DE102015104548A1

DE102015104548A1 - Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung

Info

Publication number: DE102015104548A1
Application number: DE102015104548.6A
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION 1-1 Sh Noda Keiji; c/o DENSO CORPORATION 1-1 Yahata Shigeto; c/o DENSO CORPORATION 1-1 S Kinugawa Masumi; c/o DENSO CORPORATION 1-1 Sh Tarusawa Yuuki; c/o DENSO CORPORATION 1-1 Show Hosoda Mao
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-11-05
Also published as: JP6156238B2; JP2015200228A

Abstract

Eine Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung umfasst einen Ozonisator (20), einen Kraftstoffinjektor (40), eine Heizeinrichtung (50), einen Mischbehälter (30), einen Kraftstoffzufuhrabschnitt (S12), einen Ozonzufuhrabschnitt (S13) und einen Luftzunahmecontroller (S25, S50). Der Ozonisator (20) erzeugt durch einen Entladungsvorgang Ozon. Die Heizeinrichtung (50) erwärmt einen Kraftstoff, der von dem Kraftstoffinjektor eingespritzt wird. Der Mischbehälter (30) weist in sich eine Mischkammer (30a) auf, in der Kraftstoff, der durch die Heizeinrichtung erwärmt ist, in einen reformierten Kraftstoff teiloxidiert wird. Der Kraftstoffzufuhrabschnitt (S12) führt eine Kraftstoffzufuhrsteuerung aus, um den reformierten Kraftstoff zu erzeugen. Der Ozonzufuhrabschnitt (S13) führt eine Ozonzufuhrsteuerung aus, um Ozon zu erzeugen. Der Luftzunahmecontroller (S25, S50) erhöht eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, um eine Zunahme einer Innentemperatur des Ozonisators zu unterdrücken, wenn die Innentemperatur des Ozonisators während der Ozonzufuhrsteuerung höher als eine erste obere Grenze (Tu1) ist, oder wenn die Innentemperatur des Ozonisators während der Kraftstoffzufuhrsteuerung höher als eine zweite obere Grenze (Tu2) ist. Die zweite obere Grenze (Tu2) ist höher als die erste obere Grenze (Tu1).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung, die eine Kohlenwasserstoffverbindung (Kraftstoff) als ein Reduktionsmittel zur Reduktion von NOx zuführt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Üblicherweise sind Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtungen verwendet worden, um NOx (Stickstoffoxide), die im Abgas einer Verbrennungsmaschine enthalten sind, durch Zuführen von Kraftstoff (ein Reduktionsmittel) in einem Abgaskanal an einer Position stromaufwärts von einem Reduktionskatalysator zu reinigen. Bei einer solchen Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung wird NOx gereinigt, indem es durch Kraftstoff bei der Anwesenheit des Reduktionskatalysators reduziert wird.
Beispielsweise offenbart eine Patentliteratur ( JP 2011-85086 A ) ein Reinigungssystem, das einen Ozonisator aufweist, der in dem Abgaskanal an einer Position stromaufwärts von einem Katalysator angeordnet ist. Der Ozonisator erzeugt durch einen elektrischen Entladungsvorgang Ozon. Die Reduktionsreaktion in der Anwesenheit des Katalysators wird durch das Ozon aktiviert, das durch den Ozonisator erzeugt wird, wobei die Reinigungsrate des NOx verbessert wird. In der Patentliteratur wird der Ozonisator im Hinblick auf fragile Eigenschaften des Ozons unter hoher Umgebungstemperatur durch Luft gekühlt. Insbesondere wenn eine Temperatur innerhalb des Ozonisators höher als eine obere Grenze ist, wird eine Zunahme der Temperatur des Ozonisators unterdrückt, indem eine Strömungsmenge der kühlenden Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, erhöht wird.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben eine Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung studiert, die einen reformierten Kraftstoff durch eine Teiloxidation von Kraftstoff, der durch eine Heizeinrichtung erwärmt wird und mit Luft vermischt wird, erzeugt, und der reformierte Kraftstoff wird in dem Abgaskanal zugeführt. Ferner haben die Erfinder einen Weg gefunden, die Teiloxidation des Kraftstoffs durch eine Erzeugung von Luft, die Ozon enthält, der durch die elektrische Entladung durch den Ozonisator erzeugt wird, zu verbessern. Wenn bei der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung eine Temperatur des Ozonisators hoch ist, sollte eine Zerstörung des Ozons unterdrückt werden, indem eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, erhöht wird, um die Innenseite des Ozonisators zu kühlen.
In der oben beschriebenen Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung wird Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, an einer Position stromabwärts von dem Ozonisator mit Kraftstoff vermischt und zum Oxidieren (Reformieren) des Kraftstoffs verwendet. Wenn der Ozonisator durch Erhöhung einer Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, gekühlt wird, kann Kraftstoff, der durch eine Heizeinrichtung erwärmt wird, ebenso durch die zugeführte Luft gekühlt werden, wodurch die Teiloxidation des Kraftstoffs gehemmt werden kann.
Wenn, verkürzt ausgedrückt, eine Luftkühlung des Ozonisators durch Erhöhung der Strömungsrate der Luft verbessert wird während Ozon zur Beschleunigung der Reformation des Kraftstoffs verbessert werden kann, kann eine Temperatur des Kraftstoffs durch die Luftkühlung herabgesetzt werden, und die Kraftstoffreformation kann demzufolge gehemmt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung eine Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung mit beschleunigter Leistung zum Reformieren von Kraftstoff, der als ein Reduktionsmittel verwendet wird, zu schaffen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung an einem Kraftstoffverbrennungssystem angewendet, das eine NOx-Reinigungsvorrichtung mit einem Reduktionskatalysator aufweist, der in einem Abgaskanal angeordnet ist, um NOx, der in einem Abgas einer Verbrennungsmaschine enthalten ist, zu reinigen. Die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung führt ein Reduktionsmittel in dem Abgaskanal an einer Position stromaufwärts von dem Reduktionskatalysator zu.
Die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung umfasst einen Ozonisator, der durch einen Entladungsvorgang von Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, Ozon erzeugt, einen Kraftstoffinjektor, der Kraftstoff von einer Kohlenwasserstoffverbindung einspritzt, eine Heizeinrichtung, die den Kraftstoff, der von dem Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, erwärmt, einen Mischbehälter, der in sich eine Mischkammer aufweist, in der Kraftstoff, der durch die Heizeinrichtung erwärmt ist, mit Luft, die Ozon enthält, das durch den Ozonisator erzeugt wird, vermischt wird und der Kraftstoff zu einem reformierten Kraftstoff teiloxidiert wird, einen Kraftstoffzufuhrabschnitt, der eine Kraftstoffzufuhrsteuerung ausführt, bei welcher der Kraftstoffinjektor, die Heizeinrichtung und der Ozonisator betrieben werden, um den reformierten Kraftstoff zu erzeugen, wobei der reformierte Kraftstoff in dem Abgaskanal als Reduktionsmittel zugeführt wird, einen Ozonzufuhrabschnitt, der eine Ozonzufuhrsteuerung ausführt, bei welcher der Kraftstoffinjektor und die Heizeinrichtung gestoppt werden und der Ozonisator betrieben wird, um Ozon zu erzeugen, wobei das Ozon in dem Abgaskanal zugeführt wird, und einen Luftzunahmecontroller, der eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, erhöht, um eine Zunahme einer Innentemperatur des Ozonisators zu unterdrücken, wenn die Innentemperatur des Ozonisators während der Ozonzufuhrsteuerung durch den Ozonzufuhrabschnitt höher als eine erste obere Grenze ist, oder wenn die Innentemperatur des Ozonisators während der Kraftstoffzufuhrsteuerung durch den Kraftstoffzufuhrabschnitt höher als eine zweite obere Grenze ist. Die zweite obere Grenze ist höher als die erste obere Grenze.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann der Reformierungsvorgang des NOx in der Anwesenheit des Reduktionskatalysators während der Kraftstoffzufuhrsteuerung durch den Kraftstoffzufuhrabschnitt beschleunigt werden, da Kraftstoff als ein Reduktionsmittel mit Ozon, das in der Luft enthalten ist, reformiert wird. Dahingegen wird NO im Abgas während der Ozonzufuhrsteuerung durch den Ozonzufuhrabschnitt zu NO₂ oxidiert, da Ozon in dem Abgaskanal zugeführt wird, wodurch die Adsorptionsmenge des NO_x in der NO_x-Reinigungsvorrichtung erhöht werden kann. Verkürzt formuliert, kann der Ozonisator, der zur Beschleunigung der Kraftstoffreformierung verwendet wird, ebenso dazu verwendet werden, die Adsorptionsmenge von NO_x durch Oxidierung von NO zu verbessern.
Wenn ferner eine Innentemperatur des Ozonisators höher als eine erste obere Grenze ist, wird eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, erhöht, um die Innenseite des Ozonisators ausreichend mit Luft zu kühlen. Daher wird eine Zunahme der Innentemperatur des Ozonisators unterdrückt, wodurch eine thermische Ozonzerstörung aufgrund einer hohen Innentemperatur des Ozonisators unterdrückt werden kann.
Es ist zu beachten, dass das Reformieren des Kraftstoffs aufgrund einer Abnahme einer Temperatur des Kraftstoffs unterdrückt werden würde, wenn die oben beschrieben Luftkühlung während der Kraftstoffzufuhrsteuerung beschleunigt wird. Im Hinblick auf das oben Genannte werden die erste obere Grenze und die zweite obere Grenze, die zur Bestimmung verwendet werden, ob eine Strömungsrate der Luft erhöht werden sollte, derart eingestellt, dass die zweite obere Grenze für die Ozonzufuhrsteuerung höher als die erste obere Grenze für die Kraftstoffzufuhrsteuerung ist. Daher wird während der Kraftstoffzufuhrsteuerung eine Strömungsrate der Luft nicht erhöht, wenn eine Temperatur innerhalb des Ozonisators eine bestimmte hohe Temperatur einnimmt, und somit kann eine Zerstörung der Reformierungsleistung aufgrund einer Herabsetzung einer Temperatur des Kraftstoffs unterdrückt werden. Das heißt, die erste und zweite obere Grenze können so eingestellt werden, dass die Nachteile durch die Herabsetzung einer Temperatur des Kraftstoffs aufgrund der Erhöhung einer Strömungsrate der Luft nicht größer als die Vorteile durch die Erhöhung einer Menge des Ozons aufgrund der Erhöhung einer Strömungsrate der Luft sind.
Wie obenstehend beschrieben ist, wird eine Zunahme einer Menge der Luft während der Kraftstoffzufuhrsteuerung untersagt. Demzufolge kann die Reformierung des Kraftstoffs während der Kraftstoffzufuhrsteuerung ausreichend beschleunigt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Offenbarung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen hieraus werden aus der nachfolgenden Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in denen:
1 eine schematische Ansicht einer Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung ist, die an einem Verbrennungssystem angewendet wird;
2 eine Querschnittansicht der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung ist;
3 ein Flussdiagramm des Ablaufs zum Umschalten der Betriebsmodi der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung ist;
4 ein Diagramm ist, das eine optimale Temperatur eines Ozonisators für jeden der Betriebsmodi zeigt;
5 ein Flussdiagramm eines Unterroutinevorgangs einer Ozonerzeugungssteuerung ist;
6 ein Flussdiagramm eines Unterroutinevorgangs einer reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung ist;
7 ein Flussdiagramm eines Unterroutinevorgangs einer reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung ist;
8 ein Flussdiagramm eines Unterroutinevorgangs einer Wartesteuerung ist;
9 ein Flussdiagramm eines Vorgangs einer Wartesteuerung ist;
10 ein Flussdiagramm des Vorgangs einer Ozonerzeugungssteuerung ist;
11 ein Flussdiagramm des Vorgangs einer reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung ist;
12 eine schematische Ansicht einer Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung ist, die an einem Verbrennungssystem angewendet wird; und
13 eine schematische Ansicht einer Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung ist, die an einem Verbrennungssystem angewendet wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine Mehrzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Ausführungsformen kann ein Teil, der einem Gegenstand entspricht, der in einer vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde, mit denselben Bezugszeichen versehen sein, und redundante Erklärungen zu diesem Teil werden ausgelassen. Wenn lediglich ein Teil eines Aufbaus in einer Ausführungsform beschrieben ist, kann eine andere vorhergehende Ausführungsform auf die anderen Teile des Aufbaus angewendet werden. Die Teile können kombiniert werden, selbst wenn nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, selbst wenn nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt, dass sich die Kombination nicht wiederspricht.
(Erste Ausführungsform)
Ein Verbrennungssystem, wie es in 1 dargestellt ist, umfasst eine Verbrennungsmaschine 10, ein Ladegebläse 11, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 14, eine DPF-Regenerationsvorrichtung (Regenerierungs-DOC 14a), eine NOx-Reinigungsvorrichtung 15, eine Reduktionsmittel-Reinigungsvorrichtung (Reinigungs-DOC 16) und eine Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1. Das Verbrennungssystem ist an einem Fahrzeug angebracht und das Fahrzeug wird durch eine Abgabe der Verbrennungsmaschine 10 bewegt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Verbrennungsmaschine 10 eine Kompressionsselbstzündungs-Dieselmaschine, die Dieselkraftstoff (Leichtöl) zur Verbrennung verwendet.
Das Ladegebläse 11 umfasst eine Turbine 11a, eine Drehwelle 11b und einen Kompressor 11c. Die Turbine 11a ist in einem Abgaskanal 10ex von der Verbrennungsmaschine 10 angeordnet und dreht sich durch kinetische Energie des Abgases. Die Drehwelle 11b verbindet ein Flügelrad der Turbine 11a mit einem Flügelrad des Kompressors 11c und überträgt eine Drehkraft der Turbine 11a auf den Kompressor 11c. Der Kompressor 11c ist in einem Einlasskanal 10in der Verbrennungsmaschine 10 angeordnet und führt der Verbrennungsmaschine 10 nach einem Komprimieren der Einlassluft (d. h. Turboaufladung) Einlassluft zu.
Ein Kühler 12 ist in dem Einlasskanal 10in stromabwärts von dem Kompressor 11c angeordnet. Der Kühler 12 kühlt Einlassluft, die durch den Kompressor 11c komprimiert wird, zu und die komprimierte Einlassluft, die durch den Kühler 12 gekühlt wird, wird durch einen Einlasskrümmer in eine Mehrzahl von Verbrennungskammern der Verbrennungsmaschine 10 verteilt nachdem eine Strömungsmenge der komprimierten Einlassluft durch ein Drosselventil 13 angepasst ist.
Der Regenerierungs-DOC 14a (Dieseloxidationskatalysator), der DPF 14 (Dieselpartikelfilter), die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 und der Reinigungs-DOC 16 sind in dieser Reihenfolge in dem Abgaskanal 10ex stromabwärts von der Turbine 11a angeordnet. Der DPF 14 sammelt Partikel bzw. Feinstaub, der in dem Abgas enthalten ist. Der Regenerierungs-DOC 14a umfasst einen Katalysator, der unverbrannten Kraftstoff, der in dem Abgas enthalten ist, oxidiert und dadurch wird der unverbrannte Kraftstoff verbrannt. Durch Verbrennen des unverbrannten Kraftstoffs wird der Feinstaub, der durch den DPF 14 gesammelt wird, verbrannt und der DPF 14 wird regeneriert, wodurch die Sammelkapazität des DPF 14 aufrechterhalten wird. Es sollte beachtet werden, dass die Verbrennung durch den unverbrannten Kraftstoff innerhalb des Regenerierungs-DOC 14a nicht konstant ausgeführt wird, sondern zeitweise ausgeführt wird, wenn die Regeneration des DPF 14 erforderlich ist.
Ein Zufuhrkanal 32 der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 ist mit dem Abgaskanal 10ex stromabwärts von dem DPF 14 und stromaufwärts von der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verbunden. Ein reformierter Kraftstoff, der durch die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung erzeugt wird, wird durch den Zufuhrkanal 32 als Reduktionsmittel in dem Abgaskanal 10ex zugeführt. Der reformierte Kraftstoff wird erzeugt, indem Kohlenwasserstoff (d. h. Kraftstoff), der als ein Reduktionsmittel verwendet wird, in einen teiloxidierten Kohlenwasserstoff, wie Aldehyd, teiloxidiert wird, wie später beschrieben wird.
Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 umfasst einen Wabenträger 15b zum Tragen eines Reduktionskatalysators und ein Gehäuse 15a, das den Träger 15b darin einhaust. Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 reinigt NOx, das im Abgas enthalten ist, durch eine Reaktion von NOx mit dem reformierten Kraftstoff in der Anwesenheit des Reduktionskatalysators, d. h. einem Reduktionsvorgang von NOx in N₂. Es sollte beachtet werden, dass das reformierte Reduktionsmittel wahlweise (bevorzugt) in der Anwesenheit von O₂ mit NOx reagiert, obwohl O₂ ebenso zusätzlich zu dem NOx in dem Abgas enthalten ist.
In der vorliegenden Ausführungsform weist der Reduktionskatalysator ein Adsorptionsvermögen zum Adsorbieren von NOx auf. Genauer genommen demonstriert der Reduktionskatalysator das Adsorptionsvermögen zum Adsorbieren von NOx in dem Abgas, wenn eine Katalysatortemperatur niedriger als eine Aktivierungstemperatur ist, bei der eine Reduktionsreaktion durch den Reduktionskatalysator auftreten kann. Wenn dahingegen die Katalysatortemperatur höher als die Aktivierungstemperatur ist, wird NOx, das durch den Reduktionskatalysator adsorbiert wird, durch den reformierten Kraftstoff reduziert, und danach von dem Reduktionskatalysator freigelassen. Beispielsweise kann die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 eine NOx-Adsorptionsleistung mit einem Silber-/Aluminium-Katalysator bereitstellen, der durch den Träger 15b getragen wird.
Der Reinigungs-DOC 16 weist ein Gehäuse auf, das einen Träger einhaust, der einen Oxidationskatalysator trägt. Der Reinigungs-DOC 16 oxidiert das Reduktionsmittel, das aus der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 strömt, ohne bei der Anwesenheit des Oxidationskatalysators zur NOx-Reduktion verwendet zu werden. Somit kann unterbunden werden, dass das Reduktionsmittel durch einen Auslass des Abgaskanals 10ex in einer Atmosphäre freigelassen wird. Es sollte beachtet werden, dass eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators (z. B. 200°C) niedriger als die Aktivierungstemperatur (z. B. 250°C) des Reduktionskatalysators ist.
Als Nächstes wird die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 nachstehend beschrieben. Im Allgemeinen erzeugt die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 den reformierten Kraftstoff und führt den reformierten Kraftstoff durch den Zufuhrkanal 32 in dem Abgaskanal 10ex zu. Die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 umfasst einen Ozonisator 20, eine Luftpumpe 20p, einen Mischbehälter 30, einen Kraftstoffinjektor 40 und eine Heizeinrichtung 50.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der Ozonisator 20 ein Gehäuse 22 mit einem Flüssigkeitskanal 22a darin und einer Mehrzahl von Elektrodenpaaren 21, die innerhalb des Flüssigkeitskanals 22a angeordnet sind. Genauer genommen werden die Elektroden 21 durch elektrische Isolationselemente in dem Gehäuse 22 gehalten. Die Elektroden 21 weisen eine Plattenform auf und sind so angeordnet, dass sie sich parallel gegenüberliegen. Eine Elektrode 21, die geerdet ist, und die andere Elektrode 21, an der eine hohe Spannung angelegt ist, wenn dem Ozonisator 20 elektrische Leistung zugeführt wird, sind abwechselnd angeordnet. Eine Leistungsanlegung an den Elektroden 21 wird durch einen Mikrocomputer 81 einer elektrischen Steuereinheit (ECU 80) gesteuert.
Luft, die durch die Luftpumpe 20p geblasen wird, strömt in das Gehäuse 22 des Ozonisators 20. Die Luftpumpe 20p wird durch einen elektrischen Motor angetrieben, und der elektrische Motor wird durch den Mikrocomputer 81 gesteuert. Die Luft, die durch die Luftpumpe 20p geblasen wird, strömt in den Flüssigkeitskanal 22a innerhalb des Gehäuses 22, und sie strömt durch den Entladungskanal 21a, der zwischen den Elektroden 21 ausgebildet ist. Eine Menge der Luft, die in dem Ozonisator 20 pro Zeiteinheit zugeführt wird (nachstehend ebenso als „Luftströmungsrate” bezeichnet), die eine Menge der Luft ist, die durch die Luftpumpe 20p geblasen wird, wird durch den Mikrocomputer 81 gesteuert. Beispielsweise steuert der Mikrocomputer 81 die Luftströmungsrate durch Ausführen einer Abtaststeuerung des elektrischen Motors.
Der Mischbehälter 30 ist auf einer Seite stromabwärts des Ozonisators 20 angebracht, und eine Mischkammer 30a ist in dem Mischbehälter 30 ausgebildet. Ein Lufteinlass 30b ist in dem Mischbehälter 30 ausgebildet und Luft, die den Entladungskanal 21a durchläuft, strömt durch den Lufteinlass 30b in den Mischbehälter 30. Ein Luftauslass 30c ist in dem Mischbehälter 30 ausgebildet und Luft, welche durch die Mischkammer 30a strömt, wird von dem Mischbehälter 30 durch den Luftauslass 30c in den Zufuhrkanal 32 ausgestoßen.
Der Kraftstoffinjektor 40 ist an dem Mischbehälter 30 angebracht. Wie in 1 zu sehen ist, wird Kraftstoff in flüssiger Form (flüssiger Kraftstoff) in einem Kraftstofftank 40t durch eine Pumpe 40p dem Kraftstoffinjektor 40 zugeführt, und durch Einspritzlöcher (nicht dargestellt) des Kraftstoffinjektors 40 in die Mischkammer 30a eingespritzt. Der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 40t wird ebenso zur Verbrennung verwendet, wie obenstehend beschrieben ist, und dadurch wird der Kraftstoff gemeinsam zur Verbrennung der Verbrennungsmaschine 10 verwendet und als Reduktionsmittel verwendet. Der Kraftstoffinjektor 40 weist ein Einspritzventil auf, und das Ventil wird durch eine elektromagnetische Kraft mittels eines elektromagnetischen Solenoids betätigt. Der Mikrocomputer 81 steuert eine elektrische Leistungszufuhr (z. B. Erregung) zu dem elektromagnetischen Solenoid.
Die Heizeinrichtung 50 ist an dem Mischbehälter 30 angebracht, und die Heizeinrichtung 50 weist ein Heizelement (nicht dargestellt) auf, das Wärme erzeugt, wenn dem Heizelement elektrische Leistung zugeführt wird. Die Heizeinrichtung 50 umfasst eine Wärmeübertragungsabdeckung 51, die das Heizelement darin einhaust. Die elektrische Leistungszufuhr (Erregung) zu dem Heizelement wird durch den Mikrocomputer 31 gesteuert. Eine äußere Umfangsoberfläche der Wärmeübertragungsabdeckung 51 kann als eine Heizoberfläche 51a dienen, und eine Temperatur der Heizoberfläche 51a wird durch Erwärmen der Wärmeübertragungsabdeckung 51 durch das Heizelement erhöht.
Die Heizoberfläche 51a ist innerhalb der Mischkammer 30a angeordnet, so dass sie den Einspritzlöchern des Kraftstoffinjektors 40 gegenüberliegt. Der flüssige Kraftstoff, der von dem Kraftstoffinjektor 40 eingespritzt wird, wird von der Heizoberfläche 51a direkt aufgenommen und haftet an der Heizoberfläche 51a. Der flüssige Kraftstoff, der durch die Heizeinrichtung 50 erwärmt ist, verdampft innerhalb der Mischkammer 30a. Der verdampfte Kraftstoff wird weiter auf eine Temperatur erwärmt, die gleich oder höher als eine vorbestimmte bestimmte Temperatur ist. Demzufolge wird der Kraftstoff thermisch zerlegt in einen Kohlenwasserstoff, der eine kleinere Kohlenstoffanzahl aufweist, d. h. es tritt ein Cracking auf. Der verdampfte Kraftstoff wird mit Luft, die durch den Lufteinlass 30b in die Mischkammer 30a strömt, vermischt. Demzufolge wird der Kraftstoff mit Sauerstoff in der Luft teiloxidiert und in einen teiloxidierten Kohlenwasserstoff, wie Aldehyd, reformiert.
Ein Temperatursensor 31, der eine Temperatur innerhalb der Mischkammer 30a erfasst, ist an dem Mischbehälter 30 angebracht. Insbesondere ist der Temperatursensor 31 über der Heizoberfläche 51a der Heizeinrichtung 50 in der Mischkammer 30a angeordnet. Eine Temperatur, die durch den Temperatursensor 31 erfasst wird, ist eine Temperatur des verdampften Kraftstoffs nach einem Reagieren mit Luft. Der Temperatursensor 31 gibt Informationen zu der erfassten Temperatur an die ECU 80 aus.
Wenn dem Ozonisator 20 elektrische Leistung zugeführt wird, kollidieren Elektronen, die von den Elektroden 21 emittiert werden, in dem Entladungskanal 21a mit Sauerstoffmolekülen, die in Luft enthalten sind. Demzufolge wird aus Sauerstoffmolekülen Ozon erzeugt. Das heißt, der Ozonisator 20 bringt die Sauerstoffmoleküle durch einen Entladungsvorgang in einen Plasmazustand und erzeugt Ozon als einen aktiven Sauerstoff. Danach ist das Ozon, das durch den Ozonisator 20 erzeugt wird, in der Luft enthalten, die durch den Lufteinlass 30b in den Mischbehälter 30 strömt.
In der Mischkammer 30a tritt eine kalte Flammenreaktion auf. Bei der kalten Flammenreaktion wird Kraftstoff in Gasform mit Sauerstoff oder Ozon innerhalb der Luft teiloxidiert. Der Kraftstoff, der teiloxidiert ist, wird ein reformierter Kraftstoff genannt, und ein Teiloxid (z. B. Aldehyd) kann ein Beispiel für den reformierten Kraftstoff sein, bei dem ein Abschnitt des Kraftstoffs (Kohlenwasserstoffverbindung) mit einer Aldehyd-Gruppe (CHO) oxidiert ist. Eine Oxidationsrate des Kraftstoffs innerhalb der Mischkammer 30a wird mit dem in der Luft enthaltenen Ozon, das durch den Ozonisator erzeugt wird, erhöht.
Falls Kraftstoff in einer Umgebung mit hoher Temperatur existiert, reagiert der Kraftstoff mit Sauerstoff, der in der Luft enthalten ist, in einem Oxidationsvorgang, und es tritt selbst unter einem atmosphärischen Druck eine Selbstzündungsverbrennung auf. Eine solche Oxidationsreaktion durch die Selbstzündungsverbrennung kann eine „heiße Flammenreaktion” genannt werden, bei der Kohlenstoffdioxide und Wasser erzeugt werden, während Wärme erzeugt wird. Allerdings wird in einem Fall, bei dem ein Verhältnis des Kraftstoffs zur Luft (d. h. Äquivalenzverhältnis) und die Umgebungstemperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs fallen, eine Standzeit, für welche die kalte Flammenreaktion weiterläuft, länger werden, wie nachstehend beschrieben wird. Nachdem die lange Standzeit für die kalte Flammenreaktion abgelaufen ist, tritt die heiße Flammenreaktion auf. Das heißt, die Oxidationsreaktion tritt durch zwei Stufen auf, die kalte Flammenreaktion und die heiße Flammenreaktion.
Die kalte Flammenreaktion tritt leicht auf, wenn sowohl die Umgebungstemperatur als auch das Äquivalenzverhältnis niedrig sind. Die kalte Flammenreaktion ist eine Oxidationsreaktion, bei der Kraftstoff mit Sauerstoff, der in der Luft enthalten ist, teiloxidiert wird. Wenn danach die Umgebungstemperatur aufgrund von Wärme, die während der kalten Flammenreaktion erzeugt wird, ansteigt, und danach eine gegebene Zeit abläuft, wird der teiloxidierte Kraftstoff (z. B. Aldehyd) weiter oxidiert, und dadurch tritt die heiße Flammenreaktion auf. Falls der Kraftstoff über eine lange Zeit in der Mischkammer 30a verbleibt, tritt daher die heiße Flammenreaktion nachfolgend auf die kalte Flammenreaktion in der Mischkammer 30a auf.
In der vorliegenden Ausführungsform werden die Umgebungstemperatur, das Äquivalenzverhältnis und die Standzeit des Kraftstoffs in der Mischkammer 30a derart gesteuert, dass die kalte Flammenreaktion auftritt, wohingegen die heiße Flammenreaktion nicht auftritt. Eine NOx-Reinigungsrate kann durch die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verbessert werden, indem der teiloxidierte Kraftstoff, wie Aldehyd, als Reduktionsmittel zum Reinigen von NOx verwendet wird, und der teiloxidierte Kraftstoff wird durch die kalte Flammenreaktion erzeugt. Ferner wird die Oxidationsreaktion des Kraftstoffs durch eine Zunahme einer Konzentration des Ozons, der in der Luft enthalten ist, der in die Mischkammer 30a strömt, beschleunigt und demzufolge kann eine Startzeit der kalten Flammenreaktion vorverlegt werden. Daher kann eine Menge des Kraftstoffs, der aus der Mischkammer 30a strömt ohne in Aldehyd reformiert zu werden, durch Erzeugung einer ausreichenden Menge von Ozon durch den Ozonisator 20 reduziert werden.
Der Mikrocomputer 81 der ECU 80 umfasst eine Speichereinheit, um Programme zu speichern, und eine zentrale Verarbeitungseinheit, die eine arithmetische Verarbeitung übereinstimmend mit den Programmen, die in der Speichereinheit gespeichert sind, ausführt. Die ECU 80 steuert den Betrieb der Verbrennungsmaschine 10 basierend auf Erfassungswerten der Sensoren. Die Sensoren können einen Maschinendrehzahlsensor 92, einen Drosselöffnungssensor 93, einen Einlassdrucksensor 94, einen Einlassmengensensor 95, einen Abgastemperatursensor 96, einen Außenlufttemperatursensor 91 oder dergleichen umfassen.
Der Maschinendrehzahlsensor 92 erfasst eine Drehzahl einer Ausgangswelle 10a der Verbrennungsmaschine 10 (z. B. eine Maschinendrehzahl). Der Drosselöffnungssensor 93 erfasst einen Öffnungsbetrag des Drosselventils 13. Der Einlassluftdrucksensor 94 erfasst einen Druck des Einlasskanals 10in an einer Position stromabwärts von dem Drosselventil 13. Der Einlassmengensensor 95 erfasst die Massenströmungsrate der Einlassluft.
Die ECU 80 steuert im Allgemeinen eine Menge und eine Einspritzzeit des Kraftstoffs zum Verbrennen, der von dem Kraftstoffeinspritzventil (nicht dargestellt) übereinstimmend mit einer Drehzahl der Ausgangswelle 10a und einer Maschinenlast der Verbrennungsmaschine 10 eingespritzt wird. Ferner steuert die ECU 80 den Betrieb der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 basierend auf einer Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird. Mit anderen Worten schaltet der Mikrocomputer 81 den Betrieb der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 zwischen der Erzeugung des reformierten Kraftstoffs und der Erzeugung des Ozons durch wiederholte Ausführung eines Vorgangs (d. h. ein Programm), wie es in 3 gezeigt ist, in vorbestimmten Dauern um. Der Vorgang beginnt, wenn ein Zündungsschalter eingeschaltet wird, und er wird konstant ausgeführt während die Verbrennungsmaschine 10 läuft.
In Schritt 10 aus 3 bestimmt der Mikrocomputer 81, ob NOx aufgrund einer Verbrennung in der Verbrennungsmaschine 10 erzeugt wird. Wenn bestimmt wird, dass NOx erzeugt wird, betreibt der Mikrocomputer 81 die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 übereinstimmend mit einer Temperatur des Reduktionskatalysators (NOx-Katalysatortemperatur) in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15.
Insbesondere bestimmt der Mikrocomputer 81 in Schritt 11, ob die NOx-Katalysatortemperatur niedriger als eine Aktivierungstemperatur Tact des Reduktionskatalysators ist (z. B. 250°C). Die NOx-Katalysatortemperatur wird unter Verwendung einer Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird, geschätzt. Es sollte beachtet werden, dass die Aktivierungstemperatur des Reduktionskatalysators eine Temperatur ist, bei welcher der reformierte Kraftstoff durch den Reduktionsvorgang von NOx gereinigt werden kann.
Wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur nicht niedriger als die Aktivierungstemperatur Tact ist, wird ein Unterroutinevorgang (siehe 6 und 7) für eine reformierter Kraftstoff-Erzeugungssteuerung (Kraftstoffzufuhrsteuerung) im Schritt 12 ausgeführt, wie später beschrieben ist. Wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur niedriger als die Aktivierungstemperatur Tact ist, wird ein Unterroutinevorgang (siehe 5) für eine Ozonerzeugungssteuerung (Ozonzufuhrsteuerung) in Schritt 13 ausgeführt. Nachstehend wird der Betriebsmodus der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 unter der reformierten Kraftstoff-Erzeugungssteuerung als ein „reformierter Kraftstoffmodus” bezeichnet, und der Betriebsmodus der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 unter der Ozonerzeugungssteuerung wird als ein „Ozonmodus” bezeichnet.
Wenn der Mikrocomputer 81 bestimmt, dass in Schritt 10 kein NOx erzeugt wird, setzt der Ablauf bei Schritt 14 fort, und der Mikrocomputer 81 bestimmt, ob eine Vorbereitung zum Starten einer unmittelbaren Reinigung von NOx durch die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 erforderlich ist. Wenn sich beispielsweise die Verbrennungsmaschine 10 unter einem Leerlauf-Stopp-Steuerungs-Modus in einem automatischen Stopp befindet, oder wenn die Verbrennungsmaschine 10 sich während einem elektrischen Fahrmodus, der durch einen elektrischen Motor bewegt wird, in einem automatischen Stoppzustand befindet, bestimmt der Mikrocomputer 81, dass NOx leicht innerhalb einer gegebenen Zeit erzeugt wird, und daher wird bestimmt, dass die Vorbereitung erforderlich ist.
Wenn in Schritt 14 bestimmt wird, dass die Vorbereitung erforderlich ist, wird eine Unterroutine (siehe 8) einer Wartesteuerung ausgeführt, wie nachstehend beschrieben ist. Nachfolgend wird der Betriebsmodus der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 unter der Wartesteuerung als ein „Wartemodus” bezeichnet. Wenn der Mikrocomputer 81 in Schritt 14 bestimmt, dass die Vorbereitung nicht erforderlich ist, wird der Betrieb der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 in Schritt 16 gestoppt. Insbesondere wird die Erregung des Ozonisators 20, der Luftpumpe 20p, des Kraftstoffinjektors 40 und der Heizeinrichtung 50 gestoppt.
Im Allgemeinen wird Ozon unter einer hohen Umgebungstemperatur leicht zerstört, und daher kann bevorzugt werden, den Ozonisator 20 durch in eine erhöhte Zufuhrmenge von Luft (z. B. eine Luftströmungsrate) in dem Ozonisator 20 mit Luft zu kühlen, wenn eine Temperatur innerhalb des Ozonisators 20 angehoben wird, so dass sie einen Grenzwert erreicht oder überschreitet. Allerdings wird Luft, die in dem Ozonisator 20 zugeführt wird, an einer Seite stromabwärts von dem Ozonisator 20 mit Kraftstoff vermischt und zum Oxidieren (Reformieren) von Kraftstoff verwendet. Falls eine Luftkühlung durch Erhöhen der Luftströmungsrate ausgeführt wird, würde daher eine Temperatur innerhalb der Mischkammer 30a, d. h. eine Temperatur des verdampften Kraftstoffs, herabgesetzt werden. Demzufolge würde die Teiloxidation des Kraftstoffs unterdrückt werden.
Im Hinblick auf das oben Genannte, wird unter Berücksichtigung des Vorteils der Luftkühlung und der Abnahme einer Temperatur des Kraftstoffs als Nachteil der Luftkühlung, die Innentemperatur des Ozonisators 20, mit anderen Worten, ein optimaler Temperaturbereich für eine Lufttemperatur innerhalb des Flüssigkeitskanals 22a so eingestellt, wie in 4 gezeigt ist. Insbesondere wird ein optimaler Temperaturbereich R1 während des Ozonmodus auf 120°C oder weniger eingestellt, und ein optimaler Temperaturbereich R3 während des reformierten Kraftstoffmodus wird auf 80°C bis 200°C eingestellt, und ein optimaler Temperaturbereich R3 während des Wartemodus wird auf 80°C bis 120°C eingestellt. Danach wird eine Luftströmungsrate derart gesteuert, dass die Innentemperatur des Ozonisators 20 in den optimalen Temperaturbereich R1, R2 oder R3 fällt.
In dem Ozonmodus in Schritt 20, der in 5 gezeigt ist, wird eine elektrische Zuführung des Kraftstoffinjektors 40 gestoppt, um eine Kraftstoffeinspritzung zu stoppen. Ebenso wird eine elektrische Zufuhr zu der Heizeinrichtung 50 gestoppt, um ein Erwärmen der Mischkammer 30a zu stoppen. In Schritt 21 wird eine erforderliche Ozonströmungsrate Oreq berechnet, die eine erforderliche Zufuhrmenge von Ozon zu dem Abgaskanal 10ex pro Zeiteinheit ist. Insbesondere schätzt der Mikrocomputer 81 eine Strömungsmenge des NOx (NOx-Strömungsmenge), die von der Verbrennungsmaschine 10 ausgestoßen wird, übereinstimmend mit einer Betriebsbedingung, wie einer Betriebslast der Verbrennungsmaschine 10, einer Maschinendrehzahl oder dergleichen ein, und danach wird die erforderliche Ozonströmungsrate Oreq basierend auf der eingeschätzten NOx-Strömungsrate berechnet.
In Schritt 22 berechnet der Mikrocomputer 81 eine Basisluftströmungsrate Abase, die ein Basiswert der Luftströmungsrate ist, die eine erforderliche Ozonströmungsrate Oreq ist, die in Schritt 21 berechnet wird. Die Basisluftströmungsrate Abase ist eine Strömungsrate, die für eine Ozonerzeugungsmenge übereinstimmend mit der erforderlichen Ozonströmungsrate Oreq erforderlich ist. Unter der Annahme, dass eine thermische Zerstörung des Ozons aufgrund von Wärme ausgeschlossen ist, kann Ozon mit der erforderlichen Ozonströmungsrate Oreq erzeugt werden, wenn Luft mit der Basisluftströmungsrate Abase in dem Ozonisator 20 zugeführt wird.
In Schritt 23 wird die Innentemperatur (Ozonisatortemperatur Ta) des Ozonisators 20 erlangt. Beispielsweise wird die Ozonisatortemperatur Ta basierend auf einer Außentemperatur, die durch die Außenlufttemperatur 91 erfasst wird, die Luftströmungsrate, eine Wärmemenge durch elektrische Entladung oder dergleichen eingeschätzt. In Schritt 24 bestimmt der Mikrocomputer 81, ob die Ozonisatortemperatur Ta eine erste obere Grenze Tu1 (obere Ozongrenze) überschreitet. Die erste obere Grenze Tu1 wird vorab eingestellt und entspricht der oberen Grenze (120°C) des optimalen Temperaturbereichs R1, der in 4 gezeigt ist. Die erste obere Grenze Tu1 des Ozonmodus wird niedriger als eine zweite obere Grenze Tu2 (obere Kraftstoffgrenze) eingestellt, die der oberen Grenze (200°C) des optimalen Temperaturbereichs R2 für den reformierten Kraftstoffmodus entspricht.
Wenn der Mikrocomputer 81 bestimmt, dass die Ozonisatortemperatur Ta die erste obere Grenze Tu1 überschreitet, stellt der Mikrocomputer 81 eine Sollströmungsrate Atrg ein, indem ein bestimmter Wert α zu der Basisluftströmungsrate Abase in Schritt 25 hinzu addiert wird. Wenn der Mikrocomputer 81 dahingegen bestimmt, dass die Ozonisatortemperatur Ta gleich oder niedriger als der erste obere Wert Tu1 ist, wird eine Temperatur innerhalb der Mischkammer 30a (Mischkammertemperatur Tb) in Schritt 26 erlangt. Insbesondere wird ein Erfassungswert des Temperatursensors 31 erlangt. Danach bestimmt der Mikrocomputer 81 in Schritt 27, ob die Mischkammertemperatur Tb gleich oder höher als eine bestimmte Temperatur Tx ist (dritte bestimmte Temperatur).
Wenn bestimmt wird, dass die Mischkammertemperatur Tb niedriger als die bestimmte Temperatur Tx ist, stellt der Mikrocomputer 81 die Sollluftströmungsrate Atrg durch Subtrahieren des bestimmten Werts α von der Basisluftströmungsrate Abase in Schritt 28 ein. Wenn dahingegen bestimmt wird, dass die Mischkammertemperatur Tb gleich oder höher als die bestimmte Temperatur Tx ist, bestimmt der Mikrocomputer 81 in Schritt 29 die Basisströmungsrate Abase als die Sollluftströmungsrate Atrg.
In Schritt 30 steuert der Mikrocomputer 81 den Betrieb der Luftpumpe 20p basierend auf der Sollluftströmungsrate Atrg, die in Schritt 25, 28 oder 29 eingestellt wird. Insbesondere steuert der Mikrocomputer 81 durch Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem elektrischen Motor der Luftpumpe 20p derart, dass sie die Sollluftströmungsrate Atrg einnimmt.
In Schritt 31 bestimmt der Mikrocomputer 81, ob ein Zustand, indem die Ozonisatortemperatur Ta höher als die erste obere Grenze Tu1 ist (Ta > Tu1), für eine bestimmte Zeit anhält. Wenn dies in Schritt 31 falsch ist, setzt der Ablauf bei Schritt 32 fort, und dem Ozonisator 20 wird eine normale elektrische Leistung zugeführt, um zu bewirken, dass die Elektroden 21 eine elektrische Entladung erzeugen (normale Entladung). Wenn dies hingegen in Schritt 31 richtig ist, setzt der Ablauf bei Schritt 33 fort, und dem Ozonisator 20 wird eine niedrige elektrische Leistung zugeführt, die niedriger als die normal elektrische Leistung ist, um zu bewirken, dass die Elektroden 21 eine elektrische Entladung erzeugen (niedrige Leistungsentladung). Genauer genommen wird eine Spannung, die für die niedrige Leistungsentladung an den Elektroden 21 angelegt wird, so eingestellt, dass sie niedriger als eine Spannung für die normale Entladung ist. Es sollte beachtet werden, dass die elektrische Entladung instabil wäre, falls die Spannung, die an den Elektroden 21 angelegt wird, sehr niedrig ist, wohingegen ein Verhältnis der Ozonerzeugungsmenge zu einer elektrischen Zufuhrmenge abnehmen würde, falls eine angelegte Spannung an den Elektroden 21 sehr hoch ist, wodurch eine elektrische Effizienz beeinträchtigt werden würde. Vor diesem Hintergrund wird die angelegte Spannung an den Elektroden 21 so eingestellt, dass ein Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, d. h. ein Wert, bei dem die Elektroden 21 in einer stabilen Weise entladen können, während eine Beeinträchtigung der elektrischen Effizienz der Elektroden 21 verhindert wird.
Übereinstimmend mit der Ozonerzeugungssteuerung in der vorliegenden Ausführungsform wird in dem Ozonisator 20 Ozon erzeugt und das erzeugte Ozon wird durch die Mischkammer 30a und den Zufuhrkanal 32 in dem Abgaskanal 10ex zugeführt. Falls in diesem Fall der Heizeinrichtung 50 elektrische Leistung zugeführt wird, würde das erzeugte Ozon durch Wärme der Heizeinrichtung 50 zerstört werden. Falls in diesem Fall eine Kraftstoffeinspritzung ausgeführt werden würde, würde ebenso das erzeugte Ozon mit Kraftstoff reagieren. Vor diesem Hintergrund werden das Erwärmen durch die Heizeinrichtung 50 und die Kraftstoffeinspritzung durch den Kraftstoffinjektor 40 während der Ozonsteuerung, die in 5 gezeigt ist, gestoppt. Somit kann die Reaktion des erzeugten Ozons mit Kraftstoff oder eine thermische Zerstörung des erzeugten Ozons verhindert werden, wodurch das erzeugte Ozon direkt in dem Abgaskanal 10ex zugeführt wird.
In dem reformierten Kraftstoffmodus wird eine erforderliche Kraftstoffrate Freq, die eine Einspritzmenge des Kraftstoffs in die Mischkammer 30a pro Zeiteinheit ist, in Schritt 40 aus 6 berechnet. Insbesondere schätzt der Mikrocomputer 81 die NOx-Strömungsrate ein, die gemäß der Betriebsbedingung der Verbrennungsmaschine 10, wie eine Last der Verbrennungsmaschine 10, der Maschinendrehzahl oder dergleichen ausgestoßen wird, und danach wird die erforderliche Kraftstoffrate Freq basierend auf der eingeschätzten NOx-Strömungsmenge berechnet.
Danach steuert der Mikrocomputer 81 in Schritt 41 den Betrieb des Kraftstoffinjektors 40 basierend auf der erforderlichen Kraftstoffrate Freq, die in Schritt 40 berechnet wird, und Kraftstoff wird mit der erforderlichen Kraftstoffrate Freq in die Mischkammer 30a eingespritzt. In Schritt 42 wird die Mischkammertemperatur Tb, die durch den Temperatursensor 31 erfasst wird, erlangt. In Schritt 43 wird eine Abweichung ΔTb zwischen der Mischkammertemperatur Tb und einer Sollmischkammertemperatur Tbtrg berechnet. Die Sollmischkammertemperatur Tbtrg wird auf eine Temperatur eingestellt, bei der die kalte Flammenreaktion auftreten kann, jedoch nicht die heiße Flammenreaktion auftreten kann.
In Schritt 45 wird eine elektrische Zufuhrmenge zu der Heizeinrichtung 50 basierend auf der Abweichung ΔTb, die in Schritt 43 berechnet wird, gesteuert. Beispielsweise wird die elektrische Zufuhrmenge zu der Heizeinrichtung 50 unter einer rückgekoppelten Steuerung bzw. einem Regelkreis derart gesteuert, dass die Abweichung ΔT Null wird.
In Schritt 46 wird ein Solläquivalenzverhältnis φtrg basierend auf der Mischkammertemperatur Tb, die in Schritt 42 erlangt wird, eingestellt. Das Solläquivalenzverhältnis φtrg wird auf ein Äquivalenzverhältnis eingestellt, die ein Auftreten der kalten Flammenreaktion, jedoch nicht ein Auftreten der heißen Flammenreaktion ermöglicht. Ein solches Äquivalenzverhältnis, das lediglich ein Auftreten der kalten Flammenreaktion ermöglicht, kann übereinstimmend mit einer Umgebungstemperatur des Kraftstoffs variieren. Daher berechnet der Mikrocomputer 81 das Äquivalenzverhältnis, das bewirkt, dass nur die kalte Flammenreaktion auftritt, basierend auf der Mischkammertemperatur Tb, die durch den Temperatursensor 31 tatsächlich erfasst wird. Danach stellt der Mikrocomputer 81 das Solläquivalenzverhältnis φtrg auf das berechnete Äquivalenzverhältnis ein.
In Schritt 47 wird die Basisluftströmungsrate Abase, die ein Basiswert (d. h. ein Referenzwert) der Luftströmungsrate ist, basierend auf dem Solläquivalenzverhältnis φtrg, das in Schritt 46 eingestellt wird, und der erforderlichen Kraftstoffströmungsrate Freq, die in Schritt 40 berechnet wird, berechnet. Somit nimmt ein Verhältnis des Kraftstoffs in Gasform und der Luft innerhalb der Mischkammer 30a das Solläquivalenzverhältnis φtrg ein, wenn Luft mit der Basisluftströmungsrate Abase in der Mischkammer 30a zugeführt wird.
In Schritt 48 in 7 wird die Ozonisatortemperatur Ta erlangt. Beispielsweise wird die Ozonisatortemperatur Ta basierend auf einer Außentemperatur, die durch die Außenlufttemperatur 91, die Luftströmungsrate, eine Wärmemenge durch die elektrische Entladung, eine Abstrahlwärme von dem Mischbehälter 30, oder dergleichen, erfasst wird, eingeschätzt. In Schritt 49 bestimmt der Mikrocomputer 81, ob die Ozonisatortemperatur Ta die zweite obere Grenze Tu2 überschreitet. Die zweite obere Grenze Tu2 ist ein vorbestimmter Wert und entspricht der oberen Grenze (200°C) des optimalen Temperaturbereichs R2, der in 4 gezeigt ist. Die zweite obere Grenze Tu2 für den reformierten Kraftstoffmodus wird auf einen Wert eingestellt, der größer als die erste obere Grenze Tu1 des optimalen Temperaturbereichs R1 des Ozonmodus ist.
Wenn bestimmt wird, dass der Ozonisator Ta höher als die zweite obere Grenze Tu2 ist, stellt der Mikrocomputer 81 die Sollluftströmungsrate Atrg ein, indem ein bestimmter Wert β zu der Basisluftströmungsrate Abase in Schritt 50 hinzu addiert wird. Wenn hingegen bestimmt wird, dass die Ozonisatortemperatur Ta gleich oder niedriger als die zweite obere Grenze Tu2 ist, bestimmt der Mikrocomputer 81 in Schritt 51, ob die Ozonisatortemperatur Ta niedriger als eine untere Grenze Td ist. Die untere Grenze Td ist ein vorbestimmter Wert und entspricht der unteren Grenze (80°C) in dem optimalen Temperaturbereich R2, der in 4 gezeigt ist. Die untere Grenze Td für den reformierten Kraftstoffmodus wird auf einen Wert eingestellt, der kleiner als die erste obere Grenze Tu1 des optimalen Temperaturbereichs R1 des Ozonmodus ist.
Wenn bestimmt wird, dass die Ozonisatortemperatur Ta niedriger als die untere Grenze Td ist, stellt der Mikrocomputer 81 in Schritt 52 die Sollluftströmungsrate Atrg ein, indem von der Basisluftströmungsrate Abase ein bestimmter Wert β subtrahiert wird. Wenn hingegen bestimmt wird, dass der Ozonisator Ta gleich oder höher als der untere Wert Td ist, bestimmt der Mikrocomputer 81 in Schritt 53 die Basisluftströmungsrate Abase als die Sollluftströmungsrate Atrg.
In Schritt 54 steuert der Mikrocomputer 81 den Betrieb der Luftpumpe 20p basierend auf der Sollluftströmungsrate, die in Schritt 50, 52 oder 53 eingestellt wird. Insbesondere steuert der Mikrocomputer 81 die Luftpumpe 20p derart, dass die Luftströmungsrate die Sollluftströmungsrate Atrg einnimmt, indem dem elektrischen Motor der Luftpumpe 20p elektrische Leistung übereinstimmend mit der Sollluftströmungsrate Atrg zugeführt wird.
Danach bestimmt der Mikrocomputer 81 in Schritt 55, ob ein Zustand, indem die Ozonisatortemperatur Ta höher als die zweite obere Grenze Tu2 ist (Ta > Tu2) für eine bestimmte Zeit oder länger anhält. Falls dies in Schritt 55 falsch ist, setzt der Ablauf bei Schritt 56 fort und dem Ozonisator 20 wird die normale elektrische Leistung zugeführt, um die elektrische Entladung zu erzeugen (die normale Entladung). Falls dies hingegen in Schritt 55 richtig ist, setzt der Ablauf bei Schritt 57 fort und dem Ozonisator 20 wird die niedrige elektrische Leistung, die niedriger als die normale elektrische Leistung in Schritt 56 ist, zugeführt, um die elektrische Entladung zu erzeugen (die niedrige Leistungsentladung). Insbesondere wird eine Spannung für die niedrige Leistungsentladung derart eingestellt, dass sie niedriger als eine Spannung für die normale Entladung ist. Es sollte beachtet werden, dass die elektrische Entladung instabil wäre, falls eine angelegte Spannung an den Elektroden 21 sehr niedrig ist, wohingegen ein Verhältnis der Ozonerzeugungsmenge zu einer elektrischen Zufuhrmenge abnehmen würde, falls eine angelegte Spannung an den Elektroden 21 sehr hoch ist, was eine elektrische Effizienz beeinträchtigen würde. Vor diesem Hintergrund wird die angelegte Spannung an den Elektroden 21 auf einen Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt, d. h. einen Wert, bei dem die Elektroden 21 in einer stabilen Weise elektrisch entladen können während eine Beeinträchtigung der elektrischen Effizienz der Elektroden 21 verhindert wird.
Gemäß der oben beschriebenen reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung werden die Mischkammertemperatur Tb und das Äquivalenzverhältnis derart eingestellt, dass die kalte Flammenreaktion auftreten kann, und der Kraftstoff (reformierter Kraftstoff), der durch die kalte Flammenreaktion teiloxidiert wird, wird in dem Abgaskanal 10ex als ein Reduktionsmittel zur Reinigung von NOx zugeführt. Somit kann im Vergleich mit einem Fall, bei dem Kraftstoff, der nicht teiloxidiert ist, als ein Reduktionsmittel verwendet wird, ein NOx-Reinigungsverhältnis verbessert werden. Ferner kann die Startzeit der kalten Flammenreaktion vorverlegt werden und die Reaktionszeit der kalten Flammenreaktion verkürzt werden, da in der Luft, die zur Oxidation des Kraftstoffs verwendet wird, Ozon enthalten ist.
In dem Wartemodus wird eine Leistungszufuhr zu dem Ozonisator 20, dem Kraftstoffinjektor 40 und der Heizeinrichtung 50 in Schritt 60, der in 8 gezeigt ist, gestoppt, falls dieser angewendet wird. In Schritt 61 wird, wie in Schritt 23 aus 5, die Ozonisatortemperatur Ta erlangt. In Schritt 62 bestimmt der Mikrocomputer 81, ob die Ozonisatortemperatur Ta, die in S61 erlangt wird, niedriger als die untere Grenze Td ist. Die untere Grenze Td, die in Schritt 62 verwendet wird, ist dieselbe wie die untere Grenze Td, die in Schritt 51 aus 7 verwendet wird.
Falls dies in Schritt 62 falsch ist, wird eine elektrische Zufuhrmenge zu der Luftpumpe 20p in Schritt 63 derart gesteuert, dass die Ozonisatortemperatur Ta gleich oder niedriger als die erste obere Grenze Tu1 ist. Es sollte beachtet werden, dass die obere Grenze Tu1, die in Schritt 61 verwendet wird, dieselbe wie die erste obere Grenze Tu1 ist, die in Schritt 24 aus 5 verwendet wird. Falls dies hingegen in Schritt 62 falsch ist, wird die Leistungszufuhr zu der Luftpumpe 20p gestoppt. Somit kann eine Herabsetzung der Ozonisatortemperatur Ta durch Luftkühlung unterdrückt werden.
Der Mikrocomputer 81 dient mehreren Funktionen, wie nachstehend beschrieben ist, wenn Vorgänge der Schritte ausgeführt werden.
In Schritt 25, 50 dient der Mikrocomputer 81 als ein „Luftzuhnamecontroller”, der die Luftströmungsrate erhöht, um eine Zunahme der Ozonisatortemperatur Ta zu unterdrücken, wenn die Ozonisatortemperatur Ta höher als die erste und zweite Ozonisatortemperatur Tu1, Tu2 ist. In Schritt 52 kann der Mikrocomputer 81 als ein „Luftabnahmecontroller” dienen, der die Luftströmungsrate herabsetzt, um eine Abnahme der Ozonisatortemperatur Ta zu unterdrücken, wenn die Ozonisatortemperatur Ta niedriger als die untere Grenze Td ist. In Schritt 33, 57 dient der Mikrocomputer 81 als ein „elektrischer Leistungsverringerungsabschnitt”, der eine Menge der elektrischen Leistung, die dem Ozonisator 20 während der Steuerung durch den Luftzunahmecontroller zugeführt wird, verringert.
In Schritt 12 dient der Mikrocomputer 81 als ein „Kraftstoffzufuhrabschnitt”, der die Kraftstoffzufuhrsteuerung (d. h. die reformierte Kraftstofferzeugungssteuerung) ausführt, in welcher der reformierte Kraftstoff erzeugt wird und in dem Abgaskanal 10ex zugeführt wird. In Schritt 13 dient der Mikrocomputer 81 als ein „Ozonzufuhrabschnitt”, der die Ozonzufuhrsteuerung (d. h. Ozonerzeugungssteuerung) ausführt, in der das Ozon erzeugt wird und in dem Abgaskanal 10ex zugeführt wird. In Schritt 62, 63, 64, dient der Mikrocomputer 81 als ein „Strömungsratencontroller”, der die Luftströmungsrate derart steuert, dass die Ozonisatortemperatur Ta innerhalb des Bereichs zwischen der ersten oberen Grenze Tu1 und der unteren Grenze Td liegt, die kleiner als die erste obere Grenze Tu1 ist.
In Schritt 21, 22, 29, dient der Mikrocomputer 81 als ein „Ozon-/Luftcontroller”, der die Basisluftströmungsrate Abase (Sollströmungsrate) basierend auf der erforderlichen Ozonströmungsrate Oreq (erforderliche Strömungsrate) berechnet und der eine erste Luftströmungsratensteuerung ausführt, bei der die Luftströmungsrate in dem Ozonisator 20 auf die Basisluftströmungsrate Abase angepasst wird. In Schritt 40, 47, 53 dient der Mikrocomputer 81 als ein „Kraftstoff-/Luftcontroller”, der die Basisluftströmungsrate Abase (Sollströmungsrate) basierend auf der erforderlichen Kraftstoffströmungsrate Freq (erforderliche Flussrate) berechnet und eine zweite Luftströmungsratensteuerung ausführt, bei der die Luftströmungsrate in dem Ozonisator 20 auf die Basisluftströmungsrate Abase angepasst wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator 20 zugeführt wird, erhöht, wenn die Ozonisatortemperatur Ta höher als die erste obere Grenze Tu1 während des Ozonmodus, oder die zweite obere Grenze Tu2 während des Kraftstoffmodus ist. Somit wird der Ozonisator 20 durch die erhöhte Luft effizient gekühlt und eine Zunahme der Ozonisatortemperatur Ta kann unterdrückt werden, wodurch die Ozonzerstörung durch Wärme unterdrückt werden kann. Die zweite obere Grenze Tu2, die während der reformierten Kraftstoff-Erzeugungssteuerung (Kraftstoffzufuhrsteuerung) verwendet wird, ist größer als die erste obere Grenze Tu1, die während der Ozonerzeugungssteuerung (Ozonzufuhrsteuerung) verwendet wird. Somit wird in der reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung die Luftströmungsrate nicht erhöht, bis die Ozonisatortemperatur Ta eine bestimmte hohe Temperatur erreicht, und somit wird eine Beeinträchtigung der Reformierungsleistung aufgrund einer Abnahme einer Temperatur des Kraftstoffs unterdrückt werden. Das heißt, die zweite obere Grenze Tu2, die während der reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung verwendet wird, kann derart eingestellt werden, dass Nachteile durch die Abnahme einer Temperatur des Kraftstoffs durch die Erhöhung der Strömungsrate der Luft nicht größer als Vorteile durch die Zunahme einer Menge des Ozons aufgrund der Erhöhung der Flussrate der Luft sind.
Übereinstimmend mit der vorliegenden Ausführungsform setzt der Luftabnahmecontroller die Luftströmungsrate herab (S52), wenn die Ozonisatortemperatur Ta während der Kraftstoffzufuhrsteuerung durch den Kraftstoffzufuhrabschnitt niedriger als die untere Grenze Td ist (S51: NEIN). Somit ist es möglich, eine Situation zu verhindern, bei der die kalte Flammenreaktion aufgrund einer Abnahme der Mischkammertemperatur Tb unterdrückt wird, wobei eine Abnahme einer Erzeugungsmenge des reformierten Kraftstoffs unterdrückt werden kann. Mit anderen Worten kann ein elektrischer Leistungsverbrauch an der Heizeinrichtung 50 zur Erhöhung der Mischkammertemperatur Tb auf die Sollmischkammertemperatur Tbtrg durch Verringerung der Luftströmungsmenge verringert werden.
Der Strömungsratencontroller (S62 bis S64) steuert eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator 20 während des Wartemodus zugeführt wird, derart, dass die Ozonisatortemperatur Ta innerhalb eines Bereichs liegt (Td < Ta <= Tu1). Demzufolge kann die Ozonisatortemperatur Ta schnell innerhalb des optimalen Temperaturbereichs R1, R2 angepasst werden, ob der reformierte Kraftstoffmodus oder der Ozonmodus als nächster Vorgang nachfolgend erforderlich ist.
Obwohl der Ozon-/Luftcontroller (S21, S22, S29) bereitgestellt ist, erhöht der Luftzunahmecontroller (S25) bevorzugt die Luftströmungsrate, wenn die Ozonisatortemperatur Ta während des Ozonmodus höher als die erste obere Grenze Tu1 ist. Demzufolge kann die Effizienz der Ozonerzeugung durch Anpassung der Ozonisatortemperatur Ta in dem optimalen Temperaturbereich R1 verbessert werden, wobei die Ozonerzeugungsmenge im Vergleich zu einem Fall, bei dem die Luftströmungsrate ohne Berücksichtigung der Ozonisatortemperatur Ta gesteuert wird, erhöht werden kann.
Obwohl der Kraftstoff-/Luftcontroller (S40, S47, S53) bereitgestellt ist, erhöht der Luftzunahmecontroller (S50) bevorzugt die Luftströmungsrate, wenn die Ozonisatortemperatur Ta während des reformierten Kraftstoffmodus höher als die zweite obere Grenze Tu2 ist. Demzufolge kann die Effizienz der reformierten Kraftstofferzeugung durch Anpassung der Ozonisatortemperatur Ta in dem optimalen Temperaturbereich R2 verbessert werden, wobei die reformierte Kraftstoff-Erzeugungsmenge im Vergleich mit einem Fall, in dem die Luftströmungsrate ohne Berücksichtigung der Ozonisatortemperatur Ta gesteuert wird, erhöht werden kann.
In Schritt 28 dient der Mikrocomputer 81 als ein „Luftabnahmecontroller”, der die Luftströmungsrate herabsetzt, wenn die Mischkammertemperatur Tb niedriger als die bestimmte Temperatur Tx ist und die Ozonisatortemperatur Ta während des Ozonmodus nicht höher als die erste obere Grenze Tu1 ist. Demzufolge ist es möglich, eine Situation zu verhindern, bei der die Mischkammertemperatur Tb übermäßig niedrig wird. Demzufolge kann die Mischkammertemperatur Tb unmittelbar nachdem der Betriebsmodus von dem Ozonmodus auf den reformierten Kraftstoffmodus umgeschaltet wurde, schnell auf die Sollmischkammertemperatur Tbtrg erhöht werden. Daher ist es möglich eine Situation zu verhindern, bei der die Erzeugungsmenge des reformierten Kraftstoffs unmittelbar nachdem der Betriebsmodus auf den reformierten Kraftstoffmodus auf den reformierten Kraftstoffmodus umgeschaltet wird, verringert wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform verringert der elektrische Leistungsverringerungsabschnitt eine Menge der elektrischen Leistung, die dem Ozonisator 20 durch den Luftzunahmecontroller während der Steuerung zugeführt wird. Demzufolge kann die Ozonisatortemperatur Ta aufgrund einer Abnahme einer Wärmemenge, die sowohl während der elektrischen Entladung als auch der Luftkühlung des Ozonisators 20 erzeugt wird, schnell herabgesetzt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist Ozon in der Luft enthalten, die zur Oxidierung des Kraftstoffs verwendet wird, und somit kann die Startzeit der kalten Flammenreaktion vorverlegt werden, und die Reaktionszeit der kalten Flammenreaktion kann verkürzt werden. Demzufolge kann die kalte Flammenreaktion innerhalb der Standzeit abgeschlossen werden, selbst wenn der Mischbehälter 30 verkleinert wird, um die Standzeit, in welcher Kraftstoff innerhalb des Mischbehälters 30 verbleibt, zu verkürzen. Mit anderen Worten kann der Mischbehälter 30 verkleinert werden während der Abschluss der kalten Flammenreaktion innerhalb der Standzeit ermöglicht wird.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Kraftstoffeinspritzung von dem Kraftstoffinjektor 40 gestoppt und Ozon, das durch den Ozonisator 20 erzeugt wird, wird in der Mischkammer 30 zugeführt, wenn eine Temperatur des Reduktionskatalysators niedriger als die Aktivierungstemperatur Tazt ist. Danach wird das erzeugte Ozon in dem Abgaskanal 10ex zugeführt. Somit ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, bei welcher der reformierte Kraftstoff als das Reduktionsmittel in dem Abgaskanal 10ex zugeführt wird, selbst wenn der Reduktionskatalysator in der NOx-Reinigungsvorrichtung nicht aktiviert ist. Ferner wird durch Zuführen des Ozons NO in dem Abgas in NO₂ oxidiert, und das NO₂ wird durch den NOx-Reinigungskatalysator adsorbiert. Daher kann die NOx-Adsorptionsmenge in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 erhöht werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Heizeinrichtung 50, die den Kraftstoff erwärmt, und der Temperatursensor 31, der die Mischkammertemperatur Tb erfasst, bereitgestellt. In Schritt 43 und 45 wird die Mischkammertemperatur Tb in dem bestimmten Temperaturbereich angepasst, indem die Heizeinrichtung 50 übereinstimmend mit der Mischkammertemperatur Tw, die durch den Temperatursensor 31 erfasst wird, gesteuert wird. Mit anderen Worten wird die Temperatur innerhalb der Mischkammer 30a durch den Temperatursensor 31 direkt erfasst und Kraftstoff innerhalb der Mischkammer 30a wird durch die Heizeinrichtung 50 direkt erwärmt. Demzufolge kann eine Temperatur innerhalb der Mischkammer 30a genau in dem bestimmten Temperaturbereich angepasst werden.
Der Äquivalenzverhältnisbereich, in dem die kalte Flammenreaktion auftreten kann, kann übereinstimmend mit der Mischkammertemperatur Tb variieren. Vor diesem Hintergrund wird in Schritt 46 das Solläquivalenzverhältnis φtrg übereinstimmend mit der Mischkammertemperatur Tb angepasst. Demzufolge wird das Äquivalenzverhältnis übereinstimmend mit der Mischkammertemperatur Tb auf einen Wert angepasst, selbst wenn die Mischkammertemperatur Tb, die erfasst wird, von der Soll-Mischkammertemperatur Tbtrg abweicht. Demzufolge kann die kalte Flammenreaktion sicher auftreten.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Cracking durch die Heizeinrichtung 50 erzeugt, um den Kraftstoff in eine Kohlenwasserstoffverbindung mit einer kleineren Kohlenstoffanzahl thermisch zu zerlegen. Da die Kohlenwasserstoffverbindung mit einer kleinen Kohlenstoffanzahl einen niedrigen Siedepunkt aufweist, kann unterdrückt werden, dass verdampfter Kraftstoff in eine flüssige Form zurückkehrt.
(Zweite Ausführungsform)
Bei der Wartesteuerung, die in 8 gezeigt ist, wird die Luftströmungsrate derart gesteuert, dass die Ozonisatortemperatur Ta innerhalb des überlappenden Bereichs liegt (d. h. der optimale Temperaturbereich R3) des optimalen Temperaturbereichs R1 für den Ozonmodus und des optimalen Temperaturbereichs R2 für den reformierten Kraftstoffmodus. Verkürzt ausgedrückt wird die Luftströmungsrate derart gesteuert, so dass Td < Ta <= Tu1 erfüllt ist, wobei die Ozonisatortemperatur Ta schnell innerhalb den optimalen Temperaturbereich R1, R2 fallen kann, wenn einer der Modi in dem nächsten Vorgang ausgeführt wird. In der zweiten Ausführungsform prognostiziert hingegen der Mikrocomputer 81 übereinstimmend mit der Wartesteuerung, welcher Modus nachfolgend ausgeführt werden wird, und die Luftströmungsrate wird derart gesteuert, dass die Ozonisatortemperatur Ta innerhalb des optimalen Temperaturbereichs für den prognostizierten Modus liegt.
Wie in 9 gezeigt ist, wird insbesondere die Leistungszufuhr in Schritt 70 gestoppt, falls eine elektrische Leistung zu dem Ozonisator 20, dem Kraftstoffinjektor 40 und der Heizeinrichtung 50 zugeführt wird. Danach wird in Schritt 71 die NOx-Katalysatortemperatur Tcat erlangt. Insbesondere wird die NOx-Katalysatortemperatur Tcat basierend auf der Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird, geschätzt.
Danach wird in Schritt 72 prognostiziert, welcher von dem Ozonmodus oder dem reformierten Kraftstoffmodus erforderlich sein wird, basierend auf der Änderung der NOx-Katalysatortemperatur Tcat, die in Schritt 71 erlangt wird. Wenn beispielsweise die Verbrennungsmaschine 10 unter einer Leerlaufstoppsteuerung automatisch gestoppt wird, oder wenn ein Fahrzeug durch einen elektrischen Motor fährt, während die Verbrennungsmaschine 10 gestoppt ist, wird von der Verbrennungsmaschine 10 kein NOx ausgestoßen. In einem solchen Fall wird der Wartemodus ausgewählt.
Falls während des Wartemodus unter der oben genannten Situation die NOx-Katalysatortemperatur Tcat gleich oder höher als die Aktivierungstemperatur Tact ist, prognostiziert der Mikrocomputer 81, dass der reformierte Kraftstoffmodus in dem nächsten Vorgang erforderlich sein wird. Wenn die NOx-Katalysatortemperatur Tcat hingegen niedriger als die Aktivierungstemperatur Tact ist, prognostiziert der Mikrocomputer 81, dass in dem nächsten Vorgang der Ozonmodus erforderlich sein wird.
In Schritt 73 wird, wie in Schritt 48 aus 7 die Ozonisatortemperatur Ta erlangt. In Schritt 74 wird die Soll-Luftströmungsrate basierend auf dem Schätzergebnis aus Schritt 72 und der Ozonisatortemperatur Ta, die in Schritt 73 erlangt wird, eingeschätzt. Wenn beispielsweise der reformierte Kraftstoffmodus prognostiziert wird, wird die Soll-Luftströmungsrate Atrg derart eingestellt, dass die Ozonisatortemperatur Ta so angepasst wird, dass sie innerhalb des optimalen Temperaturbereichs R2 für den reformierten Kraftstoffmodus liegt. Wenn im Gegensatz hierzu der Ozonmodus prognostiziert wird, wird beispielsweise die Soll-Luftströmungsrate Atrg derart eingestellt, dass die Ozonisatortemperatur Ta so angepasst wird, dass sie innerhalb des optimalen Temperaturbereichs R1 für den Ozonmodus liegt.
In Schritt 75 wird die Luftpumpe 20p basierend auf der Soll-Luftströmungsrate Atrg, die in Schritt 74 eingestellt wird, gesteuert. Insbesondere steuert der Mikrocomputer 81 die Luftströmungsrate auf die Soll-Luftströmungsrate Atrg, indem der Luftpumpe 20p elektrische Leistung übereinstimmend mit der Soll-Luftströmungsrate Atrg zugeführt wird.
Der Mikrocomputer 81, der den Schritt 72 ausführt, kann mit einem ”zweiten Prognoseabschnitt” ausgestattet sein, der prognostiziert, welcher von dem Ozonmodus oder dem reformierten Kraftstoffmodus nachfolgend (d. h. ein nächster Vorgang) ausgeführt wird. Der Mikrocomputer 81, der die Schritte 74 und 75 ausführt, kann mit einem ”Strömungsratencontroller” ausgestattet sein, der die Luftströmungsrate basierend auf dem prognostizierten Ergebnis und der Ozonisatortemperatur Ta steuert.
Gemäß der reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung sind der zweite Prognoseabschnitt (S72) und der Strömungsratencontroller (S74, S75) bereitgestellt. Danach kann die Ozonisatortemperatur Ta vorab innerhalb des optimalen Temperaturbereichs R1, R2 liegen, unabhängig davon, ob einer von dem reformierten Kraftstoffmodus oder dem Ozonmodus im nächsten Vorgang erforderlich ist. Daher kann die thermische Zerstörung von Ozon unmittelbar nachdem der Betriebsmodus von dem Wartemodus umgeschaltet wird, ausreichend unterdrückt werden.
(Dritte Ausführungsform)
In der dritten Ausführungsform ist die Ozonerzeugungssteuerung, die in 5 gezeigt ist, modifiziert, wie in 10 gezeigt ist. Wenn insbesondere der Mikrocomputer 81 bestimmt, dass die Ozonisatortemperatur Ta, die in Schritt 23 erlangt wird, gleich oder niedriger als die erste obere Grenze Tu1 in Schritt 24 ist, wird eine Bestimmung (Prognose) in Schritt 241 ausgeführt, wie nachstehend beschrieben ist. Das heißt der Mikrocomputer 81 bestimmt, ob das Umschalten des Betriebs von der derzeitigen Ozonerzeugungssteuerung zu der reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung in Schritt 12 aus 3 innerhalb einer bestimmten Zeit (zweite bestimmte Zeit) ausgeführt wird. Mit anderen Worten, bestimmt der Mikrocomputer 81, ob sich der Betrieb in einem ersten Vorzustand befindet, indem das Umschalten von der Ozonerzeugungssteuerung zu der reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung innerhalb der bestimmten Zeit ausgeführt wird.
In Schritt 241 prognostiziert der Mikrocomputer 81 wie in den Schritten 71 und 72 aus 9 basierend auf der Änderung der NOx-Katalysatortemperatur Tcat, ob der reformierte Kraftstoffmodus in der bestimmten Zeit erforderlich sein wird. Wenn beispielsweise der Mikrocomputer 81 prognostiziert, dass die NOx-Katalysatortemperatur Tcat die Aktivierungstemperatur Tact innerhalb der bestimmten Zeit erreichen wird, bestimmt der Mikrocomputer 81, dass sich der Betrieb in dem ersten Vorzustand befindet.
Wenn prognostiziert wird, dass der Betrieb in dem ersten Vor-Umschaltzustand ist, bestimmt der Mikrocomputer 81 in Schritt 242, ob die Ozonisatortemperatur Ta gleich oder höher als eine erste Referenztemperatur ist, die um eine bestimmte Temperatur niedriger als die erste obere Grenze Tu1 ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Referenztemperatur so eingestellt, dass sie denselben Wert wie die untere Grenze Td einnimmt, die für die reformierte Kraftstofferzeugungssteuerung verwendet wird. Wenn bestimmt wird, dass die Ozonisatortemperatur Ta in Schritt 242 gleich oder höher als die erste Referenztemperatur ist, oder dass der Betrieb in Schritt 241 nicht in dem ersten Vor-Umschaltzustand ist, setzt der Ablauf bei Schritt 29 fort, und der Mikrocomputer 81 bestimmt die Basisluftströmungsrate Abase als die Soll-Luftströmungsrate Atrg.
Wenn hingegen bestimmt wird, dass der Betrieb in dem ersten Vor-Umschaltzustand ist, und dass die Ozonisatortemperatur Ta niedriger als die erste Referenztemperatur ist, subtrahiert der Mikrocomputer 81 in Schritt 243 den bestimmten Wert α von der Basisluftströmungsrate Abase und bestimmt den subtrahierten Wert als die Soll-Luftströmungsrate Atrg. Es sollte beachtet werden, dass die Schritte 26 und 27 aus 5 in der vorliegenden Ausführungsform entfallen.
Verkürzt ausgedrückt wird die Luftströmungsrate während der Ozonerzeugungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform derart gesteuert, dass die Ozonisatortemperatur Ta innerhalb des optimalen Temperaturbereichs R1 liegt, bis der Betrieb in dem ersten Vor-Umschaltzustand ist. Wenn hingegen bestimmt wird, dass der Betrieb in dem ersten Vor-Umschaltzustand ist, wird die Luftströmungsrate derart gesteuert, dass die Ozonisatortemperatur Ta in eine höhere Temperaturregion in dem optimalen Temperaturbereich R1 erhöht wird, der gleich oder höher als die erste Referenztemperatur ist. Der Mikrocomputer 81, der den Schritt 241 ausführt, kann einen ”dritten Prognoseabschnitt” bereitstellen, der bestimmt, ob sich der Betrieb in dem ersten Vor-Umschaltzustand befindet, in dem der Betriebsmodus innerhalb der bestimmten Zeit in dem Ozonmodus auf den reformierten Kraftstoffmodus umgeschaltet wird. Der Mikrocomputer 81, der Schritt 243 ausführt, kann einen ”Vor-Kraftstoffzufuhrcontroller” bereitstellen, der die Luftströmungsrate derart steuert, dass die Ozonisatortemperatur Ta gleich oder höher als die zweite bestimmte Temperatur ist (d. h. die erste Referenztemperatur), wenn bestimmt wird, dass der Betrieb in dem ersten Vor-Umschaltzustand ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der dritte Prognoseabschnitt und der Vor-Kraftstoffzufuhrcontroller bereitgestellt. Somit kann die Ozonisatortemperatur Ta innerhalb des optimalen Temperaturbereichs R2 für den reformierten Kraftstoffmodus liegen, oder sie kann eine Temperatur sein, die nahe bei dem optimalen Temperaturbereich R2 liegt, bevor der Betrieb zu dem reformierten Kraftstoffmodus umgeschaltet wird. Daher ist es möglich, eine solche Situation zu vermeiden, bei der die Ozonisatortemperatur Ta unter dem optimalen Temperaturbereich R2 liegt, oder es ist möglich, eine Zeit, in der die Ozonisatortemperatur Ta unter dem optimalen Temperaturbereich R2 liegt, zu verkürzen.
(Vierte Ausführungsform)
In der vierten Ausführungsform wird die reformierte Kraftstofferzeugungssteuerung, die in 7 gezeigt ist, modifiziert, wie in 11 gezeigt ist. Wenn insbesondere bestimmt wird, dass die Ozonisatortemperatur Ta in Schritt 49 gleich oder niedriger als die zweite obere Grenze Tu2 ist, und dass die Ozonisatortemperatur Ta in Schritt 51 gleich oder höher als die untere Grenze Td ist, wird eine Bestimmung (Prognose) in Schritt 511 ausgeführt, wie nachstehend beschrieben ist. Das heißt, der Mikrocomputer 81 bestimmt, ob das Umschalten des Betriebs von der derzeitigen reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung zu der Ozonerzeugungssteuerung von Schritt 13 in 3 innerhalb einer bestimmten Zeit (erste bestimmte Zeit) ausgeführt wird. Mit anderen Worten bestimmt der Mikrocomputer 81, ob der Betrieb in einem zweiten Vor-Umschaltzustand ist, in dem das Umschalten von der reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung zu der Ozonerzeugungssteuerung innerhalb der bestimmten Zeit ausgeführt wird.
In Schritt 511 prognostiziert der Mikrocomputer 81 wie in den Schritten 71, 72 aus 9 basierend auf der Änderung der NOx-Katalysatortemperatur Tcat, dass der Ozonmodus innerhalb der bestimmten Zeit erforderlich sein wird. Beispielsweise prognostiziert der Mikrocomputer 81, dass die NOx-Katalysatortemperatur Tcat innerhalb der bestimmten Zeit unter die Aktivierungstemperatur Tact abnehmen wird, und der Mikrocomputer 81 bestimmt, dass der Betrieb in dem zweiten Vor-Umschaltzustand ist.
Wenn der Mikrocomputer 81 bestimmt, dass der Betrieb in dem zweiten Vor-Umschaltzustand ist, bestimmt der Mikrocomputer 81 in Schritt 512, ob die Ozonisatortemperatur Ta gleich oder niedriger als eine zweite Referenztemperatur ist (erste bestimmte Temperatur), die um einen bestimmten Wert höher als die untere Grenze Td ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Referenztemperatur so eingestellt, dass sie denselben Wert wie die obere Grenze Tu1 einnimmt. Wenn der Mikrocomputer 81 bestimmt, dass die Ozonisatortemperatur Ta in Schritt 512 gleich oder niedriger als die zweite Referenztemperatur (Tu1) ist, setzt der Ablauf bei Schritt 53 fort, und der Mikrocomputer 81 bestimmt die Basisluftströmungsrate Abase als die Ziel-Luftströmungsrate Atrg. Wenn der Mikrocomputer 81 hingegen prognostiziert, dass der Betrieb in dem zweiten Vor-Umschaltzustand ist, und bestimmt, dass die Ozonisatortemperatur Ta höher als die zweite Referenztemperatur ist, subtrahiert der Mikrocomputer 81 in Schritt 513 den bestimmten Wert β von der Basisluftströmungsrate Abase und bestimmt den subtrahierten Wert als die Soll-Luftströmungsrate Atrg.
Verkürzt ausgedrückt wird die Luftströmungsrate in der reformierten Kraftstofferzeugungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform derart gesteuert, dass die Ozonisatortemperatur Ta innerhalb des optimalen Temperaturbereichs R2 liegt bis der Betrieb in dem zweiten Vor-Umschaltzustand ist. Wenn der Mikrocomputer 81 hingegen prognostiziert, dass der Betrieb in dem zweiten Vor-Umschaltzustand ist, wird die Luftströmungsrate derart gesteuert, dass die Ozonisatortemperatur Ta in eine untere Temperaturregion in dem optimalen Temperaturbereich R2 herabgesetzt wird, die gleich oder niedriger als die zweite Referenztemperatur ist.
Der Mikrocomputer 81, der Schritt 511 ausführt, kann einen ”ersten Prognoseabschnitt” bereitstellen, der bestimmt, ob der Betrieb in dem zweiten Vor-Umschaltzustand ist, indem der Betrieb innerhalb der bestimmten Zeit in dem reformierten Kraftstoffmodus zu dem Ozonmodus umgeschaltet wird. Der Mikrocomputer 81, der den Schritt 513 ausführt, kann einen ”Vor-Ozonzufuhrcontroller” bereitstellen, der die Luftströmungsrate derart steuert, dass die Ozonisatortemperatur Ta gleich oder niedriger als die erste bestimmte Temperatur ist (d. h. die zweite Referenztemperatur), wenn der Mikrocomputer 81 bestimmt, dass der Betrieb in dem zweiten Vor-Umschaltzustand ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Prognoseabschnitt und der erste Vor-Ozonzufuhrcontroller bereitgestellt. Daher kann die Ozonisatortemperatur Ta innerhalb des optimalen Temperaturbereichs R1 für den Ozonmodus liegen, oder die Ozonisatortemperatur Ta kann eine Temperatur sein, die nahe an dem optimalen Temperaturbereich R1 liegt. Daher ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der die Ozonisatortemperatur Ta über dem optimalen Temperaturbereich R1 liegt, oder es ist möglich eine Zeit, in der die Ozonisatortemperatur Ta über dem optimalen Temperaturbereich R1 liegt, zu verkürzen.
(Fünfte Ausführungsform)
Die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1, die in 1 gezeigt ist, führt durch die Luftpumpe 20 Luft in dem Ozonisator 20 zu. Anderenfalls führt eine Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A2 gemäß der fünften Ausführungsform einen Teil der Einlassluft der Verbrennungsmaschine 10 in dem Ozonisator 20 zu, wie in 12 gezeigt ist.
Insbesondere verbindet eine erste Abzweigungsleitung 36h den Einlasskanal 10in an einer Position stromabwärts von dem Kompressor 11c und stromaufwärts von dem Kühler 12 zu dem Flüssigkeitskanal 22a des Ozonisators 20. Ferner verbindet eine zweite Abzweigungsleitung 36c den Einlasskanal 10in an einer Position stromabwärts von dem Kühler 12 mit dem Flüssigkeitskanal 22a. Die erste Abzweigungsleitung 36h führt eine Einlassluft mit hoher Temperatur ohne Kühlung durch den Kühler 12 in dem Ozonisator 20 zu. Die zweite Abzweigungsleitung 26c führt eine Einlassluft mit niedriger Temperatur nach einer Kühlung durch den Kühler 12 in dem Ozonisator 20 zu.
Ein elektromagnetisches Ventil 36 ist an der ersten Abzweigungsleitung 36h und der zweiten Abzweigungsleitung 36c angebracht und das elektromagnetische Ventil 36 schließt oder öffnet die erste und zweite Abzweigungsleitung 36h und 36c. Das elektromagnetische Ventil 36 wird durch den Mikrocomputer 81 gesteuert. Wenn das elektromagnetische Ventil 36 die erste Abzweigungsleitung 36h öffnet und die zweite Abzweigungsleitung 36c schließt, strömt die Einlassluft mit hoher Temperatur in den Ozonisator 20. Wenn das elektromagnetische Ventil 36 hingegen die zweite Abzweigungsleitung 36c öffnet und die erste Abzweigungsleitung 36h schließt, strömt die Einlassluft mit niedriger Temperatur in den Ozonisator 20.
Die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 umfasst einen Hochtemperatureinlassmodus und einen Niedrigtemperatureinlassmodus, und der Einlassmodus der Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1 wird durch das elektromagnetische Ventil 36 umgeschaltet. In dem Hochtemperatureinlassmodus wird die Einlassluft mit hoher Temperatur ohne Kühlung durch den Kühler 12 an einer Seite stromaufwärts von dem Kühler 12 von dem Einlasskanal 10in abgezweigt. In dem Niedrigtemperatureinlassmodus wird die Einlassluft mit niedriger Temperatur nach einer Kühlung durch den Kühler 12 an einer Seite stromabwärts von dem Kühler 12 von dem Einlasskanal 10in abgezweigt. Während des Ozonmodus wird der Einlassmodus auf den Niedrigtemperatureinlassmodus eingestellt, um die thermische Zerstörung von Ozon durch Wärme der Einlassluft zu unterdrücken. Während des reformierten Kraftstoffmodus wird hingegen der Einlassmodus auf den Hochtemperatureinlassmodus eingestellt, um zu unterdrücken, dass Kraftstoff, der durch die Heizeinrichtung 50 erwärmt wird, durch die Einlassluft innerhalb der Mischkammer 30a gekühlt wird.
Eine Luftströmungsrate in dem Ozonisator 20 wird durch Anpassung des Öffnungsgrades des elektromagnetischen Ventils 36 gesteuert. Wie bei der ersten Ausführungsform wird die zweite obere Grenze Tu2, die während des reformierten Kraftstoffmodus verwendet wird, so eingestellt, dass sie größer als die erste obere Grenze Tu1 ist, die während des Ozonmodus verwendet wird. Daher können in der vorliegenden Ausführungsform dieselben Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erlangt werden.
Ferner wird ein Teil der Einlassluft, die durch das Ladegebläse 11 komprimiert wird, in dem Ozonisator 20 zugeführt. Somit kann Luft, die Sauerstoff enthält, in dem Ozonisator 20 zugeführt werden ohne die Luftpumpe 20p zu verwenden, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Temperatur der Einlassluft, die in den Ozonisator 20 zugeführt werden soll, durch Umschalten des Einlassmodus zwischen dem Hochtemperatureinlassmodus und dem Niedrigtemperatureinlassmodus geändert werden. Daher kann die Ozonisatortemperatur Ta schnell in den optimalen Temperaturbereich R1, R2 fallen.
(Sechste Ausführungsform)
In der fünften Ausführungsform, die in 12 gezeigt ist, sind die erste und zweite Abzweigungsleitung 36h und 36c bereitgestellt, und der Einlassmodus kann durch das elektromagnetische Ventil 36 zwischen dem Hochtemperatureinlassmodus und dem Niedrigtemperatureinlassmodus umgeschaltet werden. In einer Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A3 gemäß der sechsten Ausführungsform entfällt die zweite Abzweigungsleitung 36c, wie in 13 gezeigt ist. Eine Luftströmungsrate in dem Ozonisator 20 wird durch Anpassen des Öffnungsgrads des elektromagnetischen Ventils 36 gesteuert.
Wie bei der ersten Ausführungsform ist die zweite obere Grenze Tu2, die während des reformierten Kraftstoffmodus verwendet wird, so eingestellt, dass sie größer als die erste obere Grenze Tu1 ist, die während des Ozonmodus verwendet wird. Demzufolge können in der sechsten Ausführungsform dieselben Wirkungen wie bei der ersten Ausführungsform erlangt werden.
(Andere Ausführungsformen)
In Schritt 62 und 64, die in 8 gezeigt sind, wird die Luftpumpe 20p gestoppt, wenn die Ozonisatortemperatur Ta niedriger als die untere Grenze Td ist. Allerdings kann die Luftpumpe 20p gestoppt werden, wenn die Mischkammertemperatur Tb niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist.
In der ersten Ausführungsform wird die Luftströmungsrate basierend auf der erforderlichen Ozonströmungsrate Oreq übereinstimmend mit der NOx-Strömungsrate, die von der Verbrennungsmaschine 10 ausgestoßen wird, gesteuert, wenn während des Ozonmodus Ta < Tu1 ist. Wenn hingegen Ta >= Tu1 ist, wird die Luftströmungsrate vorzugsweise erhöht (S25) ohne die erforderliche Ozonströmungsrate Oreq übereinstimmend mit der NOx-Strömungsrate zu berücksichtigen. Wenn jedoch Ta < Tu1 ist, kann die Luftströmungsrate auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden.
Wenn in der ersten Ausführungsform während des Ozonmodus Ta < Tu2 ist, wird die Luftströmungsrate basierend auf dem Sollluftströmungsverhältnis φtrg gesteuert, das für die kalte Flammenreaktion geeignet ist, wobei, wenn hingegen Ta >= Tu1 ist, die Luftströmungsrate erhöht wird (S50) ohne das Sollluftströmungsverhältnis φtrg zu berücksichtigen. Wenn jedoch Ta < Tu2 ist, kann die Luftströmungsrate auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden.
In Schritt 23 aus 5 wird die Ozonisatortemperatur Ta basierend auf der Wärmemenge durch die elektrische Entladung, der Außentemperatur und der Luftströmungsrate eingeschätzt. Anderenfalls kann die Ozonisatortemperatur Ta direkt durch einen Temperatursensor erfasst werden, der in dem Ozonisator 20 bereitgestellt ist.
Wie in den Schritten 25, 28 und 29 aus 5 gezeigt ist, wird die Luftströmungsrate in drei Wegen geändert, d. h., Atrg = Abase, Atrg = Abase + α, oder Atrg = Abase – α. Anderenfalls kann die Luftströmungsrate stufenlos (kontinuierlich) geändert werden, übereinstimmend mit der Differenz zwischen der Ozonisatortemperatur Ta und der ersten oberen Grenze Tu1.
In der dritten und vierten Ausführungsform überlappen sich ein Teil des optimalen Temperaturbereichs R1 für den Ozonmodus und ein Teil des optimalen Temperaturbereichs R2 für den reformierten Kraftstoffmodus. Wenn sich jedoch der optimale Temperaturbereich R1 und der optimale Temperaturbereich R2 nicht überlappen, kann die erste Referenztemperatur, die in Schritt 242 aus 10 verwendet wird, auf einen Wert eingestellt werden, der um eine bestimmte Temperatur (z. B. 10°C) niedriger als die erste obere Grenze Tu1 ist. Ferner kann die zweite Referenztemperatur, die in Schritt 512 aus 11 verwendet wird, auf einen Wert eingestellt werden, der um eine bestimmte Temperatur (z. B. 10°C) niedriger als die untere Grenze Td ist.
In der ersten Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wird der Reduktionskatalysator, der NOx physikalisch absorbiert (d. h. Physisorption bzw. physikalische Bindung) in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verwendet, allerdings kann ein Reduktionsmittel verwendet werden, das NOx chemisch adsorbiert (d. h., Chemiesorption bzw. chemische Bindung).
Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 kann NOx adsorbieren, wenn ein Luft-Kraftstoffverhältnis in der Verbrennungsmaschine 10 magerer als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoffverhältnis ist (d. h., wenn die Maschine 10 in einer mageren Verbrennung ist), und sie kann NOx reduzieren, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis in der Verbrennungsmaschine 10 nicht magerer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist (d. h., wenn die Maschine 10 in einer nicht-mageren Verbrennung ist). Danach kann die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung A1, A2, A3 an einem Verbrennungssystem angewendet werden, das die oben beschriebene NOx-Reinigungsvorrichtung 15 aufweist. In diesem Fall wird in dem Ozonmodus bei der mageren Verbrennung Ozon erzeugt und in dem reformierten Kraftstoffmodus bei der nicht-mageren Verbrennung der reformierte Kraftstoff erzeugt. Ein Beispiel eines Katalysators, der NOx bei der mageren Verbrennung adsorbiert, kann ein Chemisorptions-Reduktionskatalysator sein, der aus Platin und Barium besteht, das auf einem Träger getragen wird.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird die NOx-Katalysatortemperatur, die in Schritt 11 aus 3 verwendet wird, basierend auf der Abgastemperatur eingeschätzt, die durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird. Allerdings kann ein Temperatursensor an der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 angebracht sein, und der Temperatursensor kann die NOx-Katalysatortemperatur direkt erfassen. Oder die NOx-Katalysatortemperatur kann basierend auf einer Drehzahl der Ausgangswelle 10a und einer Maschinenlast der Verbrennungsmaschine 10 eingeschätzt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, weist der Ozonisator 20 die Elektroden 21 auf, von denen jeder eine Plattenform aufweist und sich parallel gegenüberliegt. Allerdings kann der Ozonisator 20 eine nadelförmige Elektrode (Pin-Elektrode) aufweisen, die in der Weise einer Nadel hervorsteht und eine ringförmige Elektrode, welche die nadelförmige Elektrode ringförmig umgibt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wird die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung an dem Verbrennungssystem angewendet, das in einem Fahrzeug installiert ist. Allerdings kann das Zufuhrsystem für eine aktive Substanz an einem stationären Verbrennungssystem angewendet werden. Ferner wird die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung in den Ausführungsformen, die in 1 gezeigt sind, an einer Kompressionsselbstzündungs-Dieselmaschine angewendet und Diesel zur Verbrennung wird als das Reduktionsmittel verwendet. Allerdings kann die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung an einer Selbstzündungs-Benzinmaschine angewendet werden, und Benzin zur Verbrennung kann ebenso als das Reduktionsmittel verwendet werden.
Mittel und Funktionen, die durch die ECU bereitgestellt werden, können durch beispielsweise nur Software, nur Hardware oder eine Kombination von diesen bereitgestellt werden. Die ECU kann beispielsweise durch eine analoge Schaltung gebildet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-85086 A [0003]

Claims

Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung für ein Kraftstoff-Verbrennungssystem, das eine NOx-Reinigungsvorrichtung (15) mit einem Reduktionskatalysator, der in einem Abgaskanal (10ex) angeordnet ist, umfasst, um NOx, das in einem Abgas einer Verbrennungsmaschine (10) enthalten ist, zu reinigen, wobei die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung ein Reduktionsmittel in dem Abgaskanal an einer Position stromaufwärts von dem Reduktionskatalysator zuführt, wobei die Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung aufweist: einen Ozonisator (20), der durch einen Entladungsvorgang von Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, Ozon erzeugt; einen Kraftstoffinjektor (40), der Kraftstoff von einer Kohlenwasserstoffverbindung einspritzt; eine Heizeinrichtung (50), die einen Kraftstoff, der von dem Kraftstoffinjektor eingespritzt wird, erwärmt; einen Mischbehälter (30), der in sich eine Mischkammer (30a) aufweist, in der Kraftstoff, der durch die Heizeinrichtung erwärmt ist, mit Luft, die Ozon enthält, das durch den Ozonisator erzeugt wird, vermischt wird und der Kraftstoff zu einem reformierten Kraftstoff teiloxidiert wird; einen Kraftstoffzufuhrabschnitt (S12), der eine Kraftstoffzufuhrsteuerung ausführt, bei welcher der Kraftstoffinjektor, die Heizeinrichtung und der Ozonisator betrieben werden, um den reformierten Kraftstoff zu erzeugen, wobei der reformierte Kraftstoff in dem Abgaskanal als das Reduktionsmittel zugeführt wird; einen Ozonzufuhrabschnitt (S13), der eine Ozonzufuhrsteuerung ausführt, bei welcher der Kraftstoffinjektor und die Heizeinrichtung gestoppt werden und der Ozonisator betrieben wird, um Ozon zu erzeugen, wobei das Ozon in dem Abgaskanal zugeführt wird; und einen Luftzunahmecontroller (S25, S50), der eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, erhöht, um eine Zunahme einer Innentemperatur des Ozonisators zu unterdrücken, wenn die Innentemperatur des Ozonisators während der Ozonzufuhrsteuerung durch den Ozonzufuhrabschnitt höher als eine erste obere Grenze (Tu1) ist, oder wenn die Innentemperatur des Ozonisators während der Kraftstoffzufuhrsteuerung durch den Kraftstoffzufuhrabschnitt höher als eine zweite obere Grenze (Tu2) ist, wobei die zweite obere Grenze (Tu2) höher als die erste obere Grenze (Tu1) ist.
Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Luftabnahmecontroller (S52), der eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, herabsetzt, um eine Abnahme der Innentemperatur des Ozonisators zu unterdrücken, wenn die Innentemperatur des Ozonisators während der Kraftstoffzufuhrsteuerung durch den Kraftstoffzufuhrabschnitt niedriger als eine untere Grenze (Td) ist.
Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung nach Anspruch 2, ferner aufweisend einen ersten Prognoseabschnitt (S511), der bestimmt, ob die Kraftstoffzufuhrsteuerung durch den Kraftstoffzufuhrabschnitt innerhalb einer ersten bestimmten Zeit in die Ozonzufuhrsteuerung durch den Ozonzufuhrabschnitt umgeschaltet werden wird, und einen Vor-Ozonzufuhrcontroller (S513), der eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, derart steuert, dass die Innentemperatur des Ozonisators gleich oder niedriger als eine erste bestimmte Temperatur ist, die höher als die untere Grenze ist, wenn der erste Prognoseabschnitt bestimmt, dass die Kraftstoffzufuhrsteuerung durch den Kraftstoffzufuhrabschnitt innerhalb der ersten bestimmten Zeit in die Ozonzufuhrsteuerung durch den Ozonzufuhrabschnitt umgeschaltet werden wird.
Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, ferner aufweisend einen Strömungsratencontroller (S62, S63, S64), der eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator während eines Wartemodus zugeführt wird, bei dem die Kraftstoffzufuhrsteuerung und die Ozonzufuhrsteuerung nicht ausgeführt werden, derart steuert, dass die Innentemperatur des Ozonisators innerhalb eines Bereichs zwischen der ersten oberen Grenze und der unteren Grenze liegt, wobei die erste ober Grenze größer als die untere Grenze ist.
Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend einen zweiten Prognoseabschnitt (S72), der prognostiziert, welche von der Kraftstoffzufuhrsteuerung und der Ozonzufuhrsteuerung nachfolgend nach einem Wartemodus ausgeführt werden wird, bei dem die Kraftstoffzufuhrsteuerung und die Ozonzufuhrsteuerung nicht ausgeführt werden, und einen Strömungsratencontroller (S74, S75), der eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, basierend auf einem Prognoseergebnis durch den zweiten Prognoseabschnitt und der Innentemperatur des Ozonisators steuert.
Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend einen dritten Prognoseabschnitt (S241), der bestimmt, ob die Ozonzufuhrsteuerung durch den Ozonzufuhrabschnitt innerhalb einer zweiten bestimmten Zeit in die Kraftstoffzufuhrsteuerung durch den Kraftstoffzufuhrabschnitt umgeschaltet werden wird, und einen Vor-Kraftstoffzufuhrcontroller (S243), der eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, derart steuert, dass die Innentemperatur des Ozonisators gleich oder höher als eine zweite bestimmte Temperatur ist, die niedriger als die erste obere Grenze ist, wenn der dritte Prognoseabschnitt bestimmt, dass die Ozonzufuhrsteuerung durch den Ozonzufuhrabschnitt innerhalb der zweiten bestimmten Zeit in die Kraftstoffzufuhrsteuerung durch den Kraftstoffzufuhrabschnitt umgeschaltet werden wird.
Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend einen Ozon-/Luftcontroller (S21, S22, S29), der eine Sollströmungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, basierend auf einer erforderlichen Strömungsrate des Ozons, das in dem Abgaskanal zugeführt wird, berechnet, und der eine erste Luftströmungsratensteuerung ausführt, bei der eine Strömungsrate der Luft in dem Ozonisator an eine Sollströmungsrate angepasst wird, wobei der Luftzunahmecontroller (S25) vorzugsweise eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, ungeachtet der ersten Luftströmungsratensteuerung durch den Ozon-/Luftcontroller erhöht, wenn die Innentemperatur des Ozonisators während der Ozonzufuhrsteuerung durch den Ozonzufuhrabschnitt höher als die erste obere Grenze (Tu1) ist.
Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend einen Kraftstoff-/Luftcontroller (S40, S47, S53), der eine Sollströmungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, basierend auf einer erforderlichen Strömungsrate des reformierten Kraftstoffs, der in dem Abgaskanal zugeführt wird, berechnet, und eine zweite Luftströmungsratensteuerung ausführt, bei der eine Strömungsrate der Luft in dem Ozonisator an die Sollströmungsrate angepasst wird, wobei der Luftzunahmecontroller (S50) vorzugsweise eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, ungeachtet der zweiten Luftströmungsratensteuerung durch den Kraftstoff-/Luftcontroller erhöht, wenn die Innentemperatur des Ozonisators während der Kraftstoffzufuhrsteuerung durch den Kraftstoffzufuhrabschnitt höher als die zweite obere Grenze (Tu2) ist.
Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend einen Luftabnahmecontroller (S28), der eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, herabsetzt, wenn (i) die Innentemperatur des Ozonisators nicht höher als die erste obere Grenze ist, und (ii) eine Temperatur innerhalb der Mischkammer niedriger als eine dritte bestimmte Temperatur (Tx) während der Ozonzufuhrsteuerung durch den Ozonzufuhrabschnitt ist.
Reduktionsmittel-Zufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner aufweisend einen elektrischen Leistungsreduzierungsabschnitt (S33, S57) der eine Menge der elektrischen Leistung, die dem Ozonisator zugeführt wird, reduziert, wenn der Luftzunahmecontroller eine Strömungsrate der Luft, die in dem Ozonisator zugeführt wird, erhöht.