DE102015111290A1

DE102015111290A1 - Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung und Kraftstoffverbrennungssystem, das diese aufweist

Info

Publication number: DE102015111290A1
Application number: DE102015111290.6A
Authority: DE
Inventors: Susumu Takenami; Takumi Suzawa; Yuuki Tarusawa; Shigeto Yahata
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-08-04
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2016-02-04
Also published as: JP6323239B2; JP2016035246A

Abstract

Eine Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) ist für ein Kraftstoffsystem, welches eine Nox-Reinigungsvorrichtung (15) mit einem Reduktionskatalysator aufweist, welcher in einer Abgaspassage (10ex) angeordnet ist, um NOx, welches im Abgas einer internen Verbrennungsmaschine (10) enthalten ist, zu reinigen. Die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) führt ein Reduktionsmittel in die Abgaspassage (10ex) an einer Position stromaufwärts des Reduktionskatalysators zu. Die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) weist eine Reformiervorrichtung (20, 30), eine Reinigungssteuerung (81a) und eine Regenerationssteuerung (81b) auf. Die Reformiervorrichtung (20, 30) oxidiert teilweise das Reduktionsmittel und reformiert das Reduktionsmittel. Die Reinigungssteuerung (81a) führt das Reduktionsmittel, welches durch die Reformiervorrichtung (20, 30) reformiert ist, in die Abgaspassage (10ex) zu, wenn eine NOx-Reinigung mit dem Reduktionsmittel angefordert ist. Die Regenerationssteuerung (81b) führt das Reduktionsmittel, welches durch die Reformiervorrichtung (20, 30) reformiert ist, in die Abgaspassage (10ex) zu, wenn eine Regeneration des Reduktionskatalysators, welcher mit Schwefel vergiftet ist, angefordert ist, und die interne Verbrennungsmaschine (10) in einem Magerverbrennungsbetrieb ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung zum Zuführen eines Reduktionsmittels, welches für eine NOx-Reduktion verwendet wird, in eine Abgaspassage an einer Position stromaufwärts eines Reduktionskatalysators, und ein Kraftstoffverbrennungssystem, das die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung aufweist.
HINTERGRUND
Eine Patentliteratur ( JP 2007-100572 A ) offenbart eine Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung, welche in einem Verbrennungssystem angeordnet ist, in dem eine NOx-Reinigungsvorrichtung in einer Abgaspassage einer internen Verbrennungsmaschine angeordnet ist. Die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung führt ein Reduktionsmittel in die Abgaspassage an einer Position stromaufwärts eines Reduktionskatalysators zu, und NOx im Abgas wird durch das zugeführte Reduktionsmittel mit einem Reduktionskatalysator in der NOx-Reinigungsvorrichtung reduziert.
Im Allgemeinen ist eine Schwefelvergiftung (sulfur poisining) als eine Angelegenheit bekannt, in der sich eine NOx-Reinigungsrate aufgrund von SOx in dem Abgas, welches durch den Reduktionskatalysator adsorbiert wird, verschlechtert. Um die Angelegenheit zu adressieren, beschreibt die Patentliteratur, dass Kraftstoff, welcher als Reduktionsmittel verwendet wird, mit Plasma aktiviert wird, und der aktivierte Kraftstoff in die Abgaspassage zugeführt wird. Als ein Ergebnis wird Schwefel, welcher in dem Reduktionskatalysator adsorbiert ist, von dem Reduktionskatalysator desorbiert, wodurch der Reduktionskatalysator sich von der Schwefelvergiftung erholen kann (d. h. der Reduktionskatalysator wird regeneriert).
KURZFASSUNG
Gemäß der Studie durch die Erfinder der vorliegenden Offenbarung muss, um Schwefel von dem Reduktionskatalysator mit dem aktivierten Kraftstoff zu desorbieren, die interne Verbrennungsmaschine in einem Magerverbrennungsbetrieb sein, was zu einer Verschlechterung in der Kraftstoffwirtschaftzlichkeit führen kann.
Zusätzlich reagiert Schwefel mit Wasserstoff und erzeugt Schwefelwasserstoff während des Magerverbrennungsbetriebs. Da das Schwefelwasserstoff übelriechende Komponenten bzw. Bestandteile aufweist, kann es wünschenswert sein, eine Erzeugungsmenge des Schwefelwasserstoffs während des Magerverbrennungsbetriebs zu unterdrücken.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung vorzusehen, welche die Erzeugung von Schwefelwasserstoff unterdrückt, während sie die Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit verringert.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung für ein Kraftstoffverbrennungssystem, welches eine NOx-Reinigungsvorrichtung mit einem Reduktionskatalysator, welcher in einer Abgaspassage angeordnet ist, aufweist, um NOx, welches im Abgas einer internen Verbrennungsmaschine enthalten ist, zu reinigen. Die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung führt ein Reduktionsmittel in die Abgaspassage in einer Position stromaufwärts des Reduktionskatalysators zu. Die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung weist eine Reformiervorrichtung, einen Reinigungscontroller bzw. eine Reinigungssteuerung und einen Regenerationscontroller bzw. eine Regenerationssteuerung auf. Die Reformiervorrichtung oxidiert das Reduktionsmittel teilweise und reformiert das Reduktionsmittel. Die Reinigungssteuerung führt das Reduktionsmittel, welches durch die Reformiervorrichtung reformiert wird, in die Abgaspassage zu, wenn eine NOx-Reinigung mit dem Reduktionskatalysator angefordert wird. Die Regenerationssteuerung führt das Reduktionsmittel, welches durch die Reformiervorrichtung reformiert ist, in die Abgaspassage zu, wenn eine Regeneration des Reduktionskatalysators, welcher mit Schwefel vergiftet ist, angefordert wird, und die interne Verbrennungsmaschine in einem Magerverbrennungsbetrieb ist.
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben herausgefunden, dass, wenn ein teilweises Oxid, welches durch ein teilweises Oxidieren einer Kohlenwasserstoffverbindung erzeugt wird, in den Reduktionskatalysator strömt, das teilweise Oxid chemisch mit Schwefel, welcher in dem Reduktionskatalysator adsorbiert ist, und Sauerstoff in dem Abgas reagiert. Dann desorbiert das teilweise Oxid den Schwefel von dem Reduktionskatalysator und reduziert den Schwefel.
Basierend auf diesen Entdeckungen bzw. Erfindungen, wird in dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung die Kohlenwasserstoffverbindung (das Reduktionsmittel) teilweise oxidiert, um reformiert zu werden, und dann wird das reformierte Reduktionsmittel (das teilweise Oxid) in die Abgaspassage während des Magerverbrennungsbetriebs der internen Verbrennungsmaschine zugeführt. Demnach reagiert das teilweise Oxid chemisch mit Schwefel und Sauerstoff, wodurch der Schwefel von dem Reduktionskatalysator desorbiert wird und reduziert wird. Demzufolge kann, da der fette Betrieb bzw. fette Verbrennungsbetrieb der internen Verbrennungsmaschine nicht notwendig ist, um Schwefel von dem Reduktionskatalysator zu desorbieren, die Verschlechterung in der Kraftstoffwirtschaftlichkeit unterdrückt werden, während sich der Reduktionskatalysator von einer Schwefelvergiftung erholt (d. h. der Reduktionskatalysator regeneriert wird). Weiterhin kann, da der fette Betrieb nicht notwendig ist, die Erzeugung von Schwefelwasserstoff, welche schlecht riechende Komponenten aufweist, unterdrückt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Offenbarung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon wird am besten aus der folgenden Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
1 eine schematische Ansicht einer Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung ist, welche auf ein Verbrennungssystem angewandt wird;
2 Graphen sind, welche auf eine 2-Schritt-Oxidationsreaktion einer Kaltflammen-Reaktion und einer Heißflammen-Reaktion bezogen sind;
3 ein Diagramm ist, welches einen Reaktionsvorgang der Kaltflammen-Reaktion zeigt;
4 ein Diagramm ist, welches einen Bereich veranschaulicht, welcher durch eine Umgebungstemperatur definiert ist, und ein Äquivalenzverhältnis, in dem die 2-Schritt-Oxidationsreaktion auftritt;
5 ein Flussdiagramm eines Vorgangs des Umschaltens eines Betriebs der Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung zwischen einer Ozonerzeugung und einer Erzeugung von reformiertem Kraftstoff ist;
6 ein Flussdiagramm eines Vorgangs eines Hochpartial-Oxidationsmodus ist;
7 ein Flussdiagramm eines Vorgangs zum Steuern einer Zeitdauer eines Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgangs ist;
8 ein Flussdiagramm des Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgangs ist;
9 ein Graph eines experimentellen Ergebnisses ist, welches die Effekte der Schwefelvergiftungs-Erholung zeigt;
10 ein Graph eines experimentellen Ergebnisses ist, welcher eine benötigte Zeit für die Schwefelvergiftungs-Erholung zeigt;
11 ein Graph eines experimentellen Ergebnisses ist, welcher unterschiedliche Ergebnisse der Schwefelvergiftungs-Erholung mit unterschiedlichen Temperaturen des Reduktionskatalysators während des Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgangs zeigt; und
12 ein Diagramm zum Beschreiben des Mechanismus der Schwefelvergiftungs-Erholung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Mehrzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird hierin nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In den Ausführungsformen kann einem Teil, welcher einem Gegenstand entspricht, der in einer vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde, dasselbe Bezugszeichen zugeordnet werden, und eine redundante Erklärung für das Teil kann ausgelassen werden. Wenn nur ein Teil einer Konfiguration in einer Ausführungsform beschrieben ist, kann eine andere vorangehende Ausführungsform auf die anderen Teile der Konfiguration angewandt werden. Die Teile können kombiniert werden, auch wenn es nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können teilweise kombiniert werden, auch wenn es nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können, vorausgesetzt es gibt keinen Schaden bei der Kombination.
Ein Verbrennungssystem, wie es in 1 veranschaulicht ist, weist eine interne Verbrennungsmaschine 10, einen Lader 11, einen Dieselpartikelfilter (DPF = Diesel Particulate Filter = Dieselpartikelfilter) 14, eine DPF-Regenerationsvorrichtung (Regenerations-DOC 14a), eine NOx-Reinigungsvorrichtung beziehungsweise -Aufbereitungsvorrichtung 15, eine Reduktionsmittel-Reinigungsvorrichtung beziehungsweise -Aufbereitungsvorrichtung (Reinigungs-DOC) 16 und eine Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 auf. Das Verbrennungssystem ist an einem Fahrzeug angebracht und das Fahrzeug wird durch eine Ausgabe von der internen Verbrennungsmaschine 10 angetrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die interne Verbrennungsmaschine 10 eine Kompressions-Selbstzünde-Dieselmaschine, und Dieselkraftstoff (Leichtöl), welcher (welches) eine Kohlenwasserstoffverbindung ist, wird als Kraftstoff für die Verbrennung verwendet.
Der Lader 11 weist eine Turbine 11a, eine sich drehende Welle 11b und einen Kompressor 11c auf. Die Turbine 11a ist in einer Abgaspassage 10ex der internen Verbrennungsmaschine 10 angeordnet und dreht sich durch die kinetische Energie von Abgas. Die sich drehende Welle beziehungsweise 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 einer Ansaugpassage 10in der internen Verbrennungsmaschine 10 angeordnet und führt Ansaugluft nach dem Komprimieren (das heißt Aufladen) der Ansaugluft der internen Verbrennungsmaschine 10 zu.
Ein Kühler 12 ist in der Ansaugpassage 10in stromabwärts des Kompressors 11c angeordnet. Der Kühler 12 kühlt Ansaugluft, welche durch den Kompressor 11c komprimiert ist, und die komprimierte Ansaugluft, welche durch den Kühler 12 gekühlt ist, wird in mehrere Verbrennungskammern der internen Verbrennungsmaschine 10 durch einen Ansaugkrümmer beziehungsweise eine Ansaugleitung verteilt, nachdem eine Flussmenge beziehungsweise Strömungsmenge der komprimierten Ansaugluft durch ein Drosselventil 13 angepasst ist.
Der Regenerations-DOC 14a (Dieseloxidations-Katalysator), der DPF 14 (Dieselpartikelfilter), die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 und der Reinigungs-DOC 16 (DOC = Diesel Oxidation Catalyst = Dieseloxidationskatalysator) sind in dieser Reihenfolge in der Abgaspassage 10ex stromabwärts der Turbine 11a angeordnet. Der DPF 14 sammelt (filtert aus) Partikel, welche im Abgas enthalten sind. Der Regenerations-DOC 14a weist einen Katalysator auf, welcher unverbrannten Kraftstoff, der in dem Abgas enthalten ist, oxidiert, und der den unverbrannten Kraftstoff verbrennt. Durch ein Verbrennen des unverbrannten Kraftstoffs, werden die Partikel, welche durch den DPF 14 gesammelt werden, verbrannt, und der DPF 14 wird regeneriert, wodurch die Sammelkapazität bzw. -leistungsfähigkeit des DPF 14 aufrecht erhalten wird. Es sollte angemerkt werden, dass diese Verbrennung durch den unverbrannten Kraftstoff innerhalb des Regenerations-DPF 14a nicht dauernd ausgeführt wird, sondern zeitweise ausgeführt wird, wenn die Regeneration des DPF benötigt wird.
Eine Zufuhrpassage 26 der Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 ist mit der Abgaspassage 10ex stromabwärts des DPF 14 und stromaufwärts der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verbunden. Reformierter Kraftstoff, welcher durch die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 erzeugt wird, wird als ein Reduktionsmittel in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 26 zugeführt. Der reformierte Kraftstoff wird durch ein teilweises Oxidieren von Kohlenwasserstoff (d. h. Kraftstoff), welcher als ein Reduktionsmittel verwendet wird, in teilweise oxidierten Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Aldehyd, wie später unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden wird, erzeugt.
Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 weist einen Bienenwabenträger 15b zum Tragen eines Reduktionskatalysators und ein Gehäuse 15a, welches den Träger 15b darin einhaust, auf. Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 reinigt bzw. bereitet NOx, welches in Abgas enthalten ist, durch eine Reaktion von NOx mit dem reformierten Kraftstoff in der Anwesenheit des Reduktionskatalysators auf, das heißt ein Reduktionsvorgang von NOx zu N₂. Es sollte festgehalten werden, dass, obwohl O₂ (Sauerstoff) im Abgas zusätzlich zu NOx auch enthalten ist, das reformierte Reduktionsmittel selektiv (vorzugsweise) mit NOx in der Anwesenheit von O₂ reagiert.
In der vorliegenden Ausführungsform hat der Reduktionskatalysator eine Adsorptivität, um NOx zu adsorbieren. Genauer demonstriert der Reduktionskatalysator die Adsorptivität zum Adsorbieren von NOx in dem Abgas, wenn eine Katalysatortemperatur niedriger als eine Aktivierungstemperatur ist, bei welcher die Reduktionsreaktion durch den Reduktionskatalysator auftreten kann. Wohingegen, wenn die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Aktivierungstemperatur ist, NOx, welches durch den Reduktionskatalysator adsorbiert ist, durch den reformierten Kraftstoff reduziert und dann von dem Reduktionskatalysator freigegeben (desorbiert) wird. Beispielsweise kann die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 eine NOx-Adsorbtionsleistungsfähigkeit mit einem Silber-/Aluminiumoxid-Katalysator vorsehen, welcher durch den Träger 15b getragen wird.
Der Reinigungs-DOC 16 hat ein Gehäuse, welches einen Träger, welcher einen Oxidationskatalysator trägt, einhaust. Der Reinigungs-DOC 16 oxidiert das Reduktionsmittel, welches von der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 ausströmt, ohne für die NOx-Reduktion verwendet zu werden, in der Anwesenheit eines Oxidationskatalysators. Demnach kann verhindert werden, dass das Reduktionsmittel in die Atmosphäre durch einen Auslass der Abgaspassage 10ex freigesetzt wird. Es sollte festgehalten werden, dass eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators (beispielsweise 200 Grad Celsius) niedriger ist als die Aktivierungstemperatur (beispielsweise 250 Grad Celsius) des Reduktionskatalysators.
Als nächstes wird die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 untenstehend beschrieben werden. Im Allgemeinen erzeugt die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 den reformierten Kraftstoff und führt den reformierten Kraftstoff in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 26 zu. Die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 weist einen Entlade-Reaktor 20, eine Luftpumpe 20p, eine Luftleitung 23, einen Reaktionsbehälter 25, einen Heizer 30, einen Injektor 40 auf, wie im Detail beschrieben werden wird. Besonders kann der Entlade-Reaktor 20 und der Heizer 30 eine „Reformiervorrichtung” vorsehen, welche das Reduktionsmittel durch ein teilweises Oxidieren des Reduktionsmittels reformiert. Der Entlade-Reaktor 20, der in der Reformiervorrichtung enthalten ist, kann einen „Ozonerzeuger” vorsehen, welcher Ozon erzeugt, und der Heizer 30, welcher in der Reformiervorrichtung enthalten ist, kann einen „Heizer” vorsehen, welcher das Reduktionsmittel erwärmt.
Der Entlade-Reaktor 20 weist ein Gehäuse 22 auf, welches eine Fluidpassage 22a darin hat und eine Mehrzahl von Paaren von Elektroden 21 ist innerhalb der Fluidpassage 22a angeordnet. Die Elektroden 21 haben eine Plattenform und sind angeordnet, um einander parallel zugewandt zu sein. Eine Elektrode 21, welche auf Masse gelegt ist, und eine andere Elektrode 21, an welche eine hohe Spannung angelegt ist, wenn elektrische Leistung dem Entlade-Reaktor 20 zugeführt wird, sind wechselweise angeordnet. Eine Leistungsversorgung bzw. ein Anlegen von Leistung an die Elektroden 21 wird durch einen Mikrocomputer 81 einer elektronischen Steuereinheit (ECU 80) gesteuert.
Luft, welche durch die Luftpumpe 20p geblasen wird, strömt in das Gehäuse 22 des Entlade-Reaktors 20. Die Luftpumpe 20p wird durch einen Elektromotor angetrieben, und der Elektromotor wird durch den Mikrocomputer 81 gesteuert. Die Luft, welche durch die Luftpumpe 20p geblasen wird, strömt in die Fluidpassage 22a innerhalb des Gehäuses 22 und strömt durch die Entladepassagen 21a, welche zwischen den Elektroden 21 gebildet sind.
Die Luftleitung 23 ist mit einem stromabwärtigen Abschnitt des Entlade-Reaktors 20 verbunden. Die Luftleitung 23 definiert eine Luftpassage 23b darin. Luft, welche durch die Entladepassagen 21a geströmt ist, strömt in die Luftpassage 23b. Die Zufuhrpassage 26 ist mit einem unteren Abschnitt der Luftleitung 23 verbunden. Ein Rückschlagventil 24 ist in der Luftleitung 23 angeordnet. Wenn die Luftpumpe 20p betrieben wird, bewegt sich das Rückschlagventil 24, um die Luftpassage 23b gegen eine elastische Kraft einer Feder (nicht gezeigt) zu öffnen, wohingegen, wenn die Luftpumpe 20p aus ist, das Rückschlagventil 24 sich bewegt, um die Luftpassage 23b zu verschließen, um ein Rückströmen des reformierten Kraftstoffs von der Zufuhrpassage 26 in Richtung des Entlade-Reaktors 20 zu verhindern.
Ein Reaktionsbehälter 25 ist mit der Luftleitung 23 an einer stromabwärtigen Seite des Rückschlagventils 24 verbunden, und eine Verdampfungskammer 25a ist innerhalb des Reaktionsbehälters 25 gebildet. Die Verdampfungskammer 25a zweigt von der Luftpassage 23b ab und hat eine Blindverschlussform bzw. Form eines blinden Rohrendes bzw. Sackgassenform. Die Verdampfungskammer 25a ist in Fluidkommunikation mit der Luftpassage 23b durch einen Einlass 23c, welcher in der Luftleitung 23 gebildet ist.
Der Heizer 30 und der Injektor 40 sind an dem Reaktionsbehälter 25 angebracht. Der Heizer 30 weist einen Heizabschnitt 31 auf, welcher bei einer Versorgung mit Leistung Wärme erzeugt, und die Leistungszufuhr zu dem Heizabschnitt 31 wird durch den Mikrocomputer 81 gesteuert. Insbesondere führt der Mikrocomputer 81 eine Aufgabensteuerung für eine Leistungsversorgungsmenge zu dem Heizabschnitt 31 durch, um eine Wärmeerzeugungsmenge bzw. einen Wärmeerzeugungsbetrag anzupassen. Der Heizabschnitt 31 ist in der Verdampfungskammer 25a angeordnet und erwärmt Kraftstoff, welcher von dem Injektor 40 in die Verdampfungskammer 25a eingespritzt wird. Eine Temperatur innerhalb der Verdampfungskammer 25a wird durch einen Temperatursensor 27 erfasst. Der Temperatursensor 27 gibt die erfasste Temperatur (Erfassungstemperatur) an die ECU 80 aus.
Der Injektor 40 weist einen Körper 71 auf, welcher mit Einspritzlöchern bzw. Injektionslöchern gebildet ist, einen elektrischen Aktuator und einen Ventilkörper. Wenn der elektrische Aktuator an ist, bewegt sich der Ventilkörper, um die Injektionslöcher zu öffnen, und Kraftstoff wird durch die Injektionslöcher in die Verdampfungskammer 25a eingespritzt. Wenn der elektrische Aktuator aus ist, bewegt sich der Ventilkörper, um die Injektionslöcher zu verschließen, und die Kraftstoffeinspritzung bzw. Kraftstoffinjektion wird gestoppt. Der Mikrocomputer 81 passt eine Kraftstoffeinspritzmenge pro Einheitszeit in die Verdampfungskammer 25a durch ein Steuern der Leistungsversorgung zu dem elektrischen Aktuator an. Eine Pumpe 70p führt flüssigen Kraftstoff von einem Kraftstofftank 70t in den Injektor 40 zu. Der Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks 70t wird ebenso als Kraftstoff für die Verbrennung wie obenstehend beschrieben ist, verwendet. Das heißt, der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 70t wird allgemein als Kraftstoff zur Verbrennung in der internen Verbrennungsmaschine 10 und Kraftstoff für das Reduktionsmittel verwendet.
Flüssiger Kraftstoff, welcher von dem Injektor 41 injiziert bzw. eingespritzt wird, kollidiert mit dem Heizabschnitt 31 und wird durch den Heizabschnitt 31 erwärmt und verdampft. Der verdampfte Kraftstoff strömt in die Luftpassage 23b und wird mit Luft vermischt. Als ein Ergebnis wird der verdampfte Kraftstoff teilweise mit Sauerstoff in der Luft oxidiert und demnach wird der verdampfte Kraftstoff in teilweise oxidierten Kohlenwasserstoff wie beispielsweise Aldehyd reformiert. Der verdampfte Kraftstoff wie auf diesem Wege reformiert (der reformierte Kraftstoff) wird in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 26 zugeführt.
Wenn elektrische Leistung dem Entlade-Reaktor 20 zugeführt wird, kollidieren Elektronen, welche von den Elektroden 21 emittiert werden, mit Sauerstoffmolekülen, welche in Luft enthalten sind, in den Entladepassagen 21a. Als ein Ergebnis wird Ozon aus den Sauerstoffmolekülen erzeugt. Das heißt, der Entlade-Reaktor 20 bringt die Sauerstoffmoleküle in einen Plasmazustand durch einen Entladevorgang, wodurch Ozon als aktiver Sauerstoff erzeugt wird. Demnach strömt, wenn elektrische Leistung dem Entlade-Reaktor 20 zugeführt wird, Luft, welche das Ozon enthält, durch die Luftpassage 23b.
Eine Kaltflammen-Reaktion tritt in der Luftpassage 23b oder der Verdampfungskammer 25a auf. In der Kaltflammen-Reaktion wird Kraftstoff in Gasform teilweise mit Sauerstoff in der Luft oxidiert. Ein teilweises Oxid (beispielsweise Aldehyd) kann ein Beispiel des Kraftstoffs, welcher auf diesem Weg teilweise oxidiert wird, sein, in welchem ein Teil des Kraftstoffs (Kohlenwasserstoffverbindung) mit einer Aldehyd-Gruppe (CHO) oxidiert wird.
Als nächstes wird die Kaltflammen-Reaktion im Detail unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben werden.
2 veranschaulicht Simulationsergebnisse, welche ein Phänomen zeigen, in dem Kraftstoff (Hexadekan) auf den Heizer 30 gesprüht und verdampft wird, und der verdampfte Kraftstoff, welcher um den Heizer 30 herum verbleibt, reformiert wird. Besonders zeigt jeder Graph in einem Fall, in dem der verdampfte Kraftstoff (Hexadekan) einer Umgebung bei 430°C ausgesetzt ist, Änderungen einer Vielzahl von physikalischen Quantitäten hinsichtlich einer verstrichenen Zeit nach der Aussetzung. In 2 veranschaulicht ein Graph (a) eine Änderung in der Umgebungstemperatur, ein Graph (b) veranschaulicht eine Änderung in einer molaren Konzentration des Kraftstoffs, ein Graph (c) veranschaulicht Änderungen in einer molaren Konzentration von (i) Sauerstoff, welcher durch den Oxidationsvorgang verbraucht wird, (ii) Wassermolekülen, welche durch den Oxidationsvorgang erzeugt werden, und (iii) Kohlendioxidmolekülen, welche durch den Oxidationsvorgang erzeugt werden, und ein Graph (d) veranschaulicht Änderungen in einer molaren Konzentration von Alcetaldehyd und Propionaldehyd, von welchen jedes ein reformierter Kraftstoff ist, welcher durch die Kaltflammen-Reaktion erzeugt wird. Anfängliche Bedingungen zu dem Beginn der Kraftstoffeinspritzung werden eingestellt mit einer Atmosphäre Druck, 2.200 ppm Hexadekankonzentration, 20% Sauerstoffkonzentration, 9% Kohlendioxidkonzentration und 2% Wasserkonzentration.
Wie in 2 gezeigt ist, nimmt die Umgebungstemperatur zu, die molare Konzentration des Kraftstoffs nimmt ab und die molare Konzentration des reformierten Kraftstoffes nahm zu, unmittelbar nach dem Einspritzen des Kraftstoffs. Dies bedeutet, dass Kraftstoff Wärme durch ein Oxidiert-werden mit Sauerstoff erzeugt, und dass der reformierte Kraftstoff aus dem Kraftstoff erzeugt wird, d. h. die Kaltflammen-Reaktion auftritt. Solch eine Temperaturzunahme und Änderungen in der molaren Konzentration sind jedoch vorübergehend, und die Temperaturzunahme und die Änderungen in der molaren Konzentration treten nicht auf, bis ungefähr 4 Sekunden von dem Beginn der Kraftstoffinjektion verstreichen.
Wenn ungefähr 4 Sekunden verstreichen, nimmt die Umgebungstemperatur weiter zu, die molare Konzentration des reformierten Kraftstoffs nimmt ab, die Erzeugungsmengen von Kohlendioxid und Wasser nehmen zu und eine Verbrauchsmenge von Sauerstoff nimmt zu. Dies bedeutet, dass der reformierte Kraftstoff Wärme durch ein Oxidiert-werden mit Sauerstoff erzeugt, und dass der reformierte Kraftstoff vollständig verbrennt, um Kohlendioxid und Wasser zu erzeugen, d. h. die Heissflammen-Reaktion tritt auf. Eine Temperaturzunahmemenge bzw. ein Temperaturzunahmebetrag durch die Kaltflammen-Reaktion ist geringer als derjenige durch die Heissflammen-Reaktion. Weiterhin ist eine Sauerstoffverbrauchsmenge durch die Kaltflammen-Reaktion geringer als diejenige durch die Heissflammen-Reaktion.
Wenn die Oxidationsreaktion über zwei Schritte auftritt, wird der reformierte Kraftstoff als Reaktionszwischenprodukt während einer Zeitdauer von der Kaltflammen-Reaktion zu der Heissflammen-Reaktion erzeugt. Beispiele des Reaktionszwischenprodukts können eine Mehrzahl von Kohlenwasserstoffverbindungen, wie beispielsweise Aldehyd, Keton oder dergleichen sein. 3 veranschaulicht ein Beispiel eines Hauptreaktionsweges durch welchen Aldehyd erzeugt wird.
Wie durch (1) in 3 angezeigt ist, reagiert Kohlenwasserstoff (Dieselkraftstoff) mit einem Sauerstoffmolekül und ein Kohlenwasserstoff-Peroxyl-Radikal wird erzeugt. Das Kohlenwasserstoff-Peroxyl-Radikal wird in Aldehyd und ein Kohlenwasserstoff-Radikal zersetzt (es sei Bezug genommen auf (2) in 3). Das Kohlenwasserstoff-Radikal reagiert mit einem Sauerstoffmolekül und ein anderes Kohlenwasserstoff-Peroxyl-Radikal wird erzeugt (es sei Bezug genommen auf (3) in 3). Das Kohlenwasserstoff-Peroxyl-Radikal wird in Aldehyd und ein Kohlenwasserstoff-Radikal zersetzt (es sei Bezug genommen auf (4) in 3). Das Kohlenwasserstoff-Radikal reagiert mit einem Sauerstoffmolekül und ebenso wird ein anderes Kohlenwasserstoff-Peroxyl-Radikal erzeugt (es sei Bezug genommen auf (5) in 3). Auf diesem Weg wird ein Kohlenwasserstoff-Peroxyl-Radikal wiederholt erzeugt, während die Kohlenstoffanzahl verringert wird, und Aldehyd wird jedes Mal erzeugt, wenn das Kohlenwasserstoff-Peroxyl-Radikal erzeugt wird. Es sollte festgehalten werden, dass in der Heissflammen-Reaktion Kraftstoff vollständig verbrannt wird, und Kohlendioxid und Wasser erzeugt werden, und demnach das Reaktionszwischenprodukt nicht erzeugt wird. Mit anderen Worten gesagt wird das Reaktionszwischenprodukt, welches durch die Kaltflammen-Reaktion erzeugt wird, in Kohlendioxid und Wasser während der Heissflammen-Reaktion oxidiert.
In der Simulation, welche in 2 gezeigt ist, ist die Aussetzungstemperatur auf 430°C eingestellt. Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung jedoch hatten weiterhin eine Simulation mit verschiedenen Aussetzungstemperaturen durchgeführt. Als ein Ergebnis wurde herausgefunden dass, wenn die Aussetzungstemperatur 530°C ist, es nahezu keine Zeitdauer gab, um in der Kaltflammen-Reaktion zu verbleiben, und die Oxidationsreaktion mit nur einem Schritt vollendet war. Im Gegensatz dazu war, wenn die Aussetzungstemperatur auf 330°C eingestellt war, eine Starteinstellung bzw. ein Startzeitpunkt der Kaltflammen-Reaktion verzögert verglichen mit einem Fall, in dem die Aussetzungstemperatur auf 430°C eingestellt war. Ebenso trat, wenn die Aussetzungstemperatur auf 230°C oder niedriger eingestellt war, keine der Kaltflammen-Reaktion und der Heissflammen-Reaktion auf, d. h. die Oxidationsreaktion trat nicht auf.
In der Simulation, welche in 2 veranschaulicht ist, ist das Äquivalenzverhältnis, welches ein Verhältnis des eingespritzten bzw. injizierten Kraftstoffs und der zugeführten Luft ist, eingestellt, um 0,23 zu sein. In diesem Zusammenhang haben die vorliegenden Erfinder Ergebnisse der Simulation mit den unterschiedlichen Äquivalenzverhältnissen erhalten. Es sollte festgehalten werden, dass das Äquivalenzverhältnis definiert sein kann als ein Wert durch ein Dividieren des „Gewichts von Kraftstoff, welcher in einer Luft-Kraftstoff-Mischung enthalten ist” durch das „Gewicht von Kraftstoff, welcher vollständig verbrannt werden kann”. Wenn das Äquivalenzverhältnis eingestellt ist auf 1,0, gibt es nahezu keine Zeitdauer, um in der Kaltflammen-Reaktion zu verbleiben, und die Oxidationsreaktion wird mit nur einem Schritt vollendet. Ebenso wird, wenn das Äquivalenzverhältnis eingestellt ist auf 0,37 der Startzeitpunkt der Kaltflammen-Reaktion nach vorne verschoben, eine Kaltflammen-Reaktionsrate nimmt zu, eine Kaltflammen-Reaktionszeitdauer nimmt ab und die Umgebungstemperatur zu der Zeit des Vollendens der Kaltflammen-Reaktion nimmt zu, verglichen mit einem Fall, in welchem das Äquivalenzverhältnis auf 0,23 eingestellt ist.
4 veranschaulicht eine Zusammenfassung der Analyseergebnisse wie obenstehend beschrieben. 4 zeigt eine Beziehung zwischen der Aussetzungstemperatur (der Umgebungstemperatur), dem Äquivalenzverhältnis und einem Auftreten/Nichtauftreten der Kaltflammen-Reaktion an. In 4 zeigt die Abszisse des Graphen die Aussetzungstemperatur (die Umgebungstemperatur) an, und die Ordinate des Graphen zeigt das Äquivalenzverhältnis an. Der gepunktete Bereich in 4 ist ein Bereich, in welchem eine 2-Schritt-Oxidationsreaktion auftritt. Wie in 4 gezeigt ist, ist ein Bereich, in welchem die Umgebungstemperatur niedriger als ein unterer Grenzwert ist, ein Nicht-Reaktionsbereich, in welchem die Oxidationsreaktion nicht auftritt. Weiterhin ist, auch wenn die Umgebungstemperatur höher ist als der untere Grenzwert, ein Bereich, in welchem das Äquivalenzverhältnis gleich oder größer als 1,0 ist, ein 1-Schritt-Oxidationsreaktionsbereich, in welchem die Oxidation mit nur einem Schritt vollendet ist.
Eine Grenzlinie zwischen dem 2-Schritt-Oxidationsbereich und dem 1-Schritt-Oxidationsbereich variiert gemäß einer Umgebungstemperatur und dem Äquivalenzverhältnis. Das heißt, wenn die Umgebungstemperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs fällt, und das Äquivalenzverhältnis innerhalb eines bestimmten Äquivalenzverhältnisbereichs fällt, tritt die 2-Schritt-Oxidation auf. Das heißt, der spezifizierte Temperaturbereich und der spezifizierte Äquivalenzverhältnisbereich entsprechen dem gepunkteten Bereich in 4. Wenn die Umgebungstemperatur auf eine Optimaltemperatur (beispielsweise 370°C) innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs eingestellt wird, hat das Äquivalenzverhältnis an der Grenzlinie einen Maximalwert (beispielsweise 1,0). Demnach wird, um die Kaltflammen-Reaktion früher zu erzeugen, die Heizertemperatur an die Optimaltemperatur angepasst und das Äquivalenzverhältnis wird auf 1,0 eingestellt. Wenn jedoch das Äquivalenzverhältnis größer als 1,0 ist, tritt die Kaltflammen-Reaktion nicht auf. Demnach ist das Äquivalenzverhältnis vorzugsweise auf einen Wert von um eine gegebene Marge bzw. Spanne weniger als 1,0 eingestellt.
In der Simulation, wie sie in 2 gezeigt ist, wird eine Ozon-Konzentration in Luft auf null eingestellt. Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung hatten weiterhin eine Simulation mit unterschiedlichen Ozon-Konzentrationen in Luft durchgeführt. In der Simulation wurde eine anfängliche Bedingung mit einem Atmosphärendruck, einer Hexadekankonzentration von 2.200 ppm und der Umgebungstemperatur von 330°C eingestellt. Als ein Ergebnis wurde gefunden dass der Startzeitpunkt der Kaltflammen-Reaktion früher wurde, wenn die Ozon-Konzentration zunahm. Solch ein Phänomen kann wie untenstehend erklärt werden. Wie obenstehend beschrieben ist, reagiert ein Kohlenwasserstoff-Radikal mit einem Sauerstoffmolekül in (1), (3) und (5) in 3 und diese Reaktion wird mit Ozon, welches in Luft enthalten ist, beschleunigt. Als ein Ergebnis wird Aldehyd in einer kurzen Zeit erzeugt.
Der Mikrocomputer 81 der ECU 80 weist eine Speichereinheit zum Speichern von Programmen und eine zentrale Verarbeitungseinheit auf, welche eine arithmetische Verarbeitung gemäß den Programmen, welche in der Speichereinheit gespeichert sind, ausführt. Die ECU 80 steuert den Betrieb der internen Verbrennungsmaschine 10 basierend auf Erfassungswerten von Sensoren. Die Sensoren können einen Gaspedalsensor 91, einen Maschinengeschwindigkeitssensor 92, einen Drosselventilöffnungssensor 93, einen Ansaugluftdrucksensor 94, einen Ansaugmengensensor 95, einen Abgastemperatursensor 96 oder dergleichen aufweisen.
Der Gaspedalsensor 91 erfasst einen Niederdrückbetrag eines Gaspedals eines Fahrzeugs durch einen Fahrzeugführer. Der Maschinengeschwindigkeitssensor 92 erfasst eine Drehgeschwindigkeit einer Ausgabewelle bzw. Ausgangswelle 10a der internen Verbrennungsmaschine 10 (d. h. eine Maschinengeschwindigkeit). Der Drosselventilöffnungssensor 93 erfasst einen Öffnungsbetrag des Drosselventils 13. Der Ansaugluftdrucksensor 94 erfasst einen Druck der Ansaugpassage 10in an einer Position stromabwärts des Drosselventils 13. Der Ansaugmengensensor 95 erfasst die Massenflussrate bzw. Massenströmungsrate von Ansaugluft.
Die ECU 80 steuert im Allgemeinen eine Menge und eine Einspritzeinstellung von Kraftstoff für eine Verbrennung, welcher von einem Kraftstoffinjektionsventil bzw. Kraftstoffeinspritzventil (nicht gezeigt) eingespritzt wird, gemäß einer Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 10a und einer Maschinenlast der internen Verbrennungsmaschine 10. Weiterhin steuert die ECU 80 den Betrieb der Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 basierend auf einer Abgastemperatur, welche durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird. In anderen Worten gesagt, schaltet der Mikrocomoputer 81 zwischen der Erzeugung des reformierten Kraftstoffs und der Erzeugung des Ozons durch ein wiederholtes Ausführen eines Vorgangs (d. h. eines Programms) wie in 5 gezeigt, zu einer vorbestimmten Zeitdauer um. Der obige Vorgang startet, wenn ein Zündschalter angeschaltet wird und wird konstant ausgeführt, während die interne Verbrennungsmaschine 10 läuft.
Bei Schritt 5 der 10 bestimmt der Mikrocomputer 81, ob die interne Verbrennungsmaschine 10 läuft. Wenn die interne Verbrennungsmaschine 10 nicht läuft, wird der Betrieb der Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 bei Schritt 18 gestoppt. Genauer wird, wenn elektrische Leistung zu dem Entladereaktor 20, der Luftpumpe 20p, dem Injektor 40 und dem Heizer 30 zugeführt worden ist, die elektrische Leistungszufuhr gestoppt. Zusätzlich wird, wenn die Temperatur des Reduktionskatalysators (NOx-Katalysatortemperatur) niedriger ist als die Aktivierungstemperatur und eine Menge von NOx, welche in dem Reduktionskatalysator adsorbiert ist (Nox-Adsorptionsmenge), gesättigt ist, oder wenn die NOx-Katalysatortemperatur bei einer hohen Temperatur ist, welche einen für eine Reduktion möglichen Temperaturbereich überschreitet, die Vorrichtung ebenso bei Schritt 18 gestoppt.
Wenn bestimmt wird, dass die interne Verbrennungsmaschine 10 läuft, bestimmt der Mikrocomputer 81 bei Schritt 10, ob ein Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang (es sei Bezug genommen auf 8) wie untenstehend beschrieben, ausgeführt wird. Wenn der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang bei Schritt 10 nicht ausgeführt wird, betreibt der Mikrocomputer 81 die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 gemäß der Temperatur des Reduktionskatalysators (NOx-Katalysatortemperatur) in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15, wie untenstehend beschrieben werden wird.
Insbesondere wird bei Schritt 11 bestimmt, ob die NOx-Katalysatortemperatur höher ist als eine erste spezifizierte Temperatur T1. Wenn die NOx-Katalysatortemperatur niedriger ist als die erste spezifizierte Temperatur T1, wird bestimmt, ob die NOx-Katalysatortemperatur höher als eine zweite spezifizierte Temperatur T2 ist, und zwar bei Schritt 12. Wenn die NOx-Katalysatortemperatur niedriger ist als die zweite spezifizierte Temperatur T2, wird bestimmt, ob die NOx-Katalysatortemperatur höher ist als eine Aktivierungstemperatur T3 des Reduktionskatalysators bei Schritt 13.
Die erste spezifizierte Temperatur T und die zweite spezifizierte Temperatur T2 werden eingestellt, um höher zu sein als die Aktivierungstemperatur T3, und die erste spezifizierte Temperatur T1 ist eingestellt, um höher zu sein als die zweite spezifizierte Temperatur T2. Beispielsweise werden, wenn die Aktivierungstemperatur T3 250°C ist, die erste und die zweite spezifizierte Temperatur eingestellt, um jeweils 400°C und 350°C zu sein. Die NOx-Katalysatortemperatur wird aus einer Abgastemperatur, welche durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird, abgeschätzt. Es sollte festgehalten werden, dass die Aktivierungstemperatur T3 des Reduktionskatalysators die niedrigste Temperatur ist, bei welcher NOx bei einer Existenz des Reduktionskatalysators reduziert und gereinigt werden kann.
Wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur niedriger ist als die Aktivierungstemperatur T3 durch die Schritte 11, 12 und 13, wird die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 in einem Ozonerzeugungsmodus bei Schritt 14 betrieben. Wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur höher ist als die Aktivierungstemperatur T3 und niedriger als die zweite spezifizierte Temperatur T2, wird die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 in einem Hochpartial-Oxidationsmodus bei Schritt 15 betrieben. Wohingegen wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur höher als die zweite spezifizierte Temperatur T2 und niedriger als die erste spezifizierte Temperatur T1 ist, die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 in einem Niedrigpartial-Oxidationsmodus bei Schritt S16 betrieben wird. Weiterhin wird, wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur höher als die erste spezifizierte Temperatur T1 ist, die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 in einem Stoppmodus bei Schritt 17 gestoppt.
Wenn der Ozonerzeugungsmodus bei Schritt 14 in 5 eingestellt ist bzw. wird, wird die Luftpumpe 20p mit einem vorbestimmten Leistungsbetrag betrieben, und ein vorbestimmter Leistungsbetrag wird den Elektroden 21 des Entlade-Reaktors 20 zugeführt, um die elektrische Entladung zu starten. Als nächstes wird die Leistungsversorgung zu dem Heizer 30 gestoppt und die Leistungszufuhr zu dem Kraftstoffinjektor 40 wird gestoppt, um die Kraftstoffinjektion zu stoppen. Gemäß dem Ozonerzeugungsmodus wird Ozon durch den Entlade-Reaktor 20 erzeugt und das erzeugte Ozon wird in die Abgaspassage 10ex durch die Luftpassage 23 und die Zufuhrpassage 26 zugeführt.
In diesem Fall würde, wenn die Leistungszufuhr zu dem Heizer 30 implementiert wird, das Ozon durch den Heizer 30 erwärmt werden und würde dann kollabieren. Ebenso würde, wenn Kraftstoff zugeführt würde, das Ozon innerhalb des Entlade-Reaktors 20 mit dem zugeführten Kraftstoff reagieren. In Hinsicht darauf werden in dem Ozonerzeugungsmodus ein Heizen durch den Heizer 30 und die Kraftstoffzufuhr durch den Kraftstoffinjektor 40 gestoppt. Aus diesem Grund wird, da sowohl die Reaktion des Ozons mit dem Kraftstoff als auch der Erwärmungskollaps des Ozons vermieden werden kann, das erzeugte Ozon in die Abgaspassage 10ex wie es ist zugeführt.
Wenn der Hochpartial-Oxidationsmodus bei Schritt 15 der 5 eingestellt ist, wird der Unterroutinenvorgang der 6 starten.
Eine Kurzdarstellung des Vorgangs in 6 wird gemäß den gestrichelten Linien in der Figur beschrieben werden. Bei Schritt 30 wird der Betrieb des Heizers 30 gesteuert, um die Temperatur innerhalb des Reaktionsbehälters 25 innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs anzupassen. Als nächstes wird bei Schritt 40 ein Äquivalenzverhältnis, welches ein Verhältnis von Kraftstoff und Luft ist, auf einen Wert innerhalb des spezifizierten Äquivalenzverhältnisbereichs angepasst. Der spezifizierte Temperaturbereich und der spezifizierte Äquivalenzverhältnisbereich sind innerhalb des 2-Schritt-Oxidationsbereichs, welcher durch den gepunkteten Bereich in 4 angezeigt ist, enthalten. Demzufolge tritt die Kaltflammen-Reaktion auf und der reformierte Kraftstoff wird wie obenstehend beschrieben erzeugt.
Die untere Grenze des spezifizierten Temperaturbereichs ist auf 260°C eingestellt, d. h. die Grenzlinie zwischen dem 1-Schritt-Oxidationsbereich und dem Nicht-Reaktionsbereich und zwischen dem 2-Schritt-Oxidationsbereich und dem Nicht-Oxidationsbereich. Die obere Grenze des spezifizierten Temperaturbereichs ist auf die maximale Temperatur in einer Grenzlinie zwischen dem 1-Schritt-Oxidationsbereich und dem 2-Schritt-Oxidationsbereich eingestellt. Die obere Grenze des spezifizierten Äquivalenzverhältnisbereichs ist auf einen Wert eingestellt, welcher ein Maximalwert in der Grenzlinie zwischen dem 1-Schritt-Oxidationsbereich und dem 2-Schritt-Oxidationsbereich ist und welcher 370°C entspricht.
Weiterhin wird bei Schritt 50 die Leistungszufuhr zu dem Entlade-Reaktor 20 gemäß einer Konzentration von Kraftstoff innerhalb des Reaktionsbehälters 25 gesteuert. Demzufolge wird Ozon erzeugt und das erzeugte Ozon wird in dem Reaktionsbehälter 25 zugeführt. Demnach wird der Startzeitpunkt der Kaltflammen-Reaktion nach vorne verschoben und die Kaltflammen-Reaktionszeit wird verringert. Demnach kann, auch wenn der Reaktionsbehälter 25 verkleinert wird, so dass eine Verweildauer innerhalb des Reaktionsbehälters 25 verkleinert bzw. verringert wird, die Kaltflammen-Reaktion innerhalb der Verweildauer vollendet werden, wodurch der Reaktionsbehälter 25 verkleinert werden kann.
Der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 30 ausführt, kann einen „Temperatur-Anpassungsabschnitt” vorsehen, welcher die Temperatur in der Verdampfungskammer 25a innerhalb eines spezifizierten Temperaturbereichs anpasst. Der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 40 ausführt, kann einen „Äquivalenzverhältnis-Anpassungsabschnitt” vorgesehen, welcher ein Äquivalenzverhältnis von Kraftstoff und Luft anpasst, welche in die Verdampfungskammer 25a zugeführt werden, um innerhalb eines spezifizierten Äquivalenzverhältnisbereichs zu sein.
Als nächstes wird der Vorgang bei Schritt 30, 40, 50 weiter im Detail unter Bezugnahme auf 6 beschrieben werden.
Zuerst wird der Vorgang des Temperaturcontrollers bzw. der Temperatursteuerung bei Schritt 30 beschrieben werden. Bei Schritt 31 wird die Temperatur der Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100, d. h. die Temperatur innerhalb des Reaktionsbehälters 25 erhalten. Insbesondere wird die Erfassungstemperatur Tact durch den Temperatursensor 27 erhalten. Beim nachfolgenden Schritt 32 wird bestimmt, ob die Erfassungstemperatur Tact höher ist als eine vorbestimmte Zieltemperatur Ttrg. Genauer wird bestimmt, ob eine Differenz ΔT, welche durch ein Subtrahieren der Zieltemperatur Ttrg von der Erfassungstemperatur Tact erhalten wird, größer als null ist.
Wenn ΔT > 0 nicht erfüllt ist, schreitet der Vorgang zu Schritt 33 voran, und ein Heizbetrag bzw. eine Heizmenge durch den Heizer 30 wird erhöht. Besonders wird ein Leistungsversorgungseinschaltverhältnis für den Heizer 30 erhöht, wenn der Absolutwert der Differenz ΔT zunimmt. Wohingegen es, wenn ΔT > 0 erfüllt ist, bestimmt wird, ob die Differenz ΔT einen Maximalwert (beispielsweise 50°C) bei Schritt 34 überschreitet. Wenn die Differenz ΔT den Maximalwert nicht überschreitet, schreitet der Vorgang zu Schritt 35 voran und eine Heizmenge bzw. ein Heizbetrag durch den Heizer 30 wird verringert. Besonders wird das Leistungsversorgungseinschaltverhältnis zu dem Heizer 30 verringert, wenn der Absolutwert der Differenz ΔT zunimmt. Wenn jedoch die Differenz ΔT den maximalen Wert überschreitet, schreitet der Vorgang zu Schritt 36 voran und die elektrische Zufuhr zu dem Heizer 30 wird gestoppt. Demnach kann die Umgebungstemperatur schnell verringert werden.
Die Zieltemperatur Ttrg, welche bei Schritt 32 verwendet wird, wird auf die Umgebungstemperatur (beispielsweise 370°C) eingestellt, bei welcher das Äquivalenzverhältnis einen maximalen Wert in dem 2-Schritt-Oxidationsreaktionsbereich, welcher in 4 gezeigt ist, hat. Da die Temperatur innerhalb der Verdampfungskammer 25a aufgrund der Kaltflammen-Reaktion erhöht wird, wird die Temperatur des Heizers 30 auf einen um die während der Kaltflammen-Reaktion erhöhte Temperatur niedrigeren Wert als die Zieltemperatur Ttrg eingestellt.
Als nächstes wird ein Vorgang durch den Äquivalenzverhältnis-Anpassungsabschnitt bei Schritt 40 untenstehend beschrieben werden. Bei Schritt 40 schreitet, wenn die Differenz ΔT gleich oder kleiner als 50°C ist, der Vorgang zu Schritt 41 voran, und ein maximaler Wert φmax des Äquivalenzverhältnisses, welcher der Erfassungstemperatur Tact entspricht, und bei welchem die Kaltflammen-Reaktion auftritt, wird berechnet. Genauer wird der Maximalwert φmax des Äquivalenzverhältnisses, welcher der Umgebungstemperatur in dem 2-Schritt-Oxidationsbereich entspricht, oder ein Wert, welcher durch ein Subtrahieren einer gegebenen Marge von dem maximalen Wert φmax erhalten wird, in dem Mikrocomputer 81 als ein Zieläquivalenzverhältnis φtrg gespeichert. Beispielsweise wird ein Kennfeld bzw. eine Tabelle bzw. eine Karte für den maximalen Wert φmax des Äquivalenzverhältnisses, entsprechend zu der Umgebungstemperatur in dem 2-Schritt-Oxidationsbereich, welcher in 4 gezeigt ist, bereitgestellt, und die Karte bzw. das Kennfeld wird in dem Mikrocomputer 81 vorab gespeichert. Dann wird der maximale Wert φmax des Äquivalenzverhältnisses, entsprechend der Erfassungstemperatur Tact unter Verwendung des Kennfeldes berechnet.
Bei Schritt 42 wird das Zieläquivalenzverhältnis φtrg basierend auf dem maximalen Wert φmax des Äquivalenzverhältnisses, welches bei Schritt 41 berechnet wird, eingestellt. Genauer wird das Zieläquivalenzverhältnis φtrg durch ein Subtrahieren einer gegebenen Marge von dem maximalen Wert φmax eingestellt. Demzufolge überschreitet, auch wenn ein aktuelles bzw. tatsächliches Äquivalenzverhältnis größer ist als das Zieläquivalenzverhältnis φtrg, das aktuelle bzw. tatsächliche Äquivalenzverhältnis weniger wahrscheinlich den maximalen Wert φmax, und demnach kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der Heissflammen-Reaktion über die Kaltflammen-Reaktion hinaus bzw. außerhalb der Kaltflammen-Reaktion verringert werden.
Wohingegen, wenn die Differenz ΔT größer als 50°C ist und der Heizer 30 bei Schritt 36 gestoppt ist, der Vorgang zu Schritt 43 voranschreitet, und das Zieläquivalenzverhältnis φtrg wird auf einen vorbestimmten Wert für Luftkühlen eingestellt. Der vorbestimmte Wert für Luftkühlen ist eingestellt, um niedriger zu sein als der maximale Wert φmax des Äquivalenzverhältnisses, welches der Zieltemperatur Ttrg entspricht. In anderen Worten gesagt kann eine Abnahme in der Umgebungstemperatur durch ein Erhöhen einer Strömungsmenge von Luft verglichen zu dem Fall des Schritts 42 beschleunigt werden.
Bei Schritt 44 wird eine Zielkraftstoffströmungsrate bzw. Zielkraftstoffflussrate Ftrg eingestellt. Die Zielkraftstoffströmungsrate Ftrg ist eine Strömungsrate von Kraftstoff, um angemessen eine notwendige Kraftstoffmenge zuzuführen, um NOx, welches in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 strömt, vollständig zu reduzieren. Die Zielkraftstoffströmungsrate Ftrg bedeutet die Masse von Kraftstoff, welche in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 pro Einheitszeit zugeführt wird.
Besonders wird die Zielkraftstoffströmungsrate Ftrg basierend auf einer NOx-Einströmrate bzw. Zuflussrate eingestellt, welche untenstehend beschrieben werden wird, und der NOx-Katalysatortemperatur. Die NOx-Einströmrate ist die Masse von NOx, welche in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 pro Einheitszeit strömt. Beispielsweise kann die NOx-Einströmrate abgeschätzt werden basierend auf einer Betriebsbedingung der internen Verbrennungsmaschine 10. Die NOx-Katalysatortemperatur ist die Temperatur des Reduktionskatalysators innerhalb der NOx-Reinigungsvorrichtung 15. Beispielsweise kann die NOx-Katalysatortemperatur abgeschätzt werden basierend auf der Temperatur, welche durch den Abgas-Temperatursensor 96 erfasst wird.
Die Zielkraftstoffströmungsrate Ftrg nimmt zu, wenn die NOx-Einströmrate zunimmt. Ebenso wird, da eine Reduktionsmenge (Reduktionsleistungsfähigkeit) von NOx in der Anwesenheit des Reduktionskatalysators gemäß der NOx-Katalysatortemperatur variiert, die Zielkraftstoffströmungsrate Ftrg gemäß einer Differenz der Reduzier-Leistungsfähigkeit aufgrund der NOx-Katalysatortemperatur eingestellt.
Beim nachfolgenden Schritt 45 wird eine Zielluftströmungsrate Atrg basierend auf dem Zieläquivalenzverhältnis φtrg, welches bei Schritt 42 oder Schritt 43 eingestellt wird, und der Zielkraftstoffströmungsrate Ftrg, welche bei Schritt 44 eingestellt wird, berechnet. Besonders wird die Zielluftströmungsrate Atrg so berechnet, um φtrg = Ftrg/Atrg zu erfüllen.
Im nachfolgenden Schritt 46 wird der Betrieb der Luftpumpe 20p basierend auf der Zielluftströmungsrate Atrg, welche bei Schritt 45 berechnet wird, gesteuert. Besonders nimmt das Leistungsversorgungs-Einschaltverhältnis zu der Luftpumpe 20p zu, wenn die Zielluftströmungsrate Atrg zunimmt. Als nächstes wird bei Schritt 47 der Betrieb des Kraftstoffinjektors 40 gesteuert, um eine Kraftstoffeinspritzung basierend auf der Zielkraftstoffströmungsrate Ftrg, welche bei Schritt 44 eingestellt wird, auszuführen. Besonders wird die Öffnungszeit des Kraftstoffinjektors 40 erhöht, wenn die Zielkraftstoffströmungsrate Ftrg zunimmt. Alternativ kann das Intervall von der Stoppeinstellung einer Kraftstoffinjektion dieses Mal zu der Starteinstellung einer Kraftstoffinjektion beim nächsten Mal verkürzt werden.
Dann wird eine Beschreibung gegeben werden des Vorgangs des Schritts 50. Anfänglich wird eine Zielozonströmungsrate Otrg bei Schritt 51 basierend auf der Zielkraftstoffströmungsrate Ftrg, welche bei Schritt 44 eingestellt wird, berechnet. Besonders wird die Zielozonströmungsrate Otrg berechnet, so dass ein Verhältnis einer Ozonkonzentration zu einer Kraftstoffkonzentration innerhalb der Verdampfungskammer 25a ein gegebener Wert (beispielsweise 0,2) wird. Beispielsweise wird das Verhältnis so eingestellt, dass die Kaltflammen-Reaktion innerhalb einer gegebenen Zeit (beispielsweise 0,02 sec) vollendet werden kann. Weiterhin wird bei Schritt 51 die Zielozonströmungsrate Otrg eingestellt, um erhöht zu werden, wenn die NOx-Katalysatortemperatur abnimmt.
Im nachfolgenden Schritt 52 wird eine Zielleistungsversorgungsmenge Ptrg zu dem Entlade-Reaktor 20 basierend auf der Zielluftströmungsrate Atrg, welche bei Schritt 45 berechnet wird, und der Zielozonströmungsrate Otrg, welche bei Schritt S51 berechnet wird, berechnet. Die Verweildauer der Luft innerhalb der Entladepassage 21a nimmt ab, wenn die Zielluftströmungsrate Atrg zunimmt. Demnach wird die Zielleistungsversorgungsmenge Ptrg erhöht, wenn die Zielluftströmungsrate Atrg zunimmt. Weiterhin wird die Zielleistungsversorgungsmenge Ptrg erhöht, wenn die Zielozonströmungsrate Otrg zunimmt. Als nächstes wird bei Schritt 53 die Leistungsversorgungsmenge bzw. der Leistungsversorgungsbetrag zu dem Entlade-Reaktor 20 basierend auf der Zielleistungsversorgungsmenge Ptrg, welche bei Schritt 52 berechnet wird, gesteuert. Besonders erhöht sich das Leistungsversorgungs-Einschaltverhältnis zu dem Entlade-Reaktor 20, wenn die Zielleistungsversorgungsmenge Ptrg zunimmt. Alternativ wird das Intervall von der Stoppeinstellung der Leistungsversorgung diesmal zu der Starteinstellung der Leistungsversorgung beim nächsten Mal gekürzt.
Gemäß dem Hochpartial-Oxidationsmodus, welcher in 6 gezeigt ist, werden Ozon, welches an bzw. bei dem Entlade-Reaktor 20 erzeugt wird, Sauerstoff in Luft und Kraftstoff, welcher durch den Heizer 30 verdampft wird, miteinander vermischt und dann wird der Kraftstoff teilweise unter der Ozon-gegenwärtigen Umgebung oxidiert. Andererseits wird in dem Niedrigpartial-Oxidationsmodus bei Schritt 16 in 5 die Erzeugung von Ozon gestoppt und Kraftstoff, welcher durch den Heizer 30 verdampft wird, und Sauerstoff in der Luft werden miteinander gemischt, und dann wird Kraftstoff teilweise unter einer Umgebung, in der Ozon nicht gegenwärtig ist, oxidiert.
Genauer wird während des Niedrigpartial-Oxidationsmodus der Vorgang ähnlich zu den Vorgängen der Schritte 30 und 40 der 6 ausgeführt, wohingegen der Vorgang bei Schritt 50 der 6 beseitigt ist. Kurz gesagt wird die Umgebungstemperatur innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs bei Schritt 30 angepasst und das Äquivalenzverhältnis wird innerhalb des spezifizierten Äquivalenzverhältnisbereichs bei Schritt 40 angepasst. Die Ozonerzeugung jedoch des Schritts 50 in 6 wird nicht ausgeführt und eine Leistungsversorgung zu dem Entlade-Reaktor 20 wird gestoppt.
Wohingegen, wenn der Stoppmodus bei Schritt 17 der 5 eingestellt wird, während der Vorgang ähnlich zu Schritt 30 der 6 ausgeführt wird, die Vorgänge bei den Schritten 40 und 50 der 6 beseitigt werden. Kurz gesagt wird die Umgebungstemperatur bei Schritt 30 angepasst, um innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs zu sein. Die Äquivalenzverhältnisanpassung bei Schritt 40 jedoch und die Ozonerzeugung bei Schritt 50 in 6 werden nicht ausgeführt und die Leistungsversorgung zu dem Entlade-Reaktor 20 wird gestoppt. Weiterhin wird der Betrieb der Luftpumpe 20p gestoppt und eine Luftzufuhr (Sauerstoffzufuhr) zu der Verdampfungskammer 25a wird gestoppt. Eine Kraftstoffzufuhr jedoch in die Verdampfungskammer 25a wird ausgeführt, um Kraftstoff durch den Heizer 30 zu verdampfen. Demzufolge wird der verdampfte Kraftstoff ohne partiell bzw. teilweise mit Sauerstoff oder Ozon oxidiert zu werden, in die Abgaspassage 10ex zugeführt.
Der Mikrocomputer 81 führt wiederholt den Vorgang, welcher in 7 gezeigt ist, zu vorbestimmten Intervallen zusätzlich zu dem Vorgang, welcher in 5 gezeigt ist, aus.
In dem Vorgang, welcher in 7 gezeigt ist, bestimmt der Mikrocomputer 81, ob eine Regenerationsanforderung für den DPF 14 (DPF-Regenerationsanforderung) bei Schritt 61 gegenwärtig ist. Die DPF-Regenerationsanforderung ist eine Anforderung, die Filterkapazität des DPF 14 durch ein Verbrennen von Partikeln (Russ bzw. unverbrannter Kohlenstoff) zu regenerieren, welcher in dem DPF 14 ausgefiltert wird, und verursacht, dass der DPF 14 verstopft ist. Der Mikrocomputer 81 führt einen Bestimmungsvorgang aus, welcher unterschiedlich von dem Vorgang ist, welcher in 7 gezeigt ist, um zu bestimmen, ob die Regeneration des DPF 14 durch ein Einstellen eines Flags, so dass das DPF-Regenerationsanforderungs-Flag an ist, angefordert werden sollte.
Beispielsweise erfasst bei dem Bestimmungsvorgang der DPF-Regenerationsanforderung ein Detektor eine Druckdifferenz zwischen einer stromaufwärtigen Seite des DPF 14 und einer stromabwärtigen Seite des DPF 14 in der Abgaspassage 10ex und der Mikrocomputer 81 stellt das DPF-Regenerationsanforderungs-Flag ein, um an zu sein, wenn die Druckdifferenz gleich oder größer einem spezifizierten Wert ist. Alternativ kann das DPF-Regenerationsanforderungs-Flag eingestellt werden, um an zu sein, wenn eine Fortbewegungsdistanz eines Fahrzeugs eine spezifizierte Distanz erreicht, oder wenn eine Betriebszeit der internen Verbrennungsmaschine eine spezifizierte Zeit erreicht. Wenn die Druckdifferenz geringer als der spezifizierte Wert ist, oder wenn der DPF-Regenerationsvorgang für eine spezifizierte Zeit ausgeführt wird, wird das DPF-Regenerationsanforderungs-Flag eingestellt, um aus zu sein, und die DPF-Regenerationsanforderung wird gestoppt.
Bezugnehmend auf 7 bestimmt, wenn die DPF-Regenerationsanforderung gegenwärtig ist (S61: JA), der Mikrocomputer 81 bei Schritt 62, ob die Temperatur des DPF 14 eine Regenerationsvorgangstemperatur (beispielsweise 650°C) erreicht, bei welcher Ruß bzw. unverbrannter Kohlenstoff verbrennen kann. Wenn die Temperatur des DPF 14 die Regenerationsvorgangstemperatur nicht erreicht (S62: NEIN), wird die Temperatur des DPF 14 bei Schritt 63 erhöht. Besonders erhöht sich die Temperatur des Abgases durch ein Steuern eines Kraftstoffinjektors (nicht gezeigt) derart, dass eine Injektionseinstellung bzw. Einspritzeinstellung von Kraftstoff in die Verbrennungskammern verzögert ist. Wenn die Temperatur in dem DPF 14 die Regenerationsvorgangstemperatur erreicht, beginnt Ruß bzw. unverbrannter Kohlenstoff in dem DPF 14 zu brennen, d. h. der Regenerationsvorgang des DPF 14 startet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die interne Verbrennungsmaschine 10 eine Selbstzünde-Kompressions-Dieselmaschine, wie obenstehend beschrieben ist. Demnach wird die interne Verbrennungsmaschine 10 im Allgemeinen in einem mageren Zustand während eines normalen Betriebs betrieben, in dem der DPF-Regenerationsvorgang nicht ausgeführt wird. Ebenso wird während des DPF-Regenerationsvorgangs die interne Verbrennungsmaschine 10 in dem mageren Zustand wie bei dem normalen Betrieb betrieben. Kurz gesagt ist der magere Zustand (Magerverbrennungsbetrieb) ein Zustand, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches ein Verhältnis von Kraftstoff, welcher in die Verbrennungskammer zugeführt wird, und Luft, welche in die Verbrennungskammer gesogen wird, ist, eingestellt, um hoch zu sein (d. h. überschüssige Luft).
Wenn die Temperatur des DPF 14 die Regenerationsvorgangstemperatur erreicht (S62: JA), werden die Kraftstoffeinspritzeinstellung und die Kraftstoffeinspritzmenge bei Schritt 64 derart gesteuert, dass die Temperatur des DPF 14 bei der Regenerationsvorgangstemperatur aufrechterhalten wird.
Bei Schritt 65 wird bestimmt, ob eine Schwefelvergiftungs-Erholungsanforderung gegenwärtig ist. Die Schwefelvergiftungs-Erholungsanforderung ist eine Anforderung, den Reduktionskatalysator von einem Schwefelvergiftungszustand zu erholen (d. h. zu regenerieren). Der Schwefelvergiftungszustand ist ein Zustand, in dem der Reduktionskatalysator mit Schwefel (SO_x), welcher adsorbiert ist und in dem Reduktionskatalysator existiert, vergiftet ist. Aufgrund der Schwefelvergiftung verschlechtert sich die NOx-Reinigungsrate. Der Mikrocomputer 81 führt einen Bestimmungsvorgang aus, welcher unterschiedlich von dem Bestimmungsvorgang ist, welcher in 7 gezeigt ist, um zu bestimmen, ob eine Anforderung der Regeneration (Erholung) des Reduktionskatalysators durch ein Einstellen eines Schwefelvergiftungs-Erholungsanforderungs-Flag, um an zu sein, angefordert werden sollte.
Beispielsweise stellt bei der Bestimmung der Schwefelvergiftungsanforderung, wenn eine Fortbewegungsdistanz des Fahrzeuges eine vorbestimmte Distanz erreicht, nachdem der vorangehende Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang vollendet war, der Mikrocomputer 81 das Schwefelvergiftungs-Erholungsanforderungs-Flag ein, um an zu sein. Alternativ kann, wenn die Betriebszeit der internen Verbrennungsmaschine 10 eine spezifizierte Zeit erreicht, nachdem der vorangehende Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang vollendet wurde oder wenn eine Einspritzmenge von Kraftstoff, welche für die Verbrennung in der internen Verbrennungsmaschine 10 verwendet wird, eine spezifizierte Menge erreicht, der Mikrocomputer 81 das Schwefelvergiftungs-Erholungs-Flag einstellen, um an zu sein. Dann stellt, wenn der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang des Schritts 65 für eine spezifizierte Zeit oder mehr ausgeführt wird, der Mikrocomputer 81 das Schwefelvergiftungs-Erholungsanforderungs-Flag ein, um aus zu sein. Alternativ kann, wenn eine Einspritzmenge von Kraftstoff von dem Injektor 40 eine spezifizierte Menge erreicht, nachdem die gegenwärtige Schwefelvergiftungs-Erholung gestartet ist, der Mikrocomputer 81 das Schwefelvergiftungs-Erholungsanforderungs-Flag einstellen, um aus zu sein.
Wenn die Schwefelvergiftungs-Erholungsanforderung gegenwärtig ist (S65: JA), betreibt der Mikrocomputer 81 die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100, um den Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang, welcher in 8 gezeigt ist, bei Schritt 66 auszuführen. Während der Ausführung des Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgangs wird der NOx-Reinigungsvorgang, welcher in 5 gezeigt ist, gestoppt. Der Mikrocomputer 81, welcher den NOx-Reinigungsvorgang ausführt, kann einen Reinigungscontroller bzw. eine Reinigungssteuerung 81a (es sei Bezug genommen auf 1) vorsehen, welche den reformierten Kraftstoff in die Abgaspassage 10ex zuführt, wenn die NOx-Reinigung mit dem Reduktionskatalysator angefordert wird. Der Mikrocomputer 81, welcher den Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang ausführt, kann eine Regenerationssteuerung 81b vorsehen, welche den reformierten Kraftstoff in die Abgaspassage 10ex zuführt, wenn die Regeneration des Reduktionskatalysators (Schwefelvergiftungs-Erholung) angefordert ist. Ferner kann der Mikrocomputer 81, welcher den DPF-Erholungsvorgang der Schritte 62, 63, 64 ausführt, einen Verbrennungs-Entfernungscontroller bzw. eine Verbrennungs-Entfernungssteuerung 81c vorsehen, welche die Partikel, welche in dem DPF 14 ausgefiltert werden, durch ein Erhöhen der Temperatur des DPF 14 verbrennt und entfernt.
In dem Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang, welcher in 8 gezeigt ist, wird der Heizer 30 mit einem vorbestimmten Leistungsversorgungsbetrag betrieben derart, dass die Temperatur innerhalb der Verbrennungskammer 25a auf eine spezifizierte Temperatur bei Schritt 71 ansteigt. Bei Schritt 72 wird die Luftpumpe 20p mit einer vorbestimmten Leistungsversorgungsmenge derart betrieben, dass eine Strömungsrate von Luft, welche in die Luftpassage 23b strömt, eine vorbestimmte Strömungsrate wird.
Wie obenstehend beschrieben ist, wird der DPF-Regenerationsvorgang während des Magerverbrennungsbetriebs ausgeführt. Demnach wird der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang unter einer Umgebung ausgeführt, in der Abgas, welches während des Magerverbrennungsbetriebs erzeugt wird, in den Reduktionskatalysator strömt. Zusätzlich wird in dem DPF-Regenerationsvorgang die Temperatur des Abgases erhöht, verglichen mit dem normalen Betrieb der internen Verbrennungsmaschine 10, um die Temperatur des DPF 14 auf die Regenerationsvorgangstemperatur (beispielsweise 650°C) zu erhöhen, wie obenstehend beschrieben ist. Demnach wird der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang unter einer Umgebung betrieben, in der Abgas bei einer Temperatur höher als während des Normalbetriebs in den Reduktionskatalysator strömt.
Bei Schritt 73 wird der Injektor 40 mit einer vorbestimmten Öffnungszeit bei vorbestimmten Kraftstoffinjektionsintervallen derart gesteuert, dass eine Kraftstoffinjektionsmenge bzw. Kraftstoffeinspritzmenge pro Einheitszeit in die Verdampfungskammer 25a eine spezifizierte Menge wird. Bei Schritt 74 wird der Entlade-Reaktor 20 mit einem vorbestimmten Leistungsversorgungsbetrag betrieben derart, dass eine Menge von Ozon, welche in der Luft enthalten ist, eine spezifizierte Menge wird. Das heißt, in dem Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang, welcher in 8 gezeigt ist, wird Kraftstoff teilweise unter einer Ozon-gegenwärtigen Umgebung oxidiert, wie bei dem Hochpartial-Oxidationsmodus des Schritts 15 in 5.
In dem Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang jedoch werden der Heizer 30, die Luftpumpe 20p, der Injektor 40 und der Entlade-Reaktor 20 mit einer vorbestimmten Steuerbedingung betrieben. Weiterhin wird in dem Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang das Umschalten zwischen dem Hochpartial-Oxidationsmodus, dem Niedrigpartial-Oxidationsmodus und dem Stoppmodus nicht ausgeführt, um Kraftstoff, welcher teilweise unter der Ozon-gegenwärtigen Umgebung oxidiert wurde, wird in die Abgaspassage 10ex unabhängig von der Katalysatortemperatur zugeführt.
Bezugnehmend auf 7 wird bestimmt, ob der DPF-Regenerationsvorgang bei Schritt 67 vollendet ist. Besonders bestimmt, wenn das DPF-Regenerationsanforderungs-Flag geändert wurde, um aus zu sein, der Mikrocomputer 81, dass der DPF-Regenerationsprozess vollendet ist. Wenn das DPF-Regenerationsanforderungs-Flag von AN zu AUS umgeschaltet wird, stoppt der Mikrocomputer 81 die Steuerung, in der der Kraftstoffinjektor betrieben wird, um die Temperatur des Abgases bei der Regenerationsvorgangstemperatur aufrecht zu erhalten. Als ein Ergebnis wird die Temperatur des DPF 14 auf eine Temperatur niedriger als die Regenerationsvorgangstemperatur verringert.
Wenn der DPF-Regenerationsvorgang nicht vollendet ist (S67: NEIN), kehrt der Vorgang zu Schritt 64 zurück und der DPF-Regenerationsvorgang fährt fort. Wenn der DPF-Regenerationsvorgang vollendet ist (S67: JA), wird der DPF-Regenerationsvorgang beendet, unabhängig von der Schwefelvergiftungs-Erholungsanforderung. Demnach fährt der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang fort, wenn der DPF-Regenerationsvorgang (S67: NEIN) ausgeführt wird, und die Schwefelvergiftungs-Erholung angefordert wird (S65: JA).
In der vorliegenden Ausführungsform vollendet sich der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang im Allgemeinen während des DPF-Regenerationsvorgangs (S67: NEIN). Wenn sich der DPF-Regenerationsvorgang jedoch vollendet während die Schwefelvergiftungs-Erholungsanforderung gegenwärtig ist, wird der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang gezwungenermaßen beendet. Weiterhin wird, wenn der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang gezwungenermaßen beendet wird, das Schwefelvergiftungs-Erholungsanforderungs-Flag eingestellt, um an zu sein oder aus zu sein, die erzwungene Beendigung berücksichtigend, wenn der Mikrocomputer 81 den Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang das nächste Mal ausführt.
Als nächstes werden die Wirkungen gemäß dem Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang der 8 beschrieben werden.
9 zeigt Graphen der NOx-Reinigungsrate mit unterschiedlichen experimentellen Bedingungen wie untenstehend beschrieben. In einem Messtest 1 wurde die NOx-Reinigungsrate gemessen unter Verwendung eines ungebrauchten Reduktionskatalysators ohne mit Schwefel vergiftet zu sein. Die NOx-Reinigung in dem Messtest 1 war 91%.
Danach wurde der unbenutzte Reduktionskatalysator für ein Fahrzeug verwendet, bis die Fahrzeugfortbewegung 8.000 km erreichte, und der unverbrauchte Reduktionskatalysator mit Schwefel vergiftet war. Und dann wurde die NOx-Reinigungsrate unter Verwendung des ungebrauchten Reduktionskatalysators in einem Messtest 2 gemessen. In dem Messtest 2 wurde bestätigt, dass sich die NOx-Reinigungsrate auf 65% verschlechterte. Nachfolgend wurde die Schwefelvergiftungs-Erholung wie obenstehend beschrieben für den Reduktionskatalysator, welcher mit Schwefel vergiftet war, ausgeführt, und dann wurde die NOx-Reinigungsrate wiederum unter Verwendung des Reduktionskatalysators in einem Messtest 3 gemessen. Als ein Ergebnis wurde es bestätigt, dass die NOx-Reinigungsrate sich auf 90% verbesserte (sich erholte). Demnach wurde es bestätigt, dass die NOx-Reinigung nahezu sich vollständig durch den Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang erholte.
Die Ausführungszeitdauer für den Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang in dem Messtest 3 war 15 Minuten. 10 zeigt das experimentelle Ergebnis der Konzentration von SO₂, welches von dem Reduktionskatalysator während der 15 min desorbiert wurde. Wie in 10 gezeigt ist, erhöht sich die Konzentration des desorbierten SO₂ jäh bzw. steil unmittelbar nach der Ausführung des Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgangs und die Konzentration des desorbierten SO₂ hat einen maximalen Wert, wenn ungefähr eine Minute nach dem Start der Ausführung des Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgangs verstreicht. Danach nimmt die Konzentration des desorbierten SO₂ jäh bzw. steil ab und die Konzentration des desorbierten SO₂ hat einen Wert geringer als 1 ppm, wenn 15 min nach dem Start der Ausführung des Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgangs verstreichen. Dies zeigt an, dass eine Menge von SO₂ in dem Reduktionskatalysator ausreichend reduziert werden kann, wenn der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang für 15 min ausgeführt wird.
In dem Experimenten, welche in den 9 und 10 gezeigt sind, wurde die Temperatur des Reduktionskatalysators eingestellt, um eine optimale Temperatur (beispielsweise 550°C) zu sein, wie untenstehend beschrieben ist. Besonders wenn die DPF-Temperatur gemäß der Ausführung des DPF-Regenerationsvorgangs erhöht wird, wird die Wärme des DPF 14 auf den Reduktionskatalysator durch Abgas und die Abgaspassage 10ex übertragen, und demnach nimmt auch die Temperatur des Reduktionskatalysators zu. Demnach variiert die Temperatur des Reduktionskatalysators (Reduktionskatalysatortemperatur) gemäß einem Abstand L (es sei Bezug genommen auf 1) zwischen der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 und dem DPF 14 in der Abgaspassage 10ex. Hinsichtlich dessen ist der Abstand L derart eingestellt, dass der Reduktionskatalysator die optimale Temperatur (beispielsweise 550°C) hat, wenn der DPF 14 bei der Regnerationsvorgangstemperatur (beispielsweise 650°C) aufrechterhalten wird.
11 zeigt ein experimentelles Ergebnis, welches die Existenz der optimalen Temperatur anzeigt. In dem Experiment wurde der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang für 15 min mit unterschiedlichen Temperaturen von Abgas ausgeführt. Bei jeder unterschiedlichen Temperatur wurde die desorbierte Menge von SO₂ gemessen. In anderen Worten gesagt repräsentiert das Ergebnis der 11 die Beziehung zwischen der Reduktionskatalysatortemperatur und der Nox-Reinigungsrate. Die desorbierte Menge von SO₂, welche auf der am weitesten rechts gelegenen Seite in 11 angezeigt ist, wurde gemessen, wenn Kraftstoff von dem Injektor 40 eingespritzt bzw. injiziert wurde, während der Heizer 30 und der Entlade-Reaktor 20 gestoppt waren. In anderen Worten gesagt wurde die desorbierte Menge von SO₂ gemessen, wenn eingespritzter Kraftstoff dem Reduktionskatalysator zugeführt wurde, ohne teilweise bzw. partiell oxidiert und in Aldehyd reformiert zu sein.
Das experimentelle Ergebnis der 11 zeigt an, dass der Reduktionskatalysator von der Schwefelvergiftung bei 550°C nicht ausreichend erholt werden kann, wenn Kraftstoff nicht teilweise oxidiert und nicht in Aldehyd reformiert wird (d. h. ohne Aldehyd). Wenn jedoch Kraftstoff teilweise reformiert ist, kann der Reduktionskatalysator ausreichend von der Schwefelvergiftung bei einem Temperaturbereich höher als 500°C erholt werden. Die Schwefelvergiftungs-Erholung wird jedoch nicht beschleunigt, wenn die Reduktionskatalysatortemperatur eine Temperatur höher als beispielsweise 600°C erreicht. Das heißt, der Reduktionskatalysator hat die optimale Temperatur (550°C) und wenn die Reduktionskatalysatortemperatur höher ist als die optimale Temperatur, verschlechtert sich die NOx-Reinigungsrate eher. Demnach ist es wünschenswert, die Reduktionskatalysatortemperatur einzustellen, um 500°C bis 600°C zu sein, weiterhin vorzugsweise 525°C bis 600°C für eine ausreichende Erholung des Reduktionskatalysators von der Schwefelvergiftung.
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben den Grund studiert, warum die Reinigungsrate sich verschlechtert, wenn die Reduktionskatalysatortemperatur höher als die normale Temperatur ist, wie untenstehend beschrieben ist. Wenn die Reduktionskatalysatortemperatur höher als die normale Temperatur ist, wird die Temperatur innerhalb der Abgaspassage 10ex übermäßig erhöht. Als ein Ergebnis kann das Reduktionsmittel, welches in die Abgaspassage 10ex zugeführt wird, innerhalb der Abgaspassage 10ex verbrennen, bevor es den Reduktionskatalysator erreicht.
Weiterhin haben die Erfinder den Grund studiert, warum SO₂ von dem Reduktionskatalysator unter einer Umgebung niedrigerer Temperatur desorbiert werden kann, wenn Kraftstoff teilweise oxidiert und reformiert wird, verglichen zu einem Fall, in dem Kraftstoff nicht reformiert wird. Hierin nachstehend wird unter Bezugnahme auf 12 der Mechanismus beschrieben werden, in dem SO₂, welches in einem Reduktionskatalysator (Silberkatalysator) auf dem Träger 15b (oxidiertes Aluminiumoxid) adsorbiert ist, mit dem reformierten Kraftstoff unter dem Magerverbrennungsbetrieb reagiert und dann das SO₂ von dem Reduktionskatalysator desorbiert wird. In anderen Worten gesagt, wird der Mechanismus, in dem Reduktionskatalysator sich von einer Schwefelvergiftung erholt, beschrieben werden.
Wie in 12(a) gezeigt ist, wird Aldehyd, welches in die Abgaspassage 10ex zugeführt wird, in dem Silberkatalysator adsorbiert. Der Silberkatalysator adsorbiert Schwefel zusätzlich zu dem Aldehyd, d. h. der Silberkatalysator erleidet eine Schwefelvergiftung. Wenn der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang während des Magerverbrennungsbetriebs der internen Verbrennungsmaschine 10 ausgeführt wird, enthält Abgas, welchem der Silberkatalysator ausgesetzt ist, Sauerstoffmoleküle. Das Aldehyd, welches in dem Silberkatalysator adsorbiert ist, wird mit den Sauerstoffmolekülen in Acetat, wie in 12(b) gezeigt ist, oxidiert. Das Acetat, welches durch den Silberkatalysator erzeugt wird, tendiert dazu, chemisch an Schwefel gebunden zu werden. Demnach wird das Acetat, welches in dem Silberkatalysator adsorbiert ist, an den Schwefel, welcher in dem Silberkatalysator adsorbiert ist, gebunden, um sich in R-SCO zu ändern, wie in 12(c) gezeigt ist. Danach wird das R-SCO, welches in dem Silberkatalysator adsorbiert ist, mit den Sauerstoffmolekülen in dem Abgas oxidiert, wie in 12(d) gezeigt ist, und dann wird das R-SCO in S, SO₂, H₂O, CO₂ zersetzt und wird von dem Silberkatalysator desorbiert.
Kurz gesagt haben die Erfinder herausgefunden, dass „wenn ein teilweises Oxid in einen Reduktionskatalysator in dem Magerverbrennungsbetrieb zugeführt wird, das teilweise Oxid chemisch mit Schwefel, welcher in dem Reduktionskatalysator adsorbiert ist, und Sauerstoff in Abgas reagiert, wodurch Schwefel von dem Reduktionskatalysator desorbiert wird und reduziert wird”. In Hinsicht auf das Herausgefundene, wird der reformierte Kraftstoff, welcher teilweise oxidiert wurde, in die Abgaspassage 10ex zugeführt, wenn die Schwefelvergiftungs-Erholung angefordert ist, und die interne Verbrennungsmaschine in dem Magerverbrennungsbetrieb ist.
Demzufolge kann die Schwefelvergiftungs-Erholung ausgeführt werden basierend auf dem obenstehend Herausgefundenen, während die Steuerung (Kraftstoffreich-Umschalt-Steuerung; Rich Switching Control) zum Umschalten des Betriebs der internen Verbrennungsmaschine 10 von dem Magerverbrennungsbetrieb zu dem Fettverbrennungsbetrieb bzw. Kraftstoffreich-Verbrennungsbetrieb beseitigt wird. Demnach ist es möglich, die Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufgrund der Kraftstoffreich-Umschalt-Steuerung zu vermeiden. Wenn Schwefel von dem Reduktionskatalysator während des Kraftstoffreich-Verbrennungsbetriebes desorbiert wird, würde Schwefelwasserstoff erzeugt, welcher übelriechende Komponenten hat. In der vorliegenden Ausführungsform jedoch wird Schwefel von dem Reduktionskatalysator während des Magerverbrennungsbetriebs desorbiert und als ein Ergebnis kann die Erzeugung des Schwefelwasserstoffs unterdrückt werden.
Im Allgemeinen ist, um Schwefel von dem Reduktionskatalysator zu desorbieren, eine Zunahme in der Temperatur des Reduktionskatalysators durch ein viel höheres Erhöhen der Temperatur des Abgases der internen Verbrennungsmaschine 10 notwendig, verglichen zu dem Normalbetrieb. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform jedoch kann der Schwefel von dem Reduktionskatalysator mit einer niedrigeren Temperatur desorbiert werden verglichen zu der Kraftstoffreich-Umschalt-Steuerung. Obwohl diese Wirkungen durch die Experimente wie obenstehend beschrieben bestätigt wurden, gelangten die Erfinder der vorliegenden Offenbarung zu der Folgerung, dass die Reaktion des teilweisen Oxids diesen Effekten, wie sie in 12 veranschaulicht sind, zuordenbar war.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 auf das Verbrennungssystem angewandt, welches den DPF 14 und den Verbrennungsentfernungscontroller bzw. die Verbrennungsentfernungssteuerung 81c hat, und die Regenerationssteuerung 81b führt das Reduktionsmittel zu, um den Reduktionskatalysator von der Schwefelvergiftung zu erholen, wenn die Verbrennungsentfernungssteuerung 81c die Verbrennungsentfernung ausführt (d. h. die DPF-Regeneration). Demnach gibt es keine Notwendigkeit, die Temperatur des Abgases für den Zweck der Schwefelvergiftungs-Erholung zu erhöhen mit Ausnahme von der DPF-Regeneration, wodurch die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert wird. Da Schwefel von dem Reduktionskatalysator bei einer niedrigen Temperatur desorbiert wird, wie obenstehend beschrieben ist, kann die Schwefelvergiftungs-Erholung bei der Temperatur des Abgases während der DPF-Regeneration realisiert werden.
Die DPF-Temperatur hat die optimale Temperatur für den DPF-Regenerationsvorgang und die Reduktionskatalysatortemperatur hat ebenso die optimale Temperatur für den Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang. In Hinsicht auf dieses ist der Abstand L eingestellt derart, dass die Temperatur des Reduktionskatalysators den Temperaturbereich erreicht, welcher für die Schwefelvergiftungs-Erholung geeignet ist, wenn die Reduktionskatalysatortemperatur gemäß dem Temperaturanstieg während der DPF-Regeneration erhöht wird. Demzufolge können die DPF-Temperatur und die Reduktionskatalysatortemperatur jeweils optimale Temperatur zu derselben Zeit erreichen. Demnach können sowohl die DPF-Regeneration als auch die Schwefelvergiftungs-Erholung effizient erlangt werden während der Ausführung der Schwefelvergiftungs-Erholung bei der Temperatur des Abgases während der DPF-Regeneration.
Weiterhin wird ein Material, welches wenigstens Silber aufweist, als der Reduktionskatalysator in der vorliegenden Ausführungsform verwendet. Wie obenstehend beschrieben ist, wurde bestätigt, dass die Schwefelvergiftungs-Erholung in der Lage war, bei einer niedrigen Temperatur und mit einer kurzen Zeitdauer durch ein Verwenden des Reduktionskatalysators, welcher Silber aufweist, erlangt zu werden. Wie obenstehend beschrieben ist, gelangten die Erfinder zu der Schlussfolgerung, dass dies der Fall ist, da „ein Phänomen, in dem ein teilweises Oxid chemisch mit Schwefel, welcher in dem Reduktionskatalysator adsorbiert ist, und Sauerstoff, welcher in dem Abgas enthalten ist, reagiert, und dann der Schwefel von dem Reduktionskatalysator desorbiert und reduziert wird” leicht auftritt, wenn der Silberkatalysator verwendet wird.
Detaillierter würde, wenn Platin als ein Katalysator verwendet wird, da das Platin eine stark oxidierende Leistungsfähigkeit hat, ein teilweises Oxidieren bzw. ein teilweises Oxid vollständig innerhalb des Katalysators oxidiert werden, ohne durch den Acetat-Zustand hindurchzugehen, wie in 12(b) gezeigt ist, und in H₂O und CO₂ zersetzt werden. Wohingegen wenn Silber als ein Katalysator verwendet wird, da die Oxidationsleistungsfähigkeit des Silbers geringer ist als die des Platin, ein teilweises Oxid vorübergehend in den Acetat-Zustand gebildet wird (es sei Bezug genommen auf 12(b)), bevor es vollständig oxidiert wird. Demnach kann das Reduktionsmittel (das Acetat) chemisch an Schwefel gebunden werden. Dann wird das Reduktionsmittel vollständig in einen Zustand oxidiert, in dem das Reduktionsmittel chemisch an den Schwefel gebunden war, und demnach wird das Reduktionsmittel zusammen mit dem Schwefel zersetzt. Auf diesem Wege tritt das oben beschriebene Phänomen leicht durch ein Verwenden des Silberkatalysators auf, welcher eine geeignete Oxidierleistungsfähigkeit bzw. Oxidationsfähigkeit hat.
Im Allgemeinen wird Kraftstoff unter einer Hochtemperaturumgebung mit Sauerstoff, welcher in Umgebungsluft enthalten ist, oxidiert auch bei Atmosphärendruck, wodurch der Kraftstoff durch Selbstzündung verbrennt. Solch eine Oxidationsreaktion durch die Selbstzündungsverbrennung wird als die Heissflammen-Reaktion bezeichnet, in der Kohlendioxid und Wasser erzeugt werden, während Wärme erzeugt wird. Wie jedoch untenstehend beschrieben ist, wird eine Verweildauer, in der die Kaltflammen-Reaktion fortdauert, verlängert, wenn das Verhältnis von Kraftstoff und Luft (d. h. das Äquivalenzverhältnis) und die Umgebungstemperatur eingestellt werden, um in einem spezifizierten Bereich zu sein. Dann tritt die Heissflammen-Reaktion nach der langen Kaltflammen-Reaktion auf. Das heißt, die Oxidationsreaktion tritt auf durch einen 2-Schritt-Vorgang der Kaltflammen-Reaktion und der Heissflammen-Reaktion (es sei Bezug genommen auf 4).
Die Kaltflammen-Reaktion ist eine Reaktion, welche leicht auftritt, wenn die Umgebungstemperatur und das Äquivalenzverhältnis niedrig sind. Während der Kaltflammen-Reaktion wird Kraftstoff teilweise mit Sauerstoff, welcher in Umgebungsluft enthalten ist, oxidiert. Die Umgebungstemperatur erhöht sich aufgrund Wärme, welche während der Kaltflammen-Reaktion erzeugt wird, und der Kraftstoff, welcher teilweise oxidiert wurde (beispielsweise Aldehyd) wird, nachdem eine bestimmte Zeit verstreicht, weiter oxidiert und demnach tritt die heiße Flamme auf. Wenn der teilweise oxidierte Kraftstoff wie beispielsweise das Aldehyd, welches durch die Kaltflammen-Reaktion erzeugt wird, als ein Reduktionsmittel zum Reinigen von NOx verwendet wird, wird die NOx-Reinigungsrate verbessert verglichen mit einem Fall, in dem Kraftstoff ohne teilweise oxidiert zu werden als ein Reduktionsmittel verwendet wird.
In Hinsicht hierauf wird eine Kohlenwasserstoffverbindung (Reduktionsmittel) durch den Heizer 30 auf eine spezifizierte Temperatur erwärmt, und dann wird die Kohlenwasserstoffverbindung teilweise mit Sauerstoff, welcher in Luft enthalten ist, oxidiert, um reformiert zu werden. Demnach wird die Kohlenwasserstoffverbindung in beispielsweise Aldehyd durch die Kaltflammen-Reaktion reformiert, und dann wird der reformierte Kraftstoff als ein Reduktionsmittel zum Reinigen von NOx verwendet. Demnach kann die NOx-Reinigungsrate verbessert werden. Weiterhin wird das teilweise Oxid (beispielsweise Aldehyd), welches als das Reduktionsmittel zum Reinigen von NOx verwendet wird, auch für die Schwefelvergiftungs-Erholung verwendet. Demnach ist eine andere Vorrichtung, welche auf die Schwefelvergiftungs-Erholung spezialisiert ist, nicht nötig.
Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung haben gefunden, dass die Kaltflammen-Reaktion vor der Heissflammen-Reaktion durch ein Anpassen der Umgebungstemperatur und des Äquivalenzverhältnisses in einem bestimmten Bereich auftritt. Basierend auf dem Herausgefundenen sieht die vorliegende Ausführungsform den Reaktionsbehälter 25 vor, welcher die Verdampfungskammer 25a darin begrenzt, in welcher welcher Kraftstoff mit Sauerstoff in der Luft oxidiert wird. Dann werden die Temperatur und das Äquivalenzverhältnis innerhalb der Verdampfungskammer 25a angepasst derart, dass die Kaltflammen-Reaktion auftritt, wodurch Kraftstoff, welcher teilweise durch die Kaltflammen-Reaktion oxidiert ist, als das Reduktionsmittel zu Reinigen von NOx verwendet werden kann. Demnach kann die NOx-Reinigungsrate weiter verbessert werden verglichen zu einem Fall, in dem Kraftstoff ohne ein teilweises Oxidiert-werden als das Reduktionsmittel verwendet wird.
Die NOx-Reinigungsrate wird gemäß der NOx-Katalysatortemperatur variieren, wenn das Reduktionsmittel unter einem des Hochpartial-Oxidationsmodus, des Niedrigpartial-Oxidationsmodus und des Stoppmodus zugeführt wird. In allen Modi existiert eine Katalysatortemperatur (Peak-Temperatur bzw. Gipfeltemperatur), bei welcher die Reinigungsrate einen maximalen Wert hat. Die Gipfeltemperatur jedoch jedes Modus hat einen unterschiedlichen Wert. In dem Temperaturbereich höher als der ersten spezifizierten Temperatur T1 (einer ersten Grenztemperatur) wird ein Teil des reformierten Kraftstoffs, welcher teilweise oxidiert war, vollständig oxidiert, bevor NOx reduziert wird, und wird in Kohlendioxid und Wasser zersetzt (oxidative Verschlechterung), wodurch er die Fähigkeit, NOx zu reduzieren, verliert. Aus diesem Grund wird die Reinigungsrate eher in solch einem Temperaturbereich erhöht, wenn die Reformation bzw. Reformierung durch die teilweise Oxidation gestoppt wird. Ähnlich verliert in dem Temperaturbereich höher als der zweiten spezifizierten Temperatur T2 (eine zweite Grenztemperatur) der reformierte Kraftstoff die Reduktionsfähigkeit für NOx durch die oxidative Verschlechterung.
Der Grad der oxidativen Verschlechterung wird zunehmen, wenn die Katalysatortemperatur zunimmt. Demnach kann es auch gesagt werden, dass die Reinigungsrate eher in einem solchen Temperaturbereich erhöht ist, wenn die Reformierung durch die teilweise Oxidation gestoppt ist. Im Gegensatz dazu tritt bei einem Temperaturbereich niedriger als der zweiten Grenztemperatur die obige oxidative Verschlechterung nahezu nicht auf, auch wenn die teilweise Oxidation durch eine Zufuhr von Ozon beschleunigt wird. Demnach kann die Reinigungsrate in dem Temperaturbereich niedriger als der zweiten Grenztemperatur durch ein Zuführen von Ozon zunehmen.
Basierend auf dem oben beschriebenen Herausgefunden wird, wenn die Reduktionskatalysatortemperatur höher ist als die erste spezifizierte Temperatur T1, der Betriebsmodus auf den Stoppmodus umgeschaltet und die Reformierung von Kraftstoff wird gestoppt. Demnach wird, wenn beispielsweise die Katalysatortemperatur von einem Temperaturbereich niedriger als der ersten Grenztemperatur zu einem Temperaturbereich höher als der ersten Grenztemperatur ansteigt, der Betriebsmodus von dem Niedrigpartial-Oxidationsmodus zu dem Stoppmodus umgeschaltet. Demnach kann es möglich sein, eine Situation zu unterdrücken, in der teilweise oxidierter Kraftstoff vollständig oxidiert wird und die NOx-Reduktionsfähigkeit verliert. Demnach kann die Reinigungsrate verbessert werden. Weiterhin wird, wenn beispielsweise die Katalysatortemperatur auf einen Temperaturbereich höher als die zweite spezifizierte Temperatur T2 von einem Temperaturbereich niedriger als die zweite spezifizierte Temperatur T2 ansteigt, der Betriebsmodus von dem Hochpartial-Oxidationsmodus in den Niedrigpartial-Oxidationsmodus umgeschaltet. Demnach kann es möglich sein, eine Situation zu unterdrücken, in der teilweise oxidierter Kraftstoff vollständig oxidiert wird und die NOx-Reduktionsfähigkeit verliert. Demnach kann die Reinigungsrate verbessert werden.
Weiterhin ist in der vorliegenden Ausführungsform der Entlade-Reaktor 20 vorgesehen, und Ozon, welches durch den Entlade-Reaktor 20 erzeugt wird, wird in den Reaktionsbehälter 25 zugeführt, wenn die Kaltflammen-Reaktion erzeugt wird. Aus diesem Grund kann der Startzeitpunkt der Kaltflammen-Reaktion nach vorne verschoben werden und die Kaltflammen-Reaktionszeit kann verringert werden. Demnach kann, auch wenn der Reaktionsbehälter 25 verkleinert wird und eine Verweildauer des Kraftstoffs innerhalb des Reaktionsbehälters 25 verkürzt wird, die Kaltflammen-Reaktion innerhalb der Verweildauer vollendet werden. Demnach kann der Reaktionsbehälter 25 verkleinert werden. Weiterhin wird der Reduktionsreaktor 20, welcher zum Reformieren von Kraftstoff verwendet wird, auch für die Schwefelvergiftungs-Erholung verwendet, es ist nicht notwendig, eine Vorrichtung vorzusehen, welche für die Schwefelvergiftungs-Erholung spezifiziert ist.
Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn eine Temperatur des Reduktionskatalysators niedriger ist als die Aktivierungstemperatur T3, Ozon, welches durch den Entladereaktor 20 erzeugt wird, in die Luftpassage 23b zugeführt, während die Kraftstoffinjektion durch den Kraftstoffinjektor 40 gestoppt wird, wodurch das Ozon in die Abgaspassage 10ex zugeführt wird. Demzufolge kann verhindert werden, dass der reformierte Kraftstoff als das Reduktionsmittel zugeführt wird, wenn der Reduktionskatalysator in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 nicht aktiviert ist. Da NO in dem Abgas durch ein Zuführen von Ozon in NOx oxidiert wird, und innerhalb des NOx-Reinigungskatalysators adsorbiert wird, kann eine NOx-Adsorptionsmenge innerhalb der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 zunehmen.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Cracken durch den Heizer 30 erzeugt, um Kraftstoff thermisch in eine Kohlenwasserstoffverbindung zu zersetzen, welche eine kleinere Kohlenstoffanzahl hat. Da die Kohlenwasserstoffverbindung, die eine kleine Kohlenstoffanzahl hat, einen niedrigen Siedepunkt hat, kann unterdrückt werden, dass verdampfter Kraftstoff in flüssige Form zurückkehrt.
(Andere Ausführungsformen)
In der obigen Ausführungsform wird der Katalysator, welcher Silber aufweist, als der Reduktionskatalysator verwendet, es kann aber ein Katalysator, welcher beispielsweise Kupfer oder Eisen aufweist, als der Reduktionskatalysator verwendet werden. Da der Kupferkatalysator und der Eisenkatalysator eine geringere Oxidierfähigkeit haben, kann, wie mit dem Silberkatalysator, eher als dem Platinkatalysator, die Schwefel-Desorption, wie in 12 gezeigt, auftreten.
In der vorliegenden Ausführungsform werden, wenn der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang, welcher in 8 gezeigt ist, ausgeführt wird, der Heizer 30, die Luftpumpe 20p, der Injektor 40 und der Entlade-Reaktor 20 mit einer vorbestimmten Steuerbedingung gesteuert. Im Gegensatz dazu kann eine Menge von Schwefel, welche in dem Reduktionskatalysator adsorbiert ist (d. h. Schwefelvergiftungsmenge) abgeschätzt werden und die Steuerbedingung kann gemäß der abgeschätzten Schwefelmenge variieren.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, welche in 1 gezeigt ist, führt der Entlade-Reaktor 20 Ozon in die Luftpassage 23b zu. Der Entlade-Reaktor 20 und der Hochpartial-Oxidationsmodus jedoch können beseitigt werden bzw. ausgelassen werden und der Partial-Oxidationsmodus und der Stoppmodus können umgeschaltet werden und die Ozonzufuhr während des Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgangs kann beseitigt werden. In diesem Fall kann, da das Reduktionsmittel 20 beseitigt ist, die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung 100 verkleinert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 auf das Verbrennungssystem, welches den DPF 14 hat, angewandt und der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang wird während des DPF-Regenerationsvorgangs ausgeführt. Alternativ kann der Schwefelvergiftungs-Erholungsvorgang ausgeführt werden, wenn der DPF-Regenerationsvorgang nicht ausgeführt wird. In diesem Fall kann die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 auf das Verbrennungssystem ohne den DPF 14 angewandt werden.
In den Ausführungsform, welche in 1 gezeigt ist, wird Luft in den Entlade-Reaktor 20 durch die Luftpumpe 20p zugeführt. Im Gegensatz dazu wird ein Teil der Ansaugluft in der internen Verbrennungsmaschine 10 in den Entlade-Reaktor 20 durch eine Abzweigroute zugeführt. Besonders kann eine Hochtemperatur-Ansaugluft ohne durch den Kühler 12 gekühlt zu werden, in Richtung des Entlade-Reaktors 20 abzweigen, oder eine Niedertemperatur-Ansaugluft, nachdem sie durch den Kühler 12 gekühlt ist, kann in Richtung des Entlade-Reaktors 20 abzweigen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird, wie in 1 gezeigt ist, der Reduktionskatalysator, welcher physikalisch NOx adsorbiert (d. h. Physisorption) in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verwendet, ein Reduktionsmittel, welches chemisch NOx adsorbiert (d. h. Chemisorption) kann jedoch verwendet werden.
Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 kann NOx adsorbieren, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der internen Verbrennungsmaschine magerer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d. h. wenn die Maschine 10 in dem Magerverbrennungsbetrieb ist) und kann NOx reduzieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der internen Verbrennungsmaschine 10 nicht magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d. h. wenn die Maschine 10 in dem nicht-mageren Verbrennungsbetrieb ist). In diesem Fall wird Ozon bei dem Magerverbrennungsbetrieb erzeugt und der reformierte Kraftstoff wird bei dem Nicht-Magerverbrennungsbetrieb erzeugt. Ein Beispiel eines Katalysators, welcher NOx bei der mageren Verbrennung adsorbiert, kann ein Chemisorptions-Reduktionskatalysator sein, welcher aus Platin und Barium, welche durch einen Träger getragen werden, gefertigt ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie in 1 gezeigt ist, wird die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung auf das Verbrennungssystem angewandt, welches in einem Fahrzeug installiert ist. Das Aktivsubstanz- bzw. Wirksubstanz-Zufuhrsystem kann auf ein stationäres Verbrennungssystem angewandt werden. Weiterhin ist in der Ausführungsform, wie in 1 gezeigt ist, die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung auf eine Kompressions-Selbstzünde-Dieselmaschine angewandt und Diesel für die Verbrennung wird als das Reduktionsmittel verwendet. Die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung jedoch kann auf eine Selbstzünde-Bezinmaschine angewandt werden, und Benzin für die Verbrennung kann ebenso als das Reduktionsmittel verwendet werden.
Mittel und Funktionen, welche durch den Mikrocomputer vorgesehen sind, können durch beispielsweise nur Software, nur Hardware oder eine Kombination davon vorgesehen werden. Der Mikrocomputer kann beispielsweise durch eine analoge Schaltung aufgebaut sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-100572 A [0002]

Claims

Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) für ein Kraftstoffverbrennungssystem, welches eine NOx-Reinigungsvorrichtung (15) mit einem Reduktionskatalysator aufweist, welcher in einer Abgaspassage (10ex) angeordnet ist, um NOx, welches im Abgas einer internen Verbrennungsmaschine (10) enthalten ist, zu reinigen, wobei die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) ein Reduktionsmittel in die Abgaspassage (10ex) an einer Position stromaufwärts des Reduktionskatalysators zuführt, wobei die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) Folgendes aufweist: eine Reformiervorrichtung (20, 30), welche das Reduktionsmittel teilweise oxidiert und das Reduktionsmittel reformiert; eine Reinigungssteuerung (81a), welche das Reduktionsmittel, welches durch die Reformiervorrichtung (20, 30) reformiert ist, in die Abgaspassage (10ex) zuführt, wenn eine NOx-Reinigung mit dem Reduktionskatalysator angefordert ist; und eine Regenerationssteuerung (81b), welche das Reduktionsmittel, welches durch die Reformiervorrichtung (20, 30) reformiert ist, in die Abgaspassage (10ex) zuführt, wenn eine Regeneration des Reduktionskatalysators, welcher mit Schwefel vergiftet ist, angefordert ist, und die interne Verbrennungsmaschine (10) in einem Magerverbrennungsbetrieb ist.
Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei das Verbrennungssystem Folgendes aufweist: einen Partikelfilter (14), welcher in der Abgaspassage (10ex) an einer Position stromaufwärts der NOx-Reinigungsvorrichtung angeordnet ist, wobei der Partikelfilter (14) Partikel aus dem Abgas ausfiltert, und eine Verbrennungsentfernungssteuerung (81c), welche die Partikel, welche in dem Partikelfilter (14) ausgefiltert werden, durch ein Erhöhen einer Temperatur des Partikelfilters (14) verbrennt und entfernt, und wobei die Regenerationssteuerung (81b) das Reduktionsmittel zuführt, wenn die Verbrennungsentfernungssteuerung (81c) arbeitet, um die Partikel zu verbrennen und zu entfernen.
Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei ein Abstand (L) zwischen dem Partikelfilter (14) und der NOx-Reinigungsvorrichtung in der Abgaspassage (10ex) derart eingestellt ist, dass aufgrund einer Zunahme in einer Temperatur des Partikelfilters (14) eine Temperatur des Reduktionskatalysators zunimmt, um innerhalb eines spezifizierten Temperaturbereichs zu sein, welcher für die Regeneration des Reduktionskatalysators geeignet ist.
Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Reduktionskatalysator aus einem Material gefertigt ist, welches wenigstens Silber aufweist.
Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Reduktionsmittel eine Kohlenwasserstoffverbindung ist, die Reformiervorrichtung (20, 30) einen Heizer (30) aufweist, welcher das Reduktionsmittel erwärmt, und wobei die Reformiervorrichtung (20, 30) das Reduktionsmittel, welches durch den Heizer erwärmt wurde, durch ein teilweises Oxidieren des Reduktionsmittels mit Sauerstoff in der Luft reformiert.
Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei die Reformiervorrichtung (20, 30) einen Ozonerzeuger (20) aufweist, welcher Ozon erzeugt, und wobei das Ozon, welches durch den Ozonerzeuger (20) erzeugt wird, mit der Luft vermischt wird, welche zum Oxidieren des Reduktionsmittels verwendet wird.
Kraftstoffverbrennungssystem für eine interne Verbrennungsmaschine (10), wobei das Kraftstoffverbrennungssystem Folgendes aufweist: eine NOx-Reinigungsvorrichtung (15), die einen Reduktionskatalysator aufweist und in einer Abgaspassage (10ex) angeordnet ist, um NOx, welches im Abgas der internen Verbrennungsmaschine (10) enthalten ist, zu reinigen; eine Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100), die ein Reduktionsmittel in die Abgaspassage (10ex) an einer Position stromaufwärts des Reduktionskatalysators zuführt, wobei die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung (100) Folgendes aufweist: eine Reformiervorrichtung (20, 30), welche das Reduktionsmittel teilweise oxidiert und das Reduktionsmittel reformiert; eine Reinigungssteuerung (81a), welche das Reduktionsmittel, welches durch die Reformiervorrichtung (20, 30) reformiert ist, in die Abgaspassage (10ex) zuführt, wenn eine NOx-Reinigung mit dem Reduktionskatalysator angefordert ist; und eine Regenerationssteuerung (81b), welche das Reduktionsmittel, welches durch die Reformiervorrichtung (20, 30) reformiert ist, in die Abgaspassage (10ex) zuführt, wenn eine Regeneration des Reduktionskatalysators, welcher mit Schwefel vergiftet ist, angefordert ist, und die interne Verbrennungsmaschine (10) in einem Magerverbrennungsbetrieb ist; einen Partikelfilter (14), welcher in der Abgaspassage (10ex) an einer Position stromaufwärts der NOx-Reinigungsvorrichtung angeordnet ist, wobei der Partikelfilter (14) Partikel aus dem Abgas ausfiltert, und eine Verbrennungsentfernungssteuerung (81c), welche die Partikel, welche in dem Partikelfilter (14) ausgefiltert werden, durch ein Erhöhen einer Temperatur des Partikelfilters (14) verbrennt und entfernt, wobei die Regenerationssteuerung (81b) das Reduktionsmittel zuführt, wenn die Verbrennungsentfernungssteuerung (81c) arbeitet, um die Partikel zu verbrennen und zu entfernen.
Kraftstoffverbrennungssystem nach Anspruch 7, wobei ein Abstand (L) zwischen dem Partikelfilter (14) und der NOx-Reinigungsvorrichtung in der Abgaspassage (10ex) derart eingestellt ist, dass aufgrund einer Zunahme in einer Temperatur des Partikelfilters (14) eine Temperatur des Reduktionskatalysators zunimmt, um innerhalb eines spezifizierten Temperaturbereichs zu sein, welcher für die Regeneration des Reduktionskatalysators geeignet ist.