DE102015115656A1

DE102015115656A1 - Ozonzuführvorrichtung

Info

Publication number: DE102015115656A1
Application number: DE102015115656.3A
Authority: DE
Inventors: Yuuki Tarusawa; Shigeto Yahata; Masumi Kinugawa; Yusuke MAJIMA; Mao HOSODA
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2016-03-31
Also published as: JP2016065512A

Abstract

Eine ozonzuführende Vorrichtung umfasst eine Luftpumpe (30p), einen Ozongenerator (30) und einen Controller (41a). Die Luftpumpe (30p) nimmt Luft auf und bläst sie ein. Die durch die Luftpumpe eingeblasene Luft strömt durch die Luftleitung (23, 26) zu einer Abgasleitung (10ex) eines Verbrennungsmotors (10). Der Ozongenerator (30) ist in der Luftleitung angeordnet und erzeugt Ozon aus Sauerstoff, der in der durch die Luftpumpe eingeblasenen Luft enthalten ist. Der Controller (41a) steuert die Luftpumpe so, dass sie fortfährt, die Luft einzublasen, wenn der Ozongenerator aufhört, das Ozon zu erzeugen und, dass sie aufhört, die Luft einzublasen, wenn eine bestimmte Zeitspanne verstreichen ist, nachdem der Ozongenerator aufgehört hat, das Ozon zu erzeugen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine ozonzuführende Vorrichtung.
HINTERGRUND
Herkömmlicherweise bestand ein System bei dem NO_x in einem Abgas durch Reduzieren des NO_x mit einem NO_x-Katalysator herausgereinigt wird. In dem System wird ein Kohlenwasserstoff (ein Treibstoff) als ein Reduktionsmittel in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors stromauf des NO_x-Katalysators zugesetzt. Wenn der Treibstoff in einer ozonenthaltenden Umgebung durch teilweises Oxidieren des Treibstoffs reformiert wird, kann eine Rate der Herausreinigung von NO_x (NO_x-Herausreinigungsrate) verbessert werden. Das Patentdokument ( JP 2000-54833 A ) offenbart zum Beispiel eine ozonzuführende Vorrichtung, die eine Flüssigkeitsleitung, die mit einer Abgasleitung verbunden ist, eine Luftpumpe, die Luft durch die Treibstoffleitung bläst und einen Ozongenerator umfasst, der aus der durch die Pumpe eingeblasenen Luft Ozon erzeugt. Nach der ozonzuführenden Vorrichtung des Patentdokuments kann in die Treibstoffleitung eingespritzter Treibstoff in einer ozonenthaltenden Umgebung reformiert werden.
Nach einer durch die Erfinder der vorliegenden Offenbarung durchgeführten Studie kann allerdings während eines Stoppens der ozonzuführenden Vorrichtung ein Problem auftreten. Wenn der Ozongenerator und die Luftpumpe gestoppt sind, kann Ozon in dem Ozongenerator oder der Flüssigkeitsleitung verbleiben. Das verbleibende Ozon kann durch die Flüssigkeitsleitung zurückströmen und durch einen Einlass der Luftpumpe in die Atmosphäre freigesetzt werden. Im Allgemeinen weist hochkonzentriertes Ozon eine negative Wirkung auf Menschen auf und somit kann die Freisetzung von Ozon unerwünscht sein.
KURZFASSUNG
Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, eine ozonzuführende Vorrichtung bereitzustellen, die verhindern kann, dass Ozon in der Atmosphäre freigesetzt wird.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine ozonzuführende Vorrichtung eine Luftpumpe einen Ozongenerator und einen Controller. Die Luftpumpe nimmt Luft auf und bläst diese ein. Die durch die Luftpumpe eingeblasene Luft strömt durch die Luftleitung zu einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors. Der Ozongenerator ist in der Luftleitung angeordnet und erzeugt Ozon aus Sauerstoff, der in der durch die Luftpumpe eingeblasenen Luft enthalten ist. Der Controller steuert die Luftpumpe so, dass sie fortfährt Luft einzublasen, wenn der Ozongenerator aufhört Ozon zu erzeugen und so, dass sie aufhört Luft einzublasen, wenn eine bestimmte Zeitspanne verstrichen ist, nachdem der Ozongenerator aufgehört hat, Ozon zu erzeugen.
Nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, führt die Luftpumpe für eine bestimmte Zeitspanne damit fort, Luft einzublasen, wenn der Ozongenerator aufgehört hat, Ozon zu erzeugen. Somit kann während der bestimmten Zeitspanne Ozon (verbleibendes Ozon) das zu der Zeit, zu der der Ozongenerator aufhört Ozon zu erzeugen, in dem Ozongenerator oder der Luftpumpe verbleibt, durch die Abgasleitung abgegeben werden. Dementsprechend ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit, dass das verbleibende Ozon durch einen Auslass der Luftpumpe in die Atmosphäre freigesetzt wird, nachdem die Luftpumpe gestoppt wurde, zu unterdrücken.
In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine ozonzuführende Vorrichtung eine Luftpumpe, eine Luftleitung, einen Ozongenerator und ein Ozonabsperrventil. Die Luftpumpe nimmt Luft auf und bläst diese ein. Die durch die Luftpumpe eingeblasene Luft strömt durch eine Luftleitung zu einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors. Der Ozongenerator ist in der Luftleitung stromab der Luftpumpe angeordnet und erzeugt Ozon aus in der durch die Luftpumpe eingeblasenen Luft enthaltenem Sauerstoff. Das Ozonabsperrventil ist in der Luftleitung stromauf des Ozongenerators angeordnet und verhindert, dass durch den Ozongenerator aus der durch die Luftleitung strömenden Luft erzeugtes Ozon in einer Stromauf-Richtung zurückströmt. Nach dem zweiten Aspekt ist das Ozonabsperrventil in der Luftleitung stromauf des Ozongenerators angeordnet. Somit kann verhindert werden, dass das verbleibende Ozon, nachdem die Pumpe gestoppt wurde, durch die Luftleitung in die Atmosphäre freigesetzt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Offenbarung zusammen mit zusätzlichen Zielen, Merkmalen und Vorteilen derselben wird am besten anhand der folgenden Beschreibung der angehängten Ansprüche und der begleitenden Figuren verständlich, in denen:
1 eine schematische Ansicht einer reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung ist, die als eine ozonzuführende Vorrichtung dient, die an einem Verbrennungssystem nach einer ersten Ausführungsform angewendet wird;
2 ein Graph ist, der eine Zweistufenoxidationsreaktion einer Kaltflammenreaktion und einer Heißflammenreaktion betrifft;
3 ein Diagramm ist, das einen Reaktionsablauf der Kaltflammenreaktion darstellt;
4 ein Diagramm ist, das einen durch eine Umgebungstemperatur und einen Äquivalenzverhältnis definierten Bereich darstellt, in dem die Zweistufenoxidationsreaktion auftritt;
5 ein Flussdiagramm einer Steuerung durch die in 1 dargestellte Reaktionsmittel zuführende Vorrichtung ist;
6 ein Unterroutinen-Vorgang einer in 5 dargestellten Hochoxidationssteuerung ist;
7 ein Unterroutinen-Vorgang einer in 5 dargestellten Vollstoppsteuerung ist;
8 ein Zeitablaufdiagramm eines Beispiels für einen Zusammenhang zwischen einem Ozongenerator-Stopp-Zeitablauf und einem Luftpumpen-Stopp-Zeitablauf ist;
9 eine schematische Ansicht einer ozonzuführenden Vorrichtung ist, die an einem Verbrennungssystem nach einer zweiten Ausführungsform angewendet wird;
10 eine schematische Ansicht einer reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung ist, die als eine ozonzuführende Vorrichtung dient, die an einem Verbrennungssystem nach einer dritten Ausführungsform angewendet wird; und
11 eine schematische Ansicht einer reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung ist, die als eine ozonzuführende Vorrichtung dient, die an einem Verbrennungssystem nach einer vierten Ausführungsform angewendet wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Eine Mehrzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren beschrieben. In den Ausführungsformen kann ein Teil, das einem Gegenstand entspricht, der in einer vorangestellten Ausführungsform beschrieben wurde, mit dem gleichen Referenzzeichen bezeichnet werden, und eine sich wiederholende Beschreibung für dieses Teil kann weggelassen werden. Wenn nur ein Teil einer Ausgestaltung in einer Ausführungsform beschrieben wird, kann eine andere vorangestellte Ausführungsform für die anderen Teile der Ausgestaltung angewendet werden. Die Teile können kombiniert werden, sogar wenn es nicht explizit beschrieben ist, dass die Teile kombiniert werden können. Die Ausführungsformen können, solange dies unschädlich ist, teilweise kombiniert werden, sogar wenn es nicht ausdrücklich beschrieben ist, dass die Ausführungsformen kombiniert werden können.
(Erste Ausführungsform)
Ein Verbrennungssystem, wie in 1 abgebildet, umfasst einen Verbrennungsmotor 10, einen Turbolader 11, eine NO_x-herausreinigende Vorrichtung 12, einen Dieselpartikelfilter (DPF 13) und eine reduktionsmittelzuführende Vorrichtung. Das Verbrennungssystem ist in einem Fahrzeug montiert und das Fahrzeug wird durch eine Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors 10 angetrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Verbrennungsmotor 10 ein Kompressions-Selbstztündungs-Dieselmotor und ein Dieseltreibstoff (ein Leichtöl), was eine Kohlenwasserstoffverbindung ist, wird als ein Treibstoff für die Verbrennung verwendet. Der Verbrennungsmotor 10 wird im Allgemeinen in einem Magerzustand betrieben. In anderen Worten, wird in dem Verbrennungsmotor 10 ein Treibstoff in einem Zustand verbrannt, in dem ein Luft-Treibstoff-Verhältnis, was ein Verhältnis von Luft, die in den Brennraum zugeführt wird, zu Treibstoff ist, der in den Brennraum eingespritzt wird, so festgelegt ist, dass Luft im Überschuss vorliegt, das heißt, einem Magerverbrennungszustand.
Der Turbolader 11 umfasst eine Turbine 11a, eine rotierende Welle 11b und einen Kompressor 11c. Die Turbine 11a ist in einer Abgasleitung 10ex des Verbrennungsmotors 10 angeordnet und rotiert durch die kinetische Energie des Abgases. Die rotierende Welle 11b verbindet einen Impeller der Turbine 11a mit einem Impeller des Kompressors 11c und überträgt eine Rotationskraft der Turbine 1la auf den Kompressor 11c. Der Kompressor 11c ist in einer Zuluftleitung 10in des Verbrennungsmotors 10 angeordnet und führt dem Verbrennungsmotor 10 nach dem Komprimieren (das heißt, nach dem Vorverdichten) die Zuluft zu.
Ein Kühler (nicht dargestellt) ist in der Zuluftleitung 10in stromab des Kompressors 11c angeordnet. Der Kühler kühlt die Zuluft (die komprimierte Luft), die durch den Kompressor 11c komprimiert wurde, und die durch den Kühler komprimierte Luft wird in eine Mehrzahl von Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 verteilt, nachdem eine Strommenge der komprimierten Zuluft durch ein Drosselventil (nicht dargestellt) angepasst wurde. Die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 12 ist in der Abgasleitung 10ex stromab der Turbine 11a angeordnet, und der DPF 13 (Dieselpartikelfilter) ist in der Abgangsleitung 10ex stromab der NO_x-herausreinigenden Vorrichtung 12 angeordnet. Der DPF 13 filtert in dem Abgas umfasste Teilchen.
Eine Zufuhrleitung 23 der reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung ist mit der Abgasleitung 10ex stromauf der NO_x-herausreinigenden Vorrichtung 12 verbunden. Ein durch die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung erzeugter reformierter Treibstoff wird als ein Reduktionsmittel durch die Zufuhrleitung 23 in die Abgasleitung 10ex zugeführt. Der reformierte Treibstoff wird durch ein teilweises Oxidieren eines Kohlenwasserstoffs (das heißt, eines Treibstoffs), der als ein Reduktionsmittel verwendet wird, zu einem teilweise oxidierten Kohlenwasserstoff wie einem Aldehyd erzeugt, wie später mit Bezug auf 3 beschrieben wird. Die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung stellt auch eine ozonzuführende Vorrichtung bereit, die Ozon durch die Zufuhrleitung 23 in die Abgasleitung 10ex zuführt.
Die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 12 umfasst einen Wabenträger, der in einem Gehäuse untergebracht ist. Eine Beschichtung ist an einer Oberfläche des Trägers bereitgestellt und ein Reduktionsmittel wird durch die Beschichtung geträgert. Die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 12 reinigt NO_x durch eine Reaktion von NO_x mit dem reformierten Treibstoff in Gegenwart des Reduktionskatalysators, das heißt, einen Reduktionsvorgang von NO_x zu N₂, heraus. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass das reformierte Reduktionsmittel in der Gegenwart von O₂ selektiv (vorzugsweise), auch wenn O₂ (Sauerstoff) ebenfalls in dem Abgas umfasst ist, mit NO_x reagiert.
In der vorliegenden Ausführungsform weist der Reduktionskatalysator ein Adsorptionsvermögen auf, so dass er NO_x adsorbiert. Insbesondere weist der Reduktionskatalysator das Adsorptionsvermögen zum Adsorbieren von NO_x in dem Abgas auf, wenn eine Katalysatortemperatur geringer ist als eine Aktivierungstemperatur, bei der die Reduktionsreaktion durch den Reduktionskatalysator auftreten kann. Zum Beispiel kann die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 12 einen NO_x-Adsorptionsleistung mit einem Silber/Aluminiumoxidkatalysator bereitstellen, der durch den Träger geträgert wird. Genauer gesagt wird Silber als ein Reduktionskatalysator durch ein Aluminiumoxid geträgert, mit dem die Oberfläche des Trägers beschichtet ist. Das in dem Reduktionskatalysator adsorbierte NO_x wird von dem Reduktionskatalysator desorbiert, wenn die Katalysatortemperatur größer oder gleich der Aktivierungstemperatur ist. Dann wird das desorbierte NO_x durch den reformierten Treibstoff reduziert und somit wird das NO_x herausgereinigt.
Als Nächstes wird unten die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung beschrieben. Im Allgemeinen erzeugt die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung den reformierten Treibstoff und führt den reformierten Treibstoff durch die Zufuhrleitung 23 in die Abgasleitung 10ex zu. Die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung umfasst ein Reaktionsgefäß 20, ein Heizelement 21, einen Treibstoffinjektor 22, einen Ozongenerator 30 und eine Luftpumpe 30p wie unten beschrieben. Diese reduktionsmittelzuführende Vorrichtung umfasst ferner die Zufuhrleitung 23 einer Fluidleitung 26 und eine elektrische Steuervorrichtung (ECU 40), wie unten beschrieben.
Der Ozongenerator 30 umfasst ein Gehäuse 32 mit einer Fluidleitung 32a darin, und eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren 31 ist in der Fluidleitung 32a angeordnet. Die Elektroden 31 weisen eine Plattenform auf und sind so angeordnet, dass sie einander parallel gegenüberstehen. Eine Elektrode 31, die mit Masse verbunden ist und eine andere Elektrode, an die eine hohe Spannung angelegt wird, sind abwechselnd angeordnet. Die Leistungszufuhr zu den Elektroden 31 wird durch einen Mikrocomputer 41 der ECU 40 gesteuert.
Durch die Luftpumpe 30p eingeblasene Luft strömt in das Gehäuse 32 des Ozongenerators 30. Die Luftpumpe 30p ist eine Zentrifugal-Luftpumpe und weist einen Impeller auf, der in einem Gehäuse untergebracht ist und durch einen Elektromotor angetrieben wird. Der Elektromotor wird durch den Mikrocomputer 41 gesteuert. Die Luftpumpe 30p nimmt durch einen Einlass 30in, der in dem Gehäuse gebildet ist, Luft von außen auf und komprimiert die Luft und bläst die Luft dann zu dem Ozongenerator 30. Die dem Ozongenerator 30 zugeführte Luft strömt in die Fluidleitung 32a und strömt durch jede der zwischen den Elektroden 31 gebildeten Entladungsleitungen 31a.
Der Ozongenerator 30 ist mit dem Reaktionsgefaß 20 durch die Fluidleitung 26 verbunden. Ein Abgasabsperrventil 26v vom elektromagnetischen Typ ist in der Fluidleitung 26 angeordnet. Der Betrieb des Abgasabsperrventils 26v wird durch den Mikrocomputer 41 gesteuert. Insbesondere weist das Abgasabsperrventil 26v einen Ventilkörper auf und der Mikrocomputer 41 steuert den Ventilkörper so, dass er sich zwischen einer vollständig offenen Position und einer vollständig geschlossenen Position bewegt. Daher strömt Luft, die die Entladungsleitungen 31a durchlaufen hat, durch die Fluidleitung 26, das Reaktionsgefäß 20 und die Zufuhrleitung 23 in dieser Reihenfolge, und strömt dann in die Abgasleitung 10ex, wenn das Abgasabsperrventil 26v so betrieben wird, dass es offen ist und die Luftpumpe 30p eingeschaltet ist. Daher können die Zufuhrleitung 23 und die Fluidleitung 26 als eine Luftleitung dienen, durch die Luft, die durch die Luftpumpe 30p eingeblasen wird, zu der Abgasleitung 10ex strömt.
Das Heizelement 21 und der Treibstoffinjektor 22 sind an dem Reaktionsgefaß 20 angebracht und eine Reaktionskammer 20a ist in dem Reaktionsgefäß 20 gebildet. Die Reaktionskammer 20a steht in Fluid-Kommunikation mit einer Einlassöffnung 20in und einer Auslassöffnung 20out. Das Heizelement 21 umfasst einen Heizbereich, der Wärme erzeugt, wenn er mit Energie versorgt wird, und die Stromversorgung des Heizbereichs wird durch den Mikrocomputer 41 gesteuert. Insbesondere steuert der Mikrocomputer 41 ein Heizausmaß des Heizbereichs durch eine Leistungssteuerung einer Stromzufuhrmenge für den Heizbereich. Der Heizbereich ist in der Reaktionskammer 20a angeordnet, so dass er den Treibstoff erwärmt, der von dem Treibstoffinjektor 22 in die Reaktionskammer 20a eingespritzt wird. Eine Temperatur in der Reaktionskammer 20a wird durch einen Kammertemperatursensor 27 erfasst. Der Kammertemperatursensor 27 gibt Informationen der erfassten Temperatur (Reaktionskammertemperatur Th) an die ECU 40 aus.
Der Treibstoffinjektor 22 umfasst einen Körper mit Injektionsöffnungen, einen elektrischen Aktuator und ein Ventilelement. Wenn der elektrische Aktuator mit Energie versorgt wird, bewegt sich das Ventilelement so, dass es die Injektionsöffnungen öffnet, wodurch Treibstoff durch die Injektionsöffnungen in die Reaktionskammer 20a eingespritzt wird. Wenn der elektrische Aktuator nicht mit Energie versorgt wird, bewegt sich das Ventilelement so, dass es die Injektionsöffnungen schließt, wodurch die Treibstoffeinspritzung gestoppt wird. Der Mikrocomputer 41 steuert eine Treibstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit in die Reaktionskammer 20a durch Steuern der Stromzufuhr des elektrischen Aktuators. Flüssiger Treibstoff aus einem Treibstofftank (nicht dargestellt) wird in dem Treibstoffinjektor 22 durch eine nicht dargestellte Treibstoffpumpe zugeführt. Der Treibstoff in dem Treibstofftank wird, wie oben beschrieben, ebenfalls als Treibstoff für die Verbrennung verwendet. Das heißt, der Treibstoff in dem Treibstofftank wird herkömmlicherweise als ein Treibstoff für die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 10 und als ein Treibstoff für das Reduktionsmittel verwendet.
Von dem Treibstoffinjektor 22 in die Reaktionskammer 20a eingespritzter, flüssiger Treibstoff kollidiert mit dem Heizbereich und wird durch den Heizbereich erwärmt und verdampft. Als ein Ergebnis wird der verdampfte Treibstoff teilweise mit Sauerstoff in der Luft oxidiert und somit wird der verdampfte Treibstoff zu einem teilweise oxidierten Kohlenwasserstoff wie einem Aldehyd reformiert. Der verdampfte auf diese Weise reformierte Treibstoff (der reformierte Treibstoff), wird durch die Zufuhrleitung 23 in die Abgasleitung 10ex zugeführt.
Wenn den Elektroden 31 des Ozongenerators 30 elektrische Leistung zugeführt wird, kollidieren von den Elektroden 31 emittierte Elektronen in den Entladungsleitungen 31a mit in der Luft enthaltenen Sauerstoffmolekülen. Als ein Ergebnis wird aus den Sauerstoffmolekülen Ozon erzeugt. Das heißt, der Ozongenerator 30 bringt die Ozonmoleküle durch einen Entladungsvorgang in einen Plasmazustand, wodurch Ozon als ein aktiver Sauerstoff erzeugt wird. Somit strömt, wenn die elektrische Leistung dem Ozongenerator 30 zugeführt wird, ozonenthaltende Luft durch die Fluidleitung 26.
Eine Kaltflammenreaktion tritt in der Reaktionskammer 20a auf. In der Kaltflammenreaktion wird Treibstoff in Gasform teilweise mit dem Sauerstoff aus der Luft von der Einlassöffnung 20in oxidiert. Ein teilweises Oxid (zum Beispiel, Aldehyd) kann ein Beispiel des Treibstoffs sein, der auf diese Weise teilweise oxidiert ist, bei dem ein Teil des Treibstoffs (der Kohlenwasserstoffverbindung) mit einer Aldehyd-Gruppe (CHO) oxidiert ist.
Als Nächstes wird die Kaltflammenreaktion im Detail mit Bezug auf 2 bis 3 beschrieben.
2 stellt Simulationsergebnisse dar, die ein Phänomen zeigen, bei dem Treibstoff (Hexadecan) auch das Heizelement 21 gesprüht und verdampft wird und der um das Heizelement 21 verbleibenden Treibstoff reformiert wird. Insbesondere zeigt jeder der Graphen Veränderungen einer Mehrzahl physischer Größen in Bezug auf eine nach der Exposition verstrichene Zeit in einem Fall in dem der verdampfte Treibstoff (das Hexadecan) einer Umgebung bei 430°C ausgesetzt wird. In 2 stellt ein Graph (a) eine Veränderung einer Umgebungstemperatur dar, ein Graph (b) stellt eine Veränderung einer molaren Konzentration des Treibstoffs (des Hexadecans) dar, ein Graph (c) stellt Veränderungen einer molaren Konzentration von (i) durch den Oxidationsablauf verbrauchten Sauerstoffs (ii) durch den Oxidationsablauf erzeugter Wassermoleküle und (iii) durch den Oxidationsablauf erzeugter Kohlenstoffdioxidmoleküle dar und ein Graph (d) stellt Veränderungen der molaren Konzentration von Acetaldehyd und Propionaldehyd dar, von denen jedes ein durch die Kaltflammenreaktion erzeugter reformierter Treibstoff ist. Die Initialbedingungen zu Beginn der Treibstoffeinspritzung sind festgelegt als 101 kPa (1 Atmosphärendruck), 2200 ppm Hexadecankonzentration, 20% Sauerstoffkonzentration, 9% Kohlenstoffdioxidkonzentration und 2% Wasserkonzentration.
Wie in 2 dargestellt, tendiert die Umgebungstemperatur dazu, zuzunehmen, die molare Konzentration des Treibstoffs nimmt ab und die molare Konzentration des reformierten Treibstoffs nimmt zu, direkt nachdem der Treibstoff eingespritzt wird. Dies bedeutet, dass der Treibstoff dadurch, dass er oft mit Sauerstoff oxidiert wird, Wärme erzeugt und, dass der reformierte Treibstoff aus dem Treibstoff erzeugt wird, das heißt, dass die Kaltflammenreaktion auftritt. Allerdings sind ein solcher Temperaturanstieg und Veränderungen der molaren Konzentration temporär und der Temperaturanstieg und die Veränderungen der molaren Konzentration treten nicht auf, bis ungefähr 4 Sekunden seit Beginn der Treibstoffeinspritzung verstrichen sind.
Wenn ungefähr 4 Sekunden verstrichen sind, steigt die Umgebungstemperatur weiter, die molare Konzentration reformierten Treibstoffs nimmt ab, die Erzeugungsmengen von Kohlenstoffdioxid und Wasser steigen und eine Sauerstoffverbrauchsmenge steigt. Dies bedeutet, dass der reformierte Treibstoff, dadurch dass er mit Sauerstoff oxidiert wird, Wärme erzeugt und, dass der reformierte Treibstoff vollständig verbrennt, sodass Kohlenstoffdioxid und Wasser erzeugt werden, das heißt, dass die Heißflammenreaktion auftritt. Ein Temperatursteigerungsausmaß durch die Kaltflammenreaktion ist geringer, als das durch die Heißflammenreaktion. Ferner ist eine Sauerstoffverbrauchsmenge durch die Kaltflammenreaktion geringer als die durch die Heißflammenreaktion.
Wenn die Oxidationsreaktion durch zwei Schritte auftritt, wird der reformierte Treibstoff als ein Reaktionsintermediat während der Zeitspanne von der Kaltflammenreaktion bis zur Heißflammenreaktion erzeugt. Beispiele des Reaktionsintermediats können eine Mehrzahl von Kohlenwasserstoffverbindungen, wie ein Aldehyd, ein Keton oder dergleichen sein. 3 stellt ein Beispiel eines Hauptreaktionsweges dar, durch den ein Aldehyd erzeugt wird.
Wie durch (1) in 3 angegeben, reagiert ein Kohlenwasserstoff (Dieseltreibstoff) mit einem Sauerstoffmolekül und ein Kohlenwasserstoffperoxylradikal wird erzeugt. Das Kohlenwasserstoffperoxylradikal zersetzt sich zu einem Aldehyd und einem Kohlenwasserstoffradikal (siehe (2) in 3). Das Kohlenwasserstoffradikal reagiert mit einem Sauerstoffmolekül und ein anderes Kohlenwasserstoffperoxylradikal wird erzeugt (siehe (3) in 3). Das Kohlenwasserstoffperoxylradikal wird zu einem Aldehyd und einem Kohlenwasserstoffradikal zersetzt (siehe (4) in 3). Das Kohlenwasserstoffradikal reagiert mit einem anderen Sauerstoffmolekül und es wird auch ein anderes Kohlenwasserstoffperoxylradikal erzeugt (siehe (5) in 3). Auf diese Weise wird wiederholt ein Kohlenwasserstoffperoxylradikal erzeugt, während die Kohlenstoffatomanzahl reduziert wird und ein Aldehyd wird jedes Mal erzeugt, wenn das Kohlenwasserstoffperoxylradikal erzeugt wird. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass in der Heißflammenreaktion Treibstoff vollständig verbrannt wird und Kohlenstoffdioxid und Wasser erzeugt werden und somit das Reaktionsintermediat nicht erzeugt wird. In anderen Worten wird in der Heißflammenreaktion, das durch die Kaltflammenreaktion erzeugte Reaktionsintermediat zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert.
In der in 2 dargestellten Simulation ist die Expositionstemperatur auf 430°C festgelegt. Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung hatten allerdings ferner Simulationen mit verschiedenen Expositionstemperaturen durchgeführt. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass, wenn die Expositionstemperatur 530°C betrug, fast keine Zeitspanne existierte, um in der Kaltflammenreaktion zu verbleiben, und die Oxidationsreaktion mit nur einem Schritt vollendet wurde. Wenn die Expositionstemperatur hingegen auf 330°C festgelegt war, war eine Anfangszeit der Kaltflammenreaktion verzögert, im Vergleich zu einem Fall, in dem die Expositionstemperatur auf 430°C festgelegt war. Außerdem, trat, wenn die Expositionstemperatur auf 230°C oder niedriger festgelegt war, keine von der Kaltflammenreaktion und der Heißflammenreaktion auf, das heißt, die Oxidationsreaktion trat nicht auf.
In der in 2 dargestellten Simulation ist das Äquivalenzverhältnis, was ein Verhältnis des eingespritzten Kraftstoffes und der Luft ist, auf 0,23 festgelegt. In diesem Zusammenhang haben die Erfinder Ergebnisse der Simulation mit verschiedenen Äquivalenzverhältnissen erzielt. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass das Äquivalenzverhältnis durch ein Dividieren des „Gewichts” des in einem Luft-Treibtreibstoffgemisches umfassten Treibstoffs durch das „Gewicht” des Treibstoffs der vollständig verbrannt werden kann, als ein Wert definiert werden kann. Wenn das Äquivalentverhältnis auf 1,0 festgelegt wird, gibt es fast keine Zeitspanne um in der Kaltflammenreaktion zu verbleiben und die Oxidationsreaktion wird mit nur einem Schritt vollendet. Außerdem wird, wenn das Äquivalenzverhältnis auf 0,37 festgelegt ist, die Startzeit der Kaltflammenreaktion vorverlagert, eine Kaltflammenreaktionsrate steigt, eine Kaltflammenreaktionszeitspanne nimmt ab und die Umgebungstemperatur zur Zeit des Vollendens der Kaltflammenreaktion steigt im Vergleich zu einem Fall, in dem das Äquivalenzverhältnis auf 0,23 festgelegt ist.
4 stellt eine Zusammenfassung der oben beschriebenen Analyseergebnisse dar. 4 gibt einen Zusammenhang zwischen der Expositionstemperatur (der Umgebungstemperatur), dem Äquivalenzverhältnis und dem Auftreten/nicht Auftreten der Kaltflammenreaktion an. In 4 gibt die Abszisse des Graphs die Expositionstemperatur (die Umgebungstemperatur) an, und die Ordinate des Graphs gibt das Äquivalenzverhältnis an. Der gepunktete Bereich in 4 ist ein Bereich in dem eine Zweistufenoxidationsreaktion auftritt. Wie in 4 dargestellt, ist ein Bereich, in dem die Umgebungstemperatur geringer ist als ein unterer Grenzwert, ein Nicht-Reaktionsbereich, in dem die Oxidationsreaktion nicht auftritt. Ferner ist ein Bereich, in dem das Äquivalenzverhältnis gleich wie oder größer als 1,0 ist, ein Einschritt-Oxidationsreaktionsbereich in dem die Oxidation mit nur einem Schritt vollendet wird, sogar wenn die Umgebungstemperatur höher ist als der untere Grenzwert.
Eine Grenzlinie zwischen der Zweischritt-Oxidationsreaktion und der Einschritt-Oxidationsreaktion variiert entsprechend der Umgebungstemperatur und des Äquivalenzverhältnisses. Das heißt, wenn die Umgebungstemperatur in einen bestimmten Temperaturbereich fällt und das Äquivalenzverhältnis in einen bestimmten Äquivalenzverhältnisbereich fällt, tritt die Zweischritt-Oxidationsreaktion auf. Das heißt, der bestimmte Temperaturbereich und der bestimmte Äquivalenzverhältnisbereich entsprechen dem gepunkteten Bereich in 4. Wenn die Umgebungstemperatur auf eine optimale Temperatur (z. B., 370°C) in dem bestimmten Temperaturbereich festgelegt ist weist das Äquivalenzverhältnis an der Grenzlinie einen maximalen Wert auf (z. B., 1,0). Somit wird, um die Kaltflammenreaktion früher zu erzeugen, die Heiztemperatur auf die optimale Temperatur angepasst und das Äquivalenzverhältnis wird auf 1,0 festgelegt. Wenn allerdings das Äquivalenzverhältnis größer ist als 1,0, tritt die Kaltflammenreaktion nicht auf. Somit wird das Äquivalenzverhältnis bevorzugt auf einen Wert festgelegt, der um eine gegebene Differenz geringer ist, als 1,0.
Wie in 2 dargestellt, wird in der Simulation eine Ozonkonzentration in der Luft auf null festgelegt. Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung hatten ferner Simulationen mit verschiedenen Ozonkonzentrationen in der Luft durchgeführt. In der Simulation wurde eine Initialbedingung auf 101 kPa (1 Atmosphärendruck), eine Hexadecankonzentration von 2200 ppm und die Umgebungstemperatur von 330°C festgelegt. Als ein Ergebnis wurde festgestellt, dass der Anfangszeitpunkt der Kaltflammenreaktion früher wurde, wenn die Ozonkonzentration stieg. Ein solches Phänomen kann wie unten erklärt werden. Wie oben beschrieben reagieren Kohlenwasserstoffradikale in (1), (3) und (5) in 3 mit einem Sauerstoffmolekül und diese Reaktionen werden mit dem Ozongehalt der Luft beschleunigt. Als ein Ergebnis wird ein Aldehyd in einer kurzen Zeit erzeugt.
Der Mikrocomputer 41 der ECU 40 umfasst eine Speichereinheit um Programme zu speichern und eine zentrale Datenverarbeitungseinheit, die eine arithmetische Datenverarbeitung gemäß den in der Speichereinheit gespeicherten Programmen durchführt. Die ECU 40 steuert den Betrieb des Verbrennungsmotors 10 basierend auf erfassten Werten wie eines Betätigungsausmaßes des Gaspedals (das heißt, der Motorlast) einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 10 (das heißt, einer Motordrehzahl) eines Zuluftdrucks, eines Abgasdrucks und dergleichen.
Außerdem steuert die ECU 40 den Betreib der reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung basierend auf physikalischen Größen wie durch den Kammertemperatursensor 27, einen Katalysatortemperatursensor 42 und einen Abgasdrucksensor 43 erfasst werden. Der Katalysatortemperatursensor 42 ist in der NO_x-herausreinigenden Vorrichtung 12 angeordnet, um eine Umgebungstemperatur des Reduktionskatalysators (eine Katalysatortemperatur) zu erfassen. Der Abgasdrucksensor 43 ist in der Abgasleitung 10ex angeordnet, um einen Druck des Abgases (einen Abgasdruck) an einem Verbindungsbereich der Abgasleitung 10ex zu erfassen, der mit der Zufuhrleitung 23 verbunden ist.
Die ECU 40 steuert im Allgemeinen den Betrieb der Reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung wie unten beschrieben. Die ECU 40 schaltet basierend auf dem Abgasdruck die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung zwischen einem Betriebszustand und einem Nicht-Betriebszustand (Stoppsteuerung). Ferner schaltet die ECU 40 während des Betriebs der reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung basierend auf der Reaktionskammertemperatur Th zwischen einer Reduktionsmittelzufuhrsteuerung, während derer das Reduktionsmittel in die Abgasleitung 10ex zugeführt wird, und einer Oxonzufuhrsteuerung, während derer Ozon zugeführt wird, um. Die ECU 40 schaltet außerdem basierend auf der Reaktionskammertemperatur Th während der Reduktionsmittelzufuhrsteuerung zwischen einer Hochoxidationssteuerung, einer Niedrigoxidationssteuerung und einer Oxidationsstoppsteuerung um.
In anderen Worten steuert der Mikrocomputer 41 den Betrieb der reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung durch wiederholtes Durchführen von Vorgängen (das heißt, Programmen), wie in 5 dargestellt, mit vorbestimmten Intervallen während des Betriebes des Verbrennungsmotors 10. Am Anfang ermittelt der Mikrocomputer 41, ob ein durch den Abgasdrucksensor 43 erfasster Druck in der Abgasleitung 10ex (das heißt, der Abgasdruck) geringer ist als ein bestimmter Schwellenwert Pth. Der Schwellenwert Pth wird so festgelegt, das er gleich oder etwas geringer ist als ein maximaler Pumpendruck der Luftpumpe 30p. Wenn der Abgasdruck geringer ist als der Schwellenwert Pth ist der Abgasdruck bedeutend geringer als Pumpendruck der Luftpumpe 30p, wodurch gesagt werden kann, dass Treibstoff oder ozonenthaltende Luft in die Abgasleitung 10ex zugeführt werden kann.
Wenn der Mikrocomputer 41 in Schritt 10 ermittelt, dass der Abgasdruck nicht geringer ist als der Schwellenwert Pth, das heißt, eine Zufuhr von Treibstoff oder Luft in die Abgasleitung 10ex durch die Luftpumpe 30p nicht möglich ist, führt der Mikrocomputer 41 einen Schritt 18, eine Vollstoppsteuerung aus, bei der die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung vollständig gestoppt wird. Die Vollstoppsteuerung ist eine Steuerung, während derer die Zufuhr von Ozon und dem Reduktionsmittel in die Abgasleitung 10ex gestoppt sind, wie unten mit Bezug auf 7 beschrieben ist.
Wenn hingegen der Mikrocomputer 41 im Schritt 10 ermittelt, dass der Abgasdruck geringer ist als der Schwellenwert Pth, das heißt, die Zufuhr von Treibstoff oder Luft in die Abgasleitung 10ex möglich ist, ermittelt der Mikrocomputer 41 im Schritt 11, ob die Katalysatortemperatur höher ist als eine erste bestimmte Temperatur T1. Wenn die Katalysatortemperatur geringer ist als die erste bestimmte Temperatur T1, ermittelt der Mikrocomputer 41 im Schritt 12 ob die Katalysatortemperatur höher ist als eine zweite bestimmte Temperatur T2. Wenn die Katalysatortemperatur geringer ist als die zweite bestimmte Temperatur T2, ermittelt der Mikrocomputer 41 im Schritt 13, ob die Katalysatortemperatur höher ist als eine Aktivierungstemperatur T3.
Die erste bestimmte Temperatur T1 und die zweite Temperatur T2 werden so festgelegt, dass sie höher sind als die Aktivierungstemperatur T3. Die erste bestimmte Temperatur T1 wird so festgelegt, dass sie höher ist als die zweite bestimmte Temperatur T2. Wenn zum Beispiel die Aktivierungstemperatur T3 250°C beträgt, werden die zweite bestimmte Temperatur T2 und die erste bestimmte Temperatur T1 so festgelegt, dass sie jeweils 350°C und 400°C betragen. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Aktvierungstemperatur T3 des Reduktionskatalysators eine geringste Temperatur ist, bei der NO_x mit dem Reduktionskatalysator reduziert und herausgereinigt werden kann.
Wenn der Mikrocomputer 41 durch die Schritte 11, 12 und 13 ermittelt, dass die Katalysatortemperatur geringer ist als die Aktivierungstemperatur, führt der Mikrocomputer 41 im Schritt S14 die Ozonzufuhrsteuerung durch. Wenn die Katalysatortemperatur höher ist als die Aktivierungstemperatur T3 und geringer als die zweite bestimmte Temperatur T2, führt der Mikrocomputer 41 im Schritt 15 die Hochoxidationssteuerung durch. Wenn der Mikrocomputer 41 ermittelt, dass die Katalysatortemperatur höher ist als die zweite bestimmte Temperatur T2 und geringer als die erste bestimmte Temperatur T1, führt der Mikrocomputer 41 im Schritt 16 die Niedrigoxidationssteuerung durch. Außerdem führt der Mikrocomputer 41 im Schritt 17 die Oxidationsstoppsteuerung durch, wenn er ermittelt, dass die Katalysatortemperatur höher ist als die erste bestimmte Temperatur T1.
Wenn die Ozonzufuhrsteuerung im Schritt 14 in 5 durchgeführt wird, wird die Luftpumpe 30p mit einer vorbestimmten Leistungsmenge beschrieben und eine vorbestimmte Leistungsmenge wird den Elektroden 31 des Ozongenerators 30 zugeführt, um die elektrische Entladung zu erzeugen. Als nächstes wird die Leistungszufuhr zu dem Heizelement 21 gestoppt und die Leistungszufuhr zu dem Treibstoffinjektor 22 wird gestoppt, um die Treibstoffeinspritzung zu stoppen.
Unter der Ozonzufuhrsteuerung erzeugt der Ozongenerator 30 Ozon und das erzeugte Ozon wird durch die Zufuhrleitung 23 und die Fluidleitung 26 in die Abgasleitung 10ex zugeführt. In diesem Fall, wenn die Leistungszufuhr zu dem Heizelement 21 in Kraft ist, würde das Ozon durch das Heizelement 21 erwärmt, sodass es zerfiele. Außerdem würde das Ozon mit dem zugeführten Treibstoff reagieren, wenn die Treibstoffeinspritzung durchgeführt wird. Angesichts dessen werden unter der Ozonzufuhrsteuerung das Heizen durch das Heizelement 21 und die Treibstoffeinspritzung durch den Treibstoffinjektor gestoppt. Da die Reaktion des Ozons mit dem Treibstoff und der Erwärmungszerfall des Ozons vermieden werden können, kann das erzeugte Ozon wie es ist in die Abgasleitung 10ex zugeführt werden.
In der Hochoxidationsteuerung in Schritt 15 von 5 wird der Unterroutinen-Vorgang von 6 durchgeführt. Im Schritt S20 in 6 wird ein erfasster Wert (die Reaktionskammertemperatur Th), der durch den Kammertemperatursensor 27 erfasst wurde, erhalten. Im Schritt 21 führt der Mikrocomputer 41 eine Rückkoppelungssteuerung des Heizelements 21 durch, sodass die erhaltene Reaktionskammertemperatur Th eine vorbestimmte Zieltemperatur Ttrg wird. Die Zieltemperatur Ttrg wird auf eine Umgebungstemperatur in dem Zwei-Stufen-Oxidationsreaktionsbereich, der in 4 dargestellt ist, festgelegt, bei der das Äquivalenzverhältnis den maximalen Wert aufweist (z. B. 370°C).
Im Schritt 22 legt der Mikrocomputer 41 ein Reduktionsmittelzufuhrausmaß als eine Zielströmungsrate Ftrg fest. Die Zielströmungsrate Ftrg entspricht einer Menge des Reduktionsmittels, die in die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 12 zugeführt wird, mit der NO_x das in die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 12 strömt, ohne Überschuss des Reduktionsmittels, vollständig reduziert wird. Die Zielströmungsrate Ftrg ist die Masse des Treibstoffs, die pro Zeiteinheit in die NO_x-herausreinigende Vorrichtung zugeführt wird.
Insbesondere wird die Zielströmungsrate, basierend auf einer NO_x-Einstromrate und der Katalysatortemperatur, festgelegt. Die NO_x-Einstromrate ist die Masse an NO_x, die pro Einheit Zeit in die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 12 einströmt. Die No_x-Einstromrate kann zum Beispiel basierend auf einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors 10 geschätzt werden. Die Zielströmungsrate Ftrg wird gesteigert, wenn die NO_x-Einstromrate steigt. Außerdem wird die Zielströmungsrate Ftrg entsprechend einer Differenz der Reduzierungsleistung aufgrund der Katalysatortemperatur festgelegt, da eine mit dem Reduktionskatalysator reduzierte Menge NO_x (das heißt, Reduktionsleistung) sich mit der Katalysatortemperatur verändert.
In Schritt 23 steuert der Mikrocomputer 41 den Treibstoffinjektor 22 basierend auf der Zieltreibstoffströmungsrate Ftrg, die im Schritt 22 festgelegt wurde, um die Treibstoffeinspritzung durchzuführen. Insbesondere wird eine Zeitspanne zum Öffnen des Treibstoffinjektors 22 so gesteuert, dass sie zunimmt, wenn die Zieltreibstoffrate Ftrg steigt. Andernfalls kann das Intervall zwischen dem Beenden einer diesmaligen Treibstoffeinspritzung und dem Beginn der nächsten Treibstoffeinspritzung verkürzt werden.
Im Schritt 24 legt der Mikrocomputer 41 das Zieläquivalenzverhältnis φtrg basierend auf der Reaktionskammertemperatur Th so fest, dass die Kaltflammenreaktion Auftritt. Insbesondere entspricht ein Maximalwert des Äquivalenzverhältnisses, der in der Zwei-Stufen-Oxidationsreaktion liegt und der Umgebungstemperatur entspricht oder ein Wert der durch Subtrahieren einer gegebenen Spanne von dem Maximalwert des Äquivalenzverhältnisses berechnet wird, als eine Karte des Zieläquivalenzverhältnis φtrg in dem Mikrocomputer 41 gespeichert. Das Zieläquivalenzverhältnis φtrg, das der erfassten Reaktionskammertemperatur Th entspricht, wird unter Verwendung der Karte berechnet. Wenn das Zieläquivalenzverhältnis φtrg, wie oben beschrieben, mit der gegebenen Spanne festgelegt wird, ist es möglich eine Situation zu vermeiden, in der ein tatsächliches Äquivalenzverhältnis größer ist als der Maximalwert des Äquivalenzverhältnisses, sogar wenn das tatsächliche Äquivalenzverhältnis größer ist als das berechnete Äquivalenzverhältnis φtrg, wodurch die Wahrscheinlichkeit, dass die Heißflammenreaktion nach der Kaltflammenreaktion auftritt, vermindert werden kann.
Im Schritt 25 wird basierend auf dem in Schritt 24 festgelegten Zieläquivalenzverhältnis φtrg und der in Schritt 22 festgelegten Zieltreibstoffströmungsrate Ftrg eine Zielluftströmungsrate Atrg berechnet. Insbesondere wird die Zielluftströmungsrate Atrg so berechnet, dass sie φtrg = Ftrg/Atrg erfüllt. Im Schritt 26 wird basierend auf der in Schritt 25 berechneten Zielluftströmungsrate Atrg der Betrieb der Luftpumpe 30p gesteuert. Insbesondere nimmt ein Stromversorgungs-/Lastanteil der Luftpumpe 30p zu, wenn die Zielluftströmungsrate Atrg zunimmt.
Wie oben beschrieben, werden durch Festlegen der Zieltemperatur Ttrg und der Zielluftströmungsrate Atrg entsprechend der Zieltreibstoffströmungsrate Ftrg und durch Steuern der Luftpumpe 30p und des Heizelements 21 ihre Aktionskammertemperatur Th und das Äquivalenzverhältnis in dem Zwei-Schritt-Oxidationsreaktionsbereich angepasst. Somit tritt die Kaltflammenreaktion auf und der reformierte Treibstoff wird erzeugt. Die untere Grenze eines Temperaturbereichs, in dem die Reaktionskammertemperatur Th 260°C beträgt, bei denen eine Grenzlinie zwischen dem Ein- oder Zwei-Schritt-Oxidationsreaktionsbereich und dem Nicht-Reaktionsbereich vorliegt. Die obere Grenze des Temperaturbereichs wird auf eine Maximaltemperatur an einer Grenzlinie zwischen dem Ein-Stufen-Oxidationsbereich und dem Zwei-Stufen-Oxidationsbereich festgelegt. Die obere Grenze des Äquivalenzverhältnisbereichs, in dem das Äquivalenzverhältnis angepasst wird, andererseits wird auf einen Maximalwert auf einer Grenzlinie zwischen dem Ein-Stufen-Oxidationsreaktionsbereich und dem Zwei-Stufen-Oxidationsbereich festgelegt, was einer Umgebungstemperatur von 370°C entspricht.
Als nächstes wird in Schritt 27 die Leistungszufuhr zu dem Ozongenerator 30 entsprechend der Konzentration von Treibstoff in dem Reaktionsbehälter 20 gesteuert. Insbesondere wird basierend auf der Zieltreibstoffströmungsrate Ftrg eine Zielozonströmungsrate Otrg berechnet. Detaillierter beschrieben wird die Zielozonströmungsrate Otrg so berechnet, dass ein Verhältnis einer Ozonkonzentration zu einer Treibstoffkonzentration in der Reaktionskammer 20a einen gegebenen Wert annimmt (z. B. 0,2). Das Verhältnis wird zum Beispiel so eingestellt, dass die Kaltflammenreaktion in einer gegebenen Zeit (z. B. 0,02 Sekunden) vollendet werden kann. Außerdem wird die Zielozonströmungsrate Otrg so festgelegt, dass sie gesteigert wird, wenn die Katalysatortemperatur abnimmt.
Dann wird eine Zielstromversorgungsmenge für den Ozongenerator 30 basierend auf der Zielluftströmungsrate Atrg und der Zielozonströmungsrate Otrg berechnet. Die Verweildauer der Luft in der Entladungsleitung 21a nimmt ab, wenn die Zielluftströmungsrate Atrg zunimmt. Daher wird die Zielstromversorgungsmenge Ptrg gesteigert, wenn die Zielluftströmungsrate Atrg zunimmt. Ferner wird die Zielstromversorgungsmenge Ptrg gesteigert, wenn die Zielozonströmungsrate Otrg zunimmt. Als nächstes wird die Stromversorgungsmenge für den Ozongenerator 30 basierend auf der Zielstromversorgungsmenge Ptrg gesteuert. Insbesondere steigt der Stromversorgungs-/Lastanteil für den Ozongenerator 30, wenn die Zielstromversorgungsmenge Ptrg steigt. Andernfalls kann das Intervall zwischen dem diesmaligen Stoppzeitpunkt des mit Strom Versorgens und der nächsten Startzeit des nächsten mit Strom Versorgens verkürzt werden.
Durch ein Durchführen des Vorgangs in Schritt 27 wird Ozon erzeugt und das erzeugte Ozon wird in Reaktionskammer 20 zugeführt. Daher kann der Startzeitpunkt der Kaltflammenreaktion vorgezogen werden und die Kaltflammenreaktionszeit kann reduziert werden. Somit kann sogar wenn das Reaktionsgefäß 20 verkleinert wird und eine Verweildauer des Treibstoffes in dem Reaktionsgefäß 20 verkürzt wird die Kaltflammenreaktion in der Verweildauer vollendet werden. Somit kann das Reaktionsgefäß 20 verkleinert werden. Im Schritt 28 steuert der Mikrocomputer 41 das Abgasabsperrventil 26v, so dass es öffnet (Ventilöffnungssteuerung).
Unter der Hochoxidationssteuerung, die in 6 dargestellt ist, werden durch den Ozongenerator 30 erzeugtes Ozon, Sauerstoff in der Luft und durch das Heizelement 21 verdampfter Treibstoff miteinander vermischt und der Treibstoff wird in einer Umgebung, in der Ozon vorliegt teilweise oxidiert. Unter der Niedrigoxidationssteuerung in Schritt 16 in 5 hingegen wird der Betrieb des Ozongenerators 30 gestoppt, um die Erzeugung von Ozon zu stoppen, wodurch der Treibstoff in einer Umgebung, in der kein Ozon vorliegt, teilweise oxidiert wird. Außerdem werden durch die Oxidationsstoppsteuerung in Schritt 17 der Ozongenerator 30 und das Heizelement 21 gestoppt, um die Erzeugung von Ozon und das Erwärmen des Treibstoffs zu stoppen, wodurch Treibstoff, der nicht teilweise mit Sauerstoff oder Ozon oxidiert wird, in die Abgasleitung 10ex zugeführt wird. Der Zugeführte Treibstoff wird in der Abgasleitung 10ex oder der NO_x-herausreinigenden Vorrichtung 12 einem Abgas bei einer hohen Temperatur ausgesetzt und dann teilweise oxidiert.
Detaillierter beschrieben, wird während der Niedrigoxidationssteuerung ein Ablauf durchgeführt, der den in 6 dargestellten Schritten 20 bis 26 ähnelt, während der Vorgang des Schrittes 27 eliminiert wird. In anderen Worten, werden die Heizelementsteuerung, die Treibstoffeinspritzsteuerung, die Luftpumpensteuerung und die Ventilöffnungssteuerung in den Schritten 21, 23 26 und 28 durchgeführt und die Einstellungen der Zieltreibstoffströmungsrate Ftrg des Zieläquivalenzverhältnisses φtrg und der Zielluftströmungsrate Atrg in den Schritten 22, 24 und 25 werden durchgeführt. Die Entladungssteuerung in Schritt 27 wird allerdings nicht durchgeführt und eine Stromversorgung des Ozongenerators 30 wird gestoppt, um das Erzeugen von Ozon zu stoppen.
Unter der Oxidationssteuerung wird ein den in 6 dargestellten Schritten 20, 22 bis 26 ähnelnder Vorgang durchgeführt, während die Vorgänge der in 6 dargestellten Schritte 21 und 27 eliminiert werden. Das heißt, die Treibstoffeinspritzsteuerung, die Lustpumpensteuerung, die Ventilöffnungssteuerung der Schritte 23, 26 und 28 werden durchgeführt und die Einstellungen der Zielströmungsrate Ftrg; des Zieläquivalenzverhältnisses φtrg und der Zielluftströmungsrate Atrg der Schritte 22, 24 und 25 werden durchgeführt. Die Entladungssteuerung des Schrittes 27 wird allerdings nicht durchgeführt, das heißt, eine Stromversorgung des Ozongenerators 30 wird gestoppt, um das Erzeugen von Ozon zu stoppen. Außerdem wird die Heizelementsteuerung des Schritts 21 nicht durchgeführt, das heißt, eine Stromversorgung des Heizelements 21 wird gestoppt, um das Erwärmen des Treibstoffs zu stoppen.
7 stellt eine Unterroutine der Vollstoppsteuerung des Schrittes 18 in 5 dar. Während der Vorgang in 6 mit vorbestimmten Intervallen wiederholt durchgeführt wird, wird der Vorgang in 7 nur einmal durchgeführt, wenn die Entscheidung durch den Mikrocomputer im Schritt 10 während der Durchführung entweder der Ozonzufuhrsteuerung, der Hochoxidationssteuerung, der Niedrigoxidationssteuerung oder der Oxidationsstoppsteuerung „NEIN” ist.
Im Schritt 30 in 7 ermittelt der Mikrocomputer 41 ob der Verbrennungsmotor 10 in Betrieb ist. Wenn dies in Schritt 30 nicht der Fall ist, wird die Stromversorgung des Heizelements 21 im Schritt 33 gestoppt. Wenn es hingegen in Schritt 30 der Fall ist, wird in Schritt 31 die Reaktionskammertemperatur Th erhalten, die durch den Kammertemperatursensor 27 erfasst wird. Im Schritt 32 führt der Mikrocomputer 41 eine Rückkopplungssteuerung des Heizelements 21 durch, sodass die erhaltene Reaktionskammertemperatur Th eine vorbestimmte Temperatur Tp wird. Die vorbestimmt Temperatur Tp kann zum Beispiel auf einen angenommen Maximalwert der Reaktionskammertemperatur Th festgelegt werden. Dementsprechend kann die Reaktionskammertemperatur Th schnell die Zieltemperatur Ttrg, wenn der Abgasdruck abnimmt, sodass er geringer ist als der Schwellenwert Pth und das Heizelement 21 zu heizen beginnt.
In Schritt 34 wird die Stromversorgung des Heizelements 21 gestoppt, um die Treibstoffeinspritzung zu stoppen. In Schritt 35 wir die Stromversorgung des Ozongenerators 30 gestoppt, um das Erzeugen von Ozon zu stoppen. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass wenn der Vorgang gemäß 7 durchgeführt wird, nachdem die Niedrigoxidationssteuerung oder die Oxidationsstoppsteuerung zu der Vollstoppsteuerung umgeschaltet wurde, der Stopp der Ozonerzeugung in Schritt 35 aufrechterhalten wird.
In Schritt 36 ermittelt der Mikrocomputer 41 ob eine Zeitspanne, für die der Ozongenerator 30 stoppt (Stoppzeitspanne), gleich ist wie oder größer als eine bestimmte Zeitspanne Eth. In anderen Worten ermittelt der Mikrocomputer 41 ob die bestimmte Zeitspanne Eth verstreicht, nachdem der Ozongenerator 30 gestoppt wurde. Wenn der Mikrocomputer 41 ermittelt, dass die bestimmte Zeitspanne Eth verstreicht, stoppt der Mikrocomputer 41 die Stromversorgung der Luftpumpe 30p im Schritt 39, um das Einblasen von Luft zu stoppen. Im Schritt 40 steuert der Mikrocomputer 41 das Abgasabsperrventil 26v so, dass es schließt (Ventilschließsteuerung). Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass, wenn der Vorgang nach 7 durchgeführt wird, nachdem die Niedrigoxidationssteuerung oder die Oxidationsstoppsteuerung zu der Vollstoppsteuerung umgeschaltet wurde, der Mikrocomputer 41 den Startzeitpunkt der Vollstoppsteuerung als den Zeitpunkt annimmt, zu dem Ozongenerator 30 aufhört, Ozon zu erzeugen (Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt). In diesem Fall ermittelt der Mikrocomputer 41 ob die bestimmte Zeitspanne Eth ab dem Startzeitpunkt der Vollstoppsteuerung verstreicht.
Wenn hingegen der Mikrocomputer 41 ermittelt, dass die bestimmte Zeitspanne Eth nicht verstreicht, legt der Mikrocomputer 41 die Zielluftströmungsrate Atrg in Schritt 37 auf einen Maximalwert fest. Als Nächstes, in Schritt 28, steuert der Mikrocomputer 41 eine Stromzufuhrmenge für die Luftpumpe 30p, basierend auf der Zielluftströmungsrate Atrg, die in Schritt 37 festgelegt wird, sodass die Luftpumpe 30p betrieben wir um Luft mit einer maximalen Luftströmungsrate einzublasen. Danach führt der Mikrocomputer 41 den Vorgang gemäß Schritt 36 wieder durch. Dementsprechend wird die Luftpumpe 30p während einer Zeitspanne, während der die bestimmte Zeitspanne ab dem Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt verstreicht, mit der maximalen Luftströmungsrate betrieben und dann wird die Luftpumpe 30p gestoppt, wenn die bestimmte Zeitspanne Eth verstrichen ist. Auf dieser Weise kann der Mikrocomputer 41, der den Betrieb der Luftpumpe 30p so steuert, dass sie fortfährt, wenn die bestimmte Zeitspanne Eth ab dem Ozonerzeugungstoppzeitpunkt Luft einzublasen und aufhört Luft einzublasen, wenn die bestimmte Zeitspanne Eth verstrichen ist, einen Luftpumpencontroller (Controller) 41a (siehe 1) bereitstellen.
8 ist ein Beispiel eines Zustandes, in dem die Hochoxidationssteuerung gemäß Schritt 16 und die Vollstoppsteuerung gemäß Schritt 18 aufgrund von Fluktuationen des Abgasdrucks Pex um den Schwellenwert Pth wiederholt umgeschaltet werden. Kurzgefasst, wird wenn sich eine Fahrzeuggeschwindigkeit wie in 8(a) dargestellt, verändert und der Abgasdruck Pex sich wie in 8(b) dargestellt, verändert, die Entscheidung durch den Mikrocomputer 41 im Schritt 10 verändert. Wenn nach der Entscheidungsveränderung die Vollstoppsteuerung durchgeführt wird, verändern sich wie in 8(c) und (d) dargestellt, der Stromversorgungszustand für den Ozongenerator 30 und eine Luftströmungsrate der Luftpumpe 30p. In anderen Worten, wenn der Abgasdruck Pex sich so verändert, dass er größer oder gleich dem Schwellenwert Pth zum Zeitpunkt des Referenzzeichens „ta” während der Durchführung der Hochoxidationsteuerung mit dem Abgasdruck Pex ist, der geringer ist als der Schwellenwert Pth, wird die Stromversorgung des Ozongenerators 30 abgeschaltet.
Wird der Betrieb der Luftpumpe 30p fortgeführt bis die bestimmte Zeitspanne Eth ab dem Ozonerzeugungsstoppzeitpunkts ta verstrichen ist. Während der bestimmten Zeitspanne Eth weist die Luftströmungsrate den Maximalwert auf. In 8 wird, da die Luftströmungsrate zum Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt ta nicht den Maximalwert aufweist, die Luftströmungsrate während der bestimmten Zeitspanne Eth im Vergleich zu der Strömungsrate zum Ozonerzeugungsstoppzeitpunk ta gesteigert. Dann wird die Luftpumpe 30p zum Zeitpunkt tb gestoppt, um die Luftströmungsrate schnell zu verringern. Der Zeitpunkt tb ist der Zeitpunkt, zu dem die bestimmte Zeitspanne Eth ab dem Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt ta verstrichen ist.
Nach der vorliegenden Ausführungsform wird die Luftpumpe 30p so gesteuert, dass sie für die bestimmte Zeitspanne Eth ab dem Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt ta fortfährt, Luft einzublasen. Daher kann Ozon, das zum Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt ta in z. B. dem Ozongenerator 30 oder der Fluidleitung 26 verbleibt, während der bestimmten Zeitspanne Eth in die Abgasleitung 10ex ausgestoßen werden. Somit kann verhindert werden, dass das verbleibende Ozon durch den Einlass 30in der Luftpumpe 30p, nachdem Luftpumpe 30p gestoppt wurde, in die Atmosphäre freigesetzt wird. Das verbleibende Ozon kann Ozon sein, das im inneren des Gehäuses 32 des Ozongenerators 30, der Fluidleitung 26 und der Luftpumpe 30p verbleibt. Außerdem steuert in der vorliegenden Ausführungsform der Luftpumpencontroller 41a die Luftpumpe 30p so, dass die während der bestimmten Zeitspanne Eth Luft mit der maximalen Strömungsrate strömen lässt. Wenn die Luftströmungsrate während der bestimmten Zeitspanne Eth gering ist, würde ein Abgas in die Zufuhrleitung 23 zurückströmen, wenn der Abgasdruck Pex plötzlich steigt, sodass er den Pumpendruck der Luftpumpe 30p überstreitet und somit wäre das Ausblasen des Ozons unzureichend. Um dieses Problem zu adressieren, wird die Luftströmungsrate während der bestimmten Zeitspanne Eth auch der Maximalwert festgelegt und Ozon kann ausreichend ausgeblasen werden.
Außerdem wird der Ozongenerator 30 so gesteuert, dass er aufhört Ozon zu erzeugen, wenn der Abgasdruck Pex gleich ist wie oder größer als der Schwellenwert Pth. Somit besteht kein Bedarf eine Hochleistungsluftpumpe mit einem hohen Pumpendruck zu verwenden, der bedeutend größer ist als der Schwellenwert Pth. Dementsprechend kann eine Luftpumpe 30p mit einer geringen Größe verwendet werden und ein Stromverbrauch durch die Luftpumpe 30p kann reduziert werden. Wenn der Ozongenerator 30 gestoppt wird, wenn der Abgasdruck Pex hoch ist, tendiert der Abgasdruck Pex dazu, nach dem Stopp des Ozongenerators 30 weiter zu steigen, wie in 8(b) dargestellt. Somit können die oben beschriebenen Vorteile durch Festlegen der Luftströmungsrate auf den Maximalwert deutlich vorgewiesen werden. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass die Katalysatortemperatur auch hoch ist, wenn der Abgasdruck Pex hoch ist. Daher ist Ozon während eines solchen Hochabgastemperaturzustandes weniger wahrscheinlich erforderlich. Somit kann sogar wenn der Ozongenerator 30, wie oben beschrieben, während des Hochabgastemperaturzustandes gestoppt wird, fast keine Wirkung auf die Anzahl von Wiederholungen der Durchführung der Ozonzufuhrsteuerung und der Hochoxidationssteuerung bestehen.
Außerdem ist das Abgasabsperrventil 26v in der Fluidleitung 26 stromabwärts des Ozongenerators 30 angeordnet und das Abgasabsperrventil 26v verhindert, dass Abgas durch die Zufuhrleitung 23 und die Fluidleitung 26 in den Ozongenerator 30 strömt. Somit ist es möglich zu verhindern, dass der Ozongenerator 30 durch das Abgas beschädigt wird. Ein Beispiel solcher Schäden kann in einer Situation auftreten, in der Stäube, wie nicht verbrannte Treibstoffbestandteile, die im Abgas enthalten sind, in den Elektroden 31 anhaften würden und die Leistung der elektrischen Entladung somit durch die Stäube verschlechtert wird.
Außerdem fährt die Luftpumpe 30p für die bestimmte Zeitspanne Eth vor dem Schließen des Abgasabsperrventils 26v, wenn die Vollstoppsteuerung durchgeführt wird, nachdem die Niedrigoxidationssteuerung oder die Oxidationsstoppsteuerung durchgeführt wurden, während derer kein Ozon erzeugt wurde, fort, Luft einzublasen. Somit kann verdampfter Treibstoff, der in der Reaktionskammer 20a verbleibt, während der bestimmten Zeitspanne Eth in die Abgasleitung 10ex ausgestoßen werden.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Katalysator mindestens Silber. Genauer gesagt wird der Silberkatalysator auf Aluminiumoxid geträgert mit dem der Träger beschichtet ist. Durch Verwenden des Silberkatalysators tritt im Vergleich zu einem Fall in dem Platin als der Katalysator verwendet wird die in 3 dargestellte teilweise Oxidationsreaktion wahrscheinlicher auf. Somit kann in der vorliegenden Ausführungsform in der der Silberkatalysator verwendet wird die NO_x-Herausreinigungsrate im Vergleich zu dem Fall in dem Platin verwendet wird verbessert werden. Insbesondere die Verbesserung der NO_x-Herausreinigungsrate kann in einem Niedrigtemperaturbereich der Katalysatortemperatur innerhalb des Aktivierungsbereiches in dem der Reduktionskatalysator aktiviert wird in bemerkenswertem Umfang erzielt werden.
Außerdem erhitzt nach der vorliegenden Ausführungsform das Heizelement 21 das Reduktionsmittel auf eine bestimmte hohe Temperatur und das erhitze Reduktionsmittel wird mit dem in der Luft umfassten Sauerstoff teilweise oxidiert. Folglich wird die teilweise Oxidation des Treibstoffs leicht erzielt wodurch die Reformation des Reduktionsmittels auch leicht erzielt wird. Ferner wird das Cracken durch Erhitzen des Treibstoffs durch das Heizelement 21 erzielt so dass der Treibstoff thermisch zu einer Kohlenwasserstoffverbindung mit einer kleinen Kohlenstoffatomanzahl zersetzt wird. Da die Kohlenwasserstoffverbindung mit einer kleinen Kohlenstoffatomanzahl einen geringen Siedepunkt aufweist, kann verhindert werden, dass verdampfter Treibstoff wieder die flüssige Form annimmt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Ozongenerator 30 bereitgestellt und durch den Ozongenerator 30 erzeugtes Ozon wird zugeführt wenn die Kaltflammenreaktion unter der Hochoxidationssteuerung auftritt. Aus diesem Grund kann der Startzeitpunkt der Kaltflammenreaktion vorgezogen werden und die Kaltflammenreaktionszeit kann verringert werden. Folglich kann sogar, wenn das Reaktionsgefäß 20 verkleinert wird und eine Verweildauer des Treibstoffs in der Reaktionskammer 20a verkürzt wird, die Kaltflammenreaktion während der Verweildauer vollendet werden. Somit kann das Reaktionsgefaß 20 verkleinert werden.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform wenn die Reduktionskatalysatortemperatur geringer ist als die Aktivierungstemperatur durch den Ozongenerator 30 erzeugtes Ozon in die Luftleitung 23b zugeführt während die Treibstoffeinspritzung des Treibstoffinjektors 22 gestoppt wird wodurch das Ozon in die Abgasleitung 10ex zugeführt wird. Folglich kann verhindert werden, dass Reduktionsmittel zugeführt wird wenn der Reduktionskatalysator in der NO_x-herausreinigenden Vorrichtung 12 nicht aktiviert ist. Da NO in dem Abgas durch Zuführen von Ozon zu NO₂ oxidiert und in dem NO_x-Herausreinigungskatalysator adsorbiert wird, kann die Menge an adsorbierten NO_x in der NO_x-herausreinigenden Vorrichtung 12 steigen.
(Zweite Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform dient die Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung mit einer Wirkung zum Zuführen von Ozon als die Ozonzuführende Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung. 9 stellt eine Ozonzuführende Vorrichtung nach der zweiten Ausführungsform dar, die nicht das Reaktionsgefäß 20, das Heizelement 21 und den Treibstoffinjektor 22 aufweist, die in 1 dargestellt sind. Die Ozonzuführende Vorrichtung umfasst einen Ozongenerator 30, eine Luftpumpe 30p, eine Fluidleitung 26, eine Zufuhrleitung 23, ein Abgasabsperrventil 26v und eine ECU 40.
Eine Steuerung nach der vorliegenden Ausführungsform modifiziert en in 5 bis 7 dargestellten Verfahren. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Entscheidungen in den Schritten 11 und 12 die in 5 dargestellt sind, eliminiert und die Steuerung für die Reduktionzurückzuführende Vorrichtung in den Schritten 15 bis 17 werden auch eliminiert. Wenn die Katalysatortemperatur höher ist als die Aktivierungstemperatur T3 im Schritt 13 wird die Vollstoppsteuerung des Schrittes 18 ausgeführt.
Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform das in 6 dargestellte Verfahren in den Schritten 20 bis 22 und 25 auch eliminiert. Die Zielluftströmungsrate Atrg, die in der Luftpumpensteuerung im Schritt 26 verwendet wird, wird entsprechend einer NO-Konzentration im Abgas festgelegt. Im Schritt 27 wird die Zufuhr von Leistung zu dem Ozongenerator 30 entsprechend der NO-Konzentration in dem Abgas gesteuert. Das heißt, eine Zufuhrmenge an Ozon wird so gesteuert, dass sie steigt wenn die NO Konzentration in dem Abgas steigt.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform das Verfahren der in 7 dargestellten Schritte 30 bis 34 auch eliminiert. Wie bei der ersten Ausführungsform fährt die Luftpumpe 30p für die bestimmte Zeitspanne Eth ab dem Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt ta fort Luft einzublasen und danach wird das Abgasabsperrventil 26v in den Schritten 36 bis 40 so gesteuert dass es schließt. Somit kann wie bei der ersten Ausführungsform das verbleibende Ozon in der vorliegenden Ausführungsform aus dem Ozongenerator 30 oder dergleichen ausgestoßen werden. Daher ist es möglich die Wahrscheinlichkeit zu unterdrücken, dass verbleibendes Ozon durch den Einlass 30 in der Luftpumpe 30p in die Atmosphäre freigesetzt wird.
(Dritte Ausführungsform)
Wie in 10 dargestellt, umfasst eine Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung nach der dritten Ausführungsform eine Leitung für komprimierte Luft 25 und ein Anpassungsventil 25v. Ein stromauf gelegenes Ende der Leitung für komprimierte Luft 25 ist stromab der Turbine 11a mit der Zuluftleitung 10in verbunden während ein stromab gelegenes Ende der Leitung für komprimierte Luft 25 stromab des Abgasabsperrventils 26v und stromauf der Einlassöffnung 20in mit der Fluidleitung 26 verbunden ist.
Das Anpassungsventil 25v ist ein elektromagnetisches Ventil (Magnetventil) und das Anpassungsventil 25v ist in der Leitung für komprimierte Luft 25 angeordnet. Der Mikrocomputer 41 steuert das Anpassungsventil 25v. Wenn der Mikrocomputer 41 das Anpassungsventil 25v so steuert dass es öffnet, strömt ein Teil der komprimierten Luft die durch die Zuluftleitung 10in strömt durch die Leitung 25 für komprimierte Luft, das Reaktionsgefaß und die Zufuhrleitung 23, in dieser Reihenfolge, und strömt dann in die Abgasleitung 10ex. Wenn das Anpassungsventil 25v so gesteuert wird, dass es öffnet, wird das Abgasabsperrventil 26v so gesteuert dass es schließt um zu verhindern, dass die komprimierte Luft durch die Fluidleitung 26 in den Ozongenerator 30 und die Luftpumpe 30p strömt.
Das Abgasabsperrventil 26v weist einen Ventilkörper auf, der so gesteuert wird, dass er zwischen einer vollständig offenen Position und einer vollständig geschlossenen Position umschaltet. Das Anpassungsventil 25v andererseits weist einen Ventilkörper auf und der Öffnungsgrad des Ventilkörpers des Anpassungsventils 25v wird so gesteuert (das heißt, Strömungsratenanpassung) dass eine Strömungsrate der komprimierten Luft die in das Reaktionsgefäß 20 strömen wird, angepasst wird. Um zu verhindern, dass das Abgasabsperrventil 26v und das Anpassungsventil 25v zur gleichen Zeit öffnen, steuert der Mikrocomputer 41 eines von dem Abgasabsperrventils 26v und dem Anpassungsventil 25v so dass es öffnet und steuert das andere von dem Abgasabsperrventil 26v und dem Anpassungsventil 25v so, dass es schließt.
Der Mikrocomputer 41 steuert basierend auf der Katalysatortemperatur und der Abgastemperatur die Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung so dass sie zwischen einem Luftpumpen-Modus und einem Turbolader-Modus umschaltet.
Der Luftpumpen-Modus ist ein Modus, in dem durch die Luftpumpe 30p eingeblasene Luft durch die Fluidleitung 26 in die Reaktionskammer zugeführt wird. Der Luftpumpen-Modus umfasst einen Modus in dem eine Ozonumfassende Luft die das durch den Ozongenerator 30 erzeugte Ozon umfasst durch die Luftpumpe 30p zugeführt wird und einen Modus in dem der Ozongenerator 30 gestoppt wird und Luft ohne Ozon durch die Luftpumpe 30p zugeführt wird. Der Turbolader-Modus ist ein Modus in dem ein Teil der Zuluft (das heißt, der komprimierten Luft) die durch die Turbine 11a komprimiert wurde, durch die Leitung 25 für komprimierte Luft in die Reaktionskammer 20a zugeführt wird. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass das Anpassungsventil 25v und das Abgasabsperrventil 26v als eine Umschaltvorrichtung dienen können, die zwischen dem Luftpumpen-Modus und dem Turbolader-Modus umschaltet.
Die Steuerung nach der vorliegenden Ausführungsform verändert das in 5 dargestellte Verfahren. Wenn der Mikrocomputer 41 ermittelt, dass der Abgasdruck Pex geringer ist als der Schwellenwert Pth in Schritt 10 (S10: Ja), schaltet der Mikrocomputer 41 die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung in den Luftpumpen-Modus. Dann führt der Mikrocomputer 41, wie in der ersten Ausführungsform, das Verfahren der Schritte 11 bis 17 durch. Wenn andererseits der Mikrocomputer 41 ermittelt, dass der Abgasdruck Pex nicht geringer ist als der Schwellenwert Pth (S10: Nein), schaltet der Mikrocomputer 41 in den Turbolader-Modus und führt die Niedrigoxidationssteuerung oder die Oxidationsstoppsteuerung ohne Durchführung der Vollstoppsteuerung durch, wenn die Niedrigoxidationssteuerung oder die Oxidationsstoppsteuerung angefragt wird. Wenn die Niedrigoxidationssteuerung und die Oxidationsstoppsteuerung nicht angefragt werden, wird, wie in 7 dargestellt, wie in der ersten Ausführungsform, die Vollstoppsteuerung durchgeführt.
Wie in der ersten Ausführungsform, fährt die Luftpumpe 30p für die Bestimmte Zeitspanne Eth ab dem Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt ta damit fort, Luft einzublasen und danach wird das Abgasabsperrventil 26v so gesteuert, dass es schließt. Somit kann, wie in der ersten Ausführungsform in der vorliegenden Ausführungsform, das verbleibende Ozon aus dem Ozongenerator 30 oder dergleichen ausgestoßen werden. Daher kann die Möglichkeit verhindert werden, dass verbleibendes Ozon durch den Einlass 30in der Luftpumpe 30p in die Atmosphäre freigesetzt wird.
Außerdem kann der Turbolader-Modus zusätzlich zu dem Luftpumpen-Modus durchgeführt werden. Somit kann die NO_x-Herausreinigungsrate durch Ozon verbessert werden. Außerdem kann das deformierte Reduktionsmittel sogar zugeführt werden, wenn der Abgasdruck Pex hoch ist, während verhindert wird, dass die Luftpumpe 30p und der Ozongenerator 30 verschmutzt werden.
(Vierte Ausführungsform)
11 stellt eine reduktionsmittelzuführende Vorrichtung nach der vierten Ausführungsform dar. Die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung umfasst ein Ozonabsperrventil 30v aber eliminiert den in der ersten Ausführungsform beschriebenen Luftpumpencontroller 41a. Das Ozonabsperrventil 30v ist in der Fluidleitung 26 stromab der Luftpumpe 30p und stromauf des Ozongenerators 30 angeordnet. Das Ozonabsperrventil 30v ist ein mechanisches Rückschlagventil, das ein elastisches Element umfasst, das eine Vorspannkraft auf einen Ventilkörper in einer Richtung anwendet, sodass er schließt. Wenn ein Druck an einer stromauf gelegenen Seite des Ventilkörpers um einen gegebenen Wert höher ist als ein Druck an einer stromab gelegenen Seite des Ventilkörpers, kann sich der Ventilkörper bewegen, sodass er gegen die Vorspannkraft des elastischen Elements öffnet. In anderen Worten öffnet das Ozonabsperrventil 30v durch den Einlassdruck, wenn die Luftpumpe 30p eingeschalten ist. Wenn andererseits ein Druck an der stromab gelegenen Seite des Ventilkörpers höher ist als ein Druck an der stromauf gelegenen Seite des Ventilkörpers, wird der Ventilkörper geschlossen gehalten. Daher verhindert das Ozonabsperrventil 30v, das von dem Ozongenerator 30 erzeugtes Ozon durch die Fluidleitung 26 in einer Stromaufrichtung und in die Luftpumpe 30p strömt.
Der Mikrocomputer 41 nach der vorliegenden Ausführungsform führt Steuerungen durch, denen 5 und 6 dargestellten Steuerungen ähneln, aber der in 7 dargestellte Vorgang ist modifiziert. Der vorliegenden Ausführungsform werden die Vorgänge der Schritte 36 bis 38 eliminiert und wenn der Ozongenerator 30 gestoppt wird, wird die Luftpumpe 30p auch in Schritt 36 gestoppt. In anderen Worten wird der Luftpumpencontroller 41a der ersten Ausführungsform eliminiert.
Nach der vorliegenden Ausführungsform ist das Ozonabsperrventil 30v an der stromauf gelegenen Seiten des Ozongenerators 30 angeordnet. Es ist somit möglich zu verhindern, dass Ozon (verbleibendes Ozon), das zum Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt in dem Ozongenerator 30 verbleibt, durch die Fluidleitung 26, nachdem die Luftpumpe 30p gestoppt wurde, in die Atmosphäre freigesetzt wird. Kann, da das Ozonabsperrventil 30v an der stromab gelegenen Seite der Luftpumpe 30p angeordnet ist, verhindert werden, dass verbleibendes Ozon in die Luftpumpe 30p strömt. Somit ist es möglich zu verhindern, dass die Luftpumpe 30p durch das Ozon beschädigt wird.
In anderen Worten, kann der in 1 dargestellte durch den Mikrocomputer 41 nach der ersten Ausführungsform bereitgestellte Luftpumpencontroller 41 ohne das Ozonabsperrventil 30v der vierten Ausführungsform verhindern, dass Ozon in die Atmosphäre freigesetzt wird.
(Andere Ausführungsform)
In dem Luftpumpencontroller 41a nach der ersten Ausführungsform wird die Luftströmungsrate während der bestimmten Zeitspanne Eth auf den Maximalwert festgelegt, aber es ist möglich, dass die Luftströmungsrate nicht auf den maximalen Wert festgelegt wird. Die Luftströmungsrate während der bestimmten Zeitspanne Eth kann zum Beispiel durch Steigern der Luftströmungsrate zum Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt ta um einen bestimmten Wert festgelegt werden. In diesem Fall wird allerdings, wenn die Luftströmungsrate zum Ozonerzeugungstoppzeitpunkt ta der Maximalwert ist die Luftströmungsrate während der bestimmten Zeitspanne Eth ohne Steigern der Luftströmungsrate so aufrecht erhalten, dass sie den Maximalwert entspricht.
In dem Luftpumpencontroller 41a nach der ersten Ausführungsform wird eine feste Zeitspanne als die bestimmte Zeitspanne Eth verwendet. Es ist allerdings möglich, dass die bestimmte Zeitspanne Eth ein variabler Wert sein kann. Zum Beispiel kann eine Menge des verbleibenden Ozons zum Ozonerzeugungsstoppzeitpunkt ta bewertet werden und dann kann die bestimmte Zeitspanne Eth so festgelegt werden, dass sie steigt, wenn die geschätzte Menge verbleibenden Ozons steigt. Damit ist es möglich, eine Situation zu vermeiden, in der die bestimmte Zeitspanne Eth entweder zu groß oder zu klein ist, wodurch der elektrische Verbrauch zum Ausstoßen des verbleibenden Ozons reduziert und das verbleibende Ozon sicher ausgestoßen werden kann.
In der ersten Ausführungsform wird ein elektromagnetisches Ventil (Magnetventil) als das Abgasabsperrventil 26v verwendet, aber ein mechanisches Absperrventil, sowie das in 11 dargestellte Ozonabsperrventil 30v kann als das Abgasabsperrventil 26v verwendet werden. Umgekehrt kann das in 11 dargestellte mechanische Ozonabsperrventil 30v zu einem elektromagnetischen Absperrventil verändert werden.
In der ersten Ausführungsform ist die Luftpumpe 30p an einer stromauf gelegenen Seite des Ozongenerators 30 angeordnet, aber die Luftpumpe 30p kann an einer stromab gelegenen Seite des Ozongenerators 30 angeordnet sein. Wenn die Luftpumpe 30p an der stromauf gelegenen Seite des Ozongenerators 30 angeordnet ist, wird die Luftpumpe 30p weniger wahrscheinlich Ozon ausgesetzt, wodurch verhindert wird, dass die Luftpumpe 30p durch das Ozon beschädigt wird.
Die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung kann durch die Ozonzufuhrsteuerung des in 5 dargestellten Schrittes 14 eliminiert werden. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung auf eine ozonzuführende Vorrichtung angewendet werden, die eine Temperatursteigerung des DPF 13 durch Zuführen von Ozon in die Abgasleitung 10ex während einer Regenerierungs-Steuerung beschleunigt. Die Regenerierungs-Steuerung ist eine Steuerung, um den DPF 13 durch Steigern einer Temperatur in dem DPF 13 zu regenerieren.
In der Ozonzufuhrsteuerung in Schritt 14 in 5 wird die Luftpumpe 30p mit einer vorbestimmten Leistungsmenge betrieben und eine vorbestimmte Leistungsmenge wird in Elektroden 31 des Ozongenerators 30 zugeführt, um die elektrische Entladung zu erzeugen. Eine Leistungszufuhr des Ozongenerators 30 und eine Luftströmungsrate der Luftpumpe 30p hingegen können entsprechend einer NO-Konzentration im Abgas gesteuert werden. Kurz gesagt wird eine Ozonzufuhrmenge während der Ozonzufuhrsteuerung so gesteuert, dass sie steigt wenn die NO-Konzentration im Abgas steigt.
In der ersten Ausführungsform wird die in 7 dargestellte Vollstoppsteuerung nur einmal ausgeführt, wenn der Abgasdruck umgeschaltet wird, sodass Pex ≥ Pth, das heißt, die Entscheidung im Schritt 10 wird während der Durchführung einer von der Ozonzufuhrsteuerung, der Hochoxidationssteuerung, der Niedrigoxidationssteuerung und der Oxidationsstoppsteuerung von „Ja” zu „Nein” verändert. Wenn hingegen der Abgasdruck Pex während der Durchführung der Ozonzufuhrsteuerung oder der Hochoxidationssteuerung so umgeschaltet wird, dass Pex ≥ Pth, kann die Vollstoppsteuerung einmal durchgeführt werden, aber wenn der Abgasdruck Pex während der Durchführung der Niedrigoxidationssteuerung oder der Oxidationsstoppsteuerung so umgeschaltet wird, dass Pex? Pth, kann die Vollstoppsteuerung nicht durchgeführt werden. In anderen Worten kann die Vollstoppsteuerung mindestens einmal durchgeführt werden, wenn während der Erzeugung von Ozon der Abgasdruck Pex so umgeschaltet wird, dass Pex ≥ Pth.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Abgasdruck Pex direkt durch den Abgasdrucksensor 43 erfasst. Als Alternative kann der Abgasdrucksensor 43 eliminiert werden und der Abgasdruck Pex kann basierend auf einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors 10 oder einem Druckverlust an DPF 13 geschätzt werden. Ferner wird in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Katalysatortemperatur direkt durch den in der NO_x-herausreinigenden Vorrichtung 12 angeordneten Katalysatortemperatursensor 42 erfasst. Als Alternative kann der Katalysatortemperatursensor 42 eliminiert werden und die Katalysatortemperatur kann basierend auf z. B. einer Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors 10 geschätzt werden.
Auch wenn in der in 10 dargestellten dritten Ausführungsform das Anpassungsventil 25v und das Abgasabsperrventil 26v separat bereitgestellt sind, können das Anpassungsventil 25v und das Abgasabsperrventil 26v integral ausgebildet sein. Außerdem rotiert in der in 10 dargestellten Ausführungsform der Kompressor 11c in dem Turbolader 11 durch die kinetische Energie des Abgases aber ein Turbolader mit einem Kompressor 11c, der durch einen Elektromotor rotiert, kann verwendet werden.
Ein Kühler zum Kühlen der durch den Kompressor 11c komprimierten Zuluft kann in der in 10 dargestellten Zuluftleitung 10in angeordnet sein und die Leitung 25 für die komprimierte Luft kann bevorzugt mit einer stromauf gelegenen Seite des Kühlers verbunden sein, um die Ansaugluft, ohne dass diese durch den Kühler gekühlt wird, der Reaktionskammer 20 zuzuführen. Allerdings kann die Leitung 25 für die komprimierte Luft mit einer stromab gelegenen Seite des Kühlers verbunden sein, um die Ansaugluft, nachdem sie durch den Kühler gekühlt wurde, dem Reaktionsgefäß 20 zuzuführen.
In der in 11 dargestellten vierten Ausführungsform ist das Ozonabsperrventil 30v an einer stromab gelegenen Seite der Luftpumpe 30p und einer stromauf gelegenen Seite des Ozongenerators 30 angeordnet. Das Ozonabsperrventil 30v kann allerdings stromauf der Luftpumpe 30p angeordnet sein, solange das Ozonabsperrventil 30v stromauf des Ozongenerators 30 angeordnet ist.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist der DPF 13 in der Abgasleitung 10ex stromab der NO_x-herausreinigenden Vorrichtung 12 angeordnet, aber der DPF 13 kann in der Abgasleitung 10ex stromauf der NO_x-herausreinigenden Vorrichtung 12 angeordnet sein. In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der silberumfassende Katalysator verwendet aber das Reduktionsmittel ist nicht unbedingt auf einen solchen Silberkatalysator beschränkt. Zum Beispiel kann ein Kupfer oder Eisen umfassender Katalysator als ein Reduktionskatalysator verwendet werden. In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Reduktionskatalysator der NO_x physisch absorbiert (das heißt, Physisorption) als die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 12 verwendet aber ein Reduktionsmittel das NO_x chemisch absorbiert (das heißt, Chemiesorption) kann verwendet werden. Ein Beispiel eines solchen Reduktionsmittels das NO_x chemisch absorbiert kann einen Katalysator umfassen, der aus Platin oder Vanadium hergestellt ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Reformation so durchgeführt, dass der Anteil des Aldehyds in dem Reduktionsmittel ein bestimmter Anteil wird (z. B. 10 Prozent). Andernfalls kann die Reformation so durchgeführt werden, dass der Anteil des Aldehyds im Wesentlichen 100% wird. Außerdem kann es sein, dass das reduzierte Reduktionsmittel nicht auf reformiertes Reduktionsmittel beschränkt ist, das Aldehyd umfasst. Zum Beispiel kann eine reduktionsmittelzuführende Vorrichtung, die Alkohol, Acetat, Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff verwendet, als eine teilweise oxidierte Verbindung verwendet werden.
Die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 12 kann NO_x absorbieren, wenn ein Luft-Treibstoff-Verhältnis in dem Verbrennungsmotor 10 magerer ist als ein stöchiometrisches Luft-Treibstoff-Verhältnis (das heißt, wenn der Motor 10 sich in dem Magerverbrennungsbetrieb befindet) und kann NO_x reduzieren, wenn das Luft-Treibstoff-Verhältnis in dem Verbrennungsmotor 10 nicht magerer ist als das stöchiometrische Luft-Treibstoff-Verhältnis (das heißt, wenn der Motor 10 sich im Nicht-Mager-Verbrennungsbetrieb befindet). In diesem Fall wird Ozon in dem Magerverbrennungsbetrieb erzeugt und der reformierte Treibstoff wird in dem Nicht-Mager-Verbrennungsbetrieb erzeugt. Ein Beispiel eines Katalysators der NO_x während der Magerverbrennung absorbiert kann ein Chemisorpotions-Reduktionskatalysator sein, der aus Platin und Barium hergestellt ist, die auf einem Träger geträgert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform die in der 1 dargestellt ist, ist die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung auf das Verbrennungssystem angewendet, das in einem Fahrzeug installiert ist. Allerdings kann das reduktionsmittelzuführende System auf ein stationäres Verbrennungssystem angewendet werden. Ferner ist in der 1 dargestellten Ausführungsform die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung auf einen Kompressionsselbstzündungsdieselmotor angewendet und Diesel für die Verbrennung wird als das Reduktionsmittel verwendet. Allerdings kann die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung auf einen Selbstzündungsbenzinmotor angewendet werden und Benzin für die Verbrennung kann auch als das Reduktionsmittel verwendet werden.
Durch den Mikrocomputer bereitgestellte Mittel und Funktionen können zum Beispiel durch nur Software, nur Hardware oder einer Kombination derselben bereitgestellt werden. Der Mikrocomputer kann zum Beispiel von einem Analogschaltkreis gebildet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-54833 A [0002]

Claims

Ozonzuführende Vorrichtung, umfassend: eine Luftpumpe (30p), die Luft aufnimmt und einbläst; eine Luftleitung (23, 26), durch welche die durch die Luftpumpe eingeblasene Luft zu einer Abgasleistung (10ex) eines Verbrennungsmotor (10) strömt; einen Ozongenerator (30), der in der Luftleitung angeordnet ist und Ozon aus Sauerstoff erzeugt, der in der durch die Luftpumpe eingeblasenen Luft enthalten ist; und einen Controller (41a), der die Luftpumpe so steuert, dass sie fortfährt, die Luft einzublasen, wenn der Ozongenerator aufhört, Ozon zu erzeugen, und dass sie aufhört, die Luft einzublasen, wenn eine bestimmte Zeitspanne verstrichen ist, nachdem der Ozongenerator aufgehört hat, das Ozon zu erzeugen.
Ozonzuführende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller die Luftpumpe so steuert, dass sie während der bestimmten Zeitspanne die Luft mit einer maximalen Strömungsrate einbläst.
Ozonzuführende Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Controller die Luftpumpe so steuert, dass sie, im Vergleich zu der Strömungsrate der Luft, wenn der Ozongenerator aufhört, das Ozon zu erzeugen, eine Strömungsrate der Luft während der bestimmten Zeitspanne steigert.
Ozonzuführende Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Ozongenerator aufhört das Ozon zu erzeugen, wenn ein Abgasdruck in der Abgasleitung größer oder gleich einem bestimmten Druck ist.
Ozonzuführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: ein Abgasabsperrventil (26v), das in der Luftleitung stromab des Ozongenerators angeordnet ist, wobei das Abgasabsperrventil verhindert, dass ein Abgas in der Abgasleitung durch die Luftleitung in den Ozongenerator strömen kann.
Ozonzuführende Vorrichtung, umfassend: eine Luftpumpe (30p), die Luft aufnimmt und einbläst; eine Luftleitung (23, 26), durch welche die durch die Luftpumpe eingeblasene Luft zu einer Abgasleitung (10ex) eines Verbrennungsmotors (10) strömt; einen Ozongenerator (30), der in der Luftleitung stromab der Luftpumpe angeordnet ist und Ozon aus Sauerstoff erzeugt, der in der durch die Luftpumpe eingeblasenen Luft enthalten ist; und ein Ozonabsperrventil (30v), das in der Luftleitung stromauf des Ozongenerators angeordnet ist und verhindert, dass das durch den Ozongenerator erzeugte Ozon in einer Stromauf-Richtung durch die Luftleitung strömt.
Ozonzuführende Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Ozonabsperrventil in der Luftleitung stromab der Luftpumpe angeordnet ist.