DE102015116013A1

DE102015116013A1 - Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung

Info

Publication number: DE102015116013A1
Application number: DE102015116013.7A
Authority: DE
Inventors: Susumu Takenami; Takumi Suzawa; Shigeto Yahata; Yuuki Tarusawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2016-03-31

Abstract

Eine reduktionmittelzuführende Vorrichtung führt ein Reduktionmittel in eine Abgasleitung zu. Die reduktionmittelzuführende Vorrichtung umfasst ein Reformierungsmittel zum Reformieren des Reduktionmittels, ein Hochtemperatur-Reinigungssteuermittel (Schritt S12), ein Beurteilungsmittel (Schritt S13), ein Adsorptionssteuermittel (Schritt S14), und ein Niedrigtemperatur-Reinigungssteuermittel (Schritt S15). Das Hochtemperatur-Reinigungssteuermittel führt das reformierte Reduktionmittel zu wenn eine Katalysatortemperatur größer oder gleich einer Aktivierungstemperatur ist. Das Beurteilungsmittel beurteilt ob ein Überseparationszustand auftritt, in dem eine Separationsmenge des in dem Reduktionskatalysator adsorbierten NO_x gleich wie eine vorbestimmte Menge oder größer ist, wenn die Katalysatortemperatur niedriger ist als die Aktivierungstemperatur (Niedrigtemperaturzustand). Das Adsorptionssteuermittel stoppt das Zuführen des Reduktionmittels und bewirkt, dass NO_x in dem Reduktionskatalysator adsorbiert wird, wenn der Niedrigtemperaturzustand auftritt und der Überseparationszustand nicht auftritt. Das Niedrigtemperatur-Reinigungssteuermittel führt das durch das Reformierungsmittel reformierte Reduktionmittel in die Abgasleitung zu wenn der Niedrigtemperaturzustand auftritt und der Überseparationszustand auftritt.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine reduktionsmittelzuführende Vorrichtung die ein Reduktionsmittel, das für die Reduktion für NO_x verwendet wird, stromauf eines Reduktionskatalysators in eine Abgasleitung zuführt.
[Stand der Technik]
Bezüglich eines Verbrennungssystems, in dem eine NO_x-Herausreinigungsvorrichtung in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors bereitgestellt ist, offenbart JP 2000-54833 A eine reduktionsmittelzuführende Vorrichtung, die ein Reduktionsmittel in eine stromauf gelegene Seite eines Reduktionskatalysators in einer Abgasleitung zuführt. Nach diesem System wird NO_x in einem Abgas an dem in der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung bereitgestellten Reduzierungskatalysator durch das zugeführte Reduktionsmittel reduziert.
Diese Art von NO_x-Herausreinigungsvorrichtung umfasst eine NO_x-Herausreinigungsvorrichtung, welche die Reinigung wie folgt durch Verwenden eines Reduktionskatalysators durchführt, der eine Adsorption von NO_x ermöglicht. Das heißt, eine Herausreinigungsrate ist bei einer geringen Temperatur sehr gering, was dazu führt, dass der Reduktionskatalysator trotz der Zufuhr des Reduktionsmittels nicht aktiviert ist. Somit wird der Reduktionskatalysator, der die Adsorption von NO_x ermöglicht, so verwendet, dass er NO_x bei der geringen Temperatur annimmt und somit wird die Zufuhr des Reduktionsmittels gestoppt. Wenn die Temperatur des Reduktionskatalysators auf eine Aktivierungstemperatur steigt, wird die Zufuhr des Reduktionsmittels gestartet.
NO_x, das auf diese Weise bei der geringen Temperatur adsorbiert wird, wird von dem Reduktionskatalysator separiert, wenn die Temperatur des Reduktionskatalysators auf eine vorbestimmte Temperatur (Separationsstarttemperatur) steigt. Im Allgemeinen ist die Separationsstarttemperatur geringer als die Aktivierungstemperatur und unabhängig vom Stoppen der Zufuhr des Reduktionsmittels beginnt NO_x separiert zu werden. Da allerdings eine separierte Menge klein ist, wenn die Temperatur sich in einem Temperaturbereich (Niedrigtemperaturseparationsbereich) von weniger als der Aktivierungstemperatur befindet, sogar wenn die Temperatur größer oder gleich der Separationsstarttemperatur tritt kein Problem auf, sogar wenn das freigesetzte NO_x bei einer geringen Temperatur separiert wird, die bewirkt, dass die Zufuhr des Reduktionsmittels gestoppt wird.
[Stand der Technik Dokument]
[Patentliteratur]

[Patentliteratur 1] JP 2000-54833 A

[Kurzfassung der Erfindung]
Herkömmlicherweise ist ein Problem des Schwefelvergiftens bekannt, das darin besteht, dass die NO_x-Herausreinigungsrate dadurch verringert wird, dass SO_x in einem Abgas in dem Reduktionskatalysator adsorbiert wird und dort verbleibt. Somit haben die Erfinder Informationen erhalten, dass, wenn ein solches Schwefelvergiften auftritt, die Kapazität des NO_x aufnehmenden Reduktionskatalysators schwach wird und somit die Menge an separierendem NO_x in dem oben beschriebenen Niedrigtemperaturseparationsbereich gesteigert wird.
Wenn ein Ausmaß des Schwefelvergiftens gesteigert wird, wird die Menge an separierendem NO_x in dem oben beschriebenen Niedrigtemperaturbereich so gesteigert, dass ein Ignorieren der Menge unmöglich ist und die Notwendigkeit zum Herausreinigen des freigesetzten NO_x steigt. Der Reduktionskatalysator ist allerdings in dem Niedrigtemperaturseparationsbereich nicht aktiviert. Daher ist die Herausreinigungsrate sehr gering, sogar wenn das Reduktionsmittel zugeführt wird. Aus diesem Grund ist in der herkömmlichen Vorrichtung die Herausreinigung von NO_x in dem Niedrigtemperaturseparationsbereich schwierig.
Unter Berücksichtigung der obigen Umstände ist es ein Ziel der vorliegenden Offenbarung eine reduktionsmittelzuführende Vorrichtung bereitzustellen, welche die Herausreinigung von NO_x, das von einem Reduktionskatalysator separiert wird, sogar bei einer niedrigen Temperatur ermöglicht, die geringer ist als eine Aktivierungstemperatur.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine reduktionsmittelzuführende Vorrichtung in einem Verbrennungssystem mit einer NO_x herausreinigenden Vorrichtung angeordnet, die in einer Abgasleitung angeordnet ist und die in einem Abgas eines Verbrennungsmotors umfasstes NO_x mit einem Reduktionskatalysator herausreinigt, wobei die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung ein Reduktionsmittel aus einer Kohlenwasserstoffverbindung in die Abgasleitung stromauf des Reduktionskatalysators zuführt. Die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung umfasst: ein Mittel zum Reformieren des Reduktionsmittels durch teilweises Oxidieren des Reduktionsmittels; ein Hochtemperatur-Reinigungssteuermittel zum Zuführen des durch das Reformierungsmittel reformierten Reduktionsmittels in die Abgasleitung während eines Hochtemperaturzustandes, in dem eine Temperatur des Reduktionskatalysators größer oder gleich einer Aktivierungstemperatur ist; ein Ermittlungsmittel zum Ermitteln ob ein Überseparationszustand, in dem eine Separationsmenge des in dem Reduktionskatalysator adsorbierten NO_x größer oder gleich einer vorbestimmte Menge ist, während eines Niedrigtemperaturzustandes auftritt, in dem eine Temperatur des Reduktionskatalysators geringer ist als die Aktivierungstemperatur; ein Adsorptionssteuermittel zum Stoppen der Zufuhr des Reduktionsmittels und bewirken, dass NO_x in dem Reduktionskatalysator adsorbiert werden, wenn der Niedrigtemperaturzustand auftritt und das Ermittlungsmittel die Negativermittlung vornimmt, dass der Überseparationszustand nicht auftritt; und ein Niedrigtemperatur-Reinigungssteuermittel zum Zuführen des durch das Reformierungsmittel reformierten Reduktionsmittels in die Abgasleitung, wenn der Niedrigtemperaturzustand auftritt und das Ermittlungsmittel die Positivermittlung vornimmt, dass der Überseparationszustand auftritt.
Hier wird, wenn ein Niedrigtemperaturzustand auftritt, in dem der Reduktionskatalysator nicht aktiviert ist, von dem Reduktionskatalysator separiertes NO_x, sogar wenn eine Kohlenwasserstoffverbindung (ein Reduktionsmittel) zugeführt wird, kaum reduziert und herausgereinigt. Allerdings haben die Erfinder ein Phänomen aufgefunden, bei dem von dem Reduktionskatalysator separiertes NO_x unabhängig vom Auftreten des Niedrigtemperaturzustandes in dem der Reduktionskatalysator nicht aktiviert ist an dem Katalysator mit dem reformierten Reduktionsmittel reagiert und reduziert wird wenn eine Substanz (ein reformiertes Reduktionsmittel) zugeführt wird, das durch teilweises Oxidieren der Kohlenwasserstoffverbindung erhalten wird.
Der obige erste Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird durch Fokussieren auf das oben beschriebene Phänomen erzielt. Wenn der Überseparationszustand auftritt, in dem die Menge an separierendem NO_x größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, obgleich der Niedrigtemperaturzustand auftritt, in dem die Temperatur des Reduktionskatalysators niedriger ist als die Aktivierungstemperatur, wird das reformierte Reduktionsmittel zugeführt. Aus diesem Grund wird in dem Niedrigtemperaturbereich separiertes NO_x durch das reformierte Reduktionsmittel reduziert und herausgereinigt. Dementsprechend kann, sogar wenn der Niedrigtemperaturzustand unterhalb der Aktivierungstemperatur auftritt, von dem Reduktionskatalysator separiertes NO_x herausgereinigt werden.
In der ersten Offenbarung wird, sogar wenn ein Hochtemperaturzustand, größer oder gleich der Aktivierungstemperatur, auftritt, das reformierte Reduktionsmittel zugeführt. Somit wird auch eine Wirkung des Verbesserns der NO_x-Herausreinigungsrate in dem Hochtemperaturzustand erzielt. Da das in dem Niedrigtemperaturzustand zuzuführende Reduktionsmittel durch Verwenden des Reformierungsmittels reformiert wird, das verwendet wird um das Reduktionsmittel zu reformieren, das in dem Hochtemperaturzustand zugeführt wird, kann das Reformierungsmittel effektiv verwendet werden.
[Kurze Beschreibung der Figuren]
1 ist ein schematisches Diagramm, das eine reduktionsmittelzuführende Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Verbrennungssystem mit der reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung darstellt.
2 ist ein Graph, der ein Auftreten einer Oxidationsreaktion in zwei Stufen, einer Kaltflammenreaktion und einer Flammenreaktion, darstellt.
3 ist ein Diagramm, das einen Reaktionspfad der Kaltflammenreaktion darstellt.
4 ist ein Diagramm, das Bereiche einer Atmosphärentemperatur und eines Äquivalenzverhältnisses darstellt, in denen die Zweistufenoxidationsreaktion auftritt.
5 ist ein Flussdiagramm der Verarbeitungsvorgänge der reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung, die in der ersten Ausführungsform ein Umschalten eines Betriebsmodus steuert.
6 ist ein Flussdiagramm, das Verarbeitungsvorgänge einer Hochtemperatur-Reinigungssteuerung mit Bezug auf 4 darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das Verarbeitungsvorgänge einer Adsorptionssteuerung mit Bezug auf 4 darstellt.
8 ist ein Diagramm, das ein Testergebnis für eine Menge an separierendem NO_x darstellt.
9 ist ein Graph, der ein Testergebnis für eine Menge an ausgestoßenen nicht herausgereinigtem NO_x darstellt.
10 ist ein Diagramm, das ein Prinzip der NO_x-Herausreinigung darstellt, die durch die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung der in 1 dargestellten reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung durchgeführt wird.
11 ist ein sich auf 5 beziehendes Flussdiagramm, das Verarbeitungsvorgänge der Überseparationsermittlung darstellt.
12 ist ein Diagramm, das den Zusammenhang einer Menge an aufgenommenem NO_x, einer Menge an aufgenommenem Schwefel und einer Überseparationstemperatur darstellt.
13 ist ein Flussdiagramm, das Verarbeitungsvorgänge der Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung mit Bezug auf 4 darstellt.
14 ist ein schematisches Diagramm, das eine reduktionsmittelzuführende Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Verbrennungssystem mit der reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung darstellt.
15 ist ein Flussdiagramm der Verarbeitungsvorgänge einer reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung, die das Umschalten eines Betriebsmodus in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung steuert.
16 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis eines Tests darstellt, bei dem die Zufuhr des Reduktionsmittels gestartet wird, wenn die Katalysatortemperatur 100°C beträgt, das heißt, ein Diagramm das einen Zusammenhang zwischen der Katalysatortemperatur und einem NO_x-Erfassungswert darstellt.
17 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis eines Tests darstellt, bei dem die Zufuhr des Reduktionsmittels gestartet wird, wenn die Katalysatortemperatur 125°C beträgt, das heißt, ein Diagramm, das einen Zusammenhang der Katalysatortemperatur und des NO_x-Erfassungswertes darstellt.
18 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis eines Tests darstellt, bei dem die Zufuhr des Reduktionsmittels gestartet wird, wenn die Katalysatortemperatur 150°C beträgt, das heißt, ein Diagramm, das einen Zusammenhang der Katalysatortemperatur und des NO_x-Erfassungswerts darstellt.
19 ist ein Diagramm, das durch Zusammentragen der Testergebnisse der Figuren 16, 17 und 18 erhalten wird, das heißt, ein Diagramm, das einen Zusammenhang einer Reduktionsmittelzufuhr-Starttemperatur und einer NO_x-Herausreinigungsrate darstellt.
20 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis darstellt, das durch einen Test erhalten wird, bei dem bewirkt wird, dass die Reduktionsmittelzufuhr-Startzeitspannen verschieden sind, das heißt, ein Diagramm das einen Zusammenhang der Katalysatortemperatur und des NO_x-Erfassungswerts darstellt.
21 ist ein Flussdiagramm von Verarbeitungsvorgängen einer reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung, die ein Umschalten eines Betriebsmodus in einer vierten Ausdführungsform der vorliegenden Offenbarung steuert.
[Detaillierte Beschreibung der Erfindung]
(Erste Ausführungsform)
Ein in 1 dargestelltes Verbrennungssystem umfasst einen Verbrennungsmotor 10, einen Turbolader 11, eine partikelabfangende Vorrichtung (DPF 14), eine DPF regenerierende Vorrichtung (Regenerations-DOC 14a), eine NO_x herausreinigende Vorrichtung 15, eine Reduktionsmittel-Herausreinigungsvorrichtung (Herausreinigungs-DOC 16) und eine reduktionsmittelzuführende Vorrichtung, die unten im Detail beschrieben wird. Das Verbrennungssystem ist in ein Fahrzeug eingebaut. Das Fahrzeug bewegt sich durch Verwenden einer Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors 10 als einer Antriebsquelle fort. Der Verbrennungsmotor 10 ist ein Kompressionsselbstzündungs-Dieselmotor. Leichtöl, was eine Kohlenwasserstoffverbindung ist, wird als ein Treibstoff verwendet, der für die Verbrennung verwendet wird. Der Verbrennungsmotor 10 führt im Wesentlichen einen Betrieb durch, bei dem er die Verbrennung in einem Magerzustand durchführt. Das heißt die Verbrennung (die Mager-Verbrennung) wird in einem Zustand durchgeführt, in dem ein Luft-Treibstoff-Verhältnis so festgelegt ist, dass bewirkt wird, dass Luft im Überschuss vorliegt. Das Luft-Treibstoff-Verhältnis ist ein Verhältnis von in einen Brennraum eingespritztem Treibstoff und der in den Brennraum eingesaugten Luft.
Der Turbolader 11 umfasst eine Turbine 11a, eine Rotationswelle 11b und einen Kompressor 11c. Die Turbine 11a ist in einer Abgasleitung 10ex des Verbrennungsmotors 10 angeordnet und wird durch die kinetische Energie des Abgases in Rotation versetzt. Die Rotationswelle 11b ist mit jedem von den Impellern der Turbine 11a und des Kompressors 11c verbunden und überträgt somit die Rotationskraft der Turbine 11a auf den Kompressor 11c. Der Kompressor 11c ist in einer Zuluftleitung 10in des Verbrennungsmotors 10 angeordnet und komprimiert die dem Verbrennungsmotor 10 zuzuführende Zuluft.
Ein Kühler ist an einer stromab gelegenen Seite des Kompressors 11c in der Zuluftleitung 10in angeordnet. Der Kühler 12 kühlt die Zuluft, die durch den Kompressor 11c komprimiert wurde. Die Strömungsrate der komprimierten Zuluft die durch den Kühler 12 gekühlt wird, wird durch ein Drosselventil 13 angepasst und dann durch einen Zuluftkrümmer in eine Mehrzahl von Brennräumen des Verbrennungsmotors 10 verteilt.
Der Regenerations-DOC 14a (Dieseloxidationskatalysator), der DPF 14 (Dieselpartikelfilter), die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 15 und der Reinigungs-DOC 16 sind an einer stromab gelegenen Seite der Turbine 11a in der Abgasleitung 10ex in dieser Reihenfolge angeordnet. Der DPF 14 fängt in einem Abgas umfasste Partikel ab. Der Regeneration-DOC 14a weist einen Katalysator auf der bewirkt, dass Treibstoff der in dem Abgas umfasst ist und der unverbrannt ist, oxidiert und verbrannt wird. Die Verbrennung bewirkt, dass durch den DPF 14 abgefangene Partikel verbrannt werden. Die Abfangkapazität wird dadurch aufrechterhalten, dass der DPF 14 regeneriert wird. Die Verbrennung die durch das Zuführen unverbrannten Treibstoffes zu dem Regenerations-DOC 14a durchgeführt wird, wird normalerweise nicht durchgeführt und wird temporär durchgeführt, wenn die Regeneration erforderlich ist.
Eine Zufuhrleitung 26 der reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung ist in der Abgasleitung 10ex mit der stromab gelegenen Seite des DPF 14 und einer stromauf gelegenen Seite der NO_x-herausreinigenden Form 15 verbunden. Durch die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung reformierter Treibstoff wird als ein Reduktionsmittel aus der Zufuhrleitung 26 der Abgasleitung 10ex zugeführt. Als der reformierte Treibstoff wird ein Material verwendet, das so reformiert wird, dass es ein teilweise oxidierter Kohlenwasserstoffaldehyd ist und die Reformierung wird durch teilweises Oxidieren der Kohlenwasserstoffverbindung (des Treibstoffes) durchgeführt, die als das Reduktionsmittel verwendet wird. Der reformierte Treibstoff wird später im Detail mit Bezug auf 3 beschrieben.
Die NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 umfasst ein Wabenträgerteil 15b zum Tragen des Reduktionskatalysators und ein Gehäuse 15a zum darin Unterbringen des Trägerteils 15b. Die NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 bewirkt durch Verwenden des Reduktionskatalysators dass NO_x in dem Abgas mit dem reformierten Treibstoff reagiert so dass ausgestoßenes NO_x zu N₂ reduziert wird und somit im Abgas enthaltenes NO_x herausgereinigt wird. Das Abgas enthält neben NO_x O₂ (Sauerstoff). Der reformierte Treibstoff reagiert allerdings in Gegenwart von O₂ selektiv mit NO_x.
Als der Reduktionskatalysator wird ein Material mit einer NO_x-aufnehmenden Wirkung verwendet. Im Detail führt der Reduktionskatalysator die Wirkung des Aufnehmens von NO_x in dem Abgas durch wenn eine Aktivierungstemperatur welche eine Reduktionsreaktion ermöglicht niedriger ist als eine Katalysatortemperatur. Zum Beispiel bewirkt der Reduktionskatalysator der durch Verwenden von Silber-Aluminiumoxid ausgeführt wird, das durch das Trägerteil 15b gehalten wird, dass die NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 mit einer NO_x-Adsorptionsfunktion bereitgestellt wird. Im Detail wird eine Struktur hergestellt, bei der das Trägerteil 15b mit Aluminiumoxid und Silber als dem in dem Aluminiumoxid erhaltenen Katalysator beschichtet wird.
Das adsorbierte NO_x wird von dem Reduktionskatalysator separiert wenn die Katalysatortemperatur größer oder gleich der Aktivierungstemperatur ist. Das separierte NO_x wird durch den reformierten Treibstoff reduziert und herausgereinigt. Wenn die Temperatur des Reduktionskatalysators steigt und eine Adsorptionsstarttemperatur Tb (siehe 8) erreicht, wird das bei einer niedrigen Temperatur adsorbierte NO_x von dem Reduktionskatalysator separiert. Die Adsorptionsstarttemperatur Tb (zum Beispiel 100°C bis 120°C ist geringer als die Aktivierungstemperatur (zum Beispiel 200°C bis 250°C).
Der Reinigungs-DOC 16 wird durch Unterbringen eines Trägerteils in einem Gehäuse gebildet. Das Trägerteil wird verwendet um einen Oxidationskatalysator zu Halten. Der Reinigungs-DOC 16 wird durch Verwenden des Reduktionskatalysators nicht für die NO_x Reduktion verwendet und oxidiert das Reduktionsmittel das aus der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 strömt durch Verwenden des Oxidationskatalysators. Somit wird die Emission des Reduktionsmittels aus einem Auslass der Abgasleitung 10ex in die Luft verhindert. Eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators ist geringer als die Aktivierungstemperatur des Reduktionskatalysators.
Als Nächstes wird die Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung beschrieben, die den reformierten Treibstoff erzeugt und den erzeugten reformierten Treibstoff aus der Zufuhrleitung 26 in die Abgasleitung 10ex zuführt. Die Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung umfasst einen Entladungsreaktor 20, eine Luftpumpe 20p, eine Luftleitung 23, ein Reaktionsgefäß 25, ein Heizelement 30, ein Einspritzventil 40, das unten im Detail beschrieben wird, und dergleichen. Insbesondere wirken der Entladungsreaktor 20 und das Halteelement 30 als „Reformierungsmittel” zum Durchführen der Reformierung durch teilweises Oxidieren des Reduktionsmittels. Der in dem Reformierungsmittel umfasste Entladungsreaktor 20 stellt „eine Ozonerzeugungsvorrichtung” zum Erzeugen von Ozon bereit. Das in dem Reformierungsmittel umfasste Heizelement 30 stellt „ein Heizmittel” zum Heizen des Reduktionsmittels bereit.
Der Entladungsreaktor 20 umfasst ein Gehäuse 22 das eine Strömungsleitung 22a in seinem Inneren bildet. Eine Mehrzahl von Elektroden 21 ist in der Strömungsrichtung 22a angeordnet. Jede der Elektroden 21 weist eine Plattenform auf. Die Elektroden 21 sind so angeordnet, dass sie einander parallel gegenüberstehen, das heißt, eine Elektrode, an der eine hohe Spannung anliegt und eine Elektrode mit der Massenspannung sind abwechselnd angeordnet. Das Anlegen von Spannung an die Elektroden 21 wird durch einen Mikrocomputer 81 gesteuert der in einer elektronischen Steuervorrichtung (ECU 80 umfasst ist).
Durch die Luftpumpe 20p eingeblasene Luft strömt in das Gehäuse 22 des Entladungsreaktors 20. Die Luftpumpe 20p wird durch einen Elektromotor angetrieben und der Elektromotor wird durch den Mikrocomputer 81 gesteuert. Die durch die Luftpumpe 20p eingeblasene Luft strömt in die Strömungsleitung 22a in das Gehäuse 22 und durchläuft einen Zwischenelektrodendurchgang 21a, der ein Durchgang zwischen den Elektroden 21 ist.
Eine Luftleitung 23 mit einem darin gebildeten Luftdurchgang 23b ist mit einem stromab gelegenen Seitenbereich des Entladungsreaktors 20 verbunden. Die in dem Zwischenelektrodendurchgang 21a strömende Luft strömt durch den Luftdurchgang 23b. Eine Zufuhrleitung 26 ist mit einem stromab gelegenen Seitenbereich der Luftleitung 23 verbunden. Ein Absperrventil 24 ist an der Luftleitung 23 angebracht. Das Absperrventil 24 wirkt so, dass es gegen die elastische Kraft einer Feder (nicht dargestellt) geöffnet wird, wenn die Luftpumpe 20p betrieben wird. Wenn die Luftpumpe 20p gestoppt wird, wirkt das Absperrventil 24 so, dass es geschlossen wird. Somit verhindert das Absperrventil 24 einen Rückstrom des reformierten Treibstoffs von einer Seite der Zufuhrleitung 26 zu einer Seite des Entladungsreaktors.
Ein Reaktionsgefäß 25 mit einer darin gebildeten Verdampfungskammer 25a ist mit einem stromab gelegenen Seitenbereich des Absperrventils 24 in der Luftleitung 23 verbunden. Die Verdampfungskammer 25a weist eine Form einer Sackgasse auf, die von der Luftleitung 23b abzweigt und mit dem Luftdurchgang 23b in Verbindung steht. Die Verdampfungskammer 25a steht mit dem Luftdurchgang 23b durch eine Einlassöffnung 23c in Verbindung, die in der Luftleitung 23 gebildet ist.
Das Heizelement 30 und das Einspritzventil 40 sind an dem Reaktionsgefäß 25 angebracht. Das Halteelement 30 weist eine Heizeinheit 31 auf, die durch eine Stromversorgung ein Heizen durchführt. Der Mikrocomputer 81 steuert die Stromversorgung der Heizeinheit 31. Insbesondere wird eine Menge zu der Heizeinheit 31 zugeführten Stromes durch eine Laststeuerung des Mikrocomputers 81 gesteuert und somit wird ein Ausmaß des Heizens gesteuert. Die Heizeinheit 31 ist in der Verdampfungskammer 25a angeordnet und heizt den von dem Einspritzventil 40 in die Verdampfungskammer 25a eingespritzten Treibstoff. Die Temperatur der Verdampfungskammer 25a wird durch einen Temperatursensor 27 erfasst. Der Temperatursensor 27 gibt die Information der erfassten Temperatur (Erfassungstemperatur) an die ECU 80 aus.
Das Einspritzventil 40 umfasst einen Ventilkörper mit einer darin gebildeten Einspritzöffnung, einen elektronischen Aktuator und einen Ventilkörper. Wenn der elektrische Aktuator mit Strom versorgt wird und auf AN schaltet, wirkt der Ventilkörper so, dass er geöffnet wird und Treibstoff aus der Einspritzöffnung in die Verdampfungskammer 25a eingespritzt wird. Wenn der elektrische Aktuator nicht mit Strom versorgt wird und auf AUS schaltet, wird der Ventilkörper so, dass er schließt und das Einspritzen des Treibstoffs gestoppt wird. Der Mikrocomputer 81 steuert die Stromversorgung des elektrischen Aktuators so dass er eine Einspritzmenge des Treibstoffs in die Verdampfungskammer 25a pro Zeiteinheit steuert. Flüssiger Treibstoff aus einem Treibstofftank 70t wird durch die Pumpe 70p dem Einspritzventil 40 zugeührt. Der Treibstoff in dem Treibstofftank 70t wird als ein Treibstoff für die oben beschriebene Verbrennung verwendet. Der für die Verbrennung des Verbrennungsmotors 10 verwendete Treibstoff und der als das Reduktionsmittel verwendete Treibstoff werden gemeinsam verwendet.
Eine Kollision des aus dem Einspritzventil 40 in die Verdampfungskammer 25a eingespritzten Treibstoffs tritt in der Heizeinheit 31 auf und der Treibstoff wird erwärmt und verdampft. Der verdampfte Treibstoff strömt in den Luftdurchgang 23b und wird mit der Luft vermischt. Als ein Ergebnis wird gasförmiger Treibstoff teilweise durch Sauerstoff aus der Luft oxidiert und reformiert, sodass er ein teilweise oxidierter Kohlenwasserstoff wie ein Aldehyd wird. Der gasförmige Treibstoff (der reformierte Treibstoff), der auf diese Weise reformiert wurde, strömt durch die Zufuhrleitung 26 in die Abgasleitung 10ex.
Wenn der Entladungsreaktor 20 mit Strom versorgt wird, kollidieren von der Elektrode 21 emittierte Elektronen mit in der Luft im Zwischenelektrodendurchgang 21a enthaltenen Sauerstoffmolekülen. Wenn die Kollision auftritt, wird aus den Sauerstoffmolekülen Ozon erzeugt. In anderen Worten, bewirkt der Entladungsreaktor 20 durch die Entladung, dass die Sauerstofmoleküle sich in einem Plasmazustand befinden und er erzeugt Ozon als aktiven Sauerstoff. Dementsprechend enthält während einer Zeitspanne, während der der Entladungsreaktor mit Strom versorgt wird, die durch den Luftdurchgang 23b strömende Luft Ozon.
Die Kaltflammenreaktion tritt in dem Luftdurchgang 23b oder der Verdampfungskammer 25a auf. Die Kaltflammenreaktion tritt aufgrund der teilweisen Oxidation des gasförmigen Treibstoffs durch den Sauerstoff aus der Luft auf. Ein spezifisches Beispiel des Treibstoffs (des reformierten Treibstoffs), der auf diese Weise teilweise oxidiert ist, umfasst ein teilweises Oxid (z. B. ein Aldehyd) in einem Zustand, in dem ein Teil des Treibstoffs (der Kohlenwasserstoffverbindung) oxidiert ist, sodass er eine Aldehydgruppe (CHO) ist.
Hier wird die Kaltflammenreaktion im Detail mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben.
2 stellt ein Simulationsergebnis dar, das durch Simulieren eines Phänomens erhalten wurde, bei dem Treibstoff (Hexadecan) in das Heizelement 30 eingespritzt und verdampft wird und der verdampfte Treibstoff in der Nähe des Heizelements 30 verbleibt, sodass er reformiert wird. Insbesondere stellt 2 Veränderungen verschiedener Arten physischer Größen für eine verstreichende Zeitspanne ab einem Start einer Exposition dar, wenn gasförmiger Treibstoff (ein Hexadecan) bei 430°C exponiert wird. Das heißt, (a) in 2 stellt eine Veränderung eines Atmosphärendruckes dar. (b) in 2 stellt eine Veränderung einer molaren Konzentration des Treibstoffs (des Hexadecans) dar. (c) in 2 stellt eine Veränderung der molaren Konzentration sowohl der während der Reaktion verbrachten Sauerstoffmoleküle, als auch der Wassermoleküle und der Kohlenstoffdioxidmoleküle dar, die während der Oxidation erzeugt werden. (d) in 2 stellt eine Veränderung der molaren Konzentration von sowohl Acetaldehyd als auch Propionaldehyd dar, die als der durch die Kaltflammenreaktion erzeugte reformierte Treibstoff verwendet werden. Die Anfangsbedingungen zu einem Zeitpunkt, zu dem das Einspritzen des Treibstoffes begonnen wird, sind 101 kPa (1 atm), 2200 ppm Hexadecankonzentration, 20% Sauerstoffkonzentration, 9% Kohlenstoffdioxidkonzentration und 2% Wasserkonzentration.
Wie in 2 dargestellt, steigt direkt nachdem der Treibstoff eingespritzt wird die Atmosphärentemperatur und die molare Konzentration des Treibstoffs nimmt ab. Außerdem nimmt die molare Konzentration des reformierten Treibstoffs zu. Dieses Phänomen bedeutet, dass der Treibstoff durch Verwenden des Sauerstoffs oxidiert wird, sodass er erwärmt wird, und der reformierte Treibstoff aus dem Treibstoff erzeugt wird. Das heißt, dieses Phänomen bedeutet, dass die Kaltflammenreaktion auftritt. Ein solcher Temperaturanstieg oder eine solche Veränderung verschiedener Arten molarer Konzentrationen treten temporär auf und ein Temperaturanstieg oder die Veränderung der molaren Konzentrationen wird nicht für eine Zeitspanne von vier Sekunden ab einem Beginn des Einspritzens des Treibstoffs ersichtlich.
An einem Zeitpunkt, zu dem ungefähr vier Sekunden verstrichen sind, steigt die Atmosphärentemperatur stärker und die molare Konzentration des reformierten Treibstoffs nimmt ab. Außerdem nehmen eine Menge erzeugten Kohlenstoffdioxids und Wassers und einer Menge verbrauchten Sauerstoffs zu. Dieses Phänomen bedeutet, dass der reformierte Treibstoff durch Verwenden von Sauerstoff oxidiert und erwärmt wird und dass der reformierte Treibstoff vollständig verbrannt wird, sodass Kohlenstoffdioxid und Wasser erzeugt werden. Das heißt, dieses Phänomen bedeutet, dass die Flammenreaktion auftritt. Ein Ausmaß des Temperaturanstieges durch die Kaltflammenreaktion ist geringer als ein Ausmaß des Temperaturanstieges durch die Flammenreaktion. Die Menge, durch die Kaltflammenreaktion verbrauchten Sauerstoffs ist kleiner als die Menge durch die Flammenreaktion verbrauchten Sauerstoffs.
Wenn die Oxidationsreaktion in zwei Stufen auftritt, wird der reformierte Treibstoff für eine Zeitspanne ab dem Auftreten der Kaltflammenreaktion bis zum Beginn der Flammenreaktion als ein Zwischenprodukt ersichtlich. Bestimmte Beispiele des Zwischenprodukts umfassen verschiedene Kohlenwasserstoffverbindungen wie eine Aldehyd und ein Keton. 3 stellt ein Beispiel des Hauptreaktionspfades für das Erzeugen eines Aldehyds dar.
Zuerst reagiert, wie in (1) von 3 dargestellt, ein Kohlenwasserstoff (ein Leichtöl) mit Sauerstoffmolekülen und somit werden Kohlenwasserstoffperoxyradikale erzeugt. Die Kohlenwasserstoffperoxyradikale zerfallen zu einem Aldehyd und Kohlenwasserstoffradikalen (siehe (2) von 3). Die Kohlenwasserstoffradikale und die Sauerstoffmoleküle reagieren mit einander und somit werden andere Kohlenwasserstoffperoxyradikale erzeugt (siehe (3) von 3). Die Kohlenwasserstoffperoxyradikale zerfallen zu einem Aldehyd und Kohlenwasserstoffradikalen (siehe (4) von 3). Die Kohlenwasserstoffradikale und die Sauerstoffmoleküle reagieren miteinander und somit werden andere Kohlenwasserstoffperoxyradikale erzeugt (siehe (5) von 3). Auf diese Weise wird mit einer Abnahme der Anzahl von Kohlenstoffatomen eine Reaktion wiederholt und somit werden Kohlenwasserstoffperoxyradikale erzeugt. Jedes Mal, wenn die Erzeugung durchlaufen wird, wird Aldehyd erzeugt. In der Flammenreaktion wird der Treibstoff vollständig verbrannt und somit werden Kohlenstoffdioxid und Wasser erzeugt und das Zwischenprodukt wird nicht ersichtlich. Das heißt, das durch die Kaltflammenreaktion erzeugte Zwischenprodukt wird oxidiert, sodass Kohlenstoffdioxid erhalten werden.
In der in 2 dargestellten Simulation ist die Expositionstemperatur auf 430°C festgelegt. Die Erfinder haben andererseits Simulationen durch Veränderungen der Expositionstemperatur und Durchführen von Analysen durchgeführt. Als ein Ergebnis ist, wenn die Expositionstemperatur 530°C beträgt, eine Zeitspanne während der es beim Auftreten der Kaltflammenreaktion bleibt, kurz und die Oxidationsreaktion wird in einem Schritt vollendet. Wenn die Expositionstemperatur 330°C beträgt, ist im Vergleich zu einem Fall, in dem sie auf 430°C festgelegt ist, die Startzeit der Kaltflammenreaktion verzögert. Wenn die Expositionstemperatur kleiner oder gleich 230°C ist, tritt keine von der Kaltflammenreaktion und der Flammenreaktion auf und die Oxidationsreaktion tritt nicht auf.
In der in 2 dargestellten Simulation ist ein Äquivalenzverhältnis, das ein Verhältnis des eingespritzten Treibstoffs und der zugeführten Luft ist, auf 0,23 festgelegt. Die Erfinder haben andererseits durch Verändern des Äquivalenzverhältnisses und Durchführen einer Analyse eine Simulation durchgeführt. Wenn das Äquivalenzverhältnis streng definiert ist, ist das Äquivalenzverhältnis ein Wert, der durch Subtrahieren „eines Gewichts des Treibstoffs das eine vollständige Verbrennung ermöglicht” von „einem Gewicht, des in einem tatsächlichen Luftgemisch umfassten Treibstoffes” erhalten wird. Wenn das Äquivalenzverhältnis auf 1,0 festgelegt wird, ist eine Zeitspanne, während der es bei der Kaltflammenreaktion bleibt, kurz und die Oxidationsreaktion wird in einem Schritt vollendet. Wenn das Äquivalenzverhältnis auf 0,37 festgelegt wird, ist der Beginn der Kaltflammenreaktion früher als in einem Fall des Festlegens des Äquivalenzverhältnisses auf 0,23. Die Geschwindigkeit der Kaltflammenreaktion wird schneller und eine Zeitspanne des Durchführens der Kaltflammenreaktion wird kürzer. Außerdem wird die Atmosphärentemperatur zu einem Zeitpunkt, zu dem die Kaltflammenreaktion beendet wird, höher.
4 stellt gesammelte Analyseergebnisse der oben beschriebenen Fälle dar. Das heißt, 4 stellt einen Zusammenhang der Expositionstemperatur (der Atmosphärentemperatur), des Äquivalenzverhältnisses und des Vorliegen oder Fehlens des Auftretens der Kaltflammenreaktion dar. Eine Abszisse in 4 zeigt eine Heizelementtemperatur (eine Atmosphäentemperatur) und eine Ordinate zeigt das Äquivalenzverhältnis. Ein gepunkteter Bereich in 4 steht für einen Bereich, in dem die Zweistufenoxidationsreaktion auftritt. Wie in 4 dargestellt, ist ein Bereich, in dem die Atmosphärentemperatur geringer ist als ein unterer Grenzwert, ein Nichtreaktionsbereich, in dem die Oxidationsreaktion nicht auftritt. Sogar wenn die Atmosphärentemperatur höher als der untere Grenzwert ist, wenn in einem Bereich das Äquivalenzverhältnis größer oder gleich 1,0 ist, der Bereich ein Einstufenoxidationsbereich, in dem die Oxidationsreaktion in einer Stufe vollendet wird.
Eine Grenzlinie zwischen dem Zweistufenoxidationsreaktionsbereich und dem Einstufenoxidationsreaktionsbereich variiert abhängig von der Atmosphärentemperatur und dem Äquivalenzverhältnis. Das heißt, wenn die Atmosphärentemperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt und das Äquivalenzverhältnis in einem vorbestimmten Äquivalenzverhältnisbereich liegt, tritt die Zweistufenoxidationsreaktion auf. Der Temperaturbereich und der Äquivalenzverhältnisbereich entsprechen einem Bereich der Region, in der in 4 die Punkte gezeichnet sind. Wenn die Atmosphärentemperatur auf die optimale Temperatur (zum Beispiel 370°C) in dem vorbestimmten Temperaturbereich angepasst wird, weist das Äquivalenzverhältnis auf der Grenzlinie den Maximalwert (zum Beispiel 1,0) auf. Dementsprechend kann die Heizelementtemperatur auf die optimale Temperatur angepasst werden und das Äquivalenzverhältnis kann auf 1,0 festgelegt werden, um zu bewirken, dass die Kaltflammenreaktion früher auftritt. Da die Kaltflammenreaktion nicht auftritt, wenn das Äquivalenzverhältnis größer ist als 1,0, ist es wünschenswert, dass das Äquivalenzverhältnis auf einen Wert festgelegt ist, der um eine Spanne kleiner ist als 1,0.
In der in 2 dargestellten Simulation wird die Ozonkonzentration in der Luft auf Null festgelegt. Die Erfinder haben andererseits Simulationen durch Verändern der Ozonkonzentration in der Luft durchgeführt und Analysen durchgeführt. Anfangsbedingungen in der Simulation sind 101 kPa (1 atm), 2200 ppm Hexadecankonzentration und 330°C Atmosphärentemperatur. Als ein Ergebnis wird bestätigt, dass die Startzeit der Kaltflammenreaktion früher wird, wenn die Ozonkonzentration gesteigert wird. Ein solches Phänomen durch Ozon tritt aufgrund des Folgenden auf. Das heißt, in (1), (3) und (5) von 3 reagieren die Kohlenwasserstoffradikale und die Sauerstoffmoleküle miteinander. Wenn allerdings Ozon in der Luft enthalten ist, wird diese Reaktion beschleunigt und für eine kurze Zeitspanne wird Ozon erzeugt.
Der in der ECU 80 umfasste Mikrocomputer 81 umfasst eine Speichereinheit zum Speichern eines Programmes und eine zentrale Datenverarbeitungseinheit zum Durchführen von Berechnungsvorgängen gemäß des gespeicherten Programms. Die ECU 80 steuert einen Betrieb des Verbrennungsmotors 10 basierend auf Erfassungswerten verschiedener Sensoren. Bestimmte Beispiele der verschiedenen Sensoren umfassen einen Gaspedalsensor 91, einen Motordrehzahlsensor 92, einen Drosselöffnungssensor 93, einen Zuluftdrucksensor 94, einen Zuluftmengensensor 95, einen Abgastemperatursensor 96 und dergleichen.
Der Gaspedalsensor 91 erfasst eine Betätigungsquantität eines Gaspedals durch einen Nutzer. Der Motordrehzahlsensor 92 erfasst eine Rotationsgeschwindigkeit (Anzahl von Motorumdrehungen) einer Ausgangswelle 10a des Verbrennungsmotors 10. Der Drosselöffnungssensor 93 erfasst eine Öffnung des Drosselventils 13. Der Zuluftdrucksensor 94 erfasst den Druck einer stromab gelegenen Seite des Drosselventils 13 in der Zuluftleitung 10in. Der Zuluftmengensensor 95 erfasst eine Massenstromrate der Zuluft.
Schematisch steuert die ECU 80 die Einspritzmenge und eine Einspritzzeitspanne des Treibstoffs für die Verbrennung, der von einem Treibstoffeinspritzventil (nicht dargestellt) eingespritzt wird, entsprechend der Rotationsgeschwindigkeit der Ausgangswelle 10a und einer Last des Verbrennungsmotors 10. Die ECU 80 steuert einen Betrieb der Reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung basierend auf einer Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird. Das heißt, der Mikrocomputer 81 führt eine Steuerung durch ein wiederholtes Durchführen eines Programms von Vorgängen, die in 5 dargestellt sind, für eine vorbestimmte Zeitspanne durch, um ein Umschalten zwischen der Erzeugung des reformierten Treibstoffs und der Erzeugung von Ozon durchzuführen. Eine Ausführung des Programms wird durch Verwenden einer AN-Betätigung eines Zündschalters als einem Auslösungssignal gestartet. Das Programm wird normalerweise für eine Zeitspanne durchgeführt, während der sich der Zündschalter in einem AN-Zustand befindet.
Zuerst wird im Schritt S10 von 5 ermittelt, ob sich der Verbrennungsmotor 10 in Betrieb befindet oder nicht. Wenn ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor 10 sich nicht in Betrieb befindet, wird ein Betrieb der Reduktionsmittelzuführenden Vorrichtung im Schritt S16 gestoppt. Insbesondere wird, wenn der Entladungsreaktor 20, die Luftpumpe 20p, das Einspritzventil 40 und das Heizelement 30 mit Strom versorgt wurden, die Stromversorgung gestoppt. Wenn die NO_x-Katalysatortemperatur geringer ist als die Adsorptionsstarttemperatur Tb und sich die NO_x-Adsorptionsmenge in einem gesättigten Zustand befindet oder wenn die NO_x Katalysatortemperatur so hoch ist, dass sie einen Reduktionsermöglichungsbereich überschreitet, wird ein Betrieb der Vorrichtung ebenfalls im Schritt S16 gestoppt.
Wenn ermittelt wird, dass der Verbrennungsmotor 10 sich in Betrieb befindet, wird in den nachfolgenden Schritten S11 bis S15 die Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung wie folgt entsprechend der Temperatur (NO_x-Katalysatortemperatur) des Reduktionskatalysators in der NO_x herausreinigenden Vorrichtung 15 betrieben. Die NO_x-Katalysatortemperatur wird basierend auf der durch den Abgastemperatursensor 96 erfassten Abgastemperatur geschätzt.
In Schritt S11 von 5 wird ermittelt, ob ein Niedrigtemperaturzustand, in dem die NO_x Katalysatortemperatur eine niedrigere Temperatur als die Aktivierungstemperatur ist, oder ein Hochtemperaturzustand, in dem die NO_x Katalysatortemperatur größer oder gleich wie als die Aktivierungstemperatur ist, auftritt. Streng genommen wird die Aktivierungstemperatur von Temperaturen, bei denen der NO_x-Katalysator eine Katalysatorwirkung zur Reinigung zeigt, auf eine Temperatur (zum Beispiel 250°C) festgelegt, die höher ist als eine Starttemperatur. Die festgelegte Aktivierungstemperatur ist um eine vorgegebene Temperatur (zum Beispiel 1°C bis 10°C) höher als die Starttemperatur.
Wenn ermittelt wird, dass der Hochtemperaturzustand in Schritt S11 auftritt, wird die Hochtemperatur-Reinigungssteuerung in 6 in Schritt S12 durchgeführt und somit wird ein Betriebsmodus durch die Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung zu einem normalen Reinigungsmodus umgeschaltet. Wenn im Schritt S11 ermittelt wird, dass der Niedrigtemperaturzustand auftritt, wird im Schritt S13 ermittelt, ob der Überseparationszustand auftritt oder nicht. Der Überseparationszustand ist ein Zustand, in dem eine Menge (eine NO_x-Separationsmenge) an separierendem NO_x, das in dem Reduktionskatalysator adsorbiert wurde, größer oder gleich einer vorbestimmte Menge ist, (siehe 8). Der Überseparationszustand wird später im Detail mit Bezug auf 8 beschrieben.
Wenn im Schritt S13 die Negativermittlung durchgeführt wird, dass der Überseparationszustand nicht auftritt, wird im Schritt S14 die Adsorptionssteuerung in 7 durchgeführt und somit wird der Betriebsmodus durch die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung zu einem Adsorptionsmodus umgeschaltet. Wenn im Schritt S13 die positive Ermittlung durchgeführt wird, dass der Über-Adsorptionszustand auftritt, wird im Schritt S15 die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung in 13 durchgeführt und somit wird der Betriebsmodus durch die reduktionsmittelzuführende Vorrichtung zu einem Reinigung-durch-Abtrennung-Modus umgeschaltet.
Als Nächstes werden in 6 dargestellte Verarbeitungsvorgänge der Hochtemperatur-Reinigungssteuerung beschrieben.
Als Erstes wird im Schritt S20 von 6 durch den Temperatursensor 27 ein Erfassungswert erfasst, das heißt, die Temperatur (Reaktionskammertemperatur Th) des Inneren des Reaktionsgefäßes 25 wird durch den Temperatursensor 27 erfasst. Im Schritt S21 wird eine Rückkopplungssteuerung des Heizelements so durchgeführt, dass die erfasste Reaktionskammertemperatur Th eine vorher festgelegte Zieltemperatur Ttrg wird. Zum Beispiel wird entsprechend einer Differenz zwischen dem Ermittlungswert von dem Temperatursensor 27 und der Zieltemperatur Ttrg eine Laststeuerung an einer Menge der Stromzufuhr zu der Heizeinheit 31 durchgeführt. Außerdem wird, wenn die Reaktionskammertemperatur Th gleich wie oder um einen vorbestimmten Wert höher als die Zieltemperatur Ttrg ist, eine AN-AUS-Steuerung so durchgeführt, dass die Stromzufuhr zu der Heizeinheit 31 gestoppt wird. Die Zieltemperatur Ttrg wird auf eine Atmosphärentemperatur (370°C) festgelegt, die bewirkt, dass das Äquivalenzverhältnis in dem Zweistufen-Oxidationsreaktionsbereich, der in 4 dargestellt ist, einen maximalen Wert aufweist.
Im Schritt S22 wird, um das Gesamte in die NO_x-herausreinigende Vorrichtung 15 strömende NO_x zu reduzieren, eine Reduktionsmittelzufuhrmenge für eine Zufuhr zu der NO_x-herausreinigenden Vorrichtung 15 ohne Mangel und Überschuss als eine Zieltreibstoffmenge Ftrg festgelegt. Die Zieltreibstoffmenge Ftrg ist eine der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 pro Zeiteinheit zugeführte Treibstoffmasse.
Genauer gesagt wird die Zieltreibstoffmenge Ftrg basierend auf einer NO_x-Strömungsmenge und einer NO_x-Katalysatortemperatur festgelegt, was unten beschrieben wird. Die NO_x-Strömungsmenge ist eine pro Zeiteinheit in die NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 strömende Masse an NO_x. Die NO_x-Strömungsmenge kann zum Beispiel basierend auf einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 geschätzt werden. Die NO_x-Katalysatortemperatur ist eine Temperatur des Reduktionskatalysators in der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung. NO_x-Katalysatortemperatur wird zum Beispiel basierend auf einer durch den Abgastemperatursensor 96 erfassten Temperatur geschätzt. Somit steigt, wenn die NO_x-Strömungsmenge steigt, die Zieltreibstoffmenge Ftrg. Da die Menge (Reduktionskapazität) an mit dem Reduktionskatalysator reduziertem NO_x sich abhängig von der NO_x-Katalysatortemperatur verändert, wird die Zieltreibstoffmenge Ftrg einer Abweichung der Reduktionskapazität aufgrund der NO_x-Katalysatortemperatur entsprechend festgelegt.
Im Schritt 23 wird ein Betrieb des Einspritzventils 40 basierend auf der Zieltreibstoffmenge Ftrg gesteuert, die im Schritt S22 festgelegt wurde, so dass der Treibstoff eingespritzt wird. Genauer gesagt wird eine Zeitspanne während der das Einspritzventil 40 geöffnet ist, gesteigert, wenn die Zieltreibstoffmenge Ftrg steigt. Außerdem wird ein Intervall vom gegenwärtigen Einspritzende bis zum nächsten Einspritzbeginn kürzer.
Im Schritt S24 wird basierend auf der Reduktionskammertemperatur Th ein Zieläquivalenzverhältnis ϕtrg so berechnet, dass die Kaltflammenreaktion auftritt. Genauer gesagt, wurde eine Kartierung durchgeführt und ein Ergebnis der Kartierung wurde in dem Mikrocomputer 81 gespeichert. Bezüglich der Kartierung wurde ein Wert, welcher der Maximalwert des Äquivalenzverhältnisses in dem Zweistufen-Oxidationsreaktionsbereich ist, als das Zieläquivalenzverhältnis ϕtrg kartiert. Der kartierte Wert ist der Maximalwert des Äquivalenzverhältnisses, welcher der Atmosphärentemperatur entspricht, oder ein Wert der durch Subtrahieren einer vorbestimmten Spanne von dem Maximalwert erhalten wird. Das Zieläquivalenzverhältnis ϕtrg, das der erfassten Reaktionskammertemperatur Th entspricht, wird anhand der gespeicherten Karte berechnet. Wie oben beschrieben, wird das Zieläquivalenzverhältnis ϕtrg unter Berücksichtigung der Spanne festgelegt und dadurch kann eine Wahrscheinlichkeit des Überschreitens des Maximalwertes des Äquivalenzverhältnisses vermindert werden und eine Wahrscheinlichkeit des Erreichens der Flammenreaktion ohne ein aufrechterhalten der Kaltflammenreaktion kann sogar dann vermindert werden, wenn ein tatsächliches Äquivalenzverhältnis größer ist als das Zieläquivalenzverhältnis ϕtrg.
Im Schritt S25 wird basierend auf dem Zieläquivalenzverhältnis ϕtrg, das im Schritt S24 festgelegt wurde, und der Zieltreibstoffmenge Ftrg, die im Schritt S22 festgelegt wurde, eine Zielluftmenge Atrg berechnet. Genauer gesagt, wird die Zielluftmenge Atrg so berechnet, dass sie die Gleichung ϕtrg = Ftrg/Atrg erfülllt. Im Schritt S26 wird basierend auf der Zielluftmenge Atrg, die im Schritt S25 festgelegt wurde, ein Betrieb der Luftpumpe 20p gesteuert. Insbesondere wird, wenn die Zielluftmenge Atrg steigt, ein Stromversorgungs-Betriebszeitanteil für die Luftpumpe 20p gesteigert.
Wie oben beschrieben, wird die Zielluftmenge Atrg festgelegt und die Zieltemperatur Ttrg wird entsprechend der Zieltreibstoffmenge Ftrg festgelegt und die Luftpumpe 20p und das Heizelement 30 werden so gesteuert, dass die Reaktionskammertemperatur Th und das Äquivalenzverhältnis so angepasst werden, dass sie in dem Zweistufen-Oxidationsreaktionsbereich liegen. Somit tritt die Kaltflammenreaktion auf und der oben beschriebene reformierte Treibstoff wird erzeugt. Die untere Grenze eines Temperaturbereichs, der es gestattet, dass die Reaktionskammertemperatur Th angepasst wird, beträgt 260°C, was einer Grenzlinie zwischen dem Einstufenoxidationsbereich und dem Zweistufenoxidationsbereich und dem Nichtreaktionsbereich entspricht. Eine obere Grenze des Temperaturbereichs ist die Maximaltemperatur an der Grenzlinie zwischen dem Einstufenoxidationsbereich und dem Zweistufenoxidationsbereich. Die obere Grenze eines Bereichs, der das Anpassen des Äquivalenzverhältnisses ermöglicht, ist der Maximalwert an der Grenzlinie zwischen dem Einstufenoxidationsbereich und dem Zweistufenoxidationsbereich. Die obere Grenze ist das 370°C entsprechende Äquivalenzverhältnis.
Im Schritt S27 wird die Stromzufuhr für den Entladungsreaktor 20 entsprechend der Konzentration des Treibstoffs in dem Reaktionsgefäß 25 gesteuert. Im Detail, wird basierend auf der Zielluftmenge Ftrg eine Zielozonmenge Otrg gerechnet. Insbesondere wird die Zielozonmenge Otrg so berechnet, dass ein Verhältnis der Ozonkonzentration zu der Treibstoffkonzentration in der Verdampfungskammer 25 einen vorbestimmten Wert (zum Beispiel 0,2) aufweist. Das Verhältnis wird zum Beispiel so eingestellt, dass die Kaltflammenreaktion in einer vorbestimmten Zeitspanne (zum Beispiel 0,02 Sekunden) vollendet werden kann. Die Zielozonmenge Otrg wird so festgelegt, dass sie steigt wenn der Reduktionskatalysator eine niedrigere Temperatur aufweist.
Eine Zielstromversorgungsmenge Ptrg für den Entladungsreaktor wird basierend auf der Zielluftmenge Atrg und der Zielozonmenge Otrg berechnet. Insbesondere wird, da eine Zeitspanne während der Luft in dem Zwischenelektrodendurchgang 21a verbleibt, gesteigert wird, wenn die Zielluftmenge Atrg zunimmt, die Zielstromversorgungsmenge Ptrg auch gesteigert. Wenn die Zielozonmenge Otrg zunimmt, wird die Zielstromversorgungsmenge Ptrg gesteigert. Dann wird basierend auf der Zielstromversorgungsmenge Ptrg eine Stromversorgungsmenge für den Entladungsreaktor gesteuert. Insbesondere wird wenn die Zielstromversorgungsmenge Ptrg steigt ein Stromversorgungs-Betriebszeitanteil für den Entladungsreaktor 20 gesteigert. Außerdem wird ein Intervall vom gegenwärtigen Stromversorgungsende bis zum nächsten Stromversorgungsbeginn verkürzt.
Da Ozon durch das Durchführen eines solchen Vorgangs nach Schritt S27 erzeugt und das erzeugte Ozon in das Reaktionsgefäß 25 zugeführt wird, kann der Startzeitpunkt der Kaltflammenreaktion früher auftreten und eine Zeitspanne für die Kaltflammenreaktion kann verkürzt sein. Somit kann, sogar wenn die Größe des Reaktionsgefäßes 25 verkleinert ist, sodass die Verweildauer des Treibstoffs in dem Reaktionsgefäß 25 verkürzt ist, die Kaltflammenreaktion während der Verweildauer vollendet werden. Dementsprechend kann die Größe des Reaktionsgefäßes 25 verkleinert werden.
Auf diese Weise werden unter der Hochtemperatur-Reinigungssteuerung (dem normalen Reinigungsmodus) in 6 in dem Entladungsreaktor 20 erzeugtes Ozon, Sauerstoff aus der Luft und durch das Heizelement 30 verdampfter Treibstoff miteinander vermischt und der Treibstoff wird in einer Umgebung, in der Ozon vorliegt, teilweise oxidiert.
Als Nächstes werden die Verarbeitungsvorgänge der in 7 dargestellten Adsorptionssteuerung beschrieben.
Zuerst wird im Schritt S30 von 7 die Stromversorgung des Heizelements 30 gestoppt und das Beheizen des Inneren der Verdampfungskammer 25a wird gestoppt. Im Schritt S31 wird die Stromversorgung des Einspritzventils 40 gestoppt und das Einspritzen von Treibstoff wird gestoppt. Im Schritt S32 wird die Luftpumpe 20p mit einer vorab festgelegten Menge elektrischer Leistung betrieben. Im Schritt S33 wird die Stromversorgung der Elektrode 21 des Entladungsreaktors 20 mit einer vorab festgelegten Menge elektrischer Leistung durchgeführt und somit wird die Entladung durchgeführt.
Auf diese Weise wird unter der Adsorptionssteuerung (dem Adsorptionsmodus) in 7 Ozon in dem Entladungsreaktor 20 erzeugt und das erzeugte Ozon wird durch die Luftleitung und die Zufuhrleitung 26 in die Abgasleitung 10ex zugeführt. Hier würde, wenn das Heizelement 30 mit Energie versorgt wird, Ozon erwärmt und zerstört. Wenn Treibstoff eingespritzt wird reagiert das Ozon mit dem Treibstoff. Unter Berücksichtigung dieser Aspekte wird im Adsorptionsmodus das Beheizen durch das Heizelement gestoppt und die Einspritzung des Treibstoffs wird gestoppt. Somit können die Reaktion des Ozons mit dem Treibstoff oder die Zerstörung aufgrund des Erwärmens verhindert werden. Dementsprechend wird das erzeugte Ozon selbst in die Abgasleitung 10ex zugeführt.
Als Nächstes wird eine technische Bedeutung der Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung, die durch den Schritt S15 in 5 durchgeführt wird, mit Bezug auf 8 und 9 beschrieben. Bei einer geringen Temperatur, die niedriger ist als die Aktivierungstemperatur, wird in die NO_x-Herausreinigungsvorrichtung strömendes NO_x in dem Reduktionskatalysator adsorbiert. Wenn die Temperatur größer oder gleich der Separationsstarttemperatur Tb ist, wird ein Teil des NO_x, das adsorbiert wurde, von dem Reduktionskatalysator separiert. 8 stellt ein Ergebnis dar, das durch Untersuchen eines Zusammenhangs der NO_x-Separationsmenge und der Katalysatortemperatur erhalten wurde.
Die Untersuchung wird unten umrissen. Zuerst wird dafür gesorgt, dass NO_x in einem Zustand, in dem die Katalysatortemperatur kleiner oder gleich 100°C ist, in die NO_x-Herausreinigungsvorrichtung strömt und somit NO_x in dem Reduktionskatalysator adsorbiert wird. Der Einstrom von NO_x dauert an bis die NO_x-Adsorptionsmenge eine vorbestimmte Menge erreicht. Dann wird der Reduktionskatalysator erhitzt, um graduell die Katalysatortemperatur zu steigern, und der NO_x-Sensor misst eine Menge an NO_x die aus der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 ausströmt. Die NO_x-Ausstrommenge, die auf diese Weise gemessen wird, kann als die NO_x-Separationsmenge angesehen werden. Wie oben beschrieben, variiert die NO_x-Separationsmenge abhängig von der Reduktionskatalysatortemperatur. Die NO_x-Separationsmenge kann allerdings auch abhängig von einem Ausmaß einer Schwefelvergiftung variieren, das heißt, eine Menge (Schwefelvergiftungsmenge) an Schwefel, die in dem Reduktionskatalysator adsorbiert wurde und somit dort verbleibt. In der Untersuchung von 8 wird die NO_x-Separationsmenge auch im Hinblick auf eine Differenz zwischen dem Vorliegen und dem nicht Vorliegen der Schwefelvergiftung gemessen. Das heißt, eine gepunktete Linie in 8 bezeichnet ein Testergebnis des Reduktionskatalysators der nicht der Schwefelvergiftung unterworfen wurde. Eine durchgezogene Linie in 8 bezeichnet ein Testergebnis des Reduktionskatalysators, der einer Schwefelvergiftung unterworfen wurde.
Ergebnisse der Untersuchung werden unten beschrieben. Wie in 8 dargestellt, wird die Katalysatortemperatur unabhängig davon, ob eine Schwefelvergiftung auftritt, gesteigert. Die Separation von NO_x beginnt an einem Zeitpunkt, zu dem die Katalysatortemperatur 100°C erreicht. Dann steigt die Separationsmenge mit einer Steigerung der Temperatur. Nachdem die Separationsmenge ein erstes Maximum erreicht, tritt ein Umkehrpunkt auf und die Separationsmenge nimmt ab. Wenn die Temperatur stärker gesteigert wird, beginnt eine erneute Zunahme der Separationsmenge. Nachdem die Separationsmenge ein zweites Maximum erreicht, tritt ein Umkehrpunkt auf und die Separationsmenge nimmt ab und wird Null. Zusammenfassend dargestellt, wird die Separation ab der Separationsstarttemperatur Tb in zwei Stufen, einem ersten Separationstemperaturbereich und einem zweiten Separationstemperaturbereich durchlaufen. In dem ersten Separationstemperaturbereich beginnt in Richtung des zweiten Maximums eine Zunahme der Separationsmenge. Der zweite Separationstemperaturbereich umfasst das zweite Maximum nach dem Beginn der Zunahme.
Die Erfinder vermuten folgende Gründe. Das heißt, streng genommen, wird in dem Reduktionskatalysator zu adsorbierendes NO_x sowohl in einem Anteil an Silber der im Aluminiumoxid gehalten wird und einem Anteil an Aluminiumoxid in der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 adsorbiert. Somit wird in dem Anteil an Silber adsorbiertes NO_x in dem ersten Separationstemperaturbereich separiert und in dem Aluminiumoxid adsorbiertes NO_x wird in dem zweiten Separationstemperaturbereich separiert.
Wenn der Reduktionskatalysator der Schwefelvergiftung unterworfen wird, ist ein Beobachtungszeitpunkt des ersten Maximums früher als in einem Fall in dem die Schwefelvergiftung nicht auftritt. Die Erfinder vermuten folgende Gründe. Das heißt, die Adsorptionskapazität für in dem Silber adsorbiertes NO_x wird schwach und NO_x wird einfach separiert, wenn die Schwefelvergiftung auftritt. Somit steigt, wenn die Schwefelvergiftung auftritt, die NO_x-Separationsmenge mit einer Zunahme der Temperatur ab der Separationsstarttemperatur Tb schnell oder ein Beobachtungszeitpunkt des ersten Maximums wird früher. Das heißt, der Zeitpunkt, zu dem die Separationsmenge eine vorbestimmte Menge erreicht, wird auch früher, wie in 8 dargestellt. Die Katalysatortemperatur (Überseparationstemperatur Ta), wenn die die Separationsmenge die vorbestimmte Menge erreicht, wird niedriger, wenn die Schwefelvergiftung auftritt. Ein Beobachtungszeitpunkt des zweiten Maximums wird kaum verändert, wenn die Schwefelvergiftung auftritt.
In der mit 8 in Zusammenhang stehenden Untersuchung wird die NO_x-Separationsmenge ohne Zufuhr des Reduktionsmittels gemessen. In einer mit 9 in Zusammenhang stehenden Untersuchung andererseits wird die NO_x-Separationsmenge mit Zufuhr des Reduktionsmittels unter Bedingungen gemessen, die denen in der Untersuchung von 8 ähneln. Eine durchgezogene Linie in 9 bezeichnet ein Testergebnis für den Fall, dass Reduktionsmittel zugeführt wird, das reformiert wurde. Eine gepunktete Linie in 9 bezeichnet ein Testergebnis für den Fall, dass Reduktionsmittel (nicht reformiertes Reduktionsmittel) zugeführt wird, das nicht reformiert wurde. Somit entspricht die in der Untersuchung von 8 gemessene NO_x-Ausstrommenge der NO_x-Separationsmenge, aber die in der Untersuchung von 9 gemessene NO_x-Ausstrommenge kann als Menge an NO_x angesehen werden, die von der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 ausgestoßen wird, ohne mit dem Reduktionsmittel reduziert zu werden, das heißt, eine nicht herausgereinigte NO_x-Ausstoßmenge. Eine gestrichelte Linie in 9 bezeichnet ein Testergebnis für den Fall, dass kein Reduktionsmittel zugeführt wird und ist gleich wie die durchgezogene Linie in 8.
Ergebnisse der Untersuchung werden unten beschrieben. Wie in 9 dargestellt ist, sogar wenn das nicht-reformierte Reduktionsmittel zugeführt wird, die nicht herausgereinigte NO_x-Ausstoßmenge in dem ersten Separationstemperaturbereich im Wesentlichen gleich wie in einem Fall in dem das Reduktionsmittel nicht zugeführt wird. Die nicht herausgereinigte NO_x-Ausstoßmenge in einem Zustand, in dem die Katalysatortemperatur ausreichend gesteigert ist, das heißt, in dem zweiten Separationstemperaturbereich, wird durch Zuführen des nicht reformierten Reduktionsmittels verringert. Wenn das reformierte Reduktionsmittel zugeführt wird, wird die nicht herausgereinigte NO_x-Ausstoßmenge in dem ersten Separationstemperaturbereich verringert und sie wird auch in dem zweiten Separationstemperaturbereich verringert.
Die Erfinder vermuten folgende Gründe. Es wird als Beispiel, wie in (a) von 10 dargestellt, eine Situation beschrieben, in der ein Aldehyd (R-CHO) als reformiertes Reduktionsmittel in einem Zustand, in dem NO₂ in einem Silberkatalysator adsorbiert ist, und in einem Zustand, in dem SO₂ adsorbiert ist (in einem Zustand in dem eine S-Vergiftung vorliegt), in die Abgasleitung 10ex zugeführt wird.
Zuerst wird das in die Abgasleitung 10ex zugeführte Aldehyd in dem Silberkatalysator adsorbiert. Wenn eine Magerverbrennung in dem Verbrennungsmotor 10 durchgeführt wird, enthält ein Abgas, das mit dem Silberkatalysator in Kontakt gebracht wird, Sauerstoffmoleküle. Die Sauerstoffmoleküle bewirken, dass in dem Silberkatalysator adsorbiertes Aldehyd oxidiert und, wie in (b) dargestellt, zu Acetat (R-COO) umgewandelt wird.
Mit dem Silberkatalysator auf diese Weise erzeugtes Acetat ist eine Substanz, die einfach mit in dem Silberkatalysator adsorbiertem NO₂ kombiniert. Aus diesem Grund kombiniert Acetat in einem Zustand, in dem es in dem Silberkatalysator adsorbiert ist, wie in (c) dargestellt, mit NO₂, das in dem Silberkatalysator adsorbiert ist, und wird zu Isocyanat (R-NCO) umgewandelt. Dann wird das in dem Silberkatalysator adsorbierte Isocyanat, wie in (d) dargestellt, durch die Sauerstoffmoleküle aus dem Abgas oxidiert. Als ein Ergebnis wird Isocyanat zu N₂ oder H₂O und CO₂ gespalten und von dem Silberkatalysator separiert.
Wie oben beschrieben, wird, wenn der Silberkatalysator wie in (a) von 10 dargestellt, der Schwefelvergiftung unterworfen wird, die Adsorptionskapazität zwischen dem Silberkatalysator und NO₂ gering. Wenn die Kapazität gering wird, liegt NO₂ in einem Zustand, in dem es mit sowohl Acetat als auch dem Silberkatalysator kombiniert ist, wie in (c) von 10 dargestellt, in einem Zustand vor, in dem es von dem Silberkatalysator separiert ist. Somit wird der Beobachtungszeitpunkt des ersten Maximums froher, wie in 8 dargestellt. In anderen Worten, weist das NO₂ in einem Zustand in dem es mit dem Silberkatalysator kombiniert ist, einen Zustand auf, in dem die Kombination mit dem Silberkatalysator einfach gebrochen wird. Aus diesem Grund, tritt wie in (d) von 10 dargestellt, die Reaktion einer Umwandlung zu Isocyanat und das Durchlaufen einer Spaltung leicht auf.
Schlussfolgernd, haben die Erfinder ein Phänomen aufgefunden, bei dem „wenn ein teilweises Oxid unter einer Magerumgebung in den Reduktionskatalysator strömt, NO_x unter Nutzung des teilweisen Oxids in einer Situation in der NO_x, aufgrund der Schwefelvergiftung einfach von dem Silberkatalysator separiert wird, reduziert und herausgereinigt wird”. Eine Situation in der NO_x einfach von dem Silberkatalysator separiert wird, entspricht in anderen Worten einer Situation in der NO_x stark aktivierst ist.
Dementsprechend wird, zum Beispiel in dem Vorgang von 5, wenn die Katalysatortemperatur niedriger ist als die Separationsstarttemperatur Tb, im Schritt S14 die Adsorptionssteuerung durchgeführt, und NO_x wird in dem Reduktionskatalysator adsorbiert. Dann steigt, wenn die Katalysatortemperatur steigt, die NO_x-Separationsmenge. Wenn allerdings das Ausmaß der Schwefelvergiftung groß ist, ist die Separationsmenge größer oder gleich einer vorbestimmten Menge bevor die Katalysatortemperatur die Aktivierungstemperatur erreicht. In diesem Fall wird im Schritt S11 in 5 ermittelt, dass der Niedrigtemperaturzustand vorliegt und die Positivermittlung wird im Schritt S13 vorgenommen. Als ein Ergebnis wird im Schritt S15 die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung durchgeführt. In der Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung wird ein teilweises Oxid, welches das reformierte Reduktionsmittel ist, zugeführt, wie im Detail mit Bezug auf 13 beschrieben wird. Aus diesem Grund wird NO_x, das in dem Reduktionskatalysator adsorbiert ist, der sich in einem Zustand befindet, in dem die Schwefelvergiftung vorliegt, durch das teilweise Oxid reduziert und herausgereinigt. Das heißt unabhängig davon, ob der Niedrigtemperaturzustand vorliegt, in dem die Katalysatortemperatur nicht auf die Aktivierungstemperatur gesteigert ist, wird NO_x herausgereinigt.
Unter Berücksichtigung des Obigen, wird wie in 11 dargestellt, die Ermittlung im Schritt S13 durchgeführt. Das heißt, zuerst wird im Schritt S40 die Menge (NO_x-Adsorptionsmenge) des in dem Reduktionskatalysator adsorbierten NO_x geschätzt. Insbesondere, wird die in die NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 strömende Menge NO_x, basierend auf dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 geschätzt. Eine Veränderung der NO_x-Strömungsmenge wird erhalten, und eine Veränderung der Reduktionskatalysatortemperatur zu dieser Zeit wird erhalten. Somit wird die NO_x-Adsorptionsmenge, basierend auf diesen erhaltenen Veränderungen geschätzt.
Im Schritt S41 wird eine Schwefelvergiftungsmenge geschätzt. Insbesondere wird eine in die NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 einströmende SO_x Menge, basierend auf dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 10 geschätzt. Eine SO_x-Adsorptionsmenge (Schwefelvergiftungsmenge) wird basierend auf einer Veränderung der SO_x-Einstrommenge geschätzt.
Im Schritt S42 wird die oben beschriebene Überseparationstemperatur Ta, basierend auf der NO_x-Adsorptionsmenge und der Schwefelvergiftungsmenge die in den Schritten S40 und S41 geschätzt werden, durch Verwenden von 8 geschätzt. Insbesondere wird, wenn die NO_x-Adsorptionsmenge gesteigert wird oder wenn die Schwefelvergiftungsmenge gesteigert wird, die Überseparationstemperatur Ta als eine niedrige Temperatur geschätzt. Ein Wert der Überseparationstemperatur Ta für die NO_x-Adsorptionsmenge und die Schwefelvergiftungsmenge wird zum Beispiel vorab durch eine Untersuchung und dergleichen festgelegt. Der festgelegte Wert der Überseparationstemperatur Ta wird zusammen mit der NO_x-Adsorptionsmenge und der Schwefelvergiftungsmenge gespeichert, wie in der Karte von 12 dargestellt. Der festgelegte Wert der Überseparationstemperatur Ta wird anhand der Karte von 12, basierend auf der geschätzten NO_x-Adsorptionsmenge und der Schwefelvergiftungsmenge berechnet.
Im Schritt S43 wird die Temperatur des Reduktionskatalysators erhalten. Wie oben beschrieben, wird die Katalysatortemperatur, basierend auf einem Erfassungswert des Abgastemperatursensors 96 geschätzt. Im Schritt S44 wird ermittelt, ob die geschätzte Katalysatortemperatur größer oder gleich der Überseparationstemperatur Ta oder höher ist. Somit kann ermittelt werden, ob der Überseparationszustand auftritt, bei dem die Separationsmenge des adsorbierten NO_x größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist.
Wenn ermittelt wird, dass die Katalysatortemperatur größer oder gleich der Überseparationstemperatur Ta oder höher ist, wird das Auftreten des Überseparationszustandes angenommen. Im Schritt S45 wird ein Überseparationssignal auf AN gestellt. Wenn ermittelt wird, dass die Katalysatortemperatur geringer als die Überseparationstemperatur Ta ist, wird das Nichtvorliegen des Überseparationszustandes angenommen. In Schritt S46 wird das Überseparationssignal auf AUS gestellt. Im Schritt S13 von 5 werden die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung durch den Schritt S15 und die Adsorptionssteuerung durch den Schritt S14, basierend auf dem Überseparationssignal umgeschaltet, das durch den Vorgang in 11 gesetzt wird.
Als Nächstes werden Verarbeitungsvorgänge der in 13 dargestellten Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung beschrieben.
Zuerst wird in den Schritten S50 und S51 in 13 die Reaktionskammertemperatur Ta erhalten und das Heizelement wird, ähnlich wie in den Schritten S20 und S21 in 6, so gesteuert, dass die erhaltene Reaktionskammertemperatur Th die Zieltemperatur Ttrg wird. Im Schritt S52 wird die Separationsmenge (NO_x-Separationsmenge) des in dem Reduktionskatalysator adsorbierten NO_x geschätzt. Insbesondere wird die NO_x-Separationsmenge, basierend auf der NO_x-Adsorptionsmenge der Schwefelvergiftungsmenge und der Katalysatortemperatur geschätzt, die in den Schritten S40, S41 und S43 von 11 geschätzt werden.
Die NO_x-Separationsmenge koaliert stark mit der Schwefelvergiftungsmenge und der Katalysatortemperatur, wie in 8 dargestellt. Wenn die NO_x-Adsorptionsmenge steigt, steigt die NO_x-Separationsmenge. Aus diesem Grund werden ein Wert der NO_x-Separationsmenge für die Schwefelvergiftungsmenge, die NO_x-Adsorptionsmenge und die Katalysatortemperatur vorab durch eine Untersuchung und dergleichen erhalten. Der erhaltene Wert wird zusammen mit der NO_x-Adsorptionsmenge, der Schwefelvergiftungsmenge und der Katalysatortemperatur in Form einer Karte und dergleichen gespeichert. Der Wert der NO_x-Separationsmenge wird, basierend auf der NO_x-Adsorptionsmenge, der Schwefelvergiftungsmenge und der Katalysatortemperatur, die geschätzt werden, anhand der Karte berechnet. Im Schritt S52 wirkt der Mikrocomputer 81, wenn die NO_x-Separationsmenge geschätzt wird, als ein NO_x-Separationsmengenschätzmittel (Schätzmittel) 81a, das in 1 dargestellt ist.
Im Schritt S53 wird die Zieltreibstoffmenge Ftrg, basierend auf der NO_x-Separationsmenge festgelegt, die durch den Schritt S52 geschätzt wurde. Insbesondere wird die Zieltreibstoffmenge Ftrg durch Ersetzen eines geschätzten Wertes der NO_x-Separationsmenge mit einem Berechnungsausdruck festgelegt, so dass die Zieltreibstoffmenge Ftrg gesteigert wird, wenn die NO_x-Separationsmenge steigt. Der Berechnungsausdruck verwendet die NO_x-Separationsmenge als einen Parameter. Außerdem wird die Zieltreibstoffmenge Ftrg, basierend auf dem geschätzten NO_x-Separationswert anhand der Karte festgelegt in der ein geeigneter Wert der Zieltreibstoffmenge Ftrg für die NO_x-Separationsmenge gespeichert ist.
In den Schritten S54 bis S58 wird die Steuerung auf ähnliche Weise wie in den Schritten S23 bis S27 in 6 durchgeführt. Das heißt, zuerst wird im Schritt S54 ein Betrieb des Einspritzventils 40 basierend auf der Zieltreibstoffmenge Ftrg, die im Schritt S53 festgelegt wurde, so gesteuert, dass der Treibstoff eingespritzt wird. Im Schritt S55 wird basierend auf einer Reaktionskammertemperatur Th das Zieläquivalenzverhältnis ϕtrg so berechnet, dass die Kaltflammenreaktion auftritt. Im Schritt S65 wird, basierend auf dem Zieläquivalenzverhältnis ϕtrg, das im Schritt S55 festgelegt wurde, und der Zieltreibstoffmenge Ftrg, die im Schritt S53 festgelegt wurde, die Zielluftmenge Atrg berechnet, so dass sie eine Gleichung ϕtrg = Ftrg/Atrg erfüllt. Im Schritt S57 wird basierend auf der Zielluftmenge Atrg, die im Schritt S56 festgelegt wurde, ein Betrieb der Luftpumpe 20p gesteuert. Insbesondere wird ein Stromversorgungs-Betriebszeitanteil der Luftpumpe 20p gesteigert, wenn die Zielluftmenge Atrg steigt. Im Schritt S58 wird die dem Entladungsreaktor 20 zugeführte Leistung entsprechend der Konzentration des Treibstoffs in dem Reaktionsgefäß 25 so gesteuert, dass das Verhältnis der Ozonkonzentration zu der Treibstoffkonzentration in der Verdampfungskammer 25a einen vorbestimmten Wert (zum Beispiel 0,2) aufweist.
Auf diese Weise werden unter der Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung (Reinigungs-durch-Separations-Modus) in 13 in dem Entladungsreaktor 20 erzeugtes Ozon Sauerstoff aus der Luft und durch das Heizelement 30 verdampfter Treibstoff miteinander vermischt und der Treibstoff wird in einer Umgebung in der Ozon vorliegt teilweise oxidiert. Wenn der auf diese Weise reformierte Treibstoff der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 zugeführt wird, wie in 10 dargestellt, wird herauszureinigendes NO_x durch den reformierten Treibstoff reduziert und somit herausgereinigt. Nicht das gesamte erzeugte Ozon wird für die Reformierung des Treibstoffs verwendet und ein Teil des Ozons wird zusammen mit dem reformierten Treibstoff der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 zugeführt. Somit wird die in 10 dargestellte Reaktion beschleunigt und die NO_x-Herausreinigungsrate wird in dem Reinigungs-durch-Separations-Modus verbessert.
In den obigen Beschreibungen dieser Ausführungsform wirkt der Mikrocomputer, wenn der Vorgang des Schrittes S12 in 5 durchgeführt wird, als ein Hochtemperatur-Reinigungssteuerungsmittel zum Zusetzen des reformierten Reduktionsmittels in einem Fall des Hochtemperaturzustandes. Der Mikrocomputer 81 der den Vorgang des Schrittes S13 durchführt, wirkt als ein Ermittlungsmittel zum Ermitteln, ob der Überseparationszustand, in dem die Separationsmenge des in dem Reduktionskatalysator adsorbierten NO_x ist größer oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, während des Niedrigtemperaturzustandes auftritt, in dem die Reduktionskatalysatortemperatur geringer als die Aktivierungstemperatur ist. Der Mikrocomputer 81, der den Vorgang des Schrittes S14 durchführt, wirkt als ein Adsorptionssteuerungsmittel zum Stoppen der Zufuhr des Reduktionsmittels und des Herbeiführens des Speicherns von zu adsorbierendem NO_x in dem Reduktionskatalysator wenn der Niedrigtemperaturzustand und der Überseparationszustand nicht auftreten. Der Mikrocomputer 81, der den Vorgang des Schrittes S15 durchführt, wirkt als ein Niedrigtemperatur-Reinigungssteuermittel zum Zuführen des reformierten Reduktionsmittels wenn der Niedrigtemperaturzustand und der Überseparationszustand auftreten.
Wie oben unter Verwendung von 9 beschrieben, tritt wenn die Reduktionskatalysatortemperatur so stark gesteigert wird, dass NO_x von dem Reduktionskatalysator separiert wird, sogar in dem Niedrigtemperaturzustand in dem der Reduktionskatalysator nicht aktiviert ist, wenn das reformierte Reduktionsmittel zugeführt wird, ein Phänomen auf, bei dem NO_x reduziert und herausgereinigt wird. Diese Ausführungsform, die auf das Phänomen fokussiert, wird das reformierte Reduktionsmittel zugeführt wenn der Niedrigtemperaturzustand und der Überseparationszustand auftreten. Aus diesem Grund wird NO_x sogar in dem Niedrigtemperaturzustand herausgereingt, wobei herkömmlicherweise angenommen wird, dass die Herausreinigung unmöglich ist.
In dieser Ausführungsform wird das Reduktionsmittel reformiert und unter der Hochtemperatur-Reinigungssteuerung zugeführt. Das Reduktionsmittel wird unter der Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung durch Verwenden des Entladungsreaktors 20 und des Heizelements 30 (Reformierungsmittel) reformiert, die für die Reformierung verwendet werden. Aus diesem Grund können ausschließlich für die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung bestimmte Reformierungsmittel unnötig sein und die Reformierungsmittel können effektiv genutzt werden.
Nach dieser Ausführungsform wirkt der Mikrocomputer 81, wenn der Vorgang des Schrittes S40 in 11 durchgeführt wird als ein NO_x-Adsorptionsmengenschätzmittel zum Schätzen der an dem Reduktionskatalysator adsorbierten NO_x-Menge. Der Mikrocomputer 81 der den Vorgang des Schrittes S41 durchführt, wirkt als ein Schwefeladsorptionsmengenschätzmittel zum Schätzen der Schwefeladsorptionsmenge an dem Reduktionskatalysator. Der Mikrocomputer 81, der den Vorgang des Schrittes S43 durchführt, wirkt als ein Temperaturakquisitionsmittel zum Erhalten der Temperatur des Reduktionskatalysators. Das Ermittlungsmittel zum Ermitteln ob der Überseparationszustand auftritt, ermittelt basierend auf der NO_x-Adsorptionsmenge, die durch das NO_x-Adsorptionsmengenschätzmittel geschätzt wurde, der Schwefeladsorptionsmenge, die durch das Schwefeladsorptionsmengenschätzmittel geschätzt wurde, und der Temperatur, die durch das Temperaturakquisitionsmittel erhalten wurde, ob der Überseparationszustand auftritt.
Hier koalieren, wie oben beschrieben, die NO_x-Adsorptionsmenge, die Schwefeladsorptionsmenge und die Reaktionskatalysatortemperatur stark mit der NO_x-Separationsmenge. Aus diesem Grund kann nach dieser Ausführungsform, in der die NO_x-Adsorptionsmenge und die Schwefeladsorptionsmenge geschätzt werden, und basierend auf dem geschätzten Werten und der erhaltenen Reduktionskatalysatortemperatur ermittelt wird, ob der Überseparationszustand vorliegt oder nicht, eine Ermittlung, ob der Überseparationszustand auftritt, mit hoher Genauigkeit realisiert werden.
In dieser Ausführungsform steigert das Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerungsmittel eine Zufuhrmenge des durch das Reformierungsmittel reformierten Reduktionsmittels, wenn die Separationsmenge des in dem Reduktionskatalysator adsorbierten NO_x steigt. Insbesondere wird im Schritt S53 aus 13 die Zieltreibstoffmenge Ftrg, basierend auf der NO_x-Separationsmenge und der Einspritzmenge des Treibstoffs von dem Einspritzventil gesteuert. Aus diesem Grund kann ein Ausmaß eines Mangels und eines Überschusses des zuzuführenden reformierten Reduktionsmittels unter der Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung reduziert werden.
In dieser Ausführungsform ist der Reduktionskatalysator eine Substanz, die mindestens Silber enthält. Insbesondere wird der Silberkatalysator auf Aluminiumoxid gehalten, mit dem das Trägerteil 15b beschichtet ist. Hier weist, zum Beispiel, wenn ein Platinkatalysator anstelle des Silberkatalysators verwendet wird, Platin eine Adsorptionskapazität für NO_x auf, die höher ist als die von Silber. Somit wird, wenn Platin verwendet wird, erwartet, dass die Separationsstarttemperatur Tb höher liegt als die in dem Fall von Silber. Wenn Platin verwendet wird, kann die niedrigste Temperatur, die das Herausreinigen von NO_x unter der Niedrigtemperaturreinigungsteuerung ermöglicht, höher werden. Nach dieser Ausführungsform andererseits, in der Silber verwendet wird, kann NO_x in einem Zustand einer Temperatur herausgereinigt werden, die geringer ist, als im Fall des Verwendens von Platin.
In dieser Ausführungsform umfasst das Reformierungsmittel das Heizelement 30 (Heizmittel), welches das Reduktionsmittel erwärmt. Das Heizmittel bewirkt, dass das Reduktionsmittel das auf eine vorbestimmte Temperatur oder höher erwärmt wird, durch Verwenden des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs teilweise oxidiert wird. Wenn die Reformierung durchgeführt wird, kann eine teilweise Oxidation des Treibstoffs einfach realisiert werden und das Reduktionsmittel kann einfach reformiert werden. Ein Cracken, was bedeutet, dass der Treibstoff zu der Kohlenwasserstoffverbindung mit einer Kohlenstoffatomanzahl gespalten wird, tritt dadurch auf, dass das Heizelement 30 den Treibstoff erwärmt. Da der Siedepunkt des Kohlenwasserstoffs mit einer durch das Cracken geringen Kohlenstoffatomanzahl gering ist, wird eine Rückumwandlung des verdampften Treibstoffs zu einer Flüssigkeit verhindert.
In dieser Ausführungsform umfasst das Reformierungsmittel den Entladungsreaktor 20 (die Ozonerzeugungsvorrichtung), der Ozon erzeugt. Durch die Ozonerzeugungsvorrichtung erzeugtes Ozon ist in der Luft enthalten, die für die Oxidation des Reduktionsmittels verwendet wird. Demnach kann die Reaktion von 10 beschleunigt werden und die Herausreinigung von NO_x unter der Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung in dem Niedrigtemperaturzustand und dem Überseparationszustand kann beschleunigt werden.
In dieser Ausführungsform ist der Entladungsreaktor 20 umfasst und durch den Entladungsreaktor 20 erzeugtes Ozon wird zugeführt, wenn die Kaltflammenreaktion auftritt. Aus diesem Grund kann der Startzeitpunkt der Kaltflammenreaktion früher werden und eine Zeitspanne für die Kaltflammenreaktion kann reduziert werden. Somit kann, sogar wenn die die Größe des Reaktionsgefäßes 25 verringert wird, sodass eine Verweildauer des Treibstoffs in dem Reaktionsgefäß 25 verringert wird, die Kaltflammenreaktion innerhalb der Verweildauer vollständig sein. Dementsprechend kann die Größe des Reaktionsgefäßes 25 verkleinert werden. Da der Entladungsreaktor 20, der für die Reformierung auf diese Weise verwendet wird, für die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung verwendet wird, kann eine Hardware-Ausgestaltung für die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung bestimmt ist, unnötig sein.
In dieser Ausführungsform wird, wenn der Niedrigtemperaturzustand auftritt, aber der Überseparationszustand nicht auftritt, die Einspritzung des Treibstoffs durch das Einspritzventil 40 gestoppt und durch den Entladungsreaktor 20 erzeugtes Ozon wird der Luftleitung 23b zugeführt. Somit wird Ozon in die Abgasleitung 10ex zugeführt. Dementsprechend kann, unabhängig von der Inaktivierung des Reduktionskatalysators in der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15, die Zufuhr des reformierten Treibstoffs als das Reduktionsmittel verhindert werden. Da die Zufuhr von Ozon bewirkt, dass NO in dem Abgas oxidiert wird, sodass es NO₂ wird und in einem NO_x-Herausreinigungskatalysator adsorbiert wird, kann die NO_x-Adsorptionsmenge der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 gesteigert werden.
(Zweite Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform ist das NO_x-Separationsmengenschätzmittel 81a umfasst und die NO_x-Separationsmenge wird basierend auf der NO_x-Adsorptionsmenge, der Schwefelvergiftungsmenge und der Katalysatortemperatur geschätzt. In dieser Ausführungsform hingegen, ist der in 14 dargestellte NO_x-Sensor 97 umfasst und die NO_x-Separationsmenge wird durch den NO_x-Sensor 97 erfasst.
Der NO_x-Sensor 97 ist in der Abgasleitung 10ex stromab der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 angeordnet und erfasst eine NO_x-Konzentration im Abgas. Somit kann ein Mikrocomputer 81 eine NO_x-Menge (NO_x-Separationsmenge) akquirieren, die pro Zeiteinheit aus der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 strömt. Daraus schließend, wird in dieser Ausführungsform anstelle des Vorgangs des Schrittes S52 in 13 ein Vorgang des Akquirierens der NO_x-Separationsmenge anhand des Erfassungswertes des NO_x-Sensors 97 verwendet. Andere Vorgänge sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsfom.
In der obigen Beschreibung wird nach dieser Ausführungsform der NO_x-Separationsmengenschätzvorgang (NO_x-Separationsmengenschätzmittel 81a) im Schritt S52 von 13 weggelassen und somit kann eine Rechenlast des Mikrocomputers 81 reduziert werden. Die NO_x-Separationsmenge kann mit einer Genauigkeit akquiriert werden, die höher ist, als die des Schätzen im Schritt S52. Somit kann die Wirkung, des Reduzierens des Ausmaßes des Mangels und des Überschusses der Treibstoffeinspritzmenge, die für die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung verwendet wird, beschleunigt werden.
(Dritte Ausführungsform)
Wenn in den Schritten S11 und S13 von 5 ermittelt wird, dass der Niedrigtemperaturzustand und der Überseparationszustand vorliegen, führt in Schritt S15 die ECU 80 nach der ersten Ausführungsform die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung durch und das reformierte Reduktionsmittel wird zugeführt. In dieser Ausführungsform hingegen wird die Katalysatortemperatur, die gleich einer vorbestimmten unteren Grenztemperatur oder höher ist, zusätzlich zum Vorliegen des Niedrigtemperaturzustandes und des Über-Separationszustandes als ein Bedingung verwendet und die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung wird durchgeführt. Das heißt, wenn die Katalysatortemperatur niedriger ist als die untere Grenztemperatur, wird sogar in dem Niedrigtemperaturzustand und dem Überseparationszustand die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung verhindert.
Eine ECU 80 führt den in 15 dargestellten Vorgang so durch, dass die Steuerung durchgeführt wird. In dem Vorgang von 15 wird im Schritt S13a ein Ermittlungsvorgang zu dem Verfahren von 5 zugefügt. Der Ermittlungsvorgang wird durchgeführt, wenn in Schritt S11 ermittelt wird, dass der Niedrigtemperaturzustand auftritt und im Schritt S13 ermittelt wird, dass der Überseparationszustand auftritt. Im Schritt S13a wird ermittelt, ob die Katalysatortemperatur gleich wie eine vorab festgelegte untere Grenztemperatur oder höher ist. In dieser Ausführungsform ist die untere Grenztemperatur auf 150°C festgelegt.
Wenn ermittelt wird, dass die Katalysatortemperatur gleich 150°C oder höher ist, wird im Schritt S15 die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung durchgeführt. Wenn ermittelt wird, dass sie weniger als 150°C beträgt, wird im Schritt S14 die Adsorptionssteuerung durchgeführt.
Als Nächstes wird die Zufuhr des Vorganges von Schritt S13a betreffend durch verwenden von Testergebnissen, die in 16 bis 20 dargestellt sind, eine technische Bedeutung erklärt.
Zuerst wird der Umfang der in 16 bis 18 dargestellten Untersuchungen unten beschrieben. In der Untersuchung wird dafür gesorgt, dass NO_x in einem Zustand in eine NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 strömt, in dem die Katalysatortemperatur so aufrechterhalten wird, das sie eine vorbestimmte Untersuchungsstarttemperatur Ts ist. Die Untersuchungsstarttemperatur Ts wird so festgelegt, dass sie einen Wert aufweist, der geringer ist als eine Aktivierungstemperatur eines Reduktionskatalysators. Insbesondere Ts = 100°C in der Untersuchung von 16, Ts = 125°C in der Untersuchung von 17 und Ts = 150°C in der Untersuchung von 18. Dann wird das Strömen des NO_x gestoppt und die Zufuhr eines reformierten Reduktionsmittels in eine Abgasleitung 10ex wird zu einem Zeitpunkt gestartet, zu dem eine NO_x-Adsorptionsmenge in dem Reduktionskatalysator eine vorbestimmte Menge erreicht. Die Katalysatortemperatur wird graduell von der Untersuchungsstarttemperatur Ts zu dem Zufuhrstartzeitpunkt gesteigert und der NO_x-Sensor misst eine NO_x-Menge, die aus der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 ausströmt. Die NO_x-Ausstrommenge, die auf diese Weise gemessen wird, entspricht der NO_x-Separationsmenge, die in der ersten Ausführungsform beschrieben wird.
Durchgezogene Linien L11, L21 und L31 in 16 bis 18 bezeichnen einen Zusammenhang zwischen der NO_x-Ausstrommenge, die wie oben beschrieben gemessen wird, und der Katalysatortemperatur. Durchgezogene Linien L10, L20 und L30 in 16 bis 18 geben einen Zusammenhang zwischen der NO_x-Ausstrommenge und der Katalysatortemperatur an, wenn die Katalysatortemperatur von der Untersuchungsstarttemperatur Ts ohne Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels gesteigert wird. Die Testergebnisse der durchgezogenen Linien L10, L20 und L30 ähneln den Testergebnissen in 8 und deuten auf eine Separation in zwei Stufen, eines ersten Separationstemperaturbereichs und eines zweiten Separationstemperaturbereichs, hin.
Die durchgezogenen Linien L11, L21 und L31 deuten darauf hin, dass die NO_x-Ausstrommenge durch Zuführen des reformierten Reduktionsmittels verringert wird. Ein Abnahmeverhältnis ist eine Herausreinigungsrate von NO_x. Insbesondere entspricht ein Verhältnis eines integrierten Wertes der durchgezogenen Linie L11, L21 und L31 zu einem integrierten Wert der durchgezogenen Linie L10, L20 und L30 der Herausreinigungsrate. Wenn Ts = 100°C beträgt die Herausreinigungsrate 18%. Wenn Ts = 125°C beträgt die Herausreinigungsrate 42%. Wenn Ts = 150°C beträgt die Herausreinigungsrate 91%. Somit deuten die Testergebnisse der durchgezogenen Linien L11, L21 und L31 darauf hin, dass die Herausreinigungsrate abhängig von der Untersuchungsstarttemperatur Ts stark variiert. Die Erfinder haben bestätigt, dass die Untersuchung bei einer Ts von 175°C durchgeführt wurde und die Herausreinigungsrate 81% betrug. Anhand der Testergebnisse wird erwartet, dass die Herausreinigungsrate 70% beträgt, wenn Ts = 200°C und das die Herausreinigungsrate 55% beträgt, wenn Ts = 250°C.
19 stellt eine Sammlung der Testergebnisse dar. 19 stellt dar, das die Herausreinigungsrate den maximalen Wert aufweist, wenn die Untersuchungsstarttemperatur Ts, das heißt, die Reduktionsmittelzufuhrstarttemperatur, auf 150°C festgelegt wird. In anderen Worten, wenn die Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels bei einer Temperatur gestartet wird, die geringer ist als 150°C, wird die Herausreinigungsrate verringert. Da die Temperatur von 150°c weiterhin gesteigert wird, ist die Herausreinigungsrate sogar verringert, wenn die Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels gestartet wird.
Dementsprechend ist, wenn die oben beschriebenen Testergebnisse berücksichtigt werden, wenn das reformierte Reduktionsmittel unter der Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung in 15 zugeführt wird, die Zufuhr des reformierten Reduktionsmittel bei einer Temperatur, die niedriger ist als 150°C, verboten. Wenn die Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels zu einem Zeitpunkt gestartet wird, an dem die Temperatur so gesteigert ist, dass sie 150°C erreicht, wird festgestellt, dass die Herausreinigungsrate den Maximalwert aufweist. Das heißt, es ist wünschenswert, dass die für die Ermittlung von Schritt S13a in 15 verwendete untere Grenztemperatur auf 150°C festgelegt wird.
Die Testergebnisse deuten darauf hin, dass eine Veränderung der Herausreinigungsrate für eine Veränderung einer Zufuhrstarttemperatur in einem Bereich auf einer Temperaturseite, die niedriger ist als 150°C, groß ist, im Vergleich zu einem Bereich einer Hochtemperaturseite. Das heißt, wenn die Zufuhr bei einer Temperatur gestartet wird, die um 50°C niedriger ist als 150°C, ist die Herausreinigungsrate auf 18% verringert. Andererseits ist die Herausreinigungsrate sogar wenn die Zufuhr bei einer Temperatur gestartet wird, die um 50°C höher ist als 150°C, die Herausreinigungsrate nicht auf 18% verringert und wird mit 70% aufrechterhalten. Dementsprechend entspricht, wenn ein Temperaturbereich der 150°C umfasst und bewirkt, dass die Herausreinigungsrate gleich ist wie eine vorbestimmte Herausreinigungsrate oder größer, festgelegt wird, ein durchschnittlicher Wert des Temperaturbereichs einer Temperatur die höher ist als 150°C. Ein Temperaturbereich der sicherstellt, dass die Herausreinigungsrate oder größer gleich 80% ist, reicht zum Beispiel von 140°C bis 180°C. Der durchschnittliche Wert ist 160°C, was höher ist als 150°C.
Dementsprechend ist es, wenn die untere Grenztemperatur festgelegt wird, wünschenswert, dass der Festlegungsbereich so festgelegt wird, dass er ein Bereich ist, in dem eine Temperatur, die höher ist als 150°C einen durchschnittlichen Wert aufweist, ein Bereich, der 150°C umfasst und ein Bereich eines Niedrigtemperaturbereichs, in dem die Aktivierungstemperatur des Katalysators nicht umfasst ist. Zum Beispiel ist es wünschenswert, dass die untere Grenztemperatur so festgelegt wird, dass sie einen Bereich von 140°C bis 180°C ist. Schlussfolgernd deuten die Testergebnisse darauf hin, dass wenn die Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels gestartet wird, wenn der Niedrigtemperaturzustand und der Überseparationszustand vorliegen, wenn die Katalysatortemperatur niedriger ist als die untere Grenztemperatur, das Erhalten der ausreichenden Herausreinigungsrate unmöglich ist, sogar wenn die Zufuhr gestartet wird.
Bezüglich der Gründe, die ein solches Phänomen bewirken, nehmen die Erfinder das Folgende an. Das heißt, Feuchtigkeit ist in einem Abgas enthalten. Die Feuchtigkeit eines Gases in einem Abgas, das in die NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 strömt, kondensiert an dem Katalysator und wird somit flüssig. Auf diese Weise wird eine Reaktion von dem in dem Katalysator adsorbierten NO_x mit dem reformierten Reduktionsmittel in einem Nasszustand unterbrochen, in dem kondensiertes Wasser dem Katalysator anhaftet. Aus diesem Grund, wird, wenn die Katalysatortemperatur niedriger ist als eine Verdampfungstemperatur von Wasser, das heißt, 100°C, da der Nasszustand auftritt, in dem viel kondensiertes Wasser anhaftet, NO_x kaum herausgereinigt, sogar wenn das reformierte Reduktionsmittel zugeführt wird. Wenn die Katalysatortemperatur gesteigert wird, sodass sie gleich 100°C oder höher ist, verdampft das kondensierte Wasser und der Katalysator beginnt zu trocknen. Allerdings bleibt noch zu einem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur auf 100°C gesteigert ist, kondensiertes Wasser zurück. Somit wird angenommen, dass immer noch viel kondensiertes Wasser verbleibt, wenn die Temperatur auf 125°C gesteigert wird.
Dementsprechend kann, wenn die Zeit, zu der das kondensierte Wasser verdampft ist und der Kondensator sich in einem Trockenzustand befindet, früher werden, die Zufuhrstartzeit des reformierten Reduktionsmittels in einer Situation, in der eine Reaktion nicht unterbrochen wird, früher werden, und ein Temperaturbereich, der ermöglicht, dass die ausreichende Herausreinigungsrate erzielt wird, kann zu einer Niedrigtemperaturseite ausgedehnt werden. Wenn allerdings das reformierte Reduktionsmittel in dem Nasszustand zugeführt wird, verhindert das reformierte Reduktionsmittel die Verdampfung des kondensierten Wassers und verhindert ein früheres Auftreten des Trockenzustandes. Dementsprechend kann, wenn der Nasszustand in dem Vorgang einer Steigerung der Katalysatortemperatur auftritt, wenn das Auftreten des Trockenzustandes ohne Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels auf Stand-By ist, der Trockenzustand früh auftreten. Schlussfolgernd wird, wenn die Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels früh gestartet werden kann, eine Zeitspanne des Nasszustandes lang und eine Zeitspanne einer niedrigen Herausreinigungsrate wird aufgrund der Beeinflussung des kondensierten Wassers lang.
Tatsächlich ist bekannt, dass NO_x kaum herausgereinigt werden kann, insbesondere in einem Bereich von 160°C bis 290°C (d. h. einen ersten Separationstemperaturbereich), wenn die Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels bei 100°C gestartet wird, wie mit der durchgezogenen Linie L11 in 16 dargestellt. Andererseits ist bekannt, dass nachdem ein Zustand, in dem die Katalysatortemperatur 100°C beträgt, für eine lange Zeitspanne gehalten wurde, um ein ausreichenden Trocknen durchzuführen, wenn die Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels gestartet wird und die NO_x-Menge in dem Zustand bei 100°C gemessen wird, eine sehr hohe Herausreinigungsrate erzielt wird, wie durch die durchgezogene Linie L12 in 16 dargestellt. Schlussfolgernd entspricht ein Unterschied der Untersuchungsbedingungen zwischen der durchgezogenen Linie L11 und der durchgezogenen Linie L12 einem Unterschied zwischen Nasszustand und einem Trockenzustand. Die Testergebnisse unterstützen die Annahme, dass das kondensierte Wasser die Reaktion von NO_x mit dem reformierten Reduktionsmittel verändert.
Wenn andererseits ein Start der Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels übermäßig verzögert wird, ist die Herausreinigung von NO_x für eine Zeitspanne, bis die Zufuhr gestartet wird, unmöglich. Somit wird die Herausreinigung für die Zeitspanne nicht durchgeführt und NO_x, das von der NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 ausgestoßen wird, wird mehr. Dementsprechend wird, wie in 19 dargestellt, wenn die Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels bei einer Temperatur gestartet wird, die höher ist als 150°C, das heißt, wenn ein Start der Zufuhr verzögert wird, die NO_x-Herausreinigungsrate verringert.
In den Untersuchungen der 16 bis 18 wird NO_x bei verschiedenen Katalysatortemperaturen für eine Zeitspanne adsorbiert, bis das reformierte Reduktionsmittel zugeführt wird. In einer Untersuchung allerdings, die durch die durchgezogenen Linien L0, L1, L2 und L3 in 20 dargestellt ist, wird NO_x bei der gleichen Katalysatortemperatur für die Zeitspanne adsorbiert. Insbesondere, wird NO_x in einem Zustand adsorbiert, in dem die Katalysatortemperatur bei 100°C gehalten wird. Der Einstrom von NO_x wird gestoppt und der NO_x-Sensor misst die NO_x-Ausstrommenge bei einem graduellen Anstieg der Katalysatortemperatur von 100°C zu einem Zeitpunkt, zu dem die NO_x-Adsorptionsmenge eine vorbestimmte Menge erreicht. Dann wird die Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels in die Abgasleitung 10ex zu einem Zeitpunkt gestartet zu dem die Katalysatortemperatur eine vorbestimmte Zufuhrstarttemperatur erreicht. Die Zufuhrstarttemperatur beträgt in einem Fall der durchgezogenen Linie L1 100°C, in einem Fall der durchgezogenen Linie L2 150°C und in einem Fall der durchgezogenen Linie L3 200°C. Die durchgezogene Linie L0 zeigt ein Testergebnis, für den Fall, dass das reformierte Reduktionsmittel nicht zugeführt wird.
Wenn die Zufuhr bei 150°C gestartet wird, wie mit der durchgezogenen Linie L2 dargestellt, ist die NO_x-Ausstrommenge für eine Zeitspanne bis zum Start der Zufuhr gesteigert aber die NO_x-Ausstrommenge wird simultan mit dem Start der Zufuhr verringert. Als ein Ergebnis kann ein Maximalwert der NO_x-Ausstrommenge in dem ersten Separationstemperaturbereich im Vergleich zu einem Maximalwert in einem Fall der durchgezogenen Linie L0 bedeutend verringert werden. Als Nächstes kann, in dem zweiten Separationstemperaturbereich, eine Steigerung der NO_x-Ausstrommenge ebenfalls ausreichend unterdrückt werden und die hohe Herausreinigungsrate kann erzielt werden. Das Testergebnis stimmt damit überein, dass die Herausreinigungsrate bei 150°C in 19 hoch ist.
Wenn die Zufuhr bei 100°C gestartet wird, wie mit der durchgezogenen Linie L1 dargestellt, kann der NO_x-Ausstrom stärker unterdrückt werden als der in dem Fall der durchgezogenen Linie L0 in einem Temperaturbereich bis ungefähr 140°C. Die NO_x-Ausstrommenge ist allerdings unabhängig von der Zufuhr des reformierten Reduktionsmittels in einem Bereich einer Temperatur gesteigert, die höher ist als ungefähr 140°C. Ein Maximalwert der NO_x-Ausstrommenge in dem ersten Separationstemperaturbereich ist größer als ein Maximalwert der durchgezogenen Linie L2. Außerdem wird die ausreichende Herausreinigungsrate sogar in dem nächsten zweiten Separationstemperaturbereich nicht erzielt. Das Testergebnis stimmt damit überein, dass die Herausreinigungsrate bei 100°C in 19 niedrig ist.
Wenn die Zufuhr bei 200°C gestartet wird, wie mit der durchgezogenen Linie L3 dargestellt, ist die NO_x-Ausstrommenge für eine Zeitspanne bis zum Beginn der Zufuhr gesteigert, aber die NO_x-Ausstrommenge wird simultan mit dem Start der Zufuhr verringert. Dann kann ähnlich wie bei der durchgezogenen Linie L2 die NO_x-Ausstrommenge ausreichend sowohl in dem ersten Separationstemperaturbereich als auch in dem zweiten Separationstemperaturbereich unterdrückt werden. Da allerdings die Zufuhrstartzeit verzögert ist, wird die ausreichende Herausreinigungsrate aufgrund der großen NO_x-Ausstrommenge für die Zeitspanne bis zum Start der Zufuhr nicht erzielt. Das Testergebnis stimmt damit überein, dass die Herausreinigungsrate bei 200°C in 19 niedrig ist.
In den obigen Beschreibungen in dieser Ausführungsform legt der als das Niedrigtemperaturreinigungssteuermittel wirkende Mikrocomputer 81 als eine Bedingung fest, dass die Temperatur des Reduktionskatalysators gleich der unteren Grenztemperatur oder höher ist, und führt das reformierte Reduktionsmittel in die Abgasleitung 10ex zu. Die untere Grenztemperatur wird so festgelegt, dass sie gleich wie die Verdampfungstemperatur von Wasser ist oder höher und geringer als die Aktivierungstemperatur des Katalysators ist. Insbesondere, wird die für die Untersuchung des Schritts S13A verwendet die untere Grenztemperatur auf 150°C festgelegt.
Wie oben beschrieben, wird eine Reaktion von dem reformierten Reduktionsmittel und NO_x verhindert, wenn der Nasszustand auftritt, indem das kondensierte Wasser dem Reduktionskatalysator anhaftet. Unter Berücksichtigung dieses Punktes ist, wenn die untere Grenztemperatur die so festgelegt wird, dass sie niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, so festgelegt wird, dass sie gleich wie die Verdampfungstemperatur von Wasser, das heißt, 100°C oder höher, das reformierte Reduktionsmittel in einer Situation zugeführt, in der ein eine Nässemenge gering ist. Somit kann die Verschlechterung der Herausreinigungsrate aufgrund des kondensierten Wassers unterdrückt werden.
Außerdem wird die untere Grenztemperatur in dieser Ausführungsform auf 150°C festgelegt. Somit kann wie in 19 dargestellt, die Herausreinigungsrate den maximalen Wert aufweisen. Wenn die Temperatur so festgelegt wird, dass sie gleich ist wie die Verdampfungstemperatur von Wasser oder höher und niedriger als die Aktivierungstemperatur des Katalysators, kann die untere Grenztemperatur einen anderen Wert als 150°C aufweisen. Zum Beispiel kann, wenn die untere Grenztemperatur so festgelegt wird, dass sie gleich 150°C oder höher ist, wie in 19 dargestellt, die Herausreinigungsrate schnell gesteigert werden. Somit kann eine Verbesserung der Herausreinigungsrate beschleunigt werden. Da die Herausreinigungsrate oder größer gleich 80% sein kann, wie in 19 dargestellt, wenn die untere Grenztemperatur, die so festgelegt wird, dass sie niedriger ist als die Aktivierungstemperatur, so festgelegt wird, dass sie gleich 140°C oder höher und niedriger als 180°C ist, ist die untere Grenztemperatur angemessen.
(Vierte Ausführungsform)
Die ECU 80 nach der dritten Ausführungsform legt im Schritt S13 von 15 die Ermittlung als eine Bedingung fest, dass die Katalysatortemperatur gleich ist wie die untere Grenztemperatur oder höher, und führt die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung durch. In dieser Ausführungsform hingegen wird eine dem Reduktionskatalysator anhaftende Feuchtigkeitsmenge Qw geschätzt und die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung wird durch als eine Bedingung festlegen, dass der geschätzte Wert gleich ist wie ein Schwellenwert Qth oder größer, durchgeführt.
Eine ECU 80 führt das in 21 dargestellte Verfahren durch, sodass die Steuerung durchgeführt wird. In dem Verfahren von 21 ist der in 15 dargestellte Verfahrensschritt S13A zu den in 21 dargestellten Vorgängen der Schritte S13B und 13C geändert. Der Vorgang des Schrittes S13B wird durchgeführt, wenn in S11 ermittelt wird, dass der Niedrigtemperaturzustand auftritt und in Schritt S13 ermittelt wird, dass der Überseparationszustand auftritt.
Im Schritt S13B wird die dem Reduktionskatalysator anhaftende Feuchtigkeitsmenge Qw geschätzt. Insbesondere wird die anhaftende Feuchtigkeitsmenge Qw basierend auf der Katalysatortemperatur zu einem Zeitpunkt zu dem die Schätzung durchgeführt wird, und einem Verlauf einer Veränderung der Katalysatortemperatur bis zu dem Zeitpunkt geschätzt. Der geschätzte Wert wird basierend auf einer in dem Abgas zu dem Zeitpunkt enthaltenen Feuchtigkeitsmenge und einem Verlauf einer Veränderung der Feuchtigkeitsmenge bis zu dem Zeitpunkt korrigiert.
Wenn zum Beispiel die Katalysatortemperatur steigt, wird geschätzt, dass die anhaftende Feuchtigkeitsmenge Qw einen höheren Wert aufweist. Da ein integrierter Wert der Temperaturen, der basierend auf dem Verlauf der Veränderung der Katalysatortemperatur bis zu dem Zeitpunkt abnimmt, wird geschätzt, dass die Feuchtigkeitsanhaftungsmenge Qw einen höheren Wert aufweist. Da die in dem Abgas enthaltene Feuchtigkeitsmenge zu dem Zeitpunkt zunimmt, wird geschätzt, dass die Feuchtigkeitsanhaftungsmenge Qw einen höheren Wert aufweist. Da ein integrierter Wert der Feuchtigkeitsmengen der basierend auf dem Verlauf einer Veränderung der Feuchtigkeitsmenge bis zu dem Zeitpunkt berechnet wird, zunimmt, wird geschätzt, dass die Feuchtigkeitsanhaftungsmenge Qw einen höheren Wert aufweist.
Im Schritt S13C wird ermittelt, ob ein im Schritt S13B geschätzter Wert kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert Qth ist. Der Schwellenwert Qth ist ein Wert, der durch eine vorab durchgeführte Untersuchung und dergleichen festgelegt wird.
Wenn ermittelt wird, dass der geschätzte Wert der anhaftenden Feuchtigkeitsmenge kleiner ist als der Schwellenwert Qth, wird im Schritt S15 die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung durchgeführt. Wenn ermittelt wird, dass er gleiche ist wie der Schwellenwert Qth oder größer, wird im Schritt S14 die Adsorptionssteuerung durchgeführt.
In den obigen Beschreibungen nach dieser Ausführungsform schätzt der als das Niedrigtemperatur-Reinigungssteuermittel wirkende Mikrocomputer 81 die Menge der dem Reduktionskatalysator anhaftenden Feuchtigkeit und führt durch als eine Bedingung Festlegen des geschätzten Wertes, der kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert Qth, das reformierte Reduktionmittel in die Abgasleitung 10ex zu. Aus diesem Grund, da das reformierte Reduktionmittel in einer Situation zugeführt wird, in der Nässe nur in geringem Ausmaß vorliegt, kann eine Verschlechterung der Herausreinigungsrate aufgrund von kondensiertem Wasser unterdrückt werden.
(Andere Ausführungsformen)
Bisher wurden bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die vorliegende Offenbarung ist allerdings nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann verschiedenartig verändert und wie unten beispielhaft dargestellt ausgeführt werden. Zusätzlich zu der Kombination von Komponenten, für welche die Möglichkeit der bestimmten Kombination in jeder der Ausführungsformen genannt ist, können die Ausführungsformen, sogar wenn im Einzelnen keine Angabe dazu vorliegt, teilweise miteinander kombiniert werden, solange durch die Kombination kein Problem auftritt.
In der ersten Ausführungsform wird in einem Zustand, in dem die NO_x-Separationsmenge oder größer gleich der vorbestimmten Menge ist, ermittelt, dass der Überseparationszustand vorliegt. Die für die Ermittlung verwendete vorbestimmte Menge kann auf null festgelegt werden. Das heißt, das reformierte Reduktionmittel kann zu einem Zeitpunkt zugeführt werden, zu dem die Katalysatortemperatur gesteigert ist und die Separationsstarttemperatur Tb erreicht.
In der Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung nach der ersten Ausführungsform wird die Zufuhrmenge des reformierten Reduktionmittels gesteigert wenn die NO_x-Separationsmenge größer wird. Die Zufuhrmenge des reformierten Reduktionmittels bei der Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung hingegen kann unabhängig von der NO_x-Separationsmenge konstant sein.
In der ersten Ausführungsform stelle in der Entladung Reaktor 20 und die Heizvorrichtung 30 das Reformierungsmittel zum Reformieren des Reduktionmittels bereit. Andererseits kann der Entladungsreaktor 20 entfernt werden und das Heizelement 30 kann als das Reformierungsmittel wirken. Das heißt, wenn das Heizelement 30 den Treibstoff auch so heizt, dass er mit Sauerstoff reagiert wenn kein Ozon vorliegt, kann der Treibstoff teilweise oxidiert werden. Wenn Biegedeformierung allerdings durch Verwenden von Ozon durchgeführt wird, kann eine Reaktion (eine in 10 dargestellte Reaktion) der NO_x-Herausreinigung durch die Niedrigtemperatur-Reinigungssteuerung beschleunigt werden.
In der ersten Ausführungsform wird, wenn die Katalysatortemperatur gleich ist wie die Aktivierungstemperatur (in dem Hochtemperaturzustand) oder höher, die Hochtemperatur-Reinigungssteuerung durchgeführt. In der Hochtemperatur-Reinigungssteuerung werden Sauerstoff und Ozon dem durch das Heizelement 30 erwärmten Treibstoff zugeführt und somit wird der Treibstoff teilweise oxidiert. Wenn die Katalysatortemperatur hingegen gleich wie die Aktivierungstemperatur oder höher ist, wenn die Katalysatortemperatur gleich wie eine erste Temperatur (zum Beispiel 350°C), die höher ist als die Aktivierungstemperatur, oder höher ist, kann der erwärmte Treibstoff in einem Zustand teilweise oxidiert werden, in dem die Zufuhr des Ozons gestoppt ist und Sauerstoff zugeführt wird. Wenn die Temperatur eine hohe Temperatur ist, die gleich wie die erste Temperatur oder höher ist, wird der Treibstoff teilweise und ausreichend oxidiert, sogar wenn kein Ozon zugeführt wird. Somit kann, wenn die Zufuhr wie oben beschrieben gestoppt wird, der Stromverbrauch in dem Entladungsreaktor 20 verringert werden.
Hier wird ein Teil des reformierten Treibstoffs, der teilweise oxidiert ist, in einem Bereich, in dem die Katalysatortemperatur sich auf einer Temperaturseite befindet, die höher ist als eine zweiten Temperatur (zum Beispiel 400°C), was höher ist als die erste Temperatur, vollständig oxidiert und zu Kohlenstoffdioxid und Wasser umgewandelt (Oxidationsmodifikation), bevor NO_x reduziert wird. Somit ist die NO_x-Reduktionskapazität verloren. Aus diesem Grund wird, wenn die Reformierung durch die teilweise Reformierung nicht durchgeführt wird, die Herausreinigungsrate verbessert. Unter Berücksichtigung dieses Punktes kann, wenn die Katalysatortemperatur gleich wie die zweite Temperatur oder höher ist, einen Betrieb des Entladungsreaktors 20 gestoppt werden und ein Betrieb der Luftpumpe 20p kann auch gestoppt werden. Eine Zufuhr sowohl des Ozons als auch der Luft (des Sauerstoffs) kann gestoppt werden so dass die Reformierung nicht durchgeführt wird.
Im Hinblick auf die erste Ausführungsform, wird die Reformierung so durchgeführt, dass einen Prozentanteil des in dem Reduktionmittel umfassten Aldehyds ein vorbestimmter Prozentanteil (zum Beispiel 10%) wird. Andererseits kann der Prozentanteil des Aldehyds, der NO_x-Menge entsprechend, variabel festgelegt werden. Das reformierte Reduktionsmittel in der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf das enthalten von Aldehyd beschränkt. Die Erfinder bestätigen durch die Untersuchung, dass, wenn ein Aldehyd enthalten ist, so dass ein Prozentanteil aufgewiesen wird, der gleich ist wie ein vorbestimmter Prozentanteil oder größer, eine Wirkung der Niedrigtemperaturreinigung, die in 10 dargestellt ist, signifikant vorgewiesen wird.
In der Ausführungsform wird der Silber enthaltende Katalysator als der Reduktionskatalysator verwendet. Allerdings ist die vorliegende Offenbarung nicht auf einen solchen Silberkatalysator beschränkt. Zum Beispiel kann ein Kupfer oder Eisen enthaltender Katalysator als der Reduktionskatalysator verwendet werden.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird die Luft dem Entladungsreaktor 20 durch die Luftpumpe 20p zugeführt. Andererseits kann ein Teil der Zuluft in dem Verbrennungsmotor 10 abgeteilt werden und in den Entladungsreaktor 20 strömen. Insbesondere kann eine Hochtemperaturzuluft, bevor sie durch den Kühler 12 gekühlt wird, abgeteilt werden, so dass sie in den Entladungsreaktor 20 strömt.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird der Reduktionskatalysator für das physische Aufnehmen (das heißt, Anziehen) von NO_x verwendet. Allerdings kann die reduktionmittelzuführende Vorrichtung auf ein Verbrennungssystem angewendet werden, in dem ein Reduktionskatalysator für ein chemisches Kombinieren von NO_x verwendet wird, sodass NO_x aufgenommen (okkludiert) wird.
Die reduktionmittelzuführende Vorrichtung kann an einem Verbrennungssystem angewendet werden, in dem, wenn der Verbrennungsmotor 10 eine Verbrennung in einem Magerzustand von einem theoretischen Verbrennungsluftverhältnis durchführt, die NO_x-Herausreinigungsvorrichtung 15 das NO_x aufnimmt und NO_x zu einer Zeit abgesehen von der Magerverbrennung reduziert wird. In diesem Fall kann Ozon während der Magerverbrennung erzeugt werden und der reformierte Treibstoff kann in einem Fall, abgesehen von der Magerverbrennung, erzeugt werden. Ein bestimmtes Beispiel des Katalysators zum Aufnehmen von NO_x bei der Magerverbrennung auf diese Weise umfasst einen Reduktionskatalysator der durch Platin und Barium okkludiert ist, die in einem Trägerteil gehalten werden.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird die reduktionmittelzuführende Vorrichtung auf das Verbrennungssystem angewendet, das in ein Fahrzeug eingebaut ist. Andererseits kann die reduktionmittelzuführende Vorrichtung auf ein stationäres Verbrennungssystem angewendet werden. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird die reduktionmittelzuführende Vorrichtung auf einen Kompression-Selbstzündungs-Dieselmotor angewendet und Leichtöl, das für die Verbrennung verwendet wird, wird als das Reduktionmittel verwendet. Andererseits kann die reduktionmittelzuführende Vorrichtung an einem Funkenzündungs-Benzinmotor angewendet werden und Benzin, das als Treibstoff für die Verbrennung verwendet wird, kann als das Reduktionmittel verwendet werden.
In der in 15 dargestellten Ausführungsform wird unabhängig von der in dem Abgas enthaltenen Feuchtigkeitsmenge und dem Verlauf der Veränderung der Feuchtigkeitsmengen die Zufuhr des reformierten Reduktionmittels zu einer Zeit gestartet, zu der die Katalysatortemperatur auf 150°C gesteigert ist, was die untere Grenztemperatur ist. Andererseits kann der Wert der unteren Grenztemperatur dem Verlauf der Feuchtigkeitsmengen entsprechend verändert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000-54833 A [0002]

Claims

Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung, die in einem Verbrennungssystem mit einer in einer Abgasleitung (10ex) angeordneten NO_x-Herausreinigungsvorrichtung (15) angeordnet ist, und die in einem Abgas eines Verbrennungsmotors (10) enthaltenes NO_x mit einem Reduktionskatalysator herausreinigt, wobei die Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung ein Reduktionsmittel aus einer Kohlenwasserstoffverbindung stromauf des Reduktionskatalysators in die Abgasleitung zuführt, wobei die Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung umfasst: ein Reformierungsmittel (20, 30) zum Reformieren des Reduktionsmittels durch teilweises Oxidieren des Reduktionsmittels; ein Hochtemperaturreinigungs-Steuermittel (S12) zum Zuführen des durch das Reformierungsmittel reformierten Treibstoffes in die Abgasleitung während eines Hochtemperaturzustandes, in dem eine Temperatur des Reduktionskatalysators größer oder gleich einer Aktivierungstemperatur; ein Bestimmungsmittel (S13) zum Bestimmen ob ein Überseparationszustand, in dem eine Separationsmenge des in dem Reduktionskatalysator adsorbierten NO_x größer oder gleich einem vorbestimmter Wert ist, während eines Niedrigtemperaturzustandes auftritt, in dem die Temperatur des Reduktionskatalysators niedriger ist als die Aktivierungstemperatur; ein Adsorptionssteuermittel (S14) zum Stoppen der Zufuhr des Reduktionsmittels und Bewirken, dass NO_x in dem Reduktionskatalysator gespeichert wird, wenn der Niedrigtemperaturzustand auftritt und das Bestimmungsmittel die negative Bestimmung vornimmt, dass der Überseparationszustand nicht auftritt; und ein Niedrigtemperatursteuermittel (S15) zum Zuführen des durch das Reformierungsmittel reformierten Reduktionsmittels in die Abgasleitung, wenn der Niedrigtemperaturzustand auftritt und das Bestimmungsmittel die positive Bestimmung vornimmt, dass der Überseparationszustand auftritt.
Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein NO_x-Adsorptionsmengenschätzmittel (S40) zum Schätzen einer Menge der Adsorption von NO_x in dem Reduktionskatalysator; ein Schwefeladsorptionsmengenschätzmittel (S41) zum Schätzen einer Menge der Absorption von Schwefel in dem Reduktionskatalysator; und ein Temperaturerfassungsmittel (S43) zum Erfassen der Temperatur des Reduktionskatalysators, wobei das Bestimmungsmittel basierend auf einer NO_x-Absorptionsmenge, die von den NO_x-Adsorptionsmengenschätzmittel geschätzt wurde, einer Schwefeladsorptionsmenge, die durch das Schwefeladsorptionsmengenschätzmittel geschätzt wurde, und der Temperatur des Reduktionskatalysators, die durch das Temperaturerfassungsmittel erfasst wurde, bestimmt, ob der Überseparationszustand auftritt.
Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen NO_x-Sensor (97), der in der Abgasleitungsstrom ab des Reduktionskatalysators angeordnet ist und eine in dem Abgas enthaltene Menge an NO_x erfasst, wobei das Bestimmungsmittel basierend auf einem Erfassungswert des NO_x-Sensors bestimmt ob der Überseparationszustand auftritt.
Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Niedrigtemperatursteuermittel ein Ausmaß des Zuführens des durch das Reformierungsmittel reformierten Reduktionsmittels steigert, wenn eine separierende Menge des in dem Reduktionskatalysator adsorbierten NO_x steigt.
Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Reduktionskatalysator eine Substanz ist, die zumindest Silber enthält.
Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Reformierungsmittel ein Heizmittel (30) zum Erwärmen des Reduktionsmittels umfasst, das Reformierungsmittel durch ein Durchführen einer teilweisen Oxidation mit in der Luft enthaltenem Sauerstoff das Reduktionsmittel reformiert, dass durch das Heizmittel auf eine vorbestimmte Temperatur oder mehr erwärmt wurde.
Reduktionsmittelzuführende Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Reformierungsmittel eine Ozonerzeugungsvorrichtung (20) umfasst, die Ozon erzeugt, und das Reformierungsmittel bewirkt, dass das durch die Ozonerzeugungsvorrichtung erzeugte Ozon in einer Luft zum Oxidieren des Reduktionmittels enthalten ist.
Reduktionmittel zuführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Niedrigtemperatur-Reinigungssteuermittel unter der Bedingung, dass die Temperatur des Reduktionskatalysators größer oder gleich einer vorbestimmten unteren Grenztemperatur ist, das durch das Reformierungsmittel reformierte Reduktionmittel in die Abgasleitung zuführt, und die untere Grenztemperatur so festgelegt wird, dass sie größer oder gleich einer Verdampfungstemperatur von Wasser und niedriger als die Aktivierungstemperatur ist.
Reduktionmittel zuführende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die untere Grenztemperatur so festgelegt wird, dass sie größer oder gleich 125°C und niedriger als die Aktivierungstemperatur ist.
Reduktionmittel zuführende Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die untere Grenztemperatur so festgelegt wird, dass sie größer oder gleich 140°C und niedriger als 180°C ist, wenn die Aktivierungstemperatur größer oder gleich 180°C ist.
Reduktionmittel zuführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die untere Grenztemperatur auf 150°C festgelegt ist.
Reduktionmittel zuführende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Niedrigtemperatursteuermittel eine dem Reduktionskatalysator anhaftende Menge an Wasser schätzt und unter einer Bedingung, dass ein geschätzter Wert kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, das durch das Reformierungsmittel reformierte Reduktionmittel in die Abgasleitung zuführt.