DE102015117275A1

DE102015117275A1 - Abgasemissionssteuersystem

Info

Publication number: DE102015117275A1
Application number: DE102015117275.5A
Authority: DE
Inventors: Arifumi Matsumoto; Toru Kidokoro; Taiga Hagimoto; Kenji Furui; Akifumi Uozumi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2016-04-21
Anticipated expiration: 2035-10-10
Also published as: JP2016079883A; DE102015117275B4; JP6112093B2

Abstract

In einem Abgasemissionssteuersystem, das eingerichtet ist, um eine Menge an NH3 zu schätzen, die von einem SCR-Katalysator adsorbiert wird, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, ist ein Gegenstand der Erfindung beim erneuten Start des Verbrennungsmotors zu unterdrücken, dass ein geschätzter Wert der adsorbierten Menge an NH3 wesentlich kleiner als die tatsächliche adsorbierte Menge an NH3 ist. Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird in dem Abgasemissionssteuersystem, das eine reduzierte Menge an NH3 während einer Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors von einer während einer Stoppzeit adsorbierten Menge an NH3 subtrahiert, die eine Menge an NH3 ist, die von einem SCR-Katalysator beim vorherigen Stopp des Verbrennungsmotors adsorbiert wird, um eine während der Startzeit adsorbierte Menge an NH3 zu schätzen, die eine Menge an NH3 ist, die von dem SCR-Katalysator beim erneuten Start des Verbrennungsmotors adsorbiert wird, wobei wenn die Menge an NH3, die während der Stoppzeit adsorbiert wird, größer als ein spezifizierter Schwellenwert ist, eine Differenz, die durch Subtrahieren der reduzierten Menge an NH3 von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH3 erlangt wird, als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH3 geschätzt wird. Wenn die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH3 gleich dem spezifizierten Schwellenwert oder kleiner als dieser ist, wird die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH3 als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH3 eingestellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasemissionssteuersystem für einen Verbrennungsmotor und genauer eine Methode zur Schätzung der Menge an NH₃, die durch einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, adsorbiert wird.
Beschreibung des Fachgebiets
Ein herkömmlicher Aufbau eines Abgasemissionssteuersystems für einen Verbrennungsmotor, der in einem Fahrzeug oder dergleichen befestigt ist, beinhaltet einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) und eine Zugabevorrichtung, die ein Additiv, das entweder Ammoniak (NH₃) oder eine Vorläufersubstanz von NH₃ ist, der Abgasreinigungsvorrichtung zuführt. Dieses Abgasemissionssteuersystem schätzt die von dem SCR-Katalysator adsorbierte Menge an NH₃ (nachfolgend als „adsorbierte Menge an NH₃” genannt) und steuert die Menge einer Zugabe des Additivs, um den geschätzten Wert mit einem Zielwert abzugleichen.
Das von dem SCR-Katalysator adsorbierte NH₃ wird wahrscheinlich von dem SCR-Katalysator freigesetzt oder durch eine Reaktion mit Sauerstoff (O₂) in einem Abgaskanal während einer Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors oxidiert. Wenn der Verbrennungsmotor nach einem Betriebsstopp erneut gestartet wird, wird das Steuern der Zufuhrmenge des Additivs basierend auf der adsorbierten Menge an NH₃ beim vorherigen Stopp wahrscheinlich veranlassen, dass sich die von dem SCR-Katalysator tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ von der Zielmenge wesentlich unterscheidet, und zu einer Verschlechterung der Abgasemission führen.
Um die Zugabemenge des Additivs bis zu einem Niveau, das mit der tatsächlich von dem SCR-Katalysator adsorbierten Menge an NH₃ konsistent ist, zu steuern, wenn der Verbrennungsmotor nach einem Betriebsstopp erneut gestartet wird, gibt es dementsprechend einen Bedarf, die adsorbierte Menge an NH₃ beim erneuten Start zu schätzen, indem eine Reduktion der adsorbierten Menge an NH₃ (nachfolgend als „reduzierte Menge an NH₃ genannt) während einer Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors berücksichtigt wird. Ein herkömmliches Verfahren zur Schätzung der reduzierten Menge an NH₃ schätzt die reduzierte Menge an NH₃ basierend auf der Dauer der Stoppzeit des Verbrennungsmotors und auf einer Schwankung der Umgebungstemperatur während der Stoppzeitdauer (siehe beispielsweise Patentliteratur 1). Patentliteraturen 2 und 3 beschreiben eine Technologie zur Steuerung der Zugabemenge des Additivs, so dass ein NH₃-Schlupf unterdrückt werden kann. Patentliteratur 4 beschreibt eine Technologie zur Korrektur eines geschätzten Werts der adsorbierten Menge von NH₃ auf der Basis der NOx-Reduktionseffizienz des SCR-Katalysators zu einer Zeit, wenn die Zufuhr des Additivs unterbrochen wird, und auf der Zufuhrmenge an NH₃.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2010-209771
Patentliteratur 2: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2010-223178
Patentliteratur 3: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2011-241686
Patentliteratur 4: offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-057591

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Ein SCR-Katalysator ist durch eine kontinuierliche beständige Adsorption einer spezifizierten Menge an NH₃ charakterisiert, sogar in einer Umgebung, in der es wahrscheinlich ist, dass NH₃ freigesetzt wird, oder in einer Umgebung, in der es wahrscheinlich ist, dass NH₃ oxidiert wird. Das Schätzen der reduzierten Menge an NH₃ ohne Berücksichtigung solcher Charakteristika bewirkt, dass ein geschätzter Wert der adsorbierten Menge an NH₃ zum erneuten Start des Verbrennungsmotors wahrscheinlich wesentlich kleiner als die tatsächliche adsorbierte Menge an NH₃ ist.
Die vorliegende Erfindung wurde mit Blickwinkel auf die vorstehend beschriebenen Umstände in einem Abgasemissionssteuersystem, das eingerichtet ist, um eine von einem SCR-Katalysator, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist, adsorbierte Menge an NH₃ zu schätzen, gemacht, und ein Gegenstand der Erfindung ist, beim erneuten Start des Verbrennungsmotors zu unterdrücken, dass ein geschätzter Wert der adsorbierten Menge an NH₃ wesentlich kleiner als die tatsächliche adsorbierte Menge an NH₃ ist.
Lösung für das Problem
Um die vorstehenden Probleme zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der Erfindung in einem Abgasemissionssteuersystem, das eine reduzierte Menge an NH₃, die eine Reduktion einer adsorbierten Menge an NH₃ während einer Stoppzeitdauer eines Verbrennungsmotors ist, von einer während einer Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ subtrahiert, die eine Menge an NH₃ ist, die von einem SCR-Katalysator beim vorherigen Stopp des Verbrennungsmotors adsorbiert wird, um eine während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ zu schätzen, die eine Menge an NH₃ ist, die von dem SCR-Katalysator beim Start des Verbrennungsmotors adsorbiert wird, wenn die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ größer als ein spezifizierter Schwellenwert ist, wobei die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ begrenzt ist, um mit dem spezifizierten Schwellenwert gleich oder größer als dieser zu sein. Wenn die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ gleich dem spezifizierten Schwellenwert oder kleiner als dieser ist, wird die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ eingestellt.
Genauer gesagt, gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Abgasemissionssteuersystem geschaffen. Das Abgasemissionssteuersystem umfasst eine Abgasreinigungsvorrichtung, die in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist und mit einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion ausgestattet ist; eine Zugabevorrichtung, die eingerichtet ist, ein Additiv, das entweder Ammoniak oder eine Vorläufersubstanz von Ammoniak ist, dem in die Abgasreinigungsvorrichtung strömenden Abgas hinzuzufügen; und einen Prozessor, der eingerichtet ist, eine adsorbierte Menge an NH₃, die eine Menge an Ammoniak ist, die von dem Katalysator für selektive katalytische Reduktion aus einer Menge an NOx, die in die Abgasreinigungsvorrichtung hineinströmt, adsorbiert wird, und eine Menge des Additivs, das während des Betriebs des Verbrennungsmotors durch die Zugabevorrichtung hinzugefügt wird, als Parameter zu berechnen. Das Abgasemissionssteuersystem kann ferner eine Schätzvorrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, wenn der Verbrennungsmotor nach einem Betriebsstopp erneut gestartet wird, eine reduzierte Menge an NH₃ zu schätzen, die eine Reduktion einer adsorbierten Menge an NH₃ während einer Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors ist, indem zumindest eine Temperatur des Katalysators für selektive katalytische Reduktion beim Stopp des Verbrennungsmotors als Parameter verwendet wird, und die geschätzte reduzierte Menge an NH₃ von einer während einer Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ zu subtrahieren, die ein Ergebnis der Berechnung durch den Prozessor beim Stopp des Verbrennungsmotors ist, um eine während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ zu schätzen, die eine durch den SCR-Katalysator adsorbierte Menge an NH₃ während eines erneuten Starts des Verbrennungsmotors ist. Im Fall, dass die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ größer als ein spezifizierter Schwellenwert ist, kann die Schätzvorrichtung eine Differenz, die durch Subtrahieren der reduzierten Menge an NH₃ von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ erlangt wird, als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ schätzen, wenn die Differenz gleich mit dem spezifizierten Schwellenwert oder größer als dieser ist, während sie den spezifizierten Schwellenwert als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ schätzt, wenn die Differenz kleiner als der spezifizierte Schwellenwert ist. Im Falle, dass die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ gleich dem spezifizierten Schwellenwert oder kleiner als dieser ist, kann die Schätzvorrichtung die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ schätzen.
Der „spezifizierte Schwellenwert” bezeichnet hierin eine adsorbierte Menge an NH₃, die fortlaufend und beständig durch den SCR-Katalysator adsorbierbar ist, sogar wenn die Temperatur des SCR-Katalysators in einem Temperaturbereich ist, bei dem aus dem SCR-Katalysator wahrscheinlich NH₃ freigesetzt wird, oder in einem Temperaturbereich, bei dem eine Reaktion (Oxidation) des NH₃ mit O₂ wahrscheinlich beschleunigt wird.
Bei dem Abgasemissionssteuersystem, das den obigen Aufbau aufweist, wenn der Verbrennungsmotor nach einem Betriebsstopp erneut gestartet wird, schätzt die Schätzvorrichtung eine reduzierte Menge an NH₃, indem die Temperatur des SCR-Katalysators beim Stopp des Verbrennungsmotors als Parameter verwendet wird. Während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors wird das von dem SCR-Katalysator adsorbierte NH₃ von dem SCR-Katalysator freigesetzt oder reagiert mit O₂ in dem Abgaskanal (um oxidiert zu werden). Dies reduziert die adsorbierte Menge an NH₃. Die Menge an NH₃, die von dem SCR-Katalysator freigesetzt wird und die oxidierte Menge an NH₃ korrelieren mit der Temperatur des SCR-Katalysators beim Stopp des Verbrennungsmotors (nachstehend als „Stoppzeit-Katalysatortemperatur” bezeichnet). Beispielsweise wird eine größere Menge an NH₃ von dem SCR-Katalysator freigesetzt und eine größere Menge an NH₃ wird in dem SCR-Katalysator während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors bei einer höheren Stoppzeit-Katalysatortemperatur oxidiert als jene bei einer niedrigeren Stoppzeit-Katalysatortemperatur. Eine Korrelation zwischen der Stoppzeit-Katalysatortemperatur und der reduzierten Menge an NH₃ kann somit experimentell im Voraus bestimmt werden und die reduzierte Menge an NH₃ kann geschätzt werden, indem die Stoppzeit-Katalysatortemperatur als Parameter verwendet wird. Die reduzierte Menge an NH₃ differiert gemäß der Dauer der Stoppzeit (Stoppzeitdauer) des Verbrennungsmotors. Eine Beziehung zwischen der Stoppzeit-Katalysatortemperatur und der reduzierten Menge an NH₃ bezüglich der Stoppzeitdauer kann im Voraus festgelegt werden, und die reduzierte Menge an NH₃ kann unter Verwendung der Stoppzeit-Katalysatortemperatur und der Stoppzeitdauer als Parameter geschätzt werden.
Wenn die reduzierte Menge an NH₃ durch die vorstehend beschriebene Prozedur geschätzt wird, subtrahiert die Schätzvorrichtung die reduzierte Menge an NH₃ von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃, um die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ zu schätzen. Das Schätzen der während der Startzeit adsorbierten Menge an NH₃ unterdrückt auf diese Weise, dass der geschätzte Wert der adsorbierten Menge an NH₃ nach einem erneuten Start des Verbrennungsmotors größer als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ wird, und unterdrückt entsprechend, dass die Menge des Additivs, das durch die Zugabevorrichtung hinzugefügt wird, kleiner als eine Menge ist, die für eine gerade ausreichende Umwandlung von NOx im Abgas (nachstehend als „adäquate Zugabemenge” genannt) erforderlich ist.
Wenn die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ größer als der spezifizierte Wert ist, wird die Menge an NH₃, die durch den SCR-Katalysator adsorbiert wird, während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors reduziert. Wenn auf der anderen Seite die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ gleich dem spezifizierten Schwellenwert oder kleiner als dieser ist, wird die Menge an NH₃, die durch den SCR-Katalysator adsorbiert wird, während der Stoppzeit des Verbrennungsmotors nicht reduziert. Dementsprechend bewirkt eine Schätzung der während der Startzeit adsorbierten Menge an NH₃ durch die Subtraktion der reduzierten Menge an NH₃ von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃, wenn die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ gleich dem spezifizierten Schwellenwert oder kleiner als dieser ist, dass die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ wahrscheinlich wesentlich kleiner als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ ist.
Wenn die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ größer als der spezifizierte Schwellenwert ist, wird die durch den SCR-Katalysator adsorbierte Menge an NH₃ während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors reduziert. Nachdem die durch den SCR-Katalysator adsorbierte Menge an NH₃ auf ein Niveau, das dem spezifizierten Schwellenwert gleich ist, reduziert wird, weist die adsorbierte Menge an NH₃ jedoch keine weitere Reduktion auf. Wenn die Differenz, die durch Subtrahieren der reduzierten Menge an NH₃ von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ erlangt wurde, kleiner als der spezifizierte Schwellenwert ist, bewirkt das Schätzen der Differenz als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃, dass die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ wahrscheinlich wesentlich kleiner als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ ist.
Bei dem Abgasemissionssteuersystem gemäß dem vorstehenden Aspekt schätzt die Schätzvorrichtung in dem Falle, dass die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ gleich dem spezifizierten Schwellenwert oder kleiner als dieser ist, die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃. Das Schätzen der während der Startzeit adsorbierten Menge an NH₃ unterdrückt auf diese Weise, dass die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ wesentlich kleiner als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ wird. In dem Abgasemissionssteuersystem gemäß vorstehendem Aspekt schätzt außerdem die Steuervorrichtung in dem Fall, dass die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ größer als der spezifizierte Schwellenwert ist, ein Niveau, das dem spezifizierten Schwellenwert gleich ist, als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃, wenn die Differenz, die durch Subtrahieren der reduzierten Menge an NH₃ von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ erlangt wird, kleiner als der spezifizierte Schwellenwert ist. Das Begrenzen auf diese Weise der während der Startzeit adsorbierten Menge an NH₃, so dass diese dem spezifizierten Schwellenwert gleich oder größer als dieser ist, unterdrückt effektiver, dass die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ wesentlich kleiner als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ wird.
Die Menge an NH₃, die kontinuierlich und beständig durch den SCR-Katalysator adsorbierbar ist, neigt dazu, bei einer höheren Temperatur des SCR-Katalysators kleiner zu sein als die Menge an NH₃ bei einer niedrigeren Temperatur des SCR-Katalysators. Dementsprechend kann beim Stopp des Verbrennungsmotors der spezifizierte Schwellenwert bei einer höheren Temperatur des Katalysators für selektive katalytische Reduktion auf einen kleineren Wert eingestellt werden als ein Wert, der bei einer niedrigeren Temperatur des Katalysators für selektive katalytische Reduktion eingestellt wird. Das Einstellen des spezifizierten Schwellenwerts reduziert auf diese Weise effektiver eine Differenz zwischen der während der Startzeit adsorbierten Menge an NH₃ und der tatsächlich adsorbierten Menge an NH₃.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Bei dem Abgasemissionssteuersystem, das eine Menge an NH₃ schätzt, die von einem SCR-Katalysator, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, adsorbiert wird, unterdrücken die vorstehenden Aspekte der Erfindung, dass beim erneuten Start des Verbrennungsmotors ein geschätzter Wert der adsorbierten Menge an NH₃ wesentlich kleiner als die tatsächliche adsorbierte Menge an NH₃ ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm, das den schematischen Aufbau eines Abgassystems für einen Verbrennungsmotor, auf das die Anwendung angewendet wird, veranschaulicht;
2 ist ein Graph, der Schwankungen der NOx-Reduktionseffizienz eines SCR-Katalysators zu der Strömungsrate des Abgases, das durch den SCR-Katalysator hindurchströmt, bezüglich verschiedener Temperaturen des SCR-Katalysators zeigt;
3 ist ein Graph, der Schwankungen der oxidierten Menge an NH₃ zu der durch den SCR-Katalysator adsorbierten Menge an NH₃ bezüglich verschiedener Temperaturen des SCR-Katalysators zeigt;
4 ist ein Graph, der Schwankungen der NH₃-Konzentration des Abgases, das aus dem SCR-Katalysator herausströmt, zu der durch den SCR-Katalysator adsorbierten Menge an NH₃ bezüglich verschiedener Temperaturen des SCR-Katalysators zeigt;
5 ist ein Graph, der Schwankungen der reduzierten Menge an NH₃ zu der Stoppzeit-Katalysatortemperatur bezüglich verschiedener Stoppzeitdauern in einer Umgebung höchster Umgebungstemperatur zeigt;
6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der Stoppzeit-Katalysatortemperatur und dem Schwellenwert zeigt; und
7 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsroutine zeigt, die von einer ECU durchgeführt wird, um eine während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ zu schätzen.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das Folgende beschreibt eine konkrete Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die Abmessungen, Materialien, Formen, Anordnungsbeziehungen und dergleichen der betreffenden Komponenten, die in der folgenden Ausführungsform beschrieben sind, sind lediglich für den Zweck der Veranschaulichung und sollen auf keinen Fall den Umfang der Erfindung auf solche speziellen Beschreibungen beschränken.
1 ist ein Diagramm, das den schematischen Aufbau eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors 1, auf das die Anwendung angewendet wird, veranschaulicht. Der in 1 gezeigte Verbrennungsmotor 1 ist ein Kompressionszündungs-Verbrennungsmotor (Dieselmotor) des Magerbetriebs. Der Verbrennungsmotor 1 kann alternativ ein magerbetriebener fremdgezündeter Verbrennungsmotor (Benzinmotor) sein.
Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Abgasrohr 2 verbunden, das eingerichtet ist, um zu veranlassen, dass ein verbranntes Gas (Abgas), das aus den Zylindern ausgestoßen wird, hindurchströmt. Ein erstes Katalysatorgehäuse 3 ist in der Mitte des Abgasrohrs 2 angeordnet. Ein zweites Katalysatorgehäuse 4 ist in der stromabwärtigen Seite des ersten katalytischen Gehäuses 3 in dem Abgasrohr 2 angeordnet.
Das erste Katalysatorgehäuse 3 weist einen Oxydationskatalysator und einen Partikelfilter auf, der in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht ist. Der Oxydationskatalysator kann auf einem Katalysatorträger, der in der stromaufwärtigen Seite des Partikelfilters angeordnet ist, gestützt werden, oder kann auf dem Partikelfilter gestützt werden. Das erste Katalysatorgehäuse 3 kann einen Dreiwegekatalysator oder einen Speicherreduktionskatalysator anstelle des Oxidationskatalysators enthalten.
Das zweite Katalysatorgehäuse 4 weist einen Katalysatorträger mit einem darauf gestützten SCR-Katalysator auf, der in einem zylindrischen Gehäuse enthalten ist. Der Katalysatorträger wird beispielsweise durch Beschichtung eines monolithischen Basismaterials erlangt, das z. B. aus Cordierit oder einem Fe-Cr-Al basierten wärmebeständigen Stahl hergestellt ist, und einen honigwabenartigen Querschnitt mit einer Aluminium basierten oder Zeolith basierten Komponente (Träger) aufweist. In einer Anwendung kann ein Katalysatorträger mit einem darauf gestützten Oxidationskatalysator in der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators in dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 angeordnet sein. In dieser Anwendung ist der Oxidationskatalysator geschaffen, um NH₃, das dem SCR-Katalysator zugeführt worden ist, aber durch den SCR-Katalysator hindurchgeströmt ist, zu oxidieren. Das zweite Katalysatorgehäuse 4 entspricht der „Abgasreinigungsvorrichtung” der Erfindung.
Ein Zugabeventil 5 ist in dem Abgasrohr 2 zwischen dem ersten Katalysatorgehäuse 3 und dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 angeordnet, um dem Abgas ein Additiv, das entweder Ammoniak (NH₃) oder eine Vorläufersubstanz von NH₃ ist, hinzuzufügen (einzuspritzen). Das Zugabeventil 5 ist über eine Pumpe 50 mit einem Additivtank 51 verbunden. Die Pumpe 50 saugt ein in dem Additivtank 51 gespeichertes Additiv an und führt das angesaugte Additiv unter Druck dem Zugabeventil 5 zu. Das Zugabeventil 5 spritzt das Additiv, das von der Pumpe 50 unter Druck zugeführt wird, in das Abgasrohr 2 hinein. Die Kombination aus dem Zugabeventil 5, der Pumpe 50 und dem Additivtank 51 entspricht der „Zugabevorrichtung” der Erfindung.
Das in dem Additivtank 51 gespeicherte Additiv ist ein NH₃-Gas oder eine wässrige Lösung von Harnstoff, Ammoniumcarbamat oder dergleichen. Diese Ausführungsform verwendet eine wässrige Harnstofflösung als Additiv. Die durch das Zugabeventil 5 eingespritzte wässrige Harnstofflösung strömt zusammen mit dem Abgas in das zweite Katalysatorgehäuse 4 hinein. Bei dieser Verarbeitung wird die wässrige Harnstofflösung von dem SCR-Katalysator thermisch durch die Wärme des Abgases zersetzt oder hydrolysiert. Die Pyrolyse oder Hydrolyse der wässrigen Harnstofflösung erzeugt NH₃. Das auf diese Weise erzeugte NH₃ wird durch den SCR-Katalysator adsorbiert (oder in diesem gespeichert). Das von dem SCR-Katalysator adsorbierte NH₃ reagiert mit dem in dem Abgas enthaltenen NOx, so dass N₂ und Wasser (H₂O) erzeugt werden. Mit anderen Worten wirkt NH₃ als Reduktionsmittel von NOx.
Der Verbrennungsmotor 1, der den vorstehenden Aufbau aufweist, ist mit einer ECU (elektronischen Steuerungseinheit) 8 ausgestattet. Die ECU 8 enthält eine CPU, einen ROM, einen RAM und einen Backup-RAM. Die ECU 8 ist elektrisch mit verschiedenen Sensoren, z. B. einem NOx-Sensor 6, einem Abgastemperatursensor 7, einem Kurbelwellenpositionssensor 9, einem Fahrpedalpositionssensor 10 und einem Luftstrommesser 11 verbunden.
Der NOx-Sensor 6 ist stromabwärts von dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 in dem Abgasrohr 2 angeordnet und ist dazu eingerichtet, ein elektrisches Signal auszugeben, das mit der NOx-Konzentration des aus dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 herausströmenden Abgases korreliert. In der Anwendung, dass das zweite Katalysatorgehäuse 4 einen SCR-Katalysator und einen Oxidationskatalysator enthält, ist der NOx-Sensor 6 vorzugsweise zwischen dem SCR-Katalysator und dem Oxidationskatalysator angeordnet. Der Abgastemperatursensor 7 ist in der stromabwärtigen Seite des zweiten Katalysatorgehäuses 4 in dem Abgasrohr 2 angeordnet und ist dazu eingerichtet, ein elektrisches Signal auszugeben, das mit der Temperatur des aus dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 herausströmenden Abgases korreliert.
Der Kurbelwellenpositionssensor 9 ist dazu eingerichtet, ein elektrisches Signal auszugeben, das mit der Rotationsposition einer Ausgangswelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 1 korreliert. Der Fahrpedalpositionssensor 10 ist dazu eingerichtet, ein elektrisches Signal auszugeben, das mit dem Betätigungsbetrag eines Fahrpedals (Fahrpedalposition) korreliert. Der Luftstrommesser 11 ist dazu eingerichtet, ein elektrisches Signal auszugeben, das mit der Menge (Masse) der Einlassluft korreliert, die durch den Verbrennungsmotor 1 aufgenommen wird.
Die ECU 8 ist elektrisch mit verschiedenen Vorrichtungen, die an dem Verbrennungsmotor 1 angebracht sind (z. B. einem Krafstoffeinspritzventil), dem Zugabeventil 5, der Pumpe 50 und dergleichen verbunden. Die ECU 8 steuert elektrisch die verschiedenen Vorrichtungen des Verbrennungsmotors 1, das Zugabeventil 5, die Pumpe 50 und dergleichen basierend auf den Ausgangssignalen verschiedener vorstehend beschriebener Sensoren. Die ECU 8 führt beispielsweise eine Zugabesteuerung durch, die das Additiv veranlasst durch das Zugabeventil 5 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 mit Unterbrechungen eingespritzt zu werden, und eine Fehlerdiagnose des SCR-Katalysators, zusätzlich zu herkömmlichen Steuerungen, einschließlich der Kraftstoffeinspritzsteuerung des Verbrennungsmotors 1. Bei der Zugabesteuerung berechnet die ECU 8 einen geschätzten Wert an NH₃, der durch den SCR-Katalysator in dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 adsorbiert wird (geschätzte adsorbierte Menge an NH₃) und steuert das Zugabeventil 5 basierend auf der geschätzten adsorbierten Menge an NH₃. Bei der Fehlerdiagnose des SCR-Katalysators berechnet die ECU 8 eine NOx-Reduktionseffizienz des SCR-Katalysators (Verhältnis der Menge an NOx, die durch den SCR-Katalysator umgewandelt und reduziert wird, zu der Menge an NOx, die in den SCR-Katalysator hineinströmt), wenn die geschätzte adsorbierte Menge an NH₃ einem vorbestimmten Niveau gleich oder größer als dieses ist, und diagnostiziert, dass der SCR-Katalysator einen Fehler aufweist, wenn die berechnete NOx-Reduktionseffizienz kleiner als ein spezifizierter Schwellenwert ist.
Die geschätzte adsorbierte Menge an NH₃, die zur vorstehend beschriebener Zugabesteuerung und Fehlerdiagnose verwendet wird, wird durch Integrieren des Wertes, der durch Subtrahieren der Menge an von dem SCR-Katalysator verbrauchtem NH₃ von der Menge an NH₃, die dem SCR-Katalysator zugeführt wird (d. h. Mengen an NH₃, die durch Pyrolyse einer wässrigen Harnstofflösung in dem Abgas erzeugt wird und NH₃, das durch Hydrolyse der wässrigen Harnstofflösung durch den SCR-Katalysator erzeugt wird) erlangt wird. Die Menge an NH₃, die dem SCR-Katalysator zugeführt wird, wird aus der Menge der wässrigen Harnstofflösung berechnet, die durch das Zugabeventil 5 als Parameter zugegeben wird. Die Menge an NH₃, die durch den SCR-Katalysator verbraucht wird, ist die Summe der Menge an NH₃ in dem SCR-Katalysator, die mit NOx in dem Abgas reagiert, der Menge an NH₃ in dem SCR-Katalysator, die mit Sauerstoff (O₂) in dem Abgas reagiert (nachstehend als „oxidierte Menge an NH₃” genannt) und der Menge an NH₃, die von dem SCR-Katalysator freigesetzt wird (nachstehend als „Schlupfmenge an NH₃” genannt).
Die Menge an NH₃ in dem SCR-Katalysator, die mit NOx reagiert, wird aus der NOx-Strömungsrate und der NOx-Reduktionseffizienz als Parameter berechnet. Die NOx-Strömungsrate korreliert mit der Menge an NOx, die aus dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßen wird (d. h. der Menge an NOx, die während der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Verbrennungsmotor 1 erzeugt wird). Die Menge an NOx, die aus dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßen wird, korreliert mit der Menge an Sauerstoff, die in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch enthalten ist, der Menge an Kraftstoff, die in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch enthalten ist, der Kraftstoffeinspritztaktung und der Verbrennungsmotordrehgeschwindigkeit. Die Menge an Sauerstoff, die in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch enthalten ist, korreliert mit der Menge an Einlassluft (Ausgangssignal des Luftstrommessers 11). Die Menge an Kraftstoff, die in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch enthalten ist, korreliert mit der Menge an Kraftstoffeinspritzung. Die ECU 8 kann dementsprechend die NOx-Strömungsrate aus dem Ausgangssignal des Luftstrommessers 11, der Menge an Kraftstoffinjektion, der Kraftstoffeinspritztaktung und der Verbrennungsmotordrehgeschwindigkeit als Parameter berechnet werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die vorstehend beschriebene Beziehung zwischen den verschiedenen Parametern und der NOx-Strömungsrate experimentell im Voraus bestimmt werden und kann in Form einer Abbildung oder in Form von Funktionsausdrücken in dem ROM der ECU 8 gespeichert werden. In der Anwendung, dass der NOx-Sensor in dem Abgasrohr 2 zwischen dem ersten Katalysatorgehäuse 3 und dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 angeordnet ist, kann die ECU 8 die NOx-Strömungsrate aus dem Erfassungswert des NOx-Sensors (NOx-Konzentration) und der Abgasmenge (d. h. der Summe aus der Menge an Einlassluft und der Menge an Kraftstoffeinspritzung) als Parameter berechnen.
Auf der anderen Seite wird die NOx-Reduktionseffizienz geschätzt, indem die Strömungsrate des Abgases, das in den SCR-Katalysator pro Zeiteinheit strömt (d. h. die Summe der Menge an Einlassluft pro Zeiteinheit und der Menge an Kraftstoffeinspritzung pro Zeiteinheit) und die Temperatur des SCR-Katalysators als Parameter verwendet werden. 2 ist ein Graph, der Schwankungen der NOx-Reduktionseffizienz zu der Strömungsrate des Abgases (d. h. die Summe der Menge an Einlassluft pro Zeiteinheit und der Menge an Kraftstoffeinspritzung pro Zeiteinheit) bezüglich verschiedener Temperaturen des SCR-Katalysators zeigt. Die NOx-Reduktionseffizienz neigt dazu, bei einer Erhöhung der Strömungsrate des Abgases zu sinken und bei einem Anstieg der Temperatur des SCR-Katalysators zu steigen (wenn die Temperatur des SCR-Katalysators eine obere Grenztemperatur, z. B. 350°C übersteigt), die NOx-Reduktionseffizienz sinkt jedoch bei einem Anstieg der Temperatur des SCR-Katalysators. Dementsprechend greift die ECU 8 auf die in 2 gezeigte Beziehung zurück und bestimmt die NOx-Reduktionseffizienz des SCR-Katalysators. Die Beziehung, wie sie in 2 gezeigt ist, kann im Voraus bestimmt und in Form einer Abbildung oder eines Funktionsausdrucks in der ROM der ECU 8 gespeichert werden.
Die oxidierte Menge an NH₃ wird aus der O₂-Konzentration des in den SCR-Katalysator hineinströmenden Abgases und aus dem vorherigen berechneten Wert der geschätzten adsorbierten Menge an NH₃ als Parameter berechnet. 3 ist ein Graph, der Schwankungen der oxidierten Menge an NH₃ zu der adsorbierten Menge an NH₃ bezüglich verschiedener Temperaturen des SCR-Katalysators zeigt. In dem Graphen der 3 steigt die oxidierte Menge an NH₃ bei einem Anstieg der adsorbierten Menge an NH₃ und steigt auch bei einem Anstieg der Temperatur des SCR-Katalysators. Dementsprechend greift die ECU 8 auf die in 3 gezeigte Beziehung zurück und bestimmt die oxidierte Menge an NH₃. Die Beziehung, wie sie in 3 gezeigt ist, kann im Voraus bestimmt und in Form einer Abbildung oder eines Funktionsausdrucks in der ROM der ECU 8 gespeichert werden.
Die Schlupfmenge an NH₃ wird aus dem vorherigen berechneten Wert der geschätzten adsorbierten Menge an NH₃, der Temperatur des SCR-Katalysators und der Strömungsrate des Abgases, das durch den SCR-Katalysator pro Zeiteinheit als Parameter hindurchströmt, berechnet. 4 ist ein Graph, der Schwankungen der NH₃-Konzentration des Abgases, das aus dem SCR-Katalysator herausströmt, zu der adsorbierten Menge an NH₃ bezüglich verschiedener Temperaturen des SCR-Katalysators zeigt, wenn die Strömungsrate des Abgases, das durch den SCR-Katalysator hindurchströmt, festgelegt ist. In dem Graphen der 4 steigt die Konzentration des aus dem SCR-Katalysator herausströmenden Abgases bei einem Anstieg der adsorbierten Menge an NH₃ an und steigt auch bei einem Anstieg der Temperatur des SCR-Katalysators an. Wenn die Strömungsrate des Abgases, das durch den SCR-Katalysator hindurchströmt, festgelegt ist, steigt dementsprechend die Schlupfmenge an NH₃ bei einem Anstieg der adsorbierten Menge an NH₃ und bei einem Anstieg der Temperatur des SCR-Katalysators an. Wenn auf der anderen Seite die NH₃-Konzentration des Abgases, das aus dem SCR-Katalysator herausströmt, festgelegt ist, steigt die Schlupfmenge an NH₃ pro Zeiteinheit bei einem Anstieg der Strömungsrate des Abgases, das durch den SCR-Katalysator pro Zeiteinheit hindurchströmt an. Die ECU 8 greift dementsprechend auf die in 4 gezeigte Beziehung zurück, bestimmt die NH₃-Konzentration des Abgases, das aus dem SCR-Katalysator herausströmt, und berechnet die Schlupfmenge an NH₃ durch Multiplizieren der bestimmten NH₃-Konzentration mit der Strömungsrate des Abgases pro Zeiteinheit (d. h. die Summe aus der Menge an Einlassluft und der Menge an Kraftstoffeinspritzung pro Zeiteinheit).
Die Berechnung der geschätzten adsorbierten Menge an NH₃ durch eine Reihe von vorstehend beschriebenen Operationen wird während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 in vorbestimmten Intervallen wiederholt. Wenn die geschätzte adsorbierte Menge an NH₃ kleiner als ein spezifiziertes Niveau wird, steuert die ECU 8 das Zugabeventil 5 an, eine wässrige Harnstofflösung einzuspritzen. Das „spezifizierte Niveau” wird hierin erlangt, indem beispielsweise eine vorbestimmte Differenz von der maximalen Menge an NH₃, die von dem SCR-Katalysator adsorbierbar ist (adsorbierte Menge an NH₃, wenn die Adsorptionsrate von NH₃ durch den SCR-Katalysator und die Freisetzungsrate von NH₃ aus dem SCR-Katalysator im Gleichgewicht sind) subtrahiert wird. Die ECU 8 bestimmt die NOx-Reduktionseffizienz des SCR-Katalysators, wenn die geschätzte adsorbierte Menge an NH₃ mit dem vorbestimmten Niveau gleich oder größer als dieses ist, und vergleicht die bestimmte NOx-Reduktionseffizienz mit dem spezifizierten Schwellenwert, um eine Fehlerdiagnose des SCR-Katalysators durchzuführen. Die ECU, die die Berechnung der geschätzten adsorbierten Menge an NH₃ durch eine Reihe von vorstehend beschriebenen Operationen durchführt, implementiert den „Prozessor” gemäß der Erfindung.
Wenn der Verbrennungsmotor 1 nach einem Betriebsstopp erneut gestartet wird, kann ein mögliches Verfahren die Menge der wässrigen Harnstofflösung, die durch das Zugabeventil 5 nach einem erneuten Start hinzugegeben wird, steuern, indem die geschätzte adsorbierte Menge an NH₃ bei einem vorherigen Stopp (Menge an NH₃ während einer Stoppzeit) verwendet wird. Die Menge an NH₃, die durch den SCR-Katalysator adsorbiert wird, wird jedoch während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 wahrscheinlich verringert werden. Die Verwendung der während einer Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ als eine während eines erneuten Starts des Verbrennungsmotors 1 adsorbierte Menge an NH₃ (während einer Startzeit adsorbierte Menge an NH₃) bewirkt somit, dass die während einer Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ wahrscheinlich größer als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ ist. In diesem Fall wird die Menge der wässrigen Harnstofflösung, die durch das Zugabeventil 5 nach einem erneuten Start des Verbrennungsmotors 1 hinzugefügt wird, wahrscheinlich kleiner als eine Menge, die für eine gerade ausreichende Umwandlung und Reduktion von NOx in dem Abgas erforderlich ist (adäquate Zugabemenge). Als Ergebnis reduziert dies wahrscheinlich die Menge am durch den SCR-Katalysator umgewandelten NOx und verursacht eine Verschlechterung der Abgasemission. Wenn die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ größer als die tatsächliche Menge an NH₃ wird, wird die Menge an wässriger Harnstofflösung, die durch das Zugabeventil 5 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 hinzugefügt wird, kleiner als die adäquate Zugabemenge. Dies bewirkt, dass als Kriterium einer Fehlerdiagnose des SCR-Katalysators die geschätzte adsorbierte Menge an NH₃ wahrscheinlich kleiner als ein vorbestimmtes Niveau wird. Dies kann eine falsche Diagnose zur Folge haben, dass der normale SCR-Katalysator einen Fehler aufweist.
Die Prozedur dieser Ausführungsform schätzt eine Reduktion der adsorbierten Menge an NH₃ (reduzierte Menge an NH₃) während einer Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 und subtrahiert die reduzierte Menge an NH₃ von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃, um die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ zu bestimmen. Nach dem erneuten Start des Verbrennungsmotors 1 verwendet die ECU 8 die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ zur Berechnung der geschätzten adsorbierten Menge an NH₃ und steuert die Zugabemenge der wässrigen Harnstofflösung oder führt die Fehlerdiagnose des SCR-Katalysators auf der Basis der geschätzten adsorbierten Menge an NH₃ durch.
Die Hauptursache der Reduktion der adsorbierten Menge an NH₃ während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 wird dem beigemessen, dass das von dem SCR-Katalysator adsorbierte NH₃ von dem SCR-Katalysator freigesetzt wird oder dass das von dem SCR-Katalysator adsorbierte NH₃ mit O₂ in dem Abgasrohr 2 reagiert, um oxidiert zu werden. Während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 korrelieren die Menge an NH₃, die von dem SCR-Katalysator freigesetzt wird, und die Menge an NH₃, die durch die Reaktion mit O₂ in dem Abgasrohr 2 oxidiert wird, mit der Temperatur des SCR-Katalysators. Ein anwendbares Verfahren kann somit eine Temperaturschwankung des SCR-Katalysators während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 überwachen und die reduzierte Menge an NH₃ basierend auf der Temperaturschwankung bestimmen. Zur Überwachung der Temperaturschwankung des SCR-Katalysators während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors ist jedoch der Betrieb der ECU 8, des Abgastemperatursensors 7 und dergleichen während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors erforderlich. Dies erhöht die Last der ECU 8 und einer (nicht gezeigten) Batterie.
Ein mögliches Verfahren kann die reduzierte Menge an NH₃ unter Verwendung der Temperatur des SCR-Katalysators beim Stopp des Verbrennungsmotors 1 (Stoppzeit-Katalysatortemperatur) als Parameter schätzen. Bei einer identischen Stoppzeit-Katalysatortemperatur ist es jedoch wahrscheinlich, dass die reduzierte Menge an NH₃ gemäß der Dauer der Stoppzeit (Stoppzeitdauer) differiert. Es soll dementsprechend vorzugsweise die reduzierte Menge an NH₃ unter Verwendung der Stoppzeit-Katalysatortemperatur und der Stoppzeitdauer als Parameter geschätzt werden. Die Temperaturabweichung des SCR-Katalysators während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 wird sich wahrscheinlich bei einer Abweichung der Umgebungstemperatur während der Stoppzeitdauer ändern. Wie vorstehend beschrieben, erhöht die Überwachung der Abweichung der Umgebungstemperatur während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 die Last der ECU 8 und der Batterie. Die Prozedur dieser Ausführungsform bestimmt entsprechend die Beziehung zwischen der Stoppzeit-Katalysatortemperatur und der reduzierten Menge an NH₃ bezüglich der Stoppzeitdauer unter der Annahme eines Zustands höchster Umgebungstemperatur während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 und schätzt die reduzierte Menge an NH₃ basierend auf der Beziehung.
Der Graph der 5 zeigt Schwankungen der reduzierten Menge an NH₃ zu der Stoppzeit-Katalysatortemperatur bezüglich verschiedener Stoppzeitdauern in der Umgebung höchster Umgebungstemperatur. Wie in 5 gezeigt, ist die reduzierte Menge an NH₃ bei einer höheren Stoppzeit-Katalysatortemperatur größer als die reduzierte Menge an NH₃ bei niedrigerer Stoppzeit-Katalysatortemperatur. Die reduzierte Menge an NH₃ während einer längeren Stoppzeitdauer ist ebenfalls größer als die reduzierte Menge an NH₃ während einer kürzeren Stoppzeitdauer. Die Prozedur dieser Ausführungsform schätzt die reduzierte Menge an NH₃ basierend auf dieser Beziehung und ermöglicht somit eine Schätzung der reduzierten Menge an NH₃ während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 ohne die Betätigung der ECU 8, des Abgastemperatursensors 7 und dergleichen. Die reduzierte Menge an NH₃ wird unter der Annahme der Umgebung der höchsten Umgebungstemperatur geschätzt oder mit anderen Worten unter der Annahme einer Umgebung, deren Temperatur der SCR-Katalysator höchst unwahrscheinlich verringern wird. Dies unterdrückt, dass der geschätzte Wert wesentlich kleiner als die tatsächlich reduzierte Menge an NH₃ ist. Im Ergebnis unterdrückt dies, dass die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃, die unter Verwendung des geschätzten Wertes der reduzierten Menge an NH₃ bestimmt wurde, größer als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ wird. Dies vermeidet entsprechend die Situation, dass die Menge der wässrigen Harnstofflösung, die durch das Zugabeventil 5 nach dem Start des Verbrennungsmotors 1 hinzugefügt wird, kleiner als die vorstehende adäquate Zugabemenge ist, wodurch auf diese Weise die Verschlechterung der Abgasemission aufgrund der Unzulänglichkeit der wässrigen Harnstofflösung unterdrückt wird.
Die durch den SCR-Katalysator freigesetzte Menge an NH₃ wird bei einer Erhöhung der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ wahrscheinlich ansteigen. Die reduzierte Menge an NH₃, die basierend auf der vorstehenden in 5 gezeigten Beziehung bestimmt wird, kann mit der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ korrigiert werden. Die reduzierte Menge an NH₃ kann beispielsweise korrigiert werden, um bei einem Anstieg der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ anzusteigen. Das Schätzen der reduzierten Menge an NH₃ unter Berücksichtigung der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ erhöht auf diese Weise weiter die Genauigkeit der Schätzung.
Der SCR-Katalysator ist durch eine kontinuierliche beständige Adsorption einer spezifizierten Menge an NH₃ (spezifizierten Schwellenwert) charakterisiert, sogar wenn die Temperatur des SCR-Katalysators in einem Temperaturbereich, bei dem es wahrscheinlicher ist, dass NH₃ freigesetzt wird, oder in einem Temperaturbereich ist, bei dem es wahrscheinlicher ist, dass NH₃ oxidiert wird. Wenn die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ dem spezifizierten Schwellenwert gleich oder kleiner als dieser ist, wird die durch den SCR-Katalysator adsorbierte Menge an NH₃ entsprechend von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ nicht reduziert, sogar wenn die Temperatur des SCR-Katalysators in einem Temperaturbereich ist, bei dem es wahrscheinlicher ist, dass NH₃ freigesetzt wird, oder in einem Temperaturbereich ist, bei dem es wahrscheinlicher ist, dass NH₃ oxidiert wird. Wenn die durch den SCR-Katalysator adsorbierte Menge an NH₃ während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 auf den spezifizierten Schwellenwert reduziert wird, weist die durch den SCR-Katalysator adsorbierte Menge an NH₃ keine weitere Reduktion auf, sogar wenn die Temperatur des SCR-Katalysators in einem Temperaturbereich ist, bei dem es wahrscheinlicher ist, dass NH₃ freigesetzt wird, oder in einem Temperaturbereich ist, bei dem es wahrscheinlicher ist, dass NH₃ oxidiert wird.
Wenn die reduzierte Menge an NH₃ geschätzt wird, ohne die vorstehenden Charakteristika des SCR-Katalysators zu berücksichtigen, wird die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃, die unter Verwendung des geschätzten Wertes bestimmt wird, wahrscheinlich wesentlich kleiner als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃. Insbesondere bei der Schätzung der reduzierten Menge an NH₃ wird unter der Annahme der höchsten Umgebungstemperatur während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1, wie vorstehend beschrieben, die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ wahrscheinlich kleiner als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ sein.
Wenn die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ gleich dem spezifizierten Schwellenwert oder kleiner als dieser ist, schätzt die Prozedur dieser Ausführungsform somit, dass die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ gleich der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ ist. Wenn die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ größer als der spezifizierte Schwellenwert ist, und ein Wert, der durch Subtraktion der reduzierten Menge an NH₃ von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ erlangt wird, kleiner als der spezifizierte Schwellenwert ist, schätzt die Prozedur der Ausführungsform, dass die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ gleich dem spezifizierten Schwellenwert ist.
Wie vorstehend beschrieben, unterdrückt das Schätzen der während der Startzeit reduzierten Menge an NH₃ unter Berücksichtigung der Charakteristika des SCR-Katalysators, dass die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ wesentlich kleiner als die tatsächliche adsorbierte Menge an NH₃ wird. Als Ergebnis, unterdrückt dies, dass die Menge der wässrigen Harnstofflösung, die durch das Zugabeventil 5 nach dem Start des Verbrennungsmotors 1 hinzugefügt wird, wesentlich größer als die vorstehende adäquate Zugabemenge wird, wodurch die unnötige Annahme der wässrigen Harnstofflösung reduziert wird.
Die Menge an NH₃, die fortlaufend und beständig durch den SCR-Katalysator adsorbierbar ist (spezifizierter Schwellenwert) differiert gemäß der Stoppzeit-Katalysatortemperatur. Wie beispielsweise in 6 gezeigt, wird der spezifizierte Schwellenwert bei einer höheren Stoppzeit-Katalysatortemperatur kleiner als der spezifizierte Schwellenwert bei einer niedrigeren Stoppzeit-Katalysatortemperatur. Dementsprechend wird der spezifizierte Schwellenwert unter Verwendung der Stoppzeit-Katalysatortemperatur als Parameter bestimmt.
Nachstehendes beschreibt eine Prozedur der Schätzung der während der Startzeit adsorbierten Menge an NH₃ gemäß dieser Ausführungsform unter Bezugnahme auf 7. 7 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitungsroutine zeigt, die durch die ECU 8 durchgeführt wird, um eine während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ zu schätzen. Diese Verarbeitungsroutine wird durch die ECU 8 beim Start des Verbrennungsmotors 1 durchgeführt (z. B. als Antwort auf eine Änderung eines Zündschlüssels von AUS auf AN) und wird im Voraus in dem ROM der ECU 8 gespeichert.
In der Verarbeitungsroutine gemäß 7, liest die ECU 8 im S101 zuerst eine während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ΣNH₃stp, die eine durch den SCR-Katalysator bei einem vorherigen Stopp der Verbrennungsmaschine 1 adsorbierte Menge an NH₃ kennzeichnet. Die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ΣNH₃stp wird in einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung, wie z. B. einem Backup-RAM anlässlich eines vorherigen Stopps des Verbrennungsmotors 1 gespeichert.
In S102 liest die ECU 8 eine Temperatur des SCR-Katalysators (Stoppzeit-Katalysatortemperatur) Tscr beim vorherigen Stopp des Verbrennungsmotors 1. Ähnlich wie die vorstehend beschriebene während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ΣNH₃stp, wird die Stoppzeit-Katalysatortemperatur Tscr in einer nichtflüchtigen Speichervorrichtung, wie z. B. einem Backup-RAM anlässlich eines vorherigen Stopps des Verbrennungsmotors 1 gespeichert. Die Temperatur des SCR-Katalysators kann aus der Betriebshistorie des Verbrennungsmotors 1 geschätzt werden oder kann durch einen Messwert des Abgastemperatursensorsensors 7 ersetzt werden.
In S103 berechnet die ECU 8 basierend auf der Stoppzeit-Katalysatortemperatur Tscr, die im S102 gelesen wird, und auf der vorstehend in 6 gezeigten Beziehung einen spezifizierten Schwellenwert ΣNH₃thre. Anschließend geht der Verarbeitungsfluss zu S104, in dem die ECU 8 bestimmt, ob die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ΣNH₃stp, die in S101 gelesen wird, größer als der spezifizierte Schwellenwert ΣNH₃thre ist, der in S103 berechnet wird.
Im Fall einer bejahenden Antwort in S104 (ΣNH₃stp > ΣNH₃thre) geht der Verarbeitungsfluss zu S105, in dem die ECU 8 basierend auf der in S102 gelesenen Stoppzeit-Katalysatortemperatur Tscr, einer Stoppzeitdauer und der in 5 gezeigten Beziehung eine reduzierte Menge an NH₃ΔNH₃ schätzt (berechnet), die eine Reduktion der adsorbierten Menge an NH₃ während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 kennzeichnet. Die Stoppzeitdauer wird aus einer Differenz zwischen dem Datum und der Zeit eines vorherigen Stopps des Verbrennungsmotors 1 und dem Datum und der Zeit eines aktuellen erneuten Starts des Verbrennungsmotors 1 berechnet.
In S106 bestimmt die ECU 8, ob eine Differenz (ΣNH₃stp – ΔNH₃), die durch Subtrahieren der reduzierten Menge an NH₃ΔNH₃, die in S105 geschätzt wird, von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ΣNH₃stp, die in S101 gelesen wird, dem spezifizierten Schwellenwert ΣNH₃thre, der in 103 berechnet wird, gleich oder größer als dieser ist.
In dem Fall einer bejahenden Antwort in S106 ((ΣNH₃stp – ΔNH₃) ≥ ΣNH₃thre) geht der Verarbeitungsfluss zu S107, in dem die ECU 8 die Differenz (ΣNH₃stp – ΔNH₃), die durch Subtrahieren der reduzierten Menge an NH₃ΔNH₃ von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ΣNH₃stp erlangt wird, als eine während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ΣNH₃str schätzt. In dem Fall einer negativen Antwort in S106 ((ΣNH₃stp – ΔNH₃) < ΣNH₃thre) geht der Verarbeitungsfluss zu S108, in dem die ECU 8 den spezifizierten Schwellenwert ΣNH₃thre als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ΣNH₃str schätzt.
In dem Fall einer negativen Antwort in S104 (ΣNH₃stp ≤ ΣNH₃thre) geht der Verarbeitungsfluss zu S109, in dem die ECU 8 die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ΣNH₃stp als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ΣNH₃str schätzt.
Die ECU 8, die die Verarbeitungsroutine gemäß 7 wie vorstehend beschrieben durchführt, implementiert die „Schätzvorrichtung” gemäß der Erfindung. Als Ergebnis ermöglicht dies während der Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors 1 eine Schätzung der während der Startzeit adsorbierten Menge an NH₃ ohne den Betrieb der ECU 8, des Abgastemperatursensorsensors 7 und dergleichen. Außerdem unterdrückt dies, dass die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ größer als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ wird, während gleichzeitig unterdrückt wird, dass die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ kleiner als die tatsächlich adsorbierte Menge an NH₃ wird.
Dementsprechend unterdrückt dies, dass die Menge an wässriger Harnstofflösung, die durch das Zugabeventil 5 nach dem Start des Verbrennungsmotors 1 hinzugefügt wird, von der erforderlichen Menge für eine gerade ausreichende Umwandlung und Reduktion von NOx in dem Abgas (adäquate Zugabemenge) abweicht. Dies unterdrückt die Verschlechterung der Abgasemission nach einem Start des Verbrennungsmotors 1, während gleichzeitig ein unnötiger Anstieg des Verbrauchs an wässriger Harnstofflösung unterdrückt wird. Dies unterdrückt auch eine falsche Diagnose, dass der normale SCR-Katalysator während einer Fehlerdiagnose des SCR-Katalysators einen Fehler aufweist.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Abgasrohr
3: Erstes Katalysatorgehäuse
4: Zweites Katalysatorgehäuse
5: Zugabeventil
6: NOx-Sensor
7: Abgastemperatursensor
8: ECU
50: Pumpe
51: Additivtank

Claims

Abgasemissionssteuersystem mit einer Abgasreinigungsvorrichtung, die in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist und mit einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion ausgestattet ist; einer Zugabevorrichtung, die ein Additiv, das entweder Ammoniak oder eine Vorläufersubstanz von Ammoniak ist, dem in die Abgasreinigungsvorrichtung strömenden Abgas hinzufügt; und einem Prozessor, der eingerichtet ist eine adsorbierte Menge an NH₃, die eine Menge an Ammoniak ist, die von dem Katalysator für selektive katalytische Reduktion aus einer Menge an NOx, die in die Abgasreinigungsvorrichtung hinein strömt, adsorbiert wird, und eine Menge des Additivs, das während des Betriebs des Verbrennungsmotors durch die Zugabevorrichtung hinzugefügt wird, als Parameter zu berechnen, wobei das Abgasemissionssteuersystem ferner aufweist eine Schätzvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, wenn der Verbrennungsmotor nach einem Betriebsstopp erneut gestartet wird, eine reduzierte Menge an NH₃ zu schätzen, die eine Reduktion einer adsorbierten Menge an NH₃ während einer Stoppzeitdauer des Verbrennungsmotors ist, indem zumindest eine Temperatur des Katalysators für selektive katalytische Reduktion beim Stopp des Verbrennungsmotors als Parameter verwendet wird, und eine geschätzte reduzierte Menge an NH₃ von einer während eines Stopps adsorbierten Menge an NH₃ zu subtrahieren, die ein Ergebnis der Berechnung durch den Prozessor beim Stopp des Verbrennungsmotors ist, um eine während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ zu schätzen, die eine durch den SCR-Katalysator adsorbierte Menge an NH₃ während eines erneuten Starts des Verbrennungsmotors ist, wobei im Fall, dass die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ größer als ein spezifizierter Schwellenwert ist, die Schätzvorrichtung eine Differenz, die durch Subtrahieren der reduzierten Menge an NH₃ von der während der Stoppzeit adsorbierten Menge an NH₃ erlangt wird, als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ schätzt, wenn die Differenz gleich mit dem spezifizierten Schwellenwert oder größer als dieser ist, während sie den spezifizierten Schwellenwert als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃ schätzt, wenn die Differenz kleiner als der spezifizierte Schwellenwert ist, und im Falle, dass die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ gleich dem spezifizierten Schwellenwert oder kleiner als dieser ist, schätzt die Schätzvorrichtung die während der Stoppzeit adsorbierte Menge an NH₃ als die während der Startzeit adsorbierte Menge an NH₃.
Abgasemissionssteuersystem gemäß Anspruch 1, wobei der spezifizierte Schwellenwert auf einen kleineren Wert bei einer höheren Temperatur des Katalysators für selektive katalytische Reduktion bei dem Stopp des Verbrennungsmotors eingestellt wird, als ein Wert, der bei einer niedrigeren Temperatur des Katalysators für selektive katalytische Reduktion eingestellt wird.