DE102016006829A1

DE102016006829A1 - Ammoniakeinschluss-mengenabschätzvorrichtung und -verfahren, und reinigungssteuergerät

Info

Publication number: DE102016006829A1
Application number: DE102016006829.9A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Hibino; Ryosuke ICHIDA; Kentaro Mori
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2016-12-08
Also published as: US10094261B2; US20160356195A1

Abstract

Eine Reinigungssteuerung 12 ist dazu konfiguriert, die Menge an Menge an in einem SCR-Katalysator 4 eingeschlossenem Ammoniak abzuschätzen, wobei der SCR-Katalysator in einem Abgasrohr 52 eines Dieselmotors 51 angeordnet ist, um NOx in einem Abgas des Dieselmotors 51 zu reinigen. Die Reinigungssteuerung 12 gewinnt insbesondere stromaufwärtige NO-Konzentrationsdaten, stromaufwärtige NO₂-Konzentrationsdaten, stromabwärtige NOx-Konzentrationsdaten, stromabwärtige NO₂-Konzentrationsdaten und stromabwärtige Ammoniak-Konzentrationsdaten. Die Reinigungssteuerung 12 gewinnt ferner eine Harnstoffeinspritzmenge. Dann schätzt die Reinigungssteuerung 12 die Ammoniakeinschluss-Menge basierend auf den gewonnenen stromaufwärtigen NO-Konzentrationsdaten, stromaufwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten, stromabwärtigen NOx-Konzentrationsdaten, stromabwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten und stromabwärtigen Ammoniak-Konzentrationsdaten, der gewonnenen Ammoniakeinschluss-Mengen und Reaktionsformeln für die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator 4 ab.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abschätzen einer Ammoniakeinschluss-Menge eines SCR-Katalysators, d. h. eines Katalysators zur Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktion. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Reinigungssteuergerät, ein Ammoniakeinschluss-Mengenabschnittsverfahren und ein Reinigungssteuerverfahren.
Hintergrund der Erfindung
Es ist ein herkömmliches System zum Reinigen von NOx in einem Abgas einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchem ein nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion arbeitender Katalysator, nachfolgend SCR-Katalysator genannt, in einem Abgasrohr der Brennkraftmaschine angeordnet ist und Harnstoff als ein Reduktionsmittel in den SCR-Katalysator eingespritzt wird. Für dieses Reinigungssystem wurde vorgeschlagen, die Menge an in dem SCR-Katalysator eingeschlossenen und gespeicherten Ammoniak (nachfolgend als „Ammoniakeinschluss-Menge” bezeichnet) abzuschätzen und die Einspritzmenge von Ammoniak basierend auf der abgeschätzten Ammoniakeinschluss-Menge zu steuern (siehe beispielsweise Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2014-111918 ).
Überblick über die Erfindung
In Patentdokument 1 wird die Ammoniakeinschluss-Menge jedoch basierend auf Faktoren abgeschätzt, welche in Abhängigkeit von der Harnstoffkonzentration, Hydrolyseeffizienz und NOx-Reinigungsrate eingestellt werden. Dies führt zu einer geringen Abstandsgenauigkeit für die Ammoniakeinschluss-Menge.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das obige Problem getätigt. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Genauigkeit der Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzung zu verbessern.
Um das obige Ziel zu erreichen, wird gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung zum Abschätzen der Menge von an in einem SCR-Katalysator eingeschlossenem Ammoniak als eine Ammoniakeinschluss-Menge bereitgestellt, wobei der SCR-Katalysator in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, um NOx in einem Abgas der Brennkraftmaschine zu reinigen, wobei die Ammoniakeinfluss-Mengenabschätzvorrichtung einen ersten Datengewinnungsabschnitt, einen zweiten Datengewinnungsabschnitt und einen Einschluss-Mengenabschätzabschnitt umfasst.
Der erste Datengewinnungsabschnitt gewinnt erste Konzentrationsidentifizierungsdaten, welche eine stromaufwärtige NO-Konzentration, eine stromaufwärtige NO₂-Konzentration, eine stromabwärtige NO-Konzentration, eine stromabwärtige NO₂-Konzentration und eine stromabwärtige Ammoniakkonzentration identifizieren. Die stromaufwärtige NO-Konzentration und die stromaufwärtige NO₂-Konzentration beziehen sich auf Konzentrationen an NO bzw. NO₂ in dem in den SCR-Katalysator hineinfließenden Abgas. Die stromabwärtige NO-Konzentration, die stromabwärtige NO₂-Konzentration und die stromabwärtige Ammoniakkonzentration beziehen sich auf die Konzentration von NO, NO₂ bzw. Ammoniak in dem aus dem SCR-Katalysator herausfließenden Abgas.
Der zweite Datengewinnungsabschnitt gewinnt zweite Konzentrationsidentifizierungsdaten, welche eine stromaufwärtige Ammoniakkonzentration identifizieren. Die stromaufwärtige Ammoniakkonzentration bezieht sich auf die Konzentration von Ammoniak in dem in den SCR-Katalysator hineinfließenden Abgas.
Der Einschluss-Mengenabschätzabschnitt schätzt die Ammoniakeinschluss-Menge basierend auf den durch den ersten Datengewinnungsabschnitt gewonnenen ersten Konzentrationsidentifizierungsdaten, den durch den zweiten Datengewinnungsabschnitt gewonnenen zweiten Konzentrationsidentifizierungsdaten und Reaktionsformeln für die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator ab.
Wie oben erwähnt, ist die Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung des ersten Aspekts dazu konfiguriert, die stromaufwärtige NO-Konzentration, die stromaufwärtige NO₂-Konzentration, die stromabwärtige NO-Konzentration, die stromabwärtige NO₂-Konzentration und die stromabwärtige Ammoniakkonzentration durch Gewinnung der ersten Konzentrationsidentifizierungsdaten zu identifizieren, und die stromaufwärtige Ammoniakkonzentration durch die Gewinnung der zweiten Konzentrationsidentifizierungsdaten zu identifizieren. Die Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung des ersten Aspekts ist ferner dazu konfiguriert, die Ammoniakeinschluss-Menge basierend auf den ersten Konzentrationsidentifizierungsdaten, den zweiten Konzentrationsidentifizierungsdaten und den Reaktionsformeln für die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator abzuschätzen. Die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator bezieht sich auf eine Reduktionsreaktion zwischen Ammoniak und NO und/oder NO₂. In der Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung des ersten Aspekts wird die Menge an Ammoniak, welche mit NO und NO₂ reagiert hat, aus der stromaufwärtigen NO-Konzentration, der stromaufwärtigen NO₂-Konzentration, der stromabwärtigen NO-Konzentration und der stromabwärtigen NO₂-Konzentration berechnet; und die Menge an nicht in dem SCR-Katalysator eingeschlossenen Ammoniak wird aus der stromaufwärtigen Ammoniakkonzentration und der stromabwärtigen Ammoniakkonzentration berechnet.
Insbesondere ist die Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung des ersten Aspekts dazu konfiguriert, die Mengen an NO, NO₂ und Ammoniak auf der stromaufwärtigen Seite und auf der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators zu identifizieren, und dann die Ammoniakeinschluss-Menge aus den identifizierten stromaufwärtigen und stromabwärtigen Gaskomponentenmengen in Übereinstimmung mit den Reaktionsformeln abzuschätzen. Es ist deshalb in dem ersten Aspekt möglich, die Abschätzgenauigkeit für die Ammoniakeinschluss-Menge zu verbessern.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird ferner gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Reinigungssteuergerät zum Steuern einer Harnstoffzuführungseinheit zum Zuführen von Harnstoff als ein Reaktionsmittel zu einem SCR-Katalysator bereitgestellt, wobei der SCR-Katalysator in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, um NOx in einem Abgas der Brennkraftmaschine zu reinigen, wobei das Reinigungssteuergerät eine Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung des ersten Aspekts und einen Zuführungssteuerabschnitt umfasst.
Der Zuführungssteuerabschnitt steuert die Zuführung des Harnstoffs von der Harnstoffzuführungseinheit basierend auf der durch die Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung abgeschätzten Ammoniakeinschluss-Menge.
Insbesondere ist das Reinigungssteuergerät des zweiten Aspekts dazu konfiguriert, die Zuführung des Ammoniaks zu steuern und hierdurch die Menge des dem SCR-Katalysator zugeführten Ammoniaks zu identifizieren. Ferner ist das Reinigungssteuergerät des zweiten Aspekts mit der Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung des ersten Aspekts versehen. Es ist deshalb in dem zweiten Aspekt möglich, die gleichen Wirkungen wie bei dem ersten Aspekt zu erreichen.
Die Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung des ersten Aspekts und das Reinigungssteuergerät des zweiten Aspekts können jeweils einen stromaufwärtigen NOx-Sensor, einen stromaufwärtigen NO₂-Sensor, einen stromabwärtigen NOx-Sensor, einen stromabwärtigen Ammoniaksensor, einen stromaufwärtigen Konzentrationsbestimmungsabschnitt und einen stromabwärtigen Konzentrationsbestimmungsabschnitt umfassen. In diesem Fall sind wenigstens der stromaufwärtige NOx-Sensor und der stromaufwärtige NO₂-Sensor oder der stromabwärtige NOx-Sensor und der stromabwärtige Ammoniaksensor als ein integrierter Gassensor zu einem Sensor kombiniert.
Der stromaufwärtige NOx-Sensor detektiert die Konzentration an NOx in dem in den SCR-Katalysator hineinfließenden Abgas als eine stromaufwärtige NOx-Konzentration. Der stromaufwärtige NO₂-Sensor detektiert die stromaufwärtige NO₂-Konzentration. Der stromabwärtige NOx-Sensor detektiert die Konzentration an NOx in dem aus dem SCR-Katalysator herausfließenden Abgas als eine stromabwärtige NOx-Konzentration. Der stromabwärtige Ammoniaksensor detektiert die stromabwärtige Ammoniakkonzentration. Der stromaufwärtige Konzentrationsbestimmungsabschnitt bestimmt die stromaufwärtige NO-Konzentration basierend auf der stromaufwärtigen NOx-Konzentration und der stromaufwärtigen NO₂-Konzentration. Der stromabwärtige Konzentrationsbestimmungsabschnitt bestimmt die stromabwärtige NO-Konzentration und die stromabwärtige NO₂-Konzentration basierend auf der stromabwärtigen NOx-Konzentration und der stromabwärtigen Ammoniakkonzentration.
Der integrierte Gassensor kann, in anderen Worten, zur Konzentrationsdetektion auf der stromaufwärtigen Seite und/oder der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators in der Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung des ersten Aspekts oder dem Reinigungssteuergerät des zweiten Aspekts verwendet werden. In dem Fall, in dem der stromaufwärtige NOx-Sensor und der stromaufwärtige NO₂-Sensor zu einem Gassensor integriert sind, werden der stromaufwärtige NOx-Sensor und der stromaufwärtige NO₂-Sensor dazu verwendet, die NOx-Konzentration und die NO₂-Konzentration des Abgases in im Wesentlichen dem gleichen Bereich zu detektieren. Der stromaufwärtige NOx-Sensor und der stromaufwärtige NO₂-Sensor unterscheiden sich nicht hinsichtlich ihrer Anordnungsposition und Detektionsposition entlang dem Abgasstrang. Durch die Verwendung eines solchen integrierten Gassensors ist es möglich, die Abschätzgenauigkeit für die Ammoniakeinschluss-Menge weiter zu verbessern. In ähnlicher Weise unterscheiden sich der stromabwärtige NOx-Sensor und der stromabwärtige Ammoniaksensor nicht hinsichtlich ihrer Anordnungsposition und Detektionsposition entlang des Abgasstrangs in dem Fall, in dem der stromabwärtige NOx-Sensor und der stromabwärtige Ammoniaksensor zu einem Sensor integriert sind. Es ist ebenso möglich, die Abschätzgenauigkeit für die Ammoniakeinschluss-Menge durch die Verwendung eines solchen integrierten Gassensor weiter zu verbessern.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzverfahren zum Abschätzen der Menge an in einem SCR-Katalysator eingeschlossenem Ammoniak als eine Ammoniakeinschluss-Menge bereitgestellt, wobei der SCR-Katalysator in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, um NOx in einem Abgas der Brennkraftmaschine zu reinigen, wobei das Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzverfahren einen ersten Datengewinnungsschritt, einen zweiten Datengewinnungsschritt und einen Einschlussmengen-Abschätzschritt umfasst.
In dem ersten Datengewinnungsschritt werden erste Konzentrationsidentifizierungsdaten, welche eine stromaufwärtige NO-Konzentration, eine stromaufwärtige NO₂-Konzentration, eine stromabwärtige NO-Konzentration, eine stromabwärtige NO₂-Konzentration und eine stromabwärtige Ammoniakkonzentration identifizieren, gewonnen. Die stromaufwärtige NO-Konzentration und die stromaufwärtige NO₂-Konzentration beziehen sich auf Konzentrationen an NO bzw. NO₂ in dem in den SCR-Katalysator hineinfließenden Abgas. Die stromabwärtige NO-Konzentration, die stromabwärtige NO₂-Konzentration und die stromabwärtige Ammoniakkonzentration beziehen sich auf die Konzentration von NO, NO₂ bzw. Ammoniak in dem aus dem SCR-Katalysator herausfließenden Abgas.
In dem zweiten Datengewinnungsschritt werden zweite Konzentrationsidentifizierungsdaten, welche eine stromaufwärtige Ammoniakkonzentration identifizieren, gewonnen. Die stromaufwärtige Ammoniakkonzentration bezieht sich auf die Konzentration von Ammoniak in dem in den SCR-Katalysator hineinfließenden Abgas.
In dem Einschluss-Mengenabschätzabschnitt wird die Ammoniakeinschluss-Menge basierend auf den durch den ersten Datengewinnungsschritt gewonnenen ersten Konzentrationsidentifizierungsdaten, den durch den zweiten Datengewinnungsschritt gewonnenen zweiten Konzentrationsidentifizierungsdaten und Reaktionsformeln für die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator abgeschätzt.
Da das Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzverfahren des dritten Aspekts in der Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung des ersten Aspekts ausgeführt wird, ist es bei dem dritten Aspekt möglich, die gleichen Effekte wie bei dem ersten Aspekt zu erreichen.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Reinigungssteuerverfahren zum Steuern einer Harnstoffzuführungseinheit, um einem SCR-Katalysator Ammoniak als ein Reduktionsmittel zuzuführen, wobei der SCR-Katalysator in einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, um NOx im Abgas des Verbrennungsmotors zu reinigen, wobei das Reinigungssteuerverfahren einen ersten Datengewinnungsschritt, einen zweiten Datengewinnungsschritt und einen Zuführungssteuerschritt umfasst. In dem Zuführungssteuerschritt wird die Zuführung des Harnstoffs durch die Harnstoffzuführungseinheit basierend auf der durch den Einschluss-Mengenabschätzschritt abgeschätzten Ammoniakeinschluss-Menge gesteuert.
Da das Reinigungssteuerverfahren des dritten Aspekts in der Reinigungssteuervorrichtung des zweiten Aspekts ausgeführt wird, ist es bei dem vierten Aspekt möglich, die gleichen Effekte wie bei dem zweiten Aspekt zu erreichen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht eines Harnstoff-SCR-Systems 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm eines stromaufwärtigen NOx-Sensors 6 und einer NOx-Sensorsteuerung 7 in dem Harnstoff-SCR-System.
3 ist eine Schnittansicht einer NO₂-Sensoreinheit 102 des stromaufwärtigen Mehrfach-Gassensors.
4 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Mehrfach-Gassensors 8 und einer Mehrfach-Gassensorsteuerung 9 in dem Harnstoff-SCR-System.
5 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ammoniaks Sensoreinheit 202 des stromabwärtigen Mehrfach-Gassensors.
6 ist ein Blockdiagramm, welches verschiedene Datenelemente zeigt, die in der stromabwärtigen Gassensorsteuerung 9 gespeichert sind.
7 ist ein Flussdiagramm eines stromaufwärtigen Konzentrationsbestimmungsprozesses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein Flussdiagramm eines stromabwärtigen Konzentrationsbestimmungsprozesses gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Flussdiagramm eines Einspritzsteuerprozesses gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Diagramm, welches einen Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzprozess gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein SCR-System, das heißt ein System zur Ausführung der selektiven katalytischen Reduktion, 1 gemäß einer Ausführungsform von der vorliegenden Erfindung einen Oxidationskatalysator 2, einen nachfolgend als DPF-Einheit 3 bezeichneten Dieselpartikelfilter, einen SCR-Katalysator 4, einen Injektor 5 für wässrige Harnstofflösung, einen stromaufwärtigen Mehrfach-Gassensor 6, eine stromaufwärtige Sensorsteuerung 7, einen stromabwärtigen Mehrfach-Gassensor 8, eine stromabwärtige Gassensorsteuerung 9, einen stromaufwärtigen Temperatursensor 10, einen stromabwärtigen Temperatursensor 11 und eine Reinigungssteuerung 12.
Der Oxidationskatalysator 2 ist dazu ausgelegt und angeordnet, ein Abgas von einem Dieselmotor 51 über ein Abgasrohr 52 aufzunehmen und Stickoxid (NO) in dem Abgas zu Stickstoffdioxid (NO₂) zu oxidieren.
Die DPF-Einheit 3 ist dazu angeordnet und ausgelegt, das aus dem Oxidationskatalysator 2 herausströmende Abgas über das Abgasrohr 52 aufzunehmen und Partikel aus dem Abgas zu entfernen.
Der SCR-Katalysator 4 ist dazu angeordnet und ausgelegt, das aus der DPF-Einheit 3 herausströmende Abgas über das Abgasrohr 52 aufzunehmen und, während des Erzeugens von Ammoniak durch Hydrolyse von von der stromaufwärtigen Seite zugeführtem Harnstoff, NOx in dem Abgas in Stickstoff und Wasser umzuwandeln, und zwar durch die Reduktionswirkung des erzeugten Ammoniaks, wodurch NOx-reduziertes Abgas freigesetzt wird.
Der Injektor 5 für Harnstofflösung ist an dem Abgasrohr 52 an einer Stelle zwischen der DPF-Einheit 3 und dem SCR-Katalysator 4 angeordnet, um Harnstofflösung in das Abgas einzuspritzen. Die eingespritzte Harnstofflösung wird unter Hochtemperaturbedingungen zu Ammoniakgas hydrolysiert, so dass das Ammoniakgas als das Reduktionsmittel für die Reduktion des NOx verwendet wird, wie dies vorangehend erläutert wurde.
Der stromaufwärtige Mehrfach-Gassensor 6 ist an dem Abgasrohr 52 an einer Position zwischen der DPF-Einheit 3 und dem SCR-Katalysator 4 angeordnet, um die Konzentrationen von NOx und NO₂ in dem aus der DPF-Einheit 3 herausströmenden Abgas zu detektieren.
Die stromaufwärtige Gassensorsteuerung 7 ist dazu konfiguriert, den Betrieb des stromaufwärtigen Mehrfach-Gassensors 6 zu steuern und die Konzentrationen von NO und NO₂ in dem aus der DPF-Einheit 3 herausfließenden Abgas zu bestimmen (nachfolgend als „stromaufwärtige NO-Konzentration” bzw. „stromaufwärtige NO₂-Konzentration” bezeichnet), und zwar basierend auf den Detektionsergebnissen des stromaufwärtigen Mehrfach-Gassensors 6. Ferner ist die stromaufwärtige Gassensorsteuerung 7 dazu konfiguriert, eine Datenkommunikation mit der Reinigungssteuerung 12 über eine Kommunikationsleitung auszuführen, so dass stromaufwärtige NO-Konzentrationsdaten, welche die stromaufwärtige NOx-Konzentration angeben, und stromaufwärtige NO₂-Konzentrationsdaten, welche die stromaufwärtige NO₂-Konzentration angegeben, an die Reinigungssteuerung 12 übertragen werden können.
Der stromabwärtige Mehrfach-Gassensor 8 ist hinter dem bzw. stromabwärts des SCR-Katalysators 4 angeordnet, um die Konzentrationen von NOx und Ammoniak in dem aus der DPF-Einheit 3 herausströmenden Abgas zu detektieren.
Die stromabwärtige Gassensorsteuerung 7 ist dazu konfiguriert, den Betrieb des stromabwärtigen Mehrfach-Gassensors 8 zu steuern und die Konzentrationen von NO, NO₂ und Ammoniak in dem aus dem SCR-Katalysators 4 herausfließenden Abgas zu bestimmen (nachfolgend als „stromabwärtige NOx-Konzentration”, „stromabwärtige NO₂-Konzentration” bzw. „stromabwärtige Ammoniak-Konzentration” bezeichnet), und zwar basierend auf den Detektionsergebnissen des stromabwärtigen Mehrfach-Gassensors 8. Ferner ist die stromabwärtige Gassensorsteuerung 9 dazu konfiguriert, eine Datenkommunikation mit der Reinigungssteuerung 12 über eine Kommunikationsleitung auszuführen, so dass stromabwärtige NOx-Konzentrationsdaten, welche die stromabwärtige NOx-Konzentration angeben, stromabwärtige NO₂-Konzentrationsdaten, welche die stromabwärtige NO₂-Konzentration angegeben, und stromabwärtige Ammoniak-Konzentrationsdaten, welche die stromabwärtige Ammoniak-Konzentration angeben, an die Reinigungssteuerung 12 übertragen werden können.
Der stromaufwärtige Temperatursensor 10 ist dazu angeordnet und konfiguriert, die Temperatur des in den SCR-Katalysator 4 hineinfließenden Abgases zu detektieren und ein stromaufwärtiges Gastemperatursignal auszugeben, welches die detektierte Abgastemperatur angibt.
Der stromabwärtige Temperatursensor 11 ist dazu angeordnet und konfiguriert, die Temperatur des aus dem SCR-Katalysator 4 herausfließenden Abgases zu detektieren und ein stromabwärtiges Gastemperatursignal auszugeben, welches die detektierte Abgastemperatur angibt.
Die Reinigungssteuerung 12 weist, als ihren Hauptteil, einen Mikrocomputer auf, welcher mit einer CPU 21, einem ROM 22, einem RAM 23 und einem Signaleingabe/ausgabeabschnitt 24 ausgestattet ist. Der Injektor 5 für Harnstofflösung, die stromaufwärtige Sensorsteuerung 7, die stromabwärtige Gassensorsteuerung 9, der stromaufwärtige Temperatursensor 10 und der stromabwärtige Temperatursensor 11 sind an den Signaleingabe/ausgabeabschnitt 24 angeschlossen. Wie vorangehend erwähnt, ist die Reinigungssteuerung 12 dazu konfiguriert, eine Datenkommunikation mit der stromaufwärtigen Sensorsteuerung 7 und der stromabwärtigen Gassensorsteuerung 9 über die Kommunikationsleitungen durchzuführen. Die Reinigungssteuerung 12 ist auch dazu konfiguriert, eine Datenkommunikation mit einer elektronischen Steuereinheit 53 über eine Kommunikationsleitung durchzuführen. Die elektronische Steuereinheit 53 ist dazu angeordnet und konfiguriert, den Betrieb des Dieselmotors 51 zu steuern. Nachfolgend wird die elektronische Steuereinheit 53 als „Motor ECU” 53 (elektronische Steuereinheit) bezeichnet.
Wie in 2 gezeigt, umfasst der stromaufwärtige Mehrfach-Gassensor 6 eine NOx-Sensoreinheit 101 und eine NO₂-Sensoreinheit 102.
Die NOx-Sensoreinheit 101 umfasst eine isolierende Schicht 111, eine Festelektrolytschicht 112, eine isolierende Schicht 113, eine Festelektrolytschicht 114, eine isolierende Schicht 115, eine Festelektrolytschicht 116, eine isolierende Schicht 117, eine Festelektrolytschicht 118, eine isolierende Schicht 119 und eine isolierende Schicht 120, welche in dieser Reihenfolge aufeinander gestapelt sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind die isolierenden Schichten 111, 113, 115, 117, 119 und 120 hauptsächlich aus Aluminiumoxid gebildet; die Festelektrolytschicht 112 beispielsweise aus stabilisiertem Zirkonoxid (YSZ) gebildet; und die Festelektrolytschichten 114, 116 und 118 sind hauptsächlich aus sauerstoffionenleitendem Zirkonoxid gebildet.
In der NOx-Sensoreinheit 101 gibt eine ersten Messkammer 121, welche zwischen der Festelektrolytschicht 114 und der Festelektrolytschicht 116 begrenzt ist. Ein Diffusionswiderstandselement 122 ist zwischen der Festelektrolytschicht 114 und der Festelektrolytschicht 116 an einer Seite angeordnet, welche der ersten Messkammer 121 benachbart angeordnet ist, so dass das Abgas über das Diffusionswiderstandselement 122 von außen in die erste Messkammer 121 eingeführt wird. Ein Diffusionswiderstandselement 123 ist zwischen der Festelektrolytschicht 114 und der Festelektrolytschicht 116 auf der anderen, der ersten Messkammer 121 in der NOx-Sensoreinheit 101 benachbarten, Seite angeordnet, so dass das Abgas über das Diffusionswiderstandselement 123 von der ersten Messkammer 121 nach außen abgegeben wird. Die Diffusionswiderstandselemente 122 und 123 sind aus einem porösen Material, wie etwa Aluminiumoxid, gebildet.
Die NOx-Sensoreinheit 101 weist eine erste Pumpzelle 130 auf, welche aus der Festelektrolytschicht 114 und Pumpelektroden 131 und 132 gebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Pumpelektroden 131 und 132 im Wesentlichen aus Platin gebildet. Die Elektrode 131 ist an einer Oberfläche der Festelektrolytschicht 114 und im Kontakt mit der ersten Messkammer 121 angeordnet. Eine Schutzschicht 133 ist aus einem porösen Material gebildet, um eine Oberfläche der Pumpelektrode 131, welche der ersten Messkammer 121 zugewandt ist, abzudecken. Die Pumpelektrode 132 ist an einer Oberfläche der Festelektrolytschicht 114 angeordnet, welche der Pumpelektrode 131 gegenüberliegt. Ein Teil der isolierenden Schicht 113, welcher hinsichtlich seiner Position der Pumpelektrode 132 und deren Umgebung entspricht, ist entfernt. Ein poröses Material 134 ist in diesen Teil anstatt der isolierenden Schicht 113 eingefüllt, um hierdurch einen Gasfluss (von Sauerstoff) zwischen der Pumpelektrode 132 und der Umgebung zu ermöglichen.
Die NOx-Sensoreinheit 101 weist auch eine Sauerstoffkonzentrationsdetektionszelle 140 auf, welche durch die Festelektrolytschicht 116, eine Detektionselektrode 141 und eine Referenzelektrode 142 gebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Detektionselektrode 141 und die Referenzelektrode 142 hauptsächlich aus Platin gebildet. Die Detektionselektrode 141 ist an einer Oberfläche der Festelektrolytschicht 116 ausgebildet, welche im Kontakt mit der ersten Messkammer 121 steht, und zwar an einer Position stromabwärts der Pumpelektrode 131 innerhalb der ersten Messkammer 121 (das heißt einer Position, welche dem Diffusionswiderstandselement 123 näher liegt als das Diffusionswiderstandselement 122). Die Referenzelektrode 142 ist an einer Oberfläche der Festelektrolytschicht 116 angeordnet, welche der Detektionselektrode 141 gegenüberliegt.
In der NOx-Sensoreinheit 101 gibt es eine Referenz-Sauerstoffkammer 146, welche zwischen der Festelektrolytschicht 116 und der Festelektrolytschicht 118 definiert ist und mit der Referenzelektrode 142 in Kontakt steht. Das Innere der Referenz-Sauerstoffkammer 146 ist mit einem porösen Material gefüllt.
Es gibt ferner eine zweite Messkammer 148, welche zwischen der Festelektrolytschicht 114 und der Festelektrolytschicht 118 durch die Isolationsschicht 115 hindurch, die Festelektrolytschicht 116 und die isolierende Schicht 117 in der NOx-Sensoreinheit 101 so begrenzt ist, so dass das von der ersten Messkammer 121 über das Diffusionswiderstandselement 123 ausgegebene Abgas in die zweite Messkammer 148 eingeführt wird.
Die NOx-Sensoreinheit 101 weist eine zweite Pumpzelle 150 auf, welche durch die Festelektrolytschicht 118 und die Pumpelektroden 151 und 152 gebildet ist. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Pumpelektroden 151 und 152 hauptsächlich aus Platin gebildet. Die Pumpelektrode 151 ist an einer Oberfläche der Festelektrolytschicht 118 angeordnet, welche mit der zweiten Messkammer 148 in Kontakt steht. Die Pumpelektrode 152 ist an einer Oberfläche der Festelektrolytschicht 118 angeordnet, welche der Referenzelektrode 142 bezüglich der Referenz-Sauerstoffkammer 146 gegenüberliegt.
Die NOx-Sensoreinheit 101 weist eine Heizung 160 auf. Die Heizung 160 ist ein Heizwiderstand, welcher hauptsächlich aus Platin oder dergleichen zusammengesetzt ist, um bei Zuführung von Energie zu diesem Wärme zu erzeugen, und er ist zwischen der isolierenden Schicht 119 und der isolierenden Schicht 120 angeordnet.
Die NO₂-Sensoreinheit 102 ist in einer Öffnung angeordnet, welche von einer Oberfläche der isolierenden Schicht 111 durch die isolierende Schicht 111 hindurch zu der Festelektrolytschicht 112 ausgebildet ist. Wie in 3 gezeigt, weist die NO₂-Sensoreinheit 102 eine Zwischenschicht 171, eine Detektionselektrode 172 und eine Referenzelektrode 173 auf.
Die Zwischenschicht 171 ist auf der Festelektrolytschicht 112 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zwischenschicht 171 aus einem Material gebildet, welches 50 Massen% oder mehr an sauerstoffionenleitendem Festelektrolyt enthält und ferner ein Oxid wenigstens einer Art von Metall enthält, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Co, Mn, Cu, Ni und Ce ausgewählt ist, und zwar als ein erstes Metalloxid.
Die Detektionselektrode 172 ist an der Zwischenschicht 171 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Detektionselektrode 172 aus einem Material gebildet, welches 70 Massen% oder mehr an Gold enthält und welches kein erstes Metalloxid enthält. Es ist unwahrscheinlich, dass ein verbrennbares Gas an einer Oberfläche der Detektionselektrode 172 verbrannt wird. Die Detektionselektrode 172 erlaubt es NO₂, durch die Elektrode 172 hindurch zu treten und an einer Grenze zwischen der Zwischenschicht 171 und der Detektionselektrode 172 mit Sauerstoffionen zu reagieren (als Elektrodenreaktion), um NO₂ zu detektieren.
Die Referenzelektrode 173 ist mit Abstand von der Zwischenschicht 171 an der Festelektrolytschicht 112 angeordnet. Das verbrennbare Gas wird an einer Oberfläche der Referenzelektrode 173 verbrannt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Referenzelektrode 173 aus Pt oder einem Pt als eine Hauptkomponente enthaltendem Material gebildet.
Die NO₂-Sensoreinheit 102 ist dazu ausgebildet, die Konzentration von NO₂ in dem Abgas in Abhängigkeit von Änderungen der elektromotorischen Kraft zwischen der Detektionselektrode 172 und der Referenzelektrode 173 zu detektieren.
Wie in 2 gezeigt, umfasst die stromaufwärtige Gassensorsteuerung 7 ein Steuerschaltungsmodul 180 und einen Mikrocomputer 190 (nachfolgend als „Mikon 190” bezeichnet).
Das Steuerschaltungsmodul 180 ist ein Analogschaltungsmodul, welches auf einer Schaltungsplatine angebracht ist. Insbesondere weist das Steuerschaltungsmodul 180 eine Ip1-Treiberschaltung 181, eine Vs-Detektionsschaltung 182, eine Referenzspannungsvergleichsschaltung 183, eine Icp-Versorgungsschaltung 184, eine Vp2-Anlageschaltung 185, eine Ip2-Detektionsschaltung 186, eine Heizungstreiberschaltung 187 und eine Detektionsschaltung für elektromotorische Kraft 188 auf.
Die Pumpelektrode 131, die Detektionselektrode 141 und die Pumpelektrode 151 sind an ein Referenzpotenzial angeschlossen. Die Pumpelektrode 132 ist mit der Ip1-Treiberschaltung 181 verbunden. Die Referenzelektrode 142 ist mit der Vs-Detektionsschaltung 182 und der Icp-Zuführungsschaltung 184 verbunden. Die Pumpelektrode 152 ist mit der Vp2-Anlageschaltung 185 und der Ip2-Detektionsschaltung 186 verbunden. Die Heizung 160 ist mit der Heizungstreiberschaltung 187 verbunden. Die NO₂-Sensoreinheit 102 ist mit der Detektionsschaltung für elektromotorische Kraft 188 verbunden.
Die Ip1-Treiberschaltung 181 erzeugt einen ersten Pumpstrom Ip1 zwischen der Pumpelektrode 131 und der Pumpelektrode 132, und sie detektiert den zugeführten ersten Pumpstrom Ip1.
Die Vs-Detektionsschaltung 182 detektiert eine Spannung Vs zwischen der Detektionselektrode 141 und der Referenzelektrode 142 und gibt die detektierte Spannung an die Referenzspannungsvergleichsschaltung 183 aus.
Die Referenzspannungsvergleichsschaltung 183 vergleicht die Ausgabe (Spannung Vs) der VS-Detektionsschaltung 182 mit einer Referenzspannung (zum Beispiel 425 mV) und gibt das Vergleichsergebnis an die Ip1-Treiberschaltung 181 aus. Die Ip1-Treiberschaltung 181 steuert die Richtung und die Stärke des Flusses des ersten Pumpstroms Ip1 derart, dass die Spannung Vs gleich der Referenzspannung wird, und sie stellt die Konzentration von Sauerstoff in der ersten Messkammer 121 auf einen vorbestimmten Pegel ein, bei welchem Zersetzung von NOx nicht auftritt.
Die Icp-Zuführungsschaltung 184 liefert einen kleinen Strom Icp zwischen der Detektionselektrode 141 und der Referenzelektrode 142. Durch die Zuführung eines solchen kleinen Stroms wird Sauerstoff von der ersten Messkammer 121 durch die Festelektrolytschicht 116 zu der Referenzsauerstoffkammer 146 gepumpt, so dass die Konzentration von Sauerstoff in der Referenzsauerstoffkammer 146 auf eine vorbestimmte Referenz-Sauerstoffkonzentration eingestellt wird.
Die Vp2-Anlageschaltung 185 legt eine konstante Spannung Vp2 (zum Beispiel 450 mV) zwischen der Pumpelektrode 151 und der Pumpelektrode 152 an. Durch das Anlegen einer solchen konstanten Spannung wird NOx in der zweiten Messekammer 148 durch die katalytischen Aktivitäten der Pumpelektroden 151 und 152 der zweiten Pumpzelle 150 dissoziiert. Die auf diese Weise erhaltenen Sauerstoffatome fließen durch die Festelektrolytschicht 118 zwischen der Pumpelektrode 151 und der Pumpelektrode 152, wodurch ein zweiter Strom Ip2 gebildet wird. Die Ip2-Detektionsschaltung 186 detektiert den gebildeten zweiten Pumpstrom Ip2.
Die Heizungstreiberschaltung 187 betreibt die Heizung 160 durch das Anlegen einer positiven Energiezuführungsspannung an ein Ende des Heizwiderstands und einer negativen Energiezuführungsspannung an das andere Ende des Heizwiderstands.
Die Detektionsschaltung 188 für die elektromotorische Kraft detektiert die elektromotorische Kraft, welche zwischen der Detektionselektrode 172 und der Referenzelektrode 173 entsteht.
Der Mikrocomputer 190 weist eine CPU 191, ein ROM 192, ein RAM 193 und einen Signaleingabe/ausgabeteil 194 auf.
Die CPU 191 führt verschiedene Verarbeitungen zur Steuerung des Mehrfach-Gassensors 6 gemäß Programmen aus, welche in dem ROM 192 gespeichert sind. Der Signaleingabe/ausgabeteil 194 ist mit der Ip1-Treiberschaltung 181, der Vs-Detektionsschaltung 182, der Ip2-Detektionsebene 186, der Heizungstreiberschaltung 187 und der Detektionsschaltung 188 für die elektromotorische Kraft verbunden.
Die CPU 191 erhält Signale von den Schaltungen 181, 182, 186 und 188 über den Signaleingabe/ausgabeteil 194 und bestimmt die NOx und NO₂-Konzentrationen basierend auf den erhaltenen Signalen. Ferner gibt die CPU 191 über den Signaleingabe/ausgabeteil 194 ein Treibersignal an die Heizungstreiberschaltung 187 aus, um hiermit die Heizung 160 zu steuern.
Wie in 4 gezeigt, umfasst der stromabwärtige Mehrfach-Gassensor 8 eine NOx-Sensoreinheit 201 und eine Ammoniaksensoreinheit 202.
Die NOx-Sensoreinheit 201 weist die gleiche Struktur auf wie der NOx-Sensoreinheit 101, mit Ausnahme dass: eine Festelektrolytschicht 212 anstatt der Festelektrolytschicht 112 vorgesehen ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Festelektrolytschicht 212 ist hauptsächlich aus sauerstoffionenleitendem Zirkonoxid gebildet.
Die Ammoniaksensoreinheit 202 weist eine Detektionselektrode 221, eine Referenzelektrode 222, eine selektive Reaktionsschicht 223 und eine Diffusionsschicht 224 auf.
Wie in 5 gezeigt, sind die Detektionselektrode 221 und die Referenzelektrode 222 mit Abstand voneinander an der Festelektrolytschicht 122 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Detektionselektrode 221 aus einem Material gebildet, welches Gold als eine Hauptkomponente enthält, und die Referenzelektrode 222 ist aus einem Material gebildet, welches Platin als eine Hauptkomponente enthält. Da die Detektionselektrode 221 für Ammoniak eine größere Reaktivität zeigt als die Referenzelektrode 222, wird eine elektromotorische Kraft zwischen der Detektionselektrode 221 und der Referenzelektrode 222 entwickelt.
Die selektive Reaktionsschicht 223 ist hauptsächlich aus einem Metalloxid gebildet, um die Detektionselektrode 221 und die Referenzelektrode 222 abzudecken. Die selektive Reaktionsschicht 223 hat die Funktion, jegliche von Ammoniak verschiedene brennbare Gaskomponente zu verbrennen, so dass die Ammoniaksensoreinheit 202 das Ammoniak in dem Abgas detektieren kann, ohne von der brennbaren Gaskomponente beeinflusst zu werden.
Die Diffusionsschicht 224 ist aus einem porösen Material gebildet, um die selektive Reaktionsschicht 223 abzudecken. Die Diffusionsschicht 224 hat die Funktion, die Diffusionsrate des von außen in die Ammoniaksensoreinheit 202 eingeführten Abgases einzustellen.
Die stromabwärtige Gassensorsteuerung 9 umfasst, wie in 4 gezeigt, ein Steuerschaltungsmodul 230 und einen Mikrocomputer 190.
Das Steuerschaltungsmodul 230 ist von dem Steuerschaltungsmodul 180 der stromaufwärtigen Gas-Sensorsteuerung 7 dahingehend verschieden, dass eine Detektionsschaltung 231 für elektromotorische Kraft anstatt der Detektionsschaltung 188 für elektromotorische Kraft vorgesehen ist. Die Detektionsschaltung 231 für elektromotorische Kraft detektiert die elektromotorische Kraft, welche zwischen der Detektionselektrode 221 und der Referenzelektrode 222 erzeugt wird (nachfolgend als „elektromotorische Ammoniak-Kraft EMF” bezeichnet), und gibt das Detektionsergebnis als ein Detektionssignal an den Signaleingabe/ausgabeteil 194 des Mikrocomputers 230 aus.
Wie in 6 gezeigt, speichert das ROM 192 des Mikrocomputers 190 eine erste Pumpstrom(Ip1)-Sauerstoffkonzentrationsbeziehungsformel 241, eine Ammoniakkonzentrationsausgabe(elektromotorische Kraft EMF)-Ammoniakkonzentrationszusammenhangsformel 242, eine zweite Pumpstrom(IP2)-NO-Konzentrationszusammenhangsformel 243, eine Negativ-Ammoniakkonzentrationsausgabe-NO₂-Konzentrationszusammenhangsformel 244, eine Zusatzzweite-Pumpstrom-NO/NO₂-Konzentrationszusammenhangsformel 245 und eine Ammoniakkonzentrationsausgabe-Ammoniakkonzentrationszusammenhangsformel 246.
Die erste Pumpstrom(Ip1)-Sauerstoffkonzentrationsbeziehungsformel 241 repräsentiert einen Zusammenhang zwischen dem ersten Pumpstrom (Ip1) und der Sauerstoffkonzentration des Abgases. Die Sauerstoffkonzentration des Abgases kann gemäß der ersten Pumpstrom(Ip1)-Sauerstoffkonzentrationsbeziehungsformel 241 bestimmt werden.
Für verschiedene Sauerstoffkonzentrationen gibt es eine Mehrzahl von Ammoniakkonzentrationszusammenhangsformeln 142. Die Ammoniakkonzentrationszusammenhangsformel 242 repräsentiert einen Zusammenhang zwischen der Ammoniakkonzentrationsausgabe der Ammoniaksensoreinheit 202 und der Ammoniakkonzentration des Abgases. Gemäß dieser Zusammenhangsformel kann die Ammoniakkonzentration des Abgases genau bestimmt werden, ohne dass diese durch die Sauerstoffkonzentration des Abgases beeinflusst wird.
Für verschiedene unterschiedliche Ammoniakkonzentrationen gibt es eine Mehrzahl von Pumpstrom(IP2)-NO-Konzentrationszusammenhangsformeln 243. Für verschiedene Sauerstoff- und NO₂-Konzentrationen gibt es eine Mehrzahl von Ammoniakkonzentrationsausgabe-Ammoniakkonzentrationszusammenhangsformeln 246. Die NO- und NO₂-Konzentrationen können durch den Mikrocomputer 190 in Übereinstimmung mit den zweiten Pumpstrom(IP2)-NO-Konzentrationszusammenhangsformeln 243, der Negativ-Ammoniakkonzentrationsausgabe-NO₂-Konzentrationszusammenhangsformel 244, den Zusatz-zweite-Pumpstrom-NO/NO₂-Konzentrationszusammenhangsformeln 245 und der Ammoniakkonzentrationsausgabe-Ammoniakkonzentrationszusammenhangsformel 246. Die Verfahren zur Bestimmung der NO- und NO₂-Konzentrationen sind aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-075546 usw. bekannt. Eine detaillierte Erläuterung der Konzentrationsbestimmungsverfahren für NO und NO₂ wird deshalb weggelassen.
Der Mikrocomputer 190 der stromaufwärtigen Gassensorsteuerung 7 führt einen stromaufwärtigen Gaskonzentrationsbestimmungsprozess durch.
Die Verarbeitung des stromaufwärtigen Gaskonzentrationsbestimmungsprozesses wird nachfolgend erläutert. Der stromaufwärtige Gaskonzentrationsbestimmungsprozess beginnt unmittelbar nach dem Start des Mikrocomputers 190 der stromaufwärtigen Gassensorsteuerung 7.
Bei Beginn des stromaufwärtigen Gaskonzentrationsbestimmungsprozesses startet die CPU 191 des Mikrocomputers 190 die Ausgabe eines Heizung-AN-Signals an die Heizungstreiberschaltung 187 in Schritt S10, um den Heizwiderstand der Heizung 160 mit Energie zu versorgen, wie in 7 gezeigt. Durch diese Signalausgabe wird die Heizung 160 mit Energie versorgt, um den stromaufwärtigen Mehrfach-Gassensor 6 zu heizen.
In Schritt S20 beurteilt die CPU, ob der stromaufwärtige Mehrfach-Gassensor 6 in einem aktivierten Zustand ist. Der stromaufwärtige Mehrfach-Gassensor 6 wird als im aktivierten Zustand befindlich beurteilt, wenn der stromaufwärtige Mehrfach-Gassensor 6 eine Aktivierungstemperatur erreicht. Wenn der stromaufwärtige Mehrfach-Gassensor 6 nicht in dem aktivierten Zustand ist (NEIN in Schritt S20), wiederholt die CPU die Verarbeitung von Schritt S20 und befindet sich somit im Stand-by, bis der stromaufwärtige Mehrfach-Gassensor 6 aktiviert wird. Wenn der stromaufwärtige Mehrfach-Gassensor 6 in dem aktivierten Zustand ist (JA in Schritt S20), bestimmt die CPU die NOx-Konzentration des Abgases basierend auf dem ersten Pumpstrom Ip1 und dem zweiten Pumpstrom Ip2 in Schritt S30. Das Verfahren zur Bestimmung der NOx-Konzentration basierend auf den Pumpströmen Ip1 und Ip2 ist aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. H11-72478 usw. bekannt. Eine detaillierte Erläuterung des NOx-Konzentration Bestimmungsverfahrens wird deshalb weggelassen.
In Schritt S40 bestimmt die CPU die NO₂-Konzentration des Abgases basierend auf dem ersten Pumpstrom Ip1 und der elektromotorischen Kraft. Das Verfahren zum Bestimmen der NO₂-Konzentration basierend auf dem ersten Pumpstrom und der elektromotorischen Kraft ist aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-62541 usw. bekannt. Eine detaillierte Erläuterung des NO₂-Konzentrationsbestimmungsverfahrens wird deshalb weggelassen.
In Schritt S50 bestimmt die CPU die NO-Konzentration des Abgases durch Subtrahieren der in Schritt S40 bestimmten NO₂-Konzentration von der in Schritt S30 bestimmten NOx Konzentration. Danach geht die CPU zu Schritt S30.
Der Mikrocomputer 190 der stromabwärtigen Gassensorsteuerung 9 führt einen Bestimmungsprozess für die stromabwärtige Gaskonzentration durch.
Die Verarbeitung des Bestimmungsprozesses für die stromabwärtige Gaskonzentration wird nachfolgend erläutert. Der Bestimmungsprozess für die stromabwärtige Gaskonzentration beginnt. unmittelbar nach dem Start des Mikrocomputers 190 der stromabwärtigen Gassensorsteuerung 9.
Bei Beginn des Bestimmungsprozesses für die stromabwärtige Gaskonzentration startet die CPU 191 des Mikrocomputers die Ausgabe eines Heizung-AN-Signals an die Heizungstreiberschaltung 187 in Schritt S110, wie in 8 gezeigt, auf die gleiche Weise wie in Schritt S10. Durch diese Signalausgabe wird die Heizung 160 mit Energie versorgt, um den stromabwärtigen Mehrfach-Gassensor 8 zu heizen.
In Schritt S120 beurteilt die CPU, ob der stromabwärtige Mehrfach-Gassensor 8 in einem aktivierten Zustand ist auf die gleiche Weise wie in Schritt S20. Wenn der stromabwärtige Mehrfach-Gassensor 8 nicht in dem aktivierten Zustand ist (NEIN in Schritt S120), wiederholt die CPU die Verarbeitung des Schritts S120 und bleibt somit im Stand-by bis der stromabwärtige Mehrfach-Gassensor 8 aktiviert wird. Wenn der stromabwärtige Mehrfach-Gassensor 8 in dem aktivierten Zustand ist (JA in Schritt S120), bestimmt die CPU in Schritt S130 die Ammoniakkonzentration des Abgases in Übereinstimmung mit der Pumpstrom(Ip1)-Sauerstoffkonzentrationsbeziehungsformel 241 und der Ammoniakkonzentrationsausgabe(elektromotorische Kraft EMF)-Ammoniakkonzentrationszusammenhangsformel 242.
In Schritt S140 bestimmt die CPU die NO-Konzentration und die NO₂-Konzentration in Übereinstimmung mit der Pumpstrom(IP2)-NO-Konzentrationszusammenhangsformel 243, der Negativ-Ammoniakkonzentrationsausgabe-NO₂-Konzentrationszusammenhangsformel 244, der Pumpstrom-NO/NO₂-Konzentrationszusammenhangsformel 245 und der Ammoniakkonzentrationsausgabe-Ammoniakkonzentrationszusammenhangsformel 246, wie vorangehend beschrieben. Dann geht die CPU zu Schritt S130.
Die Reinigungsteuerung 12 führt ferner einen Einspritzsteuerprozess aus, um den Harnstoffeinspritzbetrieb Injektors 5 für Harnstofflösung zu steuern.
Die Verarbeitung des Einspritzsteuerprozesses wird nachfolgend beschrieben. Der Einspritzsteuerprozess wird in regelmäßigen Zeitabständen (zum Beispiel 10 ms) während des Betriebs der Reinigungssteuerung 12 ausgeführt.
Bei Beginn des Einspritzsteuerprozesses gewinnt die CPU in Schritt 210, wie in 9 gezeigt, verschiedene Eingabeparameter. Die Eingabeparameter beziehen sich auf die Datenelemente, welche die stromaufwärtige Gastemperatur, die stromabwärtige Gastemperatur, die Abgasflussrate, die stromaufwärtige NO-Konzentration, die stromaufwärtige NO₂-Konzentration, die stromabwärtige NOx-Konzentration, die stromabwärtige NO₂-Konzentration und die stromabwärtige Ammoniakkonzentration angeben.
In der vorliegenden Ausführungsform gewinnt die CPU 21 die Daten, welche die stromaufwärtige Abgastemperatur (als „stromaufwärtige Gastemperaturdaten” bezeichnet) und die Daten, welche die stromabwärtige Gastemperatur (als „stromabwärtige Abgastemperaturdaten” bezeichnet) von dem stromaufwärtigen Abgastemperatursignal des stromaufwärtigen Temperatursensors 10 bzw. dem stromabwärtigen Abgastemperatursignal des stromabwärtigen Temperatursensors 11. Die CPU 21 gewinnt die Daten, welche die Abgasflussrate (als „Abgasflussratendaten” bezeichnet) durch Kommunikation mit der elektronischen Steuereinheit 53. Die CPU 21 gewinnt die Daten, welche die stromaufwärtige NO-Konzentration) als „stromaufwärtige NO-Konzentrationsdaten” bezeichnet), und die Daten, welche die stromaufwärtige NO₂-Konzentration angeben, (als „stromaufwärtige NO₂-Konzentrationsdaten” bezeichnet) durch Kommunikation mit der stromaufwärtigen Gassensorsteuerung 7. Die CPU 21 gewinnt ferner die Daten, welche die stromabwärtige NOx-Konzentration angeben, (als „stromabwärtige NOx-Konzentrationsdaten” bezeichnet), die Daten, welche die stromabwärtige NO₂-Konzentration angeben, (als „stromabwärtige NO₂-Konzentrationsdaten” bezeichnet) und die Daten, welche die stromabwärtige Ammoniakkonzentration angeben, (als „stromabwärtige Ammoniakkonzentrationsdaten” bezeichnet) durch Kommunikation mit der stromabwärtigen Gassensorsteuerung 9.
In Schritt S220 setzt die CPU einen Zielwert für die Menge an in dem SCR-Katalysator 4 eingeschlossenem Ammoniak (nachfolgend als „Ziel-Einschluss-Menge” bezeichnet). In der vorliegenden Ausführungsform wird zunächst ein Mittelwert aus der stromaufwärtigen Gastemperatur und der stromabwärtigen Gastemperatur als eine Temperatur des SCR-Katalysators 4 bestimmt (als „SCR-Katalysatortemperatur” bezeichnet), und zwar basierend auf den in Schritt S210 gewonnenen stromaufwärtigen Gastemperaturdaten und stromabwärtigen Gastemperaturdaten. Ziel-Einschluss-Menge wird dann für die bestimmte SCR-Katalysatortemperatur unter Bezugnahme auf eine vorbestimmte Anpassungsfaktoreinstellungszuordnung eingestellt. Die Anpassungsfaktoreinstellungszuordnung definiert einen Zusammenhang zwischen der SCR-Katalysatortemperatur und der Ziel-Einschluss-Menge und wurde in dem ROM 22 gespeichert.
In Schritt 230 schätzt die CPU die Menge an in dem SCR-Katalysator 4 eingeschlossenem Ammoniak ab (als „Ammoniakeinschluss-Menge” bezeichnet), und zwar basierend auf den Abgasflussratendaten, den stromaufwärtigen NO-Konzentrationsdaten, den stromabwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten, den stromabwärtigen NOx-Konzentrationsdaten, den stromabwärtigen O2-Konzentrationsdaten und den stromabwärtigen Ammoniak-Konzentrationsdaten, welche in Schritt S210 gewonnen wurden, sowie der in Schritt S240 berechneten Harnstoffeinspritzmenge. In Schritt S2130 wird der zuletzt berechnete Wert der Harnstoffeinspritzmenge verwendet.
Wie in 10 gezeigt, wird die Ammoniakeinschluss-Menge durch Subtrahieren einer Verwendungsmenge zur Reinigung und einer Ammoniak-Schlupfmenge von der Harnstoffeinspritzmenge abgeschätzt. Die Reinigungsverwendungsmenge bezieht sich auf die Menge an Ammoniak, welche zur Reinigung von NO und NO₂ an dem SCR-Katalysator 4 verwendet wird und kann basierend auf den folgenden Reaktionsgleichungen (1), (2) und (3) berechnet werden. 2NH₃ + NO + NO₂ → 2N₂ + 3H₂O (1) 4NH₃ + 4NO + O₂ → 4N₂ + 6H₂O (2) 8NH₃ + 6NO₂ → 7N₂ + 12H₂O (3)
Das Verfahren zum Abschätzen der Ammoniakeinschluss-Menge wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ein spezifisches Beispiel erläutert.
Das folgende spezifische Beispiel basiert auf den Annahmen, dass die Gasflussrate, welche in Schritt S210 aus den Gasflussratendaten gewonnen wurde, 5,5238 g/s beträgt, die stromaufwärtige NO-Konzentration, welche durch die in Schritt S210 gewonnenen stromaufwärtigen NO-Konzentrationsdaten angegeben werden, 14,5 ppm beträgt; die stromabwärtige NO₂-Konzentration, welche durch die in Schritt S210 gewonnenen stromabwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten angegeben werden, 41,5 ppm beträgt; die stromabwärtige NOx-Konzentration, welche durch die in Schritt S210 gewonnenen stromabwärtigen NOx-Konzentrationsdaten angegeben werden, 20,0 ppm beträgt; die stromabwärtige und NO₂-Konzentration, welche durch die in Schritt S210 gewonnenen stromabwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten angegeben wird, 5,0 99 m beträgt; die stromabwärtige Ammoniakkonzentration, welche durch die in Schritt S210 gewonnenen stromabwärtigen Ammoniakkonzentrationsdaten angegeben wird, 14,5 99 m beträgt; und die frühere Harnstoffeinspritzmenge, welche in Schritt S2140 berechnet wurde, 0,195 g/s beträgt.
Zunächst wird die molare Konzentration an pro Sekunde erzeugtem NH₃ aus der Ammoniakeinspritzmenge berechnet, wie in der nachfolgenden Formel (4) gezeigt. In der Formel (4) ist der Wert „0,325” die Menge an in Harnstoff enthaltenem Ammoniak, und der Wert ”60” ist die modulare Masse von Harnstoff. NH₃ molare Konzentration [ppm·mol/s] = 0,195 × 0,325/60 × 10⁶ = 1056,419 (4)
Die in der Reaktionsgleichung (1) benötigte molare Konzentration an Harnstoff wird aus der molaren Konzentration von NH₃ pro Sekunde berechnet, wie in der folgenden Gleichung (5) gezeigt. Harnstoff molare Konzentration [ppm·mol/s] = 1056,419 × 2 = 2112,883 (5)
Die Prozessierungsbearbeitungen werden ferner in Übereinstimmung mit den Reaktionsgleichungen (1), (2) und (3) ausgeführt.
Die stromaufwärtige NO-Konzentration und die stromaufwärtige NO₂-Konzentration werden zunächst miteinander verglichen. Da die stromaufwärtige NO-Konzentration kleiner ist als die stromaufwärtige NO₂-Konzentration, wird in der Reaktionsgleichung (1) das gesamte NO verwendet. Die molare Konzentration A an NH₃, welche in der Reaktionsgleichung (1) verwendet wird, wird somit berechnet, wie in der nachfolgenden Gleichung (6) gezeigt. NH₃ molare Konzentration A [ppm·mol/s] = 5,5238 × 14,5 × 2/22,4 = 7,151 (6)
Da das gesamte NO, welches von der stromaufwärtigen Seite in den SCR-Katalysator 4 fließt, in der Reaktionsgleichung (1) verwendet wird, ist die Menge an NO, welche in der Reaktionsgleichung (2) verwendet wird, 0. Folglich ist die molare Konzentration B an NH₃, welche in der Reaktionsgleichung (2) zur NO-Reinigung benötigt wird, gleich 0, wie in der folgenden Gleichung (7) in dem Fall gezeigt, in dem die stromaufwärtige NO-Konzentration kleiner ist als die stromaufwärtige NO₂-Konzentration. NH₃ molare Konzentration B [ppm·mol/s] = 5,5238 × 0 × 2/22,4 = 0 (7)
Dann wird das NO₂, welches verbleibt, ohne in der Reaktionsgleichung (1) verwendet zu werden, in der Reaktionsgleichung (3) verwendet. Die molare Konzentration C an NH₃, welches in der Reaktionsgleichung (3) zur NO₂-Reinigung verwendet wird, wird somit berechnet, wie in der nachfolgenden Gleichung (8) gezeigt. NH₃ molare Konzentration C [ppm·mol/s] = 4/3 × 5,5238 × (41,5 – 14,5)/22,4 = 8,8775 (8)
Dann werden die stromabwärtige NO-Konzentration und die stromabwärtige NO₂-Konzentration miteinander verglichen. Da die stromabwärtige NO₂-Konzentration kleiner ist als die stromabwärtige NO-Konzentration, wird das gesamte NO₂ in der Reaktionsgleichung (1) verwendet. Die stromabwärtige NO-Konzentration wird durch Subtrahieren der stromabwärtigen NO₂-Konzentration von der stromabwärtigen NOx-Konzentration berechnet, wie in der nachfolgenden Gleichung (9) gezeigt. Stromabwärtige NO-Konzentration [ppm] = 20,0 – 5,0 = 15,0 (9)
Die molare Konzentration D an zur Reinigung von NOx benötigtem NH₃, welches durchgeschlupft ist, ohne in der Reaktionsgleichung (1) verwendet zu werden, wird berechnet, wie in der nachfolgenden Gleichung (10) gezeigt. NH₃ molare Konzentration D [ppm·mol/s] = 5,5238 × 5 × 2/22,4 = 2,46 (10)
Die molare Konzentration E an für die Reinigung von NO benötigtem NH₃, welches zur stromabwärtigen Seite durchgeschlupft ist, ohne in der Reaktionsgleichung (2) verwendet zu werden, wird berechnet, wie in der nachfolgenden Gleichung (11) gezeigt. NH₃ molare Konzentration E [ppm·mol/s] = 5,5238 × (15 – 5)/22,4 = 2,46 (11)
Da das gesamte NO₂, welches zur stromabwärtigen Seite durchschlupft, in der Reaktionsgleichung (1) verwendet wird, ist die Menge an NO₂, welche in der Reaktion Gleichung (3) verwendet wird, gleich 0. Folglich ist die molare Konzentration F an für die NO₂-Reinigung benötigtem NH₃ in der Reaktionsgleichung (3) gleich 0, wie dies in der nachfolgenden Gleichung (12) für den Fall gezeigt ist, in dem die stromabwärtige NO₂-Konzentration kleiner ist als die stromabwärtige NO-Konzentration. NH₃ molare Konzentration F [ppm·mol/s] = 4/3 × 5,5238 × (0)/22,4 = 0 (12)
Aus den obigen Berechnungsergebnissen wird die momentane Ammoniakrückhaltemenge durch die folgende Formel (13) bestimmt. Momentane NH₃-Rückhaltemenge [g] = 17 × [2112,883 – {(A + B + C) – (D + E + F) – 5,5238 × 14,5/22,4}] × 0,01 × 10⁶ = 0,00015 (13)
Entsprechend wird die Ammoniakeinschluss-Menge durch die folgende Gleichung (14) abgeschätzt. Ammoniakeinschluss-Menge [g] = Vorherige Ammoniakeinschluss-Menge + 0,00015 (14)
Nach dem Abschätzen der Ammoniakeinschluss-Menge in Schritt S230 berechnet die CPU in Schritt S240 die Harnstoffeinspritzmenge so, dass die in Schritt S230 berechnete Ammoniakeinschluss-Menge mit der in Schritt S220 gesetzten Ziel-Einschluss-Menge konsistent wird. In S250 setzt die CPU den Einspritzzyklus und die Einspritzdauer pro Einspritzung in Übereinstimmung mit der berechneten Harnstoffeinspritzmenge und steuert dann den Harnstoffeinspritzbetrieb des Injektors 5 für Harnstofflösung. Der Einspritzsteuerprozess endet.
Wie vorangehend diskutiert, schätzt die Reinigungsteuerung 12 die Menge an Ammoniak, welches in dem SCR-Katalysator 4, der in dem Abgasrohr 52 des Dieselmotors 51 angeordnet ist, um das NOx in dem Abgas des Dieselmotors 51 zu reinigen, eingeschlossen ist (das heißt die Ammoniakeinschluss-Menge) ab, und steuert den Injektor 5 für Harnstofflösung, um dem SCR-Katalysator 4 Ammoniak als das Reduktionsmittel zuzuführen.
Insbesondere gewinnt die Reinigungsteuerung 12 die stromaufwärtigen NO-Konzentrationsdaten, die stromaufwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten, die stromabwärtigen NOx-Konzentrationsdaten, die stromabwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten und die stromabwärtigen Ammoniakkonzentrationsdaten (Schritt S210).
Die Reinigungsteuerung 12 gewinnt die Harnstoffeinspritzmenge (Schritt S240).
Die Reinigungssteuerung 12 schätzt die Ammoniakeinschluss-Menge basierend auf den gewonnenen stromaufwärtigen NO-Konzentrationsdaten, stromaufwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten, stromabwärtigen NOx-Konzentrationsdaten, stromabwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten und stromabwärtigen Ammoniakkonzentrationsdaten, der gewonnenen Harnstoffeinspritzmenge und den Gleichungen (1), (2) und (3) für die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator 4 ab (Schritt S230).
Dann steuert die Reinigungsteuerung 12 die Zuführung von Harnstoff von dem Injektor 5 für Harnstofflösung in Übereinstimmung mit der abgeschätzten Ammoniakeinschluss-Menge (Schritt S250).
Auf diese Weise ist die Reinigungssteuerung 12 dazu konfiguriert, die stromaufwärtige NO-Konzentration, die stromaufwärtige NO₂-Konzentration, die stromabwärtige NO-Konzentration, die stromabwärtige NO₂-Konzentration und die stromabwärtige Ammoniakkonzentration durch Gewinnung der stromaufwärtigen NO-Konzentrationsdaten, der stromaufwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten, der stromabwärtigen NOx-Konzentrationsdaten, der stromabwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten und der stromabwärtigen Ammoniakkonzentrationsdaten zu identifizieren. Die Reinigungsteuerung 12 ist ferner dazu konfiguriert, die Menge an dem SCR-Katalysator 4 zugeführtem Ammoniak durch Gewinnung der Harnstoffeinspritzmenge zu identifizieren.
Die Reinigungssteuerung 12 ist ferner dazu konfiguriert, die Ammoniakeinschluss-Menge in Übereinstimmung mit den Reaktionsgleichungen (1), (2) und (3) abzuschätzen, welche die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator 4 repräsentieren. Die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator 4 bezieht sich auf die Reduktionsreaktion zwischen Ammoniak und NO und/oder NO₂. Somit wird die Menge an Ammoniak, welches mit NO und NO₂ reagiert hat, durch die Reinigungssteuerung 12 berechnet, und zwar basierend auf der stromaufwärtigen NO-Konzentration, der stromaufwärtigen NO₂-Konzentration, der stromabwärtigen NO-Konzentration und der stromabwärtigen NO₂-Konzentration. Die Menge an Ammoniak, welches nicht in dem SCR-Katalysator 4 eingeschlossen ist, wird dann durch die Reinigungssteuerung 12 berechnet, und zwar basierend auf der Menge an dem SCR-Katalysator 4 zugeführtem Ammoniak und der stromabwärtigen Ammoniakkonzentration. Insbesondere ist die Reinigungssteuerung 12 dazu konfiguriert, die Mengen an NO, NO₂ und Ammoniak auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators 4 zu identifizieren und dann die Ammoniakeinschluss-Menge aus diesen identifizierten stromaufwärtigen und stromabwärtigen Gaskomponentenmengen gemäß den Reaktionsgleichungen (1), (2) und (3) abzuschätzen. Es ist deshalb der Reinigungssteuerung 12 möglich, die Abschätzgenauigkeit für die Ammoniakeinschluss-Menge zu verbessern.
Die Reinigungssteuerung 12 ist mit der NOx-Sensoreinheit 101, der NO₂-Sensoreinheit 102, der NOx-Sensoreinheit 201, der Ammoniaksensoreinheit 202, der stromaufwärtigen Gassensorsteuerung 7 und der stromabwärtigen Gassensorsteuerung 9 versehen. Die stromaufwärtige Gassensorsteuerung 7 berechnet die stromaufwärtige NO-Konzentration aus der stromaufwärtigen NOx-Konzentration und der stromaufwärtigen NO₂-Konzentration (Schritt S50). Die stromabwärtige Gassensorsteuerung 9 berechnet die stromabwärtige NO-Konzentration und die stromabwärtige NO₂-Konzentration aus der stromabwärtigen NOx-Konzentration und der stromabwärtigen Ammoniakkonzentration (Schritt S140). Die Reinigungssteuerung 12, die NOx-Sensoreinheit 101 und die NO₂-Sensoreinheit 102 sind als der stromaufwärtige Mehrfach-Gassensor 6 integriert; und die NOx-Sensoreinheit 201 und die Ammoniaksensoreinheit 202 sind als der stromabwärtige Mehrfach-Gassensor 8 integriert.
Die Reinigungsteuerung 12 verwendet somit die NOx-Sensoreinheit 101 und die NO₂-Sensoreinheit 102, um NOx-Konzentration und die NO₂-Konzentration des Abgases in im Wesentlichen dem gleichen Bereich zu bestimmen. In dem stromaufwärtigen Mehrfach-Gassensor unterscheiden sich die NOx-Sensoreinheit 101 und die NO₂-Sensoreinheit 102 nicht hinsichtlich ihres Abgaskonzentrationsdetektionsbereichs. Durch die Verwendung eines solchen integrierten Gassensors ist es der Reinigungssteuerung 12 möglich, die Abschätzgenauigkeit für die Ammoniakeinschluss-Menge weiter zu verbessern. Auf ähnliche Weise unterscheiden sich die NOx-Sensoreinheit 201 und die Ammoniaksensoreinheit 202 nicht hinsichtlich ihres Abgaskonzentrationsdetektionsbereichs in dem stromabwärtigen Mehrfach-Gassensor. Es ist der Reinigungsteuerung 12 ebenfalls möglich, die Abschätzgenauigkeit für die Ammoniakeinschluss-Menge durch die Verwendung eines solchen integrierten Gassensors weiter zu verbessern.
In der vorangehend erläuterten Ausführungsform entspricht die Reinigungsteuerung 12 der beanspruchten Ammoniakeinschluss-Abschätzvorrichtung und dem beanspruchten Reinigungssteuergerät; der Dieselmotor 51 entspricht dem beanspruchten Verbrennungsmotor; der SCR Katalysator 4 entspricht dem beanspruchten SCR-Katalysator und der Injektor 5 für Harnstofflösung entspricht der beanspruchten Harnstoffzuführungseinheit.
Die Verarbeitung des Schritts S210 entspricht dem beanspruchten ersten Datengewinnungsabschnitt oder -schritt; die Verarbeitung des Schritts S240 entspricht dem beanspruchten zweiten Datengewinnungsabschnitt oder -schritt; die Verarbeitung des Schritts S230 entspricht dem beanspruchten Einschluss-Mengenabschnittsabschnitt oder -schritt und die Verarbeitung des Schritts S250 entspricht dem beanspruchten Zuführungssteuerabschnitt oder -schritt.
Die stromaufwärtigen NO-Konzentrationsdaten, die stromaufwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten, die stromabwärtigen NOx-Konzentrationsdaten, die stromabwärtigen NO₂-Konzentrationsdaten und die stromabwärtigen Ammoniakkonzentrationsdaten entsprechen den beanspruchten ersten Konzentrationsidentifizierungsdaten; und die in Schritt S240 berechnete Harnstoffeinspritzmenge entspricht den beanspruchten zweiten Konzentrationsidentifizierungsdaten.
Die NOx-Sensoreinheit 101 entspricht dem beanspruchten stromaufwärtigen NOx-Sensor; die NO₂-Sensoreinheit 102 entspricht dem beanspruchten stromaufwärtigen NO₂-Sensor; die NOx-Sensoreinheit 201 entspricht dem beanspruchten stromabwärtigen NOx-Sensor; die Ammoniaksensoreinheit 202 entspricht dem beanspruchten stromabwärtigen Ammoniaksensor; die Verarbeitung des Schritts S50 entspricht dem beanspruchten stromaufwärtigen Konzentrationsbestimmungsabschnitt; und die Verarbeitung des Schritts S40 entspricht dem beanspruchten stromabwärtigen Konzentrationsbestimmungsabschnitt.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die obigen spezifischen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Änderungen und Abwandlungen der obigen Ausführungsformen sind innerhalb des technischen Bereichs der vorliegenden Erfindung möglich.
In der obigen Ausführungsform sind die stromaufwärtige Gassensorsteuerung 7, die stromabwärtige Gassensorsteuerung 9 und die Reinigungsteuerung 12 separat vorgesehen. Es ist alternativ hierzu jedoch ebenfalls möglich, anstatt der separaten Steuerungen 7, 9 und 12 eine integrierte Steuereinheit zu verwenden, welche mit den Funktionen der Steuerungen 7, 9 und 12 ausgestattet ist.
Bezugszeichenliste

1: Harnstoff-SCR-System
4: SCR-Katalysator
5: Injektor für Harnstofflösung
6: Stromaufwärtiger Mehrfach-Gassensor
7: Stromaufwärtige Gassensorsteuerung
8: Stromabwärtiger Mehrfach-Gassensor
9: Stromabwärtige Gassensorsteuerung
12: Reinigungssteuerung
101: NOx-Sensoreinheit
102: NO₂-Sensoreinheit
201: NOx-Sensoreinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2014-111918 [0002]
JP 2011-075546 [0085]
JP 11-72478 [0089]
JP 2014-62541 [0090]

Claims

Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung zum Abschätzen der Menge an in einem SCR-Katalysator eingeschlossenem Ammoniak als eine Ammoniakeinschluss-Menge, wobei der SCR-Katalysator in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, um NOx in einem Abgas der Brennkraftmaschine zu reinigen, wobei die Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung umfasst: einen ersten Datengewinnungsabschnitt, welcher erste Konzentrationsidentifizierungsdaten gewinnt, welche die Konzentrationen von NO und NO₂ in dem Abgas identifizieren, welches in den SCR-Katalysator hineinfließt, und zwar als eine stromaufwärtige NO-Konzentration bzw. eine stromaufwärtige NO₂-Konzentration, und welche die Konzentration von NO, NO₂ und Ammoniak in dem aus dem SCR-Katalysator herausfließenden Gas als eine stromabwärtige NO-Konzentration, eine stromabwärtige NO₂-Konzentration bzw. eine stromabwärtige Ammoniakkonzentration identifizieren; einen zweiten Datengewinnungsabschnitt, welcher zweite Konzentrationsidentifizierungsdaten gewinnt, welche die Konzentration von in den SCR-Katalysator hineinfließendem Ammoniak als eine stromaufwärtige Ammoniakkonzentration identifizieren; und einen Einschluss-Mengenabschätzabschnitt, welcher die Ammoniakeinschluss-Menge basierend auf den durch den ersten Datengewinnungsabschnitt gewonnenen ersten Konzentrationsidentifizierungsdaten, den durch den zweiten Datengewinnungsabschnitt gewonnenen zweiten Konzentrationsidentifizierungsdaten und Reaktionsformeln für die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator abgeschätzt.
Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend: einen stromaufwärtigen NOx-Sensor, welcher die Konzentration von NOx in dem in den SCR-Katalysator hineinfließenden Abgas als eine stromaufwärtige NOx-Konzentration detektiert; einen stromaufwärtigen NO₂-Sensor, welcher die stromaufwärtige NO₂-Konzentration detektiert, einen stromabwärtigen NOx-Sensor, welcher die Konzentration von NOx in dem aus dem SCR-Katalysator herausfließenden Abgas als eine stromabwärtige NOx-Konzentration detektiert; einen stromabwärtigen Ammoniaksensor, welcher die stromabwärtige Ammoniakkonzentration detektiert; einen stromaufwärtigen Konzentrationsbestimmungsabschnitt, welcher die stromaufwärtige NO-Konzentration basierend auf der stromaufwärtigen NOx-Konzentration und der stromaufwärtigen NO₂-Konzentration bestimmt; und einen stromabwärtigen Konzentrationsbestimmungsabschnitt, welcher die stromabwärtige NO-Konzentration und die stromabwärtige NO₂-Konzentration basierend auf der stromabwärtigen NOx-Konzentration und der stromabwärtigen Ammoniakkonzentration bestimmt, wobei der stromaufwärtige NOx-Sensor und der stromaufwärtige NO₂-Sensor und/oder der stromabwärtige NOx-Sensor und der stromabwärtige Ammoniaksensor als ein integrierter Gassensor in einen Sensor integriert sind.
Reinigungssteuervorrichtung zum Steuern einer Harnstoffzuführungseinheit zum Zuführen von Harnstoff als ein Reduktionsmittel zu einem SCR-Katalysator, wobei der SCR-Katalysator in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, um NOx in dem Abgas der Brennkraftmaschine zu reinigen, wobei die Reinigungssteuervorrichtung umfasst: die Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2; und einen Zuführungssteuerabschnitt, welcher die Zuführung von Harnstoff von der Harnstoffzuführungseinheit basierend auf der durch die Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzvorrichtung bestimmten Ammoniakeinschluss-Menge steuert.
Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzverfahren zum Abschätzen der Menge an in einem SCR-Katalysator eingeschlossenem Ammoniak als eine Ammoniakeinschluss-Menge, wobei der SCR-Katalysator in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, um NOx in einem Abgas der Brennkraftmaschine zu reinigen, wobei das Ammoniakeinschluss-Mengenabschätzverfahren umfasst: einen ersten Datengewinnungsschritt des Gewinnens von ersten Konzentrationsidentifizierungsdaten gewinnt, welche die Konzentrationen von NO und NO₂ in dem Abgas identifizieren, welches in den SCR-Katalysator hineinfließt, und zwar als eine stromaufwärtige NO-Konzentration bzw. eine stromaufwärtige NO₂-Konzentration, und welche die Konzentration von NO, NO₂ und Ammoniak in dem aus dem SCR-Katalysator herausfließenden Gas als eine stromabwärtige NO-Konzentration, eine stromabwärtige NO₂-Konzentration bzw. eine stromabwärtige Ammoniakkonzentration identifizieren; einen zweiten Datengewinnungsschritt des Gewinnens von zweiten Konzentrationsidentifizierungsdaten, welche die Konzentration von in den SCR-Katalysator hineinfließendem Ammoniak als eine stromaufwärtige Ammoniakkonzentration identifizieren; und einen Einschluss-Mengenabschätzschritt des Abschätzens der Ammoniakeinschluss-Menge basierend auf den durch den ersten Datengewinnungsschritt gewonnenen ersten Konzentrationsidentifizierungsdaten, den durch den zweiten Datengewinnungsschritt gewonnenen zweiten Konzentrationsidentifizierungsdaten und Reaktionsformeln für die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator.
Reinigungssteuerverfahren zum Steuern einer Harnstoffzuführungseinheit, um einem SCR-Katalysator Ammoniak als ein Reduktionsmittel zuzuführen, wobei der SCR-Katalysator in einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, um NOx im Abgas des Verbrennungsmotors zu reinigen; wobei das Reinigungssteuerverfahren umfasst: einen ersten Datengewinnungsschritt des Gewinnens von ersten Konzentrationsidentifizierungsdaten gewinnt, welche die Konzentrationen von NO und NO₂ in dem Abgas identifizieren, welches in den SCR-Katalysator hineinfließt, und zwar als eine stromaufwärtige NO-Konzentration bzw. eine stromaufwärtige NO₂-Konzentration, und welche die Konzentration von NO, NO₂ und Ammoniak in dem aus dem SCR-Katalysator herausfließenden Gas als eine stromabwärtige NO-Konzentration, eine stromabwärtige NO₂-Konzentration bzw. eine stromabwärtige Ammoniakkonzentration identifizieren; einen zweiten Datengewinnungsschritt des Gewinnens von zweiten Konzentrationsidentifizierungsdaten, welche die Konzentration von in den SCR-Katalysator hineinfließendem Ammoniak als eine stromaufwärtige Ammoniakkonzentration identifizieren; und einen Einschluss-Mengenabschätzschritt des Abschätzens der Menge an in dem SCR-Katalysator eingeschlossenem Ammoniak als eine Ammoniakeinschluss-Menge basierend auf den durch den ersten Datengewinnungsschritt gewonnenen ersten Konzentrationsidentifizierungsdaten, den durch den zweiten Datengewinnungsschritt gewonnenen zweiten Konzentrationsidentifizierungsdaten und Reaktionsformeln für die Reduktion von NOx mit dem SCR-Katalysator; und einen Zuführungssteuerschritt des Steuerns der Zuführung des Harnstoffs durch die Harnstoffzuführungseinheit basierend auf der durch den Einschluss-Mengenabschätzschritt abgeschätzten Ammoniakeinschluss-Menge.