DE102018106662B4 - Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), mit:einem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4), welcher in einer Abgaspassage (2) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist und NOx in einem Abgas unter Verwendung eines Reduktionsmittels reduziert;einer Erfassungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Temperatur (TSCR) des selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (4) zu erfassen;einer Zufuhrvorrichtung (5, 50, 51), welche in der Abgaspassage (2) stromaufwärts des selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (4) angeordnet ist und dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) ein Additivmittel, welches das Reduktionsmittel oder ein Vorläufer des Reduktionsmittels ist, zuführt; undeine Steuerungseinheit (10), welche dazu ausgelegt ist, die Zufuhrvorrichtung (5, 50, 51) derart zu steuern, dass eine Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels, welche eine Menge des an dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) adsorbierten Reduktionsmittels ist, eine vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge wird;wobei in Fällen, in denen die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist, wenn die durch die Erfassungseinheit erfasste Temperatur innerhalb eines effektiven Bereichs fällt, welcher ein Temperaturbereich ist, welcher gleich oder höher als eine Desorptionstemperatur (T1) des bei schwachen Adsorptionsstellen des selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (4) adsorbierten Reduktionsmittels und niedriger als eine Desorptionstemperatur (T3) des bei aktiven Stellen des selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (4) adsorbierten Reduktionsmittels ist, die Steuerungseinheit (10) die Zufuhrvorrichtung (5, 50, 51) derart steuert, dass dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) das Additivmittel zugeführt wird,wobei, in Fällen, in denen die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist, wenn die durch die Erfassungseinheit erfasste Temperatur innerhalb des effektiven Bereichs fällt, und wenn eine Bedingung erfüllt ist, dass angenommen wird, dass kein NOx in den selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) strömt, die Steuerungseinheit (10) die Zufuhrvorrichtung (5, 50, 51) derart steuert, dass dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) das Additivmittel zugeführt wird,wobei die Abgasreinigungsvorrichtung ferner aufweist:einen NOx-Speicherungsreduktionskatalysator (3), welcher in der Abgaspassage (2) stromaufwärts von dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) angeordnet ist und derart wirkt, dass er NOx in dem Abgas speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches höher als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das derart gespeicherte NOx freigibt und reduziert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist;wobei die Steuerungseinheit (10) eine Bestimmung durchführt, dass eine Bedingung, dass angenommen wird, dass kein NOx in den selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) einströmt, erfüllt ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Speicherungsreduktionskatalysator (3) einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist und wenn die Speicherungsmenge des NOx in dem NOx-Speicherungsreduktionskatalysator (3) während des Betriebs des Verbrennungsmotors (1) gleich oder niedriger als ein vorbestimmter oberer Grenzwert ist.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere eine Abgasreinigungsvorrichtung, welche mit einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator ausgestattet ist.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Als Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welcher in einem Zustand der mageren Verbrennung betrieben wird, ist eine Technologie bekannt, welche einen in einer Auslass- bzw. Abgaspassage angeordneten SCR-Katalysator und eine Zufuhrvorrichtung für das Zuführen eines Additivmittels zu dem SCR-Katalysator, welches ein Reduktionsmittel oder ein Vorläufer eines Reduktionsmittels ist, ausgestattet ist, wobei eine Menge des dem SCR-Katalysator von der Zufuhrvorrichtung zugeführten Additivmittels derart gesteuert wird, dass eine Menge des an bzw. in dem SCR-Katalysator adsorbierten Reduktionsmittels (eine Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels) eine vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge erreicht (siehe bspw. JP 2012 - 17 687 A ). Zusätzlich offenbart JP 2016 - 37 903 A eine Technologie, bei der während eines Betriebs zur Kraftstoffzufuhrunterbrechung, in Fällen, in welchen bestimmt wird, dass eine Ablagerung erzeugt wird, das Einspritzen einer wässrigen Harnstofflösung gestoppt bzw. unterbrochen wird, wobei in Fällen, in welchen bestimmt wird, dass keine Ablagerung erzeugt wird, das Einspritzen der wässrigen Harnstofflösung durchgeführt wird.
  • Weiter ist aus der DE 10 2012 216 873 A1 ein Verfahren zum Betrieb eines Abgasbehandlungssystems für einen Motor bekannt, umfassend: Steuern eines Ventils und einer Luftpumpe, um Luft an einen SCR-Katalysator in Ansprechen auf ein Abschalten des Motors zu liefern; und Steuern des Ventils und der Luftpumpe, um Luft an einen Abgaskrümmer zu liefern, und Steuern eines Dosiersystems, um ein Dosiermittel stromaufwärts des SCR-Katalysators zu liefern, wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators kleiner als eine Temperaturschwelle ist und der SCR-Katalysator nicht mit Ammoniak gesättigt ist.
  • Zudem ist aus der DE 10 2004 001 331 A1 ein Verfahren zur Einbringung von Ammoniak in einen Abgasbereich einer Brennkraftmaschine, welcher einen SCR-Katalysator enthält, bekannt, bei dem nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine Ammoniak in den Abgasbereich der Brennkraftmaschine eingebracht wird.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Das in den SCR-Katalysator einströmende Reduktionsmittel kann an Adsorptionspunkten oder -stellen adsorbieren, welche keine Übergangsmetall-Ionen (im Folgenden auch als „aktive Stellen“ bezeichnet), wie bspw. Kupfer-Ionen, EisenIonen etc. sind, welche auf einem Katalysatorträger getragen werden. Eine derartige Adsorptionsstelle, welche keine aktive Stelle ist, ist bspw. ein Gitterdefekt im Katalysatorträger (bspw. eine Silanol-Gruppe im Zeolith), eine Oberflächenschicht des bereits an den aktiven Stellen adsorbierten Reduktionsmittels oder ähnliches ist (im Folgenden werden diese Adsorptionsstellen als „schwache Adsorptionsstellen“ bezeichnet). Das bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierte Reduktionsmittel desorbiert bei einer Temperatur, welche niedriger als die Temperatur ist, bei welcher das an den aktiven Stellen adsorbierte Reduktionsmittel desorbiert. Wenn jedoch das Additivmittel dem SCR-Katalysator von der Zufuhrvorrichtung zu dem Zeitpunkt zugeführt wird, zu dem die Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als eine Desorptionstemperatur des Reduktionsmittels ist, welches bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbiert ist, kann das Verhältnis des bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierten Reduktionsmittels zu dem in dem SCR-Katalysator adsorbierten Reduktionsmittel groß werden.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass das bei den aktiven Stellen des SCR-Katalysators adsorbierte Reduktionsmittel zur Reduktion von NOx beiträgt, das bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierte Reduktionsmittel aber kaum zur Reduktion von NOx beiträgt. Aus diesem Grund kann, wenn das Verhältnis des bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierten Reduktionsmittels zu dem in dem SCR-Katalysator adsorbierten Reduktionsmittel groß wird, die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators (d.h. das Verhältnis der in dem SCR-Katalysator zu reduzierenden NOx-Menge bezogen auf die in den SCR-Katalysator strömende NOx-Menge) klein werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehenden Umstände gemacht und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abnahme der NOx-Reduktionsrate bei einem selektiven katalytischen Reduktions(SCR)-Katalysator zu unterdrücken, indem eine Menge des an den aktiven Stellen adsorbierten Reduktionsmittels maximiert wird, während eine Menge des an den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierten Reduktionsmittels minimiert wird.
  • Lösung des Problems
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Abgasreinigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, um das vorstehende Problem zu lösen, in Fällen, bei denen eine Adsorptionsmenge eines Reduktionsmittels in einem SCR-Katalysator kleiner als eine vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist, wenn eine Bedingung, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, erfüllt ist, und wenn die Temperatur des SCR-Katalysators innerhalb eines Temperaturbereichs (effektiven Bereichs bzw. Wirkbereichs) fällt, welcher gleich oder höher als eine Desorptionstemperatur des bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierten Reduktionsmittels und niedriger als eine Desorptionstemperatur des bei den aktiven Stellen adsorbierten Reduktionsmittels ist, durch das Zuführen des Additivmittels von einer Zufuhrvorrichtung an den SCR-Katalysator die Adsorption des Reduktionsmittels bei den aktiven Stellen ausgeführt, während die Adsorption des Reduktionsmittels bei den schwachen Adsorptionsstellen unterdrückt wird.
  • Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche aufweist: einen SCR-Katalysator, welcher in einer Abgaspassage des Verbrennungsmotors angeordnet ist und NOx in dem Abgas unter Verwendung eines Reduktionsmittels reduziert; eine Erfassungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Temperatur des SCR-Katalysators zu erfassen; eine Zufuhrvorrichtung, welche in der Abgaspassage stromaufwärts von dem SCR-Katalysator angeordnet ist und dem SCR-Katalysator ein Additivmittel zuführt, welches das Reduktionsmittel oder ein Vorläufer des Reduktionsmittels ist; und eine Steuerungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, die Zufuhrvorrichtung derart zu steuern, dass eine Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels, welche eine Menge des Reduktionsmittels ist, welches an / in dem SCR-Katalysator adsorbiert ist, eine vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge erreicht. Dann steuert die Steuerungseinheit die Zufuhrvorrichtung derart, dass in einem Fall, wenn die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist, wenn die durch die Erfassungseinheit erfasste Temperatur innerhalb eines effektiven Bereichs fällt, welcher ein Temperaturbereich ist, welcher gleich oder höher als eine Desorptionstemperatur des an den schwachen Adsorptionsstellen des SCR-Katalysators adsorbierten Reduktionsmittels und niedriger als eine Desorptionstemperatur des an den aktiven Stellen des SCR-Katalysators adsorbierten Reduktionsmittels ist, dem SCR-Katalysator das Additivmittel zugeführt wird. Die hier erwähnten aktiven Stellen sind Übergangsmetall-Ionen (bspw. EisenIonen, Kupfer-Ionen etc.), welche, wie vorstehend erwähnt, durch einen Katalysatorträger getragen werden bzw. auf diesem aufgebracht sind. Die schwachen Adsorptionsstellen sind, wie vorstehend beschrieben, bspw. ein Gitterdefekt in dem Katalysatorträger (bspw. eine Silanol-Gruppe im Zeolith etc.), eine Oberflächenschicht des bereits an den aktiven Stellen adsorbierten Reduktionsmittels oder ähnliches.
  • Gemäß der Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Fällen, in denen die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators innerhalb des effektiven Bereichs fällt, welcher ein Temperaturbereich ist, bei dem das Reduktionsmittel kaum bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbiert und das Reduktionsmittel leicht bei den aktiven Stellen adsorbiert, dem SCR-Katalysator von der Zufuhrvorrichtung das Additivmittel zugeführt. Aus diesem Grund kann eine Menge des Reduktionsmittels, welches bei den aktiven Stellen adsorbiert, maximiert werden, während eine Menge des Reduktionsmittels, welches bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbiert, minimiert werden kann.
  • Bei der Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Zufuhr des Additivmittels durch die Zufuhrvorrichtung, wie vorstehend beschrieben, unter der Bedingung durchgeführt werden, dass kein NOx in den SCR-Katalysator strömt. Wenn hierbei dem SCR-Katalysator von der Zufuhrvorrichtung das Additivmittel unter der Bedingung zugeführt wird, dass NOx in den SCR-Katalysator strömt, wird zumindest ein Teil des von der Zufuhrvorrichtung zugeführten Additivmittels verbraucht, um das NOx in dem Abgas zu reduzieren. In einer derartigen Situation muss, um die Menge des Reduktionsmittels, welches bei den aktiven Stellen adsorbieren soll, zu erhöhen, die Menge des von der Zufuhrvorrichtung pro Zeiteinheit zugeführten Additivmittels größer eingestellt werden, als die Menge des Additivmittels, welches pro Zeiteinheit für die Reduktion des NOx verbraucht wird. Infolgedessen wird die Menge des Additivmittels, welches von der Zufuhrvorrichtung pro Zeiteinheit zugeführt wird, zunehmen und demgemäß kann auch eine Menge des Reduktionsmittels, welches den SCR-Katalysator passiert (d.h. eine Durchflussmenge des Reduktionsmittels), zunehmen. Andererseits muss unter der Bedingung, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, die Menge des Additivmittels, welche bei der Reduktion des NOx verbraucht wird, nicht zu der Menge des Additivmittels, welches von der Zufuhrvorrichtung pro Zeiteinheit zugeführt wird, hinzuaddiert werden. Daher kann die von der Zufuhrvorrichtung pro Zeiteinheit zugeführte Menge an Additivmittel auf eine kleine Menge beschränkt werden. Infolgedessen kann die Menge des an den aktiven Stellen adsorbierten Reduktionsmittels erhöht werden, während eine Zunahme der Durchflussmenge des Reduktionsmittels unterdrückt werden kann.
  • In Fällen, in denen die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist, kann jedoch, wenn ein Zustand, bei dem die Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als der effektive Bereich ist, anhält, ein Zustand auftreten bzw. anhalten, in welchem das bei den aktiven Stellen des SCR-Katalysators adsorbierte Reduktionsmittel für die Reduktion des NOx verbraucht wird, ohne dass dem SCR-Katalysator von der Zufuhrvorrichtung Additivmittel zugeführt wird. In diesem Fall wird die Menge des bei den aktiven Stellen des SCR-Katalysators adsorbierten Reduktionsmittels zu klein, sodass die Menge des NOx, welche in dem SCR-Katalysator nicht reduziert werden kann, zunehmen kann.
  • Demgemäß kann die Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin aufweisen: eine Heizvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, den SCR-Katalysator aufzuheizen; und eine Temperaturerhöhungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, die Heizvorrichtung dazu anzusteuern, die Temperatur des SCR-Katalysators auf eine Temperatur innerhalb des effektiven Bereichs zu erhöhen, wenn die durch die Erfassungseinheit erfasste Temperatur zu dem Zeitpunkt niedriger als der effektive Bereich ist, zu dem die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist.
  • Mit einer derartigen Konstruktion kann verhindert werden, dass ein Zustand, in welchem die Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als der effektive Bereich ist, anhält, wenn die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist. Infolgedessen kann das Anhalten des Zustands unterdrückt werden, in dem das an den aktiven Stellen des SCR-Katalysators adsorbierte Reduktionsmittel für die Reduktion des NOx verbraucht wird, ohne dass dem SCR-Katalysator von der Zufuhrvorrichtung Reduktionsmittel zugeführt wird. Dies dient dazu, zu verhindern, dass die Menge des bei den aktiven Stellen des SCR-Katalysators adsorbierten Reduktionsmittels zu klein wird.
  • Hier wird als Bedingung oder Fall, in welchem angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, ein Fall in Betracht gezogen, in dem ein kein NOx enthaltendes Gas durch den SCR-Katalysator strömt. Dass „kein NOx enthaltende Gas“, auf welches hier Bezug genommen wird, kann nicht nur ein Gas sein, welches kein NOx bzw. gar kein NOx enthält, sondern kann auch ein Gas sein, welches nur eine geringe Menge an NOx enthält (bspw. ein oberer Grenzwert der NOx-Menge, bei der angenommen wird, dass bei dieser Menge die Menge des Reduktionsmittels, welche bei den aktiven Stellen adsorbiert wird, auf effektive Weise sogar dann erhöht werden kann, wenn nur eine derartige sehr geringe Menge von NOx in dem SCR-Katalysator reduziert wird, welche im Folgenden als eine „zulässige NOx-Menge“ bezeichnet wird). Als Bedingung oder Fall, in welchem ein derartiges Gas den SCR-Katalysator durchströmt, können die folgenden Fälle betrachtet werden. (1) Der Fall, dass während des Betriebs des Verbrennungsmotors das NOx in dem Abgas stromaufwärts von dem SCR-Katalysator entfernt wird; (2) der Fall, dass eine Verarbeitung zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr des Verbrennungsmotors durchgeführt wird; und (3) der Fall, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einer für die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor verwendeten Mischung ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Hierbei ist zur Kenntnis zu nehmen, dass als Fall (1), bei dem während des Betriebs des Verbrennungsmotors NOx stromaufwärts von dem SCR-Katalysator entfernt wird, bspw. ein Fall betrachtet werden kann, bei dem eine Konstruktion, bei der ein NSR-Katalysator in der Abgaspassage stromaufwärts von dem SCR-Katalysator angeordnet ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Der hier erwähnte NSR-Katalysator ist ein NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator, welcher derart wirkt, dass er NOx in dem Abgas speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und welcher derart gespeichertes NOx abgibt und reduziert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Hierbei ist zur Kenntnis zu nehmen, dass es, wenn die Speichermenge des NOx in dem NSR-Katalysator relativ groß wird, sogar, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator einströmenden Abgases das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, leicht geschieht, dass ein Teil des in den NSR-Katalysator eingeströmten NOx den NSR-Katalysator passiert. Demgemäß muss in einem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und in einem Fall, in dem die Speichermenge des NOx in dem NSR-Katalysator gleich oder geringer als ein vorbestimmter oberer Grenzwert ist, nur eine Bestimmung durchgeführt werden, ob NOx stromaufwärts des SCR-Katalysators entfernt wird. Der „vorbestimmte obere Grenzwert“, auf welchen hier Bezug genommen wird, ist ein Wert, bei welchem angenommen wird, dass, wenn die Speichermenge des NOx in dem NSR-Katalysator über den vorbestimmten oberen Grenzwert hinausgeht, eine NOx-Menge, welche größer als die zulässige NOx-Menge ist, den NSR-Katalysator passieren kann.
  • Zusätzlich kann als Bedingung oder Fall, in welchem angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator strömt, auch ein Fall betrachtet werden, bei dem sich der Verbrennungsmotor in einem Betriebsunterbrechungszustand befindet. Wenn die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist und wenn die Temperatur des SCR-Katalysators innerhalb des effektiven Bereichs liegt, kann zu dem Zeitpunkt, zu dem der Betrieb des Verbrennungsmotors unterbrochen wird, dem SCR-Katalysator von der Zufuhrvorrichtung das Additivmittel zugeführt werden. Gemäß einer derartigen Konstruktion kann die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators unmittelbar, nachdem der Verbrennungsmotor wieder gestartet wurde, erhöht sein bzw. werden. Darüber hinaus kann in Fällen, in denen die Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Heizvorrichtung ausgestattet ist, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators zu dem Zeitpunkt, zu dem der Betrieb des Verbrennungsmotors unterbrochen worden ist, niedriger als der effektive Bereich ist, das Additivmittel dem SCR-Katalysator von der Zufuhrvorrichtung nur zugeführt werden, nachdem der SCR-Katalysator durch die Heizvorrichtung aufgeheizt worden ist.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Menge des Reduktionsmittels, welche an aktiven Stellen des SCR-Katalysators adsorbiert, maximiert werden, während eine Menge des Reduktionsmittels, welche an den schwachen Adsorptionsstellen des SCR-Katalysators adsorbiert, minimiert wird, sodass die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators auf das Maximum eingestellt werden kann.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
    • 1 ist eine Ansicht, welche die schematische Konstruktion eines Verbrennungsmotors und dessen Einlass- und Auslass- bzw. Abgassysteme zeigt, auf welche die vorliegende Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung angewandt wird.
    • 2 ist eine Ansicht, welche die Korrelation zwischen der Temperatur eines SCR-Katalysators und einer Ammoniak(NH3)-Adsorptionsrate bei einer jeden Adsorptionsstelle zeigt.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungsroutine zeigt, welche durch eine ECU zu dem Zeitpunkt durchgeführt wird, wenn die Additionsverarbeitung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
    • 4 ist eine Ansicht, welche die schematische Konstruktion eines Verbrennungsmotors und dessen Einlass- und Auslass- bzw. Abgassysteme zeigt, auf welche die vorliegende Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
    • 5 ist ein Zeitdiagramm, welches die Veränderungen im Zeitverlauf der Einströmmenge des NOx, der Adsorptionsmenge des Ammoniaks (NH3) ΣNH3, der Temperatur des SCR-Katalysators Tscr, des Betriebszustands der Heizvorrichtung, und des Betriebszustand eines Additionsventils während des Betriebs des Verbrennungsmotors zeigt.
    • 6 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungsroutine zeigt, welche durch eine ECU zu dem Zeitpunkt durchgeführt wird, wenn eine Additionsverarbeitung bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben. Jedoch sind die Abmessungen, Materialien, Formen, relativen Anordnungen und ähnliches der bei den Ausführungsformen beschriebenen Bauteile und Komponenten nicht dazu vorgesehen, den Umfang der vorliegenden Erfindung auf diese besonderen genannten Größen zu beschränken, solange keine gegenteiligen Aussagen getroffen werden.
  • Erste Ausführungsform
  • Als Erstes wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 ist eine Ansicht, welche die schematische Konstruktion eines Verbrennungsmotors und dessen Einlass- und Auslass- bzw. Abgassysteme zeigt, auf welche eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Der Verbrennungsmotor 1, welcher in 1 gezeigt ist, ist ein Verbrennungsmotor des Kompressionszündungstyps (ein Dieselmotor), welcher Leichtöl als Kraftstoff verwendet. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass der Verbrennungsmotor 1 auch ein Verbrennungsmotor vom Funkenzündungstyp (ein Ottomotor) sein kann, bei dem ein magerer Verbrennungsbetrieb ausgeführt werden kann.
  • Eine Abgaspassage 2, durch welche von den Motorzylindern abgegebenes Brenngas (Abgas) strömt, ist mit dem Verbrennungsmotor 1 verbunden. Ein erstes Katalysatorgehäuse 3 ist in der Mitte der Abgaspassage 2 angeordnet. Ein zweites Katalysatorgehäuse 4 ist in der Abgaspassage 2 der stromabwärts des ersten Katalysatorgehäuses 3 angeordnet.
  • Das erste Katalysatorgehäuse 3 hat einen Katalysatorträger, welcher einen NSR-Katalysator trägt, und einen in einem zylindrischen Gehäuse aufgenommenen Partikelfilter. Der hier erwähnte NSR-Katalysator ist ein NOx-Speicherungs-Reduktions-Katalysator, welcher NOx in dem Abgas speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und welcher derart gespeichertes NOx abgibt und zu N2 reduziert, indem er es zur Reaktion mit den Reduktionsmitteln (HC, CO, etc.) in dem Abgas bringt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Der Partikelfilter fängt in dem Abgas enthaltene PM (Partikel bzw. Partikelstoffe) auf.
  • In dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 ist ein Katalysatorträger untergebracht, von dem ein selektiver katalytischer Reduktions(SCR)-Katalysator in einem zylindrischen Gehäuse getragen wird. Der Katalysatorträger wird durch einen Schichtaufbau eines Katalysatorträgers aus einem zeolithbasierten Material, bspw. auf einem Monolithsubstrat, welches z.B. einen bienenwabenförmigen Querschnitt hat, ausgeformt. Dann werden Cu, Fe, etc., welche Übergangsmetallelemente sind, durch lonenaustausch auf den Katalysatorträger aufgebracht und auf diesem getragen. Der auf diese Weise konstruierte SCR-Katalysator dient dazu, ein in dem Abgas enthaltenes Reduktionsmittel zu adsorbieren und unter Verwendung des derart adsorbierten Reduktionsmittels das in dem Abgas enthaltene NOx zu N2 zu reduzieren.
  • Ein Additionsventil 5 für das Addieren bzw. Hinzufügen (Einspritzen) eines Additivmittels, welches das Reduktionsmittel oder ein Vorläufer des Reduktionsmittels ist, zu dem Abgas, ist in der Abgaspassage 2 an einer Position zwischen dem ersten Katalysatorgehäuse 3 und dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 angeordnet. Das Additionsventil 5 ist über eine Pumpe 50 mit einem Additivmitteltank 51 verbunden. Die Pumpe 50 saugt das in dem Additivmitteltank 51 gespeicherte Additivmittel an und führt gleichzeitig eine Druckzuführung des derart angesaugten Additivmittels zu dem Additionsventil 5 durch. Das Additionsventil 5 spritzt das Additivmittel im Rahmen einer Druckzuführung durch die Pumpe 50 in die Abgaspassage 2 ein. Eine Kombination des Additionsventils 5, der Pumpe 50 und des Additivmitteltanks 51, wie sie vorstehend beschrieben sind, entspricht einer „Zufuhrvorrichtung“ gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass als das in dem Additivmitteltank 51 gespeicherte Additivmittel ein NH3-Gas, eine wässrige Lösung von Harnstoff, Ammoniumcarbamat oder ähnliches verwendet werden kann, aber bei der vorliegenden Ausführungsform die wässrige Harnstofflösung verwendet wird. Wenn die wässrige Harnstofflösung aus dem Additionsventil 50 eingespritzt wird, strömt die wässrige Harnstofflösung zusammen mit dem Abgas in das zweite Katalysatorgehäuse 4. Zu diesem Zeitpunkt wird die wässrige Harnstofflösung durch die Aufnahme der Wärme des Abgases thermisch zersetzt oder durch den SCR-Katalysator hydrolysiert. Wenn die wässrige Harnstofflösung thermisch zersetzt oder hydrolysiert wird, wird Ammoniak (NH3) produziert. Der auf diese Weise erzeugte Ammoniak wird an bzw. in dem SCR-Katalysator adsorbiert. Der SCR-Katalysator reduziert das in dem Abgas enthaltende NOx unter Verwendung des bei dem SCR-Katalysator adsorbierten Ammoniaks als Reduktionsmittel.
  • Bei dieser Konstruktion ist zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor eine ECU 10 vorgesehen. Die ECU 10 ist eine elektronische Steuerungseinheit, welche mit einem CPU, einem ROM, einem RAM, einem Backup-RAM und ähnlichem ausgestattet ist. Mit der ECU 10 sind eine Vielzahl von Arten von Sensoren, wie bspw. ein erster NOx-Sensor 6, ein zweiter NOx-Sensor 7, ein Abgastemperatursensor 8, ein Ammoniak(NH3)-Sensor 9, ein Kurbelpositionssensor 11, ein Beschleunigerpositionssensor 12, ein Luftflussmessgerät 13 und ähnliches verbunden.
  • Der erste NOx-Sensor 6 ist in der Abgaspassage 2 in einer Position zwischen dem ersten Katalysatorgehäuse 3 und dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 vorgesehen und gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Konzentration des NOx in dem in das zweite Katalysatorgehäuse 4 strömenden Abgas korreliert. Der zweite NOx-Sensor 7 ist in der Abgaspassage 2 stromabwärts von dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 angeordnet und gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Konzentration des NOx in dem aus dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 ausströmenden Abgas korreliert. Der Abgastemperatursensor 8 ist in der Abgaspassage 2 in einer Position stromabwärts von dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 vorgesehen und gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Temperatur des aus dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 strömenden Abgases korreliert. Der Ammoniaksensor 9 ist in der Abgaspassage 2 in einer Position stromabwärts von dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 angeordnet und gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Ammoniakkonzentration in dem aus dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 strömenden Abgas korreliert.
  • Der Kurbelpositionssensor 11 gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Drehposition einer Ausgangswelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 1 korreliert. Der Beschleunigerpositionssensor 12 gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Betriebsmenge bzw. Betätigungsmenge eines Gaspedals (d.h. dem Öffnungsgrad eines Beschleunigers) korreliert. Das Luftflussmessgerät 13 gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Menge (d.h. der Masse) der in den Verbrennungsmotor 1 eingesaugten Luft korreliert.
  • Zudem ist die ECU 10 elektrisch mit dem vorstehend erwähnten Additionsventil 5, der Pumpe 50 etc., zusätzlich zu den verschiedenen Ausstattungsvorrichtungen (bspw. Kraftstoffeinspritzventile etc.), welche an dem Verbrennungsmotor 1 montiert sind, verbunden. Die ECU 10 steuert eine Vielzahl von Arten an Vorrichtungen des Verbrennungsmotors 1, des Additionsventils 5, der Pumpe 50 etc. elektrisch auf der Grundlage der Ausgangssignale der vorstehend beschriebenen Vielzahl von Arten von Sensoren. Beispielsweise führt zusätzlich zu der bekannten Steuerung, wie z.B. der Kraftstoffeinspritzsteuerung, bei welcher die Menge und der Zeitpunkt des Kraftstoffeinspritzens eines jeden Kraftstoffeinspritzventils in Übereinstimmung mit einer Motorlast und einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 1 gesteuert werden, die ECU 10 eine Additionsverarbeitung durch, welche eine Verarbeitung ist, bei der von dem Additionsventil 5 die wässrige Harnstofflösung derart zugeführt wird, dass die Adsorptionsmenge des Ammoniaks in dem SCR-Katalysator die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge wird. Im Folgenden wird auf ein Verfahren des Durchführens der Additionsverarbeitung bei dieser Ausführungsform Bezug genommen.
  • Wie bereits vorstehend beschrieben, adsorbiert der SCR-Katalysator den durch die thermische Zersetzung und die Hydrolyse der von dem Additionsventil 5 zugeführten wässrigen Harnstofflösung erzeugten Ammoniak und reduziert das in dem Abgas enthaltene NOx zu N2 unter Verwendung des derart adsorbierten Ammoniaks als Reduktionsmittel. In diesem Fall kann der Adsorptionsmodus des Ammoniaks in dem SCR-Katalysator ungleichmäßig sein und er kann an Adsorptionsstellen adsorbieren, welche andere als die vorstehend beschriebenen Übergangsmetall-Ionen (aktive Stellen) sind. Als ein Beispiel einer derartigen Adsorptionsstelle außer den aktiven Stellen kann bspw. eine schwache Adsorptionsstelle, wie z.B. ein Gitterdefekt (Silanol-Gruppe) in dem als Katalysatorträger dienenden Zeolith oder eine Oberflächenschicht des bereits an den aktiven Stellen adsorbierten Ammoniaks vorliegen.
  • Der bei den aktiven Stellen adsorbierte Ammoniak trägt zur Reduktion des NOx bei, aber der bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierte Ammoniak trägt nicht zur Reduktion des NOx bei. Aus diesem Grund kann, wenn das prozentuale Verhältnis des bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierten Ammoniaks relativ zu dem in dem SCR-Katalysator adsorbierten Ammoniaks groß wird, die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators kleiner als eine erwünschte NOx-Reduktionsrate werden.
  • Demgemäß wird bei der Additionsverarbeitung gemäß dieser Ausführungsform eine Additionsbedingung für die wässrige Harnstofflösung bestimmt, indem auf eine Eigenschaft bzw. Einstellung fokussiert wird, bei der die Desorptionstemperatur des bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierten Ammoniaks niedriger als die Desorptionstemperatur des bei den aktiven Stellen adsorbierten Ammoniaks ist. Insbesondere wird bei der Additionsverarbeitung gemäß dieser Ausführungsform in Fällen, wenn die Adsorptionsmenge des Ammoniaks in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Sollmenge der Adsorption ist, die Addition der wässrigen Harnstofflösung durch das Additionsventil 5 durchgeführt, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators innerhalb eines effektiven Bereichs fällt. Der hierin genannte effektive Bereich ist ein Temperaturbereich, in welchem Ammoniak kaum an den schwachen Adsorptionsstellen aber leicht an den aktiven Stellen adsorbieren kann. Im Folgenden wird der effektive Bereich auf der Grundlage der 2 beschrieben. 2 ist eine Ansicht, welche die Korrelation zwischen der Temperatur des SCR-Katalysators (Tscr) und der Adsorptionsrate des Ammoniaks bei einer jeden Adsorptionsstelle zeigt. Eine durchgezogene Linie in 2 zeigt die Adsorptionsrate des Ammoniaks bei den aktiven Stellen und eine Linie mit abwechselnden langen und kurzen Strichen in 2 zeigt die Adsorptionsrate des Ammoniaks bei den schwachen Adsorptionsstellen. In 2 beginnt, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr eine erste Temperatur T1 erreicht, der bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierte Ammoniak zu desorbieren, während andererseits der bei den aktiven Stellen adsorbierte Ammoniak kaum desorbiert. Aus diesem Grund beginnt, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr die erste Temperatur T1 erreicht, die Adsorptionsrate des Ammoniaks bei den schwachen Adsorptionsstellen damit abzunehmen, während andererseits die Adsorptionsrate des Ammoniaks bei den aktiven Stellen im Wesentlichen bei 100 % bleibt. Zusätzlich kann, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr auf eine zweite Temperatur T2 zunimmt, welche höher als die erste Temperatur T1 ist, kaum Ammoniak bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbiert werden und daher wird die Adsorptionsrate von Ammoniak bei den schwachen Adsorptionsstellen im Wesentlichen 0 %. In diesem Fall desorbiert der bei den aktiven Stellen adsorbierte Ammoniak kaum, sodass die Adsorptionsrate des Ammoniaks bei den aktiven Stellen im Wesentlichen bei 100 % bleibt. Wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr auf eine dritte Temperatur T3 zunimmt, welche höher als die zweite Temperatur T2 ist, beginnt der bei den aktiven Stellen adsorbierte Ammoniak zu desorbieren und daher beginnt die Adsorptionsrate des Ammoniaks bei den aktiven Stellen abzunehmen. Aufgrund dieser Eigenschaften kann es sein, dass ein Temperaturbereich, bei dem die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr gleich oder höher als die erste Temperatur T1 und geringer als die dritte Temperatur T3 ist, ein Temperaturbereich ist, bei dem Ammoniak bei den schwachen Adsorptionsstellen kaum, aber bei den aktiven Stellen leicht adsorbieren kann. Demgemäß wird bei dieser Ausführungsform die Zuführungs- bzw. Additionsverarbeitung durch das Einstellen des effektiven Bereichs auf den Temperaturbereich ausgeführt, welcher gleich oder höher als die erste Temperatur T1 und niedriger als die dritte Temperatur T3 ist. Mit einem derartigen Verfahren kann bewirkt werden, dass der Ammoniak bei den aktiven Stellen adsorbiert, während die Adsorption des Ammoniaks bei den schwachen Adsorptionsstellen unterdrückt wird.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass, wenn die Addition der wässrigen Harnstofflösung gemäß dem vorstehenden Verfahren unter der Bedingung durchgeführt wird, dass NOx in den SCR-Katalysator strömt, zumindest ein Teil des dem SCR-Katalysator zugeführten Ammoniaks zur Reduktion des NOx in dem Abgas verbraucht wird. Aus diesem Grund muss, vom Standpunkt der Erhöhung der an die aktiven Stellen zu adsorbierenden Ammoniakmenge aus, die von dem Additionsventil 5 pro Zeiteinheit hinzugefügte Menge an wässriger Harnstofflösung größer als die Ammoniakmenge eingestellt werden, welche zur Reduktion des NOx pro Zeiteinheit verbraucht wird. Wenn die Menge des in den SCR-Katalysator pro Zeiteinheit einströmenden NOx zunimmt, ist es erforderlich, die von dem Additionsventil 5 pro Zeiteinheit zugeführte Menge der wässrigen Harnstofflösung entsprechend zu erhöhen. Wenn die Menge der von dem Additionsventil 5 pro Zeiteinheit zuzuführenden wässrigen Harnstofflösung zunimmt, nimmt auch die Menge des dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit zugeführten Ammoniaks entsprechend zu, sodass die Menge des den SCR-Katalysator passierenden Ammoniaks (die Ammoniakdurchflussmenge) zunehmen kann. Demgemäß wird zusätzlich zu der Verarbeitung gemäß dieser Ausführungsform, wenn eine weitere Bedingung, gemäß der angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, erfüllt ist, zusätzlich zu den Bedingungen, dass die Adsorptionsmenge des Ammoniaks in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist und dass die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr innerhalb des effektiven Bereichs fällt, die Addition der wässrigen Harnstofflösung durch das Additionsventil 5 durchgeführt. Wenn die Addition der wässrigen Harnstofflösung durch das Additionsventil 5 zu dem Zeitpunkt ausgeführt wird, zu dem die vorstehend beschriebenen drei Bedingungen erfüllt sind, kann die Menge an bei den aktiven Stellen adsorbierendem Ammoniak effizient erhöht werden, während die Menge des Ammoniakverlusts auf eine kleine Menge beschränkt wird.
  • Hierbei kann als eine Bedingung oder ein Fall, in welchem angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, ein Fall betrachtet werden, bei dem während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 ein kein NOx enthaltendes Gas in den SCR-Katalysator einströmt. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass das „kein NOx enthaltende Gas“, auf welches hier Bezug genommen wird, nicht nur ein Gas sein kann, welches gar kein NOx enthält, sondern auch ein Gas sein kann, welches eine zulässige Menge von NOx (bspw. einen oberen Grenzwert der NOx-Menge, bei welcher angenommen werden kann, dass bei dieser Menge die Ammoniakmenge, welche bei den aktiven Stellen adsorbiert werden soll, auf effiziente Weise erhöht werden kann, sogar wenn die zulässige Menge des NOx in dem SCR-Katalysator reduziert ist) enthält. Als Bedingung oder Fall, bei dem ein derartiges Gas in den SCR-Katalysator strömt, können die folgenden Fälle betrachtet werden: fast alles des von dem Verbrennungsmotor 1 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 abgegebenen NOx wird durch den NSR-Katalysator in dem ersten Katalysatorgehäuse 3 gespeichert; das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Gemisches, welches für die Verbrennung durch den Verbrennungsmotor 1 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 verwendet wird, ist ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis; und eine Verarbeitung zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr wird während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 durchgeführt. Der vorstehende Fall, bei dem fast all das von dem Verbrennungsmotor 1 abgegebene NOx durch den NSR-Katalysator gespeichert wird, kann als ein Fall betrachtet werden, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator einströmenden Gases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Sogar, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wenn die Speichermenge des NOx in dem NSR-Katalysator in diesem Fall relativ groß ist, ist es für einen Teil des in den NSR-Katalysator geströmten NOx leicht, den NSR-Katalysator zu passieren. Demgemäß wird bei dieser Ausführungsform, wenn die Speichermenge des NOx in dem NSR-Katalysator gleich oder weniger als ein vorbestimmter oberer Grenzwert ist und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, welches in den NSR-Katalysator einströmt, ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine Bestimmung durchgeführt, dass ein kein NOx enthaltendes Gas in den SCR-Katalysator einströmt. Der „vorbestimmte obere Grenzwert“, auf welchen hier Bezug genommen wird, ist ein Wert, bei welchem angenommen wird, dass, wenn die NOx-Speichermenge in dem NSR-Katalysator den vorbestimmten oberen Grenzwert überschreitet, eine NOx-Menge, welche größer als die vorstehend beschriebene zulässige NOx-Menge ist, den NSR-Katalysator passieren kann. Ein derartiger vorbestimmter oberer Grenzwert wurde im Vorhinein basierend auf den Ergebnissen von Experimenten, Simulationen oder ähnlichem bestimmt.
  • Im Folgenden wird ein Durchführungsverfahren der Additionsverarbeitung bei dieser Ausführungsform mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungsroutine zeigt, welche durch die ECU 10 zu dem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem die Additionsverarbeitung durchgeführt wird. Die Verarbeitungsroutine wurde im Vorhinein in dem ROM der ECU 10 oder ähnlichem gespeichert und wird wiederholt mit einem vorbestimmten Intervall während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 ausgeführt.
  • Bei der Verarbeitungsroutine aus 3 wird zuerst bei der Verarbeitung des Schritts S101 durch die ECU 10 bestimmt, ob die Bedingung, unter der angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator strömt, erfüllt ist. In diesem Fall bestimmt die ECU 10, wenn die Speichermenge des NOx in dem NSR-Katalysator weniger als der vorbestimmte obere Grenzwert ist, und, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, dass die Bedingung, bei der angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator strömt, erfüllt ist. Zusätzlich führt die ECU 10 auch in Fällen, bei denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des für die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 1 verwendeten Gemisches ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine Bestimmung aus, dass die Bedingung, dass kein NOx in den SCR-Katalysator strömt, erfüllt ist. Darüber hinaus führt auch in Fällen, in denen eine Verarbeitung zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr des Verbrennungsmotors 1 ausgeführt wird, die ECU 10 eine Bestimmung durch, dass die Bedingung, dass kein NOx in den SCR-Katalysator strömt, erfüllt ist. In Fällen, bei denen eine positive Bestimmung bei der Verarbeitung des Schritts S101 gemacht wird, rückt die Routine der ECU 10 zu der Verarbeitung des Schritts S106 vor, bei dem das Additionsventil 5 dazu angesteuert wird, die Addition der wässrigen Harnstofflösung zu unterbrechen. Hierbei ist zur Kenntnis zu nehmen, dass in Fällen, in denen die Addition der wässrigen Harnstofflösung bereits zu dem Zeitpunkt unterbrochen worden ist, zu dem die Verarbeitung des Schritts S106 ausgeführt wurde, die ECU 10 das Additionsventil 5 dazu ansteuert, den Zustand der unterbrochenen Addition beizubehalten. Andererseits rückt in Fällen, in denen eine positive Bestimmung bei der Verarbeitung des Schritts S101 gemacht worden ist, die Routine der ECU 10 zu der Verarbeitung des Schritts S102 vor.
  • Bei der Verarbeitung des Schritts S102 bestimmt die ECU 10, ob eine Ammoniakadsorptionsmenge ΣNH3 in dem SCR-Katalysator kleiner als eine vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ΣNH3trg ist. Hierbei wird die Adsorptionsmenge des Ammoniaks ΣNH3 in dem SCR-Katalysator durch ein Integrieren einer Veränderungsmenge (Zunahme oder Abnahme) der Adsorptionsmenge des Ammoniaks ΣNH3 pro Zeiteinheit erhalten. Insbesondere wird die Ammoniakadsorptionsmenge ΣNH3 basierend auf dem folgenden Ausdruck (1) berechnet. ∑ NH 3 = ∑ NH 3 alt + ∑ NH 3
    Figure DE102018106662B4_0001
    ΣNH3alt in dem Ausdruck (1) ist der letzte Wert der Ammoniakadsorptionsmenge.
  • Die vorstehend erwähnte Veränderungsmenge (Zunahme oder Abnahme) ΣNH3 ist ein Wert, welcher durch ein Subtrahieren einer Verbrauchsmenge des Ammoniaks pro Zeiteinheit (einer für die NOx-Reduktion pro Zeiteinheit in dem SCR-Katalysator verbrauchten Ammoniakmenge) und einer Menge des Ammoniakverlusts pro Zeiteinheit von der dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit zugeführten Ammoniakmenge erhalten wird. Die dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit zugeführte Ammoniakmenge kann auf der Grundlage der Menge der wässrigen Harnstofflösung berechnet werden, welche von dem Additionsventil 5 pro Zeiteinheit zugeführt wird. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass, wenn die Addition der wässrigen Harnstofflösung von dem Additionsventil 5 in einem unterbrochenen Zustand ist, „0“ als die dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit zugeführte Ammoniakmenge verwendet wird. Zusätzlich kann die Verbrauchsmenge des Ammoniaks pro Zeiteinheit auf der Grundlage der NOx-Menge berechnet werden, welche in dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit reduziert wird. In diesem Fall kann die pro Zeiteinheit in dem SCR-Katalysator reduzierte NOx-Menge durch eine Subtraktion der aus dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit ausströmenden NOx-Menge von der in den SCR-Katalysator pro Zeiteinheit einströmenden NOx-Menge berechnet werden. Die in den SCR-Katalysator pro Zeiteinheit einströmende NOx-Menge kann durch eine Multiplikation der Konzentration des NOx in dem Abgas, welche durch den ersten NOx-Sensor 6 erfasst worden ist, mit der Flussrate des Abgases (einer Gesamtmenge der Einlassluftmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge) erhalten werden. Die aus dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit ausströmende NOx-Menge kann durch ein Multiplizieren der NOx-Konzentration in dem Abgas, welche durch den zweiten NOx-Sensor 7 erfasst worden ist, mit der Flussrate des Abgases erhalten werden. Darüber hinaus kann die Ammoniakverlustmenge pro Zeiteinheit durch ein Multiplizieren der Konzentration des Ammoniaks, welche durch den Ammoniaksensor 9 erfasst worden ist, mit der Flussrate des Abgases erhalten werden.
  • Zurückgehend zu der Verarbeitungsroutine der 3, rückt in Fällen, in denen eine negative Bestimmung bei der Verarbeitung des Schritts S102 erhalten worden ist (ΣNH3 ≧ ΣNH3trg), die Routine der ECU 10 zu der Verarbeitung des Schritts S106 vor, ohne eine Additionsverarbeitung durchzuführen. Andererseits rückt in Fällen, bei denen eine negative Bestimmung in Schritt S102 erhalten worden ist (ΣNH3 < ΣNH3trg) die Routine der ECU 10 zu der Verarbeitung von Schritt S103 ff. vor.
  • Bei der Verarbeitung des Schritts S103 erfasst die Routine der ECU 10 die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr. In diesem Fall kann die ECU 10 die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr auf der Grundlage der durch den Abgastemperatursensor 8 erfassten Abgastemperatur und der Flussrate des Abgases abschätzen. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass in Fällen, bei denen zusätzlich zu dem Abgastemperatursensor 8 auch ein Abgastemperatursensor in der Abgaspassage 2 in einer Position zwischen dem ersten Katalysatorgehäuse 3 und dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 angeordnet ist, die ECU 10 die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr auch auf der Grundlage einer Differenz zwischen den durch diese zwei Sensoren erfassten Temperaturen des Abgases und der Flussrate des Abgases abschätzen kann.
  • Bei der Verarbeitung von Schritt S104 bestimmt die ECU 10, ob die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr, welche bei der vorstehend beschriebenen Verarbeitung des Schritts S103 erfasst worden ist, innerhalb des vorstehend beschriebenen effektiven Temperaturbereichs liegt. Insbesondere bestimmt die Routine der ECU 10, ob die bei der Verarbeitung des Schritts S103 erfasste Temperatur des SCR-Katalysators Tscr innerhalb des Temperaturbereichs liegt, welcher gleich oder höher als die erste Temperatur T1 und niedriger als die dritte Temperatur T3 in 2 ist.
  • Wenn bei der Verarbeitung des Schritts S104 eine negative Bestimmung durchgeführt wird, kann angenommen werden, dass die bei den aktiven Stellen adsorbierende Ammoniakmenge nicht auf effiziente Weise erhöht werden kann, während die Adsorption des Ammoniaks bei den schwachen Adsorptionsstellen unterdrückt wird, und daher rückt die Routine der ECU 10 zur Verarbeitung von Schritt S106 vor. Andererseits kann, wenn bei der Verarbeitung des Schritts S104 eine positive Bestimmung durchgeführt wird, davon ausgegangen werden, dass die Menge des Ammoniaks, welche bei den aktiven Stellen adsorbiert, auf effiziente Weise erhöht werden kann, während die Adsorption von Am moniak bei den schwachen Adsorptionsstellen unterdrückt werden kann, und daher rückt die Routine der ECU 10 zu der Verarbeitung von Schritt S105 vor. Dann steuert die ECU 10 bei der Verarbeitung des Schritts S105 das Additionsventil 5 dazu an, die wässrige Harnstofflösung zuzufügen.
  • Wenn die Additionsverarbeitung in Übereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, kann eine bei den aktiven Stellen adsorbierende Ammoniakmenge erhöht werden, während die bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierende Ammoniakmenge auf das Minimum unterdrückt werden kann. Infolgedessen kann eine Abnahme der Rate der NOx-Reduktion zu dem Zeitpunkt, wenn das NOx-enthaltende Abgas in den SCR-Katalysator einströmt, unterdrückt werden. Zusätzlich kann bei der Additionsverarbeitung die Zuführung bzw. Addition der wässrigen Harnstofflösung durch das Additionsventil 5 unter der Bedingung durchgeführt werden, dass angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, und daher kann die Menge des bei den aktiven Stellen adsorbierenden Ammoniaks erhöht werden, während die Menge des Ammoniakverlusts auf einen kleinen Wert unterdrückt werden kann. Infolgedessen kann auch die Verbrauchsmenge der wässrigen Harnstofflösung auf einen kleinen Wert begrenzt werden.
  • Vorliegend wird eine „Erfassungseinheit“ gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Durchführung der Verarbeitung des Schritts S103 in 3 durch die ECU 10 umgesetzt. Zusätzlich wird eine „Steuerungseinheit“ gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Durchführen der Verarbeitung der Schritte S101 bis S102 und der Verarbeitung der Schritte S104 bis S106 in 3 durch die ECU 10 umgesetzt.
  • Abwandlung der ersten Ausführungsform
  • Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wurde beispielhaft als Bedingung oder Fall, wenn angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, beispielhaft der Fall verwendet, in dem ein kein NOx enthaltendes Gas in den SCR-Katalysator während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 einströmt. Zusätzlich zu diesem Fall kann aber auch ein Fall in Betracht gezogen werden, bei dem sich der Verbrennungsmotor 1 in einem Betriebsunterbrechungszustand befindet. Demgemäß kann zusätzlich zu dem Fall, in dem während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 ein kein NOx enthaltendes Gas in den SCR-Katalysator einströmt, die Additionsverarbeitung auch durchgeführt werden, wenn sich der Verbrennungsmotor 1 in einem Betriebsunterbrechungszustand befindet. Insbesondere kann zu einem Zeitpunkt, zu dem der Betrieb des Verbrennungsmotors 1 unterbrochen ist (bspw. zu einem Zeitpunkt, bei dem ein nicht gezeigter Zündungsschalter von „an“ auf „aus“ umgeschaltet wird), wenn die Adsorptionsmenge des Ammoniaks ΣNH3 kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ΣNH3trg ist und wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr innerhalb des effektiven Bereichs liegt, von dem Additionsventil 5 die wässrige Harnstofflösung hinzugefügt werden. Daher kann, wenn die Additionsverarbeitung unmittelbar nach dem Unterbrechen des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 gestartet wird, die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators, unmittelbar nachdem der Verbrennungsmotor erneut gestartet wird, verstärkt werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 beschrieben. Hierbei wird eine Konstruktion der zweiten Ausführungsform, welche sich von der ersten vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform unterscheidet, beschrieben, und eine wiederholte Erklärung derselben Konstruktion wird weggelassen. Der Unterschied zwischen der zweiten Ausführungsform und der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform besteht darin, dass, wenn die Adsorptionsmenge des Ammoniaks ΣNH3 kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ΣNH3trg ist und wenn die Bedingung, dass angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, erfüllt ist, die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr durch das Aufheizen des SCR-Katalysators zwingend auf eine Temperatur innerhalb des effektiven Bereichs erhöht werden kann, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr niedriger als der effektive Bereich ist.
  • 4 ist eine Ansicht, welche die schematische Konstruktion eines Verbrennungsmotors 1 und dessen Einlass- und Auslass- bzw. Abgassystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 4 bezeichnen dieselben Bezugszeichen dieselben Komponenten wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform. In 1 ist eine Heizvorrichtung 40 für das Aufheizen des SCR-Katalysators in Kombination mit dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 angeordnet. Diese Heizvorrichtung 40 ist ein Heizer vom Typ des elektrischen Heizens bzw. ein elektrischer Heizer, welcher den SCR-Katalysator aufheizt, indem elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird, und welcher durch die ECU 10 gesteuert wird. Hierbei ist zur Kenntnis zu nehmen, dass die Heizvorrichtung 40 auch ein Induktionsheizer sein kann, welcher den SCR-Katalysator durch die Verwendung der durch die elektrische Erregung erzeugten elektromagnetischen Wellen aufwärmt. Die Heizvorrichtung 40 kann auch dadurch ausgebildet werden, dass der SCR-Katalysator als ein elektrisch beheizbarer Katalysator ausgestaltet wird. Die Heizvorrichtung 40 kann auch ein Brenner sein, welcher den SCR-Katalysator mittels einer Flamme aufheizt.
  • Als Nächstes wird ein Durchführungsverfahren der Additionsverarbeitung bei der zweiten Ausführungsform mit Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein Zeitdiagramm, welches die Veränderungen im Zeitverlauf der in den SCR-Katalysator einströmenden NOx-Menge (der Einströmmenge des NOx), der Adsorptionsmenge des Ammoniaks (NH3) ΣNH3 in den SCR-Katalysator, der Temperatur des SCR-Katalysators Tscr, des Betriebszustands der Heizvorrichtung 40 und des Betriebszustands des Additionsventils 5 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 zeigt.
  • Wie in 5 gezeigt, wird die Einströmmenge des NOx im Wesentlichen null, wenn die Bedingung, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, durch die Erfüllung einer der folgenden Bedingungen erfüllt ist (t1 in 5): die Speichermenge des NOx in dem NSR-Katalysator ist weniger als der vorbestimmte obere Grenzwert und gleichzeitig ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis; das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des für die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor 1 verwendeten Gemisches ist ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis; und eine Verarbeitung zur Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr wird gestartet. In diesem Fall erhöht die ECU 10, wenn die Adsorptionsmenge des Ammoniaks ΣNH3 kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ΣNH3trg ist und wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr niedriger als ein unterer Grenzwert des effektiven Bereichs (die vorstehend beschriebene erste Temperatur T1 in 2) ist, die Temperatur des SCR-Katalysators, indem sie zuerst die Heizvorrichtung 40 aktiviert.
  • Wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr aufgrund des Aufwärmens des SCR-Katalysators durch die Heizvorrichtung 40 die erste Temperatur T1 erreicht (t2 in 5), startet die ECU 10 die Zuführung bzw. Addition der wässrigen Harnstofflösung durch das Umschalten des Additionsventils 5 von dem geschlossenen Ventilzustand (aus) in einen geöffneten Ventilzustand (an). Wenn die Zuführung der wässrigen Harnlösung durch das Additionsventil 5 gestartet ist, wird dem SCR-Katalysator durch die thermische Zersetzung und Hydrolyse der wässrigen Harnstofflösung produzierter Ammoniak zugeführt, sodass die Adsorptionsmenge des Ammoniaks in dem SCR-Katalysator ΣNH3 beginnt, zuzunehmen. Zusätzlich steuert die ECU 10, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators die Soll-Temperatur Ttrg erreicht, welche gleich oder höher als die erste Temperatur T1 und niedriger als die dritte Temperatur T3 (t3 in 5) ist, die Heizvorrichtung 40 derart, dass die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr auf der Soll-Temperatur Ttrg gehalten wird. Beispielsweise sollte die ECU 10 wiederholt eine Verarbeitung durchführen, um die Heizvorrichtung 40 zu unterbrechen, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr gleich oder höher als die Soll-Temperatur Ttrg wird, und die Heizvorrichtung 40 zu reaktivieren, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr niedriger als die Soll-Temperatur Ttrg wird. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass die Soll-Temperatur Ttrg, auf welche hier Bezug genommen wird, eine Temperatur ist, welche derart eingestellt ist, dass die Adsorption von Ammoniak bei den aktiven Stellen auf effektive Weise durchgeführt wird, während die Adsorption von Ammoniak bei den schwachen Adsorptionsstellen unterdrückt wird, und bspw. eine Temperatur ist, welche gleich oder höher als die zweite Temperatur T2 und niedriger als die dritte Temperatur T3 in 2 ist. Wenn die Adsorptionsmenge des Ammoniaks in dem SCR-Katalysator ΣNH3 auf die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ΣNH3trg (t4 in 5) zunimmt, unterbricht die ECU 10 die Heizvorrichtung 40 und unterbricht gleichzeitig die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung durch das Additionsventil 5.
  • Im Folgenden wird ein Durchführungsverfahren der Additionsverarbeitung bei der zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist ein Flussdiagramm, welches eine Verarbeitungsroutine zeigt, welche durch die ECU 10 zu dem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem die Additionsverarbeitung durchgeführt wird. Hierbei ist zur Kenntnis zu nehmen, dass in 6 dieselben Bezugszeichen denselben Verarbeitungsschritten wie bei der vorstehend beschriebenen Verarbeitungsroutine der 3 zugeordnet sind.
  • Bei der Steuerungsroutine der 6 rückt, wenn bei der Verarbeitung des Schritts S104 eine negative Bestimmung durchgeführt wird, die Routine der ECU 10 zu der Verarbeitung des Schritts S201 vor. Bei der Verarbeitung des Schritts S201 bestimmt die ECU 10, ob die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr niedriger als der effektive Bereich ist, d.h., ob die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr niedriger als die erste Temperatur T1 ist.
  • Wenn bei der Verarbeitung des Schritts S201 eine positive Bestimmung durchgeführt worden ist (Tscr < T1), ist die Bedingung erfüllt, dass angenommen wird, dass kein NOx in den SCr-Katalysator einströmt, in einem Zustand, in dem die Adsorptionsmenge des Ammoniaks ΣNH3 in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ΣNH3trg ist, aber die Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als der effektive Bereich ist, sodass die wässrige Harnstofflösung von dem Additionsventil 5 nicht hinzugefügt werden kann. Demgemäß rückt, wenn bei der Verarbeitung des Schritts S201 eine positive Bestimmung durchgeführt worden ist, die Routine der ECU 10 zu der Verarbeitung des Schritts S202 vor, bei der die Heizvorrichtung 40 aktiviert wird, um die Temperatur des SCR-Katalysators auf die Soll-Temperatur Ttrg innerhalb des effektiven Bereichs zu erhöhen. Die Routine der ECU 10 rückt zu der Verarbeitung des Schritts S106 vor, nachdem die Verarbeitung des Schritts S202 durchgeführt worden ist.
  • Wenn andererseits bei der Verarbeitung des Schritts S201 eine negative Bestimmung durchgeführt worden ist, wird die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr höher als der effektive Bereich (Tscr ≧ T3), sodass die ECU 10 zu der Verarbeitung des Schritts S203 vorrückt, bei dem die Heizvorrichtung 40 unterbrochen bzw. gestoppt wird. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass, wenn sich die Heizvorrichtung 40 zu dem Zeitpunkt, wenn die Verarbeitung des Schritts S203 durchgeführt wird, bereits in dem Unterbrechungszustand befindet, die ECU 10 die Heizvorrichtung 40 in dem Unterbrechungszustand hält. Nachdem die Verarbeitung des Schritts S203 durchgeführt worden ist, rückt die ECU 10 zu der Verarbeitung des Schritts S106 vor. Hierbei ist zur Kenntnis zu nehmen, dass in Fällen, in denen bei der Verarbeitung des Schritts S101 eine negative Bestimmung vorliegt und wenn bei der Verarbeitung des Schritts S102 ebenfalls eine negative Bestimmung vorliegt, es nicht notwendig ist, die Heizvorrichtung 40 und das Additionsventil 5 zu aktivieren, und die ECU 10 daher die Verarbeitung des Schritts S203 und die Verarbeitung des Schritts S106 aufeinanderfolgend durchführt.
  • Zusätzlich führt die ECU 10, wenn bei der Verarbeitung des Schritts S104 eine positive Bestimmung durchgeführt wird, die Verarbeitung des Schritts S204 durch. Bei der Verarbeitung des Schritts S204 bestimmt die ECU 10, ob sich die Heizvorrichtung 40 im Betrieb befindet (d.h. während eines Heizbetriebs). In Fällen, bei denen bei der Verarbeitung des Schritts S204 eine negative Bestimmung durchgeführt wird, rückt die ECU 10 zu der Verarbeitung des Schritts S105 vor, während die Verarbeitung der Schritte S205 bis S206, welche später beschrieben werden, übersprungen wird. Wenn andererseits bei der Verarbeitung des Schritts S204 eine positive Bestimmung durchgeführt wird, rückt die ECU 10 zu der Verarbeitung des Schritts S105 vor, nachdem sie die Verarbeitung der Schritte S205 bis S206 in aufeinander folgend durchgeführt hat.
  • Bei der Verarbeitung des Schritts S205 bestimmt die ECU 10, ob die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr, welche bei der Verarbeitung des Schritts S103 erfasst worden ist, gleich oder höher als die vorstehend bestimmte Soll-Temperatur Ttrg ist. Wenn bei der Verarbeitung des Schritts S205 eine positive Bestimmung durchgeführt wird, unterbricht die ECU 10 die Heizvorrichtung 40 bei der Verarbeitung des Schritts S206 und darauffolgend fügt sie bei der Verarbeitung des Schritts S105 die wässrige Harnstofflösung von dem Additionsventil 5 zu. Wenn andererseits bei der Verarbeitung des Schritts S205 eine negative Bestimmung durchgeführt worden ist, rückt die Routine der ECU 10 zu der Verarbeitung des Schritts S105 vor, während die Verarbeitung des Schritts S206 übersprungen wird. Das heißt, wenn bei der Verarbeitung des Schritts S205 eine negative Bestimmung durchgeführt wurde, führt die ECU 10 die wässrige Harnstofflösung von dem Additionsventil 5 zu, während sie die Heizvorrichtung 40 in Betrieb hält.
  • Gemäß dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird, wenn die Adsorptionsmenge des Ammoniaks ΣNH3 bei dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ΣNH3trg ist und wenn die Bedingung, dass angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, erfüllt ist, die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr zwingend auf eine Temperatur erhöht, welche innerhalb des effektiven Bereichs liegt, indem der SCR-Katalysator mittels der Heizvorrichtung 40 aufgeheizt wird, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr geringer als der effektive Bereich ist. Wenn die Adsorptionsmenge des Ammoniaks ΣNH3 in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ΣNH3trg ist und wenn die Bedingung, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, erfüllt ist, wird infolgedessen verhindert, dass der Zustand, bei dem die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr niedriger als der effektive Bereich ist, anhält. In anderen Worten wird, wenn die Adsorptionsmenge des Ammoniaks ΣNH3 in dem SCR-Katalysator kleiner als die vorbestimmte Soll- Adsorptionsmenge ΣNH3trg ist und wenn die Bedingung erfüllt ist, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, verhindert, dass der Zustand, bei dem die Zuführung der wässrigen Harnstofflösung durch das Additionsventil 5 nicht ausgeführt werden kann, weiter anhält.
  • Gemäß dieser zweiten Ausführungsform kann in einem derartigen Fall, in dem der Zustand, in dem die Temperatur des in dem zweiten Katalysatorgehäuse 4 einströmenden Abgases niedriger als der effektive Bereich ist, anhält, verhindert werden, dass der Zustand weiter anhält, in dem der bei den aktiven Stellen des SCR-Katalysator adsorbierte Ammoniak für die Reduktion des NOx verbraucht wird, ohne dass dem SCR-Katalysator von der Zufuhrvorrichtung Ammoniak zugeführt wird. Infolgedessen wird verhindert, dass die Menge des Ammoniaks, welcher bei den aktiven Stellen des SCR-Katalysators adsorbiert ist, zu klein wird.
  • Es ist zur Kenntnis zu nehmen, das eine „Heizeinheit“ gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Durchführen der Verarbeitung der Schritte S201 bis S206 in 6 mittels der ECU 10 umgesetzt wird.
  • Abwandlung der zweiten Ausführungsform
  • Bei der vorstehend genannten zweiten Ausführungsform wurde als Bedingung oder Fall, in dem angenommen wird, dass kein NOx in den SCR-Katalysator einströmt, beispielhaft der Fall erläutert, bei dem ein kein NOx enthaltendes Gas während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 in den SCR-Katalysator einströmt. Aber zusätzlich zu diesem Fall kann auch ein Fall in Betracht gezogen werden, bei dem sich der Verbrennungsmotor 1 in einem Betriebsunterbrechungszustand befindet. Demgemäß kann zusätzlich zu dem Fall, in dem während des Betriebs des Verbrennungsmotors ein kein NOx enthaltendes Gas in den SCR-Katalysator einströmt, die Additionsverarbeitung auch durchgeführt werden, wenn sich der Verbrennungsmotor 1 in einem Betriebsunterbrechungszustand befindet. Insbesondere sollte zu einem Zeitpunkt, zu dem der Betrieb des Verbrennungsmotors 1 unterbrochen ist (bspw. zu einem Zeitpunkt, zu dem ein nicht gezeigter Zündschalter von „an“ auf „aus“ umgeschaltet wird), wenn die Adsorptionsmenge des Ammoniaks ΣNH3 kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ΣNH3trg ist und wenn die Temperatur des SCR-Katalysators Tscr niedriger als der effektive Bereich ist, die wässrige Harnstofflösung von dem Additionsventil hinzugefügt bzw. addiert werden, nachdem die Temperatur des SCR-Katalysators mittels der Heizvorrichtung 40 auf eine Temperatur innerhalb des effektiven Bereichs erhöht worden ist. Daher kann, wenn die Additionsverarbeitung unmittelbar nach dem Unterbrechen des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 durchgeführt wird, die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators, unmittelbar nachdem der Verbrennungsmotor 1 wieder gestartet wurde, verstärkt werden.
  • Andere Ausführungsformen
  • Bei den vorstehend erwähnten Ausführungsformen wurden Beispiele beschrieben, bei denen ein Temperaturbereich, welcher gleich oder höher als die erste Temperatur T1 und niedriger als die dritte Temperatur T3 ist, als der effektive Bereich eingestellt wurde. Es kann aber auch ein Temperaturbereich, welcher gleich oder höher als die zweite Temperatur T2 und niedriger als die dritte Temperatur T3 in 2 ist, als der effektive Bereich eingestellt werden. Bei dem Temperaturbereich, welcher gleich oder höher als die zweite Temperatur T2 und niedriger als die dritte Temperatur T3 ist, wird die Adsorptionsrate des Ammoniaks bei den schwachen Adsorptionsstellen im Wesentlichen 0 % und gleichzeitig wird die Adsorptionsrate des Ammoniaks bei den aktiven Stellen im Wesentlichen 100 %, und daher kann, wenn ein derartiger Temperaturbereich als effektiver Bereich eingestellt wird, die bei den aktiven Stellen adsorbierende Ammoniakmenge erhöht werden, während die bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierende Ammoniakmenge auf verlässlichere Weise auf das Minimum beschränkt werden kann.
  • Eine Abnahme einer NOx-Reduktionsrate in einem SCR-Katalysator wird durch das Erhöhen auf das Maximum einer Ammoniakmenge, welche bei den aktiven Stellen das SCR-Katalysators adsorbiert, während eine Ammoniakmenge, welche bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbiert, auf das Minimum beschränkt wird, bestmöglich unterdrückt. In Fällen, in denen eine Adsorptionsmenge des Ammoniaks in dem SCR-Katalysator kleiner als eine vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist, und wenn eine Bedingung erfüllt ist, dass angenommen wird, dass in den SCR-Katalysator kein NOx einströmt und wenn die Temperatur des SCR-Katalysators innerhalb eines Temperaturbereichs (effektiven Bereich) liegt, welcher gleich oder höher als eine Desorptionstemperatur des bei den schwachen Adsorptionsstellen adsorbierten Ammoniaks und niedriger als eine Desorptionstemperatur des bei den aktiven Stellen adsorbierten Ammoniaks ist, wird die Adsorption des Ammoniaks bei den aktiven Stellen durchgeführt, während die Adsorption des Ammoniaks mit den schwachen Adsorptionsstellen unterdrückt wird, indem dem SCR-Katalysator von einer Zufuhrvorrichtung das Additivmittel zugeführt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Auslass- bzw. Abgaspassage
    3
    erstes Katalysatorgehäuse
    4
    zweites Katalysatorgehäuse
    5
    Additionsventil
    6
    erster NOx-Sensor
    7
    zweiter NOx-Sensor
    8
    Abgastemperatursensor
    9
    Ammoniaksensor
    10
    ECU
    50
    Pumpe
    51
    Additivmitteltank

Claims (5)

  1. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), mit: einem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4), welcher in einer Abgaspassage (2) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist und NOx in einem Abgas unter Verwendung eines Reduktionsmittels reduziert; einer Erfassungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Temperatur (TSCR) des selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (4) zu erfassen; einer Zufuhrvorrichtung (5, 50, 51), welche in der Abgaspassage (2) stromaufwärts des selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (4) angeordnet ist und dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) ein Additivmittel, welches das Reduktionsmittel oder ein Vorläufer des Reduktionsmittels ist, zuführt; und eine Steuerungseinheit (10), welche dazu ausgelegt ist, die Zufuhrvorrichtung (5, 50, 51) derart zu steuern, dass eine Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels, welche eine Menge des an dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) adsorbierten Reduktionsmittels ist, eine vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge wird; wobei in Fällen, in denen die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist, wenn die durch die Erfassungseinheit erfasste Temperatur innerhalb eines effektiven Bereichs fällt, welcher ein Temperaturbereich ist, welcher gleich oder höher als eine Desorptionstemperatur (T1) des bei schwachen Adsorptionsstellen des selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (4) adsorbierten Reduktionsmittels und niedriger als eine Desorptionstemperatur (T3) des bei aktiven Stellen des selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (4) adsorbierten Reduktionsmittels ist, die Steuerungseinheit (10) die Zufuhrvorrichtung (5, 50, 51) derart steuert, dass dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) das Additivmittel zugeführt wird, wobei, in Fällen, in denen die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist, wenn die durch die Erfassungseinheit erfasste Temperatur innerhalb des effektiven Bereichs fällt, und wenn eine Bedingung erfüllt ist, dass angenommen wird, dass kein NOx in den selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) strömt, die Steuerungseinheit (10) die Zufuhrvorrichtung (5, 50, 51) derart steuert, dass dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) das Additivmittel zugeführt wird, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung ferner aufweist: einen NOx-Speicherungsreduktionskatalysator (3), welcher in der Abgaspassage (2) stromaufwärts von dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) angeordnet ist und derart wirkt, dass er NOx in dem Abgas speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches höher als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das derart gespeicherte NOx freigibt und reduziert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, welches niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; wobei die Steuerungseinheit (10) eine Bestimmung durchführt, dass eine Bedingung, dass angenommen wird, dass kein NOx in den selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) einströmt, erfüllt ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Speicherungsreduktionskatalysator (3) einströmenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist und wenn die Speicherungsmenge des NOx in dem NOx-Speicherungsreduktionskatalysator (3) während des Betriebs des Verbrennungsmotors (1) gleich oder niedriger als ein vorbestimmter oberer Grenzwert ist.
  2. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 1, mit ferner: einer Heizvorrichtung (40), welche dazu ausgelegt ist, den selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) aufzuheizen; und einer Temperaturerhöhungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, die Heizvorrichtung (40) anzusteuern, die Temperatur des selektiven katalytischen Reduktionskatalysators (4) auf eine Temperatur innerhalb des effektiven Bereichs zu erhöhen, wenn die durch die Erfassungseinheit erfasste Temperatur zu dem Zeitpunkt, wenn die Bedingung, dass angenommen wird, dass kein NOx in den selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) einströmt, erfüllt ist, niedriger als der effektive Bereich ist und wenn die Adsorptionsmenge des Reduktionsmittels in dem selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) kleiner als die vorbestimmte Soll-Adsorptionsmenge ist.
  3. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungseinheit (10) eine Bestimmung durchführt, dass eine Bedingung, dass angenommen wird, dass kein NOx in den selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) einströmt, erfüllt ist, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines für die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor (1) verwendeten Gemischs ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  4. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerungseinheit (10) eine Bestimmung durchführt, dass eine Bedingung, dass angenommen wird, dass kein NOx in den selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) einströmt, erfüllt ist, wenn sich eine Kraftstoffzufuhrunterbrechungsverarbeitung des Verbrennungsmotors (1) in einem Ausführungszustand befindet.
  5. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerungseinheit (10) eine Bestimmung durchführt, dass die Bedingung, dass angenommen wird, dass kein NOx in den selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (4) einströmt, erfüllt ist, wenn sich der Verbrennungsmotor (1) in einem Betriebsunterbrechungszustand befindet.
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