DE112008000297T5 - Abgas-Reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Abgas-Reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor Download PDF

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Kazuhiro Toyota Wakao
Takaaki Toyota Itou
Keisuke Toyota Sano
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Abstract

Abgas-Reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, umfassend:
einen Hauptabgaskanal (14), durch den aus dem Verbrennungsmotor ausgeströmtes Abgas strömt;
einen Umgehungskanal, der von dem Hauptabgaskanal an einem stromaufwärtigen mit dem Hauptabgaskanal verbundenen Verbindungsteil abzweigt, während sich dieser mit dem Hauptabgaskanal an einem stromabwärts des stromaufwärtigen Verbindungsteils bereitgestellten stromabwärtigen Verbindungsteil wieder vereinigt;
ein Strömungsweg-Umschaltmittel, das geeignet ist ein Strömungsziel, in das das Abgas zwischen dem Hauptabgaskanal und dem Umgehungskanal strömt, umzuschalten;
ein Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel, das in dem Umgehungskanal angeordnet ist und das die Funktion hat, Feuchtigkeit zu adsorbieren;
ein NOx-Adsorptionsmittel, das in dem Umgehungskanal an der stromabwärtigen Seite des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels angebracht ist, für einen Abgasstrom in einem Zustand, in dem das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel die Feuchtigkeit adsorbiert, und das die Funktion hat NOx zu adsorbieren;
ein Beurteilungsmittel der Feuchtigkeits-Desorption, zum Beurteilen, ob die Desorption der Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel beginnt; und
ein Strömungsweg-Steuermittel, zum Steuern des Strömungsweg-Umschaltmittels, um zu verhindern,...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgas-Reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere eine Abgas-Reinigungsvorrichtung, die ein Adsorptionsmittel einschließt, das stromabwärts eines Katalysators, zum Adsorbieren von ungereinigten Bestandteilen, die nicht durch den Katalysator gereinigt werden können, in dem Abgaskanal angebracht ist.
  • Stand der Technik
  • Eine ähnliche Technik zum Reinigen von aus einem Straßentunnel ausströmendem Ventilationsgas, durch Adsorbieren und Entfernen von NOx unter Verwenden eines Trockenverfahrens mit einem zeolitischen Adsorptionsmittel, wurde früher zum Beispiel durch das Patentdokument 1 offenbart. In der herkömmlichen Technik wird ein Entfeuchtungsmittel (Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel) mit einer Silicagel-Reihe zum Adsorbieren von in dem Ventilationsgas enthaltener Feuchtigkeit, angewendet.
    • [Patentdokument 1] Japanische offengelegte Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. Hei 1-155934
    • [Patentdokument 2] Japanische offengelegte Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2002-138820
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Ein Abgaskanal für einen Verbrennungsmotor schließt einen Katalysator zum Reinigen des Abgases ein. Dennoch kann beim Kaltstart, wenn die Temperatur des Katalysators niedrig ist, das NOx enthaltende Abgas nach außen ausströmen, bis der Katalysator erwärmt und aktiviert wurde. Das Abgas enthält eine große Menge an Feuchtigkeit, die durch die Verbrennung von Kraftstoff erzeugt wird. Infolge dessen ist es, wie es der Fall bei der herkömmlichen Technik ist, vorstellbar, ein Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel zum Adsorbieren der Feuchtigkeit, die das NOx-Adsorptionsvermögen eines NOx-Adsorptionsmittels schädigt, an der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmung in dem Abgaskanal des Verbrennungsmotors anzuordnen und das NOx-Adsorptionsmittel stromabwärts des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels anzuordnen.
  • Wie oben beschrieben, strömt, in dem Aufbau, der mit dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel und dem NOx-Adsorptionsmittel in dem Abgaskanal ausgestattet ist, wenn die Adsorptionsmenge der Feuchtigkeit in dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel einen Sättigungspunkt erreicht hat oder wenn die Menge an Feuchtigkeit, die das Feuchtigkeit-Adsorptionsvermögen des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels übersteigt, in das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel strömt, die Feuchtigkeit, die nicht durch das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel adsorbiert werden kann, in das stromabwärts derselben angeordnete NOx-Adsorptionsmittel. Wenn die Feuchtigkeit in das NOx-Adsorptionsmittel strömt, wird die NOx-Adsorption durch das NOx-Adsorptionsmittel größtenteils blockiert. Infolge dessen tritt wahrscheinlich die Desorption von NOx, das an dem NOx-Adsorptionsmittel adsorbiert ist, auf.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zum Lösen des obigen Problems getätigt. Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, in einem Verbrennungsmotor, der mit einem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel und einem NOx-Adsorptionsmittel hintereinander, in der Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite des Abgaskanals ausgestattet ist, eine Abgas-Reinigungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor bereit zustellen, die erfolgreich eine Schädigung des Adsorptionsvermögens von NOx durch Feuchtigkeit verhindern kann und die geeignet ist, das NOx-Adsorptionsvermögen des NOx-Adsorptionsmittels entsprechend aufrecht zu erhalten.
  • Mittel zum Lösen des Problems
  • In einem ersten Aspekt ist die vorliegende Erfindung eine Abgas-Reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst:
    einen Hauptabgaskanal, durch den aus dem Verbrennungsmotor ausgeströmtes Abgas strömt;
    einen Umgehungskanal, der von dem Hauptabgaskanal an einem mit dem Hauptabgaskanal verbundenen stromaufwärtigen Verbindungsteil abzweigt, während sich dieser mit dem Hauptabgaskanal an einem stromabwärts des stromaufwärtigen Verbindungsteils bereitgestellten stromabwärtigen Verbindungsteil wieder vereinigt;
    ein Strömungsweg-Umschaltmittel, das geeignet ist ein Strömungsziel, in das das Abgas zwischen dem Hauptabgaskanal und dem Umgehungskanal strömt, umzuschalten;
    ein Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel, das in dem Umgehungskanal angeordnet ist und das die Funktion hat, Feuchtigkeit zu adsorbieren;
    ein NOx-Adsorptionsmittel, das in dem Umgehungskanal an der stromabwärtigen Seite des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels angebracht ist für einen Abgasstrom in einem Zustand, in dem das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel die Feuchtigkeit adsorbiert, und das die Funktion hat NOx zu adsorbieren;
    ein Beurteilungsmittel der Feuchtigkeits-Desorption, zum Beurteilen, ob die Desorption der Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel beginnt; und
    Strömungsweg-Steuermittel, zum Steuern des Strömungsweg-Umschaltmittels, um zu verhindern, dass das Abgas in das NOx-Adsorptionsmittel strömt, wenn beurteilt wird, dass die Desorption der Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel begonnen hat.
  • Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgas-Reinigungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei das Beurteilungsmittel der Feuchtigkeits-Desorption auf Basis der Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels beurteilt, ob die Desorption der Feuchtigkeit begonnen hat.
  • Vorteile der Erfindung
  • Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Adsorptionsvorgang von NOx durch das NOx-Adsorptionsmittel beendet, wenn beurteilt wird, dass die Desorption der Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel begonnen hat, so dass die Desorption von NOx aufgrund der Feuchtigkeit unterdrückt wird.
  • Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Adsorption von NOx sicher zu beenden, bevor NOx beginnt, von dem NOx-Adsorptionsmittel zu desorbieren, indem der Einstrom von Feuchtigkeit in das NOx-Adsorptionsmittel nicht auf Basis der Temperatur des NOx-Adsorptionsmittels bewertet wird, sondern auf Basis der Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels, das stromaufwärts desselben angebracht ist, so dass die Beurteilung, die das Umschalten des Umschaltventils betrifft, schneller durchgeführt wird.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • 1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Verbrennungsmotor-Systems erläutert, das eine Abgas-Reinigungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist.
  • 2 ist ein Diagramm, das den Betrieb des Systems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, um zu zeigen, wie die Steuerung zum Beenden des Adsorptionsvorgangs von NOx gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zeigt, die in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm, um zu zeigen, wie die Steuerung zum Beenden des Adsorptionsvorgangs von NOx gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zeigt, die in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
  • Beste Art zum Ausführen der Erfindung
  • Erste Ausführungsform
  • [Beschreibung des Systemaufbaus]
  • 1 ist ein Diagramm, das den Aufbau eines Verbrennungsmotor-Systems erläutert, das eine Abgas-Reinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Der in 1 gezeigte Verbrennungsmotor 10 schließt einen Einlasskanal 12 zum Aufnehmen von Luft in einem Zylinder ein, und einen Abgaskanal, durch den das aus dem Zylinder ausgeströmte Abgas strömt.
  • Der Abgaskanal der vorliegenden Ausführungsform schließt einen Hauptabgaskanal 14 zum Ausströmen des Abgases aus dem Zylinder ein, und einen später beschriebenen Umgehungskanal 20. In dem Hauptabgaskanal 14 sind ein vorgeordneter Katalysator (SC) 16 und ein nachgeordneter Katalysator (UF) 18, die das Abgas reinigen können, hintereinander, in der Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite angeordnet.
  • Das System der vorliegenden Ausführungsform weist den Umgehungskanal 20 als Kanal auf, der den Hauptabgaskanal 14 umgeht. Der Umgehungskanal 20 ist so aufgebaut, dass er von den Hauptabgaskanal 14 an einem stromaufwärtigen Verbindungsteil 20a, das stromabwärts des nachgeordneten Katalysators 18 angebracht ist, abzweigt und sich mit dem Hauptabgaskanal 14 an dem stromabwärtigen Verbindungsteil 20b, das stromabwärts des stromaufwärtigen Verbindungsteils 20a angebracht ist, wieder vereinigt. Das stromaufwärtige Verbindungsteil 20a wird mit einem Umschaltventil 22, zum Umschalten des Strömungsziels, in das das Abgas zwischen dem Hauptabgaskanal 14 und dem Umgehungskanal 20 strömt, bereitgestellt. Das Öffnen und Schließen des Umschaltventils 22 wird gesteuert, indem der Motoreinlass-Vakuumdruck, der auf ein Negativdruck-Diaphragma 22a wirkt, mit einem elektromagnetischen Ventil (nicht gezeigt) gesteuert wird. Im Übrigen strömt bei normalem Betrieb des Verbrennungsmotors 10 durch Steuern des Umschaltventils 22 zum Blockieren des Umgehungskanals 20 das Abgas durch den Hauptabgaskanal 14, ohne durch den Umgehungskanal 20 zu strömen, und wird dann in die Atmosphäre freigesetzt.
  • Die Mitte des Umgehungskanals 20 ist mit zwei Adsorptionsmitteln vorgesehen. Insbesondere ist das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24, das die Funktion des Adsorbierens von in dem Abgas enthaltener Feuchtigkeit aufweist, an der stromaufwärtigen Seite des Hauptabgaskanals 14 angebracht, das heißt, an der Seite, die dem stromaufwärtigen Verbindungsteil 20a näher ist. Zeolitische Materialien können zum Beispiel als Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 verwendet werden. In dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 ist ein Temperatursensor 26 integriert, um die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 zu erfassen.
  • Zusätzlich ist in dem Umgehungskanal 20 ein NOx-Adsorptionsmittel 28, das die Funktion des Adsorbierens von NOx aufweist, welches ein ungereinigter Bestandteil ist, der in dem Abgas enthalten ist, auf der stromabwärtigen Seite des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 angebracht, das heißt an der Seite, die weiter von dem stromaufwärtigen Verbindungsteil 20a entfernt ist. Zeolitische Materialien, die z. B. Eisen, FE, tragen, können als solche NOx-Adsorptionsmittel 28 verwendet werden.
  • Ein Teil zwischen dem stromaufwärtigen Verbindungsteil 20a und dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 in dem Umgehungskanal 20 steht mit dem Rückstromkanal 30 in Verbindung. Ein Spülsteuerventil 32 ist in der Mitte des Rückstromkanals 30 bereitgestellt. Das verbleibende Ende des Rückstromkanals 30 steht mit dem Einlasskanal 12 in Verbindung. Im Übrigen ist der Verbindungspunkt des Rückstromkanals 30 nicht auf den Einlasskanal 12 beschränkt. Ein Kanal stromaufwärts des nachgeordneten Katalysators 18, zum Beispiel ein stromaufwärtiger Anteil des vorgeordneten Katalysators 16 in dem Hauptabgaskanal 14, kann zum Beispiel als Verbindungspunkt verwendet werden.
  • Das System der vorliegenden Ausführungsform schließt eine elektronische Kontrolleinheit (ECU) 40 ein. Ein Wassertemperatursensor 42, zum Erfassen der Temperatur des Motorkühlwassers ist mit der ECU 40 verbunden, ebenso wie verschiedene Sensoren zum Steuern des Verbrennungsmotors 10 und des obigen Temperatursensors 26. Zusätzlich sind verschiedene Aktuatoren, wie das oben erwähnte Umschaltventil 22 und das Spülsteuerventil 32 mit der ECU 40 verbunden.
  • [Betrieb der ersten Ausführungsform]
  • 2 ist ein Diagramm, das den Betrieb des Systems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • [Adsorptionsvorgang]
  • Zunächst wird unter Bezugnahme auf 2(A) der Vorgang beschrieben, der verursacht, dass die obigen Adsorptionsmittel 24, 28 NOx und die Feuchtigkeit adsorbieren, die in dem Abgas enthalten ist, das aus dem Zylinder beim Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 ausströmt.
  • Wie in 2(A) gezeigt, wird der Adsorptionsvorgang in einem Zustand begonnen, in dem das Umschaltventil 22 den Haptabgaskanal 14 beim Kaltstart des Verbrennungsmotors 10 blockiert. Zusätzlich wird das Spülsteuerventil 32 gesteuert, um während des Adsorptionsvorgangs zu einem geschlossenen Zustand zu gelangen.
  • In dem oben erwähnten Zustand wird das gesamte aus dem Verbrennungsmotor 10 ausgeströmte Abgas von dem Hauptabgaskanal 14 dem Umgehungskanal 20 zugeführt. Das dem Umgehungskanal 20 zugeführte Abgas strömt durch das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 und das NOx-Adsorptionsmittel 28 in Folge und wird dann dem Hauptabgaskanal 14 wieder zugeführt und dann in die Atmosphäre freigesetzt.
  • Wenn die Menge an Abgas, die das Adsorptionsvermögen des NOx-Adsorptionsmittels 28 übersteigt, dem NOx-Adsorptionsmittel 28 zugeführt wird, wird einmal durch das NOx-Adsorptionsmittel 28 adsorbiertes NOx desorbiert und es wird bewirkt, dass sich die Abgasemission verschlechtert. Daher muss der Adsorptionsvorgang zu einem geeigneten Zeitpunkt, bevor die Desorption von NOx von dem NOx Adsorptionsmittel 28 beginnt, beendet werden. Das Festsetzen des Zeitpunkts zum Beenden eines solchen Adsorptionsvorgangs von NOx ist ein Teilmerkmal der vorliegenden Ausführungsform und wird später unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Zusätzlich wird, wenn ein solcher Zeitpunkt zum Beenden des Adsorptionsvorgangs gekommen ist, das Umschaltventil 22 gesteuert, um in einen Zustand zu gelangen, in dem der Umgehungskanal 20 blockiert ist.
  • Gemäß dem oben beschriebenen Adsorptionsvorgang wird die in dem Abgas enthaltene Feuchtigkeit durch das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 adsorbiert und entfernt. Darüber hinaus wird in dem Abgas enthaltenes NOx durch das NOx-Adsorptionsmittel 28 adsorbiert und entfernt. Dies kann verhindern, dass NOx beim Kaltstart in die Atmosphäre freigesetzt wird, wenn der vorgeordnete Katalysator 16 noch nicht aktiviert wurde.
  • (Spülvorgang)
  • 2(B) ist ein Diagramm, das den Spülvorgang gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. Wie in 2(B) gezeigt, wird der Spülvorgang gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Verwenden eines Verfahrens durchgeführt, bei dem durch das NOx-Adsorptionsmittel adsorbiertes NOx in den Einlasskanal über den Rückstromkanal 30 zurückströmt.
  • Wie in 2(B) gezeigt, wird der Spülvorgang durch Öffnen des Spülsteuerventils 32 zu einer Zeit begonnen, zu der ein vorher bestimmter Spülstart-Zeitpunkt gekommen ist, zum Beispiel in einem Zustand, wenn der vorgeordnete Katalysator 16 aktiviert wurde, in dem das Umschaltventil 22 gesteuert ist, um den Umgehungskanal 20 zu blockieren. Gemäß einem solchen Spülvorgang wird ein Teil des aus dem Zylinder ausgeströmten Abgases von dem Hauptabgaskanal 14 dem Umgehungskanal 20 über den stromabwärtigen Verbindungsteil 20b unter Verwenden eines Vakuums, das in dem Einlasskanal 12 des Verbrennungsmotors 10 erzeugt wurde, zugeführt.
  • Als Ergebnis wird das nach dem Start relativ erwärmte Abgas dem Adsorptionsmittel 28 oder dergleichen zugeführt. Entsprechend wird NOx von dem NOx-Adsorptionsmittel desorbiert und zu dem Einlasskanal 12 über den Rückstromkanal 30 gespült. Zu dem Einlasskanal 12 zurückgeführtes NOx wird wieder verbrannt und dann durch den aktiven Katalysator 16 oder dergleichen gereinigt.
  • [Teilmerkmale der ersten Ausführungsform]
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels 28 bei dem Adsorptionsvorgang, wie in 2 gezeigt, angebracht. Durch eine solche Anordnung wird die Feuchtigkeit vorher durch das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels 28 entfernt. Dies kann ermöglichen, dass dem NOx-Adsorptionsmittel ein trockenes Abgas zugeführt wird und kann die NOx-Adsorptions-Leistungsfähigkeit des NOx-Adsorptionsmittels 28 in hohem Maß aufrecht erhalten.
  • Beim Adsorptionsvorgang strömt jedoch, wenn die Adsorptionsmenge der Feuchtigkeit in dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 einen Sättigungspunkt erreicht hat oder wenn die Menge an Feuchtigkeit, die das Feuchtigkeits-Adsorptionsvermögen des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels (24) übersteigt, in das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 strömt, die Feuchtigkeit, die nicht durch das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 adsorbiert werden kann, in das NOx-Adsorptionsmittel 28, das stromabwärts desselben angebracht ist. Wenn die Feuchtigkeit in das NOx-Adsorptionsmittel 28 strömt, wird das NOx-Adsorptionsvermögen des NOx-Adsorptionsmittels 28 in hohem Maß geschädigt. Infolge dessen tritt wahrscheinlich die Desorption von NOx, das von dem NOx-Adsorptionsmittel 28 adsorbiert wurde, auf.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird das Umschaltventil 22 gesteuert, um den Einlass des Umgehungskanals 20 zu blockieren und den Adsorptionsvorgang von NOx zu einem Zeitpunkt zu beenden, wenn beurteilt wird, dass die Desorption von Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24, welches stromaufwärts des NOx-Adsorptionsmittels 28 angebracht ist, beginnt. Insbesondere wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Adsorptionsvorgang durchgeführt wird, die Zeit beurteilt, zu der die Desorption von Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 beginnt, indem beurteilt wird, ob die von dem Temperatursensor 26 erfasste Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 gleich oder höher als ein vorher bestimmter Wert wird.
  • 3 ist ein Ablaufdiagramm, um zu zeigen, wie die Steuerung zum Beenden des Adsorptionsvorgangs von NOx gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird. Wie in 3 gezeigt, steigt, wenn das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 die Feuchtigkeit durch Einleiten des die Feuchtigkeit enthaltenden Abgases adsorbiert, die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 aufgrund der Adsorptionswärme. Dennoch kann, wenn das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 eine größere als eine bestimmte Menge adsorbiert, dasselbe nicht mehr Feuchtigkeit adsorbieren. Daher strömt die Feuchtigkeit in das NOx-Adsorptionsmittel 28.
  • Der in 3 gezeigte vorher bestimmte Wert T1, der das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 betrifft, ist ein Wert, der verwendet wird, um die Zeit zu beurteilen, zu der eine bestimmte Menge an Feuchtigkeit, die sich mit einer solchen Menge deckt, dass die Desorption der Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 beginnt, von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 adsorbiert wird. In der vorliegenden Ausführungsform werden zu der Zeit, zu der die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 den vorher bestimmten Wert T1 erreicht hat, die Positionen des Umschaltventils 22 so verändert, dass der Zustand, in dem der Umgehungskanal 20 geöffnet ist (der in 3 gezeigte Zustand „mit Adsorption”) zu einem Zustand verändert wird, in dem der Umgehungskanal 20 geschlossen ist (der in 3 gezeigte Zustand „ohne Adsorption”).
  • 4 ist ein Flussdiagramm, das eine Routine zeigt, die die ECU 40 ausführt, um den Adsorptionsvorgang und den Spülvorgang gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchzuführen. Die in 4 gezeigte Routine wird unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors 10 begonnen.
  • In der in 4 gezeigten Routine wird der Schritt 100 zuerst durchgeführt, um zu beurteilen, ob die Temperatur des Motorkühlwassers gleich oder geringer als eine vordefinierte Temperatur ist. Als Ergebnis wird, wenn das Beurteilungsergebnis angibt, dass die Temperatur des Motorkühlwassers höher als die vordefinierte Temperatur ist, d. h. wenn beurteilt werden kann, dass das Aufwärmen des Motors beendet wurde, der momentane Ablaufzyklus sofort beendet.
  • Wenn andererseits das in Schritt 100 erhaltene Beurteilungsergebnis angibt, dass die Temperatur des Motorkühlwassers gleich oder geringer als die vordefinierte Temperatur ist, d. h. wenn beurteilt werden kann, dass sich der Motor in einer Kaltstartbedingung befindet, wird Schritt 102 durchgeführt, um das Umschaltventil 22 zu öffnen und das Spülsteuerventil 32 zu schließen. Das Umschaltventil 22 blockiert bei dem normalen Betrieb den Einlass des Umgehungskanals 20. Dennoch wird, wenn beurteilt werden kann, dass sich der Motor in dem Kaltstartzustand befindet, Schritt 102 so durchgeführt, dass der Hauptabgaskanal 14 in Verbindung mit dem Umgehungskanal 20 stehen kann. Daher wird der Adsorptionsvorgang begonnen.
  • Als Nächstes wird Schritt 104 durchgeführt, um zu beurteilen, ob die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 einen vorher bestimmten Wert T1 erreicht hat. Im Übrigen wird die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 direkt durch den anwesenden Temperatursensor 26 gemessen. Es kann jedoch ein alternatives Verfahren verwendet werden, bei dem die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 basierend auf den früheren und späteren Abgastemperaturen des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 erfasst wird.
  • Wenn das in Schritt 104 erhaltene Beurteilungsergebnis anzeigt, dass die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 den vorher bestimmten Wert T1 erreicht hat, d. h., wenn beurteilt werden kann, dass sich das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 in einem Zustand befindet, in dem die Desorption der Feuchtigkeit beginnt, wird Schritt 106 durchgeführt, um das Umschaltventil 22 zu schließen, um den Umgehungskanal 20 zu blockieren. Daher wird der Adsorptionsvorgang von NOx beendet.
  • Als Nächstes wird Schritt 108 durchgeführt, um zu beurteilen, ob der Startzeitpunkt des Spülvorgangs gekommen ist. Insbesondere wird in Schritt 108 eine Beurteilung darauf basierend durchgeführt, ob sich der Katalysator 16 oder dergleichen in einem aktiven Zustand befindet, eine Beurteilung darauf basierend, ob die Temperatur des dem Umgehungskanal 20 zugeführten Abgases innerhalb eines Temperaturbereichs liegt, der zum Durchführen des Spülvorgangs geeignet ist, und eine Beurteilung darauf basierend, ob sich der Verbrennungsmotor 10 in einem stabilen Betriebszustand befindet, in dem der Spülvorgang ohne nachteilige Wirkungen durchgeführt werden kann.
  • Wenn das in Schritt 108 erhaltene Beurteilungsergebnis anzeigt, dass der Startzeitpunkt des Spülvorgangs gekommen ist, wird Schritt 110 durchgeführt, um das Spülsteuerventil 32 zu öffnen. Als Nächstes wird eine Beurteilung der Spülmenge in Schritt 112 durchgeführt. Insbesondere wird beurteilt, ob die derzeitige Spülmenge eine vordefinierte Menge erreicht hat. Die derzeitige Spülmenge kann auf Basis des Verhältnisses zwischen der Temperatur des Spülgases und der verstrichenen Zeit bewertet werden, nachdem das Spülsteuerventil 32 in Schritt 110, wie oben beschrieben, geöffnet wurde.
  • Wenn das in Schritt 112 erhaltene Beurteilungsergebnis anzeigt, dass die Spülmenge eine vorher definierte Menge erreicht hat, wird Schritt 114 zum Schließen des Spülsteuerventils 32 durchgeführt. Daher wird der Spülvorgang beendet.
  • Gemäß der oben unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Routine wird das Umschaltventil 32 betrieben, wenn die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 den vorher bestimmten Wert T1 erreicht hat (d. h. auf Basis der Bewertungsergebnisse des Adsorptionsvermögens des NOx-Adsorptionsmittels 28 unter Verwenden der Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24). Dies ermöglicht es, den Adsorptionsvorgang von NOx zu beenden, wenn die Desorption der Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 beginnt. Gemäß einer solchen Steuerung ist es möglich, den Adsorptionsvorgang von NOx unmittelbar zu beenden, bevor die Feuchtigkeit in das NOx-Adsorptionsmittel 28 strömt, d. h. bevor von dem NOx-Adsorptions mittel 28 adsorbiertes NOx aufgrund der Feuchtigkeit desorbiert wird. Daher kann das NOx-Adsorptionsvermögen des NOx-Adsorptionsmittels 28 maximal genutzt werden.
  • Zusätzlich kann die oben beschriebene Routine sicher die Adsorption von NOx beenden, bevor NOx beginnt, von dem NOx-Adsorptionsmittel zu desorbieren, indem der Einstrom der Feuchtigkeit zu dem NOx-Adsorptionsmittel 28 nicht basierend auf der Temperatur des NOx-Adsorptionsmittels 28, sondern auf der Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24, das stromaufwärts desselben angebracht ist, bewertet wird, so dass die Beurteilung, die das Umschalten des Umschaltventils 22 betrifft, schneller durchgeführt werden kann.
  • Im Übrigen entsprechen in der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben wurde, das Umschaltventil 22, der Rückstromkanal 30 und das Spülsteuerventil 32 auf das „Strömungsweg-Umschaltmittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich wird das „Beurteilungsmittel der Feuchtigkeits-Desorption” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung in Gang gesetzt, wenn die ECU 40 Schritt 104 durchführt; und das „Strömungsweg-Steuermittel” gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in Gang gesetzt, wenn die ECU 40 Schritt 106 durchführt.
  • Zweite Ausführungsform
  • Als Nächstes wird die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
  • Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in Gang gesetzt, indem der in 1 gezeigte Aufbau der Systemteile übernommen wird und durch Ermöglichen, dass die ECU 40 die in 6 gezeigte, unten beschriebene Routine anstelle der in 4 gezeigten Routine durchführt.
  • [Teilmerkmale der zweiten Ausführungsform]
  • 5 ist ein Ablaufdiagramm, um zu zeigen, wie die Steuerung zum Beenden des Adsorptionsvorgang von NOx gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
  • In der ersten oben beschriebenen Ausführungsform wird der Startzeitpunkt der Feuchtigkeits-Desorption von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 beurteilt, indem beurteilt wird, ob die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 beim Adsorptionsvorgang den vorher bestimmten Wert T1 erreicht hat. Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform der Startzeitpunkt der Feuchtigkeits-Desorption von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 beurteilt, indem beurteilt wird, ob der Grad des Temperaturanstiegs des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels beim Adsorptionsvorgang kleiner wurde als ein vorher bestimmter Wert X1.
  • Wie oben beschrieben, steigt, wenn Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 adsorbiert wird, die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 aufgrund der Adsorptionswärme. Andererseits sinkt, wenn die adsorbierte Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 desorbiert, die Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels aufgrund der Desorptionswärme. Infolge dessen verringert sich, wenn die Desorptionsmenge höher als die Adsorptionsmenge ist, wenn die Einstrommenge der Feuchtigkeit zu dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 steigt, der Grad der Temperaturerhöhung des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24.
  • Der in 5 gezeigte vorher bestimmte Wert X1, der den Grad der Temperaturerhöhung des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels betrifft, ist ein Wert, der verwendet wird, um die Zeit zu beurteilen, zu der eine bestimmte Menge an Feuchtigkeit, die sich mit einer solchen Menge deckt, dass die Desorption der Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 beginnt, von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 adsorbiert wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform werden zu der Zeit, zu der der Grad der Temperaturerhöhung des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 kleiner als der vorher bestimmte Wert X1 wird, die Positionen des Umschaltventils 22 so verändert, dass der Zustand, in dem der Umgehungskanal 20 geöffnet ist (der in 5 gezeigte Zustand „mit Adsorption”), zu einem Zustand verändert wird, in dem der Umgehungskanal 20 geschlossen ist (der in 5 gezeigte Zustand „ohne Adsorption”).
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das die Routine zeigt, die die ECU 40 ausführt, um den Adsorptionsvorgang und den Spülvorgang gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchzuführen. Die in 6 gezeigte Routine wird unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors begonnen. Zusätzlich wird bezüglich der Schritte in 6, die dieselben wie die in 4 gemäß der ersten Ausführungsform sind, deren Beschreibung weggelassen oder gekürzt, wobei dieselben Bezugszeichen zugeordnet wurden.
  • Wie in 6 gezeigt, wird der Adsorptionsvorgang durch Durchführen des Schritts 102 zum Öffnen des Umschaltventils 22 nach dem Kaltstart des Verbrennungsmotors 10, begonnen. Dann wird Schritt 200 durchgeführt, um zu beurteilen, ob der Grad der Temperaturerhöhung des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 kleiner wurde als der vorher bestimmte Wert X1
  • Als Ergebnis wird, wenn der Grad der Temperaturerhöhung des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 kleiner wurde als der vorher bestimmte Wert X1, d. h. wenn beurteilt werden kann, dass sich das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 in einem Zustand befindet, in dem die Desorption der Feuchtigkeit beginnt, Schritt 106 durchgeführt, um das Umschaltventil 22 zu schließen, um den Umgehungskanal 20 zu blockieren. Daher wird der Adsorptionsvorgang von NOx beendet.
  • Danach werden, wie in 6 gezeigt, die Schritte 108 bis 114 der Routine aufeinander folgend durchgeführt. Da deren Vorgänge dieselben sind wie die in der 4 gezeigten Routine, wird deren ausführliche Beschreibung hier weggelassen.
  • Gemäß der oben unter Bezugnahme auf 6 beschriebenen Routine, wird das Umschaltventil 22 betrieben, wenn der Grad der Temperaturerhöhung des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels 24 kleiner wurde als der vorher bestimmte Wert X1.
  • Dies ermöglicht es, den Absorptionsvorgang von NOx zu beenden, wenn die Desorption der Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 beginnt. Gemäß einer solchen Steuerung ist es möglich, den Adsorptionsvorgang von NOx unmittelbar zu beenden bevor die Feuchtigkeit in das NOx-Adsorptionsmittel 28 strömt, d. h. bevor von dem NOx-Adsorptionsmittel 28 adsorbiertes NOx aufgrund der Feuchtigkeit desorbiert wird. Daher kann das NOx-Adsorptionsvermögen des NOx-Adsorptionsmittels 28 maximal genutzt werden.
  • Zusammenfassung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist in einem Verbrennungsmotor, der mit einem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel und einem NOx-Adsorptionsmittel hintereinander, in der Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite des Abgaskanals ausgestattet ist, eine Abgasreinigungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor bereitzustellen, die erfolgreich die Inhibierung des Adsorptionsvermögens von NOx durch Feuchtigkeit verhindern kann und geeignet ist das NOx-Adsorptionsvermögen des NOx-Adsorptionsmittels angemessen aufrecht zu erhalten. Ein Hauptabgaskanal 14, durch den aus dem Verbrennungsmotor 10 ausgeströmtes Abgas strömt, wird bereitgestellt. Ein Umgehungskanal 20, der den Hauptabgaskanal 14 umgeht wird bereitgestellt. Ein Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 und ein NOx-Adsorptionsmittel 28 werden in dem Umgehungskanal 20 hintereinander, in der Reihenfolge von der Seite, die dem stromaufwärtigen Verbindungsanteil 20a näher ist, bereitgestellt. Ein Umschaltventil 22 wird gesteuert, um zu verhindern, dass das Abgas in das NOx-Adsorptionsmittel 28 strömt, wenn beurteilt wird, dass die Desorption von Feuchtigkeit aus dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel 24 beginnt.
  • 10
    Verbrennungsmotor
    12
    Einlasskanal
    14
    Hauptabgaskanal
    16
    vorgeordneter Katalysator
    18
    nachgeordneter Katalysator
    20
    Umgehungskanal
    20a
    stromaufwärtiges Verbindungsteil
    20b
    stromabwärtiges Verbindungsteil
    22
    Umschaltventil
    24
    Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel
    28
    NOx-Adsorptionsmittel
    30
    Rückstromkanal
    32
    Spülsteuerventil
    40
    Elektronische Steuereinheit (ECU)
  • 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 1-155934 [0002]
    • - JP 2002-138820 [0002]

Claims (2)

  1. Abgas-Reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, umfassend: einen Hauptabgaskanal (14), durch den aus dem Verbrennungsmotor ausgeströmtes Abgas strömt; einen Umgehungskanal, der von dem Hauptabgaskanal an einem stromaufwärtigen mit dem Hauptabgaskanal verbundenen Verbindungsteil abzweigt, während sich dieser mit dem Hauptabgaskanal an einem stromabwärts des stromaufwärtigen Verbindungsteils bereitgestellten stromabwärtigen Verbindungsteil wieder vereinigt; ein Strömungsweg-Umschaltmittel, das geeignet ist ein Strömungsziel, in das das Abgas zwischen dem Hauptabgaskanal und dem Umgehungskanal strömt, umzuschalten; ein Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel, das in dem Umgehungskanal angeordnet ist und das die Funktion hat, Feuchtigkeit zu adsorbieren; ein NOx-Adsorptionsmittel, das in dem Umgehungskanal an der stromabwärtigen Seite des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels angebracht ist, für einen Abgasstrom in einem Zustand, in dem das Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel die Feuchtigkeit adsorbiert, und das die Funktion hat NOx zu adsorbieren; ein Beurteilungsmittel der Feuchtigkeits-Desorption, zum Beurteilen, ob die Desorption der Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel beginnt; und ein Strömungsweg-Steuermittel, zum Steuern des Strömungsweg-Umschaltmittels, um zu verhindern, dass das Abgas in das NOx-Adsorptionsmittel strömt, wenn beurteilt wird, dass die Desorption der Feuchtigkeit von dem Feuchtigkeits-Adsorptionsmittel beginnt.
  2. Abgas-Reinigungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei das Beurteilungsmittel der Feuchtigkeits-Desorption auf Basis der Temperatur des Feuchtigkeits-Adsorptionsmittels beurteilt, ob die Desorption der Feuchtigkeit begonnen hat.
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