DE112010003455T5

DE112010003455T5 - Abgasreinigungsvorrichtung für elnen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE112010003455T5
Application number: DE112010003455T
Authority: DE
Inventors: Hisao Haga; Eiji Hashimoto
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-07-26
Also published as: WO2011024721A1

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die mit einem Katalysator zur selektiven Reduktion versehen ist, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung eine hohe NOx-Reduktionsrate aufrechterhalten und die Abführung von Ammoniak zu der stromabwärtigen Seite des Katalysators zur selektiven Reduktion minimieren kann. Eine Abgasreinigungsvorrichtung (2), wobei ein Harnstoff-Katalysator zur selektiven Reduktion (23) einen ersten Katalysator zur selektiven Reduktion (231) und einen zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion (232), der im Auslassweg (11) an einer stromabwärts des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion (231) gelegenen Stelle vorgesehen ist, umfasst. Des Weiteren ist die Abgasreinigungsvorrichtung (2) mit einer Harnstoffeinspritzvorrichtung (25), die dem Auslassweg (11) zu einer stromaufwärts des auf Harnstoff basierenden Katalysators zur selektiven Reduktion (23) gelegenen Stelle ein Reduktionsmittel zuführt, sowie mit einem Ammoniaksensor (26), der die Ammoniakmenge im Auslassweg (11) an einer Stelle zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion (231) und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion (232) erfasst, versehen. Die Harnstoffeinspritzmenge (GUREA) durch die Harnstoffeinspritzvorrichtung (25) wird so bestimmt, dass der Wert der durch den Ammoniaksensor (26) erfassten Ammoniakmenge (NH3CONS) über ”0” liegt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die mit einem Katalysator zur selektiven Reduktion versehen ist, der NOx im Abgas in Gegenwart eines Reduktionsmittels reduziert.
STAND DER TECHNIK
Herkömmlicherweise ist als eine der Abgasreinigungsvorrichtungen, die NOx im Abgas reinigt, eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, in der ein Katalysator zur selektiven Reduktion in einem Auslasskanal vorgesehen ist, der NOx im Abgas durch Zusetzen eines Reduktionsmittels selektiv reduziert. Bei dem Katalysator zur selektiven Reduktion, der unter Verwendung von Harnstoff-Wasser als Reduktionsmittel Harnstoff zusetzt, wird aus dem so zugesetzten Harnstoff Ammoniak erzeugt, und NOx im Abgas wird durch dieses Ammoniak selektiv reduziert.
Wenn die Einspritzmenge des Reduktionsmittels unter einer optimalen Menge liegt, dann fällt bei solch einem Katalysator zur selektiven Reduktion die NOx-Reduktionsrate ab, da das bei der Reduktion von NOx verbrauchte Ammoniak unzureichend ist, und wenn sie größer ist als diese optimale Menge, dann wird das bei der Reduktion von NOx überschüssige Ammoniak abgeführt. Infolgedessen ist eine geeignete Steuerung der Einspritzmenge des Reduktionsmittels bei Abgasreinigungsvorrichtungen, die mit einem Katalysator zur selektiven Reduktion versehen sind, wichtig. Deshalb sind in Patentschrift 1 und Patentschrift 2 Vorrichtungen beispielhaft angeführt, die eine NOx-Reduktionsrate eines Katalysators zur selektiven Reduktion schätzen und eine Einspritzmenge des Reduktionsmittels auf Grundlage dieser Schätzung steuern.
Bei der Abgasreinigungsvorrichtung von Patentschrift 1 wird die NOx-Konzentration auf einer stromabwärtigen Seite des Katalysators zur selektiven Reduktion und die Zusammensetzung des in den Katalysator zur selektiven Reduktion strömenden Abgases erfasst, genauer wird das Verhältnis von NO und NO₂ anhand der so erfassten NOx-Konzentration und des Betriebszustands des Verbrennungsmotors geschätzt. Des Weiteren wird auf Grundlage dieser Zusammensetzung des Abgases die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion geschätzt und die Einspritzmenge des Reduktionsmittels gesteuert.
Darüber hinaus wird bei der Abgasreinigungsvorrichtung von Patentschrift 2 die Temperatur des Katalysators als ein sich auf die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion beziehender Wert erfasst, und die Einspritzmenge des Reduktionsmittels wird auf Grundlage dieser Temperatur gesteuert.
Die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion ändert sich jedoch nicht nur durch eine solche obige Zusammensetzung des Abgases und die Temperatur des Katalysators zur selektiven Reduktion, sondern auch gemäß dem Beeinträchtigungszustand des Katalysators zur selektiven Reduktion. Des Weiteren gibt es Schwankungen bei der Reinigungsleistung zwischen einzelnen Einheiten. Wenn Ammoniak im Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert ist, ändert sich darüber hinaus die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion bei Auftreten aufgrund dessen, dass die optimale Reduktionsmittelmenge verschieden ist. Deshalb ist es schwierig, die Einspritzmenge von Reduktionsmittel bei Abgasreinigungsvorrichtungen, wie zum Beispiel den in den Patentschriften 1 und 2 veranschaulichten, immer optimal zu steuern.
Folglich wird unten eine Technik betrachtet, die die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion direkter erfasst und darauf basierend die Einspritzmenge des Reduktionsmittels steuert.
26 ist ein Schemadiagramm einer Konfiguration einer herkömmlichen Abgasreinigungsvorrichtung 80.
Wie in 26 gezeigt, sind in der Reihenfolge von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite im Auslasskanal 82 eines Motors 81 ein, Oxidationskatalysator 83, ein Harnstoffeinspritzventil 85, das Harnstoff-Wasser als ein Reduktionsmittel, das in einem Harnstoffbehälter 84 gespeichert ist, in einen Auslasskanal 82 einspritzt, und ein Katalysator zur selektiven Reduktion 86, der NOx im Abgas in Gegenwart von Harnstoff-Wasser reduziert, vorgesehen. Darüber hinaus sind ein Temperatursensor 87, der eine Temperatur des Katalysators zur selektiven Reduktion 86 erfasst, und ein NOx-Sensor 88, der eine NOx-Konzentration auf einer stromabwärtigen Seite des Katalysators zur selektiven Reduktion 86 erfasst, als Sensoren zur Beobachtung der Reinigungsleistung des Katalysators zur selektiven Reduktion vorgesehen.
Zum Beispiel wird bei dieser Abgasreinigungsvorrichtung 80 die NOx-Konzentration von aus dem Motor 81 abgeführtem Abgas durch ein im Voraus erstelltes Kennfeld geschätzt, und die Einspritzmenge von Harnstoff-Wasser durch das Harnstoffeinspritzventil 85 wird auf Grundlage dieser NOx-Konzentration und der durch den Temperatursensor 87 erfassten Katalysatortemperatur bestimmt. Insbesondere kann hier eine Beeinträchtigung des Katalysators zur selektiven Reduktion 86 auf Grundlage einer Differenz zwischen der durch den NOx-Sensor 88 erfassten NOx-Konzentration und der so geschätzten NOx-Konzentration des Abgases geschätzt werden. Bei dieser Abgasreinigungsvorrichtung ist es möglich, die Einspritzmenge von Harnstoff-Wasser gemäß dem auf obige Weise geschätzten Beeinträchtigungszustand des Katalysators zur selektiven Reduktion 86 zu korrigieren.

Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2006-274986
Patentschrift 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2004-100700

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
27 zeigt die Beziehungen zwischen einer NOx-Konzentration und einer Ammoniakkonzentration im Abgas stromabwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion und den Ausgabewert des NOx-Sensors für die oben genannte herkömmliche Abgasreinigungsvorrichtung. Insbesondere zeigt 27 in der Reihenfolge vom oberen Schaubild aus die Beziehungen zwischen der NOx-Konzentration von Abgas stromabwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion, der Ammoniakkonzentration von Abgas stromabwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion und des Ausgabewertes des NOx-Sensors zu der Harnstoffeinspritzmenge.
Wenn die Einspritzmenge von Harnstoff-Wasser zunimmt, steigt die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion aufgrund dessen, dass auch das im Katalysator zur selektiven Reduktion erzeugte Ammoniak zunimmt. Infolgedessen nimmt die NOx-Konzentration stromabwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion bei zunehmender Einspritzmenge von Harnstoff-Wasser ab, wie in 27 gezeigt. Wenn die Harnstoff-Wasser-Einspritzmenge überschritten wird (durch den Stern gezeigt), ist die NOx-Konzentration des Weiteren unabhängig von der Harnstoff-Wasser-Einspritzmenge im Wesentlichen konstant. Mit anderen Worten, das Harnstoff-Wasser einer den Stern übersteigenden Menge zeigt an, dass es bezüglich der erzeugten NOx-Reduktion überschüssig ist.
Darüber hinaus wird hier das aus dem Harnstoff-Wasser erzeugte überschüssige Ammoniak bei der Reduktion von NOx nicht verbraucht und wird entweder in dem Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert oder stromabwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion abgeführt. Wie in 27 gezeigt, nimmt deshalb die Ammoniakkonzentration des Abgases stromabwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion zu, wenn die Einspritzmenge von Harnstoff-Wasser überschritten wird, wie durch den Stern gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass das auf diese Weise erzeugte Ammoniak in dem Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert wird und das Abführen stromabwärts von diesem im Folgenden als ”Ammoniakschlupf” bezeichnet wird.
Da die Harnstoff-Wasser-Einspritzmenge, die in 27 durch den Stern gezeigt wird, sowohl die NOx-Konzentration als auch die Ammoniakkonzentration auf die obige Weise minimieren kann, ist sie die optimale Einspritzmenge für diese Abgasreinigungsvorrichtung.
Wie in 30 gezeigt, zeigt der Ausgabewert des NOx-Sensors jedoch eine nach unten konvexe Kennlinie, bei der der Ausgabewert dieser optimalen Einspritzmenge ein minimaler Punkt ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bestehende NOx-Sensoren bei den Erkennungsgrundzügen davon nicht nur für NOx, sondern auch für Ammoniak empfindlich sind.
Deshalb ist es allein anhand des Ausgabewerts von dem NOx-Sensor unmöglich zu bestimmen, ob die Einspritzmenge von Harnstoff-Wasser bezüglich der optimalen Einspritzmenge unzureichend oder zu groß ist.
Infolgedessen ist es schwierig, ständig Harnstoff-Wasser in einer optimalen Menge zuzuführen und die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion hoch zu halten, während die Abführung von Ammoniak unterdrückt wird.
Bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung wurden die oben genannten Punkte berücksichtigt, und ihre Aufgabe besteht darin, eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die mit einem Katalysator zur selektiven Reduktion versehen ist und das Abführen von Ammoniak stromabwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion unterdrücken kann, während eine hohe NOx-Reduktionsrate aufrechterhalten wird.
Einrichtungen zur Lösung der Probleme
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung (2) für einen Verbrennungsmotor bereit, die einen Katalysator zur selektiven Reduktion (23) enthält, der in einem Auslasskanal (11) eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist, Ammoniak in Gegenwart eines Reduktionsmittels erzeugt und den Auslasskanal durchströmendes NOx durch dieses Ammoniak reduziert. Der Katalysator zur selektiven Reduktion ist so konfiguriert, dass er einen ersten Katalysator zur selektiven Reduktion (231) und einen zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion (232), der im Auslasskanal weiter stromabwärts als der erste Katalysator zur selektiven Reduktion vorgesehen ist, enthält, wobei die Vorrichtung Folgendes enthält: eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung (25) zur Zuführung des Reduktionsmittels in den Auslasskanal zu einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators zur selektiven Reduktion; eine Ammoniakerfassungseinrichtung (26) zur Erfassung einer Ammoniakmenge im Auslasskanal zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion; eine erste Steuereingabenberechnungseinrichtung (3, 4, 42) zur Berechnung einer Steuereingabe für eine solche Steuerung, dass ein Wert der Ammoniakmenge (NH3_CONS), die von der Ammoniakerfassungseinrichtung erfasst wird, einen Wert von über ”0” erreicht; und eine Einrichtung (3, 7) zur Bestimmung der Reduktionsmittelzuführmenge zur Bestimmung einer Zuführmenge (G_UREA) des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung unter Einbeziehung der von der ersten Steuereingabenberechnungseinrichtung berechneten Steuereingabe (G_{UREA_FB}).
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein erster Katalysator zur selektiven Reduktion und ein zweiter Katalysator zur selektiven Reduktion in einer Reihenfolge zu einer stromabwärtigen Seite im Auslasskanal vorgesehen, und weiterhin werden eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung zur Zuführung von Reduktionsmittel von einer stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion und des zweiten Katalysators zur selektiven Reduktion und eine Ammoniakerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion vorgesehen. Dann wird eine Steuereingabe für eine solche Steuerung berechnet, dass die durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfasste Ammoniakmenge einen Wert von über ”0” erreicht, und die Zuführmenge des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung wird unter Einbeziehung solch einer Steuereingabe bestimmt.
Somit wird ein Zustand, in dem Ammoniak aus dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion ausströmt, das heißt ein Zustand, in dem Ammoniak in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion ausreichend gespeichert wird, gehalten, und somit ist es möglich, eine hohe NOx-Reduktionsrate aufrechtzuerhalten.
Insbesondere kann die NOx-Reduktionsrate während des Übergangs bis zum Ende der Erzeugung von Ammoniak aufgrund von in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichertem Ammoniak hoch gehalten werden, selbst wenn in dem Fall, dass NOx einer größeren Menge durch eine plötzliche Änderung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors vorübergehend erzeugt wird, die Erzeugung von Ammoniak zur Reduktion dieses NOx nicht Schritt halten kann.
Obgleich Ammoniakschlupf in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion auftritt, wird darüber hinaus in diesem Fall das abgeführte Ammoniak entweder in dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert oder bei der Reduktion von NOx im zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion verbraucht. Somit ist es möglich, eine hohe NOx-Reduktionsrate aufrechtzuerhalten sowie zu verhindern, dass Ammoniak am weitesten stromabwärts des selektiven Katalysators abgeführt wird.
Wenn sich jedoch der Betriebszustand des Verbrennungsmotors ändert, ändert sich auch der Abgasdurchsatz. Wenn sich zum Beispiel der Abgasdurchsatz ändert, dann ändert sich zu diesem Zeitpunkt auch die Ammoniakkonzentration des Abgases zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion, selbst wenn eine konstante Reduktionsmittelmenge von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung zugeführt wird. Mit anderen Worten, die Ammoniakkonzentration ändert sich in Abhängigkeit von dem Abgasdurchsatz. Bei zum Beispiel Verwendung einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Ammoniakkonzentration zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion und bei solch einer Bestimmung der Steuereingabe, dass die durch diese Erfassungseinrichtung erfasste Ammoniakkonzentration einen vorbestimmten Wert von über ”0” erreicht, weicht infolgedessen die in den zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion strömende Ammoniakmenge von der geeigneten Menge in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors ab, was zu einem möglichen Ammoniakschlupf an der am weitesten stromabwärts gelegenen Stelle führen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird hingegen die Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfasst, und die Steuereingabe wird so berechnet, dass die so erfasste Ammoniakmenge einen vorbestimmten Wert von über ”0” erreicht. Da die geeignete Zuführungsmenge des Reduktionsmittels auf diese Weise unabhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors bestimmt werden kann, ist es möglich zu verhindern, dass Ammoniak zu der am weitesten stromabwärts gelegenen Stelle schlüpft.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass eine Ammoniakmenge, die in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert werden kann, als eine erste Speicherkapazität eingestellt wird und eine Ammoniakmenge, die in dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert werden kann, als eine zweite Speicherkapazität eingestellt wird, wobei die zweite Speicherkapazität größer ist als eine Differenz zwischen einem Maximum und einem Minimum der ersten Speicherkapazität.
Des Weiteren ändert sich die Speicherkapazität des Katalysators zur selektiven Reduktion gemäß der Temperatur dieses Katalysators zur selektiven Reduktion. Insbesondere wird die Speicherkapazität mit ansteigender Temperatur des Katalysators zur selektiven Reduktion kleiner. In einem Zustand, in dem Ammoniak ausreichend in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert wird, wie oben beschrieben, verringert sich deshalb, wenn die Temperatur davon plötzlich ansteigt, plötzlich die erste Speicherkapazität, und das Ammoniak, das gespeichert worden war, wird zu dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion abgeführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die zweite Speicherkapazität des zweiten Katalysators zur selektiven Reduktion so eingestellt, dass sie größer ist als eine Differenz zwischen einem Maximum und einem Minimum der ersten Speicherkapazität des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion. Selbst wenn die Temperatur des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion aufgrund dessen, dass der Betriebszustand des Verbrennungsmotors von einem Niedriglastbetriebszustand zu einem Hochlastbetriebszustand übergeht und Ammoniak von dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion zu einer stromabwärtigen Seite davon abgeführt wird, kann somit dieses Ammoniak durch den zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert werden. Somit kann Ammoniak weiter daran gehindert werden, zu der am weitesten stromabwärts gelegenen Stelle des Katalysators zur selektiven Reduktion abgeführt zu werden.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass die Abgasreinigungsvorrichtung weiterhin Folgendes enthält:
eine Einrichtung (3, 41) zur Einstellung einer Ammoniaksollmenge zur Einstellung eines Wertes eines Sollwertes der durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfassten Ammoniakmenge (NH3_CONS) auf einen Wert von über ”0”, wobei die erste Steuereingabenberechnungseinrichtung die Steuereingabe so berechnet, dass die durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfasste Ammoniakmenge (NH3_CONS) in einen vorbestimmten Bereich fällt, der den Sollwert (NH3_{CONS_TRGT}) enthält.
Des Weiteren hat die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion eine geringere Ansprechverzögerung und eine höhere Empfindlichkeit als der Ammoniakschlupf dieses Katalysators zur selektiven Reduktion für die Zuführmenge des Reduktionsmittels. Mit anderen Worten, wenn zum Beispiel die Zuführmenge des Reduktionsmittels abnimmt, um Ammoniakschlupf zu unterdrücken, besteht insofern ein Problem, als die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion drastisch abfällt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Wert des Sollwertes der durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfassten Ammoniakmenge auf einen Wert von über ”0” eingestellt, und die Steuereingabe wird so berechnet, dass die so erfasste Ammoniakmenge in einen vorbestimmten Bereich fällt, der diesen Sollwert enthält, und die Zuführmenge des Reduktionsmittels wird durch Einbeziehen dieser Steuereingabe berechnet.
Mit anderen Worten, durch derartige Steuerung der Zuführmenge des Reduktionsmittels, dass die Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion in einem vorbestimmten Bereich fällt, der den Sollwert enthält, können die Schwankungen der Zuführmenge des Reduktionsmittels gering gehalten werden. Somit ist es möglich, die NOx-Reduktionsrate des NOx-Reduktionskatalysators hoch zu halten. Die obige derartige Steuerung, bei der das Auftreten von Ammoniakschlupf des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion eine Voraussetzung gemacht worden ist, ist bei der vorliegenden Erfindung besonders effektiv, die durch Bereitstellung des zweiten Katalysators zur selektiven Reduktion auf einer stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion gekennzeichnet ist.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass die erste Steuereingabenberechnungseinrichtung so konfiguriert ist, dass sie in der Lage ist, eine reaktionsspezifische Steuerung durchzuführen, die eine Konvergenzrate gegen den Sollwert der durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfassten Ammoniakmenge (NH3_CONS) einstellen kann und eine Konvergenzrate einstellen kann, die, wenn die durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfasste Ammoniakmenge, die in dem vorbestimmten Bereich (RNH3_{TRGT_CONS}, NH3_{CONS_LMTL} bis NH3_{CONS_LMTH}) enthalten ist, langsamer ist als eine Konvergenzrate in dem Fall, wenn die durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfasste Ammoniakmenge außerhalb des vorbestimmten Bereichs RNH3_{TRGT_CONS}, NH3_{CONS_LMTL} bis NH3_{CONS_LMTH}) liegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Steuereingabe für die Steuerung derart, dass die durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfasste Ammoniakmenge in einen vorbestimmten Bereich fällt, der den Sollwert enthält, welcher durch reaktionsspezifische Steuerung berechnet wird, die die Konvergenzrate gegen die Sollkonzentration angeben kann. Darüber hinaus ward hier die Konvergenzrate in einem Fall, in dem die so erfasste Ammoniakmenge in dem oben genannten Bereich enthalten ist, so eingestellt, dass sie langsamer ist als die Konvergenzrate in einem Fall, in dem sie außerhalb des oben genannten Bereichs liegt.
Wenn die erfasste Ammoniakmenge außerhalb des oben genannten Bereichs liegt, werden somit das Auftreten von übermäßigem Ammoniakschlupf und ein Abfallen der NOx-Reduktionsrate schnell unterdrückt, und wenn die erfasste Ammoniakmenge in dem oben genannten Bereich enthalten ist, wird eine große Änderung der Zuführmenge des Reduktionsmittels verhindert, und somit kann verhindert werden, dass die NOx-Reduktionsrate drastisch abfällt.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass die Einrichtung zur Einstellung der Sollammoniakmenge den Sollwert bei einer höheren Abgastemperatur des Verbrennungsmotors oder einer höheren Temperatur des Katalysators zur selektiven Reduktion auf einen kleineren Wert einstellt.
Ein allgemeiner Katalysator zur selektiven Reduktion hat die Eigenschaft, dass sich bei steigender Temperatur auch die Ammoniakmenge, die gespeichert werden kann, verringert. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Sollwert der Ammoniakmenge so eingestellt, dass er mit zunehmender Abgastemperatur des Verbrennungsmotors oder zunehmender Temperatur des Katalysators zur selektiven Reduktion kleiner ist. Da die in den zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion strömende Ammoniakmenge gemäß der Ammoniakmenge, die in dem Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert werden kann, ordnungsgemäß gesteuert werden kann, ist es möglich, weiterhin zu verhindern, dass Ammoniak zu der am weitesten stromabwärts gelegenen Stelle schlüpft.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass die Abgasreinigungsvorrichtung weiterhin Folgendes enthält:
eine zweite Steuereingabenberechnungseinrichtung (5) zur Berechnung einer Steuereingabe auf Grundlage einer Drehzahl (NE) des Verbrennungsmotors und eines Lastparameters (TRQ), der eine Last des Verbrennungsmotors darstellt, wobei die Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungseinrichtung eine Zuführmenge (G_UREA) des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung bestimmt, die die durch die zweite Steuereingabenberechnungseinrichtung berechnete Steuereingabe (G_{UREA_FF}) mit einbezieht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Steuereingabe auf Grundlage der Drehzahl des Verbrennungsmotors und eines Lastparameters, der die Last des Verbrennungsmotors darstellt, berechnet, und die Zuführmenge des Reduktionsmittels ist so eingestellt, dass sie diese Steuereingabe mit einbezieht. Da sich die NOx-Menge im Abgas in Abhängigkeit von dem Betriebszustand, wie zum Beispiel der Drehzahl und der Last des Verbrennungsmotors, ändert, kann Reduktionsmittel in einer geeigneten Menge gemäß der NOx-Menge des in den Katalysator zur selektiven Reduktion strömenden Abgases zugeführt werden, indem die Zuführmenge des Reduktionsmittels so bestimmt wird, dass sie solch eine Steuereingabe enthält. Somit ist es möglich, die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion hoch zu halten.
Darüber hinaus ist es gleichzeitig durch Hochhalten der NOx-Reduktionsrate auf diese Weise möglich, eine große Schwankung der Zuführmenge des Reduktionsmittels zu verhindern sowie vor dem Auftreten von Ammoniakschlupf und einem Abfallen der NOx-Reduktionsrate, die bei solch einer Schwankung auftritt, zu schützen.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass eine in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeicherte Ammoniakmenge als eine erste Speichermenge eingestellt wird und dass die Vorrichtung weiterhin eine dritte Steuereingabenberechnungseinrichtung (6) zum Schätzen der ersten Speichermenge und Berechnen einer Steuereingabe (G_{UREA_ST}) für eine derartige Steuerung, dass die so geschätzte erste Speichermenge (ST_{UREA_FB}) gegen eine vorbestimmte Sollspeichermenge (ST_{UREA_TRGT}) konvergiert, enthält, wobei die Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungseinrichtung eine Zuführmenge (G_UREA) des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung bestimmt, die die durch die dritte Steuereingabenberechnungseinrichtung berechnete Steuereingabe (G_{UREA_ST}) mit einbezieht.
Wenn die Zuführung von Reduktionsmittel aus einem Zustand gestartet worden ist, in dem die erste Speichermenge des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion geringer ist als die erste Speicherkapazität, fällt des Weiteren die NOx-Reduktionsrate ab, bis die erste Speichermenge die erste Speicherkapazität erreicht, das heißt, bis Ammoniak im ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gesättigt ist. Nach der Sättigung des Ammoniaks kommt es des Weiteren zu Ammoniakschlupf im ersten Katalysator zur selektiven Reduktion. Bei Auftreten von Ammoniakschlupf wird hier die Zuführmenge des Reduktionsmittels verringert, um dies zu unterdrücken, wodurch die NOx-Reduktionsrate wieder abfallen kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die erste Speichermenge des ersten Katalysator zur selektiven Reduktion geschätzt, eine Steuereingabe für eine solche Steuerung, dass diese geschätzte erste Speichermenge gegen eine vorbestimmte Sollspeichermenge konvergiert, wird berechnet, und die Zuführmenge von Reduktionsmittel wird unter Einbeziehung solch einer Steuereingabe bestimmt.
Wenn die erste Speichermenge geringer ist als die erste Speicherkapazität, kann somit die Zeit bis Erreichen der ersten Speicherkapazität verkürzt werden, und die NOx-Reduktionsrate kann schnell gesteigert werden, indem zum Beispiel die Zuführmenge des Reduktionsmittels erhöht wird.
Unmittelbar bevor die erste Speichermenge die erste Speicherkapazität erreicht, kann des Weiteren das Auftreten von Ammoniakschlupf im ersten Katalysator zur selektiven Reduktion durch Reduzieren der Zuführmenge des Reduktionsmittels verhindert werden. Wenn, wie oben beschrieben, Ammoniakschlupf aufgetreten ist, dann ist es somit möglich, weiterhin zu verhindern, dass ein Abfallen der NOx-Reduktionsrate auftritt, wenn die Zuführmenge des Reduktionsmittels abnimmt, mit dem Ziel, dies zu verhindern.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass die dritte Steuereingabenberechnungseinrichtung eine Steuereingabe (G_{UREA_ST}) auf Grundlage einer Abweichung (E_ST) zwischen der geschätzten ersten Speichermenge (ST_{UREA_FB}) und der Sollspeichermenge (ST_{UREA_TRGT}) und eines Derivats der Abweichung oder eines Derivats der ersten Speichermenge berechnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei Berechnung der Steuereingabe für eine derartige Steuerung, dass die geschätzte erste Speichermenge gegen die vorbestimmte Sollspeichermenge konvergiert, die Steuereingabe auf Grundlage einer Abweichung zwischen der geschätzten ersten Speichermenge und der Sollspeichermenge sowie eines Derivats der Abweichung oder eines Derivats der ersten Speichermenge berechnet.
Insbesondere wird hier die erste Speichermenge durch Durchführen einer schrittweisen Integration der in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeicherten Ammoniakmenge berechnet, und die dynamische Eigenschaft davon zeigt integrales elementartiges Verhalten an. Wenn die Steuereingabe nur anhand der Abweichung zwischen solch einer ersten Speichermenge und einer vorbestimmten Sollspeichermenge berechnet wird, schwankt diese Steuereingabe und infolgedessen kann es zu regelmäßigem Ammoniakschlupf kommen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Steuereingabe auf Grundlage der Abweichung zwischen der geschätzten ersten Speichermenge und der Sollspeichermenge sowie des Derivats dieser Abweichung oder des Derivats der ersten Speichermenge berechnet, wodurch Schwankungsverhalten der Steuereingabe verhindert werden kann.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsvorrichtung bereit, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung Folgendes enthält: einen Katalysator zur selektiven Reduktion (23), der in einem Auslasskanal (11) eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist, Ammoniak in Gegenwart eines Reduktionsmittels erzeugt und den Auslasskanal durchströmendes NOx durch dieses Ammoniak reduziert; und eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung (25) zur Zuführung des Reduktionsmittels in den Auslasskanal zu einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators zur selektiven Reduktion; wobei der Katalysator zur selektiven Reduktion einen ersten Katalysator zur selektiven Reduktion (231) und einen zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion (232), der im Auslasskanal weiter stromabwärts als der erste Katalysator zur selektiven Reduktion vorgesehen ist, enthält. Das Steuerverfahren umfasst: einen Ammoniakerfassungsschritt zur Erfassung einer Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion; einen ersten Steuereingabenberechnungsschritt zur Berechnung einer Steuereingabe für eine derartige Steuerung, dass ein Wert der im Ammoniakerfassungsschritt erfassten Ammoniakmenge einen Wert von über ”0” erreicht; und einen Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungsschritt zur Bestimmung einer Zuführmenge des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung unter Einbeziehung der in dem ersten Steuereingabenberechnungsschritt berechneten Steuereingabe.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass eine Ammoniakmenge, die in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert werden kann, als eine erste Speicherkapazität eingestellt wird und eine Ammoniakmenge, die in dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert werden kann, als eine zweite Speicherkapazität eingestellt wird und die zweite Speicherkapazität größer ist als eine Differenz zwischen einem Maximum und einem Minimum der ersten Speicherkapazität.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass das Steuerverfahren weiterhin einen Sollwerteinstellschritt zur Einstellung eines Sollwerts einer Ammoniakmenge (NH3_CONS) zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion auf einen Wert von über ”0” umfasst, wobei der erste Steuereingabenberechnungsschritt die Steuereingabe so berechnet, dass die in dem Ammoniakerfassungsschritt erfasste Ammoniakmenge in einen vorbestimmten Bereich fällt, der den Sollwert (NH3_{TRGT_CONS}) enthält.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass der erste Steuereingabenberechnungsschritt die Steuereingabe auf Grundlage der reaktionsspezifischen Steuerung, die eine Konvergenzrate gegen den Sollwert der durch den Ammoniakerfassungsschritt erfassten Ammoniakmenge (NH3_CONS) einstellen kann, zu berechnen und eine Konvergenzrate einzustellen, die, wenn die in dem Ammoniakerfassungsschritt erfasste Ammoniakmenge, die in dem vorbestimmten Bereich (RNH3_{CONS_TRGT}, NH3_{CONS_LMTL} bis NH3_{CONS_LMTH}) enthalten ist, geringer ist als eine Konvergenzrate in dem Fall, wenn die in dem Ammoniakerfassungsschritt erfasste Ammoniakmenge außerhalb des vorbestimmten Bereichs (RNH3_{CONS_TRGT}, NH3_{CONS_LMTL} bis NH3_{CONS_LMTH}) liegt.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass der Sollwerteinstellungsschritt den Sollwert mit Zunahme der Abgastemperatur des Verbrennungsmotors oder der Temperatur des Katalysators zur selektiven Reduktion auf einen kleineren Wert einstellt.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass das Verfahren zur Steuerung weiterhin einen zweiten Steuereingabenberechnungsschritt zur Berechnung einer Steuereingabe auf Grundlage der Drehzahl (NE) des Verbrennungsmotors und eines Lastparameters (TRQ), der eine Last des Verbrennungsmotors darstellt, enthält, wobei der Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungsschritt eine Zuführmenge (G_UREA) des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung bestimmt, die die in dem zweiten Steuereingabenberechnungsschritt berechnete Steuereingabe (G_{UREA_FF}) mit einbezieht.
In diesem Fall wird weiterhin ein dritter Eingabenberechnungsschritt zum Schätzen der ersten Speichermenge, wobei eine in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeicherte Ammoniakmenge als die erste Speichermenge eingestellt wird, und Berechnen einer Steuereingabe für eine derartige Steuerung, dass die so geschätzte erste Speichermenge (ST_{UREA_FB}) gegen eine vorbestimmte Sollspeichermenge (ST_{UREA_TRGT}) konvergiert, bevorzugt, wobei die Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungseinrichtung eine Zuführmenge (G_UREA) des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung bestimmt, die die in dem dritten Steuereingabenberechnungsschritt berechnete Steuereingabe (G_{UREA_ST}) mit einbezieht.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass der dritte Steuereingabenberechnungsschritt die Steuereingabe (G_{UREA_ST}) auf Grundlage einer Abweichung (E_ST) zwischen der geschätzten ersten Speichermenge (ST_{UREA_FB}) und der Sollspeichermenge (ST_{UREA_TRGT}) und eines Derivats der Abweichung oder eines Derivats der ersten Speichermenge berechnet.
Die gleichen Auswirkungen wie bei der oben genannten Abgasreinigungsvorrichtung werden durch die obige Erfindung eines Steuerverfahrens durchgeführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schemadiagramm, das eine Konfiguration eines Verbrennungsmotors und einer Abgasreinigungsvorrichtung davon gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Ansicht, die Beziehungen zwischen der NOx-Menge, der Ammoniakmenge und einer Ammoniakspeichermenge eines Katalysators zur selektiven Reduktion gemäß der Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Speicherkapazität und der Temperatur des Katalysators zur selektiven Reduktion gemäß der Ausführungsform zeigt;
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Moduls zeigt, das eine Harnstoffeinspritzmenge durch ein Harnstoffeinspritzventil gemäß der Ausführungsform berechnet;
5 zeigt die Änderung der NOx-Reduktionsrate bei einer derartigen Steuerung der Harnstoffeinspritzmenge, dass ein Ausgabewert eines Ammoniaksensors nahe gegen eine Sollammoniakmenge konvergiert;
6 ist ein Schaubild zur Darstellung des Steuerkonzepts einer Gleitmodussteuerung gemäß der Ausführungsform;
7 ist ein Schaubild, das eine Phasenebene zwischen Schlupfmengenabweichung während einer vorherigen Steuerung und der Schlupfmengenabweichung während einer aktuellen Steuerung zeigt;
8 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen einem Umsatzfunktionseinstellparameter und einer Konvergenzzeit der Schlupfmengenabweichung gemäß der Ausführungsform zeigt;
9 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration einer VPOLE-Einstellungstabelle gemäß der Ausführungsform zeigt;
10 zeigt die Änderung der NOx-Reduktionsrate, wenn eine Harnstoffeinspritzsteuerung unter Verwendung der Gleitmodussteuerung gemäß der Ausführungsform durchgeführt worden ist;
11 zeigt Beziehungen zwischen Motorlast; NOx-Menge stromaufwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion, erfasster Ammoniakmenge, Harnstoffeinspritzmenge und NOx-Reduktionsrate, wenn eine Harnstoffeinspritzsteuerung allein durch die Gleitmodussteuerung gemäß der Ausführungsform durchgeführt worden ist;
12 ist ein Schaubild, das ein Beispiel für ein Steuerkennfeld zur Bestimmung einer FF-Einspritzmenge gemäß der Ausführungsform zeigt;
13 zeigt Beziehungen zwischen Motorlast, NOx-Menge stromaufwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion, erfasster Ammoniakmenge, Harnstoffeinspritzmenge und NOx-Reduktionsrate, wenn eine Harnstoffeinspritzsteuerung unter Verwendung einer Feed-Forward-Steuerung gemäß der Ausführungsform durchgeführt worden ist;
14 zeigt Beziehungen zwischen der NOx-Reduktionsrate, Harnstoffeinspritzmenge, erfasster Ammoniakmenge und Ammoniakspeichermenge, wenn eine Harnstoffeinspritzsteuerung aus einem Zustand gestartet worden ist, in dem das in dem Katalysator zur selektiven Reduktion gespeicherte Ammoniak nicht gesättigt ist;
15 ist ein Schemadiagramm, das das Konzept eines Ammoniakspeichermodells eines Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe gemäß der Ausführungsform zeigt;
16 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer ersten Form eines Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe gemäß der Ausführungsform zeigt;
17 ist ein Schaubild, das die Zeitänderung einer durch die erste Form des Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe gemäß der Ausführungsform geschätzten ersten Speichermenge zeigt;
18 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer zweiten Form des Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe gemäß der Ausführungsform zeigt;
19 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer dritten Form des Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe gemäß der Ausführungsform zeigt;
20 zeigt Beziehungen zwischen der NOx-Reduktionsrate, der Harnstoffeinspritzmenge, der erfassten Ammoniakmenge und der Ammoniakspeichermenge, wenn die Harnstoffeinspritzsteuerung unter Verwendung des Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe gemäß der Ausführungsform durchgeführt worden ist;
21 zeigt die Zeitänderung einer durch den Teil zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe gemäß der Ausführungsform geschätzten ersten Speichermenge;
22 ist ein Schaubild, das ein Beispiel für ein Suchkennfeld einer Sollammoniakmenge gemäß der Ausführungsform zeigt;
23 stellt Schaubilder dar, die die Änderung der Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion in einer herkömmlichen Abgasreinigungsvorrichtung zeigen;
24 stellt Schaubilder dar, die die Änderung der Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigen;
25 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf einer Harnstoffeinspritzsteuerungsverarbeitung zeigt, die durch eine ECU gemäß der Ausführungsform durchgeführt wird;
26 ist ein Schemadiagramm, das eine Konfiguration einer herkömmlichen Abgasreinigungsvorrichtung zeigt; und
27 zeigt Beziehungen zwischen einer NOx-Emissionsmenge und einer Ammoniakemissionsmenge stromabwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion und der Ausgabe des NOx-Sensors für die herkömmliche Abgasreinigungsvorrichtung.
BEVORZUGTE DURCHFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Schemadiagramm, das eine Konfiguration eines Verbrennungsmotors (im Folgenden als ”Motor” bezeichnet) 1 und einer Abgasreinigungsvorrichtung 2 davon gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Motor 1 ist ein Benzinmotor mit magerer Verbrennung oder ein Dieselmotor und ist in einem nicht dargestellten Fahrzeug angebracht.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 2 ist so konfiguriert, dass sie einen in einem Auslasskanal 11 des Motors 1 vorgesehenen Oxidationskatalysator 21, einen Harnstoff-Katalysator zur selektiven Reduktion 23, der in dem Auslasskanal 11 vorgesehen ist und Stickoxide (im Folgenden als ”NOx” bezeichnet) in dem durch diesen Auslasskanal 11 strömenden Abgas in Gegenwart eines Reduktionsmittels reinigt, eine Harnstoffeinspritzvorrichtung 25, die Harnstoff-Wasser als Reduktionsmittel auf einer stromaufwärtigen Seite des Harnstoff-Katalysators zur selektiven Reduktion 23 in den Auslasskanal 11 zuführt, und eine elektronische Steuereinheit (im Folgenden als ”ECU” bezeichnet) 3 enthält.
Die Harnstoffeinspritzvorrichtung 25 ist mit einem Harnstoffbehälter 251 und einem Harnstoffeinspritzventil 253 versehen.
Der Harnstoffbehälter 251 speichert das Harnstoff-Wasser und ist über ein Harnstoffzuführrohr 254 und eine nicht gezeigte Harnstoffpumpe mit dem Harnstoffeinspritzventil 253 verbunden. Ein Harnstoffpegelsensor 255 ist an diesem Harnstoffbehälter 251 vorgesehen. Dieser Harnstoffpegelsensor 255 erfasst den Wasserpegel des Harnstoff-Wassers im Harnstoffbehälter 251 und gibt ein Erfassungssignal an die ECU 3 ab, das zu diesem Wasserpegel im Wesentlichen proportional ist.
Das Harnstoffeinspritzventil 253 ist mit der ECU 3 verbunden, wird gemäß einem Steuersignal von der ECU 3 betätigt und spritzt Harnstoff-Wasser in den Auslasskanal 11 gemäß diesem Steuersignal. Mit anderen Worten, es wird eine Harnstoffeinspritzsteuerung durchgeführt.
Der Oxidationskatalysator 21 ist weiter stromaufwärts im Auslasskanal 11 als der Harnstoff-Katalysator zur selektiven Reduktion 23 und das Harnstoffeinspritzventil 253 vorgesehen und setzt NO im Abgas zu NO₂ um, wodurch die Reduktion von NOx im Harnstoff-Katalysator zur selektiven Reduktion 23 gefördert wird.
Der Harnstoff-Katalysator zur selektiven Reduktion 23 ist so konfiguriert, dass er einen ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 und einen zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232, der im Auslasskanal 11 weiter stromabwärts als der erste Katalysator zur selektiven Reduktion 231 vorgesehen ist, enthält. Der erste Katalysator zur selektiven Reduktion 231 und der zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 reduzieren jeweils selektiv NOx im Abgas in einer Atmosphäre, in der Harnstoff-Wasser vorliegt. Insbesondere wird bei Einspritzen von Harnstoff-Wasser durch die Harnstoffeinspritzvorrichtung 25 aus dem Harnstoff in diesem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 und zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 Ammoniak erzeugt, und das NOx im Abgas wird durch dieses Ammoniak selektiv reduziert.
Eine ausführliche Konfiguration dieses Harnstoff-Katalysators zur selektiven Reduktion 23 wird später unter Bezugnahme auf die 2 und 3 im Detail erläutert.
Neben einem Ammoniaksensor 26, einem Katalysatortemperatursensor 27 und einem NOx-Sensor 28 sind ein Kurbelwinkelstellungssensor 14, ein Drosselöffnungssensor 15 und eine Harnstoffrestmengenwarnleuchte 16 mit der ECU 3 verbunden.
Der Ammoniaksensor 26 erfasst eine Menge an Ammoniak im Abgas (im Folgenden als ”Ammoniakmenge” bezeichnet), NH3_CONS im Auslasskanal 11 zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232, und führt der ECU 3 ein Erfassungssignal zu, das im Wesentlichen proportional zu der so erfassten Ammoniakmenge NH3_CONS ist.
Der Katalysatortemperatursensor 27 erfasst eine Temperatur (im Folgenden als ”Katalysatortemperatur” bezeichnet) T_SCR des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion 231 und führt der ECU 3 ein Erfassungssignal zu, das im Wesentlichen proportional zu der so erfassten Katalysatortemperatur T_SCR ist.
Der NOx-Sensor 28 erfasst eine Menge an NOx in dem in den ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 strömenden Abgas (im Folgenden als ”NOx-Menge” bezeichnet) NOX_CONS und führt der ECU 3 ein Erfassungssignal zu, das im Wesentlichen proportional zu der so erfassten NOx-Menge NOX_CONS ist.
Der Kurbelwinkelstellungssensor 14 erfasst einen Drehwinkel der Kurbelwelle des Motors 1 und erzeugt bei jedem 1°-Kurbelwinkel einen Impuls und führt dieses Impulssignal der ECU 3 zu. Eine Drehzahl NE des Motors 1 wird durch die ECU 3 auf Grundlage dieses Impulssignals berechnet. Der Kurbelwinkelstellungssensor 14 erzeugt weiterhin bei einer vorbestimmten Kurbelwinkelstellung eines bestimmten Zylinders einen Zylinderdiskriminierungsimpuls und führt diesen der ECU 3 zu.
Der Drosselöffnungssensor 15 erfasst ein Ausmaß des Niederdrückens AP des nicht dargestellten Fahrpedals (im Folgenden als ”Drosselöffnung” bezeichnet) des Fahrzeugs und führt der ECU 3 ein Erfassungssignal zu, das im Wesentlichen proportional zu der so erfassten Drosselöffnung AP ist. Ein angefordertes Drehmoment TRQ des Motors 1 wird durch die ECU 3 gemäß dieser Drosselöffnung AP und der Drehzahl NE berechnet. Im Folgenden ist dieses angeforderte Drehmoment TRQ als ein Lastparameter eingestellt, das die Last des Motors 1 darstellt.
Die Harnstoffrestmengenwarnleuchte 16 ist zum Beispiel im Armaturenbrett des Fahrzeugs vorgesehen und leuchtet als Reaktion darauf, dass die Restmenge von Harnstoff-Wasser im Harnstoffbehälter 251 unter eine vorbestimmte Restmenge abgenommen hat. Somit wird der Fahrer darüber alarmiert, dass sich die Restmenge von Harnstoff-Wasser im Harnstoffbehälter 251 verringert hat.
Ausführliche Konfiguration des Harnstoff-Katalysators zur selektiven Reduktion
Es sei erwähnt, dass der erste Katalysator zur selektiven Reduktion 231 und der zweite Katalysator zur selektiven Reduktion 232 des oben genannten Harnstoff-Katalysators zur selektiven Reduktion 23 jeweils die Aufgabe haben, NOx im Abgas mit aus Harnstoff erzeugtem Ammoniak zu reduzieren, sowie die Aufgabe haben, nur eine vorbestimmte Menge an so erzeugtem Ammoniak zu speichern.
Im Folgenden ist die im ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 gespeicherte Ammoniakmenge als eine erste Speichermenge eingestellt, und die Ammoniakmenge, die im ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 gespeichert werden kann, ist als eine erste Speicherkapazität eingestellt. Darüber hinaus ist eine im zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 gespeicherte Ammoniakmenge als eine zweite Speichermenge eingestellt, und eine Ammoniakmenge, die im zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 gespeichert werden kann, ist als eine zweite Speicherkapazität eingestellt.
Das auf diese Weise gespeicherte Ammoniak wird weiterhin wie angemessen bei der Reduktion von NOx im Abgas verbraucht. Infolgedessen erhöhen sich die NOx-Reduktionsraten der Katalysatoren zur selektiven Reduktion 231 und 232 mit Zunahme der ersten und der zweiten Speichermenge. Wenn die Zuführmenge des Harnstoff-Wassers im Vergleich zu der Menge an erzeugtem NOx gering ist, wird darüber hinaus das gespeicherte Ammoniak bei der Reduktion von NOx verbraucht, was dazu dient, einen Mangel an diesem Harnstoff-Wasser auszugleichen.
Wenn das erzeugte Ammoniak die Speicherkapazitäten jedes der Katalysatoren zur selektiven Reduktion 231 und 232 übersteigt, wird das erzeugte Ammoniak zu einer stromabwärtigen Seite jedes der Katalysatoren zur selektiven Reduktion 231 und 232 abgeführt. Auf diese Weise wird kein Ammoniak in den beiden Katalysatoren zur selektiven Reduktion 231 und 232 gespeichert, und das Abführen zu ihrer stromabwärtigen Seite wird im Folgenden als ”Ammoniakschlupf” bezeichnet.
Um die NOx-Reduktionsrate bei solchen Katalysatoren zur selektiven Reduktion 231 und 232 kontinuierlich hoch zu halten, wird bevorzugt, kontinuierlich einen Zustand aufrechtzuerhalten, in dem Ammoniak in Mengen nahe den jeweiligen Speicherkapazitäten in diesen Katalysatoren zur selektiven Reduktion 231 und 232 gespeichert werden.
In solch einem Zustand, in dem Ammoniak in einer Menge nahe der Speicherkapazität gespeichert wird, kann es jedoch leicht zu Ammoniakschlupf kommen, und es bestehen Bedenken, dass Ammoniak aus dem Fahrzeug abgeführt werden kann. Insbesondere wird bevorzugt, dass Ammoniakschlupf des zweiten Katalysators zur selektiven Reduktion 232 weitmöglichst verhindert wird.
In Anbetracht dieser Punkte werden optimale Formen des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion 231 und des zweiten Katalysators zur selektiven Reduktion 232 zum Aufrechterhalten einer hohen NOx-Reduktionsrate und zum Verhindern eines Abführens von Ammoniak aus dem Fahrzeug unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert.
2 zeigt Beziehungen zwischen der NOx-Menge, der Ammoniakmenge und einer Ammoniakspeichermenge in dem Katalysator zur selektiven Reduktion. Insbesondere zeigt 2(a) die obigen Beziehungen eines Vergleichsbeispiels, in dem ein NOx-Sensor auf einer stromabwärtigen Seite eines Katalysators zur selektiven Reduktion (1 BETT + NOx-Sensorauslegung) vorgesehen ist, 2(b) zeigt die obigen Beziehungen eines Vergleichsbeispiels, in dem ein Ammoniaksensor auf einer stromabwärtigen Seite eines Katalysators zur selektiven Reduktion (1 BETT + NH₃-Sensorauslegung) vorgesehen ist, und 2(c) zeigt die obigen Beziehungen der vorliegenden Ausführungsform, bei der ein Ammoniaksensor zwischen zwei Katalysatoren zur selektiven Reduktion (dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion) (2 BETT + MITTEN-NH₃-Sensorauslegung) vorgesehen ist.
3 ist ein Schaubild, das eine Beziehung zwischen der Speicherkapazität und der Temperatur des Katalysators zur selektiven Reduktion zeigt. In 3 zeigt die durchgezogene Linie 3a eine Beziehung zwischen der Speicherkapazität und der Katalysatortemperatur des Katalysators vor Beeinträchtigung, und die gestrichelte Linie 3b zeigt eine Beziehung zwischen der Speicherkapazität und der Katalysatortemperatur des Katalysators nach der Beeinträchtigung.
Bei der in 2(a) gezeigten Auslegung kann zum Beispiel die NOx-Reduktionsrate bei dem Katalysator zur selektiven Reduktion durch Steuern der Zuführmenge des Harnstoff-Wassers auf Grundlage der Ausgabe vom NOx-Sensor hoch gehalten werden. Da die Menge an von dem Motor abgeführtem NOx und die Zuführmenge des Harnstoff-Wassers, die für die Reduktion dieses NOx erforderlich ist, ungefähr in einem ausgeglichenen Zustand sind, kann bei Durchführung solch einer Steuerung das von dem Harnstoff-Wasser erzeugte Ammoniak bei der Reduktion von NOx verbraucht werden, und das in dem Katalysator zur selektiven Reduktion gespeicherte Ammoniak und der Ammoniakschlupf des Katalysators zur selektiven Reduktion sind beide gering. Infolgedessen weist die Speichermenge des Ammoniaks in dem Katalysator zur selektiven Reduktion wenig Änderung auf und neigt dazu, im Vergleich zu dessen Speicherkapazität klein zu sein.
Mit anderen Worten wird die Speichermenge des Katalysators zur selektiven Reduktion bei ordnungsgemäßer Durchführung der oben genannten Steuerung der Zuführmenge des Harnstoff-Wassers ungefähr konstant gehalten. Wenn sich der Betriebszustand des Motors jedoch plötzlich ändert, wenn der Katalysator zur selektiven. Reduktion im Laufe der Zeit beeinträchtigt wird, wenn sich die Temperatur plötzlich ändert oder dergleichen, kann sich die Zuführmenge des Harnstoff-Wassers von der geeigneten Menge verschieben, und es ist zu befürchten, dass die Speichermenge ”0” wird und die NOx-Reduktionsrate abfällt oder die Speichermenge gesättigt wird und es zu übermäßigem Ammoniakschlupf kommt.
Deshalb ist bei der in 2(a) gezeigten Auslegung eine Steuerung der Speichermenge von Ammoniak schwierig, und es ist schwierig, die Reduktionsrate des NOx kontinuierlich zu verbessern sowie den Ammoniakschlupf zu verhindern.
Bei der in 2(b) gezeigten Auslegung ist es bei Durchführung der Steuerung der Zuführmenge des Harnstoff-Wassers zum Hochhalten der NOx-Reduktionsrate auf Grundlage der Ausgabe vom Ammoniaksensor erforderlich, einen Zustand aufrechtzuerhalten, in dem es zu einem leichten Ammoniakschlupf kommt, um eine Ausgabe vom Ammoniaksensor zu erhalten. Infolgedessen erlangt die Speichermenge des Ammoniaks in dem Katalysator zur selektiven Reduktion normalerweise einen gesättigten Zustand, wie in 2(b) gezeigt.
Wenn ein Zustand aufrechterhalten worden ist, in dem zum Beispiel die Speichermenge auf diese Weise gesättigt worden ist, kann die NOx-Reduktionsrate während des Übergangs bis Ende der Erzeugung von Ammoniak aufgrund des gespeicherten Ammoniaks kontinuierlich hoch gehalten werden, selbst in einem Zustand, in dem durch eine plötzliche Beschleunigung des Fahrzeugs NOx vorübergehend in einer großen Menge erzeugt wird, so dass die Erzeugung von Ammoniak zur Reduzierung dieses NOx nicht Schritt halten kann.
Wie in 3 gezeigt, sei erwähnt, dass sich die Speicherkapazität des Katalysators zur selektiven Reduktion gemäß der Katalysatortemperatur ändert. Insbesondere wird die Speicherkapazität mit zunehmender Katalysatortemperatur kleiner.
Bei der in 2(b) gezeigten oben genannten Auslegung kann es bei Übergang des Fahrzeugs von einem Niederlastbetriebszustand zu einem Hochlastbetriebszustand und bei Wechsel der Katalysatortemperatur von einem Zustand niedriger Temperatur (zum Beispiel 200°C) zu einem Zustand hoher Temperatur (zum Beispiel 500°C) als Reaktion auf diese Temperaturdifferenz aufgrund des Aufrechterhaltens eines Zustands, in dem die Speichermenge gesättigt ist, zu einem übermäßigen Ammoniakschlupf kommen.
Auf 2 Bezug nehmend, ist bei der Auslegung der in 2(c) gezeigten vorliegenden Ausführungsform der Ammoniaksensor 26 zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 vorgesehen.
Bei dieser Auslegung ist es möglich, einen Zustand aufrechtzuerhalten, in dem Ammoniak von dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 gesättigt ist, ähnlich der oben genannten in 2(b) gezeigten Auslegung, indem Steuerung der Zuführmenge des Harnstoff-Wassers durchgeführt wird, so dass der Wert der durch den Ammoniaksensor 26 erfassten Ammoniakmenge ein Wert von über ”0” ist. Somit kann im ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 eine hohe NOx-Reduktionsrate aufrechterhalten werden.
Selbst wenn die Reduktion von NOx im ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 unzureichend ist, ist es des Weiteren möglich, die NOx-Reduktionsrate mit dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 zusammen hoch zu halten, ähnlich wie bei der in 2(a) gezeigten Auslegung, indem bewirkt wird, dass dieses Rest-NOx und zu dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 geschlüpftes Ammoniak in dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 reagieren.
Darüber hinaus ist es möglich, die NOx-Reduktionsrate während des Übergangs, wie zum Beispiel während der oben genannten plötzlichen Beschleunigung des Fahrzeugs, bis zum Ende der Erzeugung von Ammoniak kontinuierlich hoch zu halten, ähnlich wie bei der in 2(b) gezeigten Auslegung, indem ein Zustand hergestellt wird, in dem das Ammoniak in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 gesättigt ist.
Obgleich es bei dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 auf diese Weise zu Ammoniakschlupf kommt, wird des Weiteren von diesem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 abgeführtes Ammoniak entweder in dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 gespeichert oder bei der Reduktion von NOx in dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 verbraucht. Somit ist es möglich, bei dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 insgesamt eine hohe NOx-Reduktionsrate aufrechtzuerhalten sowie zu verhindern, dass Ammoniak stromabwärts des zweiten Katalysators zur selektiven Reduktion 232 abgeführt wird.
Um zu verhindern, dass übermäßiger Ammoniakschlupf beim Übergang von einen Niedriglastbetriebszustand zu einem Hochlastbetriebszustand auftritt und die Katalysatortemperatur von einer niedrigen Temperatur zu einer hohen Temperatur gewechselt ist, ist des Weiteren die zweite Speicherkapazität vorzugsweise so konzipiert, dass sie größer ist als eine Differenz zwischen einem Maximum und einem Minimum der ersten Speicherkapazität.
Durch eine solche Auslegung kann von dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion 231 abgegebenes Ammoniak in dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion 232 gespeichert werden. Somit kann Ammoniak weiter daran gehindert werden, stromabwärts des zweiten Katalysators zur selektiven Reduktion 232 abgeführt zu werden.
Wie in 3 gezeigt, verringert sich darüber hinaus die Speicherkapazität mit Beeinträchtigung des Katalysators. Infolgedessen ist die als Reaktion auf eine plötzliche Änderung des Betriebszustands und der Katalysatortemperatur abgegebene Ammoniakmenge vor der Beeinträchtigung größer als nach der Beeinträchtigung. Deshalb ist die zweite Speicherkapazität vorzugsweise so ausgelegt, dass sie größer ist als die Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum (maximale Kapazitätsdifferenz) der ersten Speicherkapazität des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion vor der Beeinträchtigung. Somit ist es möglich, Ammoniakschlupf des zweiten Katalysators zur selektiven Reduktion zuverlässiger zu verhindern.
Nunmehr auf 1 Bezug nehmend, ist die ECU 3 mit einem Eingangsschaltkreis, der Funktionen wie zum Beispiel Formen von Eingangssignalwellenformen von einem beliebigen Sensor, Korrektur der Spannungspegel auf vorbestimmte Pegel und Umwandeln von analogen Signalwerten zu digitalen Signalwerten aufweist, und einer zentralen Recheneinheit (im Folgenden als ”CPU” bezeichnet) versehen. Darüber hinaus ist die ECU 3 mit einem Speicherschaltkreis, der ein beliebiges durch die CPU ausgeführtes Rechnerprogramm, Rechenergebnisse und dergleichen speichert, und einem Ausgangsschaltkreis, der Steuersignale an den Motor 1, das Harnstoffeinspritzventil 253 und dergleichen ausgibt, versehen.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Moduls zeigt, das eine Harnstoffeinspritzmenge G_UREA (Zuführmenge des Harnstoff-Wassers) durch das Harnstoffeinspritzventil berechnet. Die Funktionen dieses Moduls werden durch Verarbeitung seitens der ECU 3 realisiert.
Das in 4 gezeigte Modul ist so konfiguriert, dass es eine Feed-Back-Steuerung 4, eine Feed-Forward-Steuerung 5, einen Teil 6 zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe und einen Addierer 7 enthält.
Die Feed-Back-Steuerung 4 ist mit einem Teil 41 zur Einstellung einer Sollammoniakmenge und einer Gleitmodussteuerung 42 versehen.
Der Teil 41 zur Einstellung einer Sollammoniakmenge stellt den Sollwert (im Folgenden als ”Sollammoniakmenge” bezeichnet) NH3_{CONS_TRGT} der Ammoniakmenge (im Folgenden als ”erfasste Ammoniakmenge” bezeichnet) NH3_CONS, die durch den Ammoniaksensor erfasst wird, ein, wie später unter Bezugnahme auf die 22 bis 24 näher erläutert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} auf einen Wert von über ”0” eingestellt wird, wie später ausführlich erläutert wird.
Die Gleitmodussteuerung 24 berechnet eine Feed-Back-Einspritzmenge (im Folgenden als ”FB-Einspritzmenge” bezeichnet) G_{UREA_FB} bezüglich der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA Steuereingabe für eine derartige Steuerung der erfassten Ammoniakmenge NH3_CONS, dass sie gegen die so eingestellte Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} konvergiert, wie später unter Bezugnahme auf die 5 bis 10 näher erläutert wird.
Die Feed-Forward-Steuerung 5 berechnet eine Feed-Forward-Einspritzmenge (im Folgenden als ”FF-Einspritzmenge” bezeichnet) G_{UREA_FF} bezüglich der Harnstoffeinspritzmenge als eine Steuereingabe für eine derartige Steuerung, dass die NOx-Reduktionsrate in dem Katalysator zur selektiven Reduktion einen maximalen Wert entsprechend der Änderung der NOx-Menge im Abgas gemäß dem Betriebszustand des Motors aufrechterhält, wie später unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 ausführlich erläutert wird.
Der Teil 6 zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe schätzt die erste Speichermenge und berechnet eine korrigierte Einspritzmenge G_{UREA_ST} bezüglich der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA als eine Steuereingabe für eine derartige Steuerung, dass diese so geschätzte erste Speichermenge gegen eine vorbestimmte Speichermenge ST_{UREA_TRGT} konvergiert, wie später unter Bezugnahme auf die 14 bis 21 näher erläutert wird.
Der Addierer 7 bestimmt die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA durch Addieren der durch die Feed-Back-Steuerung 4 berechneten FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB}, der durch die Feed-Forward-Steuerung 5 berechneten FF-Einspritzmenge G_{UREA_FF} und der durch den Teil 6 zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe berechneten korrigierten Einspritzmenge G_{UREA_ST}, wie in der folgenden Formel (1) gezeigt: G_UREA(k) = G_{UREA_FB}(k) + G_{UREA_FF}(k) + G_{UREA_ST}(k) (1).
Hier ist die Notation (k) eine Notation, die diskretisierte Zeit ausdrückt und in jedem Steuerzyklus erfasste oder berechnete Daten anzeigt. Mit anderen Worten, wenn das Symbol (k) in einer aktuellen Steuerzeit erfasste oder berechnete Daten darstellt, zeigt die Notation (k – 1) in einer vorherigen Steuerzeit erfasste oder berechnete Daten. Es sei darauf hingewiesen, dass die Notation (k) wie angemessen in der folgenden Erläuterung weggelassen wird.
Konfiguration der Gleitmodussteuerung
Es wird unter Bezugnahme auf die 5 bis 10 eine detaillierte Konfiguration der Gleitmodussteuerung erläutert.
Wie oben beschrieben, wird bei der Gleitmodussteuerung die FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB} so berechnet, dass die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS gegen die durch den Teil zur Einstellung der Sollammoniakmenge eingestellte Sollammoniakmenge NH3_{TRGT_CONS} konvergiert. Es werden die beiden durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung bei der Durchführung von Feed-Back-Steuerung auf Grundlage des Ausgabewerts NH3_CONS solch eines Ammoniaksensors beobachteten Probleme erläutert.
(1) Erfassungsauflösung des Ammoniaksensors
Wie oben beschrieben, sind bestehende NOx-Sensoren gemäß ihren Erfassungsgrundzügen nicht nur für NOx, sondern auch für Ammoniak empfindlich. Andererseits ist bekannt, dass ein nur für Ammoniak empfindlicher Ammoniaksensor entwickelt werden kann, ohne dass er für NOx empfindlich ist. Es besteht jedoch eine Grenze bei der Erfassungsauflösung für solch einen Ammoniaksensor, und weiterhin gibt es eine individuelle Variabilität dieser Erfassungsauflösung, die sich mit der Beeinträchtigung im Laufe der Zeit ändert. Infolgedessen ist es schwierig, den Ausgabewert NH3_CONS von dem Ammoniaksensor nahe zu der Sollammoniakmenge NH3_{TRGT_CONS} zu steuern.
(2) Ansprechempfindlichkeitskontrast zwischen der NOx-Reduktionsrate und dem Ammoniakschlupf
Selbst wenn das mit der Erfassungsauflösung eines solchen obigen Ammoniaksensors in Zusammenhang stehende Problem gelöst wäre, gäbe es ein Problem hinsichtlich des Ansprechempfindlichkeitskontrasts für die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA zwischen der NOx-Reduktionsrate und dem Ammoniakschlupf des Katalysators zur selektiven Reduktion. Insbesondere weist die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion eine geringe Ansprechverzögerung und eine größere Empfindlichkeit für die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA auf als der Ammoniakschlupf dieses Katalysators zur selektiven Reduktion.
5 zeigt die Änderung der NOx-Reduktionsrate, wenn die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA so gesteuert worden ist, dass ein Ausgabewert NH3_CONS des Ammoniaksensors nahe gegen eine Sollammoniakmenge NH3_{TRGT_CONS} konvergiert.
Wenn der Ausgabewert NH3_CONS des Ammoniaksensors plötzlich ansteigt und als Reaktion auf das Erfassen des Auftretens von Ammoniakschlupf die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA zur Unterdrückung dieses Ammoniakschlupfs, wie in 5 gezeigt, ab nimmt, fällt die Nox-Reduktionsrate merklich ab, bevor der Ammoniakschlupf unterdrückt wird. Wenn bewirkt wird, dass die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA kontinuierlich abnimmt, so dass die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS nahe gegen die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} konvergiert, dann fällt zu dieser Zeit die NOx-Reduktionsrate weiter ab.
Unter Betrachtung der beiden obigen solchen Probleme wird bei der vorliegenden Ausführungsform eine Steuerung auf Grundlage eines unten beispielhaft veranschaulichten Konzepts durchgeführt.
6 ist ein Schaubild zur Darstellung des Steuerkonzepts einer Gleitmodussteuerung. In 6 zeigt die horizontale Achse die Zeit an und die vertikale Achse zeigt die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS an.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird bezüglich einer durch einen Teil zur Einstellung einer Sollammoniakmenge eingestellten Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} (>0) ein Sollammoniakschlupfbereich RNH3_{CONS_TRGT}, der durch eine kleinere Untergrenze NH3_{CONS_LMTL} und eine höhere Obergrenze NH3_{CONS_LMTH} als diese Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} definiert wird, eingestellt, und die FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB} wird so berechnet, dass die erfasste Ammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} in diesen Sollammoniakschlupfbereich RNH3_{CONS_TRGT} fällt. Hier wird der Sollammoniakschlupfbereich RNH3_{CONS_TRGT} vorzugsweise unter Berücksichtigung der Erfassungsauflösung des Ammoniaksensors eingestellt.
Des Weiteren wird bei Einstellung des Sollammoniakschlupfbereichs RNH3_{CONS_TRGT} auf die obige Weise die FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB} so berechnet, dass sie das folgende Verhalten aufweist, wenn die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS einen Wert A (wenn NH3_{CONS_LMTH} ≤ NH3_CONS) aufweist, wenn sie einen Wert B (wenn NH3_CONS < NH3_{CONS_LMTL}) aufweist und wenn sie einen Wert C (wenn NH3_{CONS_LMTL} ≤ NH3_CONS < NH3_{CONS_LMTH}) aufweist.
Wenn NH3_CONS aufgrund eines Zustands, in dem übermäßiger Ammoniakschlupf für die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} erzeugt wird, den Wert A aufweist, dann wird die FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB} so berechnet, dass die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS schnell gegen die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} ohne Überschreitung konvergiert.
Wenn NH3_CONS aufgrund eines Zustands, in dem unangemessener Ammoniakschlupf für die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} erzeugt wird, den Wert B aufweist, dann wird die FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB} so berechnet, dass die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS schnell gegen die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} ohne Überschreitung konvergiert.
Wenn NH3_CONS aufgrund eines Zustands, in dem weder unangemessener noch übermäßiger Ammoniakschlupf für die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} erzeugt wird, den Wert C aufweist, dann wird die FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB} so berechnet, dass die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS langsam gegen die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGI} konvergiert. Mit anderen Worten, die FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB} wird so berechnet, dass sie die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS auf innerhalb des Sollammoniakschlupfbereichs RNH3_{CONS_TRGT} begrenzt.
Inbesondere ist hier heim Vergleich des Falls, in dem NH3_CONS den Wert A oder den Wert B aufweist, mit dem Fall, in dem sie den Wert C aufweist, die Konvergenzrate gegen die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} der erfassten Ammoniakmenge NH3_CONS im Fall von Wert C so eingestellt, dass sie langsamer ist als die Konvergenzrate im Fall von Wert A oder Wert B.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Verhalten der erfassten Ammoniakmenge NH3_CONS wie oben beschrieben durch eine reaktionsspezifische Steuerung realisiert, die die Konvergenzrate auf die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} der erfassten Ammoniakmenge NH3_CONS einstellen kann. Diese reaktionsspezifische Steuerung bezieht sich auf eine Steuerung, die sowohl die Konvergenzrate als auch das Konvergenzverhalten der Abweichung auf Grundlage einer Funktion angeben kann, in der das Konvergenzverhalten der Abweichung definiert ist.
Im Folgenden werden Operationen einer Gleitmodussteuerung erläutert, die diese reaktionsspezifische Steuerung ausführen kann.
Zunächst wird die Abweichung zwischen der durch den Ammoniaksensor erfassten Ammoniakmenge NH3_CONS(k) und der Soll-NH3_{CONS_TRGT}(k) berechnet, wie in der folgenden Formel (2) gezeigt, und dies wird als Schlupfmengenabweichung E_NH3(k) definiert. E_NH3(k) = NH3_CONS(k) – NH3_{TRG_CONS}(k) (2).
Als Nächstes wird ein Umsatzfunktionseinstellparameter VPOLE(k), der für die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS(k) geeignet ist, auf Grundlage einer vorbestimmten VPOLE-Einstellungstabelle, wie in der später beschriebenen 9 gezeigt, berechnet. Wie in der folgenden Formel (3) gezeigt, wird des Weiteren die Summe des Produkts dieses VPOLE(k) und die Schlupfmengenabweichung E_NH3(k – 1) während einer vorherigen Steuerung sowie E_NH3(k) berechnet, und dies wird als eine Umsatzfunktion σ(k) definiert. σ(k) = E_NH3(k) + VPOLE(k) E_NH3(k – 1) (3).
Hier wird die Beziehung zwischen dem Umsatzfunktionseinstellparameter VPOLE(k) und der Konvergenzrate der Schlupfmengenabweichung E_NH3(k) erläutert.
7 ist ein Schaubild, das eine Phasenebene zeigt, wobei die horizontale Achse als die Schlupfmengenabweichung E_NH3(k–1) während einer vorherigen Steuerung eingestellt ist und die vertikale Achse als die Schlupfmengenabweichung E_NH3(k) während einer aktuellen Steuerung definiert ist.
In dieser Phasenebene ergibt die Kombination aus der Schlupfmengenabweichung E_NH3(k) und E_NH3(k – 1), die σ(k) = 0 erfüllt, eine Gerade mit einer Neigung von –VPOLE(k), wie in 7 gezeigt. Insbesondere wird diese Gerade als Umsatzlinie bezeichnet. Wie in 7 gezeigt, da des Weiteren durch Einstellung von –VPOLE als einen Wert von kleiner ”1” und größer ”0” E_NH3(k – 1) größer als E_NH3(k) wird, wird die Schlupfmengenabweichung E_NH3(k) gegen ”0” konvergiert. Die Gleitmodussteuerung ist eine Steuerung, die auf das Verhalten der Abweichung E_NH3(k) auf dieser Umsatzlinie fokussiert ist.
Mit anderen Worten wird eine robuste Steuerung gegen Rausch- und Modellierungsfehler realisiert, indem die Steuerung so durchgeführt wird, dass die Kombination der Schlupfmengenabweichung E_NH3(k) während der aktuellen Steuerung und der Schlupfmengenabweichung E_NH3(k – 1) während der vorherigen Steuerung (im Folgenden als ”Abweichungszustandsausmaß” bezeichnet) auf dieser Umsatzlinie erscheint und bewirkt werden kann, dass die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS ohne Überschreitung gegen die Sollammoniakmenge NH3_{TRGT_CONS} konvergiert. 8 ist ein Schaubild, das die Beziehung zwischen einem Umsatzfunktionseinstellparameter VPOLE und einer Konvergenzzeit der Schlupfmengenabweichung E_NH3 zeigt. Hier zeigt die horizontale Achse die Konvergenzzeit der Schlupfmengenabweichung E_NH3, und die vertikale Achse zeigt die Schlupfmengenabweichung E_NH3. Darüber hinaus werden in dieser 8 Fälle gezeigt, in denen VPOLE ”–1”, ”–0,95”, ”–0,7” bzw. ”–0,4” ist.
Wie in 8 gezeigt, weist die Schlupfmengenabweichung ein exponentielles Abfallverhalten bezüglich ”0” auf, wenn sich VPOLE ”0” nähert, und die Konvergenzrate davon beschleunigt sich. Wenn sich VPOLE ”–1” nähert, verlangsamt sich die Konvergenzrate, während sie das exponentielle Abfallverhalten aufrechterhält. Insbesondere wird bei Beginn der Steuerung bei VPOLE gleich ”–1” E_NH3 auf der anfänglichen Abweichung E_NH3(k = 0) gehalten.
9 ist ein Schaubild, das eine Konfiguration einer VPOLE-Einstellungstabelle zeigt. Hier zeigt die horizontale Achse die erfasste Ammoniakmenge NH3_{TRGT_CONS}(k), und die vertikale Achse zeigt den Umsatzfunktionseinstellparameter VPOLE(k). Die in 9 gezeigte VPOLE-Einstellungstabelle ist ein Parameter, der zur Realisierung der unter Bezugnahme auf die oben genannte 5 erläuterte Verhaltenssteuerung eingestellt wird, und zeigt die vier VPOLE-Einstellungstabellen, die durch die Linien 9a, 9b, 9c und 9d als spezielle Beispiele gezeigt werden.
Wie oben beschrieben, ist die Konvergenzrate, wenn die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS mindestens NH3_{CONS_LMTL} und kleiner als NH3_{CONS_LMTH} ist (bei NH3_{CONS_LMTL} ≤ NH3_CONS < NH3_{CONS_LMTH}) so eingestellt, dass sie langsamer ist als die Konvergenzrate, wenn die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS mindestens NH3_{CONS_LMTH} (bei NH3_{CONS_LMTH} ≤ NH3_CONS) und wenn die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS kleiner als NH3_{CONS_LMTL} ist (wenn NH3_CONS < NH3_{CONS_LMTH}).
Dann wird, wie in 9 gezeigt, wenn NH3_{CONS_LMTL} NH3_CONS < NH3_{CONS_LMTH}, VPOLE nahe ”–1” eingestellt (insbesondere VPOLE ≈ –0,95), und wenn NH3_{CONS_LMTH} nicht größer als NH3_CONS ist und NH3_CONS kleiner als NH3_{CONS_LMTH} ist, wird VPOLE nahe ”0” eingestellt (insbesondere VPOLE ≈ –0,4).
Auf Grundlage der auf obige Weise berechneten Umsatzfunktion σ(k) werden eine Reaching-Gesetz-Eingabe U_RCH(k), eine nicht lineare Eingabe U_NL(k) und eine Adaptionsgesetzeingabe U_ADP(k) berechnet, wobei die Summe dieser Reaching-Gesetz-Eingabe U_RCH(k), der nicht linearen Eingabe U_NL(k) und der Adaptionsgesetzeingabe U_ADP(k) weiterhin wie in der folgenden Formel (4) gezeigt berechnet werden, und dies wird als die FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB(k)} definiert. G_{UREA_FB}(k) = U_RCH(k) + U_NL(k) + U_ADP(k) (4).
Die Reaching-Gesetz-Eingabe U_RCH(k) ist eine Eingabe zur Platzierung der Abweichungszustandsmenge auf der Umsatzlinie und wird durch Multiplikation einer vorbestimmten Reaching-Gesetz-Steuerungsverstärkung K_RCH mit der Umsatzfunktion σ(k) berechnet, wie in der folgenden Formel (5) gezeigt. U_RCH(k) = K_RCHσ(k) (5).
Die nicht lineare Eingabe U_NL(k) unterdrückt einen nicht linearen Modellierungsfehler, ist eine Eingabe zur Platzierung der Abweichungszustandsmenge auf der Umsatzlinie und wird durch Multiplikation einer vorbestimmten Verstärkung der nicht linearen Eingabe K_NL mit Signum(σ(k)), wie in der folgenden Formel (6) gezeigt, berechnet. Hier ist Signum(σ(k)) eine Signumfunktion und wird ”1”, wenn σ(k) ein positiver Wert ist, und wird ”–1”, wenn σ(k) ein negativer Wert ist. U_NL(k) = K_NLSignum(σ(k)) (6).
Die Adaptionsgesetzeingabe U_ADP(k) unterdrückt den Einfluss eines Modellierungsfehlers und von Rauschen, ist eine Eingabe zur Platzierung der Abweichungszustandsmenge auf der Umsatzlinie und wird als die Summe der Adaptionsgesetzeingabe während einer vorherigen Steuerung U_ADP(k – 1) und des Produkts der Umsatzfunktion σ(k) und einer vorbestimmten Adaptionsgesetzverstärkung K_ADP berechnet, wie in der folgenden Formel (7) gezeigt. U_ADP(k) = U_ADP(k – 1) + K_APPσ(k) (7).
Es sei darauf hingewiesen, dass diese Reaching-Gesetz-Eingabe U_RCH(k), diese nicht lineare Eingabe U_NL(k) und diese Adaptionsgesetzeingabe U_ADP(k) jeweils auf Grundlage von Versuchen auf optimale Werte eingestellt sind, so dass die Abweichungszustandsmenge unter dem unter Bezugnahme auf 6 ausführlich beschriebenen Steuerkonzept stabil auf der Umsatzlinie platziert wird.
10 zeigt die Änderung der NOx-Reduktionsrate, wenn eine Harnstoffeinspritzsteuerung unter Verwendung der obigen Gleitmodussteuerung der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt worden ist. Insbesondere zeigt das obere Schaubild in 10 die Zeitänderung der erfassten Ammoniakmenge NH3_CONS, das mittlere Schaubild zeigt die Zeitänderung der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA und das untere Schaubild zeigt die Zeitänderung der NOx-Reduktionsrate.
Es sei darauf hingewiesen, dass die durchgezogenen Linien in 10 Steuerungsergebnisse der vorliegenden Ausführungsform zeigen und die gestrichelten Linien Steuerungsergebnisse in einem Fall zeigen, in dem die Harnstoffeinspritzsteuerung so durchgeführt worden ist, dass die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS nahe gegen die Sollammoniakmenge NH3_{TRGT_CONS} konvergiert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA so berechnet, dass die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS in dem Sollammoniakschlupfbereich RNH3_{TRGT_CONS} schwankt. Somit kann die Schwankung der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA sehr gering sein.
In dem Fall, in dem die Steuerung so durchgeführt worden ist, dass die erfasste Ammoniakmenge nahe gegen die Sollammoniakmenge konvergiert, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt, wenn es zu übermäßigem Ammoniakschlupf kommt, verringert sich insbesondere die Harnstoffeinspritzmenge zur Unterdrückung dieses Ammoniakschlupfes drastisch, und die NOx-Reduktionsrate kann aufgrund dessen drastisch abfallen. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird während des Auftretens eines solchen übermäßigen Ammoniakschlupfes das Ausmaß des Abfalls der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA reduziert, und die NOx-Reduktionsrate kann deshalb hoch gehalten werden.
In einem Fall, in dem die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS innerhalb des Sollammoniakschlupfbereichs RNH3_{TRGT_CONS} liegt, wurde gemäß der vorliegenden Ausführungsform darüber hinaus die Konvergenzrate so eingestellt, dass sie langsamer ist als die Konvergenzrate in einem Fall, in dem sie außerhalb des Sollammoniakschlupfbereichs RNH3_{TRGT_CONS} liegt.
In dem Fall, in dem die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS außerhalb des Sollammoniakschlupfbereichs RNH3_{TRGT_CONS} liegt, werden somit das Auftreten von übermäßigem Ammoniakschlupf und ein Abfall der NOx-Reduktionsrate sofort unterdrückt. In dem Fall, in dem die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS in dem Sollammoniakschlupfbereich RNH3_{TRGT_CONS} liegt, kann darüber hinaus eine große Änderung der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA verhindert werden, und es kann verhindert werden, dass die NOx-Reduktionsrate signifikant abfällt.
Konfiguration der Feed-Forward-Steuerung
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 eine detaillierte Konfiguration der Feed-Forward-Steuerung erläutert.
Wie durch das oben genannte Problem (2) beispielhaft dargestellt, unterscheidet sich die Ansprechempfindlichkeit für die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA der NOx-Reduktionsrate und des Ammoniakschlupfes des Katalysators zur selektiven Reduktion. Insbesondere weist der Ammoniakschlupf des Katalysators zur selektiven Reduktion eine Ansprechverzögerung für die Harnstoffeinspritzmenge auf, die größer ist als die NOx-Reduktionsrate dieses Katalysators zur selektiven Reduktion. Es wird das durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung beobachtete Problem bei der Durchführung der Harnstoffeinspritzsteuerung in solch einem Katalysator zur selektiven Reduktion erläutert.
(3) Abfall der NOx-Reduktionsrate aufgrund einer Änderung des Betriebszustands des Motors
11 zeigt Beziehungen zwischen Motorlast, der NOx-Menge stromaufwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion, erfasster Ammoniakmenge NH3_CONS, Harnstoffeinspritzmenge G_UREA und NOx-Reduktionsrate, wenn die Harnstoffeinspritzsteuerung allein durch die oben genannte Gleitmodussteuerung durchgeführt wurde.
Bei Anstieg der Motorlast vom Zeitpunkt t₁ bis t₂ steigt die NOx-Menge auf einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators zur selektiven Reduktion mit dieser Last, wie in 11 gezeigt. Zur Verhinderung eines Abfalls der NOx-Reduktionsrate ist es in diesem Fall erforderlich, die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA gemäß dem Anstieg der NOx-Menge zu vergrößern. Da bei der oben genannten Gleitmodussteuerung jedoch die Feed-Back-Steuerung auf Grundlage des Ausgabewerts NH3_CONS des Ammoniaksensors durchgeführt wird, der eine größere Ansprechverzögerung aufweist als die NOx-Reduktionsrate, wird die vergrößerte Menge der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA mehr als in einem idealen Fall verzögert. Infolgedessen kann die NOx-Reduktionsrate abfallen.
Bei Durchführung von Feed-Back-Steuerung auf Grundlage der Ausgabewerts NH3_CONS des Ammoniaksensors, der solch eine große Ansprechverzögerung aufweist, kommt es darüber hinaus leicht zu einem schwankenden Verhalten, wie zum Beispiel einem Über- und Unterschreiten, des Ausgabewerts NH3_CONS des Sensors. Infolgedessen schwankt auch die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA, und es kommt aufgrund von Unterschreitung wie der in 11 gezeigten leicht zu einem Abfall der NOx-Reduktionsrate.
Unter Berücksichtigung solcher obiger Probleme wird die FF-Einspritzmenge G_{UREA_FF} bei der vorliegenden Ausführungsform durch die Feed-Forward-Steuerung auf Grundlage des Betriebszustands des Motors berechnet. Insbesondere wird bei dieser Feed-Forward-Steuerung die FF-Einspritzmenge G_{UREA_FF} durch eine Kennfeldsuche auf Grundlage der Drehzahl NE des Motors und des Lastparameters TRQ, der die Motorlast darstellt, zum Beispiel als der Betriebszustand des Motors bestimmt.
12 ist ein Schaubild, das ein Beispiel für ein Steuerkennfeld zur Bestimmung einer FF-Einspritzmenge G_{UREA_FF} zeigt.
Wie in 12 gezeigt, wird bei diesem Steuerkennfeld die FF-Einspritzmenge G_{UREA_FF} so bestimmt, dass sie mit größer werdender Drehzahl NE oder größer werdendem Lastparameter TRQ des Motors einen höheren Wert annimmt.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei größerem Lastparameter TRQ des Motors die NOx-Emissionsmenge durch ansteigende Verbrennungstemperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches zunimmt, und bei einer höheren Drehzahl NE des Motors die NOx-Emissionsmenge pro Zeiteinheit zunimmt.
13 zeigt Beziehungen zwischen Motorlast, NOx-Menge stromaufwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion, erfasster Ammoniakmenge NH3_CONS, Harnstoffeinspritzmenge G_UREA und NOx-Reduktionsrate, wenn eine, Harnstoffeinspritzsteuerung unter Verwendung einer solchen Feed-Forward-Steuerung gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt worden ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass die durchgezogenen Linien in 13 Steuerungsergebnisse der vorliegenden Ausführungsform zeigen und die gestrichelten Linien Steuerungsergebnisse in einem Fall zeigen, in dem die Harnstoffeinspritzsteuerung allein durch die Gleitmodussteuerung durchgeführt worden ist.
Wenn die Last des Motors von Zeitpunkt t₁ bis zum Zeitpunkt t₂ ansteigt, steigt die NOx-Menge auf einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators zur selektiven Reduktion mit diesem Lastanstieg, wie in 13 gezeigt. Mit Anstieg der Motorlast wird hier die FF-Einspritzmenge G_{UREA_FF}, die gemäß dem Anstieg von NOx angemessen eingestellt wurde, durch die Feed-Forward-Steuerung berechnet, wodurch die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA auf einer idealen Einspritzmenge ohne Auftreten einer Verzögerung gehalten werden kann. Somit kann die NOx-Reduktionsrate auf einem maximalen Wert gehalten werden.
Durch ein solches Hochhalten der NOx-Reduktionsrate ist es darüber hinaus möglich, große Schwankungen der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA zu verhindern und Schutz gegen das Auftreten von Ammoniakschlupf und einen Abfall der NOx-Reduktionsrate, die solche Schwankungen begleiten, zu gewährleisten.
Konfiguration eines Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe.
Als Nächstes wird eine detaillierte Konfiguration eines Teils zur Einstellung einer speicherkorrigierten Eingabe unter Bezugnahme auf die 14 bis 21 erläutert.
Wie oben erläutert haben der erste Katalysator zur selektiven Reduktion und der zweite Katalysator zur selektiven Reduktion eine Ammoniakspeicherfunktion. Es werden drei Probleme erläutert, die die Erfinder der vorliegenden Anmeldung bei der Durchführung der Harnstoffeinspritzsteuerung mit solchen Katalysatoren zur selektiven Reduktion beobachteten.
(4) Abfall der NOx-Reduktionsrate bei Nichtsättigung der Speichermenge
14 zeigt Beziehungen zwischen der NOx-Reduktionsrate, Harnstoffeinspritzmenge G_UREA, erfasster Ammoniakmenge NH3_CONS und Ammoniakspeichermenge, wenn eine Harnstoffeinspritzsteuerung aus einem Zustand gestartet worden ist, in dem das in dem Katalysator zur selektiven Reduktion gespeicherte Ammoniak nicht gesättigt ist, das heißt einem Zustand, in dem die Speichermenge im Katalysator zur selektiven Reduktion geringer ist als seine Speicherkapazität. Bei dem in 14 gezeigten Beispiel wird ein Fall gezeigt, in dem Harnstoffeinspritzsteuerung aus einem Zustand gestartet worden ist, in dem die Speichermenge von Ammoniak zum Zeitpunkt t = 0 ”0” ist und die Speichermenge zum Zeitpunkt t = t₁ die Speicherkapazität erreicht.
Da die Speichermenge von Ammoniak zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t₁ nicht größer als die Speicherkapazität ist, fällt die NOx-Reduktionsrate des Katalysators zur selektiven Reduktion weiter ab als die NOx-Reduktionsrate bei Sättigung, wie in 14 gezeigt.
(5) Auftreten von Ammoniakschlupf aufgrund von Verringerung der Harnstoffeinspritzmengenverzögerung
Da die Speichermenge von Ammoniak zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t₁ nicht größer ist als die Speicherkapazität, kommt es nicht zu Ammoniakschlupf, wie in 14 gezeigt. Infolgedessen ist der Ausgabewert NH3_CONS des Ammoniaksensors zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t₁ ”0”. Des Weiteren ist die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA während dieser Zeit auf einen maximalen Wert eingestellt, um eine solche oben genannte Zeitspanne, während der die NOx-Reduktionsrate als Reaktion darauf, dass der Ausgabewert NH3_CONS des Ammoniaksensors ”0” ist, abgefallen ist, durch alle zur Verfügung stehenden Mittel zu verkürzen.
Als Reaktion darauf, dass die Speichermenge zum Zeitpunkt t = t1 die Speicherkapazität erreicht hat, obgleich eine Steuerung zur Verringerung der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA durchgeführt wird, ist in diesem Fall Zeit erforderlich, bis die Harnstoffeinspritzmenge tatsächlich abnimmt, was auf die Erfassungsverzögerung des Ammoniaksensors und die durch Abnahme der Harnstoffeinspritzmenge von dem maximalen Wert verursachte Verzögerung zurückzuführen ist. Infolgedessen wird die erfasste Ammoniakmenge NH3_CONS die Sollammoniakmenge NH3_{TRGT_CONS} davon stark überschreiten und es kommt zu übermäßigem Ammoniakschlupf.
(6) Abfall der NOx-Reduktionsrate aufgrund des Auftretens von übermäßigem Ammoniakschlupf
Wenn es zu übermäßigem Ammoniakschlupf kommt, wie oben erläutert, ist es darüber hinaus erforderlich, die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA weiter zu reduzieren, um diesen Ammoniakschlupf zu unterdrücken. Die NOx-Reduktionsrate fällt jedoch in diesem Fall wieder ab.
Zur Lösung dieser drei Probleme ist es erforderlich, eine Harnstoffeinspritzsteuerung gemäß einem Konzept wie zum Beispiel dem unten veranschaulichten durchzuführen.
Zur Lösung des oben genannten Problems (4) wird insbesondere die Zeitspanne verkürzt, während der die NOx-Reduktionsrate reduziert ist, indem die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA vergrößert wird, bis die Ammoniakspeichermenge die Speicherkapazität erreicht. Zur Lösung der Probleme (5) und (6) wird darüber hinaus neben der Vergrößerung der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA auf die oben genannte Weise die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA reduziert, bevor das Ammoniak gesättigt ist und es zu Ammoniakschlupf kommt.
Zur Realisierung von Harnstoffeinspritzsteuerung gemäß solch einem Konzept wird eine erste Speichermenge eines ersten Katalysators zur selektiven Reduktion auf Grundlage eines später beschriebenen Ammoniakspeichermodells durch den Teil zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe geschätzt, und eine korrigierte Einspritzmenge G_{UREA_ST} der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA wird so berechnet, dass die so geschätzte erste Speichermenge ST_{UREA_FB} ohne Überschreiten schnell gegen eine vorbestimmte Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT} konvergiert.
Obgleich die Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT} durch einen nicht dargestellten Einstellungsteil auf den gleichen Wert wie die erste Speicherkapazität ST_{UREA_MAXl} des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion eingestellt wird, ist sie nicht darauf beschränkt. Zur Unterdrückung von übermäßigem Ammoniakschlupf liegt zum Beispiel die Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT} in der Nähe der ersten Speicherkapazität ST_{UREA_MAX1} und kann auf einen Wert eingestellt werden, der kleiner ist als diese ST_{UREA_MAXI1}. 15 ist ein Schemadiagramm, das das Konzept des Amplitudenspeichermodells des Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe zeigt.
Dieses Ammoniakspeichermodell ist ein Modell, das die Änderung der Speichermenge von Ammoniak im Katalysator zur selektiven Reduktion gemäß der Harnstoffeinspritzmenge bezüglich der NOx-Menge von in den Katalysator zur selektiven Reduktion strömendem Abgas schätzt. Insbesondere sind die Änderungszustände der Speichermenge in dem Katalysator zur selektiven Reduktion in drei Zustände unterteilt, einen Zustand, in dem die Harnstoffeinspritzmenge bezüglich einer vorbestimmten NOx-Menge ideal ist (siehe 15(a)), einen Zustand, in dem die Harnstoffeinspritzmenge übermäßig ist (siehe 15(b)), und einen Zustand, in dem die Harnstoffeinspritzmenge ungenügend ist (siehe 15(c)).
Wie in 15(a) gezeigt, besteht in dem Zustand, in dem die Harnstoffeinspritzmenge bezüglich des in den Katalysator zur selektiven Reduktion strömenden NOx ideal ist, das heißt, wenn die Ammoniakmenge, die NOx im Abgas am wirksamsten reduzieren kann, und die von dem zugeführten Harnstoff-Wasser erzeugte Ammoniakmenge einander im Wesentlichen entsprechen, keine Änderung bei der Speichermenge.
Wie in 15(b) gezeigt, wird in dem Zustand, in dem die Harnstoffeinspritzmenge bezüglich des in den Katalysator zur selektiven Reduktion strömenden NOx übermäßig ist, das heißt, wenn die aus dem zugeführten Harnstoff-Wasser erzeugte Ammoniakmenge größer ist als die Menge, die NOx im Abgas am wirksamsten reduzieren kann, dieser Ammoniaküberschuss in dem Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert. Deshalb erhöht sich in solch einem Versorgungsüberschuss-(Überdosierungs-)Zustand die Speichermenge.
Wie in 15(c) gezeigt, wird in dem Zustand, in dem die Harnstoffeinspritzmenge bezüglich des in den Katalysator zur selektiven Reduktion strömenden NOx ungenügend ist, das heißt, wenn die aus dem zugeführten Harnstoff-Wasser erzeugte Ammoniakmenge geringer ist als die Menge, die NOx im Abgas am wirksamsten reduzieren kann, dieses Defizit aus dem gespeicherten Ammoniak ausgeglichen. Deshalb verringert sich in solch einem Versorgungsdefizit-(Unterdosierungs-)Zustand die Speichermenge.
Als Nächstes wird eine Konfiguration des Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe, der die oben genannte korrigierte Einspritzmenge G_{UREA_ST} auf Grundlage eines solchen obigen Speichermodells berechnet, unter Bezugnahme auf die 16 bis 19 erläutert. Darüber hinaus werden unten drei Formen als spezielle Konfigurationen solch eines Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe erläutert.
16 ist ein Blockdiagramm, das eine erste Form des Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe zeigt.
Dieser Teil zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe ist so konfiguriert, dass er ein Steuerobjekt 61, das auf Grundlage des oben genannten solchen Speichermodells konfiguriert ist, und eine Steuerung 62 für dieses Steuerobjekt 61 enthält.
Das Steuerobjekt 61 stellt einen Harnstoffeinspritzmengenüberschuss D_UREA, der eine Menge an Harnstoff-Wasser darstellt, die bei der Reduzierung von NOx im Abgas überschüssig wird, als eine Steuereingabe ein und stellt eine erste Speichermenge ST_{UREA_FB} des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion als eine Steuereingabe ein. Insbesondere ist dieses Steuerobjekt 61 durch einen Integrator 611 konfiguriert, der die erste Speichermenge ST_{UREA_FB} des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion durch sukzessives Addieren der gespeicherten Speichermenge oder sukzessives Subtrahieren der verbrauchten Ammoniakmenge auf Grundlage des Harnstoffeinspritzmengenüberschusses D_UREA schätzt.
Zunächst wird ein Harnstoffeinspritzmengenüberschuss D_UREA(k) mittels eines Addierers 63 berechnet, indem eine ideale Harnstoffeinspritzmenge G_{UREA_IDEAL}, bei der es sich um eine Harnstoffeinspritzmenge handelt, die zur Reduzierung von NOx in dem in den ersten Katalysator zur selektiven Reduktion strömenden Abgas erforderlich ist, von der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA(k) subtrahiert wird, wie in der folgenden Formel (8) gezeigt. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Harnstoffeinspritzmenge G_UREA(k) durch einen Addierer 64 berechnet wird, indem eine FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB}(k) und eine FF-Einspritzmenge G_{UREA_FF}(k) zu der durch die Steuerung 62 berechneten korrigierten Einspritzmenge G_{UREA_ST}(k) addiert wird. D_UREA(k) = G_UREA(k) – G_{UREA_IDEAL}(k) (8).
Die ideale Harnstoffeinspritzmenge G_{UREA_IDEAL}(k) wird durch Multiplikation der NOx-Menge NOX_CONS des in den ersten Katalysator zur selektiven Reduktion strömenden Abgases, die durch den NOx-Sensor erfasst wird, mit einem Umrechnungsfaktor K_{CONV_NOX_UREA}, der die zur Reduzierung von NOx erforderliche Einspritzmenge ändert, berechnet, wie in der folgenden Formel (9) gezeigt.
Wenn kein NOx-Sensor zur Erfassung der NOx-Menge des in den ersten Katalysator zur selektiven Reduktion strömenden Abgases vorgesehen ist, kann hier darüber hinaus die FF-Einspritzmenge G_{UREA_FF}(k) als die ideale Harnstoffeinspritzmenge G_{UREA_IDEAL}(k) eingestellt werden.
Mit dem Integrator 611 wird die erste Speichermenge ST_{UREA_FB}(k) auf Grundlage des in der ersten Speichermenge schwankenden Harnstoffeinspritzmengenüberschusses D_UREA(k) geschätzt, indem der sich auf die Zeit k solch eines Harnstoffeinspritzmengenüberschusses D_UREA(k) beziehende Integrationsoperator, wie in der folgenden Formel (10) gezeigt, mit Grenzverarbeitung solch einer ersten Speichermenge kombiniert wird, wie in der folgenden Formel (11) gezeigt.
Insbesondere wird die Grenzverarbeitung der Untergrenze bezüglich der ersten Speichermenge ST_{UREA_FB}(k), das heißt eine solche Verarbeitung, dass ST_{UREA_FB}(k) auf dem Minimum ”0” wird, mit der Formel (11) durchgeführt. Mit anderen Worten wird die Grenzverarbeitung der Obergrenze bezüglich der ersten Speichermenge ST_{UREA_FB}(k), das heißt eine solche Verarbeitung, dass ST_{UREA_FB}(k) auf dem Maximum eine erste Speicherkapazität ST_{UREA_MAXl} wird, nicht mit der Formel (11) durchgeführt.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass das oben in (5) veranschaulichte Problem möglicherweise nicht gelöst werden kann. Mit anderen Worten ist dies darauf zurückzuführen, dass, wenn die erste Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT} auf den gleichen Wert eingestellt ist wie die erste Speicherkapazität ST_{UREA_MAX1}, wie oben erläutert, wenn Grenzverarbeitung der Obergrenze durchgeführt wird, die erste Speichermenge ST_{UREA_FB} auf die erste Speicherkapazität ST_{UREA_MAXl} begrenzt wird, ohne die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA zu reduzieren, und es wird schwierig, Steuerung zur Unterdrückung von Ammoniakschlupf durchzuführen.
Die Steuerung 62 berechnet die korrigierte Einspritzmenge G_{UREA_ST}(k) der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA durch PI-Steuerung so, dass die geschätzte erste Speichermenge ST_{UREA_FB}(k) gegen die erste Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT} konvergiert.
Mit der Steuerung 62 wird die erste Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT}(k) mittels eines Addierers 621 von der geschätzten ersten Speichermenge ST_{UREA_FB} subtrahiert, wie in der folgenden Formel (12) gezeigt, und dies wird als die erste Speicherabweichung E_ST(k) definiert. E_ST(k) = ST_{UREA_FB}(k) – ST_{UREA_TRGT}(k) (12).
Als Nächstes wird der Proportionalterm G_{UREA_ST_P}(k) mittels eines Multiplizierers 622 durch Multiplizieren der Proportionalverstärkung KP_ST mit der ersten Speichermengenabweichung E_ST(k) berechnet, wie in der folgenden Formel (13) gezeigt. G_{UREA_ST_P}(k) = KP_STE_ST(k) (13).
Darüber hinaus wird ein Integralterm G_{UREA_ST_I}(k) mittels eines Integrators 623 und eines Multiplizierers 624 durch Multiplizieren der Integralverstärkung KI_ST mit dem Zeitintegrationswert der ersten Speichermengenabweichung E_ST(k) berechnet, wie in der folgenden Formel (14) gezeigt.
Als Nächstes wird die Summe des Proportionalterms G_{UREA_ST_P}(k) und des Integralterms G_{UREA_ST_I}(k) durch einen Addierer 625 berechnet, und dies wird als die korrigierte Einspritzmenge G_{UREA_ST}(k) definiert, wie in der folgenden Formel (15) gezeigt. G_{UREA_ST}(k) = G_{UREA_ST_P}(k) + G_{UREA_ST_I}(k) (15)
17 ist ein Schaubild, das die Zeitänderung der durch die erste Form des obigen Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe geschätzten ersten Speichermenge ST_{UREA_FB} zeigt.
Wie in 17 gezeigt, weist die erste Speichermenge ST_{UREA_FB} ein Schwankungsverhalten bezüglich der ersten Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT} auf, wodurch periodisch Ammoniakschlupf auftritt.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Steuerobjekt 61 des oben genannten Speichermodells eine Struktur ist, die den Integrator 611 enthält, Mit anderen Worten ist dies darauf zurückzuführen, dass in diesem Fall der Proportionalterm G_{UREA_ST_P} der Steuerung 62 der Integralterm wird und der Integralterm G_{UREA_ST_I} ein Integralterm für einen Integralwert wird und der Integralterm G_{UREA_ST_I} insbesondere ein Schwankungsverhalten aufweist.
Deshalb werden die zweite Form und die dritte Form des Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe, die solche Probleme lösen, im Folgenden erläutert.
18 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der zweiten Form des Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe gemäß der Ausführungsform zeigt. Dieser Teil zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe der zweiten Form weist eine Konfiguration einer Steuerung 62A auf, die sich von der in der oben beschriebenen 16 gezeigten ersten Form unterscheidet.
Diese Steuerung 62A ist eine Steuerung, die eine erweiterte PI-Steuerung verwendet, bei der der Integrator 611 des Steuerobjekts 61 als ein Teil der Steuerung behandelt wird, wie später ausführlich erläutert.
Mit der Steuerung 62A wird die erste Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT}(k) durch den Addierer 621 von der geschätzten ersten Speichermenge ST_{UREA_FB}(k) subtrahiert, und dies wird als die erste Speichermengenabweichung EST(k) definiert, wie in der folgenden Formel (16) gezeigt. E_ST(k) = ST_{UREA_FB}(k) – ST_{UREA_TRGT}(k) (16)
Darüber hinaus wird bei dieser Steuerung 62A der Integrator 611 des Steuerobjekts 61 als ein Teil der Steuerung behandelt, und der Proportionalterm G_{UREA_ST_P}(k) und der Integralterm G_{UREA_ST_I}(k) werden unter Berücksichtigung dessen berechnet, dass sie jeweils später integriert werden, wie in den folgenden Formeln (17) und (18) gezeigt.
Insbesondere wird der Derivatwert E_ST(k) – E_ST(k – 1) der ersten Speichermengenabweichung durch eine Verzögerungsberechnungseinheit 626 und einen Addierer 627 berechnet, und das Produkt aus der Proportionalverstärkung KP_ST multipliziert mit diesem Derivatwert durch den Multiplizierer 622 wird als der Proportionalterm G_{UREA_ST_P}(k) definiert, wie in der folgenden Formel (17) gezeigt.
Darüber hinaus wird das Produkt aus der Integralverstärkung KI_ST, das durch den Multiplizierer 624 mit der ersten Speichermengenabweichung E_ST(k) multipliziert wird, als der Integralterm G_{UREA_ST_I}(k) definiert, wie in der folgenden Formel (18) gezeigt. G_{UREA_ST_P}(k) = KP_ST(E_ST(k) – E_ST(k – 1)) (17) G_{UREA_ST_I}(k) = KI_ST(E_ST(k) (18).
Als Nächstes wird die Summe des Proportionalterms G_{UREA_ST_P}(k) und des Integralterms G_{UREA_ST_I}(k) durch den Addierer 625 berechnet, wie in der folgenden Formel (15) gezeigt, und dies wird als die korrigierte Einspritzmenge G_{UREA_ST}(k) definiert. G_{UREA_ST}(k) = G_{UREA_ST_P}(k) + G_{UREA_ST_I}(k) (19).
19 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration der dritten Form des Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe gemäß der Ausführungsform zeigt. Dieser Teil zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe der dritten Form weist eine Konfiguration einer Steuerung 62B auf, die sich von der in der oben genannten 18 gezeigten zweiten Form unterscheidet.
Diese Steuerung 62B ist eine Steuerung, bei der der Integrator 611 des Steuerobjekts 61 als ein Teil der Steuerung behandelt wird, ähnlich wie bei der oben genannten Steuerung 62A, und sie verwendet eine erweiterte I-P-Steuerung, die die erste Speicherwertabweichung E_ST(k) nur bis zum Integralterm angibt.
Bei der Steuerung 62B wird die erste Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT}(k) durch den Addierer 621 von der geschätzten ersten Speichermenge ST_{UREA_FB} subtrahiert, wie in der folgenden Formel (20) gezeigt, und dies wird als die erste Speichermengenabweichung E_ST(k) definiert. E_ST(k) = ST_{UREA_FB}(k) – ST_{UREA_TRGT}(k) (20).
Als Nächstes wird das Produkt aus der Multiplikation der Integralverstärkung KI_ST mit der ersten Speichermengenabweichung E_ST(k) durch den Multiplizierer 624 als der Integralterm G_{UREA_ST_I}(k) definiert, wie in der folgenden Formel (21) gezeigt. G_{UREA_ST_I}(k) = KI_STE_ST(k) (21).
Andererseits wird der Derivatwert der ersten Speichermenge ST_{UREA_FB}(k) – ST_{UREA_FB}(k – 1) durch eine Verzögerungsrecheneinheit 268 und einen Addierer 629 berechnet, und das Produkt aus der Multiplikation der Proportionalverstärkung KP_ST mit dem Derivatwert mittels des Multiplizierers 622 wird als der Proportionalterm G_{UREA_ST_P}(k) definiert, wie in der folgenden Formel (22) gezeigt. G_{UREA_ST_P}(k) = KP_ST(ST_{UREA_FB}(k) – ST_{UREA_FB}(k – 1)) (22).
Wie in der folgenden Formel (23) gezeigt, wird als Nächstes die Summe des Proportionalterms G_{UREA_ST_P}(k) und des Integralterms G_{UREA_ST_I}(k) durch den Addierer 625 berechnet, und dies wird als die korrigierte Einspritzmenge G_{UREA_ST}(k) definiert. G_{UREA_ST}(k) = G_{UREA_ST_P}(k) + G_{UREA_ST_I}(k) (23)
20 zeigt Beziehungen zwischen der NOx-Reduktionsrate, der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA, der erfassten Ammoniakmenge NH3_COMS und der Ammoniakspeichermenge, wenn die Harnstoffeinspritzsteuerung unter Verwendung des obigen Teils zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe gemäß der Ausführungsform durchgeführt worden ist. In dem in 20 gezeigten Beispiel wird ein Fall gezeigt, in dem Harnstoffeinspritzsteuerung aus einem Zustand gestartet wird, in dem die Speichermenge von Ammoniak zum Zeitpunkt t = 0 ”0” ist, und die Speichermenge erreicht zum Zeitpunkt t = t1 die Speicherkapazität.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 20 die durchgezogenen Linien Steuerungsergebnisse der vorliegenden Ausführungsform zeigen und die gestrichelten Linien Steuerungsergebnisse zeigen, wenn Harnstoffeinspritzsteuerung ohne Vorhersage der ersten Speichermenge durchgeführt worden ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Zeit bis Erreichen der ersten Speichermenge durch Schätzen der ersten Speichermenge ST_{UREA_FB} und Durchführen von Feed-Back-Steuerung, so dass die erste Speichermenge ST_{UREA_FB} gegen eine erste Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT} konvergiert, verkürzt werden. Somit kann die Zeit, bis Ammoniak den ersten Katalysator zur selektiven Reduktion sättigt, verkürzt werden, wodurch die NOx-Reduktionsrate schnell erhöht werden kann.
Darüber hinaus kann eine Verringerung der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA eingeleitet werden, bevor das Ammoniak den ersten Katalysator zur selektiven Reduktion tatsächlich sättigt, indem die erste Speichermenge ST_{UREA_FB} geschätzt wird und Feed-Back-Steuerung durchgeführt wird, so dass die erste Speichermenge ST_{UREA_FB} gegen die erste Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT} konvergiert. Mit anderen Worten, die Verzögerung der Verringerung der Harnstoffeinspritzmenge kann beseitigt werden. Somit ist es möglich, das Auftreten von übermäßigem Ammoniakschlupf zu verhindern.
Darüber hinaus ist es durch Verhindern solch eines Auftretens von übermäßigem Ammoniakschlupf möglich, die verringerte Menge der Harnstoffeinspritzmenge, die das Objekt der Steuerung dieses Ammoniakschlupfes ist, zu reduzieren. Somit ist es möglich, einen Abfall der NOx-Reduktionsrate zu verhindern.
21 zeigt die Zeitänderung einer durch den obigen Teil zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe geschätzten ersten Speichermenge ST_{UREA_FB}. 21(a) zeigt das Steuerungsergebnis gemäß der ersten Form unter Verwendung einer PI-Steuerung, 21(b) zeigt das Steuerungsergebnis gemäß der zweiten Form unter Verwendung von erweiterter PI-Steuerung und 21(c) zeigt das Steuerungsergebnis gemäß der dritten Form unter Verwendung von erweiterter I-P-Steuerung.
Wie in 21(b) gezeigt, wird bei Verwendung der erweiterten PI-Steuerung die periodische Schwankung der ersten Speichermenge ST_{UREA_FB} bei Verwendung der PI-Steuerung beseitigt und konvergiert schnell gegen die erste Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT}. Darüber hinaus wird auch das Auftreten von periodischem Ammoniakschlupf dadurch unterdrückt.
Wie in 21(c) gezeigt wird bei Verwendung von erweiterter I-P-Steuerung die periodische Schwankung der ersten Speichermenge ST_{UREA_FB} im Vergleich zu einem Fall der Verwendung der oben genannten erweiterten PI-Steuerung weiter beseitigt, wodurch das Auftreten von Ammoniakschlupf weiter unterdrückt werden kann.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass, wie in der obigen Formel (22) gezeigt, der Proportionalterm G_{UREA_ST_P} auf Grundlage der ersten Speichermenge ST_{UREA_FB} und nicht der ersten Speichermengenabweichung E_ST berechnet wird. In diesem Fall wirkt der Proportionalterm G_{UREA_ST_P} nicht dahingehend, dass die erste Speichermengenabweichung E_ST ”0” wird, sondern wirkt dahingehend, dass ST_{UREA_FB} ”0” wird, wodurch eine Überschreitung von ST_{UREA_FB} unterdrückt wird.
Bei Vergleich eines Falles der Verwendung von erweiterter I-P-Steuerung mit einem Fall der Verwendung von erweiterter PI-Steuerung wird im Fall von erweiterter I-P-Steuerung die obige Überschreitung unterdrückt, jedoch verlängert sich die Zeit, bis die erste Speichermenge ST_{UREA_FB} die erste Sollspeichermenge ST_{UREA_TRGT} erreicht. Infolgedessen wird sowohl für Verwendung von erweiterter I-P-Steuerung als auch für Verwendung von erweiterter PI-Steuerung bevorzugt, dass sie gemäß der Konfiguration der Abgasreinigungsvorrichtung angewandt werden.
Konfiguration des Teils zur Einstellung der Sollammoniakmenge
Als Nächstes wird die detaillierte Konfiguration des Teils zur Einstellung der Sollammoniakmenge unter Bezugnahme auf die 22 bis 24 erläutert.
Die Speicherkapazitäten des ersten und des zweiten Katalysators zur selektiven Reduktion variieren in Abhängigkeit von deren Zustand. Wenn sich die Speicherkapazitäten plötzlich verringern, schlüpft das Ammoniak, das in diesen Katalysatoren zur selektiven Reduktion nicht gehalten werden konnte, zu der stromabwärtigen Seite. Um zu verhindern, dass Ammoniak zu der am weitesten stromabwärts gelegenen Stelle schlüpft, ist es erforderlich, die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} entsprechend dem Sollwert des in den Katalysator zur selektiven Reduktion strömenden Ammoniaks gemäß den Zuständen dieser Katalysatoren zur selektiven Reduktion angemessen einzustellen. Der Teil zur Einstellung der Sollammoniakmenge der vorliegenden Ausführungsform stellt hingegen die Sollammoniakkonzentration NH3_{CONS_TRGT} auf Grundlage des erfassten Werts T_SCR des Katalysatortemperatursensors ein.
22 ist ein Schaubild, das ein Beispiel für ein Referenzkennfeld der Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} zeigt. In 22 zeigt die horizontale Achse den erfassten Wert T_SCR des Katalysatortemperatursensors, und die vertikale Achse zeigt die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT}.
Wie unter Bezugnahme auf 3 ausführlich beschrieben, weist die Speicherkapazität des Katalysators zur selektiven Reduktion die Eigenschaft auf, mit einer Zunahme der Katalysatortemperatur abzunehmen. Deshalb wird die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} mit Zunahme der Katalysatortemperatur T_SCR auf einen kleineren Wert eingestellt, so dass die in den Katalysator zur selektiven Reduktion strömende Ammoniakmenge abnimmt, wenn die Katalysatortemperatur ansteigt und seine Speicherkapazität abnimmt.
Als Nächstes wird für die Änderung der Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion, das heißt der in den zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion strömenden Ammoniakmenge, ein Kontrollbeispiel anhand der in 23 gezeigten herkömmlichen Abgasreinigungsvorrichtung und ein Kontrollbeispiel anhand der in 24 gezeigten Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform verglichen. Hier unterscheidet sich die herkömmliche Abgasreinigungsvorrichtung von der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform und zeigt einen Fall der Verwendung eines Ammoniaksensors, der die Ammoniakkonzentration erfasst und steuert, so dass der erfasste Wert dieser Ammoniakkonzentration einer vorbestimmten Sollammoniakkonzentration entspricht.
Hier unterscheidet sich die Abgasreinigungsvorrichtung von der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform und zeigt die Verwendung eines Sensors, der die Ammoniakkonzentration zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion erfasst, und die Durchführung einer Harnstoffeinspritzsteuerung, so dass der erfasste Wert dieser Ammoniakkonzentration einem vorbestimmten Sollwert entspricht.
23 stellt Schaubilder dar, die die Änderung der Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion in der herkömmlichen Abgasreinigungsvorrichtung zeigen.
24 stellt Schaubilder dar, die die Änderung der Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigen. In den 23 und 24 werden von oben nach unten im Schaubild die Beziehungen zwischen Motorlast, Abgasdurchsatz, Ammoniakkonzentration zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion und der Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion gezeigt.
Wenn die Last am Motor plötzlich zunimmt, geht dies mit einer plötzlichen Zunahme des Abgasdurchsatzes und der Abgastemperatur einher, wie in 23 gezeigt. Obgleich die Ammoniakkonzentration im Abgas im Verhältnis abfällt, wenn der Abgasdurchsatz zunimmt, wird zu diesem Zeitpunkt in der auf Ammoniakkonzentration basierenden herkömmlichen Abgasreinigungsvorrichtung eine solche Steuerung zur Vergrößerung der Harnstoffeinspritzmenge durchgeführt, dass der erfasste Wert der Ammoniakkonzentration dem Sollwert entspricht. Obgleich die Ammoniakkonzentration zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion dadurch dem Sollwert entspricht, wie in 23 gezeigt, nimmt die Ammoniakmenge zu und weicht von der geeigneten Menge ab. Infolgedessen strömt Ammoniak in den zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion mit einer Menge, die mindestens seiner Speicherkapazität entspricht, woraufhin es zu Ammoniakschlupf kommen kann.
Bei der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform nimmt andererseits die Harnstoffeinspritzmenge nicht mit einer Zunahme des Abgasdurchsatzes zu, da die Steuerung auf Grundlage der Ammoniakmenge durchgeführt wird. Infolgedessen nimmt die Ammoniakkonzentration zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion als Reaktion auf eine Zunahme des Abgasdurchsatzes ab, wie in 24 gezeigt.
Mit Zunahme der Motorlast steigt darüber hinaus zu diesem Zeitpunkt die Katalysatortemperatur gemäß dem Anstieg der Motortemperatur; deshalb fällt die Speicherkapazität des Katalysators zur selektiven Reduktion ab. Wie oben beschrieben bestimmt die Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur. Infolgedessen wird mit einer Abnahme der Speicherkapazität des zweiten Katalysators zur selektiven Reduktion die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} auch so eingestellt, dass sie abnimmt, wie in 24 gezeigt. Da es möglich ist zu bewirken, dass Ammoniak in einer Menge in den zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion strömt, die von dessen Zustand abhängig ist, kann deshalb Ammoniakschlupf unterdrückt werden.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 25 eine Harnstoffeinspritzsteuerungsverarbeitung erläutert, die durch eine ECU durchgeführt wird. 25 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf einer Harnstoffeinspritzsteuerungsverarbeitung zeigt, die durch eine ECU durchgeführt wind.
Diese Harnstoffeinspritzsteuerungsverarbeitung führt eine Verarbeitung zur Berechnung der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA mittels der oben genannten Technik durch und wird in jedem vorbestimmten Steuerzyklus ausgeführt.
In Schritt S1 wird bestimmt, ob ein Harnstofffehlerflag F_UREANG ”1” ist. Dieses Harnstofffehlerflag wird auf ”1” gesetzt, wenn bestimmt wird, dass die Harnstoffeinspritzvorrichtung bei der Bestimmungsverarbeitung versagt hat, was nicht dargestellt ist, und wird ansonsten auf ”0” gesetzt. Wenn diese Bestimmung JA ist, wird auf Schritt S9 übergegangen, und nach dem Setzen der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA auf ”0” endet diese Verarbeitung. Wenn diese Bestimmung NEIN ist, wird auf S2 übergegangen.
In Schritt S2 wird bestimmt, ob ein Katalysatorbeeinträchtigungsflag F_SCRNG ”1” ist. Dieses Katalysatorbeeinträchtigungsflag F_SCRNG wird auf ”1” gesetzt, wenn bestimmt worden ist, dass entweder der erste Katalysator zur selektiven Reduktion oder der zweite Katalysator zur selektiven Reduktion bei der Bestimmungsverarbeitung versagt hat, was nicht dargestellt ist, und wird ansonsten auf ”0” gesetzt. Wenn diese Bestimmung JA ist, wird auf Schritt S9 übergegangen, und nach dem Setzen der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA auf ”0” endet diese Verarbeitung. Wenn diese Bestimmung NEIN ist, wird auf Schritt S3 übergegangen.
In Schritt S3 wird bestimmt, ob eine Harnstoffrestmenge Q_UREA unter einem vorbestimmten Wert Q_REF liegt. Diese Harnstoffrestmenge Q_UREA zeigt eine Restmenge von Harnstoff-Wasser im Harnstoffbehälter an und wird auf Grundlage der Ausgabe eines Harnstoffpegelsensors berechnet. Wenn diese Bestimmung JA ist, wird auf Schritt S4 übergegangen, und wenn sie NEIN ist, wird auf Schritt S5 übergangen.
In Schritt S4 leuchtet eine Harnstoffrestmengenwarnleuchte auf, es wird auf Schritt S9 übergegangen, und nach dem Setzen der Harnstoffeinspritzmenge auf ”0” endet diese Verarbeitung.
In Schritt S5 wird bestimmt, ob ein Katalysatorerwärmungszeitgliedwert T_MAST größer als ein vorbestimmter Wert T_MLMT ist. Dieser Katalysatorerwärmungszeitgliedwert T_MAST misst eine Erwärmungszeit des Harnstoff-Katalysators zur selektiven Reduktion nach Motorstart. Wenn diese Bestimmung JA ist, wird auf Schritt S6 übergegangen. Wenn diese Bestimmung NEIN ist, wird auf Schritt S9 übergegangen, und nach dem Setzen der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA auf ”0” endet diese Verarbeitung.
In Schritt S6 wird bestimmt, ob ein Sensorfehlerflag FSENNG ”0” ist. Dieses Sensorfehlerflag F_SENNG wird auf ”1” gesetzt, wenn bestimmt worden ist, dass der Ammoniaksensor oder der Katalysatortemperatursensor bei der Bestimmungsverarbeitung versagt hat, was nicht dargestellt ist, und wird ansonsten auf ”0” gesetzt. Wenn diese Bestimmung JA ist, wird auf Schritt S7 übergegangen. Wenn diese Bestimmung NEIN ist, wird auf Schritt S9 übergegangen, und nach dem Setzen der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA auf ”0” endet diese Verarbeitung.
In Schritt S7 wird bestimmt, ob ein Ammoniaksensoraktivitätsflag F_NH3ACT ”1” ist. Dieses Ammoniaksensoraktivitätsflag F_NH3ACT wird auf ”1” gesetzt, wenn bestimmt worden ist, dass der Ammoniaksensor bei der Bestimmungsverarbeitung einen aktiven Zustand erreicht hat, was nicht dargestellt ist, und wird ansonsten auf ”0” gesetzt. Wenn diese Bestimmung JA ist, wird auf Schritt S8 übergegangen. Wenn diese Bestimmung NEIN ist, wird auf Schritt S9 übergegangen, und nach dem Setzen der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA auf ”0” endet diese Verarbeitung.
In Schritt S8 wird bestimmt, ob die Temperatur T_SCR des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion höher ist als ein vorbestimmter Wert T_{SCR_ACT}. Wenn diese Bestimmung JA ist, wird bestimmt, dass der erste Katalysator zur selektiven Reduktion aktiviert worden ist, und es wird auf Schritt S10 übergegangen. Wenn die Bestimmung NEIN ist, wird bestimmt, dass der erste Katalysator zur selektiven Reduktion noch nicht aktiviert worden ist und Harnstoffeinspritzung angehalten werden sollte, es wird auf Schritt S9 übergangen, und nach dem Setzen der Harnstoffeinspritzmenge G_UREA auf ”0” endet diese Verarbeitung.
In Schritt S10 wird die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} durch den oben genannten Teil zur Einstellung der Sollammoniakmenge auf Grundlage der Katalysatortemperatur T_SCR berechnet und es wird auf Schritt S11 übergegangen.
In Schritt S11 wird die FF-Einspritzmenge G_{UREA_FF} durch die oben genannte Feed-Forward-Steuerung berechnet, und es wird auf Schritt S12 übergegangen.
In Schritt S12 wird die korrigierte Einspritzmenge G_{UREA_ST} durch den oben gennanten Teil zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe auf Grundlage der Formeln (8) bis (23) berechnet, und es wird auf Schritt S13 übergegangen.
In Schritt S13 wird die FB-Einspritzmenge G_{UREA_FB} durch die oben genannte Gleitmodussteuerung auf Grundlage der Formeln (2) bis (7) berechnet, und es wird auf Schritt S14 übergegangen.
In Schritt S14 wird die Harnstoffeinspritzmenge G_UREA durch den oben genannten Addierer auf Grundlage der Formel (1) berechnet, und die Verarbeitung endet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ammoniakerfassungseinrichtung durch den Ammoniaksensor 26 konfiguriert, und die erste Steuereingabenberechnungseinrichtung, die zweite Steuereingabenberechnungseinrichtung, die dritte Steuereingabenberechnungseinrichtung, die Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungseinrichtung und die Sollammoniakmengeneinstelleinrichtung werden durch die ECU 3 konfiguriert. Insbesondere wird die erste Steuereingabenberechnungseinrichtung durch die Feed-Back-Steuerung 4 und die Gleitmodussteuerung 42 der ECU 3 konfiguriert, die zweite Steuereingabenberechnungseinrichtung wird durch die Feed-Forward-Steuerung 5 der ECU 3 konfiguriert, die dritte Steuereingabenberechnungseinrichtung wird durch den Teil 6 zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe der ECU 3 konfiguriert, die Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungseinrichtung wird durch den Addierer 7 der ECU 3 konfiguriert, und die Sollammoniakmengeneinstelleinrichtung wird durch die Feed-Back-Steuerung 4 und den Teil 41 zur Einstellung der Sollammoniakmenge der ECU 3 konfiguriert.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben genannte Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene Modifikationen davon möglich sind.
Bei der obigen Ausführungsform wird die Sollammoniakmenge NH3_{CONS_TRGT} auf Grundlage des erfassten Werts T_SCR des die Temperatur des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion erfassenden Katalysatortemperatursensors berechnet; sie ist jedoch nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann die Sollammoniakmenge auf Grundlage des erfassten Werts eines die Temperatur des Abgases erfassenden Abgastemperatursensors berechnet werden.
Bezugszeichenliste

1: Motor (Verbrennungsmotor)
11: Auslasskanal (Auslasskanal)
2: Abgasreinigungsvorrichtung
23: Harnstoff-Katalysator zur selektiven Reduktion (Katalysator zur selektiven Reduktion)
231: erster Katalysator zur selektiven Reduktion
232: zweiter Katalysator zur selektiven Reduktion
25: Harnstoffeinspritzvorrichtung (Reduktionsmittelzuführeinrichtung)
26: Ammoniaksensor (Ammoniakerfassungseinrichtung)
28: NOx-Sensor
3: elektronische Steuereinheit (erste Steuereingabenberechnungseinrichtung, zweite Steuereingabenberechnungseinrichtung, dritte Steuereingabenberechnungseinrichtung, Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungseinrichtung, Sollammoniakmengeneinstelleinrichtung)
4: Feed-Back-Steuerung (erste Steuereingabenberechnungseinrichtung, Sollammoniakmengeneinstelleinrichtung)
41: Sollammoniakmengeneinstellteil (Sollammoniakmengeneinstelleinrichtung)
42: Gleitmodussteuerung (erste Steuereingabenberechnungseinrichtung)
5: Feed-Forward-Steuerung (zweite Steuereingabenberechnungseinrichtung)
6: Teil zur Berechnung einer speicherkorrigierten Eingabe (dritte Steuereingabeberechnungseinrichtung)
7: Addierer (Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungseinrichtung)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006-274986 [0010]
JP 2004-100700 [0010]

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die einen Katalysator zur selektiven Reduktion enthält, der in einem Auslasskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, Ammoniak in Gegenwart eines Reduktionsmittels erzeugt und den Auslasskanal durchströmendes NOx durch dieses Ammoniak reduziert, wobei der Katalysator zur selektiven Reduktion so konfiguriert ist, dass er einen ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und einen zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion, der im Auslasskanal weiter stromabwärts als der erste Katalysator zur selektiven Reduktion vorgesehen ist, enthält, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung zur Zuführung des Reduktionsmittels in den Auslasskanal zu einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators zur selektiven Reduktion; eine Ammoniakerfassungseinrichtung zur Erfassung einer Ammoniakmenge im Auslasskanal zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion; eine erste Steuereingabenberechnungseinrichtung zur Berechnung einer Steuereingabe für eine solche Steuerung, dass ein Wert der Ammoniakmenge, die von der Ammoniakerfassungseinrichtung erfasst wird, einen Wert von über ”0” erreicht; und eine Einrichtung zur Bestimmung der Reduktionsmittelzuführmenge zur Bestimmung einer Zuführmenge des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung unter Einbeziehung der von der ersten Steuereingabenberechnungseinrichtung berechneten Steuereingabe.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei eine Ammoniakmenge, die in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert werden kann, als eine erste Speicherkapazität eingestellt ist, eine Ammoniakmenge, die in dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert werden kann, als eine zweite Speicherkapazität eingestellt ist, und die zweite Speicherkapazität größer ist als eine Differenz zwischen einem Maximum und einem Minimum der ersten Speicherkapazität.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, die weiterhin eine Sollammoniakmengeneinstelleinrichtung zur Einstellung eines Sollwerts der durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfassten Ammoniakmenge auf einen Wert über ”0” umfasst, wobei die erste Steuereingabenberechnungseinrichtung die Steuereingabe so berechnet, dass die durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfasste Ammoniakmenge in einen den Sollwert enthaltenden vorbestimmten Bereich fällt.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei die erste Steuereingabenberechnungseinrichtung so konfiguriert ist, dass sie in der Lage ist, eine reaktionsspezifische Steuerung durchzuführen, die eine Konvergenzrate gegen den Sollwert der durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfassten Ammoniakmenge einstellen kann und eine Konvergenzrate so einstellt, dass sie, wenn die durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfasste Ammoniakmenge in dem vorbestimmten Bereich enthalten ist, langsamer ist als eine Konvergenzrate in dem Fall, wenn die durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfasste Ammoniakmenge außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Sollammoniakmengeneinstelleinrichtung den Sollwert auf einen kleineren Wert einstellt, wenn die Temperatur des Abgases des Verbrennungsmotors oder die Temperatur des Katalysators zur selektiven Reduktion zunimmt.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, die weiterhin eine zweite Steuereingabenberechnungseinrichtug zur Berechnung einer Steuereingabe auf Grundlage einer Drehzahl des Verbrennungsmotors und eines Lastparameters, der eine Last des Verbrennungsmotors darstellt, umfasst, wobei die Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungseinrichtung eine Zuführmenge des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung bestimmt, die die durch die zweite Steuereingabenberechnungseinrichtung berechnete Steuereingabe mit einbezieht.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei eine in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeicherte Ammoniakmenge als eine erste Speichermenge eingestellt wird, wobei die Vorrichtung weiterhin eine dritte Steuereingabenberechnungseinrichtung zum Schätzen der ersten Speichermenge und Berechnen einer Steuereingabe für eine derartige Steuerung, dass die so geschätzte erste Speichermenge gegen eine vorbestimmte Sollspeichermenge konvergiert, enthält, wobei die Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungseinrichtung eine Zuführmenge des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung bestimmt, die die durch die dritte Steuereingabeberechnungseinrichtung berechnete Steuereingabe mit einbezieht.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, wobei die dritte Steuereingabenberechnungseinrichtung eine Steuereingabe auf Grundlage einer Abweichung zwischen der geschätzten ersten Speichermenge und der Sollspeichermenge sowie eines Derivats der Abweichung oder eines Derivats der ersten Speichermenge berechnet.
Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsvorrichtung, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung Folgendes umfasst: einen Katalysator zur selektiven Reduktion, der in einem Auslasskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, Ammoniak in Gegenwart eines Reduktionsmittels erzeugt und den Auslasskanal durchströmendes NOx durch dieses Ammoniak reduziert; und eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung zur Zuführung des Reduktionsmittels in den Auslasskanal zu einer stromaufwärtigen Seite des Katalysators zur selektiven Reduktion, wobei der Katalysator zur selektiven Reduktion einen ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und einen zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion, der im Auslasskanal weiter stromabwärts als der erste Katalysator zur selektiven Reduktion vorgesehen ist, enthält, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Ammoniakerfassungsschritt zur Erfassung einer Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion; einen ersten Steuereingabenberechnungsschritt zur Berechnung einer Steuereingabe für eine derartige Steuerung, dass ein Wert der im Ammoniakerfassungsschritt erfassten Ammoniakmenge einen Wert von über ”0” erreicht; und einen Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungsschritt zur Bestimmung einer Zuführmenge des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung unter Einbeziehung der in dem ersten Steuereingabenberechnungsschritt berechneten Steuereingabe.
Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, wobei eine Ammoniakmenge, die in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert werden kann, als eine erste Speicherkapazität eingestellt wird; eine Ammoniakmenge, die in dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeichert werden kann, als eine zweite Speicherkapazität eingestellt wird, und die zweite Speicherkapazität größer ist als eine Differenz zwischen einem Maximum und einem Minimum der ersten Speicherkapazität.
Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, das weiterhin einen Sollwerteinstellschritt zur Einstellung eines Sollwerts einer Ammoniakmenge zwischen dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion und dem zweiten Katalysator zur selektiven Reduktion auf einen Wert von über ”0” umfasst, wobei der erste Steuereingabenberechnungsschritt die Steuereingabe so berechnet, dass die in dem Ammoniakerfassungsschritt erfasste Ammoniakmenge in einen vorbestimmten Bereich fällt, der den Sollwert enthält.
Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der erste Steuereingabenberechnungsschritt die Steuereingabe auf Grundlage der reaktionsspezifischen Steuerung, die eine Konvergenzrate gegen den Sollwert der durch den Ammoniakerfassungsschritt erfassten Ammoniakmenge einstellen kann, berechnet und eine Konvergenzrate so einstellt, dass sie, wenn die durch die Ammoniakerfassungseinrichtung erfasste Ammoniakmenge in dem vorbestimmten Bereich enthalten ist, langsamer ist als eine Konvergenzrate in dem Fall, in dem die in dem Ammoniakerfassungsschritt erfasste Ammoniakmenge außerhalb des vorbestimmten Bereichs liegt.
Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Sollwerteinstellungsschritt den Sollwert mit Zunahme der Abgastemperatur des Verbrennungsmotors oder der Temperatur des Katalysators zur selektiven Reduktion auf einen kleineren Wert einstellt.
Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, das weiterhin einen zweiten Steuereingabenberechnungsschritt zur Berechnung einer Steuereingabe auf Grundlage der Drehzahl des Verbrennungsmotors und eines Lastparameters, der eine Last des Verbrennungsmotors darstellt, enthält, wobei der Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungsschritt eine Zuführmenge des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung bestimmt, die die in dem zweiten Steuereingabenberechnungsschritt berechnete Steuereingabe mit einbezieht.
Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, das weiterhin einen dritten Eingabenberechnungsschritt zum Schätzen der ersten Speichermenge, wobei eine in dem ersten Katalysator zur selektiven Reduktion gespeicherte Ammoniakmenge als die erste Speichermenge eingestellt wird, und Berechnen einer Steuereingabe für eine derartige Steuerung, dass die so geschätzte erste Speichermenge gegen eine vorbestimmte Sollspeichermenge konvergiert, umfasst, wobei der Reduktionsmittelzuführmengenbestimmungsschritt eine Zuführmenge des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung so bestimmt, dass sie die in dem dritten Steuereingabenberechnungsschritt berechnete Steuereingabe mit einbezieht.
Verfahren zur Steuerung einer Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei der dritte Steuereingabenberechnungsschritt die Steuereingabe auf Grundlage einer Abweichung zwischen der geschätzten ersten Speichermenge und der Sollspeichermenge sowie eines Derivats der Abweichung oder eines Derivats der ersten Speichermenge berechnet.