DE112010005244T5

DE112010005244T5 - Emissionsreinigungsgerät

Info

Publication number: DE112010005244T5
Application number: DE112010005244T
Authority: DE
Inventors: Hisao Haga; Michael Fischer
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2012-11-15
Also published as: WO2011099051A1

Abstract

Ein Emissionsreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor ist bereitgestellt. Das Gerät ist in einem Abgaskanal des Motors bereitgestellt und umfasst einen selektiven Reduktionskatalysator, der das Reduktionsmittel NH3 einfängt und NOx, das in dem Abgaskanal fließt, unter Verwendung des eingefangenen NH3 reduziert. Das Gerät umfasst weiter eine Einheit zur Zufuhr eines Reduktionsmittles zu der Stelle stromaufwärts des selektiven Reduktionskatalysators in dem Abgaskanal und eine Einheit zum Einstellen der Menge des Reduktionsmittels, das durch die Einheit zur Zufuhr eines Reduktionsmittels zugeführt werden soll. Wenn es benötigt ist, einen Zufuhr-Zeitraum einzustellen, der kürzer ist als ein minimaler Zufuhr-Zeitraum, den die Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels steuern/regeln kann, stellt die Einheit zum Einstellen der Menge des Reduktionsmittels die Zufuhrmenge des Reduktionsmittels basierend auf dem minimalen Zufuhr-Zeitraum ein, wobei die Zufuhrintervalle für das Reduktionsmittel länger gemacht werden. Die Menge an Reduktionsmittel kann adäquat angepasst werden, indem die Zeit und die Intervalle der Zufuhr des Reduktionsmittels mit der Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels gesteuert/geregelt werden.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Emissionsreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor und spezifischer auf ein Emissionsreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor, das mit einem selektiven Reduktionskatalysator bereitgestellt ist, der NO_x in einem Abgasrohr in Anwesenheit eines Reduktionsmittels reduziert.
Stand der Technik
Herkömmlich ist ein Emissionsreinigungsgerät zur Reinigung von NO_x in der Emission ein Gerät, das mit einem selektiven Reduktionskatalysator im Abgasrohr bereitgestellt ist, der selektiv NO_x in der Emission mit einem Reduktionsmittel reduziert. In einem selektiven Reduktionskatalysator, zum Beispiel der Harnstoff als ein Reduktionsmittel verwendet, wird der zugegebene Harnstoff hydrolysiert, um Ammoniak (NH₃) herzustellen, das selektiv NO_x in der Emission reduziert.
Mit solch einem selektiven Reduktionskatalysator nimmt die Reduktionsrate von NO_xab, wenn die Einspritzung des Reduktionsmittels geringer ist als ein optimales Volumen, da es einen Mangel an NH₃ gibt, das für die Reduktion von NO_x verbraucht werden soll. Wenn die Einspritzung des Reduktionsmittels größer ist als ein optimales Volumen, wird restliches NH₃, das nicht verbraucht ist, ausgestoßen werden. Folglich muss mit dem Emissionsreinigungsgerät, das einen selektiven Reduktionskatalysator aufweist, die Einspritzmenge des Reduktionsmittels angemessen gesteuert/geregelt sein.
Die japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2001-323835 (Patentdokument 1) beschreibt ein Emissionsreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor. Mit diesem Emissionsreinigungsgerät wird das Intervall der Haupteinspritzung und Hilfseinspritzung des Kraftstoffs gesteuert/geregelt, um die Menge an HC, das zur Emissionsreinigung zugeführt wird, zu steuern/regeln.
Stand der Technik-Dokument
Patentdokument 1

Japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2001-323835

Zusammenfassung der Erfindung
Probleme, die gelöst werden sollen
Bei der Steuerung/Regelung der Einspritzmenge eines Reduktionsmittels kann eine vorgeschriebene Einspritzmenge nicht verwirklicht werden, wenn eine vorgeschriebene Einspritzmenge des Reduktionsmittels kleiner ist als eine steuerbare/regelbare Einspritzauflösung einer Einspritzeinrichtung, sogar wenn ein Einspritzzeitraum entsprechend der vorgeschriebenen Einspritzmenge festgelegt ist.
Das selektive Reduktionsmittel weist eine Kapazität zur Adsorption von NH₃ auf, die entsprechend der Temperatur und des Abbaugrades des selektiven Reduktionskatalysators abnehmen kann. Folglich wird die Einspritzung des Reduktionsmittels mit konstanten Intervallen überschüssiges Reduktionsmittel zuführen, das die NH₃-Adsorptionskapäzität überschreitet, wobei der NH₃-Schlupf aus dem Abgasrohr erhöht wird.
Das Emissionsreinigungsgerät, das in der japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2001-323835 beschrieben ist, steuert/regelt nicht die Einspritzung des Reduktionsmittels.
Demgemäß ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die Einspritzmenge des Reduktionsmittels in einem Emissionsreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor richtig zu steuern/regeln, wobei NH₃-Schlupf über die NH₃-Adsorptionskapazität aus einem selektiven Reduktionskatalysator unterdrückt wird.
Lösung der Probleme
Die vorliegende Erfindung stellt ein Emissionsreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor bereit. Das Emissionsreinigungsgerät ist in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors bereitgestellt und umfasst einen selektiven Reduktionskatalysator, der das Reduktionsmittel NH₃ einfängt und NO_x, das in dem Abgaskanal fließt, unter Verwendung des eingefangenen NH₃ reduziert. Das Gerät umfasst weiter eine Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels zu der Stelle stromaufwärts des selektiven Reduktionskatalysators in dem Abgaskanal und eine Einheit zum Einstellen der Menge des Reduktionsmittels, das durch die Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels zugeführt werden soll. Wenn es benötigt ist, einen Zufuhr-Zeitraum einzustellen, der kürzer ist als ein minimaler Zufuhr-Zeitraum, den die Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels steuern/regeln kann, stellt die Einheit zum Einstellen der Menge des Reduktionsmittels die Zufuhrmenge des Reduktionsmittels basierend auf dem minimalen Zufuhr-Zeitraum ein, wobei die Zufuhrintervalle für das Reduktionsmittel länger gemacht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Menge an Reduktionsmittel adäquat durch die Steuerung/Regelung der Zeit und der Intervalle zur Zufuhr des Reduktionsmittels mit der Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels angepasst werden. Als Konsequenz kann eine schlechte Reinigung von NO_x und ein Anstieg des NH₃-Schlupfes verhindert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Gerät mit einer Einheit zum Bestimmen des Grades an Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators aus einer Reinigungsrate bereitgestellt. Die Einheit zum Einstellen der Menge an Reduktionsmittel, das zugeführt werden soll, führt als Antwort auf den Verschlechterungsgrad mindestens eines von Verkürzen der Zeit zur Zufuhr des Reduktionsmittels und Verlängern des Intervalls zur Zufuhr des Reduktionsmittels durch.
Gemäß der Ausführungsform kann die Zufuhrmenge des Reduktionsmittels adäquat ohne Mangel oder Überschuss angepasst werden, wobei der Verschlechterungsgrad des selektiven Reduktionskatalysators berücksichtigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Gerät weiter einen Detektor zur Detektion der Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators und eine Einheit zum Einstellen der Speicherkapazität von NH₃ in dem selektiven Reduktionskatalysator entsprechend der Temperatur und dem Verschlechterungsgrad des selektiven Reduktionskatalysators. Das Gerät ist auch mit einer Einheit zur Berechnung der Menge an NH₃ in dem selektiven Reduktionskatalysator bereitgestellt. Die Einheit zum Einstellen der Zufuhrmenge des Reduktionsmittels stellt die Menge des Reduktionsmittels, die durch die Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels basierend auf der Differenz zwischen der berechneten Menge an NH₃ und der Speicherkapazität von NH₃ in dem selektiven Reduktionskatalysator zugeführt werden soll, ein.
Gemäß der Ausführungsform kann die Zufuhrmenge des Reduktionsmittels adäquat ohne Mangel oder Überschuss entsprechend der Temperatur und dem Verschlechterungsgrad des selektiven Reduktionskatalysators angepasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verringert die Einheit zum Einstellen der Speicherkapazität von NH₃ in dem selektiven Reduktionskatalysator die Speicherkapazität von NH₃ in dem selektiven Reduktionskatalysator entsprechend des Verschlechterungsgrades.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das eine Struktur eines Motors und eines Emissionsreinigungsgerätes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine Grafik, die die Beziehung zwischen der Temperatur und der Speicherkapazität von NH₃ in einem selektiven Reduktionskatalysator zeigt.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur von ECU 3 zeigt.
4 veranschaulicht ein Beispiel der Zeit und des Intervalls zur Einspritzung von Harnstoff.
5 veranschaulicht die Einspritzsteuerung/-regelung von Harnstoff, was die Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators reflektiert.
6 ist eine Grafik, die einen Fluss zur Steuerung/Regelung der Zeit und des Intervalls für die Einspritzung von Harnstoff zeigt, wenn die Speicherkapazität von NH₃ abnimmt.
7 ist eine Grafik, die eine Steuerung/Regelung der Einspritzmenge mit variierenden Intervallen für die Einspritzung zeigt.
8 veranschaulicht ein Schema zur Steuerung/Regelung der Zeit und des Intervalls der Einspritzung.
9 ist eine Grafik zur Steuerung/Regelung der Einspritzmenge von Harnstoff.
Detaillierte Beschreibung
Nun werden mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. 1 veranschaulicht einen Verbrennungsmotor 1 (im Folgenden als „Motor” bezeichnet) und ein Emissionsreinigungsgerät 2. Motor 1 kann ein Benzinmotor oder ein Dieselmotor sein, der an einem Fahrzeug angebracht ist, das nicht veranschaulicht ist.
Das Emissionsreinigungsgerät 2 umfasst einen Oxidationskatalysator 21, der in dem Abgaskanal 11 des Motors 2 bereitgestellt ist, und einen selektiven Reduktionskatalysator 23, der an einer Stelle stromabwärts des Oxidationskatalysators 21 in dem Abgaskanal 11 bereitgestellt ist, zur Reinigung in Gegenwart eines Reduktionsmittels, von Nitridoxid (im Folgenden als „NO_x” bezeichnet) in der Emission, die in dem Abgaskanal 11 fließt. Das Emissionsreinigungsgerät 2 umfasst weiterhin eine Harnstoff-Einspritzeinheit 25, die Harnstoffflüssigkeit als ein Reduktionsmittel der Stelle stromaufwärts des selektiven Reduktionskatalysators 23 zuführt, und eine elektronische Steuerung/Regelungs-Einheit 3 („ECU”).
ECU 3 ist ein Computer, der eine zentrale Recheneinheit (CPU) und einen Speicher aufweist, der Computerprogramme für verschiedene Steuerungen/Regelungen des Fahrzeugs und Daten, Tabellen und Darstellungen speichert, die für die Ausführung der Programme verwendet werden. ECU 3 erhält Daten von verschiedenen Teilen (Sensoren etc.) des Fahrzeugs und führt Berechnungen durch, um ein Steuerungs-/Regelungssignal zur Steuerung/Regelung der verschiedenen Abschnitte des Fahrzeugs herzustellen.
Die Harnstoff-Einspritzeinheit 25 umfasst einen Tank 251 und eine Einspritzeinrichtung 253. Der Tank 251 speichert Harnstoffflüssigkeit und ist mit der Einspritzeinrichtung 253 über einen Harnstoff-Zufuhrkanal 254 und eine Pumpe (nicht gezeigt) verbunden. Der Tank 251 ist mit einem Niveau-Sensor 255 bereitgestellt, der das Niveau der Harnstoffflüssigkeit detektiert und an die ECU 3 ein Detektionssignal ausgibt, das dem Flüssigkeitsniveau entspricht. Die Einspritzeinrichtung 253 ist mit der ECU 3 verbunden und spritzt als Antwort auf das Steuerungs-/Regelungssignal von der ECU 3 Harnstoffflüssigkeit in den Abgaskanal 11 ein. Die Einspritzeinrichtung 253 spritzt eine Menge an Harnstoffflüssigkeit in den Abgaskanal 11 entsprechend der Einspritzzeit und dem Einspritzintervall ein.
Der Oxidationskatalysator 21 wird an der Stelle stromaufwärts in dem Abgaskanal relativ zum selektiven Reduktionskatalysator 23 bereitgestellt und wandelt NO, das ein Hauptbestandteil in NO_x ist, in NO₂ um, wodurch die Reduktion von NO_x in dem selektiven Reduktionskatalysator 23 gefördert wird.
Der selektive Reduktionskatalysator 23 schließt mindestens einen selektiven Reduktionskatalysator 231 ein und kann zwei oder mehr Reduktionskatalysatoren in der Stelle stromabwärts des selektiven Reduktionskatalysators 231 einschließen. Der selektive Reduktionskatalysator 231 reduziert NO_x selektiv in der Emission in Anwesenheit des Reduktionsmittels, Ammoniak. Spezifisch wird Ammoniak („NH₃”) aus Harnstoff durch hydrolytischen Abbau hergestellt, wenn die Harnstoffflüssigkeit-Einspritzeinheit 25 Harnstoffflüssigkeit einspritzt. In dem selektiven Reduktionskatalysator 23 reduziert NH₃ selektiv NO_x (NO und NO₂) in der Emission.
Der selektive Reduktionkatalysator 231 weist eine Kapazität auf, NH₃ zu speichern (zu adsorbieren), wobei das gespeicherte NH₃ dazu dient, NO_x zu reduzieren und zu reinigen. 2 zeigt das Verhältnis zwischen der Temperatur und der Speicherkapazität für NH₃ in dem selektiven Reduktionskatalysator. Die NH₃-Speicherkapazität ist groß bei niedriger Temperatur und wird kleiner wenn die Temperatur steigt. Die NH₃-Speicherkapazität hat eine Tendenz abzunehmen, wenn sich der selektive Reduktionskatalysator verschlechtert.
Mit Referenz zu 1 ist ECU 3 mit dem NH₃-Sensor 26, dem Katalysator-Temperatursensor 27, dem NO_x-Sensor 28, 29, dem Kurbelwinkel-Sensor 14, dem Beschleunigungs-Sensor 14 und der Warnlampe 16 für verbleibendes Harnstoff-Volumen verbunden.
Der NH₃-Sensor 26 detektiert die Dichte von Ammoniak („NH₃-Dichte”) in der Emission nach dem selektiven Reduktionskatalysator 231 in dem Abgaskanal und sendet das Detektionssignal an ECU 3.
Der Katalysator-Temperatursensor 27 detektiert die Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators 231 („Katalysatortemperatur”) und sendet das Detektionssignal, das der detektierten Temperatur entspricht, an ECU 3. Der NO_x-Sensor 28 bzw. 29 detektiert die Dichte von NO_x, das in den selektiven Reduktionskatalysator 231 eintritt und austritt, und sendet das Detektionssignal, das dem detektierten NO_x entspricht, an ECU 3.
Der Beschleunigungs-Sensor 15 detektiert das Ausmaß an Herabdrücken (genannt „Beschleunigungsgrad”), das an einem Gaspedal (nicht gezeigt) angewandt wird, und sendet ein Detektionssignal für den detektierten Beschleunigungsgrad an ECU 3. ECU 3 berechnet als Antwort auf den Beschleunigungsgrad und die Umdrehung des Motors, den Drehmoment, der für den Motor benötigt wird.
Die Warnlampe 16 für die verbleibende Menge an Harnstoffflüssigkeit ist zum Beispiel an einem Amaturenbrett des Fahrzeugs bereitgestellt und wird angezündet, um den Fahrer zu warnen, wenn die verbleibende Menge der Harnstoffflüssigkeit im Tank 251 zu gering wird.
3 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur (Funktionen) von ECU 3 veranschaulicht. Die Funktion jedes Blockes Steuerungs-/Regelungsprogramme, die im Speicher gespeichert sind (nicht gezeigt), zu lesen und auszuführen, wird durch die in ECU 3 enthaltene CPU durchgeführt. Ein Kalkulator 301 für die NH₃-Menge in dem selektiven Reduktionskatalysator berechnet die Menge an NH₃, die im selektiven Reduktionskatalysator 231 gespeichert (adsorbiert) ist. Eine Einheit 302 zum Einstellen der NH₃-Speicherkapazität stellt die NH₃-Speicherkapazität in dem selektiven Reduktionskatalysator entsprechend der Temperatur und des Abbaus des selektiven Reduktionskatalysators 231 ein.
Eine Einheit 303 zum Einstellen der Zufuhrmenge des Reduktionsmittels stellt die Zufuhrmenge oder die Einspritzmenge des Reduktionsmittels oder der Harnstoffflüssigkeit durch die Harnstoff-Einspritzeinrichtung 25 basierend auf der Differenz zwischen der berechneten NH₃-Menge und der Speicherkapazität von NH₃ in dem selektiven Reduktionskatalysator ein. In diesem Zusammenhang macht die Einheit 303 das Einspritzintervall länger, während die Harnstoffflüssigkeit für die kürzeste Einspritzzeit eingespritzt wird, wenn die Einheit 303 eine Einspritzzeit einstellen soll, die kürzer ist als eine kürzeste Einspritzzeit, bei der die Einspritzeinrichtung 253 der Harnstoff-Einspritzeinheit 25 arbeiten kann, wodurch die Zufuhrmenge an Harnstoffflüssigkeit angepasst wird.
4 veranschaulicht Grafiken, die Beispiele von Steuerung/Regelung der Einspritzzeit und des Einspritzintervalls für die Harnstoffflüssigkeit mit der Einheit 303 zum Einstellen der Zufuhrmenge des Reduktionsmittels zeigt. Die Grafiken (a) zeigen ein Beispiel gemäß einem konventionellen Verfahren und die Grafiken (b) zeigen ein Beispiel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In dem konventionellen Schema wie in 4(a) gezeigt, wird angenommen, dass der Einspritzbefehl 41 unter einer niedrigsten Einspritzmenge (gestrichelte Linie) eingestellt ist, dass die Einspritzeinrichtung 253 adäquat arbeiten kann. Dann wird die Einspritzeinrichtung 253 dazu gebracht, Harnstoffflüssigkeit für einen Zeitraum (Ventilöffnungszeit) T1 mit einem vorbestimmten Einspritzintervall T2 einzuspritzen, wobei T1 kürzer ist als ein Einspritzzeitraum T0, die kürzeste Zeit, für die eine präzise Einspritzung garantiert ist. Wenn der Einspritzzeitraum T1 nicht adäquat gesteuert/geregelt werden kann, fluktuiert die Einspritzmenge pro Schuss. Wie in der unteren Grafik zu sehen ist, fluktuiert die NH₃-Speichermenge im selektiven Reduktionskatalysator so, dass die NH₃-Speichermenge extrem niedriger wird als die NH₃-Speicherkapazität oder zu groß wird, um überzufließen. Als Konsequenz erhöht sich die NO_x-Emission aus dem Abgaskanal (T/P) stromabwärts des selektiven Reduktionskatalysators 23 oder die NH₃-Schlupfmenge zum Abgaskanal (T/P) erhöht sich.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wie in 4(b) veranschaulicht, steuert/regelt die Einheit 303 zum Einstellen der Zufuhrmenge des Reduktionsmittels die Einspritzeinrichtung 253, um die Harnstoffflüssigkeit für den kleinsten Zeitraum T0 (Ventilöffnungszeit), für die eine Qualitätseinspritzung garantiert ist, einzuspritzen, wenn der Einspritzbefehl 41 unter der kleinsten Menge (gestrichelte Linie) eingestellt ist. Um mehr Einspritzung der Harnstoffflüssigkeit als benötigt durch den Einspritzbefehl 41 zu verhindern, wird das Intervall für die nächste Einspritzung auf T3 erhöht, das länger ist als das reguläre Intervall T2 (T3 > T2), gezeigt in 4(a). Mit diesem Schema wird die Fluktuation der Einspritzmenge pro Schuss durch die Einspritzeinrichtung 253 klein, was in einer relativ kleinen Fluktuation der NH₃-Speichermenge in dem selektiven Reduktionskatalysator resultiert. Als Konsequenz wird eine Erhöhung der NO_x-Emission für den Abgaskanal (T/P) stromabwärts des selektiven Reduktionskatalysators 23 und Erhöhung der NH₃-Schlupfmenge zu dem Abgaskanal (T/P) unterdrückt und vermieden.
Nun zu 3 zurück kommend berechnet eine Einheit 304 zur Berechnung der Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators die Reinigungsrate R mit der Gleichung (1), die unten gezeigt ist, unter Verwendung der NO_x-Dichte-Ausgabe N1 und N2 aus dem NO_x-Sensor 28 und 29, wenn der Motor 1 in einem vorbestimmten Betriebszustand ist. Wenn sich der selektive Reduktionskatalysator verschlechtert, wird die NO_x-Dichte-Ausgabe aus dem stromabwärtigen NO_x-Sensor 29 groß. R = (N1 – N2)/N1 (1)
Eine Einheit 305 zur Bestimmung der Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators bestimmt die Verschlechterung basierend auf der berechneten Reinigungsrate R. Ein Beispiel solch einer Bestimmung ist wie folgt. Wenn die Reinigungsrate R weniger ist als ein vorbestimmter Wert R1 (R < R1) wird die Verschlechterung als „groß” (i) bestimmt, wenn die Reinigungsrate R größer ist als ein vorbestimmter Wert R2, der größer als R1 ist, wird die Verschlechterung als „klein” (ii) bestimmt und wenn die Reinigungsrate R zwischen R1 und R2 liegt (R2 > R > R1) wird die Verschlechterung als „mittel” (iii) bestimmt.
Die Einheit 303 zum Einstellen der Zufuhrmenge des Reduktionsmittels steuert/regelt die Einspritzzeit (Ventilöffnungszeit) der Einspritzeinrichtung 253 gemäß der bestimmten Verschlechterung, um weniger Harnstoffflüssigkeit mit kürzerer Einspritzzeit oder mehr Harnstoffflüssigkeit mit längerer Einspritzzeit zuzuführen. Wenn sich die Verschlechterung zum Beispiel von „klein” zu „mittel” und zu „groß” ändert, wird die Einspritzzeit der Harnstoffflüssigkeit schrittweise gesenkt, so dass die Einspritzzeit die kleinste Zeit T0 für garantierte Qualitätseinspritzung (Ventilöffnungszeit) wird. Ähnlich kann das Einspritzintervall (zyklische Periode) schrittweise erhöht werden, während sich die Verschlechterung von „klein” zu „mittel” und zu „groß” ändert.
5 zeigt ein Beispiel der Steuerung/Regelung der Harnstoffflüssigkeits-Einspritzung gemäß der Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators. Wie in 5(a) gezeigt, nimmt die Reinigungsrate R, die durch die Gleichung (1) ausgedrückt ist, ab, wenn sich der Katalysator durch Altern verschlechtert. Gemäß des Fortschreitens der Verschlechterung, wie in 5(b) gezeigt, wird die Einspritzzeit (Ventilöffnungszeit) für die Harnstoffflüssigkeit solange gesenkt, bis sie die geringste Zeit (Ventilöffnungszeit) T0 von garantierter Qualitätseinspritzung erreicht, wenn das Niveau der Verschlechterung „groß” erreicht. Das Intervall zur Einspritzung der Harnstoffflüssigkeit wird schrittweise von T2 zu T3 erhöht. Als Konsequenz wird die Einspritzmenge der Harnstoffflüssigkeit geprüft, wie in 5(c) gezeigt, so dass gemäß der Reduktion der NH₃-Speicherkapazität gemäß der Verschlechterung des Katalysators die tatsächliche NH₃-Speichermenge reduziert werden kann. Folglich kann die Erhöhung der NH₃-Schlupfmenge zum Abgaskanal (T/P) unterdrückt oder verhindert werden.
6 ist eine Grafik, die den Steuerungs-/Regelungsfluss für die Einspritzzeit und das Einspritzintervall der Harnstoffflüssigkeit zeigt, wenn die NH₃-Speicherkapazität des Katalysators mit der Verschlechterung abnimmt. Die NH₃-Speicherkapazität V1 gemäß der Verschlechterung des Katalysators wird unter Verwendung der NH₃-Speicherkapazitätstabelle A, die im Speicher von ECU 3 gespeichert ist, berechnet. Wie oben beschrieben nimmt die NH₃-Speicherkapazität V1 ab, wenn die Katalysatortemperatur steigt und die Verschlechterung fortschreitet (5, c). Die Einspritzmenge der Harnstoffflüssigkeit pro Schuss (Einspritzung) wird auf die Menge an NH₃, Zufuhrmenge V2 von NH₃ umgewandelt, unter Verwendung der Gleichung B des hydrolytischen Abbaus.
Die Menge an NH₃, die in der NO_x-Reduktionsreaktion verbraucht wird, wird wie folgt berechnet. Die NO_x-Dichte, die durch den NO_x-Sensor 28 detektiert wird, wird zu den Mengen an NO und NO₂ unter Verwendung einer NO_x-Umwandlungstabelle, die im Speicher von ECU 3 gespeichert ist, umgewandelt. Ähnlich werden das Reinigungs(Reduktions)-Verhältnis F1 und F2 für NO bzw. NO₂ unter Verwendung einer NO_x-Reinigungsverhältnistablelle, die im Speicher von ECU 3 gespeichert ist, bestimmt. Unter Verwendung der Gleichungen (1), (2) und (3) zur in 6 gezeigten Reduktionsreaktion, wird die Menge an NH₃, die für die reduzierten Mengen an NO und NO₂ benötigt würde, berechnet. Eine Summe der Menge an NH₃, die aus jeder Gleichung erhalten wurde, ist die Menge V3 an NH₃, die durch die NO_x-Reduktionsreaktion verbraucht wird.
Die NH₃-Menge (V2 – V3), das heißt die NH₃-Zufuhrmenge V2 minus die verbrauchte NH₃-Menge V3, wird für einen vorbestimmten Einspritzzeitraum (Anzahl an Schüssen) gesammelt, um die NH₃-Menge V4 zu erhalten, die in dem Katalysator in dem vorbestimmten Einspritzzeitraum (Anzahl an Schüssen) gespeichert ist. Basierend auf der Differenz (V1 – V4), dass heißt die NH₃-Speicherkapazität V1 minus der NH₃-Speichermenge, wird die Korrekturmenge T1 für die Einspritzzeit der Harnstoffflüssigkeit berechnet. Wenn die Differenz (V1 – V4) zum Beispiel groß ist, wird die Korrekturmenge T1 groß eingestellt, um die Einspritzmenge zu erhöhen, und wenn die Differenz klein oder minus ist, wird die Korrekturmenge T1 klein eingestellt, um die Einspritzmenge zu verringern.
Ein vorbestimmter Umwandlungs-Koeffizient wird zu der Einspritzmenge der Harnstoffflüssigkeit pro Schuss (Einspritzung) multipliziert, um einen Einspritz-Zeitraum (Ventilöffnungszeitraum) T2 für die Einspritzmenge zu erhalten. Die Korrektur T1 wird von dem Einspritz-Zeitraum (Ventilöffnungszeitraum) T2 reduziert, um einen korrigierten Einspritz-Zeitraum (T2 – T1) zu erhalten, die der Einspritzeinrichtung 253 als ein Befehl bereitgestellt ist. Ein Einspritzintervall T3 wird durch das Verhältnis (T2/T1) multipliziert, um ein korrigiertes Einspritzintervall (T3 × T2/T1) bereitzustellen, das der Einspritzeinrichtung 253 für das Einspritzintervall gegeben wird. Das Verhältnis (T2/T1) arbeitet als ein Koeffizient für das Senken oder Erhöhen des Einspritzintervalls gemäß der Erhöhung bzw. Abnahme der korrigierten Einspritzzeit (T2 – T1), um eine vorbestimmte Einspritz-Fließmenge aufrecht zu erhalten.
Mit Bezug zu 7 und 8 wird nun das Schema zur Steuerung/Regelung der Einspritzzeit (Ventilöffnungszeit) und des Einspritzintervalls für die Einspritzeinrichtung 253 beschrieben werden. 7 zeigt ein Beispiel zur Sicherung einer bestimmten Fließmenge mit der Einspritzzeit (Ventilöffnungszeit), die auf die kürzeste Zeit eingestellt ist, für die eine Qualitätseinspritzung garantiert ist. 8 zeigt ein Beispiel der Struktur zur Steuerung/Regelung der Einspritzzeit (Ventilöffnungszeit) und des Einspritzintervalls.
7(a) zeigt ein Beispiel zur Durchführung einer Einspritzung für eine Minute bei einer Geschwindigkeit von 1 Hz mit 10 ms Einspritzzeit, um eine vorgeschriebene Fließmenge von 0,26 g/min zu erreichen, wobei die 10 ms Einspritzzeit eine Einspritzzeit ist, für die Präzisionseinspritzung garantiert ist. 7(b) zeigt ein Beispiel zur Durchführung einer Einspritzung für eine Minute bei einer Geschwindigkeit von 0,5 Hz mit 10 ms Einspritzzeit, um eine vorgeschriebene Fließmenge von 0,15 g/min zu erreichen, eine Hälfte des Falles in 7(a). Es sollte bedacht werden, dass in (b) das Einspritzintervall (zyklische Periode) doppelt zum Fall von (a) ist, um eine vorgeschriebene Fließmenge zu erreichen, die eine Hälfte des Falles von (a) ist. 7(c) zeigt ein Beispiel zur Durchführung einer Einspritzung für eine Minute bei einer Geschwindigkeit von 0,1 Hz mit 10 ms Einspritzzeit, um eine vorgeschriebene Fließmenge von 0,026 g/min zu erhalten, ein Zehntel des Falles von (a). Es sollte bedacht werden, dass in (c) das Einspritzintervall (zyklische Periode) zehn Mal zum Fall von (a) ist, um die vorgeschriebene Fließmenge, die ein Zehntel zum Fall von (a) ist, zu erreichen. Folglich kann eine benötigte Einspritz-Fließmenge durch Anpassen des Einspritzintervalls erreicht werden, sogar wenn die Einspritzzeit auf die geringste Zeit eingestellt ist, für die eine präzise Einspritzung garantiert ist.
In 8 wird angenommen, dass ECU 3 einen Befehl für die Ventilöffnungszeit des Ventils der Einspritzeinrichtung 253 bezüglich einer elektrischen Leitungszeit TA (ms) ausgegeben hat. TA kann durch die Einheit von Millisekunden (TA = n (ms), n: ganze Zahl) eingestellt werden. Ein Vergleich wird an einem Komparator 43 durchgeführt, um zu bestimmen, welche Einspritzzeit (Ventilöffnungszeit) der Einspritzeinrichtung 253 die kleinste ist, für die Präzision garantiert ist, wenn TA (ms) größer als 10 ms ist. Wenn TA größer als 10 ms ist, wählt der Komparator die TA als eine elektrische Leitungszeit aus und gibt sie aus. Wenn die TA nicht größer als 10 ms ist, wählt der Komparator 10 ms als eine elektrische Leitungszeit aus und gibt sie aus.
Weiterhin vergleicht ein Set an Komparatoren 45 jeweils TA mit von 1 bis 10 ms mit der Zunahme von 1 ms, um zu bestimmen, welcher der Komparatoren passt. Der passende Komparator wählt eine korrespondierende Geschwindigkeit 46 aus. Wenn zum Beispiel TA = 1 ms wird die Geschwindigkeit von 0,1 Hz ausgewählt. Wenn TA nicht kleiner als 10 ms ist, wird die Geschwindigkeit von 1 Hz ausgewählt. Die ausgewählte Geschwindigkeit wird an eine Auswahleinrichtung 47 gesendet und als ein Befehl für das Leitungsintervall oder Einspritzintervall ausgegeben.
9 ist eine Ablaufgrafik zur Steuerung/Regelung der Einspritzmenge von Harnstoffflüssigkeit. Dieser Steuerungs-/Regelungsfluss wird bei jedem Steuerungs-/Regelungszyklus durchgeführt, indem ein Steuerungs-/Regelungsprogramm aus dem Speicher von ECU 3 gelesen wird.
In Schritt S1 wird eine Problem-Flag für die Harnstoff-Einspritzeinheit 25 geprüft, um zu sehen, ob sie auf „1” eingestellt ist. Diese Problem-Flag ist auf „1” eingestellt, wenn die Harnstoff-Einspritzeinheit bestimmt ist, ein Problem zu haben, ansonsten ist sie auf „0” eingestellt. Wenn die Bestimmung in Schritt S1 „ja” ist, wandert das Verfahren zu Schritt S16, um die Harnstoff-Einspritzmenge auf „0” einzustellen und das Verfahren zu beenden. Wenn die Bestimmung in Schritt S1 negativ ist, schreitet das Verfahren weiter zu Schritt S2.
In Schritt S2 wird eine Verschlechterungs-Flag für den selektiven Reduktionskatalysator geprüft, um zu sehen, ob sie auf „1” eingestellt ist. Die Verschlechterungs-Flag ist auf „1” eingestellt, wenn der selektive Reduktionskatalysator 231 in 1 durch ein Bestimmungsverfahren, das nicht in 9 gezeigt ist, bestimmt ist, ein Problem zu haben, und ansonsten ist die Flag auf „0” eingestellt. Wenn die Bestimmung in Schritt S2 positiv ist, wandert das Verfahren zu Schritt S16, um die Harnstoff-Einspritzmenge auf „0” einzustellen, und beendet das Verfahren. Wenn die Bestimmung negativ ist, wandert das Verfahren zu Schritt S3.
In Schritt S3 wird die verbleibende Menge an Harnstoffflüssigkeit geprüft, um zu sehen, ob sie unter einem vorbestimmten Wert ist. Die verbleibende Menge an Harnstoffflüssigkeit ist die Menge an Harnstoffflüssigkeit, die in dem Harnstoffflüssigkeits-Tank 251 in 1 verbleibt und wird basierend auf der Ausgabe eines Niveau-Sensors berechnet. Wenn die Bestimmung positiv ist, wandert das Verfahren zu Schritt S4 und wenn sie negativ ist, wandert das Verfahren zu Schritt S5.
In Schritt S4 wird eine Warnlampe für die verbleibende Menge an Harnstoffflüssigkeit erleuchtet, die Einspritzmenge von Harnstoffflüssigkeit ist auf „1” in Schritt S16 eingestellt und das Verfahren wird beendet.
In Schritt S5 wird der Oxidationskatalysator 21 in 1 geprüft, um zu bestimmen, ob der Wert eines Erwärmungs-Timers größer ist als ein vorbestimmter Wert. Der Erwärmungs-Timer misst eine Erwärmungszeit des Oxidationskatalysators nachdem der Motor gestartet wurde. Wenn die Bestimmung positiv ist, wandert das Verfahren zu Schritt S6 und wenn die Bestimmung negativ ist, wandert das Verfahren zu Schritt S16, um die Einspritzmenge von Harnstoffflüssigkeit auf „0” einzustellen und das Verfahren wird beendet.
In Schritt S6 wird die Sensor-Problem-Flag geprüft, um zu bestimmen, ob die Flag auf „0” eingestellt ist. Die Flag ist auf „0” eingestellt, wenn irgendeiner der Sensoren, einschließlich des NH₃-Sensors 26, des Katalysator-Sensors 27 und der NO_x-Sensoren 28, 29 in 1 ein Problem haben und ist ansonsten auf „0” eingestellt. Wenn die Bestimmung positiv ist, wandert das Verfahren zu Schritt S7. Wenn die Bestimmung negativ ist, wandert das Verfahren zu Schritt S16, um die Einspritzmenge von Harnstoffflüssigkeit auf „0” einzustellen, und das Verfahren wird beendet.
In Schritt S7 wird eine aktive Flag für den NH₃-Sensor 26 geprüft, um zu sehen, ob sie auf „1” eingestellt ist. Die aktive Flag für den NH₃-Sensor ist auf „1” eingestellt, wenn der NH₃-Sensor 26 bestimmt ist, einen aktiven Zustand erreicht zu haben, und die Flag wird ansonsten auf „0” eingestellt. Wenn die Bestimmung positiv ist, wandert das Verfahren zu Schritt S8. Wenn die Bestimmung negativ ist, wandert das Verfahren zu Schritt S16, um die Einspritzmenge an Harnstoffflüssigkeit auf „0” einzustellen und das Verfahren wird beendet.
In Schritt S8 wird eine Bestimmung durchgeführt, ob Hydrolyse an der Harnstoffflüssigkeit stattfinden kann, um NH₃ herzustellen. Spezifisch wird die Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators 23 geprüft, um zu bestimmen, ob sie gleich zu oder höher als eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel 160 Grad Celsius) ist, unter der die Harnstoffflüssigkeit hydrolytisch abgebaut werden kann. Wenn die Bestimmung positiv ist, wird angenommen, dass NH₃ durch hydrolytischen Abbau von Harnstoffflüssigkeit hergestellt wird und das Verfahren wandert zu Schritt S9. Wenn die Bestimmung negativ ist, wandert das Verfahren zu Schritt S16, um die Einspritzmenge an Harnstoffflüssigkeit auf „0” einzustellen, und das Verfahren wird beendet.
In Schritt S9 beginnt die Berechnung der Einspritzmenge von Harnstoffflüssigkeit. Zuerst wird in Schritt S10 eine Bestimmung durchgeführt, ob die Einspritzmenge von Harnstoffflüssigkeit größer als eine vorbestimmte Menge ist. Die vorbestimmte Menge ist hier die Fließmenge, die durch die Einspritzeinrichtung 253 in der kürzesten Zeit, für die eine präzise Einspritzung garantiert ist (zum Beispiel 10 ms) wie oben beschrieben, eingespritzt wird. Wenn die Bestimmung positiv ist wandert das Verfahren zu Schritt S11, um die Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators 231 zu bestimmen. Das Schema für diese Bestimmung wurde oben beschrieben. In Schritt S12, responsiv zu dem Grad an Verschlechterung, wird die Einspritzzeit und das -intervall für die Einspritzeinrichtung 253 eingestellt. Dieses Schema wurde oben mit Bezug auf die 5, 6 und andere beschrieben.
Wenn die Bestimmung in Schritt 10 negativ ist, wird eine Einspritzzeit, die kürzer ist als die kürzeste Zeit (zum Beispiel 10 ms), für die eine präzise Einspritzung garantiert ist, benötigt. In diesem Fall wird die Einspritzzeit auf die kürzeste Zeit (zum Beispiel 10 ms) in Schritt S13 eingestellt, um Fehler in der tatsächlichen Einspritzmenge zu vermeiden. In Schritt S14 wird das Einspritzintervall zum Sicherstellen der benötigten Einspritz-Fließmenge bestimmt. Dieses Schema wurde mit Bezug auf die 6–8 oben beschrieben. Zuletzt werden in Schritt S15 die Einspritzzeit (Ventilöffnungszeit) und das Einspritzintervall (zyklische Periode), die in den Schritten S12, S13 oder S14 bestimmt werden, der Einspritzeinrichtung 253 gegeben.
Die Ausführungsformen wurden oben zu Beispielzwecken beschrieben und sollen den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht beschränken. Die vorliegende Erfindung ist auf einen Motor mit einer Vielzahl an Zylindern und auf einen Benzindirekteinspritzungsmotor anwendbar. Weiterhin ist die Zufuhr des Reduktionsmittels nicht auf die Zufuhr von Harnstoffflüssigkeit der Ausführungsformen beschränkt, NH₃ im gasförmigen Zustand kann auch direkt zugeführt werden. In der Ausführungsform von 1 zum Beispiel kann eine Einheit zur Zufuhr von NH₃-Gas anstatt der Einheit 25 zum Einspritzen von Harnstoffflüssigkeit eingesetzt werden, wodurch direkt NH₃-Gas zugeführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2001-323835 [0004, 0005, 0008]

Claims

Emissionsreinigungsgerät für einen Verbrennungsmotor umfassend: einen selektiven Reduktionskatalysator, der in einem Abgaskanal bereitgestellt wird, wobei der selektive Reduktionskatalysator das Reduktionsmittel NH₃ einfängt und NO_x, das in dem Abgaskanal fließt, mit dem eingefangenen NH₃ reduziert; eine Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels stromaufwärts des selektiven Reduktionskatalysators in dem Abgaskanal; eine Einheit zum Einstellen einer Zufuhrmenge des Reduktionsmittels, das durch die Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels zugeführt werden soll; wobei, wenn die Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels eine Menge des Reduktionsmittels zuführen soll, die einer Zufuhrzeit entspricht, die kürzer ist als die minimale Zufuhrzeit, die die Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels steuern/regeln kann, die Einheit zum Einstellen einer Zufuhrmenge die Zufuhrzeit entsprechend der minimalen Zufuhrzeit mit einem Intervall zur Zufuhr des Reduktionsmittels einstellt, das erweitert ist, um die benötigte Zufuhrmenge zu erreichen.
Abgasreinigungsgerät nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine Einheit zur Berechnung einer Reduktionseffizienz des selektiven Reduktionskatalysators; und eine Einheit zur Beurteilung des Grades an Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators basierend auf der Reduktionseffizienz, wobei die Einheit zum Einstellen der Zufuhrmenge des Reduktionsmittels mindestens eines von Verkürzen der Zufuhrzeit und Erweitern des Zufuhrintervalls für das Reduktionsmittel entsprechend des Grades an Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators ausführt.
Abgasreinigungsgerät nach Anspruch 2, weiter umfassend: eine Einheit zur Detektion der Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators; eine Einheit zur Bestimmung der NH₃-Speicherkapazität des selektiven Reduktionskatalysators entsprechend der Temperatur und des Grades an Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators; und eine Einheit zur Abschätzung der NH₃-Menge in dem selektiven Reduktionskatalysator, wobei die Einheit zum Einstellen der Zufuhrmenge des Reduktionsmittels die Zufuhrmenge, die durch die Einheit zur Zufuhr des Reduktionsmittels zugeführt werden soll, basierend auf der Differenz zwischen der geschätzten NH₃-Menge und der NH₃-Speicherkapazität einstellt.
Abgasreinigungsgerät nach Anspruch 3, wobei die Einheit zur Bestimmung der NH₃-Speicherkapazität die NH₃-Speicherkapazität des selektiven Reduktionskatalysators entsprechend des Grades an Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators reduziert.