DE112016005959T5

DE112016005959T5 - Ozon-Zuführsteuervorrichtung

Info

Publication number: DE112016005959T5
Application number: DE112016005959.0T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Narita; Shigeto Yahata; Yuki Tarusawa; Yoshihiko Matsui; Yusuke MAJIMA
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-09-20
Also published as: JP6369455B2; JP2017115699A; WO2017110544A1

Abstract

Eine Ozon-Zuführsteuervorrichtung, welche den Betrieb einer Ozon-Zuführvorrichtung steuert, welche innerhalb eines Abgasdurchlasses, in welchem ein Katalysator angeordnet ist, der NO_x im Abgas adsorbiert und reduziert, führt stromaufwärts zum Katalysator Ozon zu. Die Ozon-Zuführsteuervorrichtung umfasst einen Schritt (S200) durch eine Schätzeinheit und einen Schritt (S26) durch eine Steuereinheit der Oxidation von NO₂. Die Schätzeinheit schätzt eine Adsorptionsmenge von NO₂ unter dem vom Katalysator adsorbierten NO_x. Die Steuereinheit der Oxidation von NO₂ führt Ozon in den Abgasdurchlass zu, um das auf dem Katalysator adsorbierte NO₂ zu oxidieren, wenn die durch die Schätzeinheit geschätzte Adsorptionsmenge an NO₂ gleich oder über einem vorbestimmten Grenzwert TH1 ist und eine Katalysatortemperatur geringer als eine Aktivierungstemperatur ist.

Description

QUERBEZUG ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2015 - 252254 , eingereicht am 24. Dezember 2015, dessen Inhalt hier durch Verweis einbezogen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ozon-Zuführsteuervorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Patentliteratur 1 beschreibt einen Verbrennungsmotor. Eine Reinigungsvorrichtung ist innerhalb eines Abgasdurchlasses bzw. einer Abgaspassage des Verbrennungsmotors angeordnet. Die Reinigungsvorrichtung umfasst einen Katalysator, welcher NO_x (Stickoxide) im Abgas adsorbiert und reduziert. Gemäß dieser Reinigungsvorrichtung wird NO_x durch Adsorptionskomponenten während Niedrigtemperaturzeitspannen adsorbiert, wenn der Katalysator nicht aktiviert wird. Sobald der Katalysator eine Aktivierungstemperatur erreicht, wird ein Reduktionsmittel dem Abgasdurchlass bereitgestellt, und NO_x wird durch den Katalysator reduziert und gereinigt.
Ferner beschreibt Patentliteratur 1 eine Ozon-Zuführvorrichtung, welche Ozon einer Stromaufwärtsseite der Reinigungsvorrichtung innerhalb des Abgasdurchlasses bereitstellt. Anschließend wird, durch die Zuführung von Ozon während der vorstehend beschriebenen Niedrigtemperaturzeitspannen, NO (Stickstoffmonoxid) im Abgas oxidiert. Deshalb wird NO in NO₂ (Stickstoffdioxid) und NO₃ (Stickstofftrioxid bzw. Salpetersäureion) umgewandelt, welche leichter adsorbiert werden. Deshalb wird die Adsorptionsmenge von NO_x durch den Katalysator erhöht, und es ist möglich die Menge an NO_x, welche durch den Katalysator nicht adsorbiert wird und austritt, zu verringern.
LITERATUR DES STANDES DER TECHNIK
PATENTLITERATUR
Patentliteratur 1: JP 2012-193620 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Während die Mehrheit an durch den Katalysator adsorbierten NO_x NO₂ oder NO₃ ist, weist NO₂ eine schwächere Adsorptionsstärke im Vergleich zu NO₃ auf. Aus diesem Grund neigt, wenn die Temperatur des Katalysators ansteigt, das NO_x, welches in der Form von NO₂ (nachstehend als schwaches NO_x bezeichnet) ist, vom Katalysator an einem früheren Zeitpunkt, z.B. bei niedrigeren Temperaturen, zu desorbieren. Wenn die Desorptionstemperatur geringer als die Aktivierungstemperatur ist, dann besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass das desorbierte, schwache NO_x in die Atmosphäre abgegeben bzw. ausgestoßen werden kann, ohne reduziert zu werden.
Die vorliegende Offenbarung wurde hinsichtlich den vorstehenden Empfehlungen gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Ozon-Zuführsteuervorrichtung bereitzustellen, welche die Menge an NO_x verringert, welche in die Atmosphäre abgegeben bzw. ausgestoßen wird, ohne reduziert zu werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung steuert eine Ozon-Zuführsteuervorrichtung den Betrieb einer Ozon-Zuführvorrichtung, welche Ozon einem Verbrennungsmotor, welcher einen Abgasdurchlass umfasst, zuführt, ein im Abgasdurchlass angeordneter Katalysator, welcher NO_x im Abgas des Verbrennungsmotors adsorbiert und reduziert, die Ozon-Zuführvorrichtung, welche das Ozon dem Abgasdurchlass stromaufwärts zum Katalysator zuführt, die Ozon-Zuführsteuervorrichtung umfasst eine Schätzeinheit, welche eine Adsorptionsmenge von NO₂ innerhalb des bzw. unter dem durch den Katalysator adsorbierten NO_x schätzt, und eine NO₂-OxidationsSteuereinheit, welche, wenn die durch die Schätzeinheit geschätzte NO₂-Adsorptionsmenge gleich oder über einem vorbestimmten Grenzwert ist und eine Katalysatortemperatur geringer als eine Aktivierungstemperatur ist, in dem Abgasdurchlass Ozon zuführt, um das auf dem Katalysator adsorbierte NO₂ zu oxidieren.
Gemäß diesem Aspekt wird die Adsorptionsmenge von NO₂ (d.h., schwaches NO_x) unter dem auf dem Katalysator adsorbierten NO_x geschätzt, und wenn die geschätzte NO₂-Adsorptionsmenge gleich oder über einem vorbestimmten Grenzwert ist und eine Katalysatortemperatur geringer als eine Aktivierungstemperatur ist, wird in den Abgasdurchlass Ozon zugeführt, um schwaches NO_x zu oxidieren. Deshalb wird bei einer niedrigen Temperatur, wenn die Katalysatortemperatur geringer als die Aktivierungstemperatur ist, schwaches NO_x in NO₃ (nachstehend als „starkes NO_x“ bezeichnet), welches sich in einem Zustand mit starker Adsorptionskraft befindet, umgewandelt. Deshalb ist es möglich, während sich die Temperatur des Katalysators erhöht, die Menge an NO_x, welche vom Katalysator während den frühen Niedrigtemperaturzeitspannen desorbiert, zu verringern, und es ist möglich die Menge an in die Atmosphäre abgegebenem, nicht-reduziertem NOx, zu verringern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, welche eine Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung, welche eine Ozon-Zuführvorrichtung umfasst, ein Verbrennungssystem, welches die Reduktionsmittel-Zuführeinheit umfasst, und eine Ozon-Zuführsteuervorrichtung zeigt.
2 ist ein Fließdiagramm, welches Verarbeitungsschritte zur Steuerung des Betriebs der in 1 gezeigten Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung zeigt.
3 sind experimentelle Ergebnisse, welche den Zusammenhang zwischen der NO_x-Adsorptionsmenge, der NO_x-Adsorptionsrate, und der Katalysatortemperatur zeigen.
4 sind experimentelle Ergebnisse, welche den Zusammenhang zwischen der Wärme der Desorptionsmenge von NO_x und der Katalysatortemperatur zeigen.
5 ist eine schematische Ansicht, welche einen auf dem Katalysator adsorbierten Zustand von NO_x zeigt.
6 ist ein Fließdiagramm, welches die Verarbeitungsschritte der NO₂-Oxidationssteuerung zeigt.
7 ist ein Diagramm, welches die Änderungsrate der Adsorptionsmenge des schwachen NO_x und die Ausführungszeiten der Oxidationsteuerungen von NO_x zeigt, wenn die Steuerungen von 6 ausgeführt werden.
8 ist ein Fließdiagramm, welches die Verarbeitungsschritte der NO₂-Oxidationssteuerung zeigt.
9 ist ein Fließdiagramm, welches die Verarbeitungsschritte der NO₂-Oxidationssteuerung zeigt.
10 ist ein Fließdiagramm, welches die Verarbeitungsschritte der NO₂-Oxidationssteuerung zeigt.
11 ist eine schematische Ansicht einer Ozon-Zuführvorrichtung.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend wird eine Mehrzahl an Ausführungsformen mit Bezug zur Zeichnung beschrieben. In jeder Ausführungsform werden Abschnitte bzw. Bereiche, welche den Elementen in vorhergehenden beschriebenen Ausführungsformen entsprechen durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und eine unnötige Erklärung kann ausgelassen werden. In jeder der Ausführungsformen können, wenn nur ein Teil der Anordnung bzw. Konfiguration beschrieben wird, die anderen Teile der Konfiguration mit Bezug zu den anderen, vorstehend beschriebenen Ausführungsformen angewendet werden.
(Erste Ausführungsform)
Ein wie in 1 dargestelltes Verbrennungssystem umfasst einen Verbrennungsmotor (nachstehend als Motor 10 bezeichnet), einen Turbolader 11, eine NO_x-Reinigungsvorrichtung 12, einen Dieselrußpartikelfilter (nachstehend als DPF 13 bezeichnet), und eine Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung. Das Verbrennungssystem ist an einem Fahrzeug angebracht bzw. montiert und das Fahrzeug wird durch die Leistung des Motors 10 betrieben. Der Motor 10 ist ein Kompressions-Selbstzündungs-Dieselmotor, und Dieselkraftstoff (Leichtöl), welches eine Kohlenwasserstoffverbindung ist, wird als ein Kraftstoff zur Verbrennung verwendet. Der Motor 10 wird allgemein in einem mageren Zustand betrieben. Mit anderen Worten, im Motor 10 wird ein Kraftstoff in einem Zustand verbrannt, in welchem ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches ein Verhältnis aus in der Brennkammer zugeführter Luft zu in die Brennkammer eingespritztem Kraftstoff ist, derart eingestellt ist, dass Luft im Überschuss d.h., in einem mageren Verbrennungszustand ist.
Der Turbolader 11 umfasst eine Turbine 11a, eine Rotationswelle 11b, und einen Kompressor 11c. Die Turbine 11a ist in einem Abgasdurchlass 10ex des Motors 10 angeordnet und rotiert durch die kinetische Energie eines Abgases. Die Rotationswelle 11b verbindet ein Laufrad der Turbine 11a mit einem Laufrad des Kompressors 11c und überträgt eine Rotationskraft der Turbine 11a zum Kompressor 11c. Der Kompressor 11c ist in einem Einlassdurchlass bzw. Einlasspassage 10in des Motors 10 angeordnet und führt dem Motor 10 die Einlassluft nach der Kompression (d.h., Turboladung) derselben zu.
Ein Kühler (nicht gezeigt) ist im Einlassdurchlass 10in stromabwärts zum Kompressor 11c angeordnet. Der Kühler kühlt die durch den Kompressor 11c verdichtete bzw. komprimierte Einlassluft (d.h., verdichtete Luft), und die durch den Kühler gekühlte, verdichtete Luft wird in den Brennkammern des Motors 10 verteilt, nachdem eine Strömungsmenge der komprimierten Einlassluft durch eine Drosselklappe (nicht gezeigt) eingestellt wird. Die NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 ist im Abgasdurchlass 10ex stromabwärts zur Turbine 11a angeordnet. Ferner ist der DPF 13 im Abgasdurchlass 10ex stromabwärts zur NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 angeordnet. Der DPF 13 filtert im Abgas enthaltene Partikel.
Ein Verbindungsrohr 23 der Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung ist mit dem Abgasdurchlass 10ex stromaufwärts zur NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 verbunden. Der durch die Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung als ein Reduktionsmittel erzeugte, reformierte Kraftstoff wird dem Abgasdurchlass 10ex mittels des Verbindungsrohres 23 zugeführt. Der reformierte Kraftstoff ist einer, bei dem eine als Reduktionsmittel verwendete Kohlenwasserstoffverbindung (Kraftstoff), welche teilweise oxidiert und in teilweise oxidierte Kohlenwasserstoffe wie Aldehyde reformiert wurde. Ferner umfasst die Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung eine Funktion, welche Ozon vom Verbindungsrohr 23 zum Abgasdurchlass 10ex zuführt.
Die NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 umfasst einen honigwabenförmigen Träger, welcher in einem Gehäuse untergebracht ist. Eine Beschichtung ist auf einer Oberfläche des Trägers versehen und ein Katalysator wird durch die Beschichtung getragen. Die NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 reinigt im Abgas enthaltenes NO_x mittels einer Reaktion von NO_x mit dem reformierten Kraftstoff in Anwesenheit des Katalysators, d.h., mittels eines Reduktionsprozesses von NO_x in NO₂. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl O₂ (Sauerstoff) ebenso im Abgas zusätzlich zu NO_x enthalten ist, das reformierte Reduktionsmittel selektiv (bevorzugt) mit NO_x in der Anwesenheit von O₂ reagiert.
Ein Katalysator mit einer NO_x-Adsorptionsfunktion wird als der Katalysator verwendet. Insbesondere weist der Katalysator das Adsorptionsvermögen auf, um NO_x im Abgas zu adsorbieren, wenn eine Katalysatortemperatur Tcat geringer ist als eine Aktivierungstemperatur. Zum Beispiel können eine Platin- oder Silber-reduzierende Katalysatorkomponente und eine Adsorptionskomponente wie Barium von einem Träger getragen werden, und diese Komponenten können einen Katalysator bereitstellen, welcher NO_x im Abgas adsorbiert und reduziert. Das durch die Adsorptionskomponente des Katalysators adsorbierte NO_x wird vom Katalysator desorbiert, wenn die Katalysatortemperatur Tcat gleich oder über der Aktivierungstemperatur ist. Anschließend wird das desorbierte NO_x durch den reformierten Kraftstoff auf der reduzierenden Katalysatorkomponente reduziert und somit gereinigt.
Als nächstes wird die Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung erklärt, welche reformierten Kraftstoff oder Ozon erzeugt und den reformierten Kraftstoff oder Ozon vom Verbindungsrohr 23 zum Abgasdurchlass 10ex zugibt. Die Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung umfasst einen Reaktionsbehälter 20, eine Heizeinrichtung 21, ein Einspritzventil 22, einen Ozonisator 30, ein Gebläse 50, das Verbindungsrohr 23, ein Zuführrohr 26, ein Öffnungs-/Schließventil 26v, und eine elektronische Steuereinheit (nachstehend als ECU 40 bezeichnet).
Der Ozonisator 30 umfasst die Elektroden 31, welche Elektrizität entladen, um Ozon zu erzeugen, und ein Elektrodengehäuse 32, welches die Elektroden 31 darin beherbergt. Ein Strömungsdurchlass 32a ist im Elektrodengehäuse 32 ausgebildet, und eine Mehrzahl der Elektroden 31 ist im Strömungsdurchlass 32a angeordnet. Die Elektroden 31 sind plattenförmig und sind gegenüberliegend angeordnet, um parallel zu sein, und die geerdeten Elektroden sind alternierend mit Hochspannungs-Applikationselektroden angeordnet. Die ECU 40 umfasst einen Mikrocomputer (nachstehend als Mikroprozessor 41 bezeichnet), welcher das Anlegen von Spannung an den Elektroden 31 steuert. Die durch das Gebläse 50 geblasene Luft strömt in das Elektrodengehäuse 32 des Ozonisators 30.
Wenn eine Spannung an den Elektroden 31 angelegt wird, um Elektrizität zwischen den Elektroden 31 zu entladen, werden die durch Zwischen-Elektrodendurchlässe bzw. - bereiche 31a strömenden Sauerstoffmoleküle in Ozon umgewandelt. Kurzum, wenn Spannung an den Elektroden 31 angelegt und das Gebläse 50 betrieben wird, werden hochaktive Substanzen, d.h. Ozon, zwischen jeder der Elektroden 31 erzeugt. Das erzeugte Ozon strömt von den Zwischen-Elektrodendurchlässe 31a und dem Strömungsdurchlass 32a aus, aufgrund der Ventilationskraft des Gebläses 50.
Das Gebläse 50 weist einen Aufbau auf, in welchem Luft durch das Rotieren eines in einem Gehäuse eines Gebläses beherbergten Ventilators mit einem elektrischen Motor geblasen wird. Die aus dem Gebläse 50 geblasene Luft wird dem Ozonisator 30 zugeführt und wird dem Inneren des Elektrodengehäuses 32 zugeführt, d.h. dem Strömungsdurchlass 32a, in dem die Elektrode 31 angeordnet ist. Die Menge an durch das Gebläse 50 ausgeblasener Luft wird durch den Mikroprozessor 41 eingestellt, welcher die Bestromung des elektrischen Motors steuert. Zum Beispiel kann der Mikroprozessor 41 die Steuerung des Arbeitszyklus auf der Menge an der dem elektrischen Motor zugeführten elektrischen Leistung ausführen, um die Menge an ausgeblasener Luft zu steuern.
Der Ozonisator 30 ist mit dem Reaktionsbehälter 20 über ein Zuführrohr 26 verbunden. Das Öffnungs- und Schließventil 26v vom elektromagnetisch betriebenen Typ ist an das Versorgungsrohr 26 angebracht. Das Öffnungs-/Schließventil 26v ist auf der Stromaufwärtsseite des Reaktionsbehälters 20 angeordnet. Der Öffnungs- und Schließantrieb des Öffnungs-/Schließventil 26v wird durch den Mikroprozessor 41 gesteuert. Insbesondere wird der Ventilkörper des Öffnungs-/Schließventils 26v zwischen einer vollständig geöffneten Position und einer vollständig geschlossenen Position geschaltet, um das Zuführrohr 26 zu öffnen und zu schließen.
Dementsprechend strömt, wenn das Gebläse 50 betrieben wird und das Öffnungs-/Schließventil 26v geöffnet wird, die Ozon-enthaltene Luft vom Ozonisator 30 durch das Zuführrohr 26, den Reaktionsbehälter 20, und das Verbindungsrohr 23 in dieser Reihenfolge und strömt in den Abgasdurchlass 10ex. Ferner ist es durch Schließen des Öffnungs-Schließventils 26v möglich, wenn der Abgasdruck hoch ist, das Zurückströmen des Abgases durch das Zuführrohr 26 zum Ozonisator 30 zu unterdrücken. Deshalb können Fremdmaterialien wie im Abgas enthaltender Ruß vor dem Haften an den Elektroden 31 geschützt werden, und es ist möglich eine Hinderung der elektrischen Entladung durch Anhaften von Fremdmaterial zu unterdrücken.
Die Heizeinrichtung 21 und das Einspritzventil 22 sind an dem Reaktionsbehälter 20 angebracht, und eine Reaktionskammer 20a ist im Inneren des Reaktionsbehälters 20 ausgebildet. Die Reaktionskammer 20a ist in Fluidverbindung mit einem Einlass 20in und einem Auslass 20out. Die Heizeinrichtung 21 weist einen Wärmeerzeugungsbereich auf, welcher Wärme erzeugt, wenn Strom anliegt, und die Bestromung des Wärmeerzeugungsbereiches wird durch den Mikroprozessor 41 gesteuert. Insbesondere steuert der Mikroprozessor 41 eine Wärmemenge des Wärmeerzeugungsbereichs durch Steuerung des Arbeitsverhältnisses einer Stromversorgungsmenge zum Wärmeerzeugungsbereich. Der Wärmeerzeugungsbereich ist in der Reaktionskammer 20a angeordnet, um den vom Einspritzventil 22 in die Reaktionskammer 20a eingespritzten Kraftstoff zu erwärmen. Die Temperatur der Reaktionskammer 20a wird durch den Reaktionskammer-Temperatursensor 27 gemessen bzw. detektiert. Der Temperatursensor 27 der Kammer sendet Informationen der detektierten Reaktionskammertemperatur Th zur ECU 40 aus.
Das Einspritzventil 22 umfasst einen Körper mit darauf ausgebildeten Einspritzöffnungen, ein elektrisches Antriebselement, und ein Ventilelement. Wenn Spannung an das elektrische Antriebselement angelegt wird, bewegt sich das Ventilelement, um die Einspritzöffnungen zu öffnen, wobei Kraftstoff durch die Einspritzöffnungen in die Reaktionskammer 20a eingespritzt wird. Wenn das elektrische Antriebselement bzw. Betätigungselement von der Spannung genommen wird, bewegt sich das Ventilelement, um die Einspritzöffnungen zu schließen, wobei die Kraftstoffeinspritzung angehalten bzw. beendet wird. Der Mikroprozessor 41 steuert eine Menge der Kraftstoffeinspritzung in die Reaktionskammer 20a pro Zeiteinheit durch Steuern des Anlegens von Spannung an das elektrische Antriebselement. Flüssiger Kraftstoff in einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) wird dem Einspritzventil 22 durch eine Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) zugeführt. Der Kraftstoff im Kraftstofftank wird ebenso, wie vorstehend beschrieben, als ein Kraftstoff zur Verbrennung verwendet. Das heißt, der Kraftstoff im Kraftstofftank wird sowohl als Kraftstoff zur Verbrennung im Motor 10 als auch als das Reduktionsmittel verwendet.
Der vom Einspritzventil 22 in die Reaktionskammer 20a eingespritzte Kraftstoff kollidiert mit der Heizeinrichtung 21 und wird durch die Heizeinrichtung 21 erwärmt und verdampft. Der verdampfte Kraftstoff wird mit der vom Einlass 20in in die Reaktionskammer 20a einströmenden Luft gemischt. Deshalb wird der verdampfte Kraftstoff teilweise mit Sauerstoff in der Luft oxidiert, und somit wird der verdampfte Kraftstoff in partiell bzw. teilweise oxidierte Kohlenwasserstoffe wie Aldehyd reformiert. Der auf diese Weise reformierte, verdampfte Kraftstoff (d.h., reformierter Kraftstoff) wird dem Abgasdurchlass 10ex durch das Verbindungsrohr 23 zugeführt.
In der Reaktionskammer 20a tritt eine kühle Flammenreaktion, wie im Detail nachstehend beschrieben, auf. In der kühlen Flammenreaktion wird verdampfter Kraftstoff teilweise mit Sauerstoff in der vom Einlass 20in einströmenden Luft oxidiert. Ein partielles Oxid (zum Beispiel Aldehyd) kann ein Beispiel des Kraftstoffs (d.h., reformierter Kraftstoff) sein, welcher teilweise auf diese Weise oxidiert wurde, indem ein Teil des Kraftstoffs (Kohlenwasserstoffverbindung) mit einer Aldehydgruppe (CHO) oxidiert wird. Ferner wird die Reaktion der partiellen Oxidation des Kraftstoffes gefördert, wenn die Menge an in der Luft enthaltenem Ozon, welche der Reaktionskammer 20a zugeführt wird, ansteigt. Mit anderen Worten, die Menge an Kraftstoff, welche aus der Reaktionskammer 20a strömt ohne partiell oxidiert zu werden (das heißt, nicht-reformierter Kraftstoff), sinkt.
Der in der ECU 40 enthaltenen Mikroprozessor 41 umfasst eine Speichervorrichtung, welche Programme speichert und einen Prozessor, wie einer zentralen Verarbeitungs- bzw. Prozesseinheit, welche arithmetische Prozesse gemäß den gespeicherten Programmen ausführt. Die ECU 40 steuert den Betrieb des Motors 10 basierend auf verschiedenen gemessenen Werten, wie Motordrehzahl und Motorlast per Zeiteinheit.
Die Motordrehzahl wird durch einen in der Nähe der Ausgangswelle des Motors 10 montierten Schrägwinkelsensor 14 gemessen bzw. detektiert. Physikalische Eigenschaften, welche die Motorlast darstellen, umfassen, zum Beispiel, Einlassdruck, Menge der Einlassluft, Ausmaß der Gaspedalbetätigung, etc. Der Einlassdruck wird durch einen Einlass-Drucksensor 15, welcher an einem Stromabwärtsbereich des Einlassdurchlasses 10in im Kompressor 11c angeordnet ist, gemessen. Die Menge an Einlassluft wird durch ein Luftströmungsmessgerät 16, welches an einen Stromaufwärtsbereich des Kompressors 11c im Einlassdurchlass 10in angeordnet ist, gemessen. Das Ausmaß der Gaspedalbetätigung wird durch einen Beschleunigungssensor 17, welcher an einem Gaspedal angeordnet ist, gemessen.
Zusätzlich zu den gemessenen Werten des Betriebszustands des Motors 10, wie Motordrehzahl und Motorlast, erfordert die ECU 40 weitere physikalische Eigenschaften, welche durch einen Reaktionskammer-Temperatursensor 27, einem Katalysator-Temperatursensor 42, einem Abgas-Temperatursensor 43, einem Abgasdrucksensor 44, einem Sensor der Lüftungsmenge 45, und einem Lüftungsdrucksensor 46 detektiert wurden. Basierend auf diesen physikalischen Eigenschaften wird der Betrieb der Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung gesteuert.
Der Katalysator-Temperatursensor 42 ist an der NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 angeordnet und detektiert die Umgebungstemperatur des Katalysators (d.h., die Katalysatortemperatur Tcat). Der Abgas-Temperatursensor 43 ist am Abgasdurchlass 10ex angeordnet und detektiert die Abgastemperatur. Der Abgasdrucksensor 44 ist am Abgasdurchlass 10ex angeordnet und detektiert den Abgasdruck. Der Abgas-Temperatursensor 43 und der Abgasdrucksensor 44 sind auf der Stromaufwärtsseite der NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 und auf der Stromabwärtsseite der Turbine 11a im Abgasdurchlass 10ex montiert. Der Sensor der Lüftungsmenge 45 ist auf der Stromaufwärtsseite des Ozonisators 30 und auf der Stromabwärtsseite des Gebläses 50 im Zuführrohr 26 montiert und detektiert eine Lüftungsmenge, welche die Menge an durch das Gebläse 50 geblasener Luft ist. Der Lüftungsdrucksensor 46 ist auf der Stromaufwärtsseite des Reaktionsbehälters 20 und auf der Stromabwärtsseite des Ozonisators 30 im Versorgungsrohr 26 montiert und detektiert einen Lüftungsdruck, welcher der Druck der Luft im Zuführrohr 26 ist.
Als ein Überblick, die ECU 40 steuert den Betrieb der Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung wie folgt. Basierend auf einer Katalysatortemperatur schaltet die ECU 40 zwischen einem Reduktionsmittel-Zuführsteuerprozess, welcher dem Abgasdurchlass 10ex Reduktionsmittel zuführt, und einem Ozon-Zuführsteuerprozess, welcher dem Abgasdurchlass 10ex Ozon zuführt. Ferner schaltet die ECU 40 zwischen einem Steuerprozess einer starken Oxidation, einem Steuerprozess einer schwachen Oxidation und einem Steuerprozess des Beendens der Oxidation, bei der Ausführung des Reduktionsmittelzugabe-Steuerprozesses, basierend auf der Reaktionskammertemperatur Th.
Insbesondere steuert der Mikroprozessor 41 den Betrieb der Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung durch periodisches Ausführen mit einer vorbestimmten Zeitspanne, eines den in 2 gezeigten Prozessschritten entsprechenden Programms. Zuerst wird in Schritt S10 von 2 entschieden bzw. bestimmt, ob der Motor 10 in Betrieb ist oder nicht. Wenn entschieden wird, dass der Motor 10 nicht in Betrieb ist, wird angenommen, dass NO_x, welches das Zielobjekt der Reinigung ist, nicht im Abgasdurchlass 10ex vorhanden ist, und bei Schritt S19 wird ein vollständiges Anhalten des Steuerprozesses ausgeführt, um den Betrieb der Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung anzuhalten. Die Steuerung des vollständigen Anhaltens bzw. Beendens ist eine Steuerung, um die Zuführung des Ozons und des Reduktionsmittels an den Abgasdurchlass 10ex anzuhalten bzw. zu beenden. Mit anderen Worten, das Gebläse 50, der Ozonisator 30, die Heizeinrichtung 21, und das Einspritzventil 22 werden alle angehalten, und das Öffnungs-/Schließventil 26v wird geschlossen.
Umgekehrt, wenn entschieden wird, dass der Motor 10 bei Schritt S10 in Betrieb ist, dann wird bei Schritt S11 entschieden, ob die Katalysator-Temperatur Tcat über einer ersten vorbestimmten Temperatur T1 ist. Wenn entschieden wird, dass die Katalysator-Temperatur Tcat unter der ersten vorbestimmten Temperatur T1 ist, fährt der Prozess mit Schritt S12 fort, in welchem entschieden wird, ob die Katalysator-Temperatur Tcat über einer zweiten vorbestimmten Temperatur T2 ist. Wenn entschieden wird, dass die Katalysator-Temperatur Tcat unterhalb der zweiten vorbestimmten Temperatur ist, fährt der Prozess mit Schritt S13 fort, in welchem entschieden wird, ob die Katalysator-Temperatur Tc überhalb einer dritten vorbestimmten Temperatur T3 ist. Wenn entschieden wird, dass die Katalysator-Temperatur unter der dritten vorbestimmten Temperatur ist, fährt der Prozess mit Schritt S14 fort, in welchem bestimmt wird, ob die Katalysator-Temperatur Tcat über einer vierten vorbestimmten Temperatur T4 ist.
Die erste vorbestimmte Temperatur T1 und die zweite vorbestimmte Temperatur T2 sind eingestellt, um höher als die dritte vorbestimmte Temperatur T3 zu sein. Die erste vorbestimmte Temperatur T1 wird höher eingestellt als die zweite vorbestimmte Temperatur T2. Zum Beispiel, wenn die dritte vorbestimmte Temperatur T3 200 °C ist, kann die zweite vorbestimmte Temperatur T2 auf 350 °C eingestellt werden bzw. sein und die erste vorbestimmte Temperatur T1 kann auf 400 °C eingestellt werden bzw. sein. Hier ist die dritte vorbestimmte Temperatur T3 die niedrigste Temperatur (d.h., die Aktivierungstemperatur), bei welcher NO_x in der Anwesenheit des Katalysators reduziert und gereinigt werden kann. Die vierte vorbestimmte Temperatur T4 ist die niedrigste Temperatur, bei welcher reaktiver Sauerstoff am bzw. auf dem Katalysator adsorbiert werden kann, und wird auf eine niedrigere Temperatur eingestellt als die dritte vorbestimmte Temperatur.
Wenn durch die Entscheidung bei den Schritten S11, S12, S13, und S14 entschieden wird, dass die Katalysator-Temperatur Tcat geringer ist als die vierte vorbestimmte Temperatur T4, wird die vorstehend beschriebene Steuerung des vollständigen Anhaltens bzw. Beendens in Schritt S19 ausgeführt. Wenn entschieden wird, dass die Katalysator-Temperatur Tcat höher als die vierte vorbestimmte Temperatur T4 und niedriger als die dritte vorbestimmte Temperatur T3 ist, wird eine Ozon-Zuführsteuerung in Schritt S15 ausgeführt. Wenn entschieden wird, dass die Katalysator-Temperatur Tcat höher als die dritte vorbestimmte Temperatur T3 und niedriger als die zweite vorbestimmte Temperatur T2 ist, wird eine Steuerung der starken Oxidation in Schritt S16 ausgeführt. Wenn entschieden wird, dass die Katalysator-Temperatur Tcat höher als die dritte vorbestimmte Temperatur T3 und niedriger als die zweite vorbestimmte Temperatur T2 ist, wird eine Steuerung der schwachen Oxidation in Schritt S17 ausgeführt. Wenn entschieden wird, dass die Katalysator-Temperatur Tcat höher als die erste vorbestimmte Temperatur T1 ist, wird eine Steuerung des Beendens der Oxidation in Schritt S18 ausgeführt.
Wenn ein Äquivalenzverhältnis, welches das Verhältnis von eingespritztem Kraftstoff zu zugeführter Luft ist, und eine Umgebungstemperatur des eingespritzten Kraftstoffs eingestellt werden, um in einem vorbestimmten Bereich zu sein, erfährt der eingespritzte Kraftstoff eine kühle Flammenreaktion ohne eine heiße Flammenreaktion zu erreichen. Eine heiße Flammenreaktion ist eine Reaktion, in welcher der Kraftstoff vollständig verbrannt wird, um Kohlenstoffdioxid und Wasser zu erzeugen. Eine kühle Flammenreaktion ist eine Reaktion, in welcher der Kraftstoff partiell bzw. teilweise mit Sauerstoff in der Luft oxidiert wird. Ein partielles Oxid (zum Beispiel, Aldehyd) kann ein Beispiel eines Kraftstoffs, oder reformierten Kraftstoffs sein, partiell oxidiert auf diese Weise, indem ein Teil des Kraftstoffs, welcher eine Kohlenwasserstoffverbindung ist, mit einer Aldehydgruppe (CHO) oxidiert wird. Basierend auf diesem Wissen werden in der Steuerung der starken Oxidation, der Steuerung der schwachen Oxidation, und der Steuerung des Beendens der Oxidation gemäß den Schritten S16, S17, und S18, das Äquivalenzverhältnis und die Umgebungstemperatur derart eingestellt, dass reformierter Kraftstoff dem Katalysator zugeführt wird.
In der Steuerung der starken Oxidation gemäß Schritt S16 werden das durch den Ozonisator 30 erzeugte Ozon, der Sauerstoff in der Luft, und der durch die Heizeinrichtung 21 verdampfte Kraftstoff gemischt, und der Kraftstoff unterzieht sich einer kühlen Flammenreaktion in der Anwesenheit von Ozon, um teilweise oxidiert zu werden.
Insbesondere wird eine Resonanz-Steuerung an der Heizeinrichtung 21 derart ausgeführt, dass die Reaktionskammer-Temperatur Th, welche der Mess- bzw. Detektionswert des Reaktionskammer-Temperatursensors 27 ist, mit einer vorliegenden Solltemperatur Ttrg übereinstimmt. Die Solltemperatur Ttrg wird eingestellt, um eine Umgebungstemperatur (370 °C, zum Beispiel), bei welcher eine kühle Flammenreaktion bewirkt wird, ohne die heiße Flammenreaktion zu erreichen.
Ferner wird in der vorstehend beschriebenen Steuerung der starken Oxidation eine Sollkraftstoffmenge Ftrg als eine Reduktionsmittel-Zugabemenge zur Zuführung an die NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 ohne Überschuss oder Defizit berechnet, um das gesamte NO_x, das in die NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 strömt, zu reduzieren. Zum Beispiel kann die Sollkraftstoffmenge Ftrg eingestellt werden, basierend auf der Katalysator-Temperatur Tcat und einer NO_x-Einströmmenge, welche in die NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 pro Zeiteinheit strömt. Die NO_x-Einströmmenge wird basierend auf dem Betriebszustand des Motors 10 geschätzt. Wenn die NO_x-Einströmmenge ansteigt, wird die Sollkraftstoffmenge Ftrg erhöht. Ferner wird, da die Menge an reduziertem NO_x (das heißt, Reduzierungskraft) auf dem Katalysator gemäß der Katalysator-Temperatur Tcat variiert, die Sollkraftstoffmenge Ftrg gemäß dem Unterschied der Reduzierungskraft abhängig von der Katalysator-Temperatur Tcat eingestellt. Anschließend, basierend auf der berechneten Sollkraftstoffmenge Ftrg, wird der Betrieb des Einspritzventils 22 gesteuert, um die Kraftstoffeinspritzung auszuführen.
Ferner wird in der vorstehend beschriebenen Steuerung der starken Oxidation ein Soll-Äquivalenzverhältnis φtrg basierend auf der Reaktionskammer-Temperatur Th berechnet, um eine kühle Flammenreaktion zu bewirken. Anschließend wird eine Soll-Luftmenge Atrg basierend auf dem Soll-Äquivalenzverhältnis φtrg und der Soll-Kraftstoffmenge Ftrg berechnet, und der Betrieb des Gebläses 50 wird, basierend auf der Sollluftmenge Atrg, gesteuert. Durch Steuern der Reaktionskammer-Temperatur Th und des Äquivalenzverhältnisses, wie vorstehend beschrieben, wird eine kühle Flammenreaktion bewirkt, um reformierten Kraftstoff zu erzeugen.
Ferner wird in der Steuerung der starken Oxidation das Öffnungs-/Schließventil 26v zum Öffnen gesteuert, und die zum Ozonisator 30 zugeführte Leistung wird gemäß der Konzentration des Kraftstoffs im Reaktionsbehälter 20 gesteuert. Insbesondere wird eine Soll-Ozonmenge Otrg basierend auf der Soll-Kraftstoffmenge Ftrg berechnet. Genauer gesagt wird die Soll-Ozonmenge Otrg derart berechnet, dass das Verhältnis von Ozonkonzentration zur Kraftstoffkonzentration in der Reaktionskammer 20a einen vorbestimmten Wert (zum Beispiel, 0,2) erreicht. Zum Beispiel kann das vorstehende Verhältnis eingestellt werden, um die kühle Flammenreaktion innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne (zum Beispiel, 0,02 Sekunden) zu vervollständigen. Ferner wird die Soll-Ozonmenge Otrg eingestellt anzusteigen, wenn die Katalysator-Temperatur sinkt.
Ferner wird eine Soll-Antriebsmenge bzw. Sollmenge der Energetisierung Ptrg für den Ozonisator 30 basierend auf der Soll-Luftmenge Atrg und der Soll-Ozonmenge Otrg berechnet. Insbesondere, wenn die Soll-Luftmenge Atrg ansteigt, sinkt die Zeit, in der die Luft in den Zwischen-Elektrodendurchlässe 31a verbleibt, und somit wird die Soll-Antriebsmenge Ptrg erhöht. Ferner wird, wenn die Soll-Ozonmenge Otrg ansteigt, die Soll-Antriebsmenge Ptrg erhöht. Als nächstes, basierend auf der Soll-Antriebsmenge Ptrg, wird die Antriebsmenge bzw. Menge der Energetisierung des Ozonisators 30 gesteuert. Insbesondere, wenn die Soll-Antriebsmenge Ptrg ansteigt, wird das Antriebs-Arbeitsverhältnis bzw. Energetisierungs-Arbeitsverhältnis zum Ozonisator 30 erhöht. Alternativ endet ein Zeitintervall nach einer Antriebszeitspanne bzw. Energetisierungszeitspanne und kann verkürzt werden, bevor eine anschließende Antriebszeitspanne beginnt.
Wenn der Prozess auf diese Weise ausgeführt wird, wird Ozon produziert, und dieses Ozon wird dem Reaktionsbehälter 20 zugegeben. Dementsprechend beginnt die kühle Flammenreaktion früher, und die Dauer der kühlen Flammenreaktion wird verringert. Deshalb, selbst wenn die Größe des Reaktionsbehälters 20 derart verringert ist, dass eine Zeit, in der der Kraftstoff im Reaktionsbehälter 20 verbleibt, verringert ist, kann die kühle Flammenreaktion innerhalb dieser Zeit vervollständigt bzw. abgeschlossen werden. Deshalb ist es möglich, die Größe des Reaktionsbehälters 20 zu verringern.
In dieser Hinsicht wird, gemäß der Steuerung der starken Oxidation in Schritt S16, der Kraftstoff in der Anwesenheit von Ozon partiell oxidiert. Im Gegensatz dazu wird in der Steuerung der schwachen Oxidation in Schritt S17 der Ozonisator 30 angehalten, um die Erzeugung von Ozon anzuhalten, wobei der Kraftstoff in einer Ozon-freien Umgebung partiell oxidiert wird. Mit anderen Worten, es werden die Steuerung der Heizeinrichtung, die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, die Steuerung der Luftpumpe und die Steuerung der Ventilöffnung ausgeführt. Jedoch wird die Steuerung der elektrischen Entladung nicht ausgeführt, und die Zuführung von Elektrizität zum Ozonisator 30 wird angehalten, um die Erzeugung von Ozon anzuhalten.
Entsprechend der Steuerung der schwachen Oxidation in Schritt S17, wird die partielle Oxidation durch Ausführen des Heizens mittels einer Steuerung der Heizeinrichtung ausgeführt. Im Gegensatz dazu wird bei der Steuerung des Beendens der Oxidation in Schritt S18, der Ozonisator 30 und die Heizeinrichtung 21 angehalten, um die Erzeugung von Ozon und das Erwärmen des Kraftstoffes anzuhalten. Deshalb wird der Kraftstoff, welcher nicht durch Sauerstoff oder Ozon oxidiert wird, d.h. Kraftstoff welcher nicht partiell oxidiert ist, wird dem Abgasdurchlass 10ex zugegeben und wird dann durch Aussetzen an Hochtemperatur-Abgas im Abgasdurchlass 10ex und in der NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 teilweise oxidiert.
In der Steuerung des Beendens der Oxidation in Schritt S18 werden die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung, die Steuerung der Luftpumpe, und die Steuerung der Ventilöffnung ausgeführt. Jedoch wird die Steuerung der elektrischen Entladung nicht ausgeführt, die Zuführung des Stroms zum Ozonisator 30 wird angehalten, um die Erzeugung von Ozon anzuhalten, und die Steuerung der Heizeinrichtung wird nicht ausgeführt, um die Energiezufuhr zur Heizeinrichtung 21 derart anzuhalten, dass das Erwärmen des Kraftstoffs angehalten wird.
Bei der Steuerung der Ozon-Zuführung gemäß Schritt S15 in 2, wird im Allgemeinen das Ozon durch einen Ozonisator 30 in einem Zustand erzeugt, in dem das Anlegen der Spannung an die Heizeinrichtung 21 angehalten wird und die Stromzuführung zum Einspritzventil 22 angehalten wird, um die Einspritzung des Kraftstoffes anzuhalten. Anschließend, durch das Betreiben des Gebläses 50 in einem Zustand, in dem das Öffnungs-/Schließventil 26v zum Öffnen betrieben wird, wird das erzeugte Ozon dem Abgasdurchlass 10ex durch das Zuführrohr 26 und das Verbindungsrohr 23 zugeführt. Deshalb wird, wenn der Katalysator der NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 nicht aktiviert ist, NO im Abgas zu NO₂ durch Ozon oxidiert, und die Menge an auf dem Katalysator adsorbierten NO_x steigt.
In dieser Hinsicht entspricht, wenn der Prozess von Schritt S15 ausgeführt wird, der Mikroprozessor 41 einer Steuereinheit der Oxidation von NO, welche, wenn die Katalysatortemperatur Tcat geringer als die Aktivierungstemperatur ist, dem Abgasdurchlass 10ex Ozon zuführt, um eine Oxidation von NO im Abgas zu bewirken. Zusätzlich entspricht, wenn die Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung Ozon auf diese Weise zuführt, die Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung einer Ozon-Zuführvorrichtung, welche dem Abgasdurchlass 10ex Ozon zuführt. Zusätzlich, wenn der Betrieb der Ozon-Zuführungsvorrichtung gesteuert wird, um die Zuführungsmenge von Ozon an den Abgasdurchlass 10ex zu steuern, entspricht die ECU 40 einer Ozon-Zuführ-Steuervorrichtung.
Während der Steuerung der Ozon-Zuführung fragt die ECU 40 den Betriebszustand des Motors 10 ab. Der Betriebszustand umfasst Motorlast, Motordrehzahl, und Abgastemperatur Tex. Basierend auf diesem Betriebszustand berechnet die ECU 40 eine Abgasmenge pro Zeiteinheit und eine Konzentration von NO im Abgas. Anschließend schätzt die ECU 40, basierend auf diesen Werten, die Menge von NO, welche in die NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 pro Zeiteinheit einströmt. Basierend auf der auf diese Weise geschätzte Menge an NO, berechnet die ECU 40 die Menge an Ozon, welche erforderlich ist, um das NO im Abgas als die Soll-Ozonmenge Otrg zu oxidieren. Anschließend werden die Leistungszufuhr zum Ozonisator 30 und die Gebläsemenge durch das Gebläse 50 derart gesteuert, dass eine Ozonmenge gleich der Soll-Ozonmenge Otrg erzeugt und zugeführt wird.
Wenn, im Gegensatz zur vorliegenden Ausführungsform, Spannung an die Heizeinrichtung 21 während der Steuerung der Ozon-Zuführung angelegt wird, dann wird das Ozon erwärmt und abgebaut. Außerdem, wenn die Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, reagiert Ozon unerwünschterweise mit dem Kraftstoff. Hinsichtlich dieser Punkte wird, während die Steuerung der Ozon-Zuführung, das Erwärmen durch die Heizeinrichtung 21 angehalten und die Kraftstoffeinspritzung wird angehalten. Deshalb kann verhindert werden, dass das Ozon mit dem Kraftstoff reagiert, oder durch Erwärmen abgebaut wird, und das erzeugte Ozon wird dem Abgasdurchlass 10ex ohne Änderung zugeführt.
Die vorliegenden Erfinder testeten den Zusammenhang zwischen der NO_x-Adsorptionsmenge, der NO_x-Adsorptionsrate, und der Katalysatortemperatur, und erhielten die in 3 gezeigten Ergebnisse. Die NO_x-Adsorptionsmenge ist die Menge an durch die Reinigungsvorrichtung 12 adsorbiertem NO_x, und ist die Masse an pro Liter Volumen der Reinigungsvorrichtung 12 adsorbiertem NO_x. Die NO_x-Adsorptionsrate ist ein Verhältnis von der NO_x-Adsorptionsmenge zur Menge an NO_x, welche zur Reinigungsvorrichtung 12 strömt. In diesem Test werden die NO_x-Adsorptionsmenge und die NO_x-Adsorptionsrate gemessen, wenn NO_x in die Reinigungsvorrichtung 12 in einem Zustand strömt, in dem die Katalysatortemperatur bei vorbestimmten Temperaturen beibehalten wird. Der vorstehende Test wird für die Fälle ausgeführt, in denen die vorstehend genannte Temperatur auf 100 °C, 150 °C, und 200 °C eingestellt wird, und die in 3 gezeigten Testergebnisse werden erhalten.
Die in 3 gezeigten Testergebnisse zeigen, dass bei jeglicher Katalysatortemperatur die NO_x-Adsorptionsrate mit einem Anstieg der NO_x-Adsorptionsmenge sinkt. Ferner nimmt, wenn die Katalysatortemperatur abnimmt, die NO_x-Adsorptionsstärke ab, und die NO_x-Adsorptionsrate sinkt dramatisch mit Erhöhungen der NO_x-Adsorptionsmenge. Es wird angenommen, dass diese Testergebnisse dadurch verursacht werden, dass der Aktivierungsgrad des Katalysators abnimmt und die Oxidationsleistung bzw. -stärke des Katalysators abnimmt, wenn die Katalysatortemperatur sinkt.
Als nächstes testeten die vorliegenden Erfinder den Zusammenhang zwischen der thermischen Desorptionsmenge von NO_x und der Katalysatortemperatur, und die in 4 gezeigten Ergebnisse wurden erhalten. Die thermische Desorption von NO_x ist ein Phänomen, wobei auf dem Katalysator adsorbiertes NO_x vom Katalysator zu desorbieren beginnt, wenn die Temperatur des Katalysators steigt. 4 zeigt die Ergebnisse eines Tests, in welchem die Temperatur eines Katalysators, welcher sich in einem Zustand befindet, in dem eine ausreichende Menge an NO_x adsorbiert worden ist, erhöht wird und die thermische Desorptionsmenge von NO_x gemessen wird. Die durchgezogene Linie (1) in 4 ist das Ergebnis der Beibehaltung der Katalysatortemperatur bei 100 °C und der Adsorption einer ausreichenden Menge an NO_x mit anschließendem Messen der thermischen Desorptionsmenge von NO_x. Die Ein-Punkt-Kettenlinie (1) in 4 ist das Ergebnis der Beibehaltung der Katalysatortemperatur bei 200 °C und der Adsorption einer ausreichenden Menge von NO_x mit anschließendem Messen der thermischen Desorptionsmenge von NO_x.
Wie vorstehend beschrieben wird adsorbiertes NO_x vom Katalysator desorbiert, wenn die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Aktivierungstemperatur ist. Genauer gesagt, wie in 4 gezeigt, startet jedoch die thermische Desorption ab einem Zeitpunkt, wenn die Katalysatortemperatur geringer ist als die Aktivierungstemperatur T3. Von den durch (1) und (2) in 4 gezeigten Testergebnissen wird herausgefunden, dass je niedriger die Katalysatortemperatur zur Zeit der NO_x-Adsorption, desto geringer die Starttemperatur der thermischen Desorption von NO_x, aufgrund der schwächeren NOx-Adsorptionskräfte. Insbesondere beginnt die thermische Desorption bei 150 °C, wenn bei 100 °C adsorbiert wurde. Wenn bei 200 °C adsorbiert wurde, beginnt die thermische Desorption bei 225 °C. Im Beispiel von 4 beginnt die thermische Desorption vor dem Erreichen der Aktivierungstemperatur T3 in beiden Fällen der Adsorption bei 100 °C und der Adsorption bei 200 °C. Wenn die Starttemperatur der thermischen Desorption sinkt, steigt die thermischen Desorptionsmenge von NO_x bis die Aktivierungstemperatur T3 erreicht wird, das heißt, die Menge an NO_x, welche in die Atmosphäre ausgestoßen bzw. abgegeben wurde, ohne reduziert zu werden.
Die gepunktete Linie (3) in 4 ist das Ergebnis der Zugabe von Ozon zum Katalysator in einem Zustand, in dem NO_x adsorbiert wurde, mit anschließendem erhöhen der Temperatur des Katalysators und Messen der thermischen Desorptionsmenge an NO_x. Die Katalysatortemperatur während NO_x im Test von (3) adsorbiert wird, wird gleich der Katalysatortemperatur (das heißt, 100 °C) eingestellt, während NO_x im Test von (1) adsorbiert wird. Im Test von (1) wird die thermische Desorptionsmenge von NO_x durch Erhöhen der Temperatur des Katalysators gemessen, ohne Ausführen der vorstehend beschriebenen Ozon-Zugabe.
Gemäß den durch (1) und (3) in 4 gezeigten Testergebnissen, beginnt die thermische Desorption ab 150 °C, wenn die Zugabe von Ozon nicht durchgeführt wird, wohingegen die thermische Desorption ab 250 °C beginnt, wenn die Ozon-Zugabe durchgeführt wird. Deshalb wird, zum Beispiel, wenn die Aktivierungstemperatur T3 270 °C ist, falls die Ozon-Zugabe nicht durchgeführt wird, eine große Menge an NO_x thermisch desorbiert, ehe die Katalysatortemperatur bis zur Aktivierungstemperatur anstiegt, und dieses NO_x wird an die Atmosphäre abgegeben, ohne reduziert zu werden. Im Gegensatz dazu ist aus den Testergebnissen in 4 ersichtlich, dass, wenn die Ozon-Zugabe ausgeführt wird, die Menge an NO_x, welche in die Atmosphäre abgegeben wird, ohne reduziert zu werden, vernachlässigbar gering ist.
Hinsichtlich der Gründe, warum die Starttemperatur der thermischen Desorption durch die Ozon-Zugabe erhöht wird, betrachten die vorliegenden Erfinder wie folgt. Die 5 zeigt schematisch eine Situation, in der NO_x durch bzw. von Barium adsorbiert wird, wenn Platin als eine Reduktionskatalysatorkomponente verwendet wird und Barium als eine Adsorbenskomponente verwendet wird. Das durch den Katalysator adsorbierte NO_x umfasst NO₂ und NO₃. Da die Adsorptionsstärke von NO₂ geringer ist als die Adsorptionsstärke von NO₃, beginnt die thermische Desorption von NO₂ bei einer geringeren Temperatur, verglichen mit NO₃. Falls hier die Ozon-Zugabe, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt wird, wird das auf der linken Seite von 5 gezeigte NO₂ (schwaches NO_x) zu NO₃ (starkes NO_x) oxidiert. Das heißt, die Zugabe von Ozon erhöht die Adsorptionsstärke von NO_x, und die Starttemperatur der thermischen Desorption steigt an.
In dieser Ausführungsform, welche sich auf diesen Punkt konzentriert, wird die Adsorptionsmenge von NO₂, welche im auf den Katalysator adsorbierten NO_x enthalten ist, geschätzt. Anschließend, falls die geschätzte Adsorptionsmenge von NO₂ gleich oder höher als ein vorbestimmter Grenzwert ist und die Katalysatortemperatur geringer als die Aktivierungstemperatur ist, dann wird Ozon zugeführt, um NO₂ zu NO₃ zu oxidieren. Dies reduziert die thermische Desorptionsmenge von NO_x während einer Zeitspanne bevor die Katalysatortemperatur die Aktivierungstemperatur erreicht, und somit kann die Menge an NO_x, welche in die Atmosphäre abgegeben wird ohne reduziert zu werden, verringert werden.
Insbesondere steuert der Mikroprozessor 41 den Betrieb der Ozon-Zugabevorrichtung durch periodisches Ausführen mit einer vorbestimmten Zeitspanne eines Programmes gemäß der in 6 gezeigten Prozessschritte, um NO₂ durch die Zuführung von Ozon zu oxidieren. Zuerst wird bei Schritt S20 von 6 eine dem Katalysator zugeordnete Adsorptionsmenge A von NO_x berechnet. Diese NO_x-Adsorptionsmenge A umfasst sowohl schwaches NO_x als auch starkes NO_x. Als ein Beispiel dieses Rechenverfahrens kann eine Schätzung, basierend auf den Betriebszustand des Motors 10 verwendet werden. Zum Beispiel können Emissionsmengen von NO_x zuvor experimentell mit Bezug zu den Werten, welche den Motorbetriebszustand darstellen, wie Motorlast, Motordrehzahl, EGR-Rate, Turboladungsdruck etc., erhalten werden. Diese experimentellen Ergebnisse können anschließend in einem Plan bzw. einer Matrix umgewandelt und aufbewahrt werden. Anschließend, basierend auf den tatsächlich gemessenen Werten, welche den Motorbetriebszustand darstellen, kann die Emissionsmenge an NO_x mit Bezug zum vorstehend beschriebenen Plan berechnet werden. Anschließend, basierend auf dem Zusammenhang zwischen der NO_x-Emissionsmenge und der NO_x-Adsorptionsmenge A, kann die NO_x-Adsorptionsmenge A aus der berechneten NO_x-Emissionsmenge berechnet werden. Zum Beispiel kann die NO_x-Adsorptionsmenge A durch Multiplizieren der NO_x-Adsorptionsmenge A mit einem vorbestimmten Koeffizient berechnet werden.
Als nächstes wird bei Schritt S21 ein Koeffizient K des schwachen NO_x eingestellt, basierend auf der Katalysatortemperatur, welche mittels des Katalysator-Temperatursensors 42 gemessen bzw. detektiert wurde. Der Koeffizient K des schwachen NO_x ist das Verhältnis der Menge des schwachen NO_x zur NO_x-Adsorptionsmenge A. Zum Beispiel kann der Wert des Koeffizienten K des schwachen NO_x, bezogen auf die Katalysatortemperatur, durch vorangehendes Experimentieren erhalten werden. Dieses experimentelle Ergebnis kann dann in einen Plan M1 umgewandelt und gespeichert werden. Anschließend kann, basierend auf der tatsächlich gemessenen Katalysatortemperatur, der Koeffizient K des schwachen NO_x mit Bezug zum vorstehenden Plan M1 berechnet werden.
Der Koeffizient K des schwachen NO_x wird als ein kleinerer Wert bestimmt, wenn die Katalysatortemperatur höher ist. Wie im Plan M1 in 6 gezeigt, wenn jedoch die Katalysatortemperatur gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel, 250 °C) ist, wird der Koeffizient K des schwachen NO_x auf einen minimalen Wert festgelegt. Ferner wird, wenn die Katalysatortemperatur geringer als eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel, 100 °C) ist, der Koeffizient K des schwachen NO_x auf einen Maximalwert festgelegt.
Als nächstes wird bei Schritt S22 eine Adsorptionsmenge A1 des schwachen NO_x durch Multiplizieren der NOx-Adsorptionsmenge A berechnet in Schritt S20 mit dem Koeffizienten K des schwachen NO_x in Schritt S21 berechnet. Die in Schritt S22 berechnete Adsorptionsmenge A1 des schwachen NO_x ist ein momentaner Wert und stellt eine Adsorptionsmenge durch den Katalysator pro Zeiteinheit dar. Als nächstes wird bei Schritt S23 die momentane Adsorptionsmenge A1 des schwachen NO_x integriert, um einen integrierten Wert des auf dem Katalysator adsorbierten, schwachen NO_x bei einer aktuellen Zeit zu berechnen. Wie vorstehend beschrieben, wird der im Plan M1 gespeicherte Koeffizient K des schwachen NO_x auf einen kleineren Wert eingestellt, wenn die Katalysatortemperatur höher ist. Deshalb, wenn die Katalysatortemperatur zur Zeit der NO_x-Adsorption ansteigt, wird die NO_x-Adsorptionsmenge durch die Annahme geschätzt, dass das Verhältnis der momentanen Adsorptionsmenge von NO₂, bezogen auf die gesamte momentane Adsorptionsmenge von NO_x, abnimmt.
Die Vorgänge der Schritte S20, S21, S22, und S23 werden kollektiv als Schritt S200 bezeichnet, und der Mikroprozessor 41 entspricht einer „Schätzeinheit“, wenn Schritt S200 ausgeführt wird. Ferner entspricht der in Schritt S23 berechnete, integrierte Wert einer durch die Schätzeinheit geschätzte Adsorptionsmenge von NO₂.
Als nächstes entscheidet bei Schritt S24 der Mikroprozessor 41, ob der in Schritt S23 berechnete, integrierte Wert gleich oder höher als ein vorbestimmter Grenzwert TH1 ist. Wenn entschieden wird, dass der integrierte Wert gleich oder höher als der Grenzwert TH1 ist, dann entscheidet der Mikroprozessor 41 bei Schritt S25, ob die Katalysatortemperatur Tcat geringer als die Aktivierungstemperatur T3 ist. Wenn entschieden wird, dass die Katalysatortemperatur Tcat geringer als die Aktivierungstemperatur T3 ist, dann wird bei Schritt S26 ein Ausführungsflag für die Steuerung der Oxidation von NO₂, welches die Steuerung zur Zuführung von Ozon in den Abgasdurchlass 10ex zur Umwandlung von schwachem NO_x in starkes NO_x, wie vorstehend beschrieben, auf AN gestellt.
In dieser Steuerung der Oxidation von NO₂ wird dieselbe Steuerung wie die Steuerung der Ozon-Zuführung (Steuerung der Oxidation von NO) in Schritt S15 von 2 ausgeführt. Mit anderen Worten, Ozon wird durch den Ozonisator 30 in einem Zustand erzeugt, in welchem die Bestromung bzw. Energiezufuhr der Heizeinrichtung 21 angehalten wird und die Stromzufuhr zum Einspritzventil 22 angehalten wird, um die Kraftstoffeinspritzung anzuhalten. Anschließend durch Ausführen des Gebläses 50 in einem Zustand, in dem das Öffnungs-/Schließventil 26v zum Öffnen betrieben wird, wird das erzeugte Ozon dem Abgasdurchlass 10ex durch das Zuführrohr 26 und das Verbindungsrohr 23 zugeführt. Deshalb wird, wenn der Katalysator der NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 nicht aktiviert wird, das NO₂, welches vom Katalysator adsorbiert werden soll, zu NO₃ durch Ozon oxidiert, und die NO_x-Adsorptionsstärke zum Katalysator wird stärker. Das heißt, schwaches NO_x wird in starkes NO_x umgewandelt.
Ferner kann, nachdem die Katalysatortemperatur Tcat die Aktivierungstemperatur erreicht hat, das NO_x durch das Reduktionsmittel reduziert werden, weshalb die Notwendigkeit der Umsetzung von schwachem NO_x in starkes NO_x gering ist. Deshalb wird, falls in Schritt S25 entschieden wird, dass die Katalysatortemperatur Tcat nicht geringer als die Aktivierungstemperatur T3 ist, der Prozess von 6 beendet, ohne die Steuerung der Oxidation von NO₂ in Schritt S26 auszuführen.
Die Steuerung der Oxidation von NO₂ in Schritt S26 von 6 und die Steuerung der Oxidation von NO in Schritt S15 von 2 sind jeweils Steuerungen für die Ozon-Zuführung in den Abgasdurchlass 10ex. Wenn diese beiden Steuerungen zur selben Zeit ausgeführt werden, wird die Ozon-Zuführung wie folgt eingestellt. Das heißt, die Soll-Ozonmenge Otrg wird durch Addition der Ozonmenge für die NO-Oxidation, welche die erforderliche Menge an Ozon ist, um NO im Abgas zu oxidieren, mit einer vorbestimmten Menge an Ozon als der Menge an Ozon für die Oxidation von NO₂ berechnet. Anschließend wird die dem Ozonisator und dem Gebläse 50 zugeführte Menge an Strom gesteuert, um die auf diese Weise eingestellte Soll-Ozonmenge Otrg zuzuführen. Ferner, selbst wenn die Steuerung des vollständigen Anhaltens in Schritt S19 von 2 ausgeführt wird, wenn das Ausführungsflag für die Steuerung der Oxidation von NO₂ in Schritt S26 von 6 auf AN eingestellt ist, dann wird der Prozess von Schritt S26 mit einer höheren Dringlichkeit als der Prozess von Schritt S19 ausgeführt. Deshalb wird in diesem Fall die Ozon-Zuführung ausgeführt.
Die 7 zeigt verschiede Änderungen beginnend vom Anfang des Betriebes des Motors 10. Der oberste Graph in der Figur zeigt Veränderungen im integrierten Wert der momentanen Adsorptionsmengen, d.h. NO_x-Adsorptionsmenge und Adsorptionsmenge des schwachen NO_x. Die NO_x-Adsorptionsmenge ist die Summe der Adsorptionsmenge des schwachen NO_x und der Adsorptionsmenge des starken NO_x. Der unterste Graph in der Figur zeigt Veränderungen der Katalysatortemperatur. Wenn die Katalysatortemperatur über die Zeit ansteigt, erreicht die Katalysatortemperatur die Aktivierungstemperatur T3 zum Zeitpunkt t3. Dementsprechend wird, während der Zeitspanne vom Start des Motors 10 bis zum Zeitpunkt t3, das Ausführungsflag der Steuerung der Ozon-Zuführung, das heißt, die Steuerung der Oxidation von NO in Schritt S15 von 2 auf AN eingestellt, und Ozon wird für die Oxidation von NO in den Abgasdurchlass 10ex zugeführt.
Ferner erreicht im Beispiel von 7, während der Zeitspanne vom Start des Motors 10 bis zur Zeit des Erreichens der Aktivierungstemperatur t3, der integrierte Wert der Adsorptionsmenge des schwachen NO_x den Grenzwert TH1 zum Zeitpunkt t1. Deshalb wird zum Zeitpunkt t1 eine positive Entscheidung bei Schritt S24 von 6 gemacht, und das Ausführungsflag zur Steuerung der Oxidation von NO₂ von Schritt S26 wird auf AN eingestellt. Danach wird das Ausführungsflag für die Steuerung der Oxidation von NO₂ zum Zeitpunkt t2 auf AUS gestellt, wenn der integrierte Wert der Adsorptionsmenge des schwachen NO_x Null erreicht. Dementsprechend wird, während der Zeitspanne vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2, Ozon für die Oxidation von NO₂ in den Abgasdurchlass 10ex zugeführt. Während der Zeitspanne vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2, werden die Ausführungflags von sowohl der Steuerung der Oxidation von NO als auch der Steuerung der Oxidation von NO₂ auf AN eingestellt. Dementsprechend wird während dieser Zeitspanne, zusätzlich zum Ozon für die Oxidation von NO, Ozon für die Oxidation von NO₂ ebenso in den Abgasdurchlass 10ex zugeführt.
Nach dem Zeitpunkt t3, wenn die Aktivierungstemperatur erreicht ist, sinkt der integrierte Wert der NO_x-Adsorptionsmenge, wenn die thermische Desorptionsmenge von NO_x des Katalysators steigt. Zum Zeitpunkt t3, wenn die Aktivierungstemperatur erreicht wird, wird jedoch die Steuerung der Ozon-Zuführung in Schritt S15 in 2 auf die Steuerung der starken Oxidation in Schritt S16 geschaltet, und die Zugabe von reformiertem Kraftstoff als ein Reduktionsmittel wird begonnen. Dementsprechend wird das NO_x, welches thermisch vom Katalysator desorbiert, reduziert.
Aufgrund des vorstehenden, gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Schätzeinheit, welche die Menge des schwachen NO_x schätzt, welches die Adsorptionsmenge von NO₂ innerhalb des auf dem Katalysator adsorbierten NO_x ist, durch den Prozess von Schritt S200 bereitgestellt. Anschließend, in dem Fall, in dem die geschätzte Menge des schwachen NO_x gleich oder höher als der Grenzwert TH1 ist und die Katalysatortemperatur Tcat geringer als die Aktivierungstemperatur T3 ist, wird eine Steuereinheit der Oxidation von NO₂, welche in den Abgasdurchlass 10ex Ozon zuführt, um schwaches NO_x in starkes NO_x zu oxidieren, durch den Prozess von Schritt S26 bereitgestellt. Deshalb wird, bei einer niedrigen Temperatur, wenn die Katalysatortemperatur geringer ist als die Aktivierungstemperatur, wenn die Menge des schwachen NO_x zum Grenzwert TH1 beiträgt, Ozon zugeführt, und schwaches NO_x mit geringer Adsorptionsstärke wird in starkes NO_x umgewandelt. Deshalb ist es möglich, während die Temperatur des Katalysators ansteigt, die Menge an NO_x zu verringern, welche vom Katalysator während der früheren Zeitspannen niedriger Temperatur desorbiert, und es ist möglich die Menge an nicht-reduziertem NO_x, welches in die Atmosphäre ausgestoßen wurde, zu verringern.
Ferner schätzt die Schätzeinheit in der vorliegenden Ausführungsform die Adsorptionsmenge von NO₂ durch Integrieren der momentanen Adsorptionsmenge von NO₂ am Katalysator. Ferner wird die momentane Adsorptionsmenge von NO₂ durch die Annahme, dass, wenn die Katalysatortemperatur zur Zeit der NO_x-Adsorption ansteigt, das Verhältnis von momentan adsorbierten NO₂, bezogen auf die momentane Adsorptionsmenge von NO_x, kleiner wird, geschätzt. Hier wird, wie vorstehend beschrieben, das Meiste des adsorbierten NO_x durch den Katalysator im Zustand von NO₂ oder NO₃ adsorbiert, und je niedriger die Katalysatortemperatur während der Adsorption, desto schwieriger ist es für den NO₃-Zustand adsorbiert zu werden, und der Anteil von schwachem NO_x steigt, verglichen zu starkem NO_x. Deshalb ist der Anteil des schwachen NO_x höher, selbst wenn die Menge an NO_x, welche in den Katalysator einströmt dieselbe ist und der im NO_x enthaltene Anteil des NO₂ derselbe ist, wenn die Katalysatortemperatur bei einer bestimmten Zeit niedriger ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform hinsichtlich dieses Punktes, wie vorstehend beschrieben, da die Katalysatortemperatur zur Zeit der NO_x-Adsorption höher ist, wird der Anteil der momentanen Adsorptionsmenge von NO₂, bezogen auf die momentane Adsorptionsmenge von NO_x, geringer geschätzt. Deshalb wird, wenn die Katalysatortemperatur zur Zeit der Adsorption höher ist, die Menge an schwachem NO_x geringer geschätzt. Deshalb wird die Menge an schwachem NO_x hinsichtlich der Katalysatortemperatur während der Adsorption derart geschätzt, dass die Menge des schwachen NO_x genau geschätzt werden kann.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform, nachdem die ansteigende Katalysatortemperatur die Aktivierungstemperatur erreicht, durch den Ozonisator 30 erzeugtes Ozon zugeführt, wenn eine kühle Flammenreaktion durch Steuerung der starken Oxidation erzeugt wird. Deshalb ist es möglich die kühle Flammenreaktion an einem früheren Zeitpunkt zu beginnen und die Zeitspanne der kühlen Flammenreaktion zu verkürzen. Deshalb kann, selbst wenn die Größe des Reaktionsbehälters 20 derart verringert wird, dass eine Zeit, in welcher der Kraftstoff in der Reaktionskammer 20a verbleibt, verringert wird, die kühle Flammenreaktion in dieser Zeit vervollständigt werden. Deshalb ist es möglich die Größe des Reaktionsbehälters 20 zu verringern.
(Zweite Ausführungsform)
In der ersten, vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Menge des schwachen NO_x durch den in Schritt S200 von 6 gezeigten Vorgang geschätzt. Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Ausführungsform der Schätzvorgang im Schritt S200 auf den in Schritt S200a von 8 gezeigten Vorgang geändert. Insbesondere wird zuerst in den Schritten S20, S21, S22, und S23 von 8 ein integrierter Wert der unmittelbaren NO₂-Adsorptionsmenge auf dieselbe Weise wie in 6 berechnet. Mit anderen Worten, wenn die Katalysatortemperatur zur Zeit der Adsorption höher ist, wird angenommen, dass der Anteil der unmittelbaren Adsorptionsmenge von NO₂, bezogen auf die unmittelbare Adsorptionsmenge von NO_x, geringer ist.
In den aufeinander folgenden Schritten S23a, S23b, S23c wird die in Schritt S23 berechnete Adsorptionsmenge von NO₂ durch Berücksichtigung der Menge des schwachen NO_x, welches sich in starkes NO_x umwandelte, korrigiert. Insbesondere wird zuerst in Schritt S23a ein Übergangskoeffizient Ka des starken NO_x, basierend auf der Katalysatortemperatur zum derzeitigen Zeitpunkt, eingestellt. Der Übergangskoeffizient Ka des starken NO_x ist der Anteil der Menge des schwachen NO_x, welches in starkes NO_x überging, bezogen auf die Menge des schwachen NO_x. Zum Beispiel kann der Wert des Übergangskoeffizienten Ka des starken NO_x, bezogen auf die Katalysatortemperatur, mittels vorherigem Experimentieren erhalten werden. Dieses experimentelle Ergebnis kann anschließend in einen Plan M2 umgewandelt und gespeichert werden. Anschließend, basierend auf der tatsächlich gemessenen Katalysatortemperatur, kann der Übergangskoeffizient Ka des starken NO_x mit Bezug zum vorstehend beschriebenen Plan M2 berechnet werden.
Der Übergangskoeffizient Ka des starken NO_x wird auf einen höheren Wert eingestellt, wenn die Katalysatortemperatur höher ist. Deshalb wird, wenn die Katalysatortemperatur höher wird, die Adsorptionsmenge von NO₂ durch Schätzen, dass die Übergangsmenge in starkes NO_x höher ist, geschätzt. Wie im Plan M2 in 8 gezeigt, wenn jedoch die Katalysatortemperatur geringer ist als eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel, 100 °C), wird der Übergangskoeffizient Ka des starken NO_x auf einem konstanten Wert gehalten, ungeachtet der Katalysatortemperatur. Besonders im Fall, in dem Ozon für die Oxidation von NO₂ nicht zugeführt wird, wenn die Katalysatortemperatur geringer ist als die vorbestimmte Temperatur, wird der Übergangskoeffizient Ka des starken NO_x auf Null gehalten, d.h. es wird angenommen, dass kein Übergang in starkes NO_x auftritt. Im Gegensatz dazu wird angenommen, wenn Ozon für die Oxidation von NO₂ zugeführt wird, dass eine gewisse Menge des Überganges in starkes NO_x auftritt, selbst wenn die Katalysatortemperatur geringer als die vorbestimmte Temperatur ist.
Als nächstes wird bei Schritt S23b eine Übergangsmenge A2 des starken NO_x, welches die Menge des schwachen NO_x ist, welches in starkes NO_x überging, durch Multiplizieren des in Schritt S23 berechneten, integrierten Wertes der Adsorptionsmenge A1 des schwachen NO_x mit dem in Schritt S23a eingestellten Übergangskoeffizient Ka des starken NO_x berechnet. Als nächstes wird in Schritt S23c der integrierte Wert der Adsorptionsmenge A1 des schwachen NO_x durch Subtraktion der in Schritt S23b berechneten Übergangsmenge A2 des starken NO_x vom integrierten Wert der in Schritt S23 berechneten Adsorptionsmenge A1 des schwachen NO_x korrigiert.
Als nächstes entscheidet der Mikroprozessor 41 in Schritt S24, ob der in Schritt S23c korrigierte, integrierte Wert der Adsorptionsmenge A1 des schwachen NO_x gleich oder höher als ein vorbestimmter Grenzwert TH1 ist. Wenn entschieden wird, dass der korrigierte Wert gleich oder höher als der Grenzwert TH1 ist, und wenn entschieden wird, dass die Katalysatortemperatur die Aktivierungstemperatur in Schritt S25 nicht erreicht hat, dann wird im folgenden Schritt S26 das Ausführungsflag zur Steuerung der Oxidation von NO₂ auf dieselbe Weise wie in 6 auf AN gestellt. Der Prozess von 2 gemäß der ersten Ausführungsform wird ebenso in dieser Ausführungsform ausgeführt.
Aufgrund des vorstehenden wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform, unter dem auf dem Katalysator adsorbierten NO_x, die Menge an NO₂, welche von NO₂ in NO₃ übergeht, als die Übergangsmenge von NO₃ erhalten, d.h. die Übergangsmenge A2 des starken NO_x, wenn die Temperatur ansteigt. Anschließend schätzt die Schätzeinheit in Schritt S200a die Adsorptionsmenge von NO₂ durch Subtraktion der Übergangsmenge A2 des starken NO_x von der Adsorptionsmenge von NO₂, welche durch Integrieren der momentanen Adsorptionsmenge von NO₂ berechnet wird. Wenn hierbei die Katalysatortemperatur gleich oder höher als eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel, 100 °C) ist, tritt ein Phänomen auf, in welchem schwaches NO_x in starkes NO_x übergeht, welches ein getrenntes Phänomen von der Oxidationsreaktion ist, in welchem schwaches NO_x in starkes NO_x durch Ozon umgewandelt wird. Hinsichtlich dieses Punktes wird in der vorliegenden Ausführungsform die Menge des schwachen NO_x geschätzt, während die Übergangsmenge des NO₃ berücksichtigt wird, welche auf diese Weise übergeht, d.h. die Übergangsmenge A2 des starken NO_x. Deshalb kann die Menge des schwachen NO_x genauer geschätzt werden.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform, durch Berücksichtigung der Tatsache, dass, wenn die Katalysatortemperatur höher als eine vorbestimmte Temperatur (zum Beispiel, 100 °C) ist, die Übergangsmenge A2 des starken NO_x ansteigt, wenn die Katalysatortemperatur ansteigt, die NO₂-Adsorptionsmenge durch Annahme geschätzt, dass die Übergangsmenge A2 des starken NO_x höher ist, wenn die Katalysatortemperatur höher ist. Deshalb wird die Menge des schwachen NO_x geschätzt, unter der Berücksichtigung der Tatsache, dass auf dem Katalysator adsorbiertes, schwaches NO_x danach in starkes NO_x übergehen wird. Deshalb kann die Menge des schwachen NO_x genauer geschätzt werden.
(Dritte Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Verfahren von 6 gemäß der vorstehend beschriebenen, ersten Ausführungsform zum Verfahren von 9 geändert. Zuerst wird in Schritt S20a von 9 entschieden, ob die vom Motor 10 ausgestoßene Menge an NO_x geringer als eine vorbestimmte Menge ist. Insbesondere wird angenommen, wenn die Motorlast geringer als ein vorbestimmter Grenzwert TH3 ist, dass die ausgestoßene Menge an NO_x geringer als die vorbestimmte Menge ist.
Wenn in Schritt S20a entschieden wird, dass die Motorlast gleich oder größer als der Grenzwert TH3 ist, wird die Adsorptionsmenge des schwachen NO_x durch Berechnen des integrierten Wertes der Adsorptionsmenge des schwachen NO_x auf dieselbe Weise wie in Schritt S200 in 6 geschätzt. Anschließend, wenn entschieden wird, dass dieser integrierte Wert gleich oder größer als der Grenzwert TH1 ist, und dass die Katalysatortemperatur nicht die Aktivierungstemperatur in Schritt S25 erreicht hat, dann wird im folgenden Schritt S26 die Steuerung der Oxidation von NO₂ ausgeführt. Im Gegensatz dazu wird, wenn in Schritt S20a entschieden wird, dass die Motorlast geringer als der Grenzwert TH3 ist, unabhängig davon, ob die Adsorptionsmenge des schwachen NO_x geringer als der Grenzwert TH1 ist, die Steuerung der Oxidation von NO₂ in Schritt S26 unter der Bedingung ausgeführt, dass die Katalysatortemperatur Tcat geringer als die Aktivierungstemperatur T3 ist.
Während die Verfahren der Schritte S20a und S26 ausgeführt werden, entspricht der Mikroprozessor 41 einer vorübergehenden Steuereinheit der Oxidation von NO₂, welche, wenn die Emissionsmenge von NO_x geringer als die vorbestimmte Menge ist, Ozon zuführt, um schwaches NO_x zu oxidieren, selbst wenn die Adsorptionsmenge des schwachen NO_x gering ist. Der Prozess von 2 gemäß der ersten Ausführungsform wird ebenfalls in dieser Ausführungsform ausgeführt.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Ozon-Zuführ-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Steuereinheit der Oxidation von NO gemäß Schritt S15 in 2 und die vorstehend beschriebene, vorübergehende Steuereinheit der Oxidation von NO₂. Aufgrund dessen kann die Ozon-Zuführvorrichtung aus den folgenden Gründen verkleinert werden. Das heißt, wie beispielhaft in 7 dargestellt, während der Zeitspanne von t1 bis t2, wenn die Steuerung der Oxidation von NO₂ ausgeführt wird, gibt es zahlreiche Möglichkeiten die Steuerung der Oxidation von NO zur selben Zeit auszuführen. In diesem Fall ist die Zuführung einer durch Addition der Ozonmenge für die NO-Oxidation zur Ozonmenge der NO₂-Oxidation erhaltenen Ozonmenge erforderlich. Deshalb besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die während dieser Zeitspanne erforderliche Zuführmenge an Ozon (das heißt, die erforderliche Ozonmenge) der Maximalwert der während der Betriebszeitspanne erforderlichen Ozonmenge der Ozon-Zuführvorrichtung ist. Dementsprechend kann, durch Verringern der erforderlichen Ozonmenge während der vorstehenden Zeitspanne, der Maximalwert der von der Ozon-Zuführvorrichtung erforderliche Zuführmenge an Ozon verringert werden, und die Größe der Ozon-Zuführvorrichtung kann verringert werden. Anschließend, wenn die erforderliche Menge an Ozon für die Oxidation von NO gering ist, wenn die Menge an schwachem NO_x durch vorrübergehende Ozon-Zuführung verringert wird, kann die für die Oxidation von NO₂ erforderliche Menge an Ozon, wenn die Steuerung der Oxidation von NO₂ ausgeführt wird, verringert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform, hinsichtlich dieser Punkte, wenn die Emissionsmenge von NO_x geringer als der vorbestimmte Wert ist, d.h. wenn die erforderliche Menge an Ozon für die NO-Oxidation gering ist, kann die Menge an schwachem NO_x durch die vorübergehende Steuerung der Oxidation von NO₂ verringert werden. Deshalb kann der Maximalwert des erforderlichen Ozons, wenn sowohl die Steuerung der Oxidation von NO₂ als auch die Steuerung der Oxidation von NO zur selben Zeit ausgeführt werden, durch eine Menge, welche der Menge an schwachem NO_x entspricht, welche durch die vorübergehende Steuerung der NO₂-Oxidation reduziert wurde, verringert werden. Aus diesem Grund kann der Maximalwert der für die Ozon-Zuführvorrichtung erforderlichen Ozon-Zuführmenge verringert werden, und die Größe der Ozon-Zuführvorrichtung kann verringert werden.
(Vierte Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Verfahren des in 10 gezeigten Schrittes S23d dem Verfahren von 6 gemäß der vorstehend beschriebenen, ersten Ausführungsform hinzugefügt. Im Schritt S23d ist der für die Bestimmung in Schritt S24 verwendete Grenzwert TH1 variabel und basierend auf dem Betriebszustand des Motors 10 bestimmt. Zum Beispiel kann, in einem Betriebszustand, in welchem die Menge an ausgestoßenem NO_x geringer ist als eine vorbestimmte Menge, der Grenzwert TH1 geringer eingestellt werden verglichen mit einem Fall, in dem die Menge an ausgestoßenem NO_x gleich oder höher als die vorbestimmte Menge ist. Insbesondere wird angenommen, wenn die Motorlast geringer als ein vorbestimmter Grenzwert TH3 ist, dass die Menge an ausgestoßenem NO_x geringer als die vorbestimmte Menge ist, und der Grenzwert TH1 wird verringert.
Wie vorstehend beschrieben umfasst die Ozon-Zuführ-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Steuereinheit der Oxidation von NO gemäß Schritt S15 in 2. Ferner wird der Grenzwert TH1, welcher zur Bestimmung verwendet wird, ob die Steuerung der Oxidation von NO₂ in Schritt S26 ausgeführt werden soll, auf einen niedrigeren Wert eingestellt, wenn die Menge des vom Motor 10 ausgestoßenen NO_x geringer als eine vorbestimmte Menge ist, verglichen damit, wenn die Menge an ausgestoßenem NO_x nicht weniger als die vorbestimmte Menge ist.
Aufgrund dessen, wenn die Emissionsmenge von NO_x weniger als die vorbestimmte Menge ist, das heißt, wenn die erforderliche Menge an Ozon für die NO-Oxidation gering ist, wird der Grenzwert TH1 auf einen niedrigen Wert geändert, dabei werden die Möglichkeiten zur Ausführung der Steuerung der Oxidation von NO₂ erhöht. Deshalb kann, ähnlich zur dritten Ausführungsform, während einer Zeitspanne, wenn die erforderliche Menge an Ozon für die NO-Oxidation gering ist, die Menge des schwachen NO_x bei dieser Gelegenheit verringert werden. Anschließend kann, wenn die Steuerung der Oxidation von NO₂ und die Steuerung der Oxidation von NO gleichzeitig ausgeführt werden, der Maximalwert der erforderlichen Ozonmenge verringert werden. Aus diesem Grund kann der Maximalwert der für die Ozon-Zuführvorrichtung erforderlichen Ozon-Zuführmenge verringert werden, und die Größe der Ozon-Zuführvorrichtung kann verringert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
In der vorstehend beschriebenen, ersten Ausführungsform stellt die Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung mit der Funktion der Zuführung von Ozon eine Ozon-Zuführvorrichtung bereit. Im Gegensatz dazu, wird in der vorliegenden Ausführungsform eine in 11 gezeigte Ozon-Zuführvorrichtung bereitgestellt, welche den Reaktionsbehälter 20, die Heizeinrichtung 21, und das in 1 gezeigte Einspritzventil 22 weglässt. Die Ozon-Zuführvorrichtung umfasst einen Ozonisator 30, ein Gebläse 50, ein Zuführrohr 26, ein Verbindungsrohr 23, und ein Öffnungs-/Schließventil 26v.
Zusätzlich verwendet die in 1 gezeigte NO_x-Reinigungsvorrichtung 12 einen Katalysator, welcher selektiv das Reduktionsmittel mit NO_x in Anwesenheit von O₂ reagiert. Im Gegensatz dazu verwendet ein NO_x-Reinigungsapparat 12A gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Katalysator, welcher NO_x in einer mageren Umgebung in der Anwesenheit von O₂ verschließt und das Reduktionsmittel mit NO_x in einer fetten Umgebung reagiert.
Ferner wird in den Steuerungen gemäß der vorliegenden Ausführungsform das in 2 gezeigte Verfahren wie folgt geändert. Insbesondere werden die in 2 gezeigten Entscheidungen in den Schritten S11 und S12 abgeschafft, und die Steuerungen für die Zuführung von Reduktionsmittel in den Schritten S16, S17, und S18 werden abgeschafft. Ferner wird, wenn in Schritt S13 entschieden wird, dass die Katalysatortemperatur Tcat größer als die dritte vorbestimmte Temperatur T3 ist, die Steuerung des vollständigen Anhaltens in Schritt S19 ausgeführt. Anschließend wird, wenn die Adsorptionsmenge von NO_x zum Katalysator den Grenzwert erreicht, der Betrieb des Motors 10 derart kontrolliert, dass eine ausreichende Menge von unverbranntem Kraftstoff im Abgas enthalten ist. Dieser unverbrannte Kraftstoff reagiert mit NO_x auf dem Katalysator als ein Reduktionsmittel, um NO_x zu reduzieren und zu reinigen.
(Andere Ausführungsformen)
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorstehend beschrieben worden sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und es werden verschiede Modifikationen bzw. Abwandlungen, wie nachstehend veranschaulicht, erwogen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf Kombinationen von Ausführungsformen beschränkt, welche Teile kombinieren, welche ausdrücklich als kombinierbar beschrieben werden. So lange keine Probleme auftreten, können die verschiedenen Ausführungsformen teilweise miteinander kombiniert werden, selbst wenn es nicht ausdrücklich beschrieben ist.
In der ersten Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, wird das Ausführungsflag der Steuerung der Oxidation von NO₂ auf AUS zum Zeitpunkt t2 gestellt, wenn der integrierte Wert der Adsorptionsmenge des schwachen NO_x Null wird. Jedoch kann dieses Ausführungsflag auf AUS gestellt werden, wenn der integrierte Wert stattdessen auf einen vorbestimmte Menge abgefallen ist. Alternativ kann das Ausführungsflag der Steuerung der Oxidation von NO₂ auf AUS gestellt werden, nachdem eine vorbestimmte Zeit vom Zeitpunkt t1 abgelaufen ist, wenn das Ausführungsflag der Steuerung der Oxidation von NO₂ auf EIN gestellt wurde.
In der Ausführungsform, welche in den 1 und 11 gezeigt ist, wird der Ozonisator 30 auf der Stromabwärtsseite des Gebläses 50 angeordnet, aber stattdessen kann der Ozonisator 30 auf der Stromaufwärtsseite des Gebläses 50 angeordnet werden.
In der Ausführungsform, welche in 1 gezeigt ist, wird die Ozon-Zuführvorrichtung auf einen Dieselmotor vom Kompressions-Einspritz-Typ angewendet, und Leichtöl (Dieselöl), welches ein Verbrennungskraftstoff ist, wird als ein Reduktionsmittel verwendet. Im Gegensatz dazu kann die Ozon-Zuführvorrichtung auf einen Benzinmotor vom Fremdzünd-Typ angewandt werden, wobei Benzin als Verbrennungskraftstoff als ein Reduktionsmittel verwendet werden kann.
Mittel und/oder Funktionen, welche durch die ECU 40 als Ozon-Zuführ-Steuervorrichtung bereitgestellt werden, können mittels einer auf einem handfesten Speichermedium aufgenommener Software, ein Computer welcher dasselbe ausführt, nur Software, nur Hardware, oder eine Kombination derselben, bereitgestellt werden. Zum Beispiel, wenn die Steuervorrichtung durch einen Schaltkreis, das heißt Hardware, bereitgestellt wird, kann die Steuervorrichtung durch eine digitale Schaltung mit einer Anzahl an logischen Schaltungen, oder einer analogen Schaltung bereitgestellt werden. Ferner kann, anstelle der ECU 40, der Mikroprozessor 41 eine Ozon-Zuführ-Steuervorrichtung bereitstellen, oder ein Prozessor im Mikroprozessor 41 kann eine Ozon-Zuführ-Steuervorrichtung bereitstellen.
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 2015 [0001]
JP 252254 [0001]
JP 2012193620 A [0005]

Claims

Ozon-Zuführsteuervorrichtung, welche den Betrieb einer Ozon-Zuführvorrichtung steuert, welche einem Verbrennungsmotor (10) Ozon zuführt, welcher einen Abgasdurchlass (10ex) aufweist, wobei ein Katalysator, welcher NO_x im Abgas des Verbrennungsmotors adsorbiert und reduziert, im Abgasdurchlass angeordnet ist, wobei die Ozon-Zuführvorrichtung Ozon in den Abgasdurchlass stromaufwärts vom Katalysator zuführt, wobei die Ozon-Zuführsteuervorrichtung umfasst: eine Schätzeinheit (S200, S200a), welche eine Adsorptionsmenge von NO₂ innerhalb des vom Katalysator adsorbierten NO_x schätzt; und eine Steuereinheit der Oxidation von NO₂ (S26), welche in den Abgasbereich Ozon zuführt, um das auf dem Katalysator adsorbierte NO₂ zu oxidieren, wenn die durch die Schätzeinheit geschätzte Adsorptionsmenge an NO₂ gleich oder über einem vorbestimmten Grenzwert ist und eine Katalysatortemperatur geringer als eine Aktivierungstemperatur ist.
Ozon-Zuführsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schätzeinheit die Adsorptionsmenge an NO₂ durch Integration einer momentanen Adsorptionsmenge von NO₂ zum Katalysator schätzt, wobei die momentane Adsorptionsmenge an NO₂ durch die Annahme geschätzt wird, dass, wenn die Katalysatortemperatur zu einer Zeit der NO_x-Adsorption ansteigt, ein Verhältnis der momentanen Adsorptionsmenge an NO₂, bezogen auf eine momentane Adsorptionsmenge an NO_x, kleiner ist.
Ozon-Zuführsteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei innerhalb des auf dem Katalysator adsorbierten NO_x eine Übergangsmenge an NO₃ definiert ist als die Menge an NO_x, welche von NO₂ zu NO₃ bei Temperaturanstieg übergeht, und die Schätzeinheit die Adsorptionsmenge an NO₂ als einen durch Subtraktion der Übergangsmenge an NO₃ vom erhaltenen Wert der integrierten momentanen Adsorptionsmenge an NO₂ erhaltenen Wert schätzt.
Ozon-Zuführsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Schätzeinheit die Adsorptionsmenge an NO₂ dadurch schätzt, indem angenommen wird, dass, wenn die Katalysatortemperatur ansteigt, die Übergangsmenge an NO₃ höher ist.
Ozon-Zuführsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Steuereinheit der Oxidation von NO (S15), welche dem Abgasdurchlass Ozon zuführt, um NO im Abgas zu oxidieren, wenn die Katalysatortemperatur geringer als die Aktivierungstemperatur ist; und eine temporäre Steuereinheit der Oxidation von NO₂ (S20a, S26), welche, dem Abgasdurchlass Ozon zuführt, um das durch den Katalysator adsorbierte NO₂ zu oxidieren, wenn eine vom Verbrennungsmotor ausgestoßene Menge an NO_x geringer ist als eine vorbestimmte Menge.
Ozon-Zuführsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Steuereinheit der Oxidation von NO (S15), welche dem Abgasdurchlass Ozon zuführt, um das NO im Abgas zu oxidieren, wenn die Katalysatortemperatur geringer als die Aktivierungstemperatur ist, wobei der Grenzwert auf einen geringeren Wert eingestellt wird, wenn eine vom Verbrennungsmotor ausgestoßene Menge an NO_x geringer als eine vorbestimmte Menge ist, verglichen damit, wenn die Menge an NO_x gleich oder größer als die vorbestimmte Menge ist.