DE112021005310T5

DE112021005310T5 - Steuerverfahren für reduktionsmittel-erzeugungsvorrichtung, abgasreinigungsverfahren, reduktionsmittel-erzeugungssystem und abgasreinigungssystem

Info

Publication number: DE112021005310T5
Application number: DE112021005310.8T
Authority: DE
Inventors: Katsumi SAIKI; Yukinari Shibagaki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2021-06-03
Publication date: 2023-08-03
Also published as: JP7422895B2; WO2022097321A1; JPWO2022097321A1; CN116322989A; US20230235689A1

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern einer Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100, wobei die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 enthält: eine Sprühvorrichtung 10, die einen Reduktionsmittelvorläufer 50 versprühen kann; und eine Heizvorrichtung 20, die ein Keramiksubstrat 21 umfasst, wobei die Heizvorrichtung 20 auf einer stromabwärts gelegenen Seite der Sprühvorrichtung 10 angeordnet ist und den Reduktionsmittelvorläufer 50 erwärmen kann, um ein Reduktionsmittel 60 zu erzeugen. Das Verfahren enthält: einen Durchdringungsschritt des Versprühens des Reduktionsmittelvorläufers 50 aus der Sprühvorrichtung 10 und des Durchdringens des Keramiksubstrats 21 mit dem Reduktionsmittelvorläufer 50, wenn die Heizvorrichtung nicht erwärmt ist; und nach dem Durchdringungsschritt einen Erwärmungsschritt A des Erwärmens der Reduktionsmittelvorläufer 50 durch die Heizvorrichtung 20 und des Erzeugens des Reduktionsmittels 60, während der Reduktionsmittelvorläufer 50 aus der Sprühvorrichtung 10 versprüht wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuerverfahren für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung, ein Abgasreinigungsverfahren, ein Reduktionsmittel-Erzeugungssystem und ein Abgasreinigungssystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Reduktionsmittel können andere Verbindungen in Oxidations-Reduktionsreaktionen reduzieren und werden für verschiedene Anwendungen verwendet. In einem Harnstoff-SCR-System, das als eine der Abgasreinigungstechniken bekannt ist, wird z. B. ermöglicht, dass Ammoniak (Reduktionsmittel), das durch Zerlegen von Harnstoff mit der Wärme eines Abgases erzeugt wird, mit NOx reagiert, um es zu Stickstoff und Wasser zu reduzieren.
Herkömmliche Harnstoff-SCR-Systeme erfordern eine Abgastemperatur von mindestens 200 °C, um aus Harnstoff Ammoniak zu erzeugen. Falls die Temperatur des Abgases tiefer ist, kann Ammoniak nicht in ausreichender Menge aus Harnstoff erzeugt werden, was zu einer unzureichenden Ammoniakmenge führt, die zur NOx-Behandlung erforderlich ist, falls die Temperatur des Abgases tiefer ist.
Deshalb offenbart Patentliteratur 1 eine Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung, die mit einer Wabenstruktur (die im Folgenden als eine „Wabenheizvorrichtung“ bezeichnet wird), die einen Wabenstrukturabschnitt und ein Paar Elektrodenabschnitte aufweist, die auf einer Seitenfläche des Wabenstrukturabschnitts angeordnet sind, und einer Harnstoff-Sprühvorrichtung zum Sprühen einer wässrigen Harnstofflösung in einer Form eines Nebels ausgestattet ist, wobei eine wässrige Harnstofflösung in die Wabenheizvorrichtung gesprüht wird, die durch elektrische Leitung erwärmt wird, wodurch ermöglicht wird, dass ausreichend Ammoniak erzeugt wird, selbst wenn die Temperatur des Abgases tiefer ist.
STAND DER TECHNIK
Patentliteratur
[Patentliteratur 1] Japanisches Patent Nr. 6487990 B
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das durch die Erfindung zu lösende Problem
Die Reduktionsmittel-Einspritzvorrichtung gemäß Patentliteratur 1 erfordert etwas Zeit für die Zerlegungsreaktion des Harnstoffs, unmittelbar nachdem die wässrige Harnstofflösung versprüht worden ist, was zu einer Verzögerung bei der Erzeugung von Ammoniak (Reduktionsmittel) führt. Weil andererseits die NOx-Menge im Abgas zunimmt, unmittelbar nachdem die Kraftmaschine gestartet worden ist, verursacht die Verzögerung bei der Ammoniakerzeugung eine verringerte Abgasreinigungsleistung.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerverfahren für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung und ein Reduktionsmittel-Erzeugungssystem zu schaffen, die ein Reduktionsmittel schnell erzeugen können. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungsverfahren und ein Abgasreinigungssystem zu schaffen, das ein Reduktionsmittel schnell erzeugen kann, um eine Abgasreinigung auszuführen, unmittelbar nachdem eine Kraftmaschine gestartet worden ist.
Mittel zum Lösen des Problems
Die obigen Probleme werden durch die vorliegende Erfindung, die im Folgenden beschrieben wird, gelöst, wobei die vorliegende Erfindung wie folgt spezifiziert wird:
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung, wobei die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung umfasst: eine Sprühvorrichtung, die einen Reduktionsmittelvorläufer versprühen kann; und eine Heizvorrichtung, die ein Keramiksubstrat umfasst, wobei die Heizvorrichtung auf einer stromabwärts gelegenen Seite der Sprühvorrichtung angeordnet ist und den Reduktionsmittelvorläufer erwärmen kann, um ein Reduktionsmittel zu erzeugen, wobei das Verfahren umfasst:

einen Durchdringungsschritt des Sprühens des Reduktionsmittelvorläufers aus der Sprühvorrichtung und des Durchdringens des Keramiksubstrats mit dem Reduktionsmittelvorläufer, wenn die Heizvorrichtung nicht erwärmt ist; und
nach dem Durchdringungsschritt einen Erwärmungsschritt A des Erwärmens des Reduktionsmittelvorläufers durch die Heizvorrichtung und des Erzeugens des Reduktionsmittels, während der Reduktionsmittelvorläufer von der Sprühvorrichtung versprüht wird.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Reinigen eines Abgases, wobei das Verfahren das In-Kontakt-Bringen des durch das obige Verfahren erzeugten Reduktionsmittels mit einem NOx-haltigen Abgas umfasst.
Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Reduktionsmittel-Erzeugungssystem, wobei das Reduktionsmittel-Erzeugungssystem umfasst:

eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung, die umfasst: eine Sprühvorrichtung, die einen Reduktionsmittelvorläufer versprühen kann; und eine Heizvorrichtung, die ein Keramiksubstrat umfasst, wobei die Heizvorrichtung auf einer stromabwärts gelegenen Seite der Sprühvorrichtung angeordnet ist und den Reduktionsmittelvorläufer erwärmen kann, um ein Reduktionsmittel zu erzeugen; und
eine Steuervorrichtung, die umfasst: eine Reduktionsmittelvorläufer-Sprühsteuereinheit zum Steuern des Sprühens des Reduktionsmittelvorläufers aus der Sprühvorrichtung; und eine Heizvorrichtungs-Steuereinheit zum Steuern des Erwärmens des Reduktionsmittelvorläufers durch die Heizvorrichtung,
wobei die Reduktionsmittelvorläufer-Sprühsteuereinheit ein Steuersignal zum Sprühen des Reduktionsmittelvorläufers aus der Sprühvorrichtung erzeugt, wenn die Heizvorrichtung nicht erwärmt ist, und das Reduktionsmittel-Erzeugungssystem steuert, so dass das Keramiksubstrat mit dem Reduktionsmittelvorläufer durchdrungen werden kann.

Weiterhin bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Abgasreinigungssystem, das das Reduktionsmittel-Erzeugungssystem umfasst,
wobei die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung in einer Abgasleitung, durch die ein NOx-haltiges Abgas strömen kann, oder in einer mit der Abgasleitung verbundenen Zweigleitung vorgesehen ist.
Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Steuerverfahren für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung und ein Reduktionsmittel-Erzeugungssystem zu schaffen, die ein Reduktionsmittel schnell erzeugen können.
Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Abgasreinigungsverfahren und ein Abgasreinigungssystem zu schaffen, die ein Reduktionsmittel schnell erzeugen können, um eine Abgasreinigung auszuführen, unmittelbar nachdem eine Kraftmaschine gestartet worden ist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung zeigt, die in einem Steuerverfahren für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung und ein Reduktionsmittel-Erzeugungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2 ist ein Ablaufplan zum Erklären eines herkömmlichen Steuerverfahrens für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung;
3 ist ein Ablaufplan zum Erklären eines Steuerverfahrens für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4 ist ein Ablaufplan zum Erklären eines Steuerverfahrens für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
5 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Zeit und einer Menge von Ammoniak (Reduktionsmittel) zeigt, die in einem Steuerverfahren für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und einem herkömmlichen Steuerverfahren für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung erzeugt wird; und
6 ist eine schematische Querschnittsansicht zum Erklären eines Reduktionsmittel-Erzeugungstests in Beispielen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung im Einzelnen beschrieben. Es soll erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen eingeschränkt ist und dass verschiedene Modifikationen und Verbesserungen, die im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung liegen, basierend auf dem Durchschnittswissen eines Fachmanns auf dem Gebiet vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung zeigt, die in einem Steuerverfahren für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung und ein Reduktionsmittel-Erzeugungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100: eine Sprühvorrichtung 10, die einen Reduktionsmittelvorläufer 50 versprühen kann; und eine Heizvorrichtung 20, die ein Keramiksubstrat 21 enthält, wobei die Heizvorrichtung 20 auf einer stromabwärts gelegenen Seite der Sprühvorrichtung 10 angeordnet ist und den Reduktionsmittelvorläufer 50 erwärmen kann, um ein Reduktionsmittel 60 zu erzeugen.
Bevorzugte Ausführungsformen der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100, die eine derartige Struktur aufweist, werden für jede Komponente ausführlich beschrieben.
(1-1) Sprühvorrichtung 10
Der Typ der Sprühvorrichtung 10 ist nicht besonders eingeschränkt, solange sie den Reduktionsmittelvorläufer 50 versprühen kann, wobei er aber vorzugsweise ein Solenoidtyp, ein Ultraschalltyp, ein Typ eines piezoelektrischen Aktuators oder ein Zerstäubertyp ist. Unter Verwendung dieser kann der Reduktionsmittelvorläufer 50 einfach in einer Form eines Nebels versprüht werden. Außerdem kann der Reduktionsmittelvorläufer 50 in der Form des Nebels ohne Verwendung von Luft versprüht werden, wenn unter diesen der Solenoidtyp, der Ultraschalltyp oder der Typ eines piezoelektrischen Aktuators verwendet wird. Deshalb ist es nicht notwendig, die Luft, die zum Versprühen des Reduktionsmittelvorläufers 50 verwendet wird, zu erwärmen, wobei die Energiemenge für das Erwärmen verringert werden kann. Eine Tröpfchengröße (Durchmesser) des von der Sprühvorrichtung 10 versprühten Reduktionsmittelvorläufers 50 ist vorzugsweise 0,3 mm oder kleiner. Falls die Tröpfchengröße des Reduktionsmittelvorläufers 50 größer als 0,3 mm ist, kann es schwierig werden, ihn zu verdampfen, wenn das Keramiksubstrat 21 erwärmt wird.
Hier ist die Solenoidtyp-Sprühvorrichtung 10 eine Vorrichtung zum Versprühen des Reduktionsmittelvorläufers 50 in der Form des Nebels durch eine Hin- und Herbewegung eines Kolbens durch die Schwingung eines Solenoids oder eines elektrischen Feldes unter Verwendung des Solenoids. Der Ultraschalltyp-Zerstäuber 10 ist eine Vorrichtung zum Versprühen des Reduktionsmittelvorläufers 50 in der Form des Nebels durch Ultraschallschwingung. Die Sprühvorrichtung 10 des Typs eines piezoelektrischen Aktuators ist eine Vorrichtung zum Versprühen des Reduktionsmittelvorläufers 50 in der Form des Nebels durch Schwingen eines piezoelektrischen Elements. Die Zerstäubertyp-Sprühvorrichtung 10 ist z. B. eine Vorrichtung zum Aufsaugen des Reduktionsmittelvorläufers 50 durch ein Rohr, während der Reduktionsmittelvorläufer 50 mit Luft aus Öffnungen an der Spitze des Rohrs ausgeblasen wird, um den Reduktionsmittelvorläufer in der Form des Nebels zu versprühen. Es sollte beachtet werden, dass die Zerstäubertyp-Sprühvorrichtung 10 eine Vorrichtung sein kann, die mehrere kleine Öffnungen an der Spitze einer Düse bildet und den Reduktionsmittelvorläufer 50 in der Form des Nebels aus den Öffnungen versprüht.
Wenn z. B. das Keramiksubstrat 21 ein säulenförmiges keramisches Wabensubstrat 22 ist, wie in 1 gezeigt ist, ist die Sprühvorrichtung 10 vorzugsweise so konfiguriert, dass eine Richtung des Sprühens des Reduktionsmittelvorläufers 50 (eine Richtung, in der Tröpfchen ausgestoßen werden) einer Seite einer ersten Stirnfläche 26 des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 zugewandt ist, um den Reduktionsmittelvorläufer 50 einfach in Richtung der Seite der ersten Stirnfläche 26 des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 zu sprühen.
(1-2) Heizvorrichtung 20
Die Heizvorrichtung 20 ist nicht besonders eingeschränkt, wie aber in 1 gezeigt ist, enthält sie vorzugsweise: das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 mit einer äußeren Umfangswand 23, einer Trennwand 24, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand 23 angeordnet ist, wobei die Trennwand 24 mehrere Zellen 27 definiert, wobei jede der Zellen 27 einen Strömungsweg von der ersten Stirnfläche 26a zu einer zweiten Stirnfläche 26b bildet; und ein Paar Elektrodenabschnitte 25, die an einer Seitenfläche des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 angeordnet sind. Die Heizvorrichtung 20 mit einer derartigen Struktur kann es ermöglichen, dass dem säulenförmigen keramischen Wabensubstrat 22 Energie zugeführt wird, um Wärme zu erzeugen, wenn eine Spannung an das Paar Elektrodenabschnitte 25 angelegt ist. Weil die Heizvorrichtung 20 mit einer derartigen Struktur eine vergrößerte Oberfläche aufweisen kann, ist es mit weniger Energie möglich, den Reduktionsmittelvorläufer 50 zu erwärmen und das Reduktionsmittel 60 zu erzeugen.
(1-1) Säulenförmiges keramisches Wabensubstrat 22
Die äußere Umfangswand 23 und die Trennwand 24, die das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 bilden, können vorzugsweise aus Keramik bestehen, obwohl sie nicht besonders darauf eingeschränkt sind. Sie enthalten vorzugsweise einen Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff oder Siliciumcarbid als ein Hauptkomponente und bevorzugter einen Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff als eine Hauptkomponente. Die Verwendung eines derartigen Werkstoffs kann es ermöglichen, dass der spezifische elektrische Widerstand des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 durch Ändern eines Verhältnisses von Siliciumcarbid und Silicium einfach auf irgendeinen Wert eingestellt wird.
Der „Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff“, wie er hier verwendet wird, bedeutet einen Werkstoff, der Siliciumcarbidteilchen als ein Aggregat und metallisches Silicium als ein Bindemittel zum Binden der Siliciumcarbidteilchen enthält. In dem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundwerkstoff ist es bevorzugt, dass mehrere Siliciumcarbidteilchen durch metallisches Silicium gebunden sind. Ferner bedeutet „Siliciumcarbid“ einen Werkstoff, der durch Sintern von Siliciumcarbidteilchen gebildet wird. Weiterhin bedeutet die „Hauptkomponente“, sie wie hier verwendet wird, eine Komponente, die in einer Menge von 90 Massen-% oder mehr enthalten ist.
Das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 weist vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,01 bis 500 Ωcm und bevorzugter von 0,1 bis 200 Ωcm auf, obwohl er nicht besonders darauf eingeschränkt ist. Die Steuerung des spezifischen elektrischen Widerstandes auf ein derartiges Niveau kann das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 durch Anlegen einer Spannung an das Paar Elektrodenabschnitte 25 effektiv erwärmen. Um insbesondere das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 auf 160 bis 600 °C unter Verwendung einer Leistungsquelle mit einer Spannung von 12 bis 200 V zu erwärmen, befindet sich der spezifische elektrische Widerstand vorzugsweise in dem obigen Bereich.
Der spezifische elektrische Widerstand des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 ist ein Wert bei 25 °C. Der spezifische elektrische Widerstand des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 ist ein durch ein Vierleiterverfahren gemessener Wert.
Das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 weist vorzugsweise eine Oberfläche pro Einheitsvolumen von 5 cm²/cm³ oder größer und bevorzugter von 8 bis 45 cm²/cm³ und besonders bevorzugt von 20 bis 40 cm²/cm³ auf. Eine Oberfläche von 5 cm²/cm³ oder größer kann ermöglichen, dass eine ausreichende Kontaktfläche mit dem Reduktionsmittelvorläufer 50 sichergestellt ist, wodurch eine Behandlungsrate des Reduktionsmittelvorläufers 50, d. h., eine Menge des erzeugten Reduktionsmittels 60 (eine Erzeugungsrate), geeignet gesteuert wird.
Es sollte beachtet werden, dass die Oberfläche des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 eine Fläche der Oberfläche der Trennwand 24 des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 ist.
Vom Standpunkt des Durchdringens des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 mit dem Reduktionsmittelvorläufer 50 in einem Durchdringungsschritt, der später beschrieben wird, beträgt das gesamte Porenvolumen des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 vorzugsweise 0,3 cm³ bis 100 cm³. Es sollte beachtet werden, dass die erforderliche Menge des Reduktionsmittels abhängig von der Größe einer Brennkraftmaschine, wie z. B. einer Kraftmaschine, in der die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 verwendet wird, signifikant variiert, so dass das Gesamtvolumen des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 außerdem variiert. Das gesamte Porenvolumen nimmt abhängig vom Gesamtvolumen des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 zu.
Die Trennwand 24 des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 weist vorzugsweise eine Dicke von 0,06 bis 1,5 mm und bevorzugter von 0,10 bis 0,80 mm auf. Die Dicke der Trennwand 24 von 1,5 mm oder kleiner kann einen Druckverlust verringern, wodurch die Behandlungsrate des Reduktionsmittelvorläufers 50, d. h., die Menge des erzeugten Reduktionsmittels 60 (Erzeugungsrate), geeignet gesteuert wird. Die Dicke der Trennwand 24 von 0,06 mm oder größer kann verhindern, dass das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 durch einen durch Erwärmung durch elektrische Leitung verursachten Wärmeschock zerstört wird.
Wenn die Form jeder Zelle 27 (die Form des Querschnitts orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 27) kreisförmig ist, bedeutet die Dicke der Trennwand 24 eine Dicke eines Abschnitts, in dem „ein Abstand zwischen den Zellen 27 der kürzeste ist, (eines Abschnitts, in dem die Dicke der Trennwand 27 kleiner ist)“.
Die Zellen 27 weisen vorzugsweise eine Dichte von 7 bis 140 Zellen/cm² und bevorzugter von 15 bis 120 Zellen/cm² auf. Die Dichte der Zellen 27 von 7 Zellen/cm² oder mehr kann ermöglichen, dass eine ausreichende Kontaktfläche mit dem Reduktionsmittelvorläufer 50 sichergestellt ist, wodurch die Behandlungsrate des Reduktionsmittelvorläufers 50, d. h., die Menge des erzeugten Reduktionsmittels 60 (Erzeugungsrate), geeignet gesteuert wird. Die Dichte der Zellen 27 von 140 Zellen/cm² oder weniger kann den Druckverlust verringern, wodurch die Behandlungsrate des Reduktionsmittelvorläufers 50, d. h., die Menge des erzeugten Reduktionsmittels 60 (Erzeugungsrate), geeignet gesteuert wird.
Das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 kann einige Zellen 27 aufweisen, die mit abgedichteten Abschnitten am Endabschnitt auf der Seite der ersten Stirnfläche 26a versehen sind. Der Werkstoff der abgedichteten Abschnitte ist vorzugsweise der gleiche wie der der Trennwand 24, wobei aber andere Werkstoffe verwendet werden können.
Eine Form der ersten Stirnfläche 26a kann verschiedene Formen, wie z. B. ein Quadrat, ein Rechteck oder andere Polygone, ein Kreis und eine Ellipse, sein, obwohl sie nicht besonders darauf eingeschränkt ist. Ferner ist die Form der ersten Stirnfläche 26a die gleiche wie die der zweiten Stirnfläche 26b und vorzugsweise wie die Form des Querschnitts orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 27.
Die Größe des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 ist so, dass die Flächen der ersten Stirnfläche 26a und der zweiten Stirnfläche 26b jeweils von 50 bis 10000 mm² und bevorzugter von 100 bis 8000 mm² reichen.
Die Form jeder Zelle 27 im Querschnitt orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 27 ist vorzugsweise ein Kreis, eine Ellipse, ein Viereck, ein Sechseck, ein Achteck oder eine Kombination davon. Eine derartige Form kann den Druckverlust verringern, wenn das Abgas durch das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 geleitet wird, wodurch der Reduktionsmittelvorläufer 50 effizient zersetzt wird.
Das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 kann mit einem Katalysator (z. B. einem Harnstoff-Hydrolysekatalysator) versehen sein, der den Reduktionsmittelvorläufer 50 hydrolysiert. Unter Verwendung eines derartigen Katalysators kann das Reduktionsmittel 60 effizient aus dem Reduktionsmittelvorläufer 50 erzeugt werden. Derartige Katalysatoren enthalten z. B. Titanoxid und dergleichen.
(1-2-2) Elektrodenabschnitte 25
Das Paar Elektrodenabschnitte 25 ist so angeordnet, dass in einem Querschnitt orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 27 des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 ein Elektrodenabschnitt 25 auf der gegenüberliegenden Seite des anderen Elektrodenabschnitts 25 über eine Mittelachse des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 angeordnet ist. Außerdem ist das Paar Elektrodenabschnitte 25 vorzugsweise in einer Form eines Bandes entlang der Erstreckungsrichtung der Zellen 27 ausgebildet. Eine derartige Konfiguration kann es ermöglichen, dass jede Vorbelastung des in dem säulenförmigen keramischen Wabensubstrat 22 fließenden Stroms unterdrückt wird, wenn die Spannung zwischen dem Paar Elektrodenabschnitte 25 angelegt ist, so dass die Vorbelastung der Wärmeerzeugung in dem säulenförmigen keramischen Wabensubstrat 22 unterdrückt werden kann.
Es sollte beachtet werden, dass ein Paar Elektrodenabschnitte 25 vorgesehen sein kann, wobei aber vom Standpunkt des Erhöhens eines Wärmeerzeugungswirkungsgrads des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 mehrere Paare vorgesehen sein können.
Ferner erwärmt das Anlegen der Spannung an das Paar Elektrodenabschnitte 25 vorzugsweise das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22, so dass die Temperatur der ersten Stirnfläche 26a 900 °C oder tiefer ist. Die Temperatur der ersten Stirnfläche 26a kann durch direktes Vorsehen von Temperaturmessmitteln an dem säulenförmigen keramischen Wabensubstrat 22 gesteuert werden. Alternativ ist es außerdem möglich, die Temperatur der ersten Stirnfläche 26a aus einer Temperatur eines Abgases, einer Durchflussmenge des Abgases und einer Menge des versprühten Reduktionsmittelvorläufers 50 zu schätzen. Falls die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine abgebildet werden, kann sie ferner durch die Messung der Temperatur des Abgases und die Durchflussmenge des Abgases ersetzt werden.
Der Werkstoff der Elektrodenabschnitte 25 ist vorzugsweise der gleiche wie die Hauptkomponente der Trennwand 24 des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22, obwohl er nicht speziell darauf eingeschränkt ist.
Die Elektrodenabschnitte 25 weisen vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,0001 bis 100 Ωcm und bevorzugter von 0,001 bis 50 Ωcm auf. Der spezifische elektrische Widerstand der Elektrodenabschnitte 25 in einem derartigen Bereich kann es dem Paar Elektrodenabschnitte 25 ermöglichen, die Rolle von Elektroden in einer Abgasleitung effektiv zu spielen, durch die ein Abgas mit erhöhter Temperatur strömt. Der spezifische elektrische Widerstand der Elektrodenabschnitte 25 ist vorzugsweise niedriger als der des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22.
Der spezifische elektrische Widerstand der Elektrodenabschnitte 25 ist ein Wert bei 25 °C. Der spezifische elektrische Widerstand der Elektrodenabschnitte 25 ist ein durch das Vierleiterverfahren gemessener Wert.
(1-3) Zylindrisches Element 30 und isolationsaufrechterhaltender Abschnitt 40
Die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 kann ferner ein zylindrisches Element 30 und einen isolationsaufrechterhaltenden Abschnitt 40 enthalten, wie in 1 gezeigt ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die Heizvorrichtung 20 in dem zylindrischen Element 30 untergebracht ist und die Heizvorrichtung 20 und das zylindrische Element 30 mittels des isolationsaufrechterhaltenden Abschnitts 40 befestigt sind. Eine derartige Struktur kann die Isolierung zwischen dem zylindrischen Element 30 und dem säulenförmigen keramischen Wabensubstrat 22, auf dem das Paar Elektrodenabschnitte 25 angeordnet ist, sicherstellen.
Das zylindrische Element 30 ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder dergleichen hergestellt, obwohl es nicht besonders darauf eingeschränkt ist.
Um das zylindrische Element 30 an das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 anzupassen, weist das zylindrische Element 30 im Querschnitt orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 27 vorzugsweise den gleichen Typ von Form wie den des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 auf. Wie er hier verwendet wird, bedeutet „der gleiche Typ der Form“, dass, wenn die Form des zylindrischen Elements 30 quadratisch ist, die Form des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 außerdem quadratisch ist, während, wenn die Form des zylindrischen Elements 30 rechteckig ist, die Form des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 außerdem rechteckig ist. Wenn z. B. die Formen des zylindrischen Elements 30 und des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 vom gleichen Typ sind und ihre Formen rechteckig sind, ist es nicht notwendig, dass beide das gleiche Verhältnis der Länge zur Breite aufweisen.
Die Außenfläche des zylindrischen Elements 30 kann mit einem Verbinder 29 zum Anschließen einer elektrischen Verdrahtung 28 von der Außenseite mit den Elektrodenabschnitten 25 versehen sein.
Der isolationsaufrechterhaltende Abschnitt 40 ist zwischen dem zylindrischen Element 30 und dem säulenförmigen keramischen Wabensubstrat 22 angeordnet, auf dem das Paar Elektrodenabschnitte 25 angeordnet ist. Wenn der isolationsaufrechterhaltende Abschnitt 40 einen Abstand zwischen dem säulenförmigen keramischen Wabensubstrat 22, auf dem das Paar Elektrodenabschnitte 25 angeordnet ist, und dem zylindrischen Element 30 halten kann, kann es einen Abschnitt (Raum) geben, in dem der isolationsaufrechterhaltende Abschnitt 40 nicht angeordnet ist, wobei aber der isolationsaufrechterhaltende Abschnitt 40 im gesamten Abstand angeordnet sein kann.
Der Werkstoff des isolationsaufrechterhaltenden Abschnitts 40 ist nicht besonders eingeschränkt, solange er gute Isolationseigenschaften aufweist, wobei aber Aluminiumoxid bevorzugt ist.
Die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 mit der oben beschriebenen Struktur kann gemäß einem in der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden. Spezifisch kann die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 wie folgt hergestellt werden:

Zuerst werden die Sprühvorrichtung 10, die Heizvorrichtung 20, das zylindrische Element 30 mit dem auf der Außenfläche angeordneten Verbinder 29, der isolationsaufrechterhaltende Abschnitt 40 und die elektrische Verdrahtung 28 vorbereitet. Die Heizvorrichtung 20 wird dann in das zylindrische Element 30 eingesetzt, wobei die Heizvorrichtung 20 mittels des isolationsaufrechterhaltenden Abschnitts 40 befestigt wird und die Sprühvorrichtung 10 an einem Ende des zylindrischen Elements 30 angeordnet wird. Der Verbinder 29 des zylindrischen Elements 30 und das Paar von Elektrodenabschnitten 25 der Heizvorrichtung 20 können dann durch die elektrische Verdrahtung 28 angeschlossen werden.

Als Nächstes wird ein typisches Verfahren zum Herstellen der Heizvorrichtung 20 beschrieben.
Zuerst wird ein Formungs-Ausgangsstoff extrudiert, um einen Wabenformling herzustellen, der die gleiche Struktur wie die des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 aufweist. Der Formungs-Ausgangsstoff enthält vorzugsweise einen keramisches Ausgangsstoff und ein organisches Bindemittel. Zusätzlich zu dem keramischen Ausgangsstoff und dem organischen Bindemittel kann der Formungs-Ausgangsstoff ferner einen oberflächenaktiven Stoff, ein Sinterhilfsmittel, einen Porenbildner, Wasser und dergleichen enthalten. Der Formungs-Ausgangsstoff kann durch Mischen dieser Ausgangsstoffe erhalten werden.
Der keramische Ausgangsstoff im Formungs-Ausgangsstoff ist „Keramik“ oder „ein Ausgangsstoff, der durch Brennen eine Keramik bildet“. In jedem Fall bildet der keramische Ausgangsstoff nach dem Brennen eine Keramik. Der keramische Ausgangsstoff im Formungs-Ausgangsstoff enthält vorzugsweise metallisches Silicium und Siliciumcarbidteilchen (Siliciumcarbidpulver) als Hauptkomponenten oder Siliciumcarbidteilchen (Siliciumcarbidpulver) als eine Hauptkomponente. Dies kann das resultierende säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 mit Leitfähigkeit versehen. Das metallische Silicium besteht außerdem vorzugsweise aus metallischen Siliciumteilchen (metallisches Siliciumpulver). Die Formulierung „enthält metallisches Silicium und Siliciumcarbidteilchen als Hauptkomponenten“ bedeutet, dass die Gesamtmasse des metallischen Siliciums und der Siliciumcarbidteilchen 90 Massen-% oder mehr des Ganzen (des keramischen Ausgangsstoffs) beträgt. Beispiele für andere Komponenten als die Hauptkomponenten, die im keramischen Ausgangsstoff enthalten sind, enthalten SiO₂, SrCO₃, Al₂O₃, MgCO₃ und Cordierit.
Wenn das Siliciumcarbid als die Hauptkomponente des keramischen Ausgangsstoffs verwendet wird, wird das Siliciumcarbid durch Brennen gesintert. Wenn ferner das metallische Silicium und die Siliciumcarbidteilchen als die Hauptkomponenten des keramischen Ausgangsstoffs verwendet werden, werden ferner die Siliciumcarbidteilchen als ein Aggregat mit dem metallischen Silicium als ein Bindemittel durch Brennen aneinander gebunden.
Wenn die Siliciumcarbidteilchen (das Siliciumcarbidpulver) und die metallischen Siliciumteilchen (das metallische Siliciumpulver) als die keramische Ausgangsstoffe verwendet werden, beträgt die Masse der metallischen Siliciumteilchen vorzugsweise 10 bis 40 Massen-% basierend auf der Gesamtmasse der Siliciumcarbidteilchen und der metallischen Siliciumteilchen.
Beispiele des organischen Bindemittels enthalten Methylcellulose, Glycerin und Hydroxypropylmethylcellulose. Als das organische Bindemittel kann ein Typ eines organischen Bindemittels verwendet werden oder es können mehrere Typen organischer Bindemittel verwendet werden. Eine Menge des beigemischten organischen Bindemittels beträgt vorzugsweise von 5 bis 10 Massenteile, wenn die Gesamtmasse der keramischen Ausgangsstoffe 100 Massenteile beträgt.
Als der oberflächenaktive Stoff können Ethylenglykol, Dextrin und dergleichen verwendet werden. Als der oberflächenaktive Stoff kann ein Typ eines oberflächenaktiven Stoffs oder mehrere Typen von oberflächenaktiven Stoffen verwendet werden. Eine Menge des beigemischten oberflächenaktiven Stoffs beträgt vorzugsweise von 0,1 bis 2,0 Massenteile, wenn die Gesamtmasse der keramischen Ausgangsstoffe 100 Massenteile beträgt.
Das Sinterhilfsmittel, das verwendet werden kann, enthält SiO₂, SrCO₃, Al₂O₃, MgCO₃, Cordierit und dergleichen. Als das Sinterhilfsmittel kann ein Typ des Sinterhilfsmittels verwendet werden oder können mehrere Typen von Sinterhilfsmitteln verwendet werden. Eine Menge des beigemischten Sinterhilfsmittels beträgt vorzugsweise von 0,1 bis 3 Massenteile, wenn die Gesamtmasse der keramischen Ausgangsstoffe 100 Massenteile beträgt.
Der Porenbildner ist nicht besonders eingeschränkt, solange er nach dem Brennen Poren bildet. Beispiele enthalten Graphit, Stärke, geschäumte Harze, wasserabsorbierende Harze und Kieselgel. Als der Porenbildner kann ein Typ von Porenbildner verwendet werden oder können mehrere Typen von Porenbildnern verwendet werden. Eine Menge des beigemischten Porenbildners beträgt vorzugsweise von 0,5 bis 10 Massenteile, wenn die Gesamtmasse der keramischen Ausgangsstoffe 100 Massenteile beträgt.
Eine Menge des beigemischten Wassers beträgt vorzugsweise 20 bis 60 Massenteile, wenn die Gesamtmasse der keramischen Ausgangsstoffe 100 Massenteile beträgt.
Wenn der Formungs-Ausgangsstoff extrudiert wird, wird der Formungs-Ausgangsstoff zuerst geknetet, um einen Grünling herzustellen. Der Grünling wird dann extrudiert, um ein wabenförmiges Produkt zu erhalten. Der Wabenformling weist eine äußere Umfangswand 23 auf; wobei eine poröse Trennwand 24 auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand 23 angeordnet ist, die die Zellen 27 definiert, die sich jeweils von der ersten Stirnfläche 26a zur zweiten Stirnfläche 26b erstrecken. Die Trennwand 24 des Wabenformlings ist eine nicht getrocknete und nicht gebrannte Trennwand 24.
Der resultierende Wabenformling wird dann getrocknet, um einen getrockneten Wabenkörper herzustellen. Die Trocknungsbedingungen sind nicht besonders eingeschränkt, wobei bekannte Bedingungen verwendet werden können. Es ist z. B. bevorzugt, den Wabenformling bei einer Temperatur von 80 bis 120 °C für 0,5 bis 5 Stunden zu trocknen.
Nachdem ein den keramischen Ausgangsstoff und Wasser enthaltender elektrodenbildender Brei auf die Seitenfläche des getrockneten Wabenkörpers aufgebracht worden ist, wird anschließend der elektrodenbildende Brei getrocknet, um ein Paar ungebrannter Elektrodenabschnitte zu bilden, um einen Wabenkörper mit ungebrannten Elektrodenabschnitten herzustellen.
Für den Wabenkörper mit ungebrannten Elektrodenabschnitten ist der getrocknete Wabenkörper vorzugsweise mit breiten rechteckigen ungebrannten Elektrodenabschnitten versehen, die sich jeweils in der Form des Bandes in der Erstreckungsrichtung der Zellen 27 erstrecken und sich außerdem in einer Umfangsrichtung ausbreiten. Die Umfangsrichtung bezieht sich auf eine Richtung entlang der Seitenfläche des getrockneten Wabenkörpers im Querschnitt orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 27.
Der im Herstellungsschritt des Wabenkörpers mit ungebrannten Elektrodenabschnitten verwendete elektrodenbildende Brei enthält einen keramisches Ausgangsstoff und Wasser. Der elektrodenbildende Brei kann einen oberflächenaktiven Stoff, einen Porenbildner, Wasser und dergleichen enthalten.
Als der für den elektrodenbildenden Brei verwendete keramische Ausgangsstoff ist es bevorzugt, den keramischen Ausgangsstoff zu verwenden, der verwendet wird, wenn der Wabenformling hergestellt wird. Wenn z. B. die Hauptkomponenten des keramischen Ausgangsstoffs, der verwendet wird, wenn der Wabenformling hergestellt wird, die Siliciumcarbidteilchen und das metallische Silicium sind, können die Siliciumcarbidteilchen und das metallische Silicium außerdem als die keramischen Ausgangsstoffe des elektrodenbildenden Breis verwendet werden.
Ein Verfahren zum Auftragen des elektrodenbildenden Breis auf die Seitenfläche des getrockneten Wabenkörpers ist nicht besonders eingeschränkt. Der elektrodenbildende Brei kann z. B. unter Verwendung einer Bürste oder unter Verwendung einer Drucktechnik aufgetragen werden.
Nach dem Auftragen des elektrodenbildenden Breis auf den getrockneten Wabenkörper kann der elektrodenbildende Brei getrocknet werden, um ungebrannte Elektrodenabschnitte (den Wabenkörper mit ungebrannten Elektrodenabschnitten) zu erhalten. Die Trocknungstemperatur reicht vorzugsweise von 80 bis 120 °C. Die Trocknungszeit reicht vorzugsweise von 0,1 bis 5 Stunden.
Der Wabenkörper mit den ungebrannten Elektrodenabschnitten wird dann gebrannt, um eine Wabenstruktur (ein säulenförmiges keramisches Wabensubstrat 22) zu erzeugen.
Die Brennbedingungen können gemäß den Typen des keramischen Ausgangsstoffs, der bei der Herstellung des Wabenformlings verwendet wird, und des keramischen Ausgangsstoffs, der in dem elektrodenbildenden Brei verwendet wird, geeignet bestimmt werden.
Ferner wird eine Kalzinierung vorzugsweise nach dem Trocknen des Wabenformlings mit den ungebrannten Elektrodenabschnitten und vor dem Brennen ausgeführt, um das Bindemittel und dergleichen zu entfernen. Die Kalzinierung wird vorzugsweise in einer Luftatmosphäre bei einer Temperatur von 400 bis 500 °C für 0,5 bis 20 Stunden ausgeführt.
<Verfahren zum Steuern der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung>
Das Steuerverfahren für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 mit der oben beschriebenen Struktur, wobei das Verfahren enthält: einen Durchdringungsschritt des Sprühens des Reduktionsmittelvorläufers 50 aus der Sprühvorrichtung 10 und des Durchdringens des Keramiksubstrats 21 mit dem Reduktionsmittelvorläufer 50, wenn die Heizvorrichtung 20 nicht erwärmt ist; und nach dem Durchdringungsschritt einen Erwärmungsschritt A des Erwärmens des Reduktionsmittelvorläufers 50 durch die Heizvorrichtung 20 und des Erzeugens des Reduktionsmittels 60 während des Sprühens des Reduktionsmittelvorläufers 50 aus der Sprühvorrichtung 10.
Hier wird zuerst ein herkömmliches Steuerverfahren für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 bezüglich des Ablaufplans nach 2 beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, wird bei dem herkömmlichen Steuerverfahren, wenn die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 gestartet wird, die Heizvorrichtung 20 auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt, wobei dann der Reduktionsmittelvorläufer 50 aus der Sprühvorrichtung 10 versprüht wird. Wenn die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 gestoppt wird, wird das Erwärmen der Heizvorrichtung 20 gestoppt, nachdem das Versprühen des Reduktionsmittelvorläufers 50 gestoppt worden ist. Ein derartiger Start-Stopp-Prozess wird jedes Mal wiederholt, wenn die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 verwendet wird.
Wenn die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 im vorhergehenden Start-Stopp-Prozess gestoppt wird, wird das Erwärmen der Heizvorrichtung 20 nach dem Stoppen des Versprühens des Reduktionsmittelvorläufers 50 gestoppt, um zu verhindern, dass der Reduktionsmittelvorläufer 50 (z. B. Harnstoff), der auf dem Keramiksubstrat 21 der Heizvorrichtung 20 verbleibt, abgeschieden wird. Deshalb verbleibt der Reduktionsmittelvorläufer 50 im Allgemeinen nicht auf dem Keramiksubstrat 21 der Heizvorrichtung 20, wenn die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 gestoppt wird.
Wenn die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 in diesem Start-Stopp-Prozess gestartet wird, verursacht dementsprechend das Sprühen des Reduktionsmittelvorläufers 50 aus der Sprühvorrichtung 10 nach dem Erwärmen der Heizvorrichtung 20 auf eine vorgegebene Temperatur, dass das Keramiksubstrat 21 zuerst mit dem versprühten Reduktionsmittelvorläufer 50 durchdrungen wird, so dass die Temperatur der Heizvorrichtung 20 vorübergehend verringert wird. Wenn die Heizvorrichtung 20 anschließend abermals auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt wird, wird der Reduktionsmittelvorläufer 50 thermisch zersetzt, um das Reduktionsmittel 60 zu erzeugen. Folglich verursacht das herkömmliche Steuerverfahren für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 ein Problem, dass es einen langen Zeitraum dauert, bis der Reduktionsmittelvorläufer 50 thermisch zersetzt wird, um das Reduktionsmittel 60 zu erzeugen, nachdem der Reduktionsmittelvorläufer 50 aus der Sprühvorrichtung 10 versprüht worden ist, wobei es schwierig ist, das Reduktionsmittel 60 schnell zu erzeugen.
Andererseits wird bei dem Steuerverfahren für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Reduktionsmittelvorläufer 50 aus der Sprühvorrichtung 10 versprüht, um das Keramiksubstrat 21 mit dem Reduktionsmittelvorläufer 50 zu durchdringen, wenn die Heizvorrichtung 20 nicht erwärmt ist, wobei dann der Reduktionsmittelvorläufer 50 durch die Heizvorrichtung 20 erwärmt wird, so dass das Reduktionsmittel 60 schneller als bei dem herkömmlichen Steuerverfahren erzeugt werden kann. Überdies kann das Reduktionsmittel 60 kontinuierlich erzeugt werden, weil der Reduktionsmittelvorläufer 50 dann aus der Sprühvorrichtung 10 versprüht wird.
Hier wird ein typisches Beispiel des Steuerverfahrens für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezüglich der Ablaufpläne nach den 3 und 4 beschrieben.
3 zeigt ein Steuerverfahren für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100, das den Erwärmungsschritt A nach dem Durchdringungsschritt enthält.
Der Durchdringungsschritt enthält einen Vorsprühschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50. Spezifisch ist der Durchdringungsschritt, den Reduktionsmittelvorläufer 50 aus der Sprühvorrichtung 10 vorher zu versprühen und das Keramiksubstrat 21 mit dem Reduktionsmittelvorläufer 50 zu durchdringen, wenn die Heizvorrichtung 20 nicht erwärmt ist.
Der Erwärmungsschritt A enthält einen Erwärmungs-Startschritt der Heizvorrichtung 20 und einen Sprüh-Startschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50. Spezifisch ist der Erwärmungsschritt A, den Reduktionsmittelvorläufer 50 durch die Heizvorrichtung 20 zu erwärmen und das Reduktionsmittel 60 zu erzeugen, während der Reduktionsmittelvorläufer 50 aus der Sprühvorrichtung 10 versprüht wird. Ferner kann der Erwärmungsschritt A ferner einen Sprüh-Stoppschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50 und einen Erwärmungs-Stoppschritt der Heizvorrichtung 20 enthalten, um die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 zu stoppen. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl 3 ein Beispiel zeigt, in dem der Erwärmungs-Stoppschritt der Heizvorrichtung 20 dem Sprüh-Stoppschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50 folgt, der Sprüh-Stoppschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50 dem Erwärmungs-Stoppschritt der Heizvorrichtung 20 folgen kann. Ferner können der Sprüh-Startschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50 und der Erwärmungs-Startschritt der Heizvorrichtung 20 im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden. Der Durchdringungsschritt und der Erwärmungsschritt A werden jedes Mal wiederholt, wenn die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 verwendet wird.
4 ist ein Steuerverfahren für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100, das ferner einen Erwärmungsschritt B vor dem Durchdringungsschritt enthält. Das heißt, in dem Steuerverfahren werden der Erwärmungsschritt B, der Durchdringungsschritt und der Erwärmungsschritt A in dieser Reihenfolge ausgeführt.
Der Erwärmungsschritt B enthält einen Erwärmungs-Startschritt der Heizvorrichtung 20 und einen Sprüh-Startschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50. Spezifisch ist der Erwärmungsschritt B, den Reduktionsmittelvorläufer 50 durch die Heizvorrichtung 20 zu erwärmen und das Reduktionsmittel 60 zu erzeugen, während der Reduktionsmittelvorläufer 50 aus der Sprühvorrichtung 10 versprüht wird. Ferner kann der Erwärmungsschritt B ferner einen Sprüh-Stoppschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50 und einen Erwärmungs-Stoppschritt der Heizvorrichtung 20 enthalten, um die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 zu stoppen. Es sollte beachtet werden, dass, obwohl 4 ein Beispiel zeigt, bei dem der Erwärmungs-Stoppschritt der Heizvorrichtung 20 nach dem Sprüh-Stoppschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50 ausgeführt wird, der Sprüh-Stoppschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50 nach dem Erwärmungs-Stoppschritt der Heizvorrichtung 20 ausgeführt werden kann. Ferner können in dem Erwärmungsschritt B der Erwärmungs-Startschritt der Heizvorrichtung 20 und der Sprüh-Startschritt des Reduktionsmittelvorläufers 50 im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden.
Hier zeigt 5 eine Beziehung zwischen einer Zeit und einer Menge an erzeugtem Ammoniak (Reduktionsmittel 60) für jedes der Steuerverfahren für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß dem Ablaufplan nach 3 und dem Steuerverfahren für die herkömmliche Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 gemäß dem Ablaufplan nach 2. Wie in 5 gezeigt ist, kann das Steuerverfahren für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Ammoniak schneller als das Steuerverfahren für die herkömmliche Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 erzeugen.
In dem Durchdringungsschritt weist der Reduktionsmittelvorläufer 50 in dem Keramiksubstrat 21 vorzugsweise eine Durchlässigkeit von 5 bis 75 % des gesamten Porenvolumens des Keramiksubstrats 21 auf. Eine Durchlässigkeit des Reduktionsmittelvorläufers 50 von 5 % oder größer tendiert dazu, eine schnelle Erzeugung des Reduktionsmittels 60 stabil sicherzustellen. Ferner kann die Durchlässigkeit des Reduktionsmittelvorläufers 50 von 75 % oder kleiner die Bildung von Ablagerungen des Reduktionsmittelvorläufers 50, der das Keramiksubstrat 21 durchdrungen hat, unterdrücken. Sie kann außerdem verhindern, dass ein Teil des Reduktionsmittelvorläufers 50 thermisch zersetzt wird, so dass er unverändert freigesetzt wird.
Hier kann die Durchlässigkeit des Reduktionsmittelvorläufers 50 durch die folgende Gleichung (1) bestimmt werden: $\begin{array}{l} Durchl \ddot{a} ssigkeit [%] des Reduktionsmittelvorl \ddot{a} ufers 50 = Masse [g] des \\ Reduktionsmittelvorl \ddot{a} ufers 50, der das Keramiksubstrat 21 durchdringt / \\ (gesamtes Porenvolumen [{cm}^{3}] des Keramiksubstarts 21 \times Dichte des \\ Reduktionsmittelvorl \ddot{a} ufers 50 [g / {cm}^{3}]) \end{array}$
Wenn z. B. AdBlue (eine wässrige Harnstofflösung, die 32,5 Massen-% Harnstoff enthält; eingetragenes Warenzeichen des Verbandes der Automobilindustrie (VDA)) als der Reduktionsmittelvorläufer 50 verwendet wird, kann die Dichte der wässrigen Harnstofflösung durch die folgende Gleichung (2) bestimmt werden: $\begin{array}{l} Dichte der w \ddot{a} ssringen Harnstoffl \ddot{o} sung [{g/cm}^{3}] = Dichte des Harnstoffs \times \\ 0,325 + Dichte des Wassers \times 0,675 \end{array}$
Das gesamte Porenvolumen ist ein Wert, der durch die Quecksilberintrusionstechnik gemessen wird. Beispiele des Quecksilberporosimeters enthalten Autopore 9500™ von Micrometrics.
Der in dem Steuerverfahren der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 verwendete Reduktionsmittelvorläufer 50 ist nicht besonders eingeschränkt und kann gemäß dem Typ des zu erzeugenden Reduktionsmittels 60 geeignet gewählt werden.
Wenn das Reduktionsmittel 60 Ammoniak ist, kann z. B. eine wässrige Harnstofflösung als der Reduktionsmittelvorläufer 50 gewählt werden.
Das durch das Steuerverfahren der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 erhaltene Reduktionsmittel 60 kann für verschiedene Anwendungen, die das Reduktionsmittel 60 benötigen, verwendet werden.
Wenn das Reduktionsmittel 60 z. B. Ammoniak ist, kann es zum Behandeln eines Abgases, das NOx (Stickstoffoxide) enthält, verwendet werden.
Wenn die wässrige Harnstofflösung als der Reduktionsmittelvorläufer 50 verwendet wird, sprüht der Erwärmungsschritt den Reduktionsmittelvorläufer 50 aus der Sprühvorrichtung 10, wobei er den Reduktionsmittelvorläufer 50 durch die Heizvorrichtung 20 erwärmt. Wenn der Reduktionsmittelvorläufer 50 von der Sprühvorrichtung 10 auf die erste Stirnfläche 26a des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 gesprüht wird, wird der Reduktionsmittelvorläufer 50 insbesondere in die Zellen 27 des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 eingespeist. Der Harnstoff in der wässrigen Harnstofflösung, die in die Zellen 27 eingespeist wird, wird durch die Temperatur des erwärmten säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 zersetzt, um Ammoniak (das Reduktionsmittel 60) zu erzeugen, der aus der zweiten Stirnfläche 26b des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 abgelassen wird.
Wenn das erzeugte Ammoniak zum Behandeln des NOx-haltigen Abgases verwendet wird, beträgt die Menge der eingespeisten wässrigen Harnstofflösung vorzugsweise 1,0 bis 2,0 in einem Äquivalenzverhältnis zur Menge der im Abgas enthaltenen Stickstoffoxide (NOx). Falls das Äquivalenzverhältnis kleiner als 1,0 ist, kann die Menge des ohne Reinigung ausgestoßenen NOx zunehmen. Falls jedoch der SCR-Katalysator mit einer NOx-Lagerfunktion versehen ist, kann es einen Zeitraum geben, während dessen das Äquivalenzverhältnis kleiner als 1,0 ist. Falls das Äquivalenzverhältnis größer als 2,0 ist, gibt es ein erhöhtes Risiko, dass das Abgas mit dem in das Abgas gemischten Ammoniak ausgestoßen wird.
Der Reduktionsmittelvorläufer 50 ist vorzugsweise eine wässrige Lösung, die von 10 bis 40 Massen-% Harnstoff enthält, obwohl dies nicht besonders darauf eingeschränkt ist. Falls der Harnstoffgehalt kleiner als 10 Massen-% ist, ist es notwendig, eine große Menge der wässrigen Harnstofflösung zu versprühen, um das NOx zu verringern, wobei ein Betrag der elektrischen Leistung, die zum Leiten des Stroms erforderlich ist, um das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 zu erwärmen, zunehmen kann. Falls der Harnstoffgehalt größer als 40 Massen-% ist, gibt es eine Besorgnis, dass sich die wässrige Harnstofflösung in kalten Bereichen verfestigt. Bevorzugte Beispiele der wässrigen Harnstofflösung enthalten AdBlue (eine wässrige Lösung, die 32,5 Massen-% Harnstoff enthält), wie oben beschrieben worden ist.
Die Erwärmungstemperatur des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 beträgt vorzugsweise 160 °C oder höher und bevorzugter 160 bis 600 °C und noch bevorzugter 250 bis 400 °C, obwohl dies nicht besonders eingeschränkt ist. Die Erwärmungstemperatur von 160 °C oder höher kann zu einer einfachen und effizienten Zerlegung des Harnstoffs führen. Die Erwärmungstemperatur von 600 °C oder tiefer kann ermöglichen, dass das Ammoniak ausgebrannt wird, und verhindern, dass das Ammoniak unzureichend zugeführt wird.
Die maximale Spannung, die an das säulenförmige keramische Wabensubstrat 22 angelegt ist, beträgt vorzugsweise 12 bis 200 V und bevorzugter 12 bis 100 V und noch bevorzugter 12 bis 48 V. Die maximale Spannung von 12 V oder größer kann ermöglichen, dass die Temperatur des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 22 einfach erhöht wird. Die maximale Spannung von 200 V oder kleiner kann verhindern, dass eine Vorrichtung zum Erhöhen der Spannung teuer wird.
<Reduktionsmittel-Erzeugungssystem>
Das Reduktionsmittel-Erzeugungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält: die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 mit der oben beschriebenen Struktur; und eine Steuervorrichtung, die eine Reduktionsmittelvorläufer-Sprühsteuereinheit zum Steuern des Sprühens des Reduktionsmittelvorläufers 50 aus der Sprühvorrichtung 10 und eine Heizvorrichtungs-Steuereinheit zum Steuern des Erwärmens des Reduktionsmittelvorläufers 50 durch die Heizvorrichtung 20 enthält. Dann erzeugt die Reduktionsmittelvorläufer-Sprühsteuereinheit ein Steuersignal für das Sprühen des Reduktionsmittelvorläufers 50 aus der Sprühvorrichtung 10, wenn die Heizvorrichtung 20 nicht erwärmt ist, wobei sie das Reduktionsmittel-Erzeugungssystem steuert, so dass der Reduktionsmittelvorläufer 50 das Keramiksubstrat 21 durchdringen kann. Durch das Ausführen einer derartigen Steuerung kann das Reduktionsmittel 60 schnell erzeugt werden.
Der Durchdringungsschritt ist der gleiche wie der des Steuerverfahrens der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100, so dass dessen Beschreibungen weggelassen werden.
Die Steuervorrichtung ist nicht besonders eingeschränkt, wobei sie aber ein Computer sein kann. Wenn das Reduktionsmittel-Erzeugungssystem z. B. in einem Abgasreinigungssystem verwendet wird, kann die Steuervorrichtung eine ECU (Kraftmaschinensteuereinheit) sein. Die ECU ist so konfiguriert, dass sie z. B. eine CPU (Zentraleinheit), einen ROM (Festwertspeicher), einen RAM (Schreib-Lese-Speicher), einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss und dergleichen enthält. Jede Funktion der ECU, die später beschrieben wird, wird z. B. erreicht, indem die CPU auf Steuerprogramme und verschiedene Daten, die im ROM, RAM oder dergleichen gespeichert sind, Bezug nimmt. Die Funktion ist jedoch nicht auf die Verarbeitung durch die Software eingeschränkt, wobei sie durch eine dedizierte Hardware-Schaltung erreicht werden kann. Durch das Kommunizieren mit der Sprühvorrichtung 10, der Heizvorrichtung 20 und dergleichen kann die ECU diese steuern und ihre Zustandsinformationen erfassen.
Die Reduktionsmittelvorläufer-Sprühsteuereinheit erzeugt Steuersignale zum Steuern der Menge der wässrigen Harnstofflösung (des Reduktionsmittelvorläufers 50), die von der Sprühvorrichtung 10 versprüht wird, des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins des Sprühens (Zeitpunkt usw.), der Sprühzeit und dergleichen. Die Reduktionsmittelvorläufer-Sprühsteuereinheit kann die Menge des versprühten Reduktionsmittelvorläufers steuern, so dass die Durchlässigkeit der wässrigen Harnstofflösung im Keramiksubstrat 21 5 bis 75 % des gesamten Porenvolumens des Keramiksubstrats beträgt.
Die Heizvorrichtungs-Steuereinheit erzeugt Steuersignale zum Steuern der an die Heizvorrichtung 20 angelegten Leistung, um die Heiztemperatur der Heizvorrichtung 20, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein des Erwärmens (Zeitpunkt usw.), die Erwärmungszeit und dergleichen zu steuern.
<Abgasreinigungsverfahren>
Das Abgasreinigungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das In-Kontakt-Bringen des durch das oben beschriebene Steuerverfahren für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 erzeugten Reduktionsmittels 60 mit dem NOx-haltigen Abgas.
Weil das oben beschriebene Steuerverfahren für die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 das Reduktionsmittel 60 schnell erzeugen kann, kann gemäß dem Abgasreinigungsverfahren das Reduktionsmittel 60 unmittelbar nach dem Start der Kraftmaschine schnell erzeugt werden, um die Abgasreinigung auszuführen.
Das Abgasreinigungsverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Reduktionsmittel 60 mit dem Abgas in Kontakt bringen und dann eine Reduktionsbehandlung unter Verwendung des SCR-Katalysators ausführen. Dies kann zu einer effizienten Entfernung des NOx im Abgas führen.
<Abgasreinigungssystem>
Das Abgasreinigungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das oben beschriebene Reduktionsmittel-Erzeugungssystem. Ferner ist die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 des Reduktionsmittel-Erzeugungssystems in einer Abgasleitung, durch die das NOxhaltige Abgas strömen kann, oder in einer mit der Abgasleitung verbundenen Zweigleitung vorgesehen.
Weil das oben beschriebene Reduktionsmittel-Erzeugungssystem Ammoniak (das Reduktionsmittel 60) schnell erzeugen kann, kann das Ammoniak gemäß dem Abgasreinigungssystem unmittelbar nach dem Start der Kraftmaschine schnell erzeugt werden, um die Abgasreinigung auszuführen.
Die Menge des Ammoniaks, die von der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 in die Abgasleitung eingespeist wird, beträgt vorzugsweise 1,0 bis 2,0 in einem Äquivalenzverhältnis zur Menge des im Abgas enthaltenen NOx, obwohl dies nicht besonders eingeschränkt ist. Falls das Äquivalenzverhältnis kleiner als 1,0 ist, kann die ohne Reinigung ausgestoßene NOx-Menge zunehmen. Falls das Äquivalenzverhältnis größer als 2,0 ist, gibt es ein erhöhtes Risiko, dass das Abgas mit dem in das Abgas gemischten Ammoniak ausgestoßen wird.
BEISPIELE
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung bezüglich Beispielen ausführlicher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele eingeschränkt.
<Herstellung einer Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung>
Die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung, wie sie in 1 gezeigt ist, wurde hergestellt. Ein spezifisches Herstellungsverfahren ist wie folgt:

Siliciumcarbidpulver (SiC-Pulver) und metallisches Siliciumpulver (Si-Pulver) wurden in einem Massenverhältnis von 70:30 gemischt, um einen keramischen Ausgangsstoff herzustellen. Zu dem keramischen Ausgangsstoff wurden Hydroxypropylmethylcellulose als ein Bindemittel und ein wasserabsorbierendes Harz als ein Porenbildner hinzugefügt, wobei ferner Wasser hinzugefügt wurde, um einen Formungs-Ausgangsstoff herzustellen. Der Formungs-Ausgangsstoff wurde durch einen Vakuum-Grünlingkneter geknetet, um einen Grünling herzustellen. Der Gehalt an Bindemittel betrug 7 Massenteile basierend auf 100 Massenteilen des keramischen Ausgangsstoffs. Der Gehalt an Porenbildner betrug 3 Massenteile basierend auf 100 Massenteilen des keramischen Ausgangsstoffs. Der Gehalt an Wasser betrug 42 Massenteile basierend auf 100 Massenteilen des keramischen Ausgangsstoffs. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Siliciumcarbidpulvers betrug 20 µm, während der durchschnittliche Teilchendurchmesser des metallischen Siliciumpulvers 6 µm betrug. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Porenbildners betrug 20 µm. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser jedes des Siliciumcarbids, des metallischen Siliciums und des Porenbildners ist ein durch ein Laserbeugungsverfahren gemessener Wert.

Der resultierende Grünling wurde unter Verwendung einer Strangpressmaschine gebildet, um einen Wabenformling mit einer zylindrischen Form zu erhalten (der Querschnitt orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen war kreisförmig). Der erhaltene Wabenformling wurde durch dielektrische Hochfrequenzerwärmung getrocknet und dann bei 120 °C für 2 Stunden unter Verwendung eines Heißlufttrockners getrocknet, wobei beide Stirnflächen um einen vorgegebenen Betrag geschnitten wurden, um einen getrockneten Wabenkörper zu erhalten.
Anschließend wurden Siliciumcarbidpulver (SiC-Pulver) und metallisches Siliciumpulver (Si-Pulver) in einem Massenverhältnis von 60:40 gemischt, um einen keramischen Elektroden-Ausgangsstoff herzustellen. Zu dem keramischen Elektroden-Ausgangsstoff wurden Hydroxypropylmethylcellulose als ein Bindemittel, Glycerin als ein feuchtigkeitsspendendes Mittel und ein oberflächenaktiver Stoff als ein Dispergiermittel hinzugefügt, wobei ferner Wasser hinzugefügt und beigemischt wurde. Die Mischung wurde dann geknetet, um einen elektrodenbildenden Brei zu erhalten. Der Gehalt an Bindemittel betrug 0,5 Massenteile basierend auf 100 Massenteilen des keramischen Elektroden-Ausgangsstoffs. Der Gehalt an Glycerin betrug 10 Massenteile basierend auf 100 Massenteilen des keramischen Elektroden-Ausgangsstoffs. Der Gehalt an oberflächenaktiven Stoff betrug 0,3 Masseteile basierend auf 100 Masseteilen des keramischen Elektroden-Ausgangsstoffs. Der Gehalt an Wasser betrug 42 Massenteile basierend auf 100 Massenteilen des keramischen Elektroden-Ausgangsstoffs. Das Siliciumcarbidpulver wies einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 52 µm auf, während das metallische Siliciumpulver einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 6 µm aufwies. Jeder der durchschnittlichen Teilchendurchmesser des Siliciumcarbids und des metallischen Siliciums ist ein durch ein Laserbeugungsverfahren gemessener Wert. Das Kneten wurde durch ein Vertikalrührwerk ausgeführt.
Der elektrodenbildende Brei wurde dann auf die Seitenfläche des getrockneten Wabenkörpers aufgetragen, um ein Paar Bänder zu bilden, wobei dann der elektrodenbildende Brei getrocknet wurde, um ein Paar ungebrannter Elektrodenabschnitte zu bilden, wodurch ein Wabenkörper mit ungebrannten Elektrodenabschnitten erhalten wurde. Die Trocknungstemperatur des elektrodenbildenden Breis betrug 70 °C.
Anschließend wurde der Wabenkörper mit den ungebrannten Elektrodenabschnitten nach dem Entfetten gebrannt und ferner oxidiert, um eine Heizvorrichtung zu erhalten. Die Entfettungsbedingungen waren bei 550 °C für 3 Stunden. Die Brennbedingungen waren in einer Argonatmosphäre bei 1450 °C für 2 Stunden. Die Bedingungen für die Oxidationsbehandlung waren bei 1300 °C für 1 Stunde.
Bei der erhaltenen Heizvorrichtung betrug die Dicke jeder Trennwand 24 0,152 mm und betrug der Zellenabstand 1,11 mm. Die Oberfläche des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats pro Einheitsvolumen betrug 31,1 cm²/cm³. Das säulenförmige keramische Wabensubstrat wies eine rechteckige Säulenform mit quadratischen Stirnflächen auf, wobei eine Seite jeder Stirnfläche 30 mm betrug und die Länge in der Erstreckungsrichtung der Zellen 25 mm betrug. Der spezifische elektrische Widerstand der Elektrodenabschnitte betrug 0,1 S2cm, während der spezifische elektrische Widerstand des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats 1,4 S2cm betrug.
Anschließend wurde das zylindrische Element aus rostfreiem Stahl hergestellt und wurden zwei Verbinder an seiner Außenfläche befestigt. Die Heizvorrichtung wurde in das zylindrische Element eingesetzt, wobei die Heizvorrichtung mittels des isolationsaufrechterhaltenden Abschnitts aus Aluminiumoxid befestigt wurde und die Solenoidsprühvorrichtung an einem Ende des zylindrischen Elements angeordnet wurde. Außerdem wurden die Verbinder des zylindrischen Elements und das Paar Elektrodenabschnitte der Heizvorrichtung durch eine elektrische Verdrahtung miteinander verbunden.
<Reduktionsmittel-Erzeugungstest>
Es wurde ein Reduktionsmittel-Erzeugungstest durch Befestigen der oben erhaltenen Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung an der Abgasleitung ausgeführt. Bei diesem Test wurde AdBlue (die wässrige Harnstofflösung, die 32,5 Gewichts-% Harnstoff enthält; eingetragenes Warenzeichen des Verbandes der Automobilindustrie (VDA)) als der Reduktionsmittelvorläufer verwendet, wobei die Auswertung durch Messen der Zeit, bis eine vorgegebene Menge Ammoniak (Reduktionsmittel) erzeugt wurde, ausgeführt wurde. Ferner wurde der Schwund der wässrigen Harnstofflösung (des Reduktionsmittelvorläufers) (was bedeutet, dass die wässrige Harnstofflösung so, wie sie ist, aus der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung ausgestoßen wird) außerdem bewertet. Ein spezifisches Testverfahren ist wie folgt:
Zuerst wurde die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 in der Abgasleitung 200 installiert, wie in 6 gezeigt ist. Die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 wurde in einer Zweigleitung installiert, die in einem Winkel θ von 45 ° abzweigt und mit der Abgasleitung 200 verbunden ist. Ferner wurde ein Abstand L1 zwischen einem Mittelpunkt A des abgezweigten Abschnitts, in dem die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 installiert war, und der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 auf 10 mm gesetzt.
Anschließend wurde in der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 die wässrige Harnstofflösung vor dem Erwärmen der Heizvorrichtung aus der Sprühvorrichtung vorher versprüht, um jede in Tabelle 1 gezeigte Durchlässigkeit aufzuweisen, wobei sie das säulenförmige keramische Wabensubstrat durchdrang (Durchdringungsschritt). Für den Test Nr. 1 wurde der Durchdringungsschritt jedoch nicht ausgeführt.
Die Durchlässigkeit der wässrigen Harnstofflösung wurde gemäß der obigen Gleichung (1) berechnet. Die Masse (Durchdringungsmenge) der wässrigen Harnstofflösung, die das säulenförmige keramische Wabensubstrat durchdrungen hat, wurde berechnet, indem die Masse des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats vor dem Sprühen der wässrigen Harnstofflösung von der Masse des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats nach dem Sprühen der wässrigen Harnstofflösung abgezogen wurde. Die Durchdringungsmenge der wässrigen Harnstofflösung wurde gemessen, indem das säulenförmige keramische Wabensubstrat aus der Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 entfernt wurde. Ferner wurde die Dichte der wässrigen Harnstofflösung gemäß der oben beschriebenen Formel (2) berechnet.
Anschließend wurde die wässrige Harnstofflösung aus der Sprühvorrichtung mit einer Menge von 1,0 g/min versprüht, wobei eine Spannung von etwa 39 V an das säulenförmige keramische Wabensubstrat angelegt war, um die Heizvorrichtung zu erwärmen, wodurch Ammoniak erzeugt wurde (Erwärmungsschritt). Die maximale von der Leistungsquelle an das säulenförmige keramische Wabensubstrat anlegbare Spannung war auf 48 V gesetzt. Dann wurden 650 ml/min Luft durch die Abgasleitung 200 geleitet, wobei die Zeit, bis 20 ppm und 100 ppm Ammoniak detektiert wurden, gemessen wurde. Die Messung wurde an einem Messpunkt B in der Abgasleitung 200 in einem Abstand L2 von 600 mm von der Mitte der Abgasleitung 200 ausgeführt, die dem Mittelpunkt A des Zweigs entspricht, in dem die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung 100 installiert war.
Ferner wurde die Abgasleitung 200 visuell auf den Schwund der wässrigen Harnstofflösung beobachtet, wobei, falls es keine Ablagerung von Harnstoff in der Abgasleitung 200 gab, dies als kein Schwund der wässrigen Harnstofflösung (A) bewertet wurde. Falls es umgekehrt eine Ablagerung von Harnstoff in der Abgasleitung 200 gab, wurde dies als Schwund der wässrigen Harnstofflösung bewertet (B).

Tabelle 1 zeigt die obigen Bewertungsergebnisse. [Tabelle 1]

Test-Nrn.	Durchlässigkeit (%)	Detektionszeit (s)		Schwund der wässrigen Harnstofflösung	Kategorie
Test-Nrn.	Durchlässigkeit (%)	20 ppm	100 ppm	Schwund der wässrigen Harnstofflösung	Kategorie
1	0	1,2	3,2	A	Vergleichsbeispiel
2	5	0,8	1,0	A	Beispiel
3	50	0,2	0,6	A	Beispiel
4	75	0,1	0,2	A	Beispiel
5	90	0,1	0,2	B	Beispiel

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wurde festgestellt, dass jedes der Steuerverfahren gemäß den Tests Nrn. 2 bis 5 (Beispielen der vorliegenden Erfindung), in denen der Durchdringungsschritt ausgeführt wurde, die kürzere Zeit aufwies, während der 20 ppm und 100 ppm Ammoniak detektiert wurden, und außerdem im Vergleich zu dem Steuerverfahren gemäß Test Nr. 1 (Vergleichsbeispiel), in dem der Durchdringungsschritt nicht ausgeführt wurde, schnell Ammoniak erzeugen konnte.
Wie aus den obigen Ergebnissen ersichtlich ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Steuerverfahren für eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung und ein Reduktionsmittel-Erzeugungssystem zu schaffen, die ein Reduktionsmittel schnell erzeugen können. Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, ein Abgasreinigungsverfahren und ein Abgasreinigungssystem zu schaffen, die ein Reduktionsmittel schnell erzeugen können, um eine Abgasreinigung auszuführen, unmittelbar nachdem eine Kraftmaschine gestartet worden ist.
Bezugszeichenliste

10: Sprühvorrichtung
20: Heizvorrichtung
21: Keramiksubstrat
22: säulenförmiges keramisches Wabensubstrat
23: äußere Umfangswand
24: Trennwand
25: Elektrodenabschnitt
26a: erste Stirnfläche
26b: zweite Stirnfläche
27: Zelle
28: elektrische Verdrahtung
29: Verbinder
30: zylindrisches Element
40: isolationsaufrechterhaltender Abschnitt
50: Reduktionsmittelvorläufer
60: Reduktionsmittel
100: Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung
200: Abgasleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6487990 B [0005]

Claims

Verfahren zum Steuern einer Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung, wobei die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung umfasst: eine Sprühvorrichtung, die einen Reduktionsmittelvorläufer versprühen kann; und eine Heizvorrichtung, die ein Keramiksubstrat umfasst, wobei die Heizvorrichtung auf einer stromabwärts gelegenen Seite der Sprühvorrichtung angeordnet ist und den Reduktionsmittelvorläufer erwärmen kann, um ein Reduktionsmittel zu erzeugen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Durchdringungsschritt des Versprühens des Reduktionsmittelvorläufers aus der Sprühvorrichtung und des Durchdringens des Keramiksubstrats mit dem Reduktionsmittelvorläufer, wenn die Heizvorrichtung nicht erwärmt ist; und nach dem Durchdringungsschritt einen Erwärmungsschritt A des Erwärmens des Reduktionsmittelvorläufers durch die Heizvorrichtung und des Erzeugens des Reduktionsmittels, während der Reduktionsmittelvorläufer aus der Sprühvorrichtung versprüht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reduktionsmittelvorläufer in dem Keramiksubstrat in dem Durchdringungsschritt eine Durchlässigkeit von 5 bis 75 % des gesamten Porenvolumens des Keramiksubstrats aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren ferner einen Erwärmungsschritt B des Erwärmens des Reduktionsmittelvorläufers durch die Heizvorrichtung und des Erzeugens des Reduktionsmittels umfasst, während der Reduktionsmittelvorläufer aus der Sprühvorrichtung versprüht wird, wobei der Erwärmungsschritt B, der Durchdringungsschritt und der Erwärmungsschritt A in dieser Reihenfolge ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Reduktionsmittelvorläufer eine wässrige Harnstofflösung ist und das Reduktionsmittel Ammoniak ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Heizvorrichtung umfasst: ein säulenförmiges keramisches Wabensubstrat mit einer äußeren Umfangswand und einer Trennwand, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei jede der Zellen einen Strömungsweg von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche bildet; und ein Paar Elektrodenabschnitte, die an einer Seitenfläche des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats angeordnet sind, wobei das säulenförmige keramische Wabensubstrat Wärme durch elektrische Leitung erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Heizvorrichtung in einem zylindrischen Element untergebracht ist und die Heizvorrichtung und das zylindrische Element mittels eines isolationsaufrechterhaltenden Abschnitts befestigt sind.
Verfahren zum Reinigen eines Abgases, wobei das Verfahren das In-Kontakt-Bringen des durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erzeugten Reduktionsmittels mit einem NOx-haltigen Abgas umfasst.
Reduktionsmittel-Erzeugungssystem, wobei das Reduktionsmittel-Erzeugungssystem umfasst: eine Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung, die umfasst: eine Sprühvorrichtung, die einen Reduktionsmittelvorläufer versprühen kann; und eine Heizvorrichtung, die ein Keramiksubstrat umfasst, wobei die Heizvorrichtung auf einer stromabwärts gelegenen Seite der Sprühvorrichtung angeordnet ist und den Reduktionsmittelvorläufer erwärmen kann, um ein Reduktionsmittel zu erzeugen; und eine Steuervorrichtung, die umfasst: eine Reduktionsmittelvorläufer-Sprühsteuereinheit zum Steuern des Sprühens des Reduktionsmittelvorläufers aus der Sprühvorrichtung; und eine Heizvorrichtungs-Steuereinheit zum Steuern des Erwärmens des Reduktionsmittelvorläufers durch die Heizvorrichtung, wobei die Reduktionsmittelvorläufer-Sprühsteuereinheit ein Steuersignal für das Sprühen des Reduktionsmittelvorläufers aus der Sprühvorrichtung erzeugt, wenn die Heizvorrichtung nicht erwärmt ist, und das Reduktionsmittel-Erzeugungssystem so steuert, dass das Keramiksubstrat mit dem Reduktionsmittelvorläufer durchdrungen werden kann.
Reduktionsmittel-Erzeugungssystem nach Anspruch 8, wobei die Reduktionsmittelvorläufer-Sprühsteuereinheit eine Menge des versprühten Reduktionsmittelvorläufers so steuert, dass die Durchlässigkeit des Reduktionsmittelvorläufers in dem Keramiksubstrat 5 bis 75 % des gesamten Porenvolumens des Keramiksubstrats beträgt.
Reduktionsmittel-Erzeugungssystem nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Heizvorrichtung umfasst: ein säulenförmiges keramisches Wabensubstrat mit einer äußeren Umfangswand und einer Trennwand, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei jede der Zellen einen Strömungsweg von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche bildet; und ein Paar Elektrodenabschnitte, die auf einer Seitenfläche des säulenförmigen keramischen Wabensubstrats angeordnet sind, wobei das säulenförmige keramische Wabensubstrat Wärme durch elektrische Leitung erzeugt.
Reduktionsmittel-Erzeugungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Heizvorrichtung in einem zylindrischen Element untergebracht ist und die Heizvorrichtung und das zylindrische Element mittels eines isolationsaufrechterhaltenden Abschnitts befestigt sind.
Abgasreinigungssystem, das das Reduktionsmittel-Erzeugungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11 umfasst, wobei die Reduktionsmittel-Erzeugungsvorrichtung in einer Abgasleitung, durch die ein NOx-haltiges Abgas strömen kann, oder in einer mit der Abgasleitung verbundenen Zweigleitung vorgesehen ist.