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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren,
gemäß den Ansprüchen 1 bzw.
5, welche zum Steuern/Regeln von Abgasemissionen aus Maschinen geeignet
sind, die natürliches
Gas, wie z.B. CNG (= "compressed
natural gas": Druck-Naturgas),
LNG (= "liquid natural
gas": Flüssig-Naturgas)
usw., als einen Kraftstoff verwenden.
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STAND DER TECHNIK
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Eine
derartige Vorrichtung und ein Verfahren sind aus der JP-A-06 033752
bekannt. Dieses Dokument zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem
Abgaskanal, in welchem Abgaskanal ein Adsorptionsmittel, ein erster
Niedrigtemperatur-Katalysator und ein zweiter Hochtemperatur-Katalysator
in Reihe bereitgestellt sind. Es ähnelt deshalb in Bezug auf
die vorliegende Anmeldung stark der japanischen Patentveröffentlichung
JP-A-06 033747, welche bereits unten diskutiert ist.
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Das
Adsorptionsmittel ist mit einem Heizmittel ausgestattet, welches
von einer Steuer/Regeleinheit derart gesteuert/geregelt wird, dass
das Adsorptionsmittel über
eine Desorptionstemperatur erwärmt werden
kann, um die Adsorptionskapazität
des Adsorptionsmittels zu regenerieren. Die Steuer/Regeleinheit
der bekannten Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung ist dazu ausgebildet,
die Heizvorrichtung, u. a. Anhand der Katalysatortemperaturen steuert/regelt.
Genauer gesagt beginnt die Steuer/Regeleinheit, das Adsorptionsmittel-Heizmittel
zu erwärmen, wenn
erfasst wird, dass die Temperatur eines Niedrigtemperatur-Katalysators über oder
bei der Desorptionstemperatur des Adsorptionsmittels liegt. Dadurch
kann sichergestellt werden, dass schädliche Gase, welche von dem
Desorptionsmittel desorbiert werden, in dem Niedrigtemperatur-Katalysator
gereinigt werden können.
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Es
ist jedoch ein erster Nachteil dieser bekannten Anordnung, dass
das Adsorptionsmittel Hochtemperatur-resistent sein soll, da es
Abgasen mit hoher Temperatur ausgesetzt ist.
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Zweitens
müssen
drei Reinigungsvorrichtungen, nämlich
ein Adsorptionsmittel, ein Niedrigtemperatur-Katalysator und ein
Hochtemperatur-Katalysator bereitgestellt sein, was die Gesamtkosten
des Abgassystems deutlich erhöht.
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Das
Dokument JP-U-59105049 offenbart eine Teerkomponentenentfernungsvorrichtung
für LPG-Maschinen.
Gemäß den Lehren
des Dokuments ist ein Adsorptionsmittel, welches aus geschäumtem Metall,
Metallwolle oder Drahtgaze besteht, in einem Adsorptionsmittelgefäß stromaufwärts der
Maschine, d.h. in einem Ansaugluftkanal, herausnehmbar bereitgestellt.
Dieses Adsorptionsmittel kann jedoch nicht erwärmt werden, da in dieser bekannten
Maschinenanordnung kein Heizmittel bereitgestellt ist.
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Wenn
ein speziell bereitgestellter Adsorptionsmittelwiderstandssensor
einen gesättigten
Zustand des Adsorptionsmittels erfasst, wird das Adsorptionsmittel
von dem Adsorptionsgefäß stromaufwärts der
Maschine zu einem Adsorptionsgefäß übertragen,
welches in dem Abgaskanal angeordnet ist. Dort wird das Adsorptionsmittel
durch das Abgas aus der Maschine erwärmt, sodass die adsorbierten Teerkomponenten
in dem Adsorptionsmittel verdampft, gezündet und verbrannt werden.
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Das
Dokument JP-A-06264821 zeigt eine CNG-Maschine ohne irgendein Adsorptionsmittel, welches
in einem Ansaugluftkanal angeordnet ist.
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Weiterer
Stand der Technik wird unten diskutiert:
Als ein Mittel zum
Steuern/Regeln einer Abgasemission aus den Maschinen wurde im Allgemeinen
ein Katalysator, wie z.B. ein katalytischer Wandler aus Rhodium,
in einem Abgaskanal einer Maschine bereitgestellt. Ein derartiger
Katalysator kann jedoch schädliches
Gas nicht reinigen, wenn die Temperatur desselben nicht eine Aktivierungstemperatur
(z.B. 200°C)
erreicht, und deshalb kann in dem Fall, dass die Temperatur der
Abgasemission geringer ist als die Aktivierungstemperatur, wie z.B.
beim Starten der Maschine oder dgl., der Katalysator die Abgasemissionen
nicht ausreichend reinigen.
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Es
wurden jedoch Lösungsversuche
für derartige
Probleme durch Verfahren unternommen, wie sie in dem japanischen
ungeprüften
Gebrauchsmuster mit der Veröffentlichungsnummer
JP-U-60190923 und der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung
mit der Nummer 63-68713 beschrieben sind. JP-A-6368713. In dem ersteren
ist ein Adsorptionsmittel in einem Abgaskanal bereitgestellt, und
unverbranntes Gas in dem Abgas, welches eine geringe Temperatur
aufweist, wird von diesem Adsorptionsmittel adsorbiert. In dem zuletzt
Genannten ist ein Abgaskanal in einen Hauptkanal und einen Bypass-Kanal
stromaufwärts
des Katalysators geteilt, ein Schaltventil ist bei einem Wendepunkt
dieser Kanäle
bereitgestellt und ein Adsorptionsmittel ist in dem Bypass-Kanal
bereitgestellt, um unverbranntes Gas in dem Abgas zu adsorbieren.
Diese Veröffentlichungen
lehren, dass eine Strömung
des Abgases von der Maschine in geeigneter Weise von dem Schaltventil
zwischen zu dem Hauptkanal hin und zu dem Bypass-Kanal hin geschaltet
werden kann, und zwar abhängig
von einer Temperatur des Abgases. Das Abgas kann sowohl im Falle
einer niedrigen Temperatur als auch im Falle einer hohen Temperatur gereinigt
werden.
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Zusätzlich hat
das Adsorptionsmittel die Eigenschaft, dass das unverbrannte Gas
bei niedrigen Temperaturen adsorbiert wird, die Adsorptionsfähigkeit
desselben allmählich
mit dem Anstieg der Temperatur abnimmt und die Adsorptionskomponenten desorbiert
werden, z.B. wenn die Temperatur 80°C erreicht. Deshalb besteht
ein Problem bei den Verfahren des Standes der Technik, wie sie in
den obigen Veröffentlichungen
beschrieben sind, darin, dass das unverbrannte Gas in die Luft abgelassen
wird und das Abgas nicht ausreichend gereinigt wird, falls die Temperatur
des Abgases sich in dem mittleren Temperaturbereich von der Desorptionstemperatur des
Adsorptionsmittels aus bis zu der Aktivierungstemperatur des Katalysators
befindet.
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Als
ein Verfahren zum Lösen
eines derartigen Problems ist eine Zusammensetzung, bei welcher
ein Unterkatalysator mit einer Heizvorrichtung in einem Abgaskanal
zusätzlich
zu dem Adsorptionsmittel und Katalysator bereitgestellt ist, um
durch eine Heizvorrichtung zwangsweise zu heizen, in der japanischen
ungeprüften
Patentveröffentlichung
mit der Nummer JP-A-06033747 beschrieben. Die Veröffenlichung
sagt, dass in dem Fall, dass die Abgastemperatur sich in dem obigen
mittleren Temperaturbereich befindet, das unverbrannte Gas durch
den Unterkatalysator gereinigt werden kann, welcher durch eine Heizvorrichtung
auf die Aktivierungstemperatur erwärmt wird.
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Es
bestand jedoch darin ein Problem, dass die Struktur derselben kompliziert
ist und die Anzahl von Teilen zu ihrem Aufbauen erhöht ist,
um eine Reinigungsvorrichtung zu bilden, welche mit einem Unterkatalysator
mit einer Heizvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, versehen
ist. Bezogen auf alle zuvor beschriebenen Verfahren des Standes
der Technik ist es zusätzlich
erforderlich, dass das Adsorptionsmittel eine ziemlich gute Wärmebeständigkeit
aufweist, da das Adsorptionsmittel in einem Abgaskanal bereitgestellt
ist. Deshalb sind die Kosten derselben erhöht, da ein Großteil derartiger
Adsorptionsmittel teuer ist.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische
Lehre bereitzustellen, welche eine zuverlässige Reinigung des Abgases
in einem breiten Temperaturbereich bei vergleichsweise geringen
Kosten gestattet. Diese Aufgabe wird durch eine Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung mit
allen Merkmalen von Anspruch 1 und durch ein Abgasemissionssteuer/regelverfahren
mit allen Merkmalen von Anspruch 5 erreicht.
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Eine
Ausführungsform
einer Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung der vorliegenden Erfindung
umfasst eine Maschine, welche natürliches Gas als Kraftstoffgas
verwendet, einen Kraftstofftank zum Speichern des Kraftstoffgases,
einen Ansaugluftkanal, um das Kraftstoffgas von dem Kraftstofftank
aus der Maschine zuzuführen,
einen Abgaskanal zum Ablassen von Abgas aus der Maschine, eine Kraftstoffzufuhröffnung,
welche mit dem Ansaugluftkanal verbunden ist, um das Kraftstoffgas
dem Kraftstofftank zuzuführen,
ein Adsorptionsmittel, welches zwischen der Kraftstoffzufuhröffnung und
dem Kraftstofftank in dem Ansaugluftkanal angeordnet ist, um Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe
in dem Kraftstoffgas zu adsorbieren, ein Adsorptionsmittel-Heizmittel zum
Erwärmen
des Adsorptionsmittels, einen Abgasemissionssteuer/regelkatalysator,
welcher in dem Abgaskanal angeordnet ist, ein Katalysatortemperaturmessmittel
zum Messen der Temperatur des Katalysators, und ein Steuer/Regelmittel
zum Steuern/Regeln des Adsorptionsmittel-Heizmittels abhängig von
den gemessenen Ergebnissen, welche von dem Katalysatortemperaturmessmittel
erhalten werden.
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Da
das Adsorptionsmittel in dem Ansaugluftkanal angeordnet ist, wird
die Temperatur desselben im Allgemeinen niedriger gehalten als eine
Temperatur, bei welcher Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe (organische
Nicht-Methan-Gase, im Folgenden, als "NMOG" bezeichnet),
die in dem Kraftstoffgas schädliche
Komponenten sind, adsorbiert werden können, d.h. die Desorptionstemperatur
der NMOGs (z.B. 120°C).
Dabei strömt
das Kraftstoffgas durch das Adsorptionsmittel, welches entlang dem
Ansaugluftkanal platziert ist, der ein Zufuhrkanal desselben ist, wenn
das Kraftstoffgas von der Kraftstoffzufuhröffnung aus dem Kraftstofftank
zugeführt
wird. Da NMOGs in dem Kraftstoffgas auf dem Adsorptionsmittel adsorbiert
werden, wenn das Adsorptionsmittel passiert wird, wird das Kraftstoffgas,
welches in dem Kraftstofftank gespeichert ist, gereinigt, indem
die NMOG-Konzentration desselben verringert wird. Somit wird die
NMOG-Konzentration in dem Abgas sogar dann verringert, wenn die
Temperatur des Abgases bei einer niedrigen Temperatur ist, welche
nicht eine Aktivierungstemperatur eines Katalysators erreicht, da
das Kraftstoffgas bereits gereinigt worden ist, als es in dem Kraftstofftank
gespeichert wurde. Es ist wün schenswert,
dass die Adsorptionskapazität des
Adsorptionsmittels in geeigneter Weise im Vergleich mit der Kapazität des Kraftstofftanks
eingestellt wird, sodass NMOGs durch das Adsorptionsmittel in zuverlässiger Weise
während
der Zufuhr des Kraftstoffgases adsorbiert werden. Als ein Adsorptionsmittel
können
insbesondere aktivierter Kohlenstoff, Silikagel, Zeolith usw. verwendet
werden.
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Da
die NMOGs zu dem Adsorptionsmittel adsorbiert worden sind, nachdem
das Kraftstoffgas zugeführt
wurde, ist es dann notwendig, das Adsorptionsmittel zu regenerieren,
indem die NMOGs desorbiert werden, und die desorbierten NMOGs zu
reinigen. Zu diesem Zweck kann der folgende Betrieb durch das Steuer/Regelmittel
ausgeführt
werden. In dem Steuer/Regelmittel wird die Temperatur des Katalysators
zum Steuern/Regeln der Abgasemission durch das Katalysatortemperaturmessmittel
zu allen Zeiten übertragen,
und wenn diese Temperatur die Aktivierungstemperatur des Katalysators
erreicht hat, wird ein Adsorptionsmittel-Heizmittel durch das Steuer/Regelmittel
betätigt,
und das Adsorptionsmittel wird über
eine Desorptionstemperatur hinaus erwärmt. Dann werden die NMOGs
von dem Adsorptionsmittel desorbiert, die NMOGs erreichen den Katalysator
durch die Maschine hindurch in einem aktiven Zustand und werden
von dem Katalysator gereinigt.
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Ein
Adsorptionsmittel ist zwischen einem Kraftstofftank und einer Kraftstoffzufuhröffnung entlang
einem Ansaugluftkanal angeordnet. Ein Adsorptionsmittel-Heizmittel
und ein Katalysatortemperaturmessmittel sind bereitgestellt, und
wenn die Temperatur des Katalysators die Aktivierungstemperatur
erreicht hat, wird das Adsorptionsmittel erwärmt und die NMOGs werden durch
Verwendung eines Steuer/Regelmittels desorbiert. Deshalb kann das
Abgas aus Maschnen über
die gesamten Temperaturbereiche sogar dann gereinigt werden, wenn
die Maschinen relativ einfache Strukturen haben. Zusätzlich braucht
das Adsorptionsmittel nicht wärmebeständig zu
sein, da es in dem Ansaugluftkanal angeordnet ist, und als Ergebnis
kann ein kostengünstiges
Adsorptionsmittel verwendet werden, und eine Kostenreduzierung kann
realisiert werden.
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Als
Nächstes
bezieht sich eine Ausführungsform
eines Abgasemissionssteuer/ regelverfahrens für eine Naturgas-Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung
auf einen Prozess, welcher NMOGs desorbiert, die an dem Adsorptionsmittel
in der obigen Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung der vorliegenden
Erfindung adsorbiert werden, und umfasst ein Adsorptionsmittel-Heizmittel
zum Erwärmen
eines Adsorptionsmittels, welches in einem Ansaugluftkanal angeordnet
ist, der von einem Kraftstofftank zum Speichern von natürlichem
Gas als Kraftstoffgas zu einer Maschine führt, um NMOgs in Kraftstoffgas
zu adsorbieren, ein Katalysatortemperaturmessmittel zum Messen der
Temperatur des Katalysators, welcher in einem Abgaskanal angeordnet
ist, um Abgas aus der Maschine abzulassen, um eine Abgasemission
zu steuern/regeln, und ein Steuer/Regelmittel zum Steuern/Regeln
des Adsorptionsmittel-Heizmittels nach Maßgabe der gemessenen Temperatur, welche
von dem Katalysatortemperaturmessmittel zugeführt wird, wobei die NMOGs im
Kraftstoffgas, welches in dem Ansaugluftkanal strömt, von
dem Adsorptionsmittel adsorbiert werden, das Adsorptionsmittel-Heizmittel
von dem Steuer/Regelmittel betrieben wird, sodass das Adsorptionsmittel über die
Desorptionstemperatur hinaus erwärmt
wird, bei welcher die NMOGs von dem Adsorptionsmittel desorbiert
werden, wenn die gemessene Temperatur in dem Katalysatortemperaturmessmittel
die Aktivierungstemperatur des Katalysators erreicht.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein schematisches Diagramm einer Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein Diagramm einer Betriebsprozedur und eine Abgasemissionssteuer/regelcharakteristik
in einer Abgasemissions-steuer/regelvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt
ein schematisches Diagramm einer modifizierten Ausführungsform
der in 1 gezeigten Vorrichtung.
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4 zeigt
ein schematisches Diagramm einer weiteren modifizierten Ausführungsform
der in 1 gezeigten Vorrichtung.
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5 zeigt
ein Diagramm von gemessenen Ergebnissen eines Beispiels der vorliegenden
Erfindung und ein Vergleichsbeispiel.
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BESTE ART UND WEISE ZUM
AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
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1 zeigt
ein Ansaugluft- und Abgassystem einer Naturgas-Maschine, welche
eine Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bildet. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine
Maschine, das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Ansaugluftkanal
zum Zuführen
von einem Kraftstoffgas zu der Maschine 1 und das Bezugszeichen 3 bezeichnet
einen Abgaskanal zum Ablassen von Abgas aus der Maschine 1 ausgehend
in die Luft. In diesem Fall wird CNG als ein Kraftstoffgas verwendet.
Ein Kraftstofftank 4 ist an dem oberen Ende des Ansaugluftkanals 2 bereitgestellt,
und entlang des Ansaugluftkanals 2 ist ein Kraftstoffzufuhrkanal 6,
welcher mit einer Kraftstoffzufuhröffnung 5 verbindet,
verbunden. Ein Adsorptionsmittel 7, welches aus aktiviertem Kohlenstoff,
Silikagel, Zeolith usw. besteht, ist zwischen einer Verbindung des
Kraftstoffzufuhrkanals 6 und dem Kraftstofftank 4 in
dem Ansaugluftkanal 2 angeordnet. Ein Schaltventil 8 zum
Leiten des Ansaugluftkanals 2, welcher an dem oberen Abschnitt der
Verbindung angeordnet ist, zu der Kraftstoffzufuhröffnung 5 oder
zu der Maschine 1 ist bei einer Verbindung des Ansaugluftkanals 2 und
des Kraftstoffzufuhrkanals 6 bereitgestellt.
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Das
obige Adsorptionsmittel 7 adsorbiert NMOGs, welche in dem
Kraftstoffgas enthalten sind, und es weist Eigenschaften auf, bei
welchen eine Adsorptionsfähigkeit
desselben in einem niedrigeren Temperaturbereich als die Desorptionstemperatur von
NMOGs (z.B. 120°C)
auftritt, und NMOGs werden bei der Desorptionstemperatur desorbiert.
Eine elektrisch heizende Heizvorrichtung (Adsorptionsmittel-Heizmittel) 9 zum
Erwärmen
des Adsorptionsmittels 7 über die Desorptionstemperatur
ist um das Adsorptionsmittel 7 herum bereitgestellt, und
zusätzlich ist
ein Adsorptionstemperatursensor 10 zum Messen der Temperatur
des Adsorptionsmittels 7 in dem Adsorptionsmittel 7 bereitgestellt.
Weiterhin ist ein Katalysator zum Reinigen von Abgas (im Folgenden
einfach als "Katalysator" bezeichnet) 11,
wie z.B. ein katalytischer Wandler aus Rhodium, in dem Abgaskanal 3 angeordnet.
Der Katalysator 11 weist eine Aktivität auf, welche NMOGs in einem
aktiven Zustand reinigt, nachdem sie eine Aktivierungstemperatur (z.B.
200°C) erreicht
haben. Zusätzlich
ist in dem Katalysator 11 ein Katalysatortemperatursensor 12 (Katalysatortemperaturmessmittel)
bereitgestellt, welches die Temperatur des Katalysators 11 misst
(Temperatur des Katalysatorbodens, welcher streng genommen den Hauptteil
des Katalysators 11 bildet).
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Das
Bezugszeichen 13 in 1 bezeichnet eine
elektronische Steuer/Regelvorrichtung (Steuer/Regelmittel, im Folgenden
als "ECU" bezeichnet), welche
durch einen Zündungsschalter 14 zum
Starten der Maschine 1 aktiviert wird. Ausgabesignale des
Adsorptionsmitteltemperatursensors 10 und des Katalysatortemperatursensors 12 werden
der ECU 13 zugeführt.
Die ECU 13 steuert/regelt die Heizvorrichtung 9 abhängig von
dem Betriebszustand der Maschine 1. Genauer wird dann,
wenn das Ausgabesignal des Katalysatortemperatursensors 12,
d.h. die Temperatur des Katalysators 11, eine Aktivierungstemperatur
erreicht, die Temperatur des Adsorptionsmittels 7 durch
Einschalten der Heizvorrichtung 9 derart gesteuert/geregelt,
dass sie die Desorptionstemperatur des Adsorptionsmittels 7 ist.
Nachdem dann eine ausreichende Zeit vergangen ist, während welcher
die in dem Adsorptionsmittel 7 adsorbierten NMOGs vollständig von
dem Adsorptionsmittel 7 desorbiert werden können, (z.B.
20 Minuten), wird die Heizvorrichtung 9 ausgeschaltet.
Als eine Steuer/Regelprozedur der ECU 13 kann die Heizvorrichtung 9 angeschaltet
werden, indem, anstelle eines Erreichens einer Aktivierungstemperatur
des Katalysators 11, gestattet wird, dass ausreichende
Zeit vergeht, bei welcher die Temperatur des Katalysators 11 eine Aktivierungstemperatur
seit dem Starten der Maschine 1 erreicht (z.B. 5 Minuten).
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Als
Nächstes
wird die Wirkung der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Schritt für Schritt von der Kraftstoffzufuhr
zu dem Kraftstofftank 4 zum Starten und im stabilen Betrieb
der Maschine 1 erklärt.
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(1) Kraftstoffzufuhr
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Bei
der Kraftstoffzufuhr führt
das Schaltventil 8 zu der Kraftstoffzufuhröffnung 5,
und das Kraftstoffgas wird von der Kraftstoffzufuhröffnung 5 ausgehend
zugeführt.
Das Kraftstoffgas strömt
von dem Kraftstoffzufuhrkanal 6 ausgehend nach hinten zu dem
Ansaugluftkanal 2, und es wird in dem Kraftstofftank 4 über das
Adsorptionsmittel 7 gespeichert. Wenn die Kraftstoffzufuhr
beendet ist, führt
das Schaltventil 8 zu der Maschine 1. Das Schaltventil 8 kann
z.B. derart geschaltet werden, dass Kraftstoffgas normalerweise
zu der Maschine 1 geführt
wird, und dass es nur dann zu der Kraftstoffzufuhröffnung 5 geführt wird,
wenn eine Düse
in die Kraftstoffzufuhröffnung 5 eingeführt wird
und von der ECU 13 gemessen wird.
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Wenn
somit das Kraftstoffgas, welches in dem Kraftstofftank 4 gespeichert
ist, durch das Adsorptionsmittel 7 strömt, werden NMOGs darin adsorbiert
und die NMOG-Konzentrationen desselben werden verringert. Das heißt, das
Kraftstoffgas ist bereits in dem Zustand, in welchem es in dem Kraftstofftank 4 gespeichert
ist, gereinigt worden.
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Als
Nächstes
werden die Aktionen vom Starten der Maschine bis zu einem stabilen
Betrieb durch Bezugnahme auf 2 erklärt. Die
Bezugszeichen ➀ bis ➄ in 2 entsprechen
den Zeiten, welche durch ➀ bis ➄ in den folgenden
Beschreibungen angezeigt sind.
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(2) Maschinenstart
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- ➀ Die Maschine 1 wird durch den Zündungsschalter 14 gestartet.
- ➁ Der Katalysator 11 wird durch Abgas erwärmt, und das
Adsorptionsmittel 7 wird durch Anschalten der Heizvorrichtung 9 erwärmt, wenn
die Temperatur, welche von dem Katalysatortemperatursensor 12 gemessen
wird, eine Aktivierungstemperatur des Katalysators 11 erreicht.
- ➂ Anstelle des obigen ➁ wird das Adsorptionsmittel 7 erwärmt, indem
die Heizvorrichtung 9 angeschaltet wird, nachdem seit dem
Starten der Maschine 1 ausreichend Zeit vergangen ist (z.B.
5 Minuten), damit die Temperatur des Katalysators 11 eine
Aktivierungstemperatur erreicht.
Ein Abschnitt a zwischen dem
obigen ➀ und dem obigen ➁ oder ➂ zeigt
einen Kaltstartzustand an, und in dem Abschnitt a werden die NMOGs
in den Adsorptionsmitteln 7 in einem Niedrigtemperatur-Zustand adsorbiert,
wenn NMOGs in dem Kraftstoffgas verbleiben. Deshalb sind die NMOG-Konzentrationen in dem
Abgas, welches in die Luft abgelassen wird, gering.
- ➃ Wenn die durch den Adsorptionsmitteltemperatursensor 10 gemessene
Temperatur eine Desorptionstemperatur des Adsorptionsmittels 7 erreicht,
wird die Heizvorrichtung 9 derart gesteuert/geregelt, dass
sie es bei dieser Temperatur hält.
Somit werden NMOGs dadurch von dem Adsorptionsmittel 7 desorbiert.
In
einem Abschnitt b zwischen dem obigen ➁ oder ➂ und
dem obigen ➃ werden NMOGs in dem Kraftstoffgas in dem Adsorptionsmittel 7 adsorbiert,
und sogar dann, wenn es NMOGs gäbe,
welche in dem Adsorptionsmittel 7 nicht adsorbiert werden
würden,
würden die
NMOGs durch den Katalysator 11 in einem aktiven Zustand
gereinigt. Deshalb sind die NMOG-Konzentrationen in dem Abgas, welches
in die Luft abgelassen wird, gering.
- ➄ Nachdem ausreichend Zeit vergangen ist (z.B. 20 Minuten),
bei welcher NMOGs, die in dem Adsorptionsmittel 7 adsorbiert
werden, vollständig
von dem Adsorptionsmittel 7 desorbiert werden können, wird die
Heizvorrichtung 9 ausgeschaltet. Das Adsorptionsmittel 7 wird
durch ein vollständiges
Desorbieren von NMOGs regeneriert.
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In
einem Abschnitt c zwischen dem obigen ➃ und dem obigen ➄ werden
NMOGs von dem Adsorptionsmittel 7 desorbiert; die NMOG-Konzentrationen in
dem Abgas, welches in die Luft abgelassen wird, sind jedoch gering,
da die NMOGs durch den Katalysator 11 in einem aktiven
Zustand gereinigt werden. Dann zeigt ein Abschnitt d nach dem obigen ➄ einen stabilen
Betrieb an, und in diesem Abschnitt d sind die NMOG-Konzentrationen
in dem Abgas, welches in die Luft abgelassen wird, gering, da das
Kraftstoffgas in dem Kraftstofftank 4 verbrennt und abgelassen wird.
Wenn NMOGs in dem Kraftstoffgas verbleiben, werden die NMOGs in
dem Adsorptionsmittel 7 in einem Niedrigtemperatur-Zustand adsorbiert
oder werden durch den Katalysator 11 in einem aktiven Zustand
gereinigt.
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In
dem Fall, dass der Betrieb bei leichter Last weitergeführt wird
und die Maschine 1 dann gestoppt wird, wenn der Katalysator 11 eine
Aktivierungstemperatur noch nicht erreicht hat, befindet sich der
Betriebszustand in dem Zustand des Abschnitts a in 2.
Dann, wenn die Maschine 1 bei der nächsten Gelegenheit gestartet
wird, wird die Steuerung/Regelung von dem Zustand des obigen ➀ ausgehend
ausgeführt.
In dem Fall, in welchem die Maschine 1 in der Mitte des
Abschnitts c in 2 gestoppt wird und die NMOGs
nicht vollständig
von dem Adsorptionsmittel 7 desorbiert werden, wird weiterhin
die Steuerung/Regelung von dem Zustand des obigen ➀ ausgehend
ausgeführt,
indem die Maschine 1 erneut gestartet wird.
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Eine
Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung der obigen Ausführungsform
und ein Betriebsverfahren derselben sind dadurch charakterisiert, dass
die NMOG-Konzentrationen
von Kraftstoffgas, welches der Maschine 1 zugeführt wird,
zuvor verringert werden, indem das Kraftstoffgas durch das Adsorptionsmittel 7 während der
Kraftstoffzufuhr zu dem Kraftstofftank 4 geleitet wird.
Somit werden NMOGs in dem Abgas, welches in die Luft abgelassen
wird, natürlich
verringert, und eine effiziente Reinigung des Abgases kann ausgeführt werden.
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Als
Nächstes
wird ein Betrieb zum Regenerieren des Adsorptionsmittels 7 notwendig,
indem NMOGs, welche in dem Adsorptionsmittel 7 adsorbiert
werden, desorbiert werden. Zu diesem Zweck wird das Adsorptionsmittel 7 durch
die Heizvorrichtung 9 auf eine Adsorptionstemperatur erwärmt, nachdem
die Temperatur des Katalysators 11, welcher von dem Abgas
erwärmt
wird, eine Aktivierungstemperatur erreicht hat. Somit werden von
dem Adsorptionsmittel 7 desorbierte NMOGs dadurch von dem
Katalysator 11 in einem aktiven Zustand gereinigt. Bei
dem folgenden stabilen Betrieb ist es nicht notwendig, NMOGs weiterhin
zu adsorbieren oder zu reinigen, da das Kraftstoffgas, in welchem
die NMOG-Konzentrationen zuvor verringert wurden, fortdauernd verwendet
wird. In dem Fall jedoch, dass NMOGs in dem Kraftstoffgas verbleiben,
wird es durch das Adsorptionsmittel 7 oder durch den Katalysator 11 gereinigt.
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Eine
Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung der obigen Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass, als ein erster Punkt, das Adsorptionsmittel 7 zwischen
dem Kraftstofftank 4 und der Kraftstoffzufuhröffnung 5 in
dem Ansaugluftkanal 2 angeordnet ist, und dadurch, dass,
als ein zweiter Punkt, die Heizvorrichtung 9 und der Katalysatortemperaturmesssensor 12 bereitgestellt
sind und dann, wenn die Temperatur des Katalysators 11 eine
Aktivierungstemperatur erreicht hat, das Adsorptionsmittel 7 erwärmt wird
und die NMOGs durch Verwendung der ECU 13 desorbiert werden.
Deshalb kann Abgas von der Maschine 1 über einen gesamten Temperaturbereich
sogar dann gereinigt werden, wenn die Maschine 1 eine relativ
einfache Struktur hat. Zusätzlich
ist es nicht nötig,
dass das Adsorptionsmittel 7 wärmebeständig ist, da es in dem Ansaugluftkanal 2 angeordnet
ist, und folglich kann ein kostengünstiges Adsorptionsmittel 7 verwendet
werden, und eine Verringerung der Kosten kann realisiert werden.
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Als
Nächstes
wird ein modifiziertes Beispiel der in 1 gezeigten
Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung mit Bezugnahme auf die 3 und 4 erklärt. In diesen
Figuren sind dieselben Komponenten wie diejenigen von 1 durch
dieselben Bezugszeichen bezeichnet, und Beschreibungen derselben
sind weggelassen.
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Bei
einer Vorrichtung, wie sie in 3 gezeigt
ist, sind eine in 1 gezeigte Kraftstoffzufuhröffnung 5 und
ein Kraftstoffzufuhrkanal 6 nicht notwendige Komponenten,
und eine Kraftstoffzufuhröffnung 5A ist,
statt diese Komponenten aufzuweisen, direkt mit einem Kraftstofftank 4 verbunden.
In dieser Ausführungsform
werden NMOGs in dem Kraftstoffgas in dem Adsorptionsmittel 7 entlang
des Weges desselben adsorbiert, wenn eine Maschine 1 gestartet
wird und Kraftstoffgas der Maschine 1 zugeführt wird.
Dann, wenn eine gemessene Temperatur eines Katalysatortemperatursensors 12 eine
Aktivierungstemperatur des Katalysators 11 erreicht, oder
nachdem ausreichend Zeit vergangen ist, während welcher die Temperatur
des Katalysators 11 die Aktivierungstemperatur seit dem
Starten der Maschine 1 erreicht hat, wird das Adsorptionsmittel 7 erwärmt, indem
eine Heizvorrichtung 9 angeschaltet wird. Wenn eine durch
einen Adsorptionsmitteltemperatursensor 10 gemessene Temperatur
eine Desorptionstemperatur des Adsorptionsmittels 7 erreicht,
wird die Heizvorrichtung 9 derart gesteuert/geregelt, dass
sie die Temperatur hält.
NMOGs werden dadurch von dem Adsorptionsmittel 7 desorbiert,
und die NMOGs werden durch den Katalysator 11 in einem
aktiven Zustand gereinigt, nachdem sie durch die Maschine 1 geströmt sind.
Nachdem dann ausreichend Zeit vergangen ist, während welcher die in dem Adsorptionsmittel 7 adsorbierten
NMOGs vollständig
von dem Adsorptionsmittel 7 desorbiert werden, wird die
Heizvorrichtung 9 ausgeschaltet. Somit wird das Adsorptionsmittel 7 regeneriert,
indem die NMOGs vollständig
desorbiert werden, und NMOGs in dem Kraftstoffgas werden in dem
regenerierten Adsorptionsmittel 7 erneut adsorbiert. In
dem Fall, dass die Kapazität
des Adsorptionsmittels 7, das NMOGs adsorbiert, überstiegen
werden würde
und sie gesättigt
werden würde,
würden
NMOGs durch das Adsorptionsmittel 7 strömen, ohne darin adsorbiert
zu werden; die NMOGs werden jedoch von dem Katalysator 11 gereinigt.
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In
der in 3 gezeigten Ausführungsform werden NMOGs in
dem Kraftstoffgas in dem Adsorptionsmittel 7 während des
Kaltstarts der Maschine 1 adsorbiert, die NMOGs werden
aus dem Adsorptionsmittel 7 desorbiert und von dem Katalysator 11 gereinigt,
wenn der Katalysator 11 aktiviert ist, und die NMOGs werden
von dem Katalysator 11 in dem folgenden stabilen Betrieb
gereinigt. Da die NMOGs in dem Adsorptionsmittel 7 in dem
stabilen Betrieb gesättigt
werden, ist es wünschenswert,
dass z.B. NMOGs desorbiert werden, indem das Adsorptionsmittel 7 in
jeder spezifischen Zeitdauer erwärmt
wird, oder indem das Adsorptionsmittel 7 nach dem Stoppen
der Maschine 1 erwärmt
wird. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der obigen Ausführungsform, in welcher NMOGs
in dem Adsorptionsmittel 7 in einem Kraftstoffgaszufuhrprozess
adsorbiert werden, und es ist nicht nötig, dass die Kapazität des Adsorptionsmittels 7 in
geeigneter Weise in einen Vergleich mit der Kapazität des Kraftstofftanks 4 gestellt
wird, da NMOGs in dem Kraftstoffgas, welches von dem Kraftstofftank 4 zu
der Maschine 1 strömt,
in dem Adsorptionsmittel 7 während des Kaltstarts der Maschine 1 adsorbiert
werden. Das heißt, da
die Kapazität
des Adsorptionsmittels 7 dann ausreichend ist, wenn es
nur NMOGs beim Kaltstart der Maschine 1 adsorbieren kann,
kann die Kapazität verringert
werden, und folglich kann eine Verkleinerung der Vorrichtung realisiert
werden.
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In
einer Vorrichtung, wie sie in 4 gezeigt ist,
ist ein Bypass 21 zur Umleitung um das Adsorptionsmittel 7 herum
entlang eines Ansaugluftkanals 2 in der in 3 gezeigten
Vorrichtung bereitgestellt und zusätzlich ist ein Schaltventil 22,
in welchem die Strömung
des Kraftstoffgases zu dem Adsorptionsmittel 7 oder dem
Bypass 21 geschaltet wird, bei einer Funktion des Bypasses 21 und
stromaufwärts des
Adsorptionsmittels 7 bereitgestellt. In dieser Ausführungsform
strömt
in dem Fall, dass eine Maschine 1 sich in einem Kaltstart
befindet und der Katalysator 11 sich noch nicht in einem
aktiven Zustand befindet, das Kraftstoffgas zu dem Adsorptionsmittel 7,
und NMOGs werden in dem Adsorptionsmittel 7 adsorbiert.
Nachdem der Katalysator 11 eine Aktivierungstemperatur
erreicht hat, wird das Schaltventil dann zu dem Bypass 21 geschaltet,
und die NMOGs werden durch Erwärmen
des Adsorptionsmittels 7 durch Verwendung einer Heizvorrichtung 9 desorbiert.
In dem folgenden Prozess wird dieser Zustand aufrechterhalten, und
das Adsorptionsmittel 7 wird immer in dem Regenerationszustand
gehalten und die NMOGs werden in dem Katalysator 11 gereinigt.
Da das Kraftstoffgas in dieser Ausführungsform durch das Adsorptionsmittel 7 lediglich
während
des Kaltstartens der Maschine 1 strömt, wird das Adsorptionsmittel 7 nicht
in einfacher Weise verschlechtert, und ein Strömungswiderstand des Kraftstoffgases durch
ein Passieren des Adsorptionsmittels 7 wird verringert.
Auf dieselbe Weise wie in der in 3 gezeigten
Ausführungsform
ist weiterhin die Kapazität des
Adsorptionsmittels 7 dann ausreichend, wenn es nur NMOGs
beim Kaltstart der Maschine 1 adsorbieren kann, und zusätzlich werden
die NMOGs von dem Adsorptionsmittel 7 nach dem Kaltstart überhaupt
nicht adsorbiert. Deshalb kann die Kapazität des Adsorptionsmittels 7 weiterhin
verringert werden, und eine weitere Verkleinerung der Vorrichtung
kann realisiert werden. Derartige Gesichtspunkte, welche mit dem
Bypass 21 bereitgestellt sind, können an der in 1 gezeigten
Vorrichtung angewendet werden.
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BEISPIELE
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Als
Nächstes
werden Wirkungen der vorliegenden Erfindung verifiziert, indem ein
Beispiel der vorliegenden Erfindung erklärt wird.
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<Beispiel>
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Unter
Verwendung einer in 1 gezeigten Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung,
wurde ein Betriebstest gemäß dem folgenden
Zeitplan ausgeführt.
- Stopp der Maschine 1 über 20 Stunden
- – Betrieb
der Maschine 1 entsprechend einem ununterbrochenen 15 Meilen-Lauf (Versuch 1)
- – Stopp
der Maschine 1 für
5 Minuten
- – Betrieb
der Maschine 1 entsprechend einem ununterbrochenen 15 Meilen-Lauf (Versuch 2)
- – Stopp
der Maschine 1 für
5 Minuten
- – Betrieb
der Maschine 1 entsprechend einem ununterbrochenen 15 Meilen-Lauf (Versuch 3)
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In
dem Versuch 1 bis Versuch 3 in dem obigen Plan wurden Ausgaben von
NMOGs, welche in dem Abgas enthalten sind, gemessen.
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<Vergleichsbeispiel>
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Unter
Verwendung einer Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung, in welcher
ein Adsorptionsmittel 7 und eine Heizvorrichtung 9 aus
dem in 1 gezeigten Aufbau entfernt werden, wurden Ausgaben
von NMOGs, welche in dem Abgas enthalten sind, auf dieselbe Weise
wie in dem Beispiel gemessen.
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Die
gemessenen Ergebnisse des obigen Beispiels und des Vergleichsbeispiels
sind in 5 gezeigt.
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Das
Beispiel und das Vergleichsbeispiel werden durch Bezugnahme auf 5 evaluiert
werden.
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(Versuch 1)
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Dieser
Schritt ist in einem Laufstart und in dem Vergleichsbeispiel ist
eine Ausgabe der NMOGs groß,
da der Katalysator 11 die Aktivierungstemperatur in einem
Anfangsstadium nicht erreicht hat. In dem Beispiel hingegen ist
die Ausgabe von NMOGs geringer als diejenige des Vergleichsbeispiels,
da die NMOGs durch das Adsorptionsmittel 7 in dem Fall adsorbiert
werden, dass der Katalysator 11 die Aktivierungstemperatur
nicht erreicht hat.
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(Versuch 2, Versuch 3)
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In
dem Fall des Beispiels werden NMOGs aus dem Adsorptionsmittel 7 desorbiert,
welches die Desorptionstemperatur durch Erwärmen erreicht hat, und die
NMOGs werden von dem Katalysator 11 in einem aktiven Zustand gereinigt.
Hingegen in dem Fall des Vergleichsbeispiels werden die NMOGs durch
den Katalysator 11 in einem aktiven Zustand gereinigt,
obwohl NMOGs in dem Abgas aus der Maschine 1 enthalten
sind. Deshalb sind beide Ausgaben von NMOGs in dem Beispiel und
in dem Vergleichsbeispiel in den Betriebsbedingungen von Versuch
2 und Versuch 3 klein.
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Wie
es aus den obigen Ergebnissen offensichtlich ist, wurde bestätigt, dass
das Beispiel die Ausgaben von NMOGs insbesondere bei einem Maschinenstart
niedrig halten kann.
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Wie
oben erklärt
ist, können
gemäß der vorliegenden
Erfindung Ausgaben von NMOGs im Abgas über den gesamten Temperaturbereich
verringert werden, und das Abgas kann bei geringen Kosten ohne Notwendigkeit
einer komplizierten Struktur ausreichend gereinigt werden.