DE60126618T2 - Abgasreinigungsvorrichtung und verfahren für naturgasmotoren - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • 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.
  • STAND DER TECHNIK
  • 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.
  • 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.
  • Es ist jedoch ein erster Nachteil dieser bekannten Anordnung, dass das Adsorptionsmittel Hochtemperatur-resistent sein soll, da es Abgasen mit hoher Temperatur ausgesetzt ist.
  • Zweitens müssen drei Reinigungsvorrichtungen, nämlich ein Adsorptionsmittel, ein Niedrigtemperatur-Katalysator und ein Hochtemperatur-Katalysator bereitgestellt sein, was die Gesamtkosten des Abgassystems deutlich erhöht.
  • 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.
  • 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.
  • Das Dokument JP-A-06264821 zeigt eine CNG-Maschine ohne irgendein Adsorptionsmittel, welches in einem Ansaugluftkanal angeordnet ist.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 zeigt ein Diagramm einer Betriebsprozedur und eine Abgasemissionssteuer/regelcharakteristik in einer Abgasemissions-steuer/regelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt ein schematisches Diagramm einer modifizierten Ausführungsform der in 1 gezeigten Vorrichtung.
  • 4 zeigt ein schematisches Diagramm einer weiteren modifizierten Ausführungsform der in 1 gezeigten Vorrichtung.
  • 5 zeigt ein Diagramm von gemessenen Ergebnissen eines Beispiels der vorliegenden Erfindung und ein Vergleichsbeispiel.
  • BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erklärt.
  • 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.
  • 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).
  • 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).
  • 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.
  • (1) Kraftstoffzufuhr
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • (2) Maschinenstart
    • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • BEISPIELE
  • Als Nächstes werden Wirkungen der vorliegenden Erfindung verifiziert, indem ein Beispiel der vorliegenden Erfindung erklärt wird.
  • <Beispiel>
  • 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)
  • In dem Versuch 1 bis Versuch 3 in dem obigen Plan wurden Ausgaben von NMOGs, welche in dem Abgas enthalten sind, gemessen.
  • <Vergleichsbeispiel>
  • 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.
  • Die gemessenen Ergebnisse des obigen Beispiels und des Vergleichsbeispiels sind in 5 gezeigt.
  • Das Beispiel und das Vergleichsbeispiel werden durch Bezugnahme auf 5 evaluiert werden.
  • (Versuch 1)
  • 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.
  • (Versuch 2, Versuch 3)
  • 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.
  • Wie es aus den obigen Ergebnissen offensichtlich ist, wurde bestätigt, dass das Beispiel die Ausgaben von NMOGs insbesondere bei einem Maschinenstart niedrig halten kann.
  • 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.

Claims (6)

  1. Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung, umfassend: – eine Maschine (1), welche natürliches Gas als Kraftstoffgas verwendet, – einen Kraftstofftank (4) zum Speichern des Kraftstoffgases, – einen Ansaugluftkanal (2), um der Maschine (1) das Kraftstoffgas von dem Kraftstofftank (4) aus zuzuführen, – einen Abgaskanal (3) zum Ablassen von Abgas aus der Maschine (1), – eine Kraftstoffzufuhröffnung (5, 5A), welche mit dem Ansaugluftkanal (2) verbunden ist, um das Kraftstoffgas dem Kraftstofftank (4) zuzuführen, – ein Adsorptionsmittel (7), – ein Adsorptionsmittel-Heizmittel (9) zum Erwärmen des Adsorptionsmittels (7), – einen Abgasemissionssteuer/regelkatalysator (11), welcher in dem Abgaskanal (3) angeordnet ist, – ein Katalysatortemperaturmessmittel (12) zum Messen einer Temperatur des Abgasemissionssteuer/regelkatalysators (11), und – ein Steuer/Regelmittel (13) zum Steuern/Regeln einer Aktivierung des Adsorptionsmittel-Heizmittels (9), dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel (7) in einem vorbestimmten Abschnitt des Ansaugluftkanals angeordnet ist, um Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff in dem Kraftstoffgas zu adsorbieren, wobei das Steuer/Regelmittel (13) dazu ausgebildet ist, das Adsorptionsmittel-Heizmittel (9) zu aktivieren, wenn die Katalysatortemperatur, wie sie von dem Katalysatortemperaturmessmittel (12) erhalten wird, sich bei oder oberhalb einer Aktivierungstemperatur des Katalysators (11) befindet.
  2. Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel (7) zwischen der Kraftstoffzufuhröffnung (5) und dem Kraftstofftank (4) in dem Ansaugluftkanal (2) angeordnet ist.
  3. Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffgas durch das Adsorptionsmittel (7) strömt, wenn das Kraftstoffgas dem Kraftstofftank (4) zugeführt wird und wenn das Kraftstoffgas von dem Kraftstofftank (4) aus der Maschine (1) zugeführt wird.
  4. Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltventil (22) zwischen dem Kraftstofftank (4) und dem Adsorptionsmittel (7) vorgesehen ist, und dass das Schaltventil (22) und ein Abschnitt des Ansaugluftkanals (2) zwischen dem Adsorptionsmittel (7) und der Maschine (1) durch einen Bypasskanal (21) miteinander verbunden sind.
  5. Abgasemissionssteuer/regelverfahren zum Betätigen einer Abgasemissionssteuer/regelvorrichtung, wobei die Vorrichtung umfasst: – ein Adsorptionsmittelheizmittel (9) zum Erwärmen eines Adsorptionsmittels (7), welches in einem Ansaugluftkanal (2) angeordnet ist, der von einem Kraftstofftank (4) zum Speichern von natürlichem Gas als Kraftstoffgas zu einer Maschine (1) führt, um Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffe im Kraftstoffgas zu adsorbieren, – ein Katalysatortemperaturmessmittel (12) zum Messen einer Temperatur des Katalysators (11), welcher in einem Abgaskanal (3) zum Ablassen von Abgas aus der Maschine (1) angeordnet ist, um eine Abgasemission zu steuern/regeln, und – ein Steuer/Regelmittel (13) zum Steuern/Regeln einer Aktivierung des Adsorptionsmittel-Heizmittels (9) nach Maßgabe einer Aktivierungstemperatur des Katalysators (11), wie sie von einer Temperaturmessung angezeigt ist, welche von dem Katalysatortemperaturmessmittel (12) bereitgestellt wird, wobei der Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff in dem Kraftstoffgas, welches in dem Ansaugluftkanal (2) strömt, von dem Adsorptionsmittel (7) adsorbiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel-Heizmittel (9) von dem Steuer/Regelmittel (13) betätigt wird, sodass das Adsorptionsmittel (7) über eine Desorptionstemperatur erwärmt wird, bei welcher der Nicht-Methan-Kohlenwasserstoff aus dem Adsorptionsmittel (7) desorbiert wird, wenn die von dem Katalysatortemperaturmessmittel (12) gemessene Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Aktivierungstemperatur des Katalysators (11) ist.
  6. Abgasemissionssteuer/regelverfahren nach Anspruch 5, wobei das Kraftstoffgas durch das Adsorptionsmittel (7) strömt, wenn Kraftstoffgas dem Tank (4) zugeführt wird und wenn das Kraftstoffgas von dem Tank (4) aus der Maschine (1) zugeführt wird.
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