DE102014117039A1

DE102014117039A1 - Wirkstoffzufuhrvorrichtung

Info

Publication number: DE102014117039A1
Application number: DE102014117039.3A
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION Kojima Kazuo; c/o DENSO CORPORATION 1-1 Yahata Shigeto; c/o DENSO CORPORATION 1-1 S Kinugawa Masumi; c/o DENSO CORPORATION 1-1 Sh Tarusawa Yuuki; c/o DENSO CORPORATION 1-1 Sh Noda Keiji; c/o DENSO CORPORATION 1-1 Show Hosoda Mao
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2015-06-11
Also published as: JP2015108354A; JP6156108B2

Abstract

Eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung ist für ein Kraftstoffverbrennungssystem, welches eine NOx-Reinigungsvorrichtung beziehungsweise NOx-Aufbereitungsvorrichtung (15) mit einem Reduktionskatalysator aufweist, welcher in einer Abgaspassage (10ex) angeordnet ist, um NOx, welches in Abgas einer internen Verbrennungsmaschine (10) enthalten ist, zu reinigen beziehungsweise aufzubereiten. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung führt einen Wirkstoff in die Abgaspassage (10ex) an einer Position stromaufwärts des Reduktionskatalysators zu. Die Wirkstoffzufuhr-vorrichtung weist einen Entladereaktor (20), einen Kohlenwasserstoffzuführer (33) und einen Sauerstoffgasheizer (38, 40, 50) auf. Der Entladereaktor (20) hat eine Strömungspassage (22a) darin, durch welche Sauerstoffgas strömt, und Elektroden (21), welche innerhalb der Strömungspassage (22a) angeordnet sind. Der Entladereaktor (20) ionisiert Sauerstoffgas durch einen elektrischen Entladevorgang durch die Elektroden (21). Der Kohlenwasserstoffzuführer (33) führt Kohlenwasserstoff in den Entladereaktor (20) zu, welcher ein reformiertes Reduktionsmittel als den Wirkstoff durch ein Oxidieren von Kohlenwasserstoff mit Sauerstoffgas, welches durch den Entladereaktor (20) ionisiert ist, erzeugt. Der Sauerstoffgasheizer (38, 40, 50) erwärmt Sauerstoffgas, welches in die Strömungspassage (22a) zuzuführen ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung zum Zuführen eines Reduktionsmittels, welches für eine NOx-Reduktion verwendet wird.
Allgemein werden NOx (Stickstoffoxide bzw. Stickoxide), welche im Abgas einer internen Verbrennungsmaschine enthalten sind, in einer Reaktion des NOx mit einem Reduktionsmittel in Anwesenheit des Katalysators gereinigt. Beispielsweise offenbart eine Patentliteratur ( JP 2009-162173 A ) eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung, welche ein Reduktionsmittel in flüssiger Form vernebelt beziehungsweise atomisiert und das vernebelte Reduktionsmittel während eines Durchströmens beziehungsweise Durchfließens zwischen Elektroden, welche sich elektrisch entladen, reformiert, und dann wird das reformierte Reduktionsmittel dem Katalysator zugeführt.
Gemäß der Studie durch die Erfinder der vorliegenden Offenbarung jedoch kann in der Wirkstoffzufuhrvorrichtung der Patentliteratur ein Reduktionsmittel, welches verdampft wird, in flüssige Form kondensieren und an den Elektroden anhaften. Wenn das Reduktionsmittel an den Elektroden anhaftet, kann es schwierig sein, ein Timing zu steuern, wann das Reduktionsmittel, welches an den Elektroden anhaftet, verdampft wird. Demnach kann das reformierte Reduktionsmittel unerwarteterweise dem Katalysator zu einem unerwünschten Zeitpunkt beziehungsweise Timing zugeführt werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung vorzusehen, welche unterdrücken kann, dass ein Reduktionsmittel an einer Elektrode anhaftet.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung für ein Kraftstoffverbrennungssystem, welches eine NOx-Reinigungsvorrichtung beziehungsweise NOx-Aufbereitungsvorrichtung mit einem Reduktionskatalysator aufweist, welcher in einer Abgaspassage angeordnet ist, um NOx, welches in Abgas einer internen Verbrennungsmaschine enthalten ist, zu reinigen beziehungsweise aufzubereiten. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung führt einen Wirkstoff in die Abgaspassage an einer Position stromaufwärts des Reduktionskatalysators zu. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung weist einen Entladereaktor, einen Kohlenwasserstoff-zuführer und einen Sauerstoffgasheizer auf. Der Entladereaktor hat eine Flusspassage beziehungsweise Strömungspassage darin, durch welche Sauerstoffgas strömt, und Elektroden, welche innerhalb der Strömungspassage angeordnet sind. Der Entladereaktor ionisiert Sauerstoffgas durch einen elektrischen Entladevorgang durch die Elektroden. Der Kohlenwasserstoffzuführer führt Kohlenwasserstoff in den Entladereaktor zu, welcher ein reformiertes Reduktionsmittel als den Wirkstoff durch ein Oxidieren von Kohlenwasserstoff mit Sauerstoffgas erzeugt, welches durch den Entladereaktor ionisiert wird. Der Sauerstoffgasheizer erwärmt Sauerstoffgas, welches in die Strömungspassage zuzuführen ist.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird das Sauerstoffgas, welches in die Strömungspassage zugeführt wird, erwärmt, und eine Temperatur des Sauerstoffgases nimmt zu. Demnach ist es möglich, zu unterdrücken, dass Kohlenwasserstoff, welcher in den Entladereaktor zugeführt wird, durch das Sauerstoffgas gekühlt wird. Als ein Ergebnis kann unterdrückt werden, dass der Kohlenwasserstoff in flüssige Form kondensiert und an den Elektroden anhaftet, was eine solche Situation vermeiden kann, in der das reformierte Reduktionsmittel unerwartet in die Abgaspassage zugeführt wird.
Die Offenbarung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon wird am besten aus der folgenden Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
1 eine schematische Ansicht einer Wirkstoffzufuhrvorrichtung ist, welche auf ein Verbrennungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform angewandt wird;
2 eine schematische Ansicht eines Sauerstoffgasheizers gemäß der ersten Ausführungsform ist;
3 eine schematische Ansicht eines Mechanismus zum Erzeugen eines reformierten Reduktionsmittels gemäß der ersten Ausführungsform ist;
4 eine schematische Ansicht eines Mechanismus zum Erzeugen von Ozon gemäß der ersten Ausführungsform ist;
5 eine Querschnittsansicht eines Entladereaktors gemäß der ersten Ausführungsform ist;
6 ein Flussdiagramm eines Vorgangs zum Umschalten zwischen einer Erzeugung von Ozon und einer Erzeugung eines reformierten HC gemäß der ersten Ausführungsform ist;
7 ein Flussdiagramm eines Vorgangs zum Steuern einer Kraftstoffzufuhrmenge und einer Heizertemperatur gemäß der ersten Ausführungsform ist;
8 eine schematische Ansicht einer Wirkstoffzufuhrvorrichtung ist, welche auf ein Verbrennungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform angewandt wird;
9 eine schematische Ansicht einer Wirkstoffzufuhrvorrichtung ist, welche auf ein Verbrennungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform angewandt wird;
10 eine schematische Ansicht einer Wirkstoffzufuhrvorrichtung ist, welche auf ein Verbrennungssystem gemäß einer vierten Ausführungsform angewandt wird;
11 eine schematische Ansicht eines Sauerstoffgasheizers gemäß einer fünften Ausführungsform ist;
12 eine schematische Ansicht eines Sauerstoffgasheizers gemäß einer sechsten Ausführungsform ist; und
13 eine schematische Ansicht eines Sauerstoffgasheizers gemäß einer siebten Ausführungsform ist.
Hierin nachstehend wird eine Mehrzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. In jeder Ausführungsform sind dieselben Bezugszeichen entsprechenden Konfigurationselementen zugewiesen, und es gibt einen Fall, in welchem duplizierte Beschreibungen ausgelassen sind. In jeder Ausführungsform ist, wenn nur ein Teil einer Konfiguration einer Ausführungsform beschrieben ist, eine entsprechende Konfiguration einer anderen Ausführungsform, welche vorangehend beschrieben ist, auf den anderen Teil der Konfiguration der Ausführungsform anwendbar. Insofern als es keine Probleme mit einer Kombination der Konfigurationen gibt, können die Konfigurationen nicht nur zusammen, wie in jeder Ausführungsform erläutert, kombiniert werden, sondern es können auch die Konfigurationen der Mehrzahl von Ausführungsformen teilweise zusammen kombiniert werden, auch wenn die teilweisen Kombinationen der Konfigurationen nicht erläutert sind.
(Erste Ausführungsform)
Ein Verbrennungssystem, wie es in 1 veranschaulicht ist, weist eine interne Verbrennungsmaschine 10, einen Lader 11, einen Dieselpartikelfilter (DPF = Diesel Particular Filter) 14, eine NOx-Reinigungsvorrichtung beziehungsweise – Aufbereitungsvorrichtung 15, eine Reduktionsmittel-Reinigungsvorrichtung beziehungsweise – Aufbereitungsvorrichtung (DOC) 16 und eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung auf. Das Verbrennungssystem ist an einem Fahrzeug angebracht und das Fahrzeug wird durch eine Ausgabe von der internen Verbrennungsmaschine 10 angetrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die interne Verbrennungsmaschine 10 eine Kompressions-Selbstzünde-Dieselmaschine, welche Dieselkraftstoff für die Verbrennung verwendet.
Der Lader 11 weist eine Turbine 11a, eine sich drehende Welle 11b und einen Kompressor 11c auf. Die Turbine 11a ist in einer Abgaspassage 10ex für die interne Verbrennungsmaschine 10 angeordnet und dreht sich durch die kinetische Energie von Abgas. Die sich drehende Welle beziehungsweise Drehwelle 11b verbindet ein Flügelrad der Turbine 11a mit einem Flügelrad des Kompressors 11c und überträgt eine Drehkraft der Turbine 11a auf den Kompressor 11c. Der Kompressor 11c ist in einer Ansaugpassage 10 in der internen Verbrennungsmaschine 10 angeordnet und führt Ansaugluft nach dem Komprimieren (das heißt Aufladen) der Ansaugluft der internen Verbrennungsmaschine 10 zu.
Ein Kühler 12 ist in der Ansaugpassage 10in stromabwärts des Kompressors 11c angeordnet. Der Kühler 12 kühlt Ansaugluft, welche durch den Kompressor 11c komprimiert ist, und die komprimierte Ansaugluft, welche durch den Kühler 12 gekühlt ist, wird in mehrere Verbrennungskammern der internen Verbrennungsmaschine 10 durch einen Ansaugkrümmer beziehungsweise eine Ansaugleitung verteilt, nachdem eine Flussmenge beziehungsweise Strömungsmenge der komprimierten Ansaugluft durch ein Drosselventil 13 angepasst ist.
Das Abgas, welches aus den Verbrennungskammern abgeführt wird, wird in einem Abgaskrümmer 10m gesammelt. Eine EGR-Leitung (Wärmeleitung beziehungsweise Heizleitung) 10egr ist mit dem Abgaskrümmer 10m verbunden, durch welchen ein Teil des Abgases (Wärmequellenfluid) in die Einlasspassage 10in als EGR-Gas (Abgasrezirkuliergas) rezirkuliert wird. Durch ein Mischen des EGR-Gases mit Ansaugluft wird eine Verbrennungstemperatur innerhalb der Verbrennungskammern verringert, was zu einer Abnahme von NOx führt. Ein EGR-Kühler 17 und ein EGR-Ventil 18 sind in der EGR-Leitung 10egr angeordnet. Der EGR-Kühler 17 kühlt das EGR-Gas um die Verbrennungstemperatur weiter zu kühlen, wodurch die Reduktion des NOx begünstigt wird. Das EGR-Ventil 18 wird durch die ECU 80 gesteuert, um eine Strömumgsmenge des EGR-Gases gemäß einer Betriebsbedingung der internen Verbrennungsmaschine anzupassen.
Der DPF 14 (DPF = Diesel Particulate Filter = Dieselpartikelfilter), die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 und der DOC 16 (DOC = Diesel Oxidation Catalyst = Dieseloxidationskatalysator) sind in dieser Reihenfolge in der Abgaspassage 10ex stromabwärts der Turbine 11a angeordnet. Der DPF 14 sammelt Partikel, welche im Abgas enthalten sind. Eine Zufuhrpassage 24 der Wirkstoffzufuhrvorrichtung ist mit der Abgaspassage 10ex stromabwärts des DPF 14 und stromaufwärts der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verbunden. Ein reformiertes Reduktionsmittel, welches durch die Wirkstoffzufuhrvorrichtung erzeugt wird, wird als ein Wirkstoff in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 24 zugeführt. Das reformierte Reduktionsmittel wird durch ein teilweises Oxidieren von Kohlenwasserstoff (das heißt Kraftstoff), welcher als ein Reduktionsmittel verwendet wird, in teilweise oxidierten Kohlenwasserstoff erzeugt, wie später unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden wird.
Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 weist einen Bienenwabenträger 15b zum Tragen eines Reduktionskatalysators und ein Gehäuse 15a, welches den Träger 15b darin einhaust, auf. Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 reinigt beziehungsweise bereitet NOx, welches in Abgas enthalten ist, durch eine Reaktion von NOx mit dem reformierten Reduktionsmittel in der Anwesenheit des Reduktionskatalysators auf, das heißt ein Reduktionsvorgang von NOx zu N₂. Es sollte festgehalten werden, dass, obwohl O₂ im Abgas zusätzlich zu NOx auch enthalten ist, das reformierte Reduktionsmittel selektiv (vorzugsweise) mit NOx in der Anwesenheit von O₂ reagiert.
In der vorliegenden Ausführungsform hat der Reduktionskatalysator eine Adsorptivität, um NOx zu adsorbieren. Genauer demonstriert der Reduktionskatalysator die Adsorptivität, um NOx in Abgas zu adsorbieren, wenn eine Katalysatortemperatur niedriger als eine Aktivierungstemperatur ist, bei welcher die Reduktionsreaktion durch den Reduktionskatalysator auftreten kann. Weiterhin wird, wenn die Katalysatortemperatur höher als die Aktivierungstemperatur ist, NOx, welches durch den Reduktionskatalysator adsorbiert ist, durch das reformierte Reduktionsmittel reduziert und wird dann von dem Reduktionskatalysator freigegeben. Beispielsweise kann die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 eine NOx-Adsorbtionsleistungsfähigkeit mit einem Silber/Aluminiumoxid-Katalysator vorsehen, welcher durch den Träger 15b getragen wird.
Der DOC 16 hat ein Gehäuse, welches einen Träger, welcher einen Oxidationskatalysator trägt, einhaust. Der DOC 16 oxidiert das Reduktionsmittel, welches von der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 ausströmt ohne für die NOx-Reduktion verwendet zu werden, in der Anwesenheit eines Oxidationskatalysators. Demnach kann verhindert werden, dass das Reduktionsmittel in die Atmosphäre durch einen Auslass der Abgaspassage 10ex freigesetzt wird. Es sollte festgehalten werden, dass eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators (beispielsweise 200 Grad Celsius) niedriger ist als die Aktivierungstemperatur (beispielsweise 250 Grad Celsius) des Reduktionskatalysators.
Als Nächstes wird die Wirkstoffzufuhrvorrichtung untenstehend beschrieben werden. Allgemein erzeugt die Wirkstoffzufuhrvorrichtung das reformierte Reduktionsmittel und führt das reformierte Reduktionsmittel in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 24 zu. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung weist einen Entladereaktor 20, einen Kraftstoffinjektor 33, einen elektrischen Heizer 34, eine Hochtemperaturansaugleitung 10h (Hochtemperaturleitung), eine Niedertemperatur-ansaugleitung 10c (Niedertemperaturleitung) und eine Wärmeaustauschleitung 38 auf. Der Entladereaktor 20 weist eine Mehrzahl von Paaren von Elektroden 21 auf. Eines der Paare der Elektroden 21 ist auf Masse gelegt, und an das andere ist Hochspannung angelegt, wenn dem Entladereaktor 20 elektrische Leistung zugeführt wird. Jede der Elektroden 21 hat eine Plattenform und sie sind einander parallel zugewandt. Ein Mikrocomputer 81 einer elektrischen Steuereinheit (ECU 80) steuert die elektrische Leistungszufuhr zu den Elektroden 21.
Ein Mischgehäuse 30 ist an einer stromaufwärtigen Seite des Entladereaktors 20 angebracht. Das Mischgehäuse 30 hat eine Mischkammer 30a darin. Luft von der Hochtemperaturansaugleitung 10h und der Niedertemperaturansaugleitung 10c strömt in die Mischkammer 30a durch eine Lufteinführleitung 32. Ein Teil der Ansaugluft, welcher durch den Kompressor 11c komprimiert wird, und durch die Ansaugpassage 10in strömt, zweigt von der Ansaugpassage 10in in die Misch-kammer 30a durch die Hochtemperaturansaugleitung 10h oder die Niedertemperatur-ansaugleitung 10c ab.
Die Hochtemperaturansaugleitung 10h zweigt von der Ansaugpassage 10in an einer Position stromaufwärts des Kühlers 12 ab und Ansaugluft bei einer hohen Temperatur (Hochtemperaturansaugluft) zweigt von der Ansaugpassage 10n durch die Hochtemperaturansaugleitung 10h ab, bevor sie durch den Kühler 12 gekühlt wird. Die Niedertemperaturansaugleitung 10c zweigt von der Ansaugpassage 10in an einer Position stromabwärts des Kühlers 12 ab und Ansaugluft bei einer niedrigen Temperatur (Niedertemperaturansaugluft) zweigt von der Ansaugpassage 10in durch die Niedertemperaturansaugleitung 10c ab, nachdem sie durch den Kühler 12 gekühlt ist. Die Hochtemperaturansaugluft und die Niedertemperaturansaugluft weisen Sauerstoffmoleküle auf, und auf solches Gas, welches wenigstens Sauerstoff aufweist, wird einfach Bezug genommen als Sauerstoffgas.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die Wärmeaustauschleitung 38 in der Hochtemperaturansaugleitung 10h angeordnet. Die Wärmeaustauschleitung 38 ist mit der Mitte der Hochtemperaturansaugleitung 10h in Serie verbunden, und die Hochtemperaturansaugluft tritt durch die Wärmeaustauschleitung 38 hindurch. Weiterhin ist die Wärmeaustauschleitung 38 an der EGR-Leitung 10egr angebracht. Genauer ist, wie in 2 gezeigt ist, die Wärmeaustauschleitung 38 um eine Umfangsoberfläche 10a der EGR-Leitung 10egr gewunden, und eine gewundene innere Oberfläche 38a der Wärmeaustauschleitung 38 kontaktiert die Umfangsoberfläche 10a der EGR-Leitung 10egr. Demnach wird Wärme zwischen dem EGR-Gas bei einer hohen Temperatur, welches durch die EGR-Leitung 10egr strömt, und der Hochtemperaturansaugluft, welche durch die Wärmeaustauschleitung 38 strömt, ausgetauscht, wodurch die Hochtemperaturansaugluft durch das EGR-Gas erwärmt wird. Die Wärmeaustauschleitung 38 kann eines von Beispielen eines ”Sauerstoffgasheizers” sein, welcher Sauerstoffgas erwärmt, welches in den Entladereaktor 20 zugeführt wird.
Die Niedertemperaturansaugleitung 10c und die Hochtemperaturansaugleitung 10h sind mit der Lufteinführleitung 32 durch ein Schaltventil 37 verbunden. Das Schaltventil 37 wird durch den Mikrocomputer 81 gesteuert, um die Lufteinführleitung 32 mit einer von beiden der Niedertemperaturansaugleitung 10c oder der Hochtemperaturansaugleitung 10h in Verbindung zu setzen. Das heißt, das Schaltventil 37 schaltet eine Fluidkommunikation der Lufteinführleitung 32 zwischen der Niedertemperaturansaugleitung 10c und der Hochtemperaturansaugleitung 10h um.
Eine Pumpe 33p führt Kraftstoff in flüssiger Form (flüssigen Kraftstoff) innerhalb eines Kraftstofftanks 33t in den Kraftstoffinjektor 33 zu, und der flüssige Kraftstoff wird in die Mischkammer 30a durch Einspritzlöcher beziehungsweise Injektionslöcher des Kraftstoffinjektors 33 eingespritzt. Der Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks 33t wird auch als Kraftstoff zur Verbrennung wie obenstehend erläutert verwendet. Das heißt, dass der Kraftstoff in dem Kraftstofftank 33t allgemein für eine Verbrennung der internen Verbrennungsmaschine 10 und als ein Reduktionsmittel verwendet wird. Der Kraftstoffinjektor 33 hat ein Injektionsventil und das Ventil wird durch eine elektromagnetische Kraft durch ein elektromagnetisches Solenoid betätigt, und der Mikrocomputer 81 steuert die elektrische Leistungszufuhr zu dem elektromagnetischen Solenoid. Der Kraftstoffinjektor 33 kann eines von Beispielen eines ”Kohlenwasserstoffzuführers” sein, welcher Kohlenwasserstoff dem elektrischen Heizer 34 durch ein Einspritzen von Kraftstoff zuführt.
Der flüssige Kraftstoff, welcher durch die Pumpe 33p unter Druck gesetzt wird, wird in den Kraftstoffinjektor 33 zugeführt und wird durch die Einspritzlöcher eingespritzt, während der Kraftstoffdruck verringert wird. Der flüssige Kraftstoff wird vernebelt beziehungsweise atomisiert, wenn der flüssige Kraftstoff durch die Einspritzlöcher eingespritzt wird, und der optimierte Kraftstoff wird dem elektrischen Heizer 34 zugeführt. Demnach kann der Kraftstoffinjektor 33 eines von Beispielen eines ”Verneblers beziehungsweise Atomisierers” sein, welcher Kraftstoff in flüssiger Form dem elektrischen Heizer 34 zuführt, während er den Kraftstoff vernebelt. Der Kraftstoffinjektor 33 kann Kraftstoff in flüssiger Form mit einem Durchmesser beispielsweise gleich oder geringer als 60 μm einspritzen.
Ein Verdampfungsgehäuse 35 steht fluidisch mit dem Mischgehäuse 30 durch eine Kraftstoffzufuhrleitung 35a in Verbindung. Der Kraftstoffinjektor 33 und der elektrische Heizer 34 sind an dem Verdampfungsgehäuse 35 angebracht. Eine Heizoberfläche 341 des elektrischen Heizers 34 ist innerhalb einer Verdampfungskammer 35b angeordnet, welche innerhalb des Verdampfungs-gehäuses 35 begrenzt beziehungsweise definiert ist. Der Kraftstoffinjektor 33 vernebelt und spritzt ein Kraftstoff in flüssiger Form in die Verdampfungskammer 35b ein. Der vernebelte Kraftstoff in flüssiger Form wird durch die Heizoberfläche 341 des elektrischen Heizers 34 erwärmt.
Ein unterer Abschnitt der Heizoberfläche 341 dient als eine Verdampfungsoberfläche, welche den Kraftstoff in flüssiger Form erwärmt und verdampft. Ein oberer Abschnitt der Heizoberfläche 341 dient als eine Cracking-Heizoberfläche beziehungsweise Aufbrech-Heizoberfläche, wie untenstehend beschrieben. Die Cracking-Heizoberfläche erwärmt Kraftstoff, welcher durch die Verdampfungsoberfläche verdampft wurde, weiter, um den Kraftstoff thermisch in Kohlenwasserstoff mit einer geringeren Kohlenstoffanzahl zu zersetzen. Solch eine thermische Zersetzung wird als ”Cracking” bezeichnet, und ein Siedepunkt des gecrackten Kraftstoffs wird niedrig.
Der Mikrocomputer 81 steuert die elektrische Zufuhr zu dem elektrischen Heizer 34. Beispielsweise steuert der Mikrocomputer 81 die elektrische Zufuhr zu dem elektrischen Heizer 34 derart, dass Kraftstoff bei einer Temperatur erwärmt wird beziehungsweise zu einer Temperatur erwärmt wird, bei welcher dieser Kraftstoff gecrackt wird (beispielsweise 350 bis 500 Grad Celsius), wodurch der Kraftstoff innerhalb der Mischkammer 30a gecrackt wird.
Wenn eine Zufuhrmenge von Kraftstoff in flüssiger Form pro Einheitszeit in das Verdampfungsgehäuse 35 größer ist als eine Verdampfungsmenge von Kraftstoff innerhalb des Verdampfungsgehäuses 35, wird der Kraftstoff in flüssiger Form innerhalb des Verdampfungsgehäuses 35 gespeichert. In diesem Fall dient das Verdampfungsgehäuse 35 als ein Speichertank zum vorübergehenden Speichern des Kraftstoffs in flüssiger Form bis der Kraftstoff verdampft wird.
In der Mischkammer 30a wird der Kraftstoff, welcher durch den elektrischen Heizer 34 verdampft und gecrackt ist, mit Luft gemischt, welche Sauerstoffgas aufweist, welches von der Hochtemperaturansaugleitung 10h oder der Niedertemperaturansaugleitung 10c strömt. Das gemischte Gas strömt durch die Entladepassage 21a zwischen den Elektroden 21 des Entladereaktors 20 und wird in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 24 zugeführt. Der Entladereaktor 20 erzeugt ein reformiertes Reduktionsmittel durch ein Oxidieren des Kraftstoffs (Kohlenwasserstoff), welcher innerhalb des gemischten Gases enthalten ist. Als Nächstes wird der Reaktionsvorgang der Erzeugung des reformierten Reduktionsmittels unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden.
Wie durch (1) in 3 angezeigt ist, kollidiert ein Elektron, welches von der Elektrode 21 emittiert wird, mit Sauerstoffgas (einem Sauerstoffmolekül), und dann wird das Sauerstoffmolekül in aktiven Sauerstoff ionisiert (siehe (2) in 5). Als Nächstes reagiert der aktive Sauerstoff mit Kraftstoff in Gasform (das heißt Kohlenwasserstoff), welcher in dem gemischten Gas enthalten ist, und oxidiert den Kohlenwasserstoff teilweise (siehe (3) in 5). Als ein Ergebnis wird ein reformiertes Reduktionsmittel erzeugt (siehe (4) in 5). Eines von Beispielen des reformierten Reduktionsmittels kann ein teilweises Oxid sein, welches durch ein Oxidieren eines Teils von Kohlenwasserstoff mit einer Hydroxylgruppe (OH) oder einer Aldehydgruppe (CHO) erzeugt wird.
Der Entladereaktor 20 erzeugt aktiv Ozon, wie in 4 gezeigt ist, wenn der Kraftstoffinjektor 33 ein Zuführen von Kraftstoff in den Entladereaktor 20 stoppt. Das heißt, dass ein Elektron, welches von der Elektrode 21 emittiert wird, mit Sauerstoffgas (Sauerstoffmolekül), welches in den Entladereaktor 20 zugeführt wird, kollidiert (siehe (1) in 4). Demnach wird das Sauerstoffmolekül in aktiven Sauerstoff ionisiert (siehe (2) in 4). Und dann wird der aktive Sauerstoff mit den zugeführten Sauerstoffmolekülen oxidiert (siehe (5) in 4).
In Kürze ändert, wenn Sauerstoffgas den Elektroden 21 zugeführt wird, der Entladereaktor 20 Sauerstoffgas chemisch in einen Plasmazustand durch einen Glimmentladevorgang, und die Sauerstoffmoleküle werden in den aktiven Sauerstoff ionisiert. Unter einer solchen Situation erzeugt, wenn Kraftstoff in den Entladereaktor 20 zugeführt wird, der Entladereaktor 20 ein reformiertes Reduktionsmittel durch ein teilweises Oxidieren des Kraftstoffs mit dem aktiven Sauerstoff. Wohingegen, wenn die Kraftstoffzufuhr in den Entladereaktor 20 gestoppt ist, der Entladereaktor 20 Ozon aus dem Sauerstoffgas mit dem aktiven Sauerstoff erzeugt. Das reformierte Reduktionsmittel oder das Ozon, welche innerhalb des Entladereaktors 20 erzeugt werden, werden durch die Entladepassage 21a zwischen dem Paar der Elektroden 21 aufgrund des Zufuhrdrucks des Sauerstoffgases, das heißt Druck durch den Kompressor 11c, ausgeströmt und werden dann in die Abgaspassage 10ex durch die Versorgungspassage 24 zugeführt.
Der Entladereaktor 20 weist ein Gehäuse 22 auf, welches eine Fluidpassage 22a darin hat, und die Elektroden 21 sind innerhalb der Fluidpassage 22a (es sei Bezug genommen auf 1) angeordnet. 5 ist ein Diagramm, um die Anordnung der Elektroden 21 innerhalb des Gehäuses 22 zu beschreiben. Die Elektrode 21 weist ein Isoliersubstrat 21b, eine metallische Platte 21c und einen Isolierfilm beziehungsweise eine Isolierschicht 21d auf. Die Elektroden 21 sind in einer geschichteten beziehungsweise gestapelten Art und Weise mit Abstandshaltern 23 angeordnet. Jede Elektrode 21, welche eine Plattenform hat, ist einander parallel zugewandt. Der Abstandshalter 23 bildet einen Abstand zwischen einem Paar der Elektroden 21, wodurch er die Entladepassage 21a zwischen dem Paar der Elektroden 21 definiert beziehungsweise begrenzt.
Das Isoliersubstrat 21b ist aus Keramik gefertigt und stützt die metallische Platte 21c ab. Wenn eine Hochspannung an die metallische Platte beziehungsweise Metallplatte 21c angelegt wird, entladen sich die Elektroden elektrisch in der Entladepassage 21a. Der Entladereaktor 20 hat eine Mehrzahl des Paars von Elektroden 21 und das reformierte Reduktionsmittel oder das Ozon wie obenstehend beschrieben wird in jeder Entladepassage 21a erzeugt. Die Isolierschicht 21d bedeckt eine Oberfläche der Metallplatte 21c von der Entladepassage 21a derart, dass die metallische Platte 21c nicht zu der Entladepassage 21a freiliegend ist.
Der Mikrocomputer 81 der ECU 80 weist eine Speichereinheit auf, um Programme zu speichern, und eine zentrale Verarbeitungseinheit, welche eine arithmetische Verarbeitung gemäß den Programmen, welche in der Speichereinheit gespeichert sind, ausführt. Die ECU 80 steuert den Betrieb der internen Verbrennungsmaschine 10 basierend auf Erfassungswerten von Sensoren. Die Sensoren können einen Gaspedalsensor, einen Maschinengeschwindigkeitssensor, einen Drosselklappenöffnungssensor, einen Ansaugluftdrucksensor, einen Ansaugmengen-sensor 95, einen Abgastemperatursensor 96 oder dergleichen aufweisen.
Der Gaspedalsensor erfasst einen Niederdrückbetrag eines Gaspedals eines Fahrzeugs durch einen Fahrzeugführer. Der Maschinengeschwindigkeitssensor erfasst eine Drehgeschwindigkeit einer Ausgangswelle der internen Verbrennungsmaschine 10. Der Drosselklappenöffnungssensor erfasst einen Öffnungsbetrag des Drosselventils 13. Der Ansaugluftdrucksensor erfasst einen Druck der Ansaugpassage 10in an einer Position stromabwärts des Drosselventils 13. Der Ansaugmengensensor 95 erfasst eine Massenströmungsrate beziehungsweise Massenflussrate von Ansaugluft.
Die ECU 80 steuert allgemein eine Menge und ein Injektionstiming von Kraftstoff für die Verbrennung, welcher von einem Kraftstoffinjektionsventil (nicht gezeigt) eingespritzt wird, gemäß einer Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle und einer Maschinenlast der internen Verbrennungsmaschine 10. Weiterhin steuert die ECU 80 den Betrieb der Wirkstoffzufuhrvorrichtung basierend auf einer Abgastemperatur, welche durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird. In anderen Worten gesagt schaltet der Mikrocomputer 81 die Erzeugung des reformierten Reduktionsmittels und die Erzeugung des Ozons durch ein wiederholtes Ausführen eines Vorgangs (das heißt eines Programms), wie in 6 und 7 gezeigt ist, zu einer vorbestimmten Zeitdauer. Der Vorgang startet, wenn ein Zündschalter angeschaltet wird und wird konstant ausgeführt, während die interne Verbrennungsmaschine 10 läuft.
Bei Schritt 11 der 6 startet der Entladereaktor 20, sich elektrisch zu entladen durch ein Anlegen von Leistung an die Elektroden 21. Als Nächstes wird bei Schritt 12 bestimmt, ob eine Temperatur des NOx-Katalysators (NOx-Katalysatortemperatur) der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 niedriger ist als eine Aktivierungstemperatur des Reduktionskatalysators. Die NOx-Katalysatortemperatur wird unter Verwendung einer Abgastemperatur, welche durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird, abgeschätzt. Es sollte festgehalten werden, dass die Aktivierungstemperatur des Reduktionskatalysators eine Temperatur ist, bei welcher das reformierte Reduktions-mittel NOx durch den Reduktionsvorgang reinigen kann.
Wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, wird ein Ozonerzeugungsflag bei Schritt 13 auf AN gesetzt. Das Ozonerzeugungsflag befiehlt, dass Ozon erzeugt wird, wie in 4 gezeigt ist. Im Gegensatz dazu wird, wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur nicht niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, ein Reformierflag bei Schritt 14 auf AN gesetzt. Das Reformierflag befiehlt, dass das reformierte Reduktionsmittel erzeugt wird, wie in 3 gezeigt ist.
Wenn das Ozonerzeugungsflag bei Schritt 13 auf AN gesetzt beziehungsweise eingestellt wird, wird das Schaltventil 37 derart gesteuert, dass die Niedertemperaturansaugluft dem Entladereaktor 20 durch die Niedertemperaturansaugleitung 10c bei Schritt 15 zugeführt wird. Wohingegen wenn das Reformierflag bei Schritt 14 auf AN gesetzt ist, das Schaltventil 37 derart gesteuert wird, dass die Hochtemperaturansaugluft in den Entladereaktor 20 durch die Hochtemperaturansaugleitung 10h zugeführt wird. Der Mikrocomputer 81, welcher die Schritte 15 und 16 ausführt, kann eines von Beispielen einer ”Schaltsteuersektion” sein.
Bei Schritt 20 der 7 wird bestimmt, ob das Reformierflag auf AN gesetzt ist. Wenn das Reformierflag nicht auf AN gesetzt ist, wird die elektrische Leistungszufuhr zu dem elektrischen Heizer 34 bei Schritt 21 gestoppt und der Kraftstoffinjektor 33 wird gesteuert, um die Kraftstoffzufuhr bei Schritt 22 zu stoppen. Demzufolge wird Ozon innerhalb des Entladereaktors 20 erzeugt wie obenstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben ist. Der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 22 ausführt, kann eines von Beispielen einer ”Ozonsteuersektion” sein. Das heißt, der Microcomputer 81, der Schritt 22 ausführt, steuert den Entladereaktor 20, um Ozon durch ein Verhindern, dass Kraftstoff (Kohlenwasserstoff) in den Entladereaktor 20 zugeführt wird, zu erzeugen.
Wohingegen, wenn das Reformierflag auf AN gesetzt ist, eine benötigte Menge des reformierten Reduktionsmittels (benötigte Reduktionsmittelmenge), welche für einen Reduktionsvorgang bei der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 pro Einheitszeit benötigt wird, bei Schritt 23 kalkuliert. Der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 23 ausführt, kann eines von Beispielen einer ”Berechnungssektion für eine benötigte Menge” sein. Als Nächstes wird ein spezifisches Beispiel zum Berechnen der benötigten Reduktionsmittelmenge untenstehend beschrieben werden.
Anfänglich werden eine NOx-Konzentration in Abgas und eine Abgasmenge basierend auf einer Betriebsbedingung der internen Verbrennungsmaschine 10, wie beispielsweise einer Maschinenlast der internen Verbrennungsmaschine 10, einer Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle, einer Einspritzmenge des Kraftstoffs zur Verbrennung oder dergleichen berechnet. Als Nächstes wird eine NOx-Menge, welche in Abgas enthalten ist (NOx-Abgasmenge) basierend auf der NOx-Konzentration und der Abgasmenge berechnet, welche berechnet werden. Weiterhin wird eine NOx-Menge, welche in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 adsorbiert wird (adsorbierte NOx-Menge), basierend auf der NOx-Abgasmenge, welche berechnet ist, einer Menge des reformierten Reduktionsmittels, welche in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 zugeführt wird, und einer aufgezeichneten Geschichte beziehungsweise Historie der NOx-Katalysatortemperatur berechnet. Als Nächstes wird eine NOx-Gesamtmenge durch ein Addieren der adsorbierten NOx-Menge, welche berechnet ist, und der NOx-Abgasmenge zu dieser Zeit berechnet. Letztendlich wird eine benötigte Menge des reformierten Reduktionsmittels, welches notwendig ist, um die NOx-Gesamtmenge zu reinigen, als die benötigte Reduktionsmittelmenge berechnet.
Nachdem die benötigte Reduktionsmittelmenge bei Schritt 23 wie obenstehend beschrieben ist, berechnet ist, wird eine Zielheizertemperatur basierend auf der benötigten Reduktionsmittelmenge bei Schritt 24 berechnet. Die Zielheizertemperatur die berechnet wird, nimmt zu, wenn die benötigte Reduktionsmittelmenge zunimmt. Eine untere Grenze jedoch für die Zielheizertemperatur wird derart eingestellt, dass die Zielheizertemperatur nicht niedriger ist als eine Cracking-Aktivierungstemperatur, bei welcher Cracking auftreten kann.
Nachdem die Zielheizertemperatur bei Schritt 24 berechnet ist, wird die elektrische Leistungszufuhr zu dem elektrischen Heizer 34 bei Schritt 25 derart gesteuert, dass eine Temperatur der Heizoberfläche (Heizertemperatur) die Zielheizertemperatur wird. Beispielsweise wird die elektrische Leistungszufuhr durch ein Anpassen einer relativen Einschaltdauer einer Pulsbreite der Spannung, welche an den elektrischen Heizer 34 angelegt wird, gesteuert. Wenn Kraftstoff verdampft wird, wird latente Verdampfungswärme von der Heizoberfläche 34a freigegeben. Demnach wird die elektrische Leistung dem elektrischen Heizer 34 unter Berücksichtigung einer Abnahme in der Temperatur durch die latente Verdampfungswärme derart zur Verfügung gestellt, dass die Heizertemperatur die Zielheizertemperatur erreicht. Als Nächstes wird bei Schritt 26 eine Öffnungszeit des Kraftstoffinjektors 33 gesteuert, um eine Kraftstoffinjektion beziehungsweise Kraftstoffeinspritzung derart auszuführen, dass eine Kraftstoffzufuhrmenge pro Einheitszeit die benötigte Reduktionsmittelmenge wird. Der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 26 ausführt, kann eines von Beispielen einer ”Reformiersteuersektion” sein. Das heißt, der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 26 ausführt, steuert den Entladereaktor 20, um das reformierte Reduktionsmittel durch ein Erlauben, dass der Kraftstoff (Kohlenwasserstoff) in den Entladereaktor 20 zugeführt wird, zu erzeugen.
Wie obenstehend beschrieben ist, weist die Wirkstoffzufuhrvorrichtung den Entladereaktor 20, in welchem Sauerstoffgas durch den Entladevorgang durch die Elektroden 21 ionisiert wird, und das reformierte Agens durch ein Oxidieren von Kraftstoff mit dem Sauerstoff, welcher ionisiert ist, erzeugt wird, und die Wärmeaustauschleitung 38 (Sauerstoffgasheizer) auf. Die Wärmeaustauschleitung 38 erwärmt Sauerstoffgas, welches in den Entladereaktor 20 zuzuführen ist.
Demnach wird das Sauerstoffgas, welches in den Entladereaktor 20 zuzuführen ist, erwärmt, und eine Temperatur des Sauerstoffgases nimmt zu. Demzufolge ist es möglich, zu unterdrücken, dass Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffinjektor 33 eingespritzt wird und durch den elektrischen Heizer 34 verdampft wird, durch ein Gekühltwerden mit dem Sauerstoffgas innerhalb der Mischkammer 30a kondensiert und an den Elektroden 21 anhaftet. Als ein Ergebnis ist es möglich, solch eine Situation zu vermeiden, in welcher das reformierte Reduktionsmittel unerwarteterweise in die Abgaspassage 10ex bei einer niedrigen Abgastemperatur zugeführt wird, oder in welcher das Zufuhrtiming des reformierten Reduktionsmittels verzögert ist, kann unterdrückt werden. In anderen Worten gesagt kann das Zufuhrtiming des reformierten reduzierten Agens in die Abgaspassage 10ex wie vorgesehen gesteuert werden.
Weiterhin wird das Sauerstoffgas innerhalb der Wärmeaustauschleitung 38 unter Verwendung von Wärme, welche in der internen Verbrennungsmaschine 10 erzeugt wird, erwärmt. Demnach wird Abwärme von der internen Verbrennungsmaschine 10 effektiv verwendet und demnach kann ein Energieverbrauch bei beispielsweise dem elektrischen Heizer 34, um Sauerstoffgas zu erwärmen, beseitigt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Wärmeaustauschleitung 38 an der EGR-Leitung 10egr angebracht und das Sauerstoffgas wird durch Wärme der EGR-Leitung 10egr erwärmt. In diesem Fall erstreckt sich die EGR-Leitung 10egr von dem Abgaskrümmer 10m nach außen. Demnach kann die Wärmeaustauschleitung 38 leicht an der EGR-Leitung 10egr angebracht werden, verglichen mit dem Fall, in welchem die Wärmeaustauschleitung 38 beispielsweise an dem Abgaskrümmer 10m angebracht ist. Weiterhin kann ein Anbringraum für die Wärmeaustauschleitung 38 leicht um die EGR-Leitung 10egr herum sichergestellt beziehungsweise gesichert werden, verglichen zu einem Raum um den Abgaskrümmer 10m herum. Weiterhin ist, da das EGR-Gas Abgas unmittelbar nach dem Ausgestoßen-werden aus den Verbrennungskammern der internen Verbrennungsmaschine 10 ist, das EGR-Gas bei einer hohen Temperatur. Als solches wird das Sauerstoffgas effektiv mit dem EGR-Gas bei einer hohen Temperatur erwärmt.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Elektroden 21 angeordnet, sodass sie einander parallel zugewandt sind, und jede Elektrode 21 hat eine Plattenform. Die Elektroden 21 definieren beziehungsweise begrenzen die Entladepassage 21a dazwischen, durch welche Sauerstoffgas strömt. Da die Elektroden 21 die Plattenform haben und angeordnet sind, um parallel zueinander zu sein, sieht der Entladereaktor 20 effektiv die elektrische Entladung mit der begrenzten Fläche der Elektrode 21 vor. Solch eine Struktur der Elektroden 21 kann jedoch leicht zu einer Anhaftung von Kraftstoff an der flachen Oberfläche der Elektrode 21 führen. Besonders wenn der Kraftstoff an einem Abschnitt der Elektrode 21, welcher einer Endseite der Entladepassage 21a entspricht, anhaftet, kann der Kraftstoff dazu tendieren, auf dem Abschnitt durch eine Oberflächenspannung zu verbleiben. Da jedoch Sauerstoffgas wie obenstehend beschrieben erwärmt wird, kann eine Anhaftung von Kraftstoff an die Elektroden 21 unterdrückt werden, obwohl die Elektroden 21 solch eine leichte Anhaftungsstruktur wie obenstehend beschrieben haben.
Weiterhin weist die Wirkstoffzufuhrvorrichtung den Entladereaktor 20, welcher Sauerstoffgas in aktiven Sauerstoff durch den elektrischen Entladeprozess ionisiert, und den Kraftstoffinjektor 33 auf, welcher Kraftstoff in den Entladereaktor 20 zuführt. Der Mikrocomputer 81 dient als die Ozonsteuersektion bei Schritt 22 und die Reformiersteuersektion bei Schritt 26 der 7. Demnach wird Ozon erzeugt, wenn die Ozonsteuersektion den Kraftstoffinjektor 33 steuert, um eine Zufuhr von Kraftstoff in den Entladereaktor 20 zu stoppen, während das reformierte Reduktionsmittel erzeugt wird, wenn die Reformiersteuersektion den Kraftstoffinjektor 33 steuert, um Kraftstoff in den Entladereaktor 20 zuzuführen, wo der Kraftstoff durch den aktiven Sauerstoff oxidiert (reformiert) wird. Demzufolge kann der Entladereaktor 20 sowohl das Reduktionsmittel reformieren als auch das Ozon erzeugen.
Wenn der Betrieb zu der Ozonerzeugung von der Erzeugung des reformierten Reduktionsmittels mit Kraftstoff in flüssiger Form, welcher an den Elektroden 21 anhaftet, geändert wird, kann der anhaftende Kraftstoff verdampft werden und in Gasform innerhalb der Entladepassage 21a existieren unabhängig von einem Stoppen der Kraftstoffzufuhr. Als ein Ergebnis kann der verdampfte Kraftstoff mit dem aktiven Sauerstoff, welcher durch die elektrische Entladung erzeugt wird, reagieren, und demnach kann das reformierte Reduktionsmittel erzeugt werden, was zu einer A der Erzeugung von Ozon führt. In der vorliegenden Ausführungsform jedoch kann, da die Kraftstoffanhaftung an den Elektroden 21 wie obenstehend beschrieben unterdrückt werden kann, die Erzeugung des reformierten Reduktionsmittels während der Ozonerzeugung unterdrückt werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist die Wirkstoffzufuhrvorrichtung die Niedertemperaturansaugleitung 10c auf, durch welche die Niedertemperaturansaugluft nachdem sie durch den Kühler 12 gekühlt ist, in den Entladereaktor 20 strömt, und die Hochtemperaturansaugleitung 10h, durch welche das Sauerstoffgas, nachdem es an der Wärmeaustauschleitung 38 erwärmt wird, in den Entladereaktor 20 strömt. Das Schaltventil 37 wird derart gesteuert, dass die Niedertemperaturansaugleitung 10c mit dem Entladereaktor 20 in Verbindung gebracht wird, wenn das Ozon erzeugt wird, oder die Hochtemperaturansaugleitung 10h mit dem Entladereaktor 20 in Verbindung gebracht wird, wenn das reformierte Reduktionsmittel bei den Schritten 15 und 16 der 6 erzeugt wird. Demnach ist es, da die Niedertemperaturansaugluft bei der Ozonerzeugung zugeführt wird, möglich, zu unterdrücken, dass das Ozon durch die Wärme der Ansaugluft zerstört wird.
Weiterhin wird die Hochtemperaturansaugluft, welche durch den Lader 11, ohne durch den Kühler 12 gekühlt zu werden, komprimiert wird, in den Entladereaktor 20 durch die Hochtemperaturansaugleitung 10h zugeführt. Demnach wird die Hochtemperaturansaugluft nachdem sie bei dem Kompressor 11c erwärmt (komprimiert) wird, jedoch bevor sie bei dem Kühler 12 gekühlt wird, zugeführt, wenn das reformierte Reduktionsmittel erzeugt wird. Demzufolge ist es möglich, zu unterdrücken, dass Kraftstoff in Gasform durch das Sauerstoffgas gekühlt wird, was zu einem weiteren Unterdrücken, dass der Kraftstoff in Gasform kondensiert und an den Elektroden 21 anhaftet, führt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird Kraftstoff in den Entladereaktor 20 zugeführt nachdem er durch den elektrischen Heizer 34 gecrackt beziehungsweise aufgebrochen ist, und der Kraftstoff wird teilweise mit Sauerstoffgas oxidiert, welches durch den Entladereaktor 20 ionisiert ist, wodurch das reformierte Reduktionsmittel erzeugt wird. Demnach wird, da ein Siedepunkt abnimmt, wenn das Cracking beziehungsweise Aufbrechen voranschreitet, unterdrückt, dass verdampfter Kraftstoff in die flüssige Form von der Gasform zurückkehrt, auch wenn der verdampfte Kraftstoff durch das Sauerstoffgas gekühlt wird. Als ein Ergebnis kann unterdrückt werden, dass der verdampfte Kraftstoff, der durch die Kraftstoffzufuhrleitung 35a zugeführt wird, kondensiert und an den Elektroden 21 anhaftet.
Weiterhin weist die Wirkstoffzufuhrvorrichtung den Kraftstoffinjektor 33 auf, welcher Kraftstoff in flüssiger Form vernebelt und dem elektrischen Heizer 34 zuführt. Demnach kann die Zeit, welche zum Verdampfen und zum Cracken von Kraftstoff in flüssiger Form durch den elektrischen Heizer 34 benötigt wird, verkürzt werden. Demzufolge kann das reformierte Reduktionsmittel unmittelbar in die Abgaspassage 10ex zugeführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Menge benötigten Reduktionsmittels bei Schritt 23 in 7 berechnet und dann werden die Heizertemperatur und die Kraftstoffeinspritzmenge gemäß der benötigten Reduktions-mittelmenge gesteuert. Demnach wird, wenn die benötigte Reduktionsmittelmenge groß ist, eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittels erhöht durch ein Erhöhen nicht nur der Kraftstoffeinspritzmenge, sondern auch der Heizertemperatur. Indes wird, wenn die benötigte Reduktionsmittelmenge klein ist, der elektrische Verbrauch bei dem elektrischen Heizer 34 durch ein Verringern der Kraftstoffeinspritzmenge und der Heizertemperatur verringert.
Weiterhin hat der Reduktionskatalysator in der vorliegenden Ausführungsform eine Adsorptivität, um NOx zu adsorbieren. Demnach wird, wenn Ozon, welches in dem Entladereaktor 20 erzeugt wird, in die Abgaspassage 10ex zugeführt wird, NO, welches in Abgas enthalten ist, in NO₂ oxidiert, welches leicht durch den Reduktionskatalysator adsorbiert wird. Demnach kann das Ozon, welches in dem Entladereaktor 20 erzeugt wird, zum Verbessern der Adsorptivität des Reduktions-katalysators verwendet werden, um NOx zu adsorbieren.
Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform Ozon erzeugt, wenn eine Temperatur des Reduktionskatalysators niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, und das reformierte Reduktionsmittel wird erzeugt, wenn eine Temperatur des Reduktionskatalysators gleich oder höher als die Aktivierungstemperatur ist. Demnach wird unterbunden, dass das reformierte Reduktionsmittel in die Abgaspassage 10ex zugeführt wird, wenn eine Temperatur des Reduktionskatalysators bei einer niedrigen Temperatur ist, bei welcher der Reduktionskatalysator NOx nicht reduzieren kann. Weiterhin wird unter der niedrigen Temperatur des Reduktionskatalysators Ozon in die Abgaspassage 10ex zugeführt, um NO in NO₂ zu oxidieren, welches leicht durch den Reduktionskatalysator adsorbiert wird. Demnach kann unterdrückt werden, dass NOx aus der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 ausströmt, ohne bei einer niedrigen Temperatur gereinigt zu werden. Allgemein kann Ozon leicht zersetzt werden, wenn eine Temperatur von Ozon zunimmt. In der vorliegenden Ausführungsform jedoch wird Ozon in die Abgaspassage 10ex nur bei der niedrigen Temperatur wie obenstehend beschrieben zugeführt und nicht bei einer hohen Temperatur, die höher als die niedrige Temperatur ist, zugeführt. Demnach ist es möglich, zu unterdrücken, dass Ozon, welches in die Abgaspassage 10ex zugeführt wird, thermisch durch Wärme von Abgas in der Abgaspassage 10ex zersetzt wird.
(Zweite Ausführungsform)
In der oben beschriebenen Ausführungsform in 1 ist die Wärmeaustauschleitung 38 an der EGR-Leitung 10egr angebracht. Wie jedoch in 8 gezeigt ist, kann die Wärmeaustauschleitung 38 an einer stromabwärtigen Abgasleitung 10p wie untenstehend beschrieben angebracht sein. Die stromabwärtige Abgasleitung 10p dient als ein Abschnitt der Abgaspassage 10ex stromabwärts des Abgaskrümmers 10m, genauer als der Abschnitt der Abgaspassage 10ex stromabwärts des DPF 14 und stromaufwärts der NOx-Reinigungsvorrichtung 15. Sauerstoffgas wird innerhalb der Wärmeaustauschleitung 38 unter Verwendung von Wärme von Abgas, welches durch die stromabwärtige Abgasleitung 10p strömt, erwärmt.
Die stromabwärtige Abgasleitung 10p erstreckt sich von dem Abgaskrümmer 10m nach außen. Demnach kann die Wärmeaustauschleitung 38 leicht an der stromabwärtigen Abgasleitung 10p angebracht werden verglichen zu dem Fall, in welchem die Wärmeaustauschleitung 38 beispielsweise an dem Abgaskrümmer 10m angebracht ist. Weiterhin kann ein Anbringraum für die Wärmeaustauschleitung 38 leicht um die stromabwärtige Abgasleitung 10p herum gesichert beziehungsweise sichergestellt werden verglichen zu einem Raum um den Abgaskrümmer 10m herum.
Es sollte festgehalten werden, dass der Entladereaktor 20 und das Mischgehäuse 30 vorzugsweise nahe zu der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 angeordnet sind. Wenn solch eine Anordnung vorgesehen ist, kann die stromabwärtige Abgasleitung 10p nahe zu dem Mischgehäuse 30 positioniert sein. In Hinsicht auf dieses ist die Wärmeaustauschleitung 38 an der stromabwärtigen Abgasleitung 10p angebracht, und demnach kann die Wärmeaustauschleitung 38 leicht nahe zu dem Mischgehäuse 30 angeordnet sein. Als ein Ergebnis kann eine Leitungslänge der Hochtemperaturansaugleitung 10h verkürzt werden.
(Dritte Ausführungsform)
In der oben beschriebenen Ausführungsform in 1 ist die Wärmeaustauschleitung 38 an der EGR-Leitung 10egr angebracht. Wie jedoch in 9 gezeigt ist, kann die Wärmeaustauschleitung 38 an dem Abgaskrümmer 10m angebracht sein. Sauerstoffgas wird innerhalb der Wärmeaustauschleitung 38 unter Verwendung von Wärme von Abgas, welches durch den Abgaskrümmer 10m strömt, erwärmt.
Da Abgas durch den Abgaskrümmer 10m strömt unmittelbar nachdem es von den Verbrennungskammern der internen Verbrennungsmaschine 10 ausgestoßen wird, ist der Abgaskrümmer 10m bei einer hohen Temperatur. Demnach wird das Sauerstoffgas innerhalb der Wärmeaustauschleitung 38 effektiv durch den Abgaskrümmer 10m bei einer hohen Temperatur erwärmt, an welchem die Wärmeaustauschleitung 38 angebracht ist.
(Vierte Ausführungsform)
In der oben beschriebenen Ausführungsform der 1 wird Ansaugluft in die Lufteinführleitung 32 eingeführt, nachdem die Ansaugluft bei dem Kompressor 11c komprimiert wird. Wie jedoch in 10 gezeigt ist, kann komprimierte Luft in die Lufteinführleitung 32 als Sauerstoffgas durch eine Luftpumpe 31 zugeführt werden, welche durch einen Elektromotor betrieben wird. Die Luftpumpe 31 bläst atmosphärische Luft mit einer atmosphärischen Temperatur und einem atmosphärischen Druck, welche um die Wirkstoffzufuhrvorrichtung herum existiert. Die Luftpumpe 31 wird durch den Mikrocomputer 81 gesteuert. Luft, welche durch die Luftpumpe 31 geblasen wird, wird durch die Wärmeaustauschleitung 38 unter Verwendung von Wärme des Abgases von der internen Verbrennungsmaschine 10 erwärmt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die Niedertemperaturansaugleitung 10c und die Hochtemperaturansaugleitung 10h wie in 1 gezeigt beseitigt werden. Demnach ist, wenn eine Ansaugmenge durch das Drosselventil 13 gesteuert wird, eine Korrektur, welche den Verlust von Ansaugluft berücksichtigt, welche in die Lufteinführleitung 32 abzweigt, nicht notwendig, und demnach kann die Ansaugmenge zu den Verbrennungskammern genau angepasst werden.
(Fünfte Ausführungsform)
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 2 gezeigt ist, berührt die gewundene innere Oberfläche 38a der Wärmeaustauschleitung 38 die Umfangsoberfläche 10a der EGR-Leitung 10egr. Wie jedoch in 11 gezeigt ist, ist die Wärmeaustauschleitung 38 angeordnet, um die EGR-Leitung 10egr nicht zu berühren, um einen Raum 38b zwischen der gewundenen inneren Oberfläche 38a der Wärmeaustauschleitung 38 und der Umfangsoberfläche 10a der EGR-Leitung 10egr zu bilden. Demnach dient die gewundene innere Oberfläche 38a der Wärmeaustauschleitung 38 als eine ”Wärmeempfangsoberfläche”, welche Wärme empfängt, welche von der EGR-Leitung 10egr abgestrahlt wird, durch welche eine Wärmequelle (das heißt EGR-Gas) strömt, und demnach wird die Wärmeaustauschleitung 38 durch die abgestrahlte Wärme von der EGR-Leitung 10egr erwärmt.
Die EGR-Leitung 10egr ist aus einem eisenbasierten Metall gefertigt und die Wärmeaustauschleitung 38 und die Hochtemperaturansaugleitung 10h sind aus einem aluminiumbasierten Metall gefertigt. Weiterhin sind die gewundene innere Oberfläche 38a der Wärmeaustauschleitung 38 und die Umfangsoberfläche 10a der EGR-Leitung 10egr mit schwarzer Farbe beschichtet, um eine Wärmeabstrahlungsmenge und eine Wärmeaufnahmemenge zu erhöhen.
Gemäß der fünften Ausführungsform wird die Wärmeaustauschleitung 38 durch Wärme, welche von der EGR-Leitung 10egr abgestrahlt wird, erwärmt, ohne die EGR-Leitung 10egr zu berühren. Demnach ist es möglich, zu unterdrücken, dass die Wärmeaustauschleitung 38 und die Hochtemperaturansaugleitung 10h übermäßig erwärmt werden, und demnach kann ein Wärmeschaden an der Wärmeaustauschleitung 38 und der Hochtemperaturansaugleitung 10h verringert werden. Als ein Ergebnis kann ein aluminiumbasiertes Metall, welches eine geringere Wärmewiderstandseigenschaft hat als ein eisenbasiertes Metall als ein Material für die Wärmeaustauschleitung 38 und die Hochtemperaturansaugleitung 10h verwendet werden, wodurch zu einer Gewichtsreduktion davon beigetragen wird. Zusätzlich kann das übermäßige Erwärmen der Wärmeaustauschleitung 38 wie obenstehend beschrieben verringert werden, eine übermäßige Zunahme in einer Temperatur innerhalb der Mischkammer 30a kann ebenso unterdrückt werden. Demnach ist es möglich, zu unterdrücken, dass Kraftstoff innerhalb der Mischkammer 30a oder dem Entlade-reaktor 20 verbrennt.
Weiterhin ist es, da die Wärmeaustauschleitung 38 angeordnet ist, um die EGR-Leitung 10egr nicht zu kontaktieren, möglich, die Fortpflanzung von Vibrationen der internen Verbrennungsmaschine 10 zu der Wärmeaustauschleitung 38 und der Hochtemperaturansaugleitung 10h durch die EGR-Leitung 10egr zu unterdrücken. Als ein Ergebnis kann ein Schaden an der Wirkstoffzufuhrvorrichtung durch die Vibration der internen Verbrennungsmaschine 10 verringert werden.
(Sechste Ausführungsform)
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 2 gezeigt ist, dient die Wärmeaustauschleitung 38, welche mit der Hochtemperaturansaugleitung 10h in Serie verbunden ist, als der Sauerstoffgaszuführer. Wie jedoch in 12 gezeigt ist, kann ein Wärmeaustauschblock 40, welcher an der EGR-Leitung 10egr angebracht ist, als der Sauerstoffgaszuführer dienen.
Ein erstes Durchgangsloch 40a und zweite Durchgangslöcher 40b sind innerhalb des Wärmeaustauschblocks 40 definiert beziehungsweise begrenzt. Die EGR-Leitung 10egr tritt durch das erste Durchgangsloch 40a hindurch und die Hochtemperaturansaugleitung 10h tritt durch die zweiten Durchgangslöcher 40b hindurch. In der vorliegenden Ausführungsform hat der Wärmeaustauschblock 40 eine Mehrzahl der zweiten Löcher 40b. Der Wärmeaustauschblock 40 ist in einen ersten Block 41 und einen zweiten Block 42 unterteilt derart, dass das erste und das zweite Durchgangsloch 40a und 40b jeweils in zwei Sektionen unterteilt sind. In anderen Worten gesagt ist der Wärmeaustauschblock 40 durch ein Kombinieren des ersten Blocks 41 und des zweiten Blocks 42 gebildet.
Eine Außenumfangsoberfläche der EGR-Leitung 10egr kontaktiert eine Innenumfangsoberfläche des ersten Durchgangslochs 40a. Indes kontaktiert eine Außenumfangsoberfläche der Hochtemperaturansaugleitung 10h eine Innenumfangsoberfläche 40c jedes zweiten Durchgangslochs 40b nicht, derart, dass die Hochtemperaturansaugleitung 10h angeordnet ist, um den Wärmeaustauschblock 40 nicht zu berühren. Demnach dient die Innenumfangsoberfläche 40c des zweiten Durchgangslochs 40b als ”Abstrahloberfläche”, welche Wärme einer Wärmequelle in Richtung der Hochtemperaturansaugleitung 10h abstrahlt. Der Wärmeaustausch-block 40 wird durch die EGR-Leitung 10egr erwärmt und erwärmt dann die Hochtemperaturansaugleitung 10h durch ein Abstrahlen von Wärme.
Gemäß der sechsten Ausführungsform können Wirkungen wie in dem Fall der fünften Ausführungsform erlangt werden. Das heißt, die Hochtemperaturansaugleitung 10h wird durch Wärme, welche von dem Wärmeaustauschblock 40 abgestrahlt wird, erwärmt, welcher durch die EGR-Leitung 10egr erwärmt wird, ohne den Wärmeaustauschblock 40 zu kontaktieren. Demnach kann ein übermäßiges Erwärmen der Hochtemperaturansaugleitung 10h unterdrückt werden, wodurch ein Wärmeschaden an der Hochtemperaturansaugleitung 10h verringert wird. Demnach kann aluminiumbasiertes Metall als ein Material für die Hochtemperatur-ansaugleitung 10h verwendet werden, wodurch zu einer Gewichtsverringerung davon beigetragen wird. Zusätzlich kann eine übermäßige Zunahme in einer Temperatur innerhalb der Mischkammer 30a ebenso unterdrückt werden. Demnach ist es möglich, zu unterdrücken, dass Kraftstoff innerhalb der Mischkammer 30a oder dem Entladereaktor 20 verbrennt. Weiterhin ist es möglich, eine Fortpflanzung von Vibrationen der internen Verbrennungsmaschine 10 zu der Hochtemperaturansaug-leitung 10h durch den Wärmeaustauschblock 40 zu unterdrücken. Als ein Ergebnis kann ein Schaden an der Wirkstoffzufuhrvorrichtung durch die Vibration der internen Verbrennungsmaschine 10 verringert werden.
(Siebte Ausführungsform)
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 12 gezeigt ist, tritt die Hochtemperaturansaugleitung 10h durch die zweiten Durchgangslöcher 40b, welche in dem Wärmeaustauschblock 40 definiert beziehungsweise begrenzt sind, hindurch. Wie jedoch in 13 gezeigt ist, kann eine Nut 50b, welche ein offenes Ende beziehungsweise Öffnungsende hat, in dem Wärmeaustauschblock 50 definiert beziehungsweise begrenzt sein, und die Hochtemperaturansaugleitung 10h kann durch die Nut 50b hindurchtreten. Weiterhin sind in der Ausführungsform, wie sie in 12 gezeigt ist, die mehreren zweiten Durchgangslöcher 40b gebildet, und die Hochtemperaturansaugleitung 10h wird an mehreren Abschnitten davon, welche den zweiten Durchgangslöchern 40b entsprechen, erwärmt. Indes treten in der vorliegenden Ausführungsform mehrere Abschnitte (zwei Abschnitte in dieser Ausführungsform) der Hochtemperaturansaugleitung 10h durch die Nutsohle 50b hindurch.
Der Wärmeaustauschblock 50 ist in einen ersten Block 51 und einen zweiten Block 52 unterteilt derart, dass ein Durchgangsloch 50a und die Nut 50b jeweils in zwei Sektionen unterteilt sind. In anderen Worten gesagt ist der Wärmeaustauschblock 50 durch ein Kombinieren des ersten Blocks 51 und des zweiten Blocks 52 gebildet. Die Außenumfangsoberfläche der EGR-Leitung 10egr berührt eine innere Umfangsoberfläche des Durchgangslochs 50a. Indes kontaktiert die Außenumfangs-oberfläche der Hochtemperaturansaugleitung 10h nicht eine innere Oberfläche 50c der Nut 50b, das heißt, die Hochtemperaturansaugleitung 10h ist angeordnet, um den Wärmeaustauschblock 50 nicht zu berühren. Demnach dient die innere Oberfläche 50c der Nut 50b als ”Abstrahlungsoberfläche”, welche Wärme einer Wärmequelle in Richtung der Hochtemperaturansaugleitung 10h abstrahlt. Der Wärmeaustausch-block 50 wird durch die EGR-Leitung 10egr erwärmt und erwärmt dann die Hochtemperaturansaugleitung 10h durch ein Abstrahlen von Wärme.
Gemäß der siebten Ausführungsform können Wirkungen erreicht werden wie in dem Fall der sechsten Ausführungsform. Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform, da die Hochtemperaturansaugleitung 10h durch die Nut 50b hindurchtritt, eine hohe Positionierungsgenauigkeit zum Halten der Hochtemperaturansaugleitung 10h, um den Wärmeaustauschblock 50 nicht zu berühren, nicht benötigt, verglichen zu dem Fall, in welchem die Hochtemperaturansaugleitung 10h durch das zweite Durchgangsloch 40b hindurchtritt, wie in 12 gezeigt ist.
(Andere Abwandlungen an den Ausführungsformen)
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, wird Sauerstoffgas unter Verwendung von Wärme, welche in der internen Verbrennungsmaschine 10 erzeugt wird, erwärmt. Kühlmittel jedoch zum Kühlen eines Inverters oder der internen Verbrennungsmaschine 10 kann als eine Wärmequelle verwendet werden, um Sauerstoffgas zu heizen, oder ein elektrischer Heizer kann verwendet werden, um das Sauerstoffgas zu heizen.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 10 gezeigt ist, sind die Hochtemperaturansaugleitung 10h, die Niedertemperaturansaugleitung 10c und das Schaltventil 37 beseitigt, jedoch wird die Luftpumpe 31 verwendet. Die Niedertemperaturansaugleitung 10c und das Schaltventil 37 jedoch können sowohl wie auch die Luftpumpe 31 verwendet werden, es kann aber nur die Hochtemperatur-ansaugleitung 10h beseitigt sein. In diesem Fall kann das Schaltelement 37 gesteuert werden derart, dass die Niedertemperaturansaugluft durch die Niedertemperatur-ansaugleitung 10c in den Entladereaktor 20 strömt, wenn Ozon erzeugt wird, und Sauerstoffgas, welches durch die Luftpumpe 31 geblasen wird, strömt in den Entladereaktor 20, wenn das reformierte Reduktionsmittel erzeugt wird.
In der Ausführungsform der 1 wird Kraftstoff in flüssiger Form vernebelt, wenn er durch die Einspritzlöcher des Kraftstoffinjektors 33 eingespritzt wird. Es kann jedoch ein elektromagnetisches Ventil anstelle des Kraftstoffinjektors 33 verwendet werden, und Kraftstoff, welche von der Pumpe 33p zugeführt wird, kann in das Verdampfungsgehäuse 35 zugeführt werden, ohne vernebelt zu werden, und dann kann der Kraftstoff vorübergehend innerhalb des Verdampfungsgehäuses 35 gelagert beziehungsweise gespeichert werden.
Die vierte Ausführungsform, wie sie in 10 gezeigt ist, kann wie untenstehend beschrieben abgeändert werden. In der Abwandlung der vierten Ausführungsform sind eine Hochtemperaturpassage, eine Bypasspassage und ein Schaltelement vorgesehen. Luft, welche durch die Luftpumpe 31 eingeblasen wird, tritt durch die Wärmeaustauschleitung 38 durch die Hochtemperaturpassage hindurch. Und dann strömt die Luft in die Mischkammer 30a durch die Hochtemperaturpassage. Indes umgeht die Luft, welche durch die Luftpumpe 31 eingeblasen wird, die Wärmeaustauschleitung 38 durch die Bypasspassage und dann strömt die Luft in die Mischkammer 30a durch die Bypasspassage. Das Schaltventil schaltet die Fluidkommunikation der Mischkammer 30a zwischen der Bypasspassage und der Hochtemperaturpassage um. Das Schaltventil wird derart gesteuert, dass die Luft in die Mischkammer 30a durch die Bypasspassage strömt, wenn Ozon erzeugt wird, und die Luft in die Mischkammer 30a durch die Hochtemperaturpassage strömt, wenn das reformierte Reduktionsmittel erzeugt wird. Demzufolge ist es, da die Luft bei einer atmosphärischen Temperatur ohne erwärmt zu werden zugeführt werden kann, wenn Ozon erzeugt wird, möglich, zu unterdrücken, dass das Ozon, welches innerhalb des Entladereaktors 20 erzeugt wird, durch Wärme der Ansaugluft zerstört wird.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen, wie sie in den 12 und 13 gezeigt sind, ist der Wärmeaustauschblock 40, 50 an der EGR-Leitung 10egr angebracht, und die Innenumfangsoberfläche 40c oder die innere Oberfläche 50c, welche als die Abstrahloberfläche dient, ist an beziehungsweise auf dem Wärmeaustauschblock 40, 50 gebildet. Der Wärmeaustauschblock 40, 50, kann jedoch an der Hochtemperaturansaugleitung 10h angebracht sein. In diesem Fall kann eine Aufnahmeoberfläche beziehungsweise Empfangsoberfläche, welche durch Wärme, welche von der EGR-Leitung 10egr abgestrahlt wird, erwärmt wird, an dem Wärmeaustauschblock 40, 50 gebildet sein.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen, wie sie in 1 gezeigt sind, wird der elektrische Heizer 34 verwendet, es kann jedoch ein Wärmetauscher, welcher Abgaswärme der internen Verbrennungsmaschine 10 verwendet, als ein Heizer verwendet werden, welcher Kohlenwasserstoff in flüssiger Form erwärmt und verdampft. Weiterhin wird in der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, Kraftstoff in flüssiger Form in die Mischkammer 30a von dem Kraftstoffinjektor 33 zugeführt. Kraftstoff in Gasform jedoch kann in die Mischkammer 30a zugeführt werden, nachdem Kraftstoff in flüssiger Form an einem Ort anders als der Mischkammer 30a verdampft worden ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, erstreckt sich, wenn die Wirkstoffzufuhrvorrichtung in einem Fahrzeug installiert ist, die Elektrode 21 in einer horizontalen Richtung. Die Elektrode 21 kann jedoch relativ zu der horizontalen Richtung abgewinkelt sein derart, dass der Kraftstoff in flüssiger Form, welcher an der Elektrode 21 anhaftet, leicht von der Elektrode 21 durch die Schwerkraft abfällt. Weiterhin kann die Elektrode 21 derart angeordnet sein, dass die Oberfläche der Elektrode 21 sich in einer vertikalen Richtung erstreckt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, wird der Kraftstoffinjektor 33 als der Vernebler verwendet, welcher Kohlenwasserstoff in flüssiger Form vernebelt und den vernebelten Kohlenwasserstoff dem Heizer zuführt. Es kann jedoch eine vibrierende Vorrichtung, welche Kraftstoff in flüssiger Form durch ein Vibrieren des Kraftstoffs vernebelt, als der Vernebler verwendet werden. Die vibrierende Vorrichtung kann eine vibrierende Platte habe, welche bei einer hohen Frequenz vibriert und Kraftstoff wird auf der vibrierenden Platte vibriert.
Wenn die Wirkstoffzufuhrvorrichtung in einem vollständigen Stoppzustand ist, in welchem die Erzeugung sowohl des Ozons als auch des reformierten Reduktionsmittels gestoppt ist, kann die elektrische Entladung an dem Entladereaktor 20 gestoppt werden, um einen verschwenderischen elektrischen Verbrauch zu verringern. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung kann in dem vollständigen Stoppzustand sein, wenn beispielsweise die NOx-Katalysatortemperatur niedriger als die Aktivierungstemperatur ist und die adsorbierte NOx-Menge die Sättigungsmenge erreicht, oder wenn die NOx-Katalysatortemperatur hoch wird über eine maximale Temperatur hinaus, bei welcher der Reduktionskatalysator NOx reduzieren kann. Weiterhin kann der Betrieb der Luftpumpe 31 in dem vollständigen Stoppzustand gestoppt werden, um eine verschwenderische Leistungsaufnahme zu verringern.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird wie in 1 gezeigt ist, der Reduktionskatalysator, welcher NOx physikalisch adsorbiert (das heißt Physisorption) in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verwendet, es kann jedoch ein Reduktionsmittel verwendet werden, welches NOx chemisch adsorbiert (das heißt Chemisorption).
Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 kann NOx adsorbieren, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der internen Verbrennungsmaschine 10 magerer ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d. h. wenn die Maschine 10 in einer mageren Verbrennung ist) und kann NOx reduzieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der internen Verbrennungsmaschine 10 nicht magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d. h. wenn die Maschine 10 in einer nicht-mageren Verbrennung ist). In diesem Fall wird Ozon bei der mageren Verbrennung erzeugt und das reformierte Reduktionsmittel wird bei der nicht-mageren Verbrennung erzeugt. Eines von Beispielen eines Katalysators, welcher NOx bei der mageren Verbrennung adsorbiert, kann ein Chemisorptions-Reduktionskatalysator sein, welcher aus Platin und Barium, welches durch einen Träger getragen wird, gefertigt ist.
Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung kann auf ein Verbrennungssystem angewandt werden, welches die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 ohne Adsorptionsfunktion hat (das heißt Physisorptions- und Chemisorptionsfunktionen). In diesem Fall kann Ozon, welches innerhalb des Entladereaktors 20 erzeugt wird, zum Regenerieren des DPF 14 verwendet werden. Genauer wird NO, welches in dem Abgas enthalten ist, in NO₂ oxidiert durch ein Zuführen von Ozon in die Abgaspassage 10ex stromaufwärts des DPF 14, und das oxidierte NO₂ wird in den DPF 14 eingeführt. Demzufolge werden Kohlenstoffkomponenten beziehungsweise Kohlenstoffbestandteile von Partikeln, welche innerhalb des DPF 14 gesammelt und angesammelt werden, mit NO₂ oxidiert, und demnach werden die Partikel innerhalb des DPF 14 gereinigt, und demnach wird der DPF 14 regeneriert.
In der ersten Ausführungsform wird die NOx-Katalysatortemperatur, welche bei Schritt 12 in der 6 verwendet wird, basierend auf der Abgastemperatur abgeschätzt, welche durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird. Ein Temperatursensor jedoch kann an der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 angebracht sein und der Temperatursensor kann die NOx-Katalysatortemperatur direkt erfassen. Oder es kann die NOx-Katalysatortemperatur basierend auf einer Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle und einer Maschinenlast der internen Verbrennungsmaschine 10 abgeschätzt werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen, wie sie in 1 gezeigt ist, hat der Entladereaktor 20 die Elektroden 21, von welchen jede eine Plattenform hat und einander parallel zugewandt sind. Der Entladereaktor 20 jedoch kann eine nadelförmige Elektrode (Pinelektrode beziehungsweise Stiftelektrode) haben, welche in einer nadelförmigen Art und Weise hervorsteht, und eine ringförmige Elektrode, welche ringförmig die nadelförmige Elektrode umgibt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, wird die Wirkstoffzufuhrvorrichtung auf das Verbrennungssystem angewandt, welches in einem Fahrzeug installiert ist. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung kann jedoch auf ein stationäres Verbrennungssystem angewandt werden. Weiterhin wird in der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, die Wirkstoffzufuhrvorrichtung auf eine Kompressions-Selbstzünde-Dieselmaschine angewandt und Diesel für die Verbrennung wird als das Reduktionsmittel verwendet. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung jedoch kann auf eine Selbstzünde-Benzinmaschine angewandt werden und Benzin für die Verbrennung kann ebenso für das Reduktionsmittel verwendet werden.
Mittel beziehungsweise Einrichtungen und Funktionen, welche durch die ECU vorgesehen sind, können beispielsweise durch nur Software, nur Hardware oder eine Kombination davon. vorgesehen sein Die ECU kann beispielsweise durch eine analoge Schaltung gebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-162173 A [0002]

Claims

Wirkstoffzufuhrvorrichtung für ein Kraftstoffverbrennungssystem, welches eine NOx-Reinigungsvorrichtung (15) aufweist, mit einem Reduktionskatalysator, welcher in einer Abgaspassage (10ex) angeordnet ist, um NOx, welches in Abgas einer internen Verbrennungsmaschine (10) enthalten ist, zu reinigen, wobei die Wirkstoffzufuhrvorrichtung einen Wirkstoff in die Abgaspassage (10ex) an einer Position stromaufwärts des Reduktionskatalysators zuführt, wobei die Wirkstoffzufuhrvorrichtung Folgendes aufweist: einen Entladereaktor (20), welcher eine Strömungspassage (22a) darin hat, durch welche Sauerstoffgas strömt, und Elektroden (21), welche innerhalb der Strömungspassage (22a) angeordnet sind, wobei der Entladereaktor (20) Sauerstoffgas durch einen elektrischen Entladevorgang durch die Elektroden (21) ionisiert; einen Kohlenwasserstoffzuführer (33), welcher Kohlenwasserstoff in den Entladereaktor (20) zuführt, welcher ein reformiertes Reduktionsmittel als den Wirkstoff durch ein Oxidieren von Kohlenwasserstoff mit Sauerstoffgas erzeugt, welches durch den Entladereaktor (20) ionisiert wird; und einen Sauerstoffgasheizer (38, 40, 50), welcher Sauerstoffgas erwärmt, welches in die Strömungspassage (22a) zuzuführen ist.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffgasheizer (38, 40, 50) Sauerstoffgas unter Verwendung von Wärme, welche durch die interne Verbrennungsmaschine (10) erzeugt wird, erwärmt.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin aufweisend: eine Wärmeleitung (10egr), welche einen Teil von Abgas als Ansaugluft rezirkuliert, wobei der Sauerstoffgasheizer (38, 40, 50) Sauerstoffgas unter Verwendung der Wärme der Wärmeleitung (10egr) erwärmt.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Verbrennungssystem Folgendes aufweist: einen Abgaskrümmer (10m), welcher Abgas sammelt, welches von einer Mehrzahl von Verbrennungskammern der internen Verbrennungsmaschine (10) abgeführt wird, und eine stromabwärtige Abgasleitung (10p), welche stromabwärts des Abgaskrümmers (10m) positioniert ist und als ein Abschnitt der Abgaspassage (10ex) stromabwärts des Abgaskrümmers (10m) dient, und wobei der Sauerstoffgasheizer (38, 40, 50) Sauerstoffgas unter Verwendung von Wärme der stromabwärtigen Abgasleitung (10p) erwärmt.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Verbrennungssystem einen Abgaskrümmer (10m) aufweist, welcher Abgas sammelt, welches von einer Mehrzahl von Verbrennungskammern der internen Verbrennungsmaschine (10) abgeführt wird, und der Sauerstoffgasheizer (38, 40, 50) Sauerstoffgas unter Verwendung von Wärme des Abgaskrümmers (10m) erwärmt.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Sauerstoffgasheizer (38, 40, 50) aufweist (i) eine Abstrahlungsoberfläche (40c, 50c), welche Wärme einer Wärmequelle in Richtung einer Hochtemperaturleitung (10h), durch welche Sauerstoffgas strömt, abstrahlt, oder (ii) eine Wärmeaufnahmeoberfläche (38a), welche Wärme aufnimmt, welche von einer Wärmeleitung (10egr) abgestrahlt wird, durch welche ein Wärmequellenfluid strömt.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Elektroden (21) eine Plattenform haben und angeordnet sind, sodass sie einander zugewandt sind, und die Elektroden (21) eine Entladepassage (21a) dazwischen definieren, durch welche Sauerstoffgas strömt.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin aufweisend eine Ozonsteuersektion (S22), welche den Entladereaktor (20) steuert, um Ozon aus dem Sauerstoffgas zu erzeugen, welches durch den Entladereaktor (20) ionisiert wird, durch ein Verhindern, dass Kohlenwasserstoff in den Entladereaktor (20) zugeführt wird, und eine Reformiersteuersektion (S26), welche den Entladereaktor (20) steuert, um Kohlenwasserstoff mit Sauerstoffgas zu oxidieren, welches durch den Entladereaktor (20) ionisiert wird, um das reformierte Reduktionsmittel zu erzeugen durch ein Ermöglichen, dass Kohlenwasserstoff in den Entladereaktor (20) zugeführt wird.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Verbrennungssystem aufweist einen Lader (11), welcher Ansaugluft der internen Verbrennungsmaschine (10) komprimiert, und einen Kühler (12), welcher Ansaugluft, welche durch den Lader (11) komprimiert wird, kühlt, wobei die Wirkstoffzufuhrvorrichtung weiterhin aufweist eine Niedertemperaturleitung (10c), durch welche ein Teil der Ansaugluft nach dem Gekühltwerden durch den Kühler (12) in den Entladereaktor (20) als Sauerstoffgas strömt, eine Hochtemperaturleitung (10h), durch welche Sauerstoffgas, welches durch den Sauerstoffgasheizer (38, 40, 50) erwärmt wird, in den Entladereaktor (20) strömt, ein Schaltventil (37), welches eine Fluidkommunikation des Entladereaktors (20) zwischen entweder der Niedertemperaturleitung (10c) oder der Hochtemperaturleitung (10h) umschaltet, und eine Schaltsteuersektion (S15, S16), welche das Schaltventil (37) steuert, um den Entladereaktor (20) zu verbinden mit (i) der Niedertemperaturleitung (10c), wenn Ozon innerhalb des Entladereaktors (20) erzeugt wird, oder (ii) der Hochtemperaturleitung (10h) wenn das reformierte Reduktionsmittel innerhalb des Entladereaktors (20) erzeugt wird.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein Teil der Ansaugluft, welcher durch den Lader (11) komprimiert wird, ohne durch den Kühler (12) gekühlt zu werden, in den Entladereaktor (20) als Sauerstoffgas durch die Hochtemperaturleitung (10h) strömt.