DE102014117040A1

DE102014117040A1 - Wirkstoffzufuhrvorrichtung

Info

Publication number: DE102014117040A1
Application number: DE102014117040.7A
Authority: DE
Inventors: 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; c/o DENSO CORPORATION Kojima Kazuo
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: JP2015108350A; JP6090134B2

Abstract

Eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung führt eine aktive Substanz in eine Abgaspassage (10ex) an einer Position stromaufwärts eines Reduktionskatalysators in einer NOx-Reinigungsvorrichtung (15) zu. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung weist einen Entladereaktor (20), einen Kohlenwasserstoffzuführer (33), eine Ozonsteuersektion (S30, S40) und eine Reformiersteuersektion (S30, S40) auf. Der Entladereaktor (20) ionisiert Sauerstoffgas durch einen elektrischen Entladevorgang. Der Kohlenwasserstoffzuführer (33) führt Kohlenwasserstoff in den Entladereaktor (20) zu. Die Ozonsteuersektion (S30, S40) steuert den Kohlenwasserstoffzuführer (33), um die Zufuhr von Kohlenwasserstoff zu stoppen, um Ozon als den Wirkstoff in dem Entladereaktor (20) aus Sauerstoffgas, welches durch den Entladereaktor (20) ionisiert ist, zu erzeugen. Die Reformiersteuersektion (S50, S60) steuert den Kohlenwasserstoffzuführer (33), um Kohlenwasserstoff zuzuführen, um ein reformiertes Reduktionsmittel als den Wirkstoff in dem Entladereaktor (20) durch ein Oxidieren von Kohlenwasserstoff mit Sauerstoffgas, welches durch den Entladereaktor (20) ionisiert ist, zu erzeugen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung zur Zufuhr eines Reduktionsmittels, welches zum Reduzieren von NOx verwendet wird.
Allgemein werden NOx (Stickstoffoxide), welche im Abgas einer internen Verbrennungsmaschine enthalten sind, mit einem Katalysator adsorbiert und dann wird das adsorbierte NOx in Reaktion des NOx mit einem Reduktionsmittel in Anwesenheit des Katalysators aufbereitet bzw. gereinigt. Beispielsweise offenbart ein Patentdokument 1 ( WO2013/035663 A ) eine Vorrichtung, welche eine Reduktionsmittelpumpe zur Zufuhr eines Reduktionsmittels in eine Abgaspassage und einen Ozonerzeuger zum Erzeugen und zur Zufuhr von Ozon in die Abgaspassage hat. Gemäß dieser Vorrichtung kann, da das Reduktionsmittel durch das Ozon innerhalb der Abgaspassage reformiert wird, und das reformierte Reduktionsmittel dem Katalysator zugeführt wird, die Reinigungsleistung beziehungsweise Aufbereitungsleistung in der Anwesenheit des Katalysators verbessert werden. Weiterhin wird NO (Stickstoffmonoxid) innerhalb der Abgaspassage in NO₂ (Stickstoffdioxid) durch Ozon oxidiert. Da eine Adsorbtivität von NO₂ an den Katalysator größer ist als diejenige von NO, kann eine Menge von NOx, welche durch den Katalysator hindurchtritt, ohne adsorbiert zu werden, verringert werden.
Gemäß den Studien durch die Erfinder der vorliegenden Offenbarung jedoch können in dem Reformierungsvorgang eines Reduktionsmittels, da Ozon eine geringere Reaktionsrate mit dem Reduktionsmittel hat, und eine thermische Zersetzung von Ozon bei einer hohen Temperatur unmittelbar auftritt (beispielsweise 250 Grad Celsius oder mehr) die Reformiereffekte durch Ozon nicht ausreichend erreicht werden. Als ein Ergebnis kann ein Reduktionsmittel, welches nicht durch Ozon reformiert ist, einem Katalysator zugeführt werden.
Um sich mit den obigen Dingen zu beschäftigen offenbart ein Patentdokument 2 ( JP 2009-162173 A ) eine Abführvorrichtung zum Reformieren eines Reduktionsmittels durch ein Veranlassen des Reduktionsmittels zwischen Elektroden, welche sich elektrisch entladen, hindurchzutreten. Gemäß der Entladevorrichtung kann ein Reduktionsmittel direkt oxidiert und mit Sauerstoffgas reformiert werden, welches durch den elektrischen Entladevorgang ionisiert ist. Das heißt, dass das Reduktionsmittel ohne eine Verwendung von Ozon erzeugt werden kann. Demnach können die Nachteile wie beispielsweise die thermische Zersetzung und die niedrige Reaktionsrate von Ozon gelöst werden und ein Reduktionsmittel kann ausreichend reformiert werden.
Gemäß der Entladevorrichtung jedoch tritt, da Ozon nicht verwendet wird, die Oxidation von NO in NO₂ nicht auf, was es schwierig machen kann, eine Menge von NOx, welche durch den Katalysator hindurchtritt ohne adsorbiert zu werden, ausreichend zu reduzieren. In einem Fall, in dem ein Ozonerzeuger weiterhin zusammen mit der Entladevorrichtung vorgesehen ist, kann eine Gesamtgröße der Vorrichtung zunehmen.
Es sollte festgehalten werden, dass eine Ozonzufuhr nach wie vor aus einem anderen Grund anders als der Reformierung eines Reduktionsmittels benötigt wird, auch wenn ein Katalysator verwendet wird, welcher weder Physisorptions- noch Chemisorptionseigenschaften hat. Beispielsweise kann eine Ozonzufuhr benötigt werden, um einen PM(Particulate Matter = Partikel)-Filter zu regenerieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung vorzusehen, welche in der Lage ist, Ozon zuzuführen, während die Reformierungskapazität verbessert wird.
In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung für ein Kraftstoffverbrennungssystem, welches eine Nox-Reinigungsvorrichtung beziehungsweise -Aufbereitungsvorrichtung aufweist mit einem Reduktionskatalysator, der in einer Abgaspassage angeordnet ist, um NOx, welches im Abgas einer internen Verbrennungsmaschine enthalten ist, zu reinigen beziehungsweise aufzubereiten. Die Wirkstoffzufuhrvorichtung führt einen Wirkstoff in die Abgaspassage an einer Position stromaufwärts des Reduktionskatalysators zu. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung weist einen Entladereaktor, welcher Sauerstoffgas durch einen elektrischen Entladevorgang ionisiert, und einen Kohlenwasserstoffzuführer, welcher Kohlenwasserstoff in den Entladereaktor zuführt, auf. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung weist weiterhin auf (i) eine Ozonsteuersektion, welche den Kohlenwasserstoffzuführer steuert, um ein Zuführen von Kohlenwasserstoff zu stoppen, um Ozon als den Wirkstoff in dem Entladereaktor aus Sauerstoffgas, welches durch den Entladereaktor ionisiert wird, zu erzeugen, und (ii) eine Reformierungssteuersektion, welche den Kohlenwasserstoffzuführer steuert, um Kohlenwasserstoff zuzuführen, um ein reformiertes Reduktionsmittel als den Wirkstoff in dem Entladereaktor durch ein Oxidieren von Kohlenwasserstoff mit Sauerstoffgas, welches durch den Entladereaktor ionisiert ist, zu erzeugen.
Gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird Kohlenwasserstoff, welcher in den Entladereaktor zugeführt wird, mit Sauerstoffgas oxidiert, welches durch den Entladereaktor ionisiert wird und das reformierte Reduktionsmittel wird erzeugt. Demnach kann Kohlenwasserstoff (d. h. Reduktionsmittel) ohne eine Verwendung von Ozon reformiert werden. Demnach können gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung die thermische Zersetzung und die niedrige Reaktionsrate von Ozon wie obenstehend angegeben vermieden werden, während die Reformierungskapazität zum Reformieren eines Reduktionsmittels verbessert wird.
Weiterhin wird in dem Aspekt Ozon auch in dem Entladereaktor aus Sauerstoffgas erzeugt, welches durch den Entladereaktor ionisiert wird, wenn eine Kohlenwasserstoffzufuhr in den Entladereaktor gestoppt ist. Demzufolge kann der Entladereaktor sowohl ein Reduktionsmittel reformieren als auch Ozon erzeugen, wodurch die Reformierungskapazität zum Reformieren des Reduktionsmittels und zur Zufuhr des Ozons verbessert wird.
Die Offenbarung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon wird am besten aus der folgenden Beschreibung, den angefügten 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 Mechanismus zum Erzeugen von Ozon gemäß der ersten Ausführungsform ist;
3 eine schematische Ansicht eines Mechanismus zum Erzeugen eines reformierten HC gemäß der ersten Ausführungsform ist;
4 ein Flussdiagramm ist, welches einen Vorgang veranschaulicht, um die Erzeugung von Ozon und dem reformierten HC gemäß einer ersten Ausführungsform umzuschalten;
5 ein Flussdiagramm ist, welches einen Vorgang veranschaulicht, um zwischen der Erzeugung von Ozon und der Erzeugung des reformierten HC gemäß einer zweiten Ausführungsform umzuschalten;
6 ein Flussdiagramm ist, welches einen Vorgang veranschaulicht, um zwischen der Erzeugung von Ozon und der Erzeugung des reformierten HC gemäß einer dritten Ausführungsform umzuschalten;
7 eine schematische Ansicht einer Wirkstoffzufuhrvorrichtung ist, welche auf ein Verbrennungssystem gemäß einer vierten Ausführungsform angewandt wird;
8 eine schematische Ansicht einer Wirkstoffzufuhrvorrichtung ist, welche auf ein Verbrennungssystem gemäß einer fünften Ausführungsform angewandt wird; und
9 ein Flussdiagramm ist, welches einen Vorgang veranschaulicht, um zwischen einer Erzeugung von Ozon und einer Erzeugung des reformierten HC gemäß der fünften Ausführungsform umzuschalten.
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 15 (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 10in 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 Kompresser 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.
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 35 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 in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 35 zugeführt. Das reformierte Reduktionsmittel wird durch ein teilweises Oxidieren von Kohlenwasserstoff (d. h. Kraftstoff), welcher als ein Reduktionsmittel verwendet wird, in teilweise oxidierten Kohlenwasserstoff erzeugt, wie später unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden wird.
Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 weist einen Bienenwabenträger 15b zum Tragen eines Reduktionsmittels und ein Gehäuse 15a, welches den Träger 15b darin einhaust, auf. Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 reinigt bez bereitet NOx, welches in Abgas enthalten ist, durch eine Reaktion von NOx mit dem reformierten Reduktionsmittel in der Anwesenheit des Reduktionskatalysators auf, d. h. 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 zum Adsorbieren von NOx in Abgas, wenn eine Katalysatortemperatur niedriger als eine Aktivierungstemperatur ist, bei welcher die Reduktionsreaktion durch den Reduktionskatalysator auftreten kann. Weiterhin wird, wenn die Katalysatortemperatur höher ist als die Aktivierungstemperatur 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 geströmt wird 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 Zuführpassage 35 zu. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung weist einen Entladereaktor 20, eine Luftpumpe 31, einen Kraftstoffinjektor 33 und einen elektrischen Heizer 34 auf. Der Entladereaktor 20 weist eine Mehrzahl eines Paars von Elektroden 21 auf. Eines der Paare der Elektroden 21 ist auf Masse gelegt beziehungsweise geerdet und das andere ist mit einer Hochspannung versorgt, wenn elektrische Leistung dem Entladereaktor 20 zugeführt wird. Jede der Elektroden 21 hat eine Plattenform und ist einander parallel zugewandt. Ein Mikrocomputer 81 einer elektrischen Steuereinheit (ECU = Electric Control Unit = Elektrische Steuereinheit) 80 steuert die elektrische Leistungszufuhr zu den Elektroden 21.
Ein Gehäuse 30 ist stromaufwärts des Entladereaktors 20 angeordnet und eine Mischkammer 30a ist innerhalb des Gehäuses 30 begrenzt beziehungsweise definiert. Die Luftpumpe 31 bläst Luft durch ein Blasrohr 32 in die Mischkammer 30a. Die Luftpumpe wird durch einen Elektromotor, welcher durch den Mikrocomputer 81 gesteuert wird, angetrieben. Die Luftpumpe 31 bläst atmosphärische Luft beziehungsweise Außenluft mit einer atmosphärischen Temperatur beziehungsweise Außentemperatur und einem atmosphärischen Druck beziehungsweise Außendruck, welcher um die Wirkstoffzufuhrvorrichtung existiert. Da Luft Sauerstoffmoleküle aufweist, führt die Luftpumpe 31 Gas einschließlich Sauerstoff in die Mischkammer 30a zu. Hierin nachstehend wird auf solches Gas, welches wenigstens Sauerstoff aufweist, als Sauerstoffgas Bezug genommen. Die Luftpumpe 31 kann eines von Beispielen von ”einem Sauerstoffzuführer” sein, welcher Sauerstoffgas in den Entladereaktor 20 zuführt.
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 von einem ”Kohlenwasserstoffzuführer” sein, welcher Kohlenwasserstoff in den Entladereaktor 20 durch ein Einspritzen von Kraftstoff zuführt.
Der elektrische Heizer 34 ist innerhalb der Mischkammer 30a angeordnet und erwärmt flüssigen Kraftstoff, welcher durch den Kraftstoffinjektor 33 eingespritzt beziehungsweise injiziert wird. Der Mikrocomputer 81 steuert die elektrische Leistungszufuhr zu dem elektrischen Heizer 34. Der Kraftstoff, welcher durch den elektrischen Heizer 34 erwärmt wird, wird in Gasform (verdampfter Kraftstoff) innerhalb der Mischkammer 30a verdampft und der verdampfte Kraftstoff wird weiter durch den elektrischen Heizer 34 erwärmt, um auf einer gegebenen Temperatur oder höher zu sein. Als ein Ergebnis wird Kraftstoff thermisch in Kohlenwasserstoff zersetzt, welcher eine Kohlenstoffanzahl geringer als der Kraftstoff hat, d. h. Cracking beziehungsweise Aufbrechen tritt auf. Da Kohlenwasserstoff einen niedrigen Siedepunkt hat, wird unterdrückt, dass der verdampfte Kraftstoff aus einer Gasform in eine Flüssigkeit zurückkehrt.
In der Mischkammer 30a wird der Kraftstoff, welcher durch Wärme des elektrischen Heizers 34 verdampft und gecrackt beziehungsweise aufgebrochen ist, mit Luft, welche Sauerstoffgas aufweist, welches durch die Luftpumpe 31 zugeführt wird, gemischt. Das gemischte Gas strömt durch eine Entladepassage beziehungsweise Entladungspassage 21a zwischen dem Paar der Elektroden 21 des Entladereaktors 20 und wird in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 35 zugeführt. Der Entladereaktor 20 oxidiert Kohlenwasserstoff, welcher innerhalb des gemischten Gases enthalten ist, um das reformierte Reduktionsmittel zu erzeugen. Als Nächstes wird der Reaktionsvorgang der Erzeugung des reformierten Reduktionsmittels unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden.
Wie durch (1) in 2 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 2). 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 2). Als ein Ergebnis wird ein reformiertes Reduktionsmittel erzeugt (siehe (4) in 2). 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 3 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 durch die Luftpumpe 31 zugeführt wird, kollidiert (siehe (1) in 3). Demnach wird das Sauerstoffmolekül in aktiven Sauerstoff ionisiert (siehe (2) in 3). Und dann wird der aktive Sauerstoff mit den Sauerstoffmolekülen, welche durch die Luftpumpe 31 zugeführt werden, oxidiert (siehe (5) in 3).
In Kürze ändert, wenn die Luftpumpe 31 arbeitet und elektrische Leistung den Elektroden 21 zugeführt wird, der Entladereaktor 20 Sauerstoffgas in einem Plasmazustand durch einen Glimmentladevorgang und die Sauerstoffmoleküle werden in den aktiven Sauerstoff ionisiert. Unter einer solchen Situation erzeugt, wenn Kraftstoff dem Entladereaktor 20 zugeführt wird, der Entladereaktor 20 ein reformiertes Reduktionsmittel durch ein teilweises Oxidieren des Kraftstoffs mit dem aktiven Sauerstoff. Wohingegen der Entladereaktor 20, wenn die Kraftstoffzufuhr in den Entladereaktor 20 gestoppt ist, 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 Blasdrucks durch die Luftpumpe 31 ausgeströmt und werden dann in die Abgaspassage 10ex durch die Versorgungspassage 35 zugeführt.
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 91, einen Maschinengeschwindigkeitssensor 92, einen Drosselklappenöffnungssensor 93, einen Ansaugluftdrucksensor 94, einen Ansaugmengensensor 95, einen Abgastemperatursensor 96 oder dergleichen aufweisen.
Der Gaspedalsensor 91 erfasst einen Niederdrückbetrag eines Gaspedals eines Fahrzeugs durch einen Fahrzeugführer. Der Maschinengeschwindigkeitssensor 92 erfasst eine Drehgeschwindigkeit einer Ausgangswelle 10a der internen Verbrennungsmaschine 10. Der Drosselklappenöffnungssensor 93 erfasst einen Öffnungsbetrag des Drosselventils 13. Der Ansaugluftdrucksensor 94 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 10a 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 zwischen der Erzeugung des reformierten Reduktionsmittels und der Erzeugung des Ozons um durch ein wiederholtes Ausführen eines Vorgangs (d. h. eines Programms), wie in 4 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 10 der 4 betätigt der Mikrocomputer 81 die Luftpumpe 31. Bei Schritt 20 wird bestimmt, ob eine Temperatur (aktuelle beziehungsweise tatsächliche Temperatur) des Reduktionskatalysators (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 Reduktionsmittel NOx durch den Reduktionsvorgang reinigen kann.
Wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, wird der Kraftstoffinjektor 33 gesteuert, um eine Kraftstoffeinspritzung zu stoppen, und die elektrische Leistungszufuhr zu dem elektrischen Heizer 34 wird bei Schritt 30 gestoppt. Bei Schritt 40 wird elektrische Leistung den Elektroden 21 zugeführt, um Ozon durch einen elektrischen Entladevorgang innerhalb des Entladereaktor 20 zu erzeugen. Der Mikrocomputer 81, welcher die Schritte 30 und 40 ausführt, kann eines von Beispielen der ”Ozonsteuersektion” sein.
Wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur nicht niedriger ist als die Aktivierungstemperatur, wird der Kraftstoffinjektor 33 gesteuert, um Kraftstoff zuzuführen (einzuspritzen) und elektrische Leistung wird dem elektrischen Heizer 34 bei Schritt 50 zugeführt. Bei Schritt 60 wird elektrische Leistung den Elektroden 21 zugeführt, um das reformierte Reduktionsmittel durch den elektrischen Entladevorgang innerhalb des Entladereaktors 20 zu erzeugen. Der Mikrocomputer 81, welcher die Schritte 50 und 60 ausführt, kann eines von Beispielen der ”Reformierungssteuersektion” sein.
Wie obenstehend beschrieben ist, weist die Wirkstoffzufuhrvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Entladereaktor 20, welcher Sauerstoffgas in aktiven Sauerstoff durch den elektrischen Entladevorgang ionisiert, und den Kraftstoffinjektor 33 auf, welcher Kraftstoff (Kohlenwasserstoff) in den Entladereaktor 20 zuführt. Der Mikrocomputer 81 dient als die Ozonsteuersektion bei den Schritten 30 und 40 und die Reformierungssteuersektion bei den Schritten 50 und 60. Demnach wird Ozon erzeugt, wenn die Ozonsteuersektion den Kraftstoffinjektor 33 steuert, um die Zufuhr von Kraftstoff in den Entladereaktor 20 zu stoppen, während das reformierte Reduktionsmittel erzeugt wird, wenn die Reformierungssteuersektion 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.
Weiterhin kann, da das Reduktionsmittel durch ein Oxidieren von Kraftstoff mit dem aktiven Sauerstoff, welcher durch den Entladereaktor 20 ionisiert wird, erzeugt wird, eine Reduktionsreaktionsrate höher sein als in einem Fall, in dem ein Reduktionsmittel unter Verwendung von Ozon reformiert wird. Demnach ist es möglich, eine Menge des Reduktionsmittels zu unterdrücken, welche durch den Entladereaktor 20 ohne reformiert zu werden hindurchtritt, und eine Zufuhrmenge des reformierten Reduktionsmittels in die Abgaspassage 10ex pro Einheitszeit kann erhöht werden.
Der Reduktionskatalysator in der vorliegenden Ausführungsform hat ein Adsorptivität, um NOx zu adsorbieren. Demnach wird, wenn Ozon, welches in dem Entladereaktor 20 erzeugt wird, der Abgaspassage 10ex zugeführt wird, NO, welches im 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 Reduktionskatalysators verwendet werden, um NOx zu adsorbieren.
Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform Ozon erzeugt, wenn eine Temperatur des Reduktionskatalysators niedriger ist als die Aktivierungstemperatur, und das reformierte Reduktionsmittel wird erzeugt, wenn eine Temperatur des Reduktionskatalysators gleich oder höher als die Aktivierungstemperatur ist. Demnach wird verhindert, 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 von der NOx-Reinigungsvorrichtung 50 ausströmt ohne bei einer niedrigen Temperatur gereinigt zu werden.
Im Allgemeinen 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 Temperatur höher als der niedrigen Temperatur zugeführt. Demnach kann unterdrückt werden, dass Ozon, welches in die Abgaspassage 10ex zugeführt wird, thermisch durch Wärme beziehungsweise Hitze des Abgases in der Abgaspassage 10ex zersetzt wird.
Wenn flüssiger Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffinjektor 33 eingespritzt wird, an den Elektroden 21 anhaftet, kann es schwierig sein, den reformierten Kraftstoff in die Abgaspassage 10ex zu einem erwünschten Zeitpunkt beziehungsweise Timing zuzuführen. Beispielsweise kann eine Verzögerung zum Zuführen des reformierten Reduktionsmittels auftreten, oder das reformierte Reduktionsmittel kann unerwartet in die Abgaspassage 10ex bei einer niedrigen Temperatur von Abgas zugeführt werden. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform jedoch erwärmt beziehungsweise heizt der elektrische Heizer 34 flüssigen Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffinjektor 33 eingespritzt wird. Demnach kann eine Verdampfung von flüssigem Kraftstoff beschleunigt werden und ein Anhaften von flüssigem Kraftstoff an die Elektroden 21 kann unterdrückt werden, wodurch Nachteile, welche obenstehend beschrieben sind, vermeidbar sein können.
In der vorliegenden Ausführungsform kann, da flüssiger Kraftstoff durch den elektrischen Heizer 34 erwärmt wird, ein Siedepunkt des flüssigen Kraftstoffs durch das Cracken, wie obenstehend beschrieben ist, erniedrigt werden. Demnach kann unterdrückt werden, dass Kraftstoff, welcher durch den elektrischen Heizer 34 verdampft wird, in eine flüssige Form zurückkehrt, und demnach kann unterdrückt werden, dass flüssiger Kraftstoff an den Elektroden 21 anhaftet.
Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform atmosphärische Luft als Sauerstoffgas verwendet, welches wenigstens Sauerstoff aufweist, und die atmosphärische Luft wird in den Entladereaktor 20 durch die Luftpumpe 31 zugeführt. Demnach kann Sauerstoffgas, welches eine höhere Sauerstoffkonzentration hat, in den Entladereaktor 20 zugeführt werden verglichen mit dem Fall, beispielsweise, in dem Abgas der internen Verbrennungsmaschine 10 als Sauerstoffgas verwendet wird.
(Zweite Ausführungsform)
5 zeigt einen Vorgang durch den Mikrocomputer 81 gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 5 gezeigt ist, stoppt, wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, der Kraftstoffinjektor 33 die Kraftstoffeinspritzung bei Schritt 30. Als Nächstes wird eine Menge von NOx, welche durch den Reduktionskatalysator zu dieser Zeit adsorbiert ist (adsorbierte Nox-Menge), bei Schritt 35 abgeschätzt. Die adsorbierte NOx-Menge wird basierend auf verschiedenen Informationshistorien von beispielsweise der Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle 10a, der Maschinenlast der internen Verbrennungsmaschine 10, einer Kraftstoffeinspritzmenge zur Verbrennung der internen Verbrennungsmaschine 10, der NOx-Katalysatortemperatur und der Abgastemperatur abgeschätzt. Die adsorbierte NOx-Menge kann eines von Beispielen von einer ”adsorbierten Menge” sein, und der Mikrocomputer 81, welcher den Vorgang des Schritts 35 ausführt, kann eines von Beispielen der ”Abschätzsektion” sein.
In Schritt 36 wird bestimmt, ob die adsorbierte NOx-Menge, welche bei Schritt 35 abgeschätzt wird, geringer ist als eine Sättigungsmenge. Wenn bestimmt wird, dass die adsorbierte NOx-Menge nicht geringer ist als die Sättigungsmenge, wird die Leistungszufuhr zu dem Entladereaktor 20 gestoppt und die Elektroden 21 stoppen die elektrische Entladung bei Schritt 37. Wohingegen, wenn bestimmt wird, dass die adsorbierte NOx-Menge geringer ist als die Sättigungsmenge, die Elektroden 21 die elektrische Entladung starten, um Ozon in dem Entladereaktor 20 bei Schritt 40 zu erzeugen.
Wenn der Reduktionskatalysator in einer Adsorptionssättigung ist, in welcher der Reduktionskatalysator das NOx nicht länger adsorbiert, wird ein Adsorptionseffekt nicht verbessert, auch wenn Ozon in die Abgaspassage 10ex zugeführt wird, um NO in NO₂ zu oxidieren, was zum Erzeugen von verschwenderischem Ozon führt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform jedoch wird Ozon an einer Erzeugung gehindert, wenn die adsorbierte NOx-Menge die Sättigungsmenge erreicht. Demnach kann die Erzeugung von verschwenderischem Ozon unterdrückt werden und eine verschwenderische Leistungsaufnahme an dem Entladereaktor 20 kann verringert werden.
(Dritte Ausführungsform)
6 zeigt einen Vorgang durch den Mikrocomputer 81 gemäß der dritten Ausführungsform. Wie in 6 gezeigt ist, schreitet, wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur nicht geringer ist als die Aktivierungstemperatur bei Schritt 20, der Vorgang zu Schritt 21 voran. In Schritt 21 bestimmt der Mikrocomputer 81, ob eine tatsächliche Temperatur des Oxidationskatalysators (Oxidationskatalysatortemperatur) des DOC 16 höher ist als eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators bei welcher der Oxidationskatalysator Kohlenwasserstoff oder ein Partialoxid des Kohlenwasserstoffs oxidieren und reinigen kann. Die Oxidationskatalysatortemperatur kann aus einer Abgastemperatur abgeschätzt werden, welche durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird. Wenn bestimmt wird, dass die Oxidationskatalysatortemperatur nicht höher als die Aktivierungstemperatur ist, stoppt der Kraftstoffinjektor 33 die Kraftstoffeinspritzung in den Entladereaktor 20 bei Schritt 30 und Ozon wird in dem Entladereaktor 20 bei Schritt 40 erzeugt. Indessen startet, wenn bestimmt wird, dass die Oxidationskatalysatortemperatur höher als die Aktivierungstemperatur ist, der Kraftstoffinjektor 33 die Kraftstoffeinspritzung bei Schritt 50 und das reformierte Reduktionsmittel wird in dem Entladereaktor 20 bei Schritt 60 erzeugt.
Gemäß der dritten Ausführungsform wird, wenn die Oxidationskatalysatortemperatur niedriger ist als die Aktivierungstemperatur, die Erzeugung des reformierten Reduktionsmittels durch eine Zufuhr von Kraftstoff unterbunden unabhängig von der Reduktionskatalysatortemperatur. Demnach ist es möglich, zu verhindern, dass das Reduktionsmittel, welches aus der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 ausgeströmt wird, nach außen durch die Abgaspassage 10ex freigesetzt wird, ohne an dem DOC 16 oxidiert zu werden.
(Vierte Ausführungsform)
In der ersten Ausführungsform wird die Luftpumpe 31 als der Sauerstoffzuführer verwendet, welcher Sauerstoffgas in den Entladereaktor 20 zuführt, wie in 1 gezeigt ist, und die Luftpumpe 31, welche atmosphärische Luft als das Sauerstoffgas zuführt. Alternativ kann, wie in 7 gezeigt ist, ein Teil der Ansaugluft der internen Verbrennungsmaschine 10 in den Entladereaktor 20 als das Sauerstoffgas zugeführt werden.
Eine Rohrverzweigung beziehungsweise ein Verzweigungsrohr 36 verbindet die Mischkammer 30a der Wirkstoffzufuhrvorrichtung mit der Ansaugpassage 10in an einer Position stromabwärts des Kompressors 11c und stromaufwärts des Kühlers 12. Ein elektromagnetisches Ventil 31A ist in dem Verzweigungsrohr 36 angeordnet, um eine interne Passage zu öffnen und zu schließen, welche innerhalb des Verzweigungsrohrs 36 definiert beziehungsweise begrenzt ist. Der Mikrocomputer 81 steuert den Betrieb des elektromagnetischen Ventils 31A. Wenn das elektromagnetische Ventil 31A sich öffnet, wird ein Teil der Ansaugluft, welche durch den Kompressor 11c komprimiert wird, in das Verzweigungsrohr 36 von der Ansaugpassage 10in abgezweigt und strömt dann in die Mischkammer 30a. Da die Ansaugluft Sauerstoffmoleküle enthält, wird Sauerstoffgas, welches Sauerstoff aufweist, der Mischkammer 30a durch das Verzweigungsrohr 36 zugeführt. In anderen Worten gesagt kann das Verzweigungsrohr 36 eines von Beispielen eines ”Sauerstoffzuführers” sein, welcher dem Entladereaktor 20 Sauerstoffgas zuführt.
Eine Ansaugluftmenge, welche in die Verbrennungskammer der internen Verbrennungsmaschine 10 strömt, wird um eine Flussmenge beziehungsweise Strömungsmenge des Teils der Ansaugluft durch das Verzweigungsrohr 36 während der Öffnungsoperation des elektromagnetischen Ventils 31A verringert. Demnach korrigiert der Mikrocomputer 81 einen Öffnungsbetrag des Drosselventils 13, um eine Ansaugluftmenge durch die Strömungsmenge durch das Verzweigungsrohr 36 während der Öffnungsoperation des elektromagnetischen Ventils 31A zu erhöhen.
Gemäß der vierten Ausführungsform wird ein Teil der Ansaugluft, welche durch den Lader 11 komprimiert wird, in den Entladereaktor 20 zugeführt. Demnach kann Sauerstoffgas in den Entladereaktor 20 ohne die Luftpumpe 31 zugeführt werden, wie in 1 gezeigt ist.
(Fünfte Ausführungsform)
In der vierten Ausführungsform ist, wie in 7 gezeigt, das Verzweigungsrohr 36 mit der Ansaugpassage 10in verbunden, welche stromabwärts des Kompressors 11c an der Position stromaufwärts des Kühlers 12 positioniert ist. Indes ist in der fünften Ausführungsform wie in 8 gezeigt ist, ein anderes Verzweigungsrohr (zweites Verzweigungsrohr 37) zusätzlich zu dem Verzweigungsrohr 36 (erstes Verzweigungsrohr) vorgesehen. Das zweite Verzweigungsrohr 37 ist mit der Ansaugpassage 10in an einer Position stromabwärts des Kühlers 12 verbunden. Ansaugluft bei hoher Temperatur wird, bevor sie durch den Kühler 12 gekühlt wird, der Mischkammer 30a durch das erste Verzweigungsrohr 36 zugeführt. Indes wird Ansaugluft bei niedriger Temperatur, nachdem sie durch den Kühler 12 gekühlt ist, der Mischkammer 30a durch das zweite Verzweigungsrohr 37 zugeführt.
Ein elektromagnetisches Ventil 31B ist in dem ersten Verzweigungsrohr 36 und dem zweiten Verzweigungsrohr 37 angeordnet und das elektromagnetische Ventil 31B öffnet und schließt interne Passagen beziehungsweise Durchtritte, welche jeweils innerhalb des ersten und des zweiten Verzweigungsrohrs 36, 37 definiert sind. Der Mikrocomputer 81 steuert den Betrieb des elektromagnetischen Ventils 31B. Wenn das elektromagnetische Ventil 31B das erste Verzweigungsrohr 36 öffnet und das zweite Verzweigungsrohr 37 schließt, strömt Ansaugluft bei einer hohen Temperatur (Hochtemperaturansaugluft) in die Mischkammer 30a. Im Gegensatz hierzu strömt, wenn das elektromagnetische Ventil 31B das zweite Verzweigungsrohr 37 öffnet und das erste Verzweigungsrohr 36 schließt, Ansaugluft bei einer niedrigen Temperatur (Niedrigtemperaturansaugluft) in die Mischkammer 30a. Das erste Verzweigungsrohr 36 und das zweite Verzweigungsrohr 37 können eines von Beispielen von ”Sauerstoffzuführern” sein, welche Sauerstoffgas, welches wenigstens Sauerstoff aufweist, in den Entladereaktor 20 zuführen.
Wie in 9 gezeigt ist, weist ein Vorgang durch den Mikrocomputer 81 gemäß der fünften Ausführungsform Schritte 25 und 26, wie sie untenstehend beschrieben sind, zusätzlich zu dem Vorgang wie er in 4 gezeigt ist auf, mit Ausnahme von Schritt 10. Bei Schritt 20 in 9 wird bestimmt, ob die NOx-Katalysatortemperatur niedriger ist als die Aktivierungstemperatur.
Wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur niedriger ist als die Aktivierungstemperatur, wird das elektromagnetische Ventil 31B bei Schritt 25 gesteuert, um das zweite Verzweigungsrohr 37 zu öffnen und das erste Verzweigungsrohr 36 zu schließen derart, dass die Niedrigtemperaturansaugluft in die Mischkammer 30a eingeführt wird, jedoch die Hochtemperaturansaugluft an einem Strömen in die Mischkammer 30a gehindert wird. Und dann stoppt der Kraftstoffinjektor 33 die Kraftstoffeinspritzung und die elektrische Leistungszufuhr zu dem elektrischen Heizer 34 bei Schritt 30. Bei Schritt 40 starrten die Elektroden die elektrische Entladung, um Ozon mit der Niedertemperaturansaugluft aus dem zweiten Abzweigrohr 37 zu erzeugen.
Indes wird, wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur nicht niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, das elektromagnetische Ventil 31B gesteuert, um das erste Verzweigungsrohr 36 zu öffnen und das zweite Verzweigungsrohr 37 bei Schritt 26 zu schließen derart, dass die Hochtemperaturansaugluft in die Mischkammer 30a durch das erste Verzweigungsrohr 36 eingeführt wird, jedoch die Niedertemperaturansaugluft an einem Strömen in die Mischkammer 30a durch das zweite Verzweigungsrohr 37 gehindert wird. Dann beginnt bei Schritt 50 der Kraftstoffinjektor 33 die Kraftstoffeinspritzung und die elektrische Leistungszufuhr zu dem elektrischen Heizer 34. Bei Schritt 60 starten die Elektroden 21 die elektrische Entladung, um das reformierte Reduktionsmittel mit der Hochtemperaturansaugluft von dem ersten Verzweigungsrohr 36 zu erzeugen.
Gemäß der fünften Ausführungsform wird das elektromagnetische Ventil 31B gesteuert, um eine Fluidkommunikation der Mischkammer 30a zwischen dem ersten Verzweigungsrohr 36 und dem zweiten Verzweigungsrohr 37 derart zu schalten, dass Ansaugluft in den Entladereaktor zugeführt wird von (i) dem Stromabwärtigen des Kühlers 12, wenn Ozon erzeugt wird oder (ii) dem Stromaufwärtigen des Kühlers 12, wenn das reformierte Reduktionsmittel erzeugt wird.
Demnach wird die Niedertemperaturansaugluft, nachdem sie durch den Kühler 12 gekühlt ist, als Sauerstoffgas zugeführt, wenn Ozon erzeugt wird, wodurch eine Zersetzung des Ozons durch Wärme der Ansaugluft unterdrückt werden kann. Indes wird die Hochtemperaturansaugluft bei einer hohen Temperatur nachdem sie durch den Kompressor 11c komprimiert ist ohne ein Gekühltwerden durch den Kühler 12 als Sauerstoffgas zugeführt, wenn das reformierte Reduktionsmittel erzeugt wird. Demnach kann unterdrückt werden, dass Kraftstoff, welcher durch den elektrischen Heizer 34 erwärmt wird, durch Ansaugluft innerhalb der Mischkammer 30a gekühlt wird. Demzufolge ist es möglich, zu unterdrücken, dass Kraftstoff, welcher in den Entladereaktor 20 zugeführt wird, aufgrund Ansaugluft bei einer niedrigen Temperatur verflüssigt wird. Demnach kann solch eine Situation, dass der verflüssigte Kraftstoff an den Elektroden 21 anhaftet, unterdrückt werden.
(Abwandlungen an den Ausführungsformen)
Wenn die Wirkstoffzufuhrvorrichtung in einem vollständigen Stoppzustand ist, in welchem sowohl die Erzeugung des Ozons als auch des reformierten Reduktionsmittels gestoppt ist, kann auch die Zufuhr von Sauerstoffgas gestoppt werden. Das heißt, dass in der ersten Ausführungsform wie in 1 gezeigt der Betrieb der Luftpumpe 31 in den vollständigen Stoppzustand gestoppt werden kann, um die Leistungsaufnahme zu verringern. In der vierten und fünften Ausführungsform können die elektromagnetischen Ventile 31A und 31B in dem vollständigen Stoppzustand vollständig geschlossen werden, um eine Zufuhr von Ansaugluft in die Mischkammer 30a zu stoppen. Demzufolge kann eine Ansaugmenge in die interne Verbrennungsmaschine 10 genau auf eine Zielmenge gesteuert werden durch ein Verhindern einer Ansaugluftzufuhr in die Mischkammer 30a. 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, bei welcher der Reduktionskatalysator NOx reduzieren kann.
In der ersten Ausführungsform wird der Reduktionskatalysator, welcher physikalisch NOx adsorbiert (d. h. Physisorbtion), in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verwendet, es kann jedoch ein Reduktionsmittel, welches NOx chemisch adsorbiert (d. h. Chemisorbtion) verwendet werden.
Die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 kann NOx adsorbieren wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der internen Verbrennungsmaschine 10 magerer ist als das stöchiometrische 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 nichtmageren Verbrennung ist). In diesem Fall wird Ozon bei der mageren Verbrennung erzeugt und das reformierte Reduktionsmittel wird bei der nichtmageren 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 (d. h. Physisorptions- und Chemisoröptionsfunktionen). 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 den oben beschriebenen Ausführungsformen wie in 1 gezeigt wird Kraftstoff in flüssiger Form durch ein Injizieren des Kraftstoffs durch die Injektionslöcher des Kraftstoffinjektors 33 vernebelt beziehungsweise atomisiert, während ein Kraftstoffdruck verringert wird. Genauer wird Kraftstoff in flüssiger Form in Partikel mit einem Durchmesser gleich oder geringer als 60 μm vernebelt. Ein elektromagnetisches Ventil kann jedoch alternativ anstelle des Kraftstoffinjektors 33 verwendet werden, und Kraftstoff kann der Mischkammer 30a zugeführt werden ohne vernebelt zu werden. Weiterhin kann, obwohl der elektrische Heizer 34 zum Erwärmen von Kraftstoff in den oben beschriebenen Ausführungsformen wie in 1 gezeigt verwendet wird, der elektrische Heizer 34 beseitigt werden.
In der ersten Ausführungsform wird die NOx-Katalysatortemperatur, welche bei Schritt 20 der 4 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 10a und einer Maschinenlast der internen Verbrennungsmaschine 10 abgeschätzt werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wie in 1 gezeigt 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 den oben beschriebenen Ausführungsformen wie in 1 gezeigt, wird der elektrische Heizer 34 verwendet, ein Wärmetauscher jedoch, welcher Abgaswärme der internen Verbrennungsmaschine 10 verwendet, kann als ein Heizer verwendet werden, welcher Kohlenwasserstoff in flüssiger Form erwärmt und verdampft. Weiterhin kann ein Heizer zum Erwärmen von Kraftstoff beseitigt werden. In den Ausführungsformen wie in 1 gezeigt, wird 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 erstreckt sich, wenn die Wirkstoffzufuhrvorrichtung in einem Fahrzeug installiert ist, die Elektrode 21 in einer horizontalen Richtung. Die Elektrode 21 jedoch kann relativ zu der horizontalen Richtung abgewinkelt sein derart, dass Kraftstoff in flüssiger Form, welcher an der Elektrode 21 anhaftet, leicht durch die Schwerkraft von der Elektrode 21 fällt. Weiterhin kann die Elektrode 21 derart angeordnet sein, dass die Oberfläche der Elektrode 21 sich in einer vertikalen Richtung erstreckt.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wie in 1 gezeigt wird der Kraftstoffinjektor 33 als der Vernebler verwendet, welcher Kohlenwasserstoff in flüssiger Form vernebelt und den vernebelten Kohlenwasserstoff dem Heizer zuführt. Eine vibrierende Vorrichtung jedoch, welche Kraftstoff in flüssiger Form durch ein Vibrieren des Kraftstoffs vernebelt, kann als der Vernebler verwendet werden. Die Vibrationsvorrichtung kann eine vibrierende Platte haben, welche unter einer hohen Frequenz vibriert und Kraftstoff wird auf der vibrierenden Platte vibriert.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wie in 1 gezeigt 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 den oben beschriebenen Ausführungsformen wie in 1 gezeigt 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 vorgesehen sein durch nur Software, nur Hardware oder eine Kombination davon. Die ECU kann beispielsweise durch eine analoge Schaltung gebildet sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/035663 A [0002]
JP 2009-162173 A [0004]

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 Sauerstoffgas durch einen elektrischen Entladevorgang ionisiert; einen Kohlenwasserstoffzuführer (33), welcher Kohlenwasserstoff in den Entladereaktor zuführt; eine Ozonsteuersektion (S30, S40), welche den Kohlenwasserstoffzuführer (33) steuert, um die Zufuhr von Kohlenwasserstoff zu stoppen, um Ozon als den Wirkstoff in dem Entladereaktor (20) aus Sauerstoffgas, welches durch den Entladereaktor ionisiert ist, zu erzeugen; und eine Reformiersteuersektion (S50, S60), welche den Kohlenwasserstoffzuführer (33) steuert, um Kohlenwasserstoff zuzuführen, um ein reformiertes Reduktionsmittel als den Wirkstoff in dem Entladereaktor (20) zu erzeugen durch ein Oxidieren von Kohlenwasserstoff mit Sauerstoffgas, welches durch den Entladereaktor (20) ionisiert ist.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Reduktionskatalysator NOx physisorbiert oder chemisorbiert.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Ozonsteuersektion (S30, S40) den Kohlenwasserstoffzuführer (33) steuert, um die Zufuhr von Kohlenwasserstoff zu stoppen, wenn eine aktuelle Temperatur des Reduktionskatalysators niedriger ist als eine Aktivierungstemperatur des Reduktionskatalysators, und die Reformiersteuersektion (S50, S60) den Kohlenwasserstoffzuführer (33) steuert, um Kohlenwasserstoff zuzuführen, wenn die aktuelle Temperatur des Reduktionskatalysators gleich oder höher als die Aktivierungstemperatur davon ist.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, weiterhin aufweisend eine Abschätzsektion (S35), welche eine adsorbierte Menge von NOx, welche durch den Reduktionskatalysator physisorbiert oder chemisorbiert ist, abschätzt, wobei unterbunden wird, dass Ozon in dem Entladereaktor (20) erzeugt wird, wenn die adsorbierte Menge, welche durch die Abschätzsektion (S35) abgeschätzt wird, eine Sättigungsmenge erreicht.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin aufweisend eine Reduktionsmittelreinigungsvorrichtung (16), welche in der Abgaspassage (10ex) an einer Position stromabwärts des Reduktionskatalysators angeordnet ist und ein Reduktionsmittel, welches von der NOx-Reinigungsvorrichtung (15) ausströmt, mit einem Oxidationskatalysator reinigt, wobei das reformierte Reduktionsmittel daran gehindert wird, in dem Entladereaktor (20) unabhängig von der aktuellen Temperatur des Reduktionskatalysators erzeugt zu werden, wenn eine aktuelle Temperatur des Oxidationskatalysators niedriger ist als eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin aufweisend: einen Sauerstoffzuführer (31, 36, 37), welcher Ansaugluft der internen Verbrennungsmaschine (10) oder atmosphärische Luft in den Entladereaktor (20) als Sauerstoffgas zuführt.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Verbrennungssystem einen Lader (11) aufweist, welcher Ansaugluft der internen Verbrennungsmaschine (10) unter Druck setzt, und der Sauerstoffzuführer (36, 37) Ansaugluft, welche durch den Lader unter Druck gesetzt ist, in den Entladereaktor (20) zuführt.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 7, wobei das Verbrennungssystem einen Kühler (12) aufweist, welcher Ansaugluft, welche durch den Lader (11) unter Druck gesetzt ist, kühlt, und der Sauerstoffzuführer (36, 37) zuführt: (i) Ansaugluft, welche stromabwärts des Kühlers (12) ist, in den Entladereaktor (20), wenn die Ozonsteuersektion (S30, S40) den Kohlenwasserstoffzuführer (33) steuert, um die Zufuhr von Kohlenwasserstoff zu stoppen, um Ozon innerhalb des Entladereaktors (20) zu erzeugen, oder (ii) Ansaugluft, welche stromaufwärts des Kühlers (12) ist, in den Entladereaktor (20), wenn die Reformiersteuersektion (S50, S60) den Kohlenwasserstoffzuführer (33) steuert, um Kohlenwasserstoff zuzuführen, um das reformierte Reduktionsmittel in dem Entladereaktor (20) zu erzeugen.