DE102014117052A1

DE102014117052A1 - Wirkstoffzufuhrvorrichtung

Info

Publication number: DE102014117052A1
Application number: DE102014117052.0A
Authority: DE
Inventors: c/o DENSO CORPORATION 1-1 Yahata Shigeto; 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 1-1 S Kinugawa Masumi; 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: JP2015108355A; JP6083373B2

Abstract

Eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung weist einen Reduktionsmittelzuführer (33), welcher ein Reduktionsmittel zuführt, und einen Entladereaktor (20) auf, welcher Elektroden (21) hat, welche Sauerstoffgas durch einen elektrischen Entladevorgang ionisieren. Der Entladereaktor (20) oxidiert das Reduktionsmittel, welches durch den Reduktionsmittelzuführer (33) zugeführt wird, mit Sauerstoffgas, welches durch die Elektroden (21) ionisiert wird, um ein reformiertes Reduktionsmittel als einen Wirkstoff zu erzeugen. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung weist weiterhin eine Leistungssteuersektion (S38) auf, welche elektrische Leistung, welche den Elektroden (21) zugeführt wird, basierend auf wenigstens einem eines Katalysatorzustands des Reduktionskatalysators oder eines Abgaszustands von Abgas, welches durch die NOx-Reinigungsvorrichtung (15) strömt, steuert.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung zum Zuführen eines Reduktionsmittels, welches zum Reduzieren von NOx verwendet wird.
Im Allgemeinen werden NOx (Stickstoffoxide), welche in Abgas einer internen Verbrennungsmaschine enthalten sind, in einer Reaktion des NOx mit einem Reduktionsmittel in der Anwesenheit des Katalysators gereinigt beziehungsweise aufbereitet. Beispielsweise offenbart eine Patentliteratur ( JP 2009-162173 A ) eine Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung, welche Kraftstoff (Kohlenwasserstoff) für die Verbrennung einer internen Verbrennungsmaschine als ein Reduktionsmittel verwendet. Die Vorrichtung der Patentliteratur atomisiert beziehungsweise vernebelt den Kraftstoff in flüssiger Form und reformiert den vernebelten Kraftstoff während eines Durch-Strömens zwischen Elektroden, welche sich elektrisch entladen. Der reformierte Kraftstoff in flüssiger Form wird in eine Abgaspassage zugeführt.
Gemäß der Studie durch die Erfinder der vorliegenden Offenbarung jedoch kann in der Vorrichtung, welche ein Reduktionsmittel durch den elektrischen Entladevorgang reformiert, ein elektrischer Verbrauch für die elektrische Entladung dazu tendieren, groß zu sein, und demnach wurde eine Verringerung des elektrischen Verbrauchs verlangt beziehungsweise gefordert. Besonders in einem Fall, in dem eine interne Verbrennungsmaschine in einem Fahrzeug installiert ist, ist eine Kapazität einer fahrzeugeigenen bzw. bordseitigen Batterie zum Zuführen elektrischer Leistung zu den Elektroden beschränkt. Demnach ist die Verringerung des elektrischen Verbrauchs viel mehr gefordert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Wirkstoffzufuhrvorrichtung vorzusehen, welche einen verringerten elektrischen Verbrauch hat.
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 Reduktionsmittelzuführer, welcher ein Reduktionsmittel zuführt, und einen Entladereaktor auf, welcher Elektroden hat, welche Sauerstoffgas durch einen elektrischen Entladevorgang ionisieren. Der Entladereaktor oxidiert das Reduktionsmittel, welches durch den Reduktionsmittelzuführer zugeführt wird, mit Sauerstoffgas, welches durch die Elektroden ionisiert wird, um ein reformiertes Reduktionsmittel als den Wirkstoff zu erzeugen. Die Wirkstoffzufuhrvorrichtung weist weiterhin eine Leistungssteuersektion auf, welche die elektrische Leistung, welche den Elektroden zugeführt wird, basierend auf wenigstens einem eines Katalysatorzustandes des Reduktionskatalysators oder eines Abgaszustandes von Abgas steuert.
Im Allgemeinen nimmt ein reformiertes Verhältnis bzw. Reformierverhältnis einer reduzierten Menge des Reduktionsmittels, welches durch den Entladereaktor reduziert wird, zu einer Zufuhrmenge des Reduktionsmittels, welches in den Entladereaktor zugeführt wird, zu, wenn elektrische Leistung, welche den Elektroden zugeführt wird, zunimmt. Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung jedoch haben gefunden, dass ein benötigtes Reformierverhältnis sich gemäß Zuständen andern kann wie beispielsweise einem Katalysatorzustand des Reduktionskatalysators oder einem Abgaszustand des Abgases. Eines von Beispielen des Katalysatorzustandes kann eine Temperatur des Reduktionskatalysators sein. Eines der Beispiele des Abgaszustandes kann ein NO-Verhältnis von NO zu Nox, welches in die NOx-Reinigungsvorrichtung beziehungsweise NOx-Aufbereitungsvorrichtung strömt, sein, oder kann eine Strömungsrate des Abgases sein, welches durch die NOx-Reinigungsvorrichtung strömt.
Hinsichtlich des Obigen passt die Wirkstoffzufuhrvorrichtung gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung die elektrische Leistung an, welche den Elektroden gemäß dem wenigstens einen des Katalysatorzustands oder des Abgaszustands zugeführt wird, das heißt, die elektrische Leistung wird gemäß dem benötigten Reformierverhältnis angepasst. Als ein Ergebnis wird eine verschwenderische Leistungszufuhr unterdrückt, wenn das benötigte Reformierverhältnis niedrig ist, wodurch ein elektrischer Verbrauch verringert werden kann.
Die Offenbarung zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen davon wird am besten aus der folgenden Beschreibung, den anhängenden 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 ist;
2 eine schematische Ansicht eines Mechanismus zum Erzeugen von Ozon gemäß der Ausführungsform ist;
3 eine schematische Ansicht eines Mechanismus zum Erzeugen eines reformierten HC gemäß der Ausführungsform ist;
4 ein Flussdiagramm ist, welches einen Vorgang zum Umschalten der Erzeugung von Ozon und des reformierten HC gemäß der Ausführungsform veranschaulicht;
5 ein Flussdiagramm ist, welches einen Subroutinenvorgang für eine Ozonerzeugungssteuerung wie in 4 gezeigt veranschaulicht;
6 ein Flussdiagramm ist, welches einen Subroutinenvorgang für eine Erzeugungssteuerung eines reformierten Reduktionsmittels wie in 4 gezeigt veranschaulicht;
7 ein Graph eines experimentellen Ergebnisses ist, welcher eine Variation eines gereinigten NOx-Verhältnisses beziehungsweise eines NOx-Reinigungsverhältnisses gemäß einer NOx-Katalysatortemperatur zeigt;
8 ein Graph der Entladeleistung gemäß der NOx-Katalysatortemperatur unter einem Beispiel einer Entladeleistungssteuerung ist;
9 ein Graph eines experimentellen Ergebnisses ist, welches eine Variation eines NOx-Reinigungsverhältnisses gemäß einem NOx-Verhältnis zeigt;
10 ein Graph einer Entladeleistung gemäß dem NOx-Verhältnis unter einem Beispiel einer Entladeleistungssteuerung ist;
11 ein Flussdiagramm ist, welches einen Subroutinenvorgang für eine NO-Verhältnisabschätzungssteuerung wie in 6 gezeigt veranschaulich;
12 ein Graph ist, welcher eine Variation des aktuellen NO-Verhältnisses gemäß einer DOC-Temperatur zeigt, wenn eine Basis-DOC-Temperatur niedriger ist als eine DOC-Aktiviertemperatur; und
13 ein Graph ist, welcher eine Variation des aktuellen NO-Verhältnisses gemäß der DOC-Temperatur zeigt, wenn die Basis-DOC-Temperatur höher ist als die DOC-Aktivierungstemperatur.
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.
Ein Verbrennungssystem, wie es in 1 veranschaulicht ist, weist eine interne Verbrennungsmaschine 10, einen Lader 11, einen Dieselpartikelfilter (DPF = Diesel Particular Filter) 14, eine DPF-Regenerationsvorrichtung (regenerierender beziehungsweise Regenerier-DOC) 14a, eine NOx-Reinigungsvorrichtung beziehungsweise -Aufbereitungsvorrichtung 15, eine Reduktionsmittel-Reinigungsvorrichtung beziehungsweise -Aufbereitungsvorrichtung (Reinigungs- beziehungsweise Aufbereitungs-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 Kompressor 11c komprimiert wird, und die komprimierte Ansaugluft, welche durch den Kühler 12 gekühlt wird, 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 Regenerier-DOC 14a (Dieseloxidationskatalysator = Diesel Oxidation Catalyst = DOC), der DPF 14 (DPF = Diesel Particulate Filter = Dieselpartikelfilter), die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 und der Reinigungs- beziehungsweise Aufbereitungs-DOC 16 sind in dieser Reihenfolge in der Abgaspassage 10ex stromabwärts der Turbine 11a angeordnet. Der DPF 14 sammelt Partikel, welche in Abgas enthalten sind. Der Regenerier-DOC 14a weist einen Katalysator auf, welcher unverbrannten Kraftstoff, welcher in dem Abgas enthalten ist, oxidiert und welcher den unverbrannten Kraftstoff verbrennt. Durch ein Verbrennen des unverbrannten Kraftstoffs werden die Partikel, welche durch den DPF 14 gesammelt werden, verbrannt, und der DPF 14 wird regeneriert, wodurch die Sammelkapazität des DPF 14 aufrechterhalten wird. Es sollte festgehalten werden, dass dieses Verbrennen durch den unverbrannten Kraftstoff innerhalb des Regenerier-DOC 14a nicht konstant sondern vorübergehend ausgeführt wird, wenn die Regeneration des DPF 14 benötigt wird.
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 (das heißt 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 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 zum Adsorbieren von NOx in Abgas, wenn eine Katalysatortemperatur niedriger als eine Aktivierungstemperatur ist, bei welcher die Reduktionsreaktion durch den Reduktionskatalysator auftreten kann. Indessen 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 Reinigungs-DOC 16 hat ein Gehäuse, welches einen Träger, welcher einen Oxidationskatalysator trägt, einhaust. Der Reinigungs-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 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 wird 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 blast Luft durch ein Blasrohr 32 in die Mischkammer 30a. Die Luftpumpe 31 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 eines „Sauerstoffzuführers” 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 zur Verbrennung verwendet, wie obenstehend erläutert ist. 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 beziehungsweise Einspritzventil, 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 elektrische Heizer 34 ist innerhalb der Mischkammer 30a angeordnet und erwärmt den flüssigen Kraftstoff, welcher durch den Kraftstoffinjektor 33 eingespritzt 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, welcher einer Kohlenstoffanzahl geringer als der Kraftstoff hat, zersetzt, das heißt ein Cracking beziehungsweise Aufbrechen tritt auf. Da Kohlenwasserstoff, welcher eine niedrige Kohlenstoffanzahl hat, einen niedrigen Siedepunkt hat, wird unterdrückt, dass der verdampfte Kraftstoff aus der Gasform in flüssige Form zurückkehrt.
In der Mischkammer 30a wird der Kraftstoff, welcher durch Wärme des elektrischen Heizers 34 verdampft und gecrackt beziehungsweise aufgebrochen ist, mit Luft vermischt, welche Sauerstoffgas aufweist, welches durch die Luftpumpe 31 zugeführt wird. Das gemischte Gas strömt durch eine Entladepassage 21a zwischen dem Paar der Elektroden 21 des Entladereaktors 20 hindurch und wird in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 35 zugeführt. Der Entladereaktor 20 oxidiert Kohlenwasserstoff, welcher in dem gemischten Gas 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) und (6) 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 in den 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, strömen durch die Entladepassage 21a zwischen dem Paar der Elektroden 21 aufgrund des Blasdrucks durch die Luftpumpe 31 aus und werden dann in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 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 durch ein wiederholtes Ausführen eines Vorgangs (d. h. eines Programms) um, 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 bestimmt der Mikrocomputer 81, ob die interne Verbrennungsmaschine 10 läuft. Wenn die interne Verbrennungsmaschine nicht läuft, wird der Betrieb der Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung bei Schritt 15 gestoppt. Genauer wird, wenn elektrische Leistung der Luftpumpe 31, dem Kraftstoffinjektor 33 und dem elektrischen Heizer 34 zugeführt wird, die elektrische Leistungszufuhr gestoppt. Indessen wird, wenn die interne Verbrennungsmaschine 10 läuft, die Reduktionsmittelzufuhrvorrichtung gemäß einer Temperatur des Reduktionskatalysators (NOx-Katalysatortemperatur) innerhalb der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 betrieben.
Genauer wird bei Schritt 11 die Luftpumpe 31 mit einer vorbestimmten Leistungsmenge beziehungsweise einem vorbestimmten Leistungsbetrag betrieben. Als Nächstes wird bei Schritt 12 bestimmt, ob die NOx-Katalysatortemperatur niedriger als eine Aktivierungstemperatur T1 des Reduktionskatalysators (beispielsweise 250 Grad Celsius) ist. Die NOx-Katalysatortemperatur wird unter Verwendung einer Abgastemperatur abgeschätzt, welche durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird. 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 T1 ist, wird ein Subroutinenvorgang für eine Ozonerzeugungssteuerung wie in 5 gezeigt ausgeführt (Schritt 13). Anfänglich wird bei Schritt 20 in 5 ein vorbestimmter Leistungsbetrag den Elektroden 21 des Entladereaktors 20 zugeführt, um eine elektrische Entladung zu starten. Als Nächstes wird bei Schritt 21 die elektrische Leistungszufuhr zu dem elektrischen Heizer 34 gestoppt, und eine elektrische Zufuhr zu dem Kraftstoffinjektor 33 wird bei Schritt 22 gestoppt.
Gemäß der Ozonerzeugungssteuerung entlädt sich der Entladereaktor 20 elektrisch mit Luft, welche in den Entladereaktor 20 zugeführt wird, jedoch ohne Kraftstoffzufuhr. Demnach wird, wie in 3 gezeigt ist, Ozon erzeugt, und das erzeugte Ozon wird in die Abgaspassage 10ex durch die Zufuhrpassage 35 zugeführt.
In 4 wird, wenn bestimmt wird, dass die NOx-Katalysatortemperatur gleich oder höher als die Aktivierungstemperatur T1 ist, eine Subroutine für eine Erzeugungssteuerung für ein reformiertes Reduktionsmittel wie in 6 gezeigt ausgeführt (Schritt 14). Bei Schritt 30 in 6 wird der elektrische Heizer 34 mit einer vorbestimmten Leistungszufuhr betrieben. Als Nächstes wird bei Schritt 31 eine NOx-Menge, welche in dem Abgas, welches in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 strömt, enthalten ist, und eine adsorbierte NOx-Menge, welche in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 adsorbiert ist, basierend auf einem Betriebszustand beziehungsweise einer Betriebsbedingung der internen Verbrennungsmaschine 10.
Ein bestimmtes Beispiel zum Berechnen der NOx-Menge wird untenstehend beschrieben werden. Die NOx-Menge in Abgas variiert gemäß dem Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine 10. Beispielsweise gibt es eine hohe Korrelation zwischen einem Ausgabedrehmoment der internen Verbrennungsmaschine 10 und der NOx-Menge und zwischen einer Maschinendrehgeschwindigkeit der internen Verbrennungsmaschine und der NOx-Menge. Demnach wird ein eine Abbildung beziehungsweise eine Kennlinie beziehungsweise ein Kennfeld der Nox-Menge entsprechend einem Ausgabedrehmoment und einer Maschinendrehgeschwindigkeit experimentell vorab bereitgestellt und die Kennlinie wird in dem Mikrocomputer 81 gespeichert. Und dann werden ein aktuelles Ausgabedrehmoment oder ein Zielausgabedrehmoment und eine aktuelle Maschinendrehgeschwindigkeit erlangt, wenn die interne Verbrennungsmaschine 10 läuft. Die NOx-Menge wird unter Bezugnahme auf die Kennlinie, welche in dem Mikrocomputer 81 gespeichert ist, basierend auf dem Ausgangsdrehmoment und der Maschinendrehgeschwindigkeit, welche erlangt werden, berechnet.
Technisch bedeutet die NOx-Menge eine NOx-Menge pro Einheitszeit, das heißt eine NOx-Strömungsrate beziehungsweise -Flussrate. Die adsorbierte NOx-Menge wird, basierend auf Änderungen der NOx-Menge wie berechnet, berechnet. Beispielsweise wird ein integrierter Wert der NOx-Menge während einer Aufwärmbetriebszeit der internen Verbrennungsmaschine 10 als die adsorbierte NOx-Menge berechnet. Die Aufwärmbetriebszeit ist eine Zeitdauer zwischen Zeitpunkten wenn die interne Verbrennungsmaschine 10 gestartet wird und einem Zeitpunkt wenn die NOx-Katalysatortemperatur ansteigt, um die Aktivierungstemperatur T1 zu erreichen.
Als Nächstes wird bei Schritt 32 eine benötigte Reduktionsmittelmenge basierend auf der NOx-Menge und der adsorbierten NOx-Menge, welche bei Schritt 31 berechnet wird, berechnet. Beispielsweise wird die benötigte Reduktionsmittelmenge durch ein Addieren der adsorbierten NOx-Menge mit der NOx-Menge berechnet und ein Multiplizieren des addierten Werts mit einem bestimmten Koeffizienten. Als Nächstes wird bei Schritt 33 ein Betrieb des Kraftstoffinjektors 33 basierend auf der benötigten Reduktionsmittelmenge, welche bei Schritt 32 berechnet wird, gesteuert. Genauer nimmt eine Öffnungszeit des Kraftstoffinjektors 33 zu, wenn die benötigte Reduktionsmittelmenge zunimmt. Der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 33 ausführt, kann eines von Beispielen einer ”Reduktionsmittelsteuersektion” sein, welche eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittels durch den Kraftstoffinjektor 33 basierend auf einer Strömungsmenge des NOx, welches in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 strömt, steuert.
Bei Schritt 34 wird die NOx-Katalysatortemperatur erlangt. Die NOx-Katalysatortemperatur wird abgeschätzt (bestimmt) basierend auf der Abgastemperatur, welche durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird. Bei Schritt 35 wird ein Verhältnis der NO-Menge zu der NOx-Menge, welche in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 strömt, als ein aktuelles NO-Verhältnis abgeschätzt. Der Vorgang zum Abschätzen des aktuellen NO-Verhältnisses wird später unter Bezugnahme auf 11 beschrieben werden. Als Nächstes wird bei Schritt 36 eine Strömungsrate des Abgases (Abgasströmungsrate), welches durch die Abgaspassage 10ex strömt, erlangt. Beispielsweise wird die Strömungsrate des Abgases basierend auf einer Ansaugmenge, welche durch den Ansaugmengensensor 95 erfasst wird, berechnet. Der Mikrocomputer 81, welcher jeweils Schritt 34, Schritt 35 und Schritt 36 ausführt, kann eines von Beispielen einer ”Reduktionskatalysatortemperaturbestimmungssektion”, ”NO-Verhältnis-Abschätzsektion” und ”Strömungsratenbestimmungssektion” sein.
Bei Schritt 37 wird elektrische Leistung, welche den Elektroden 21 zugeführt wird (Zufuhrleistung), basierend auf der benötigten Reduktionsmittelmenge, welche bei Schritt 32 berechnet wird, der NOx-Katalysatortemperatur, welche bei Schritt 34 berechnet wird, dem aktuellen NO-Verhältnis, welches bei Schritt 35 abgeschätzt wird, und der Abgasströmungsrate, welche bei Schritt 36 berechnet wird, eingestellt. Ein Verhältnis einer Menge des reformierten Reduktionsmittels, welches durch den Entladereaktor 20 reformiert wird zu einer Menge des Reduktionsmittels, welches in den Entladereaktor 20 zugeführt wird (reformiertes Verhältnis beziehungsweise Reformierverhältnis) nimmt zu, wenn die Zufuhrleistung zunimmt.
In Schritt 37 wird die Zufuhrleistung zu den Elektroden 21 derart eingestellt, dass die Zufuhrleistung zunimmt, um das Reformierverhältnis zu erhöhen, wenn die benötigte Reduktionsmittelmenge oder eine Menge des Reduktionsmittels, welche von dem Kraftstoffinjektor 33 eingespritzt wird, zunimmt. Demnach tendiert die Zufuhrleistung im Allgemeinen dazu, in Proportion zu der benötigten Reduktionsmittelmenge zu sein. In der vorliegenden Ausführungsform jedoch wird die Zufuhrleistung gemäß der NOx-Katalysatortemperatur, dem aktuellen NO-Verhältnis und der Abgasströmungsrate korrigiert. Als Nächstes wird der Korrekturmechanismus untenstehend unter Bezugnahme auf die 7 bis 10 beschrieben werden.
In 7, welche Ergebnisse von Experimenten zeigt, repräsentieren Balkendiagramme, welche mit Punkten markiert sind, ein NOx-Reinigungsverhältnis wenn die elektrische Entladung ausgeführt wird, und Balkendiagramme, welche mit geneigten Linien markiert sind, repräsentieren das NOx-Reinigungsverhältnis wenn die elektrische Entladung nicht ausgeführt wird. Das NOx-Reinigungsverhältnis ist ein Verhältnis der NOx-Menge, welche bei der NOx-Reinigungsvorrichtung 50 gereinigt wird, zu der NOx-Menge, welche in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 strömt. Unter dem Experiment der 7 wird ein Verhältnis der NO₂-Menge zu der NOx-Menge (NO₂-Verhältnis) auf ”eins” eingestellt (das heißt die NO-Menge wird auf ”Null” eingestellt), und Kraftstoff von C₃H₆ wird als das Reduktionsmittel verwendet. Weiterhin sind eine Reduktionsmittelmenge und eine Luftmenge, welche in den Entladereaktor 20 zugeführt werden, jeweils dieselben über all die Experimente hinweg.
Wie in 7 gezeigt ist, verbessert sich, wenn die NOx-Katalysatortemperatur 300 Grad Celsius ist, das NOx-Reinigungsverhältnis ungefähr dreimal durch ein Ausführen der elektrischen Entladung, um das Reduktionsmittel zu reformieren. 7 jedoch zeigt, dass wenn die NOx-Katalysatortemperatur 400 Grad Celsius ist, das NOx-Reinigungsverhältnis auch ohne die elektrische Entladung einen Wert erreichen kann, welcher im Wesentlichen äquivalent zu dem NOx-Reinigungsverhältnis mit der elektrischen Entladung ist.
In Hinsicht auf die Ergebnisse wird die Entladeleistung der elektrischen Entladung wie in 8 gezeigt korrigiert. Wie in 8 gezeigt ist, wird die Entladeleistung derart korrigiert, dass die Entladeleistung abnimmt, wenn die NOx-Katalysatortemperatur zunimmt, nachdem eine Katalysatoraufwärmoperation vollendet ist. Wenn die Katalysatoraufwärmoperation vollendet ist, nimmt die NOx-Katalysatortemperatur zu, um die Aktivierungstemperatur T1 zu erreichen. Und dann wird die Entladeleistung auf Null korrigiert, wenn die NOx-Katalysatortemperatur eine unnötige Temperatur (beispielsweise 400 Grad Celsius) erreicht, bei welcher keine Notwendigkeit der elektrischen Entladung gegeben ist. Es sollte festgehalten werden, dass wenn die NOx-Katalysatortemperatur gerade die Aktivierungstemperatur T1 ist, die Korrektur der Entladeleistung basierend auf der NOx-Katalysatortemperatur nicht ausgeführt wird.
In 9, welche Ergebnisse anderer Experimente zeigt, repräsentiert ein Balkendiagramm, welches mit Punkten markiert ist, das NOx-Reinigungsverhältnis, wenn die elektrische Entladung ausgeführt wird, wobei die NO-Menge Null ist und das NO₂-Verhältnis 1 ist, während ein Balkendiagramm, welches mit geneigten Linien markiert ist, das NOx-Reinigungsverhältnis repräsentiert, wenn die elektrische Entladung ausgeführt wird, wobei die NO₂-Menge Null ist und das aktuelle NO-Verhältnis 1 ist. In den Experimenten der 9 wird Kraftstoff von C₃H₆ als das Reduktionsmittel verwendet und die NOx-Katalysatortemperatur wird auf 300 Grad Celsius eingestellt. Weiterhin werden eine Reduktionsmittelmenge und eine Luftmenge, welche in den Entladereaktor 20 zugeführt werden, jeweils über all die Experimente hinweg auf denselben Wert eingestellt.
Wie in 9 gezeigt ist, nimmt, auch unter denselben experimentellen Bedingungen wie beispielsweise der Reduktionsmittelmenge und der Luftmenge das NOx-Reinigungsverhältnis zu, wenn das aktuelle NO-Verhältnis aufgrund einer Zunahme in der NOx-Menge abnimmt. Dies ist der Grund, warum das Reduktionsmittel vorzugsweise in einem Reduktionsvorgang mit NO₂ reagiert im Vergleich zu NO. Hinsichtlich der Ergebnisse wird die Entladeleistung wie in 10 gezeigt korrigiert. Die Entladeleistung wird derart korrigiert, dass die Entladeleistung abnimmt, wenn das aktuelle NO-Verhältnis abnimmt. Wenn jedoch das aktuelle NO-Verhältnis ”1” ist, wird die Korrektur der Entladeleistung basierend auf dem aktuellen NO-Verhältnis nicht ausgeführt.
Weiterhin wird die Entladeleistung korrigiert, um zuzunehmen, wenn die Abgasströmungsrate zunimmt, da eine Durchtrittsrate von NOx, welches in dem Abgas enthalten ist, welches durch den Reduktionskatalysator hindurchtritt, ohne gereinigt zu werden, zunehmen kann, wenn die Abgasströmungsrate hoch ist. In anderen Worten gesagt wird die Entladeleistung korrigiert, um abzunehmen, wenn die NOx-Katalysatortemperatur zunimmt, um abzunehmen, wenn das NOx-Verhältnis abnimmt, und um zuzunehmen, wenn die Abgasströmungsrate zunimmt.
Bei Schritt 38 der 6 wird die elektrische Leistungszufuhr zu den Elektroden 21 derart gesteuert, dass die Elektroden 21 die elektrische Entladung mit der Entladeleistung, welche bei Schritt 37 eingestellt ist, ausführen. Beispielsweise ist eine Boost-Schaltung beziehungsweise Verstärkungsschaltung zum Verstärken beziehungsweise Erhöhen einer Spannung einer an Bord befindlichen Batterie in dem Fahrzeug angeordnet, und eine Hochspannung, welche durch die Verstärkungsschaltung verstärkt wird, ist an die Elektroden 21 angelegt. Die Zufuhrleistung wird durch ein Anpassen einer relativen Einschaltdauer zum Anlegen der Hochspannung gesteuert. Der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 38 ausführt, kann eines von Beispielen einer ”Leistungssteuersektion” sein, welche die Entladeleistung (elektrische Leistung) basierend auf dem Reduktionskatalysatorzustand (Katalysatorzustand) und dem Abgaszustand (Abgaszustand) steuert.
11 zeigt eine Subroutine beziehungsweise eine Unterroutine eines Abschätzungsvorgangs für das aktuelle NO-Verhältnis. Bei Schritt 40 der 11 werden ein Ausgangsdrehmoment und eine Maschinendrehgeschwindigkeit der internen Verbrennungsmaschine 10 als ein Maschinenbetriebszustand erlangt. Als Nächstes wird bei Schritt 41 ein Basis-NO-Verhältnis zu dieser Zeit erlangt.
Das Basis-NO-Verhältnis ist ein Referenzwert des aktuellen NO-Verhältnisses zu dieser Zeit. Genauer ist das Basis-NO-Verhältnis das aktuelle NO-Verhältnis in einem normalen Betriebszustand, in welchem ein Ausgangsdrehmoment und eine Maschinendrehgeschwindigkeit der internen Verbrennungsmaschine 10 für eine vorgegebene Zeit nicht variieren. Es gibt eine hohe Korrelation zwischen einem Ausgangsdrehmoment und dem aktuellen NO-Verhältnis und zwischen einer Maschinendrehgeschwindigkeit und dem aktuellen NO-Verhältnis. Demnach werden eine Kennlinie des aktuellen NO-Verhältnisses, welches einem Ausgangsdrehmoment entspricht, und eine Maschinendrehgeschwindigkeit experimentell vorab vorbereitet und in dem Mikrocomputer 81 gespeichert. Und dann wird das Basis-NO-Verhältnis unter Bezugnahme auf die Kennlinie, welche in dem Mikrocomputer 81 gespeichert ist, basierend auf dem Ausgangsdrehmoment und der Maschinendrehgeschwindigkeit, welche bei Schritt 40 erlangt werden, berechnet.
In der vorliegenden Ausführungsform variiert, da der Regenerier-DOC 14a stromaufwärts der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 angeordnet ist, das aktuelle NO-Verhältnis des Abgases, welches in die NOx-Reinigungsvorrichtung 15 strömt, wenn das NO in dem Abgas durch den Regenerier-DOC 14a oxidiert wird. Solch eine Variation in dem aktuellen NO-Verhältnis wird in der Kennlinie für das aktuelle NO-Verhältnis berücksichtigt. Ein Wert des aktuellen NO-Verhältnisses jedoch, welcher in der Kennlinie gespeichert ist, wird unter der Bedingung vorbereitet, dass die interne Verbrennungsmaschine 10 in dem normalen Betriebszustand ist. Demnach kann es, wenn eine Temperatur des Regenerier-DOC 14a (DOC-Temperatur) gemäß einer Änderung des Maschinenbetriebszustands variiert, eine Abweichung zwischen dem aktuellen NO-Verhältnis und dem Basis-NO-Verhältnis geben. Hinsichtlich darauf wird in der vorliegenden Ausführungsform die Abweichung bei den Schritten 44 bis 47 wie untenstehend beschrieben korrigiert.
Bei Schritt 42 wird eine Basis-DOC-Temperatur erlangt (das heißt berechnet). Die Basis-DOC-Temperatur ist eine Referenztemperatur des Regenerier-DOC 14a zu dieser Zeit. Genauer ist die Basis-DOC-Temperatur eine DOC-Temperatur in dem normalen Betriebszustand wie obenstehend beschrieben. Es sollte festgehalten werden, dass die DOC-Temperatur zunimmt, wenn ein Ausgangsdrehmoment und eine Maschinendrehgeschwindigkeit zunehmen. Als Nächstes wird bei Schritt 43 eine aktuelle DOC-Temperatur zu dieser Zeit erlangt. Die aktuelle DOC-Temperatur wird basierend auf einer Abgastemperatur abgeschätzt, welche durch den Abgastemperatursensor 96 erfasst wird.
Bei Schritt 44 werden die Basis-DOC-Temperatur, welche bei Schritt 42 erlangt wird, und die tatsächliche DOC-Temperatur, welche bei Schritt 43 erlangt wird, verglichen. Bei Schritt 45 werden eine Zersetzungsstarttemperatur wie untenstehend beschrieben und die DOC-Temperatur verglichen. Wenn die Abgastemperatur eine hohe Temperatur gleich oder höher als eine bestimmte Temperatur wird, wird NO₂ thermisch in NO zersetzt. Die bestimmte Temperatur (beispielsweise 500 Grad Celsius), welche die geringste Temperatur ist, bei welcher NO₂ beginnt, sich thermisch in NO zu zersetzen, ist als die Zersetzungsstarttemperatur definiert. Bei Schritt 46 werden eine Aktivierungstemperatur des Regenerations-DOC 14a (DOC-Aktivierungstemperatur) und die DOC-Temperatur verglichen. Die DOC-Aktivierungstemperatur ist eine Temperatur (beispielsweise 200 Grad Celsius), bei welcher NO, welches in Abgas enthalten ist, in NO₂ oxidiert werden kann.
Bei Schritt 47 wird das Basis-NO-Verhältnis, welches bei Schritt 41 erlangt wird, wie später beschrieben basierend auf Vergleichsergebnissen bei den Schritten 44, 45 und 46 korrigiert. Das Basis-NO-Verhältnis, welches bei Schritt 47 korrigiert wird, wird als ein abgeschätzter Wert des aktuellen NO-Verhältnisses bei Schritt 35 der 6 verwendet.
Der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 41 ausführt, kann eines von Beispielen einer ”Basiswertberechnungssektion” sein, welche einen Basiswert (Basis-NO-Verhältnis) des aktuellen NO-Verhältnisses basierend auf einem Maschinenbetriebszustand berechnet. Der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 42 ausführt, kann eines von Beispielen einer ”Referenztemperatureinstellsektion” sein, welche eine Referenztemperatur des Regenerier-DOC 14a (Basis-DOC-Temperatur) basierend auf einem Maschinenbetriebszustand einstellt. Weiterhin kann der Mikrocomputer 81, welcher Schritt 47 ausführt, eines von Beispielen einer ”Korrektursektion” sein, welche das Basis-NO-Verhältnis verringert, wenn die DOC-Temperatur höher ist als die Basis-DOC-Temperatur.
Als Nächstes wird das Verfahren zum Korrigieren des aktuellen NO-Verhältnisses bei Schritt 47 untenstehend beschrieben. Sofern außergewöhnliche Bedingungen beziehungsweise Zustände wie untenstehend beschrieben nicht erfüllt sind, nimmt ein Oxidationsverhältnis von NO in NO₂ durch den Regenerier-DOC 14a zu, wenn die aktuelle DOC-Temperatur zunimmt. Im Gegensatz dazu nimmt das aktuelle NO-Verhältnis ab, wenn die aktuelle DOC-Temperatur zunimmt. Demnach wird das Basis-NO-Verhältnis in der Kennlinie derart eingestellt, dass das Basis-NO-Verhältnis abnimmt, wenn die DOC-Temperatur zunimmt. Wie obenstehend jedoch beschrieben ist, wird das Basis-NO-Verhältnis in der Kennlinie unter der Bedingung eingestellt, dass die interne Verbrennungsmaschine 10 in dem normalen Betriebszustand ist, und die Basis-DOC-Temperatur konstant ist.
Demnach kann, wenn die aktuelle DOC-Temperatur vorübergehend höher wird als die Basis-DOC-Temperatur das aktuelle NO-Verhältnis geringer sein als das Basis-NO-Verhältnis, welches in der Kennlinie eingestellt ist. Hinsichtlich dessen wird bei Schritt 47 das Basis-NO-Verhältnis derart korrigiert, dass das Basis-NO-Verhältnis abnimmt, wenn die aktuelle DOC-Temperatur höher ist als die Basis-DOC-Temperatur, und das Basis-NO-Verhältnis zunimmt, wenn die aktuelle DOC-Temperatur niedriger als die Basis-DOC-Temperatur ist. In anderen Worten gesagt wird das Basis-NO-Verhältnis basierend auf dem Vergleichsergebnis bei Schritt 44 korrigiert. Diese Korrekturmaßnahme wird jedoch nicht angewandt auf einen Fall, in dem eine Hochtemperaturausnahmebedingung beziehungsweise ein Hochtemperaturausnahmezustand oder ein Inaktivierungsausnahmezustand beziehungsweise eine Inaktivierungsausnahmebedingung erfüllt ist, wie untenstehend beschrieben ist.
Wenn die Abgastemperatur einen Hochtemperaturbereich erreicht, welcher höher ist als die bestimmt Temperatur wie obenstehend beschrieben, wird NO₂ thermisch in NO zersetzt, wodurch das aktuelle NO-Verhältnis erhöht wird. Demnach wird, wenn die aktuelle DOC-Temperatur höher als die Zersetzungsstarttemperatur ist, das Basis-NO-Verhältnis außerordentlich korrigiert derart, dass das Basis-NO-Verhältnis zunimmt.
Wenn jedoch die Basis-DOC-Temperatur höher ist als die Zersetzungsstartemperatur, wird das Basis-NO-Verhältnis in der Kennlinie unter Berücksichtigung der thermischen Zersetzung des NO₂ eingestellt. Demnach gibt es in diesem Fall keine Notwendigkeit, das Basis-NO-Verhältnis zu korrigieren, um zuzunehmen, auch wenn die aktuelle DOC-Temperatur höher ist als die Zersetzungsstarttemperatur.
In Hinsicht auf dies wird bei Schritt 47 bestimmt, ob die Hochtemperaturausnahmebedingung erfüllt ist, basierend auf den Vergleichsergebnissen bei Schritt 44 und 45. Die Hochtemperaturausnahmebedingung ist erfüllt, wenn die Basis-DOC-Temperatur niedriger ist als die Zersetzungsstarttemperatur und wenn die aktuelle DOC-Temperatur höher ist als die Zersetzungsstarttemperatur. Dann, wenn die Hochtemperaturausnahmebedingung erfüllt ist, wird das Basis-NO-Verhältnis außerordentlich korrigiert derart, dass das Basis-NO-Verhältnis unabhängig von der aktuellen DOC-Temperatur zunimmt, welche höher ist als die Basis-DOC-Temperatur.
Wenn der Regenerations-DOC 14a bei einer niedrigen Temperatur ist und nicht aktiviert ist, wird bei dem Regenerier-DOC 14a NO nicht in NO₂ oxidiert, und demnach nimmt das aktuelle NO-Verhältnis zu. Demnach ist in der Kennlinie das Basis-NO-Verhältnis auf einen Wert eingestellt unter der Bedingung, dass NO nicht in NO₂ oxidiert wird, wenn die Basis-DOC-Temperatur niedriger ist als die DOC-Aktivierungstemperatur. Der Wert des Basis-NO-Verhältnisses ist gleich zu dem aktuellen NO-Verhältnis des Abgases, welches in den Regenerier-DOC 14a strömt (DOC-Einlass-NO-Verhältnis). Demnach wird wenn die Basis-DOC-Temperatur niedriger ist als die DOC-Aktivierungstemperatur das Basis-NO-Verhältnis außerordentlich nicht korrigiert, um zuzunehmen, unabhängig von der Basis-DOC-Temperatur, welche niedriger ist als die Basis-DOC-Temperatur.
Wenn jedoch die Basis-DOC-Temperatur höher ist als die DOC-Aktivierungstemperatur (es sei Bezug genommen auf 13), wird das Basis-NO-Verhältnis auf einen Wert geringer als das DOC-Einlass-NO-Verhältnis eingestellt. In diesem Fall wird die Korrektur zum Erhöhen des Basis-NO-Verhältnisses (Zunahmekorrektur) ausgeführt, wenn die aktuelle DOC-Temperatur niedriger als die Basis-DOC-Temperatur ist (wie durch einen Nach-oben-Pfeil in 13 angezeigt). In der Zunahmekorrektur wird das Basis-NO-Verhältnis korrigiert, um das DOC-Einlass-NO-Verhältnis als eine obere Grenze nicht zu überschreiten.
In Hinsicht darauf wird bei Schritt 47 bestimmt, ob die Inaktivierungsausnahmebedingung erfüllt ist, basierend auf den Vergleichsergebnissen bei Schritt 44 und 46. Die Inaktivierungsausnahmebedingung ist erfüllt, wenn die Basis-DOC-Temperatur niedriger ist als die DOC-Aktivierungstemperatur und wenn die tatsächliche beziehungsweise aktuelle DOC-Temperatur niedriger ist als die DOC-Aktivierungstemperatur. Wenn die Inaktivierungsausnahmebedingung erfüllt ist, wird das Basis-NO-Verhältnis außerordentlich nicht korrigiert auch wenn die tatsächliche DOC-Temperatur von der Basis-DOC-Temperatur verschoben ist (es sei Bezug genommen auf 12).
12 und 13 sind Graphen, welche einen Erfassungswert des aktuellen NO-Verhältnisses unter experimentellen Bedingungen zeigen, in welchen die aktuelle DOC-Temperatur in einem nicht normalen Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine 10 variiert, das heißt in einem Betriebszustand anders als dem normalen Betriebszustand. Die oberen Sektionen der 12 und 13 zeigen eine Variation der aktuellen DOC-Temperatur und die unteren Sektionen der 12 und 13 zeigen das aktuelle NO-Verhältnis. 12 ist ein Beispiel, wenn die Basis-DOC-Temperatur niedriger als die DOC-Aktivierungstemperatur ist, und 13 ist ein Beispiel, wenn die Basis-DOC-Temperatur höher als die DOC-Aktivierungstemperatur ist.
In dem Beispiel der 12 ist, da die Basis-DOC-Temperatur niedriger als die aktuelle DOC-Aktivierungstemperatur ist, die Inaktivierungsausnahmebedingung bis zum Zeitpunkt t2 erfüllt. Das aktuelle NO-Verhältnis fällt mit dem Basis-NO-Verhältnis zusammen bis zum Zeitpunkt t2 wenn die aktuelle DOC-Temperatur zunimmt, um die Aktivierungstemperatur nach dem Zeitpunkt t1 zu erreichen, wenn die aktuelle DOC-Temperatur zunimmt, um die Basis-DOC-Temperatur zu erreichen. Demnach gibt es keine Notwendigkeit, das Basis-NO-Verhältnis bei Schritt 47 der 11 bis zu dem Zeitpunkt t2 zu korrigieren. Da die Inaktivierungsausnahmebedingung bis zu dem Zeitpunkt t2 erfüllt ist, wird die Korrektur bei Schritt 47 nicht ausgeführt, obwohl die aktuelle DOC-Temperatur von der Basis-DOC-Temperatur verschoben ist.
Eine Oxidationsmenge von NO in NO₂ durch den Regenerier-DOC 14a von dem Zeitpunkt t2 zum Zeitpunkt t3 wenn die DOC-Temperatur weiterhin zunimmt, um die Zersetzungsstarttemperatur zu erreichen, ist größer als in dem normalen Betriebszustand. Demnach ist das aktuelle NO-Verhältnis geringer als das Basis-NO-Verhältnis. Demnach wird das Basis-NO-Verhältnis korrigiert, um gemäß dem Vergleichsergebnis bei Schritt 44 von dem Zeitpunkt t2 zu dem Zeitpunkt t3 wie durch einen nach unten gerichteten Pfeil in 12 angezeigt ist, abzunehmen.
Von dem Zeitpunkt t3 zu dem Zeitpunkt t4 ist die aktuelle DOC-Temperatur höher als die Zersetzungsstarttemperatur und NO₂ wird thermisch in NO zersetzt. Demnach ist das aktuelle NO-Verhältnis größer als das Basis-NO-Verhältnis. Die Hochtemperaturausnahmebedingung ist während der Zeitdauer erfüllt, und das Basis-NO-Verhältnis wird korrigiert, um gemäß dem Vergleichsergebnis bei Schritt 45 zuzunehmen, wie durch einen nach oben gerichteten Pfeil in 12 angezeigt ist.
Wie mit der Dauer von dem Zeitpunkt t2 zu dem Zeitpunkt t3 ist das aktuelle NO-Verhältnis geringer als das Basis-NO-Verhältnis von dem Zeitpunkt t4 zu dem Zeitpunkt t5, wenn die aktuelle DOC-Temperatur abnimmt, um die Aktivierungstemperatur zu erreichen. Demnach wird das Basis-NO-Verhältnis korrigiert, um abzunehmen, wie durch einen nach unten gerichteten Pfeil in 12 angezeigt ist. Ähnlich ist bis zu dem Zeitpunkt t2 die Inaktivierungsausnahmebedingung nach dem Zeitpunkt t5 erfüllt, die Korrektur bei Schritt 47 wird nicht ausgeführt unabhängig von der Abweichung der aktuellen DOC-Temperatur relativ zu der Basis-DOC-Temperatur.
Als Nächstes wird das Beispiel, welches in 13 gezeigt ist, beschrieben werden. In dem Beispiel der 13 ist, da die Basis-DOC-Temperatur höher als die aktuelle DOC-Aktivierungstemperatur ist, die Inaktivierungsausnahmebedingung nicht erfüllt. Die aktuelle DOC-Temperatur ist niedriger als die Basis-DOC-Temperatur bis zum Zeitpunkt t12, bei welchem die aktuelle DOC-Temperatur die Basis-DOC-Temperatur nach dem Zeitpunkt t11 erreicht, bei welchem die aktuelle DOC-Temperatur die Aktivierungstemperatur erreicht. Demnach ist eine Oxidationsmenge von NO in NO₂ durch den Regenerier-DOC 14a geringer als in dem normalen Betriebszustand. Demnach ist das aktuelle NO-Verhältnis größer als das Basis-NO-Verhältnis. In Hinsicht darauf wird das Basis-NO-Verhältnis korrigiert, um gemäß dem Vergleichsergebnis bei Schritt 44 zuzunehmen. Bei der Zunahmekorrektur wird das Basis-NO-Verhältnis korrigiert, um das DOC-Einlass-NO-Verhältnis als eine obere Grenze nicht zu überschreiten.
Eine Oxidationsmenge von NO in NO₂ durch den Regenerier-DOC 14a von dem Zeitpunkt t12 zu dem Zeitpunkt t13, bei welchem die aktuelle DOC-Temperatur zunimmt, um die Zersetzungsstarttemperatur zu erreichen, ist größer als in dem normalen Betriebszustand. Demnach ist das aktuelle NO-Verhältnis geringer als das Basis-NO-Verhältnis. Demnach wird das Basis-NO-Verhältnis korrigiert, um gemäß dem Vergleichsergebnis bei Schritt 44 von dem Zeitpunkt t12 zu dem Zeitpunkt t13 abzunehmen, wie durch einen nach unten gerichteten Pfeil in 13 angezeigt ist.
Die aktuelle DOC-Temperatur ist höher als die Zersetzungsstarttemperatur von dem Zeitpunkt t13 zu dem Zeitpunkt t14, und demnach wird NO₂ thermisch in das NO zersetzt. Demnach ist das aktuelle NO-Verhältnis größer als das Basis-NO-Verhältnis. Da die Hochtemperaturausnahmebedingung zwischen dem Zeitpunkt t13 und dem Zeitpunkt t14 erfüllt ist, wird das Basis-NO-Verhältnis korrigiert, um zuzunehmen gemäß dem Vergleichsergebnis wie Schritt 45, wie durch einen nach oben gerichteten Pfeil in 13 angezeigt. Ähnlich wird bis zu dem Zeitpunkt t13 das Basis-NO-Verhältnis nach dem Zeitpunkt t14 gemäß der Abweichung zwischen der aktuellen DOC-Temperatur und der Basis-DOC-Temperatur basierend auf dem Vergleichsergebnis bei Schritt 44 korrigiert, wie durch einen nach unten gerichteten Pfeil in 13 angezeigt ist.
Gemäß der Wirkstoffzufuhrvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird eine Zufuhrleistung zu den Elektroden 21 gemäß dem Reduktionskatalysatorzustand und dem Abgaszustand angepasst. Das heißt, das aktuelle NO-Verhältnis wird abgeschätzt und die Abgasströmungsrate (Strömungsrate des Abgases) wird erlangt (bestimmt) als die physikalische Menge, welche den Abgaszustand repräsentiert. Weiterhin wird die NOx-Katalysatortemperatur (Temperatur) erlangt (bestimmt) als die physikalische Menge, welche den Reduktionskatalysatorzustand repräsentiert. Dann wird die Zufuhrleistung zu den Elektroden 21 gesteuert, um abzunehmen, wenn die NOx-Katalysatortemperatur zunimmt, das aktuelle NO-Verhältnis abnimmt oder die Abgasströmungsrate abnimmt. Die technische Signifikanz einer solchen Zufuhrleistungssteuerung wird untenstehend beschrieben werden.
Das NOx-Reinigungsverhältnis bei der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verbessert sich, wenn das Reduktionsmittel durch den Entladereaktor reformiert wird. Wie jedoch in 8 gezeigt ist, kann, wenn die NOx-Katalysatortemperatur zunimmt, um die unnötige Temperatur T2 zu erreichen, das NOx-Reinigungsverhältnis auch ohne Reformieren des Reduktionsmittels auf ein nahezu gleiches Niveau zunehmen wie in dem Fall, in dem das Reduktionsmittel reformiert wird. In Hinsicht darauf wird die Zufuhrleistung gesteuert, um abzunehmen, wenn die NOx-Katalysatortemperatur zunimmt, und die Zufuhrleistung wird auf Null gesteuert, wenn die NOx-Katalysatortemperatur gleich oder höher als die unnötige Temperatur ist (es sei Bezug genommen auf 8). Als ein Ergebnis kann die Zufuhrleistung gemäß dem reformierten Verhältnis wie benötigt angepasst werden, eine verschwenderische Leistungszufuhr kann unterdrückt werden, wenn das Reformierverhältnis wie benötigt niedrig ist, wodurch der elektrische Verbrauch verringert wird.
Wie in 9 gezeigt ist, nimmt das NOx-Reinigungsverhältnis zu, wenn das aktuelle NO-Verhältnis abnimmt. In Hinsicht darauf wird die Leistungszufuhr gesteuert, um abzunehmen, wenn das aktuelle NO-Verhältnis abnimmt (es sei Bezug genommen auf 10). Demzufolge kann, da die Leistungszufuhr gemäß dem Reformierverhältnis wie benötigt angepasst werden kann, der verschwenderische elektrische Verbrauch unterdrückt werden, wenn das Reformierverhältnis wie benötigt niedrig ist.
Wie obenstehend beschrieben ist, kann die Durchtrittsrate von NOx, welches in Abgas enthalten ist, ohne gereinigt zu werden zunehmen, wenn die Abgasströmungsrate zunimmt. In anderen Worten gesagt kann das NOx-Reinigungsverhältnis ausreichend erlangt werden auch mit dem niedrigen Reformierverhältnis, wenn die Abgasströmungsrate niedrig ist. Demzufolge wird die Leistungszufuhr gesteuert, um abzunehmen, wenn die Abgasströmungsrate abnimmt. Demnach kann die Leistungszufuhr gemäß dem Reformierverhältnis wie benötigt angepasst werden, und demnach kann der verschwenderische elektrische Verbrauch unterdrückt werden, wenn das Reformierverhältnis wie benötigt niedrig ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Abgastemperatur höher ist als die Zersetzungsstarttemperatur, das aktuelle NO-Verhältnis abgeschätzt durch ein Korrigieren des Basis-NO-Verhältnisses, um zuzunehmen. Demnach kann unterdrückt werden, dass die Abschätzung des aktuellen NO-Verhältnisses sich verschlechtert, auch wenn das NO₂ thermisch in das NO zersetzt wird. Demzufolge kann die Leistungszufuhr gemäß dem aktuellen NO-Verhältnis genau angepasst werden.
Weiterhin wird das Basis-NO-Verhältnis basierend auf dem Maschinenbetriebszustand bei Schritt 41 der 11 berechnet, und die Basis-DOC-Temperatur wird basierend auf dem Maschinenbetriebszustand bei Schritt 42 eingestellt. Weiterhin wird das Basis-NO-Verhältnis basierend auf den Vergleichsergebnissen der aktuellen DOC-Temperatur und der Basis-DOC-Temperatur bei Schritt 46 korrigiert, und dann wird das aktuelle NO-Verhältnis abgeschätzt. Das heißt, das aktuelle NO-Verhältnis kann, da das aktuelle NO-Verhältnis unter Berücksichtigung der Oxidation von NO in NO₂ durch den Regenerier-DOC 14a abgeschätzt wird, genau abgeschätzt werden. Demzufolge kann die Leistungszufuhr genau angepasst werden gemäß dem genauen abgeschätzten Wert des aktuellen NO-Verhältnisses.
Weiterhin wird eine Zufuhrmenge von Kraftstoff (Reduktionsmittel) gesteuert, um der benötigten Reduktionsmittelmenge gemäß dem Maschinenbetriebszustand bei den Schritten 31, 32 und 33 der 6 zu entsprechen. Weiterhin wird die Zufuhrleistung gesteuert, um zuzunehmen, wenn eine Menge des Reduktionsmittels, welche durch den Kraftstoffinjektor 33 eingespritzt wird, zunimmt. Demnach kann unterdrückt werden, dass sich das Reformierverhältnis verschlechtert, auch wenn die Zufuhrmenge des Reduktionsmittels gemäß einer Zunahme in der benötigten Reduktionsmittelmenge zunimmt. In anderen Worten gesagt wird die Zufuhrleistung verringert, wenn die Zufuhrmenge des Reduktionsmittels gemäß einer Abnahme in der benötigten Reduktionsmittelmenge abnimmt, als ein Ergebnis kann eine verschwenderische Leistungszufuhr unterdrückt werden.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform Ozon mit aktivem Sauerstoff erzeugt, wenn die Kraftstoffzufuhr gestoppt ist, und das reformierte Reduktionsmittel wird erzeugt, wenn Kraftstoff zugeführt wird und der Kraftstoff mit aktivem Sauerstoff oxidiert (reformiert) wird. Demzufolge kann der Entladereaktor 20 sowohl das Reduktionsmittel reformieren als auch das Ozon erzeugen.
Der Reduktionskatalysator in der vorliegenden Ausführungsform hat eine Adsorptivität, um NOx zu adsorbieren. Demnach wird, wenn Ozon, welches in dem Entladereaktor 20 erzeugt wird, in die Abgaspassage 10ex zugefürht 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 Reduktionskatalysators 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 sein.
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 zugeführt, die höher als die niedrige Temperatur ist. Demnach ist es möglich, zu unterdrücken, dass Ozon, welches in die Abgaspassage 10ex zugeführt wird, thermisch durch Wärme 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 zuzuführen. Beispielsweise kann eine Verzögerung zur Zufuhr 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 der elektrische Heizer 34 flüssigen Kraftstoff, welcher von dem Kraftstoffinjektor 33 eingespritzt wird. Demnach kann eine Verdampfung von flüssigem Kraftstoff gefördert werden und eine Anhaftung von flüssigem Kraftstoff an den 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 Cracking erniedrigt werden wie obenstehend beschrieben ist. Demnach kann unterdrückt werden, dass Kraftstoff, welcher durch den elektrischen Heizer 34 verdampft wird, in flüssige Form zurückkehrt, und demnach kann unterdrückt werden, dass flüssiger Kraftstoff an den Elektroden 21 anhaftet.
(Andere Ausführungsformen)
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 6 gezeigt ist, wird die Zufuhrleistung zu den Elektroden 21 gemäß sowohl dem Reduktionskatalysatorzustand als auch dem Abgaszustand angepasst. Die Zufuhrleistung kann jedoch gemäß einem des Reduktionskatalysatorzustands oder des Abgaszustandes angepasst werden. In anderen Worten gesagt kann die Zufuhrleistung angepasst werden basierend auf einem oder zwei Parametern unter drei Parametern der NOx-Katalysatortemperatur, des NOx-Verhältnisses und der Abgasströmungsrate anstelle von allen drei Parameter, wie sie in der Ausführungsform der 6 verwendet werden.
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 in den Heizer zuführt. Eine vibrierende Vorrichtung jedoch, welche Kraftstoff in flüssiger Form durch ein Vibrieren des Kraftstoffs vernebelt, kann als der Vernebler verwendet werden. Die vibrierende Vorrichtung beziehungsweise Vibriervorrichtung kann eine vibrierende Platte haben, welche bei einer hohen Frequenz vibriert, und Kraftstoff wird auf der vibrierenden Platte vibriert.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, wie sie in 1 gezeigt ist, wird die Luftpumpe 31 als der Sauerstoffzuführer verwendet, welcher Sauerstoffgas in den Entladereaktor 20 zuführt, und die Luftpumpe 31 führt atmosphärische Luft als das Sauerstoffgas zu. Alternativ kann ein Teil der Ansaugluft der internen Verbrennungsmaschine 10 in den Entladereaktor 20 als das Sauerstoffgas zugeführt werden. In diesem Fall kann Ansaugluft von der Ansaugpassage 10in, welche stromabwärts des Kompressors 11c positioniert ist, an einer Position stromaufwärts des Kühlers 12 oder an einer Position stromabwärts des Kühlers 12 abgezweigt werden.
Weiterhin kann die Wirkstoffzufuhrvorrichtung einen Hochdruckmodus, in welchem Ansaugluft bei einem hohen Druck vor dem Gekühltwerden durch den Kühler 12 von der Ansaugpassage 10in in der Position stromaufwärts des Kühlers 12 abgezweigt wird, und einen Niederdruckmodus aufweisen, in welchem Ansaugluft bei einem niedrigen Druck nach dem Gekühltwerden durch den Kühler 12 von der Ansaugpassage 10in an der Position stromabwärts des Kühlers 12 abgezweigt wird, und sie kann einen Betriebsmodus zwischen dem Hochdruckmodus und dem Niederdruckmodus umschalten. In diesem Fall, kann, wenn Ozon erzeugt wird, der Niederdruckmodus ausgeführt werden, um das erzeugte Ozon durch Wärme der Ansaugluft nicht zu zerstören. Indes kann, wenn das reformierte Reduktionsmittel erzeugt wird, der Hochdruckmodus ausgeführt werden, um zu unterdrücken, dass Kraftstoff, welcher durch den elektrischen Heizer 34 erwärmt wurde, mit Ansaugluft innerhalb der Mischkammer 30a gekühlt wird.
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, wie sie in 1 gezeigt ist, wird der Reduktionskatalysator, welcher NOx physikalisch adsorbiert (d. h. Physisorption), in der NOx-Reinigungsvorrichtung 15 verwendet, es kann jedoch ein Reduktionsmittel, welches NOx chemisch adsorbiert (d. h. Chemisorption) 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 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 oben beschriebenen Ausführungsform wird die NOx-Katalysatortemperatur, welche bei Schritt 12 in 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 und einer Maschinenlast der internen Verbrennungsmaschine 10 abgeschätzt werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform, 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 den oben beschriebenen Ausführungsformen, 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 den Ausführungsformen, wie sie in 1 gezeigt sind, 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 Reduktionsmittelzuführer (33), welcher ein Reduktionsmittel zuführt; einen Entladereaktor (20), welcher Elektroden (21) hat, welche Sauerstoffgas durch einen elektrischen Entladevorgang ionisieren, wobei der Entladereaktor (20) das Reduktionsmittel, welches durch den Reduktionsmittelzuführer (33) zugeführt wird, mit Sauerstoffgas oxidiert, welches durch die Elektroden (21) ionisiert wird, um ein reformiertes Reduktionsmittel als den Wirkstoff zu erzeugen; und eine Leistungssteuersektion (S38), welche eine elektrische Leistung, welche den Elektroden (21) zugeführt wird, steuert, basierend auf wenigstens einem eines Katalysatorzustands des Reduktionskatalysators oder eines Abgaszustandes des Abgases.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine Reduktionskatalysatortemperatur-Bestimmungssektion (S34), welche eine Temperatur des Reduktionskatalysators bestimmt, wobei die Temperatur des Reduktionskatalysators den Katalysatorzustand repräsentiert, wobei die Leistungssteuersektion (S38) die elektrische Leistung, welche den Elektroden (21) zugeführt wird, verringert, wenn die Temperatur des Reduktionskatalysators, welche durch die Reduktionskatalysatortemperatur-Bestimmungssektion (S34) bestimmt wird, zunimmt.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin aufweisend: eine NO-Verhältnisabschätzungssektion (S35), welche ein aktuelles NO-Verhältnis von NO zu NOx, welches in Abgas enthalten ist, welches in die NOx-Reinigungsvorrichtung (15) strömt, abschätzt, wobei das aktuelle NO-Verhältnis den Abgaszustand repräsentiert, wobei die Leistungssteuersektion (S38) die elektrische Leistung, welche den Elektroden (21) zugeführt wird, verringert, wenn das aktuelle NO-Verhältnis, welches durch die NO-Verhältnisabschätzsektion (S35) abgeschätzt wird, abnimmt.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 3, wobei eine Temperatur, bei welcher NO₂ beginnt sich thermisch in NO zu zersetzten als eine Zersetzungsstarttemperatur definiert ist, und das aktuelle NO-Verhältnis, welches durch die NO-Verhältnisabschätzsektion (S35) abgeschätzt wird, erhöht wird, wenn eine Temperatur des Abgases gleich oder höher als die Zersetzungsstarttemperatur ist.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Verbrennungssystem einen Oxidationskatalysator (14a) an einer Position stromaufwärts der NOx-Reinigungsvorrichtung (15) hat, wobei die NO-Verhältnisabschätzsektion (S35) Folgendes aufweist: eine Basiswertberechnungssektion (S41), welche einen Basiswert des aktuellen NO-Verhältnisses basierend auf einem Betriebszustand der internen Verbrennungsmaschine (10) berechnet, eine Referenztemperatureinstellsektion (S42), welche eine Referenztemperatur des Oxidationskatalysators (14a) basierend auf der Betriebsbedingung der internen Verbrennungsmaschine (10) einstellt, und eine Korrektursektion (S44, S47), welche den Basiswert basierend auf einem Vergleich zwischen einer Temperatur des Oxidationskatalysators (14a) und der Referenztemperatur korrigiert, wobei die NO-Verhältnisabschätzsektion (S35) den Basiswert, welcher durch die Korrektursektion (S44, S47) korrigiert ist, als das aktuelle NO-Verhältnis verwendet.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin aufweisend: eine Strömungsratenbestimmungssektion (S36), welche eine Strömungsrate des Abgases bestimmt, welches durch die NOx-Reinigungsvorrichtung (15) strömt, wobei die Strömungsrate des Abgases den Abgaszustand repräsentiert, wobei die Leistungssteuersektion (S38) die elektrische Leistung, welche den Elektroden (21) zugeführt wird, verringert, wenn die Strömungsrate des Abgases, welches durch die NOx-Reinigungsvorrichtung (15) strömt, abnimmt, was durch die Strömungsratenbestimmungssektion (S36) bestimmt wird.
Wirkstoffzufuhrvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin aufweisend: eine Reduktionsmittelsteuersektion (S33), welche eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittels basierend auf einer Strömungsmenge von NOx, welches in die NOx-Reinigungsvorrichtung (15) strömt, steuert, wobei die Leistungssteuersektion (S38) die elektrische Leistung, welche den Elektroden (21) zugeführt wird, erhöht, wenn die Zufuhrmenge des Reduktionsmittels, welche durch die Reduktionsmittelsteuersektion (S33) gesteuert wird, zunimmt.