DE112013004471B4

DE112013004471B4 - Abgasbehandlungsverfahren

Info

Publication number: DE112013004471B4
Application number: DE112013004471.4T
Authority: DE
Inventors: c/o Oyama Plant Komatsu Ltd. Nishizawa Izumi; c/o Oyama Plant Komatsu Ltd. Iijima Tadashi; c/o Oyama Plant Komatsu Ltd. Sugihara Takumi
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2021-09-09
Anticipated expiration: 2033-07-25
Also published as: CN104603411A; CN104603411B; US20150224447A1; JP2014055566A; JP5908814B2; DE112013004471T5; WO2014041899A1; US9539546B2

Abstract

Abgasbehandlungsverfahren, bei welchem aus einem Dieselmotor (10) ausgestoßenes Abgas (EX) aufgeteilt wird, so dass das Abgas (EX) eine Vielzahl von Abgaskanälen (22A, 22B) passiert, um zu einer Vielzahl von Reduktionskatalysatoren (25A, 25B) geleitet zu werden, die NOx in dem Abgas (EX) durch ein Reduktionsmittel und die Reduktionskatalysatoren (25A, 25B) reduzieren, wobei das Abgasbehandlungsverfahren umfasst:das Ermitteln einer Durchflussmenge des Abgases (EX), das durch jeden der Abgaskanäle (22A, 22B) strömt, auf der Basis von zumindest einem Druck in jedem der Abgaskanäle (22A, 22B) auf einer in einer Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite jedes der Reduktionskatalysatoren (25A, 25B);das Ermitteln einer Durchflussmenge von NOx in jedem der Abgaskanäle (22A, 22B) aus der ermittelten Durchflussmenge des Abgases (EX) in jedem der Abgaskanäle (22A, 22B) und einer Konzentration des NOx in dem Abgas (EX) auf der in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite jedes der Reduktionskatalysatoren (25A, 25B); unddas Ermitteln einer Reduktionsmittelmenge, die jedem der Reduktionskatalysatoren (25A, 25B) zuzuführen ist, aus der ermittelten NOx-Durchflussmenge in jedem der Abgaskanäle (22A, 22B),wobei das Ermitteln der Durchflussmenge des Abgases (EX), das durch jeden der Abgaskanäle (22A, 22B) strömt, das Ermitteln eines Durchflussmengenverhältnisses des Abgases (EX), das durch jeden der Abgaskanäle (22A, 22B) strömt, auf der Basis eines Drucks in jedem der Abgaskanäle (22A, 22B) und das Ermitteln der Durchflussmenge des Abgases (EX), das durch jeden der Abgaskanäle (22A, 22B) strömt, auf der Basis des ermittelten Durchflussmengenverhältnisses, einer Gesamtdurchflussmenge des Abgases (EX) und einer Temperatur des durch jeden der Abgaskanäle (22A, 22B) strömenden Abgases (EX) umfasst.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasbehandlungsverfahren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Um bei einem Dieselmotor die Menge des in dem Abgas enthaltenen NOx (Stickoxid) zu verringern, beschreibt JP 2006-233893 A zum Beispiel ein Verfahren, das Abgas aus einem Dieselmotor durch zwei NOx-Okklusion-Reduktionskatalysatoren behandelt.
US 2012/0204542 A1 offenbart ein Abgasnachbehandlungssystem, das eine unabhängige Steuerung einer Abgasströmung durch mehrere Abgaszweige des Abgasnachbehandlungssystems ermöglicht. Eine weitere Abgasbehandlungsvorrichtung ist in US 2012/0210697 A1 offenbart.
ÜBERSICHT
Technisches Problem
Ein Verfahren zum Behandeln von Abgas eines Dieselmotors ist ein als Harnstoff-SCR (selektive katalytische Reduktion) bekannte Verfahren, das in dem Abgas enthaltenes NOx durch die Verwendung eines selektiven Katalysators und eines Reduktionsmittels reduziert. Bei einem Dieselmotor mit kleinem Hubraum lässt sich das Abgas durch nur einen selektiven Katalysator reinigen. Bei einem Dieselmotor mit großem Hubraum hingegen reicht die Kapazität von nur einem NOx-Reduktionskatalysator für die Behandlung des Abgases nicht aus. Aus diesem Grund ist ein Abgaskanal in eine Vielzahl von Kanälen verzweigt, und die Behandlung des Abgases erfolgt durch einen jeweiligen selektiven Katalysator, der in jedem Kanal angeordnet ist. Wenn bei dieser Behandlung die Menge des Reduktionsmittels, das der Vielzahl von selektiven Katalysatoren zugeführt wird, nicht angemessen ist, ist die NOx-Reinigung gegebenenfalls unzureichend, oder es wird Ammoniak ausgestoßen, das für die Reaktion nicht verbraucht wurde.
Das in JP 2006-233893 A beschriebene Verfahren ermittelt eine Durchflussmenge des Abgases, das durch jedes Abgassystem strömt, durch die Verwendung eines Partikelfilters mit einem Oxidationskatalysator, eines Partikelfilters mit einem NOx-Okklusion-Reduktionskatalysator und eines Abgasdrucks auf der stromabwärtigen Seite eines Abgasreinigers wie beispielsweise ein NOx-Okklusion-Reduktionskatalysator und ein NOx-Katalysator für selektive Reduktion. Bezüglich eines Abgasdrucks auf der stromaufwärtigen Seite jedes Filters (entsprechend dem Abgasreiniger) ist bei diesem Verfahren eine Messposition des Abgasdrucks auf die stromabwärtige Seite jedes Filters beschränkt (Absatz 0095 in der Beschreibung), da die Berechnungsgenauigkeit der tatsächlichen Abgas-Durchflussmenge (tatsächliche Ansaugluftmenge) wegen der relativen Differenzen zwischen erfassten PM-Mengen jedes Filters abnimmt. Jedoch sind der Abgasdruck (Druck des Abgases) und die Variation des Abgasdrucks auf der stromabwärtigen Seite des Abgasreinigers gering, so dass sich die Genauigkeit beim Messen des Abgasdrucks nur schwer sicherstellen lässt. Daher ist es ebenso schwierig, die Genauigkeit der Durchflussmenge des durch das Abgassystem strömenden Abgases, die durch die Verwendung des Abgasdrucks auf der stromabwärtigen Seite des Abgasreinigers ermittelt wird, sicherzustellen. Das Ergebnis ist, dass es bei dem in JP 2006-233893 A beschriebenen Verfahren schwer ist, eine Vielzahl von Katalysatoren mit einer geeigneten Reduktionsmittelmenge zu versorgen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Behandlung von Abgas aus einem Dieselmotor mittels einer Vielzahl von NOx-Reduktionskatalysatoren jeden der Katalysatoren mit einer geeigneten Reduktionsmittelmenge zu versorgen.
Problemlösung
Eine Abgasbehandlungsvorrichtung umfasst: eine Vielzahl von Abgaskanälen, wobei das Abgas aus einem Dieselmotor aufgeteilt wird, so dass es durch die Abgaskanäle strömt; einen Reduktionskatalysator, der in jedem der Abgaskanäle angeordnet ist und durch ein Reduktionsmittel NOx in dem Abgas reduziert; einen NOx-Detektionssensor, der auf einer in einer Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite des Reduktionskatalysators angeordnet ist und eine NOx-Konzentration des Abgases aus dem Dieselmotor detektiert; einen Drucksensor, der auf einer in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite jedes der Reduktionskatalysatoren angeordnet ist und einen Druck in jedem der Abgaskanäle detektiert; eine Steuervorrichtung, die auf der Basis zumindest eines Detektionswerts jedes der Drucksensoren eine Durchflussmenge des durch jeden der Abgaskanäle strömenden Abgases ermittelt, eine NOx-Durchflussmenge in jedem der Abgaskanäle aus der ermittelten Durchflussrate des Abgases in jedem der Abgaskanäle und der durch den NOx-Detektionssensor detektierten NOx-Konzentration ermittelt und aus der ermittelten NOx-Durchflussmenge in jedem der Abgaskanäle eine jedem der Reduktionskatalysatoren zuzugebende Reduktionsmittelmenge ermittelt, eine Detektionseinheit für die Gesamtdurchflussmenge des Abgases, die eine Gesamtdurchflussmenge des aus dem Dieselmotor ausgestoßenen Abgases ermittelt, und einen Temperatursensor, der eine Temperatur des Abgases detektiert, das durch jeden der Abgaskanäle strömt; wobei die Steuervorrichtung ein Durchflussmengenverhältnis des durch die Abgaskanäle strömenden Abgases auf der Basis des Detektionswerts jedes der Drucksensoren ermittelt und die Durchflussmenge des durch jeden der Abgaskanäle strömenden Abgases auf der Basis des ermittelten Durchflussmengenverhältnisses, der Gesamtdurchflussmenge des Abgases und der durch den Temperatursensor detektierten Temperatur des Abgases ermittelt.
Die Steuervorrichtung ermittelt die Gesamtdurchflussmenge des Abgases vorzugsweise aus einer Ansaugluftmenge des Dieselmotors und einer Kraftstoffeinspritzmenge in den Dieselmotor.
Auf der in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite jedes der Reduktionskatalysatoren ist vorzugsweise ein Filter vorgesehen, und jeder der Drucksensoren ist zwischen jedem Paar aus Filter und Reduktionskatalysator angeordnet.
Ein Dieselmotor kann diese Abgasbehandlungsvorrichtung enthalten.
Ein erfindungsgemäßes Abgasbehandlungsverfahren, bei dem Abgas aus einem Dieselmotor aufgeteilt wird, so dass das Abgas durch eine Vielzahl von Abgaskanälen strömt, um zu einer Vielzahl von Reduktionskatalysatoren geleitet zu werden, die NOx in dem Abgas durch ein Reduktionsmittel und die Reduktionskatalysatoren reduzieren, umfasst: das Ermitteln einer Durchflussmenge des durch jeden der Abgaskanäle strömenden Abgases auf der Basis zumindest eines Drucks in jedem der Abgaskanäle auf einer in einer Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite jedes der Reduktionskatalysatoren; das Ermitteln einer NOx-Durchflussmenge in jedem der Abgaskanäle aus der ermittelten Durchflussmenge des Abgases in jedem der Abgaskanäle und einer NOx-Konzentration in dem Abgas auf der in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite jedes der Reduktionskatalysatoren; und das Ermitteln einer Reduktionsmittelmenge, die jedem der Reduktionskatalysatoren zuzuführen ist, aus der ermittelten NOx-Durchflussmenge in jedem der Abgaskanäle, wobei das Ermitteln der Durchflussmenge des Abgases, das durch jeden der Abgaskanäle strömt, das Ermitteln eines Durchflussmengenverhältnisses des Abgases, das durch jeden der Abgaskanäle strömt, auf der Basis eines Drucks in jedem der Abgaskanäle und das Ermitteln der Durchflussmenge des Abgases, das durch jeden der Abgaskanäle strömt, auf der Basis des ermittelten Durchflussmengenverhältnisses, einer Gesamtdurchflussmenge des Abgases und einer Temperatur des durch jeden der Abgaskanäle strömenden Abgases umfasst.
Erfindungsgemäß wird bevorzugt, dass die Gesamtdurchflussmenge des Abgases aus einer Luftansaugmenge des Dieselmotors und einer Kraftstoffeinspritzmenge in den Dieselmotor ermittelt wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Erfindungsgemäß kann bei der Behandlung von Abgas aus einem Dieselmotor mittels einer Vielzahl von NOx-Reduktionskatalysatoren zum Reduzieren von NOx jedem Katalysator eine geeignete Reduktionsmittelmenge zugeführt werden.
Figurenliste
1 ist eine schematische Darstellung eines Dieselmotors mit einem Abgasbehandlungssystem;

2 ist eine schematische Darstellung eines Dieselmotors mit einem Abgasbehandlungssystem;
3 ist eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Durchflussmenge und einem Druckparameter bei einem ersten Reduktionskatalysator;
4 ist ein Flussdiagramm des Abgasbehandlungsverfahrens gemäß der Ausführungsform.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Form der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung (Ausführungsform) wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In der Ausführungsform ist eine Durchflussmenge eines Fluides, d.h. eine Ansaugluftmenge, eine Durchflussmenge eines Abgases und dergleichen, ein Massenstrom.
<Dieselmotor>
1 zeigt schematisch einen Dieselmotor mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung. Ein Dieselmotor 10 hat eine Abgasbehandlungsvorrichtung 20. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 wird später beschrieben. Der Dieselmotor 10 und die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 werden durch eine Steuervorrichtung 50 gesteuert. Der Dieselmotor 10 hat eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 11 und ein Ansaugrohr 12, das als Ansaugkanal dient. Ferner ist ein Abgasrohr 21, das als ein in der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 enthaltener Abgaseinleitungskanal dient, an einer Abgasöffnung 16 des Dieselmotors 10 befestigt.
Ein Luftfilter 13 (kann auch als Luftreiniger bezeichnet werden) zum Entfernen von Staub aus der Luft ist an einer Einlassöffnung 121 des Einlassrohres 12 befestigt. Eine Auslassöffnung 12E des Ansaugrohres 12 ist an einer Auslassöffnung 17 des Dieselmotors 10 befestigt. Ein Ansaugluftmengensensor 14 ist an dem Ansaugrohr 12 befestigt. Der Ansaugluftmengensensor 14 detektiert eine Durchflussmenge (einen Massenfluss in der Ausführungsform) von Luft AI, die durch das Ansaugrohr 12 in den Dieselmotor 10 angesaugt wird. Der Ansaugluftmengensensor 14 ist mit der Steuervorrichtung 50 elektrisch verbunden. Durch eine derartige Konstruktion erfasst die Steuervorrichtung 50 einen Messwert des Ansaugluftmengensensors 14. Die Steuervorrichtung 50 verwendet den Messwert des Ansaugluftmengensensors 14 für die Steuerung des Dieselmotors 10, zum Beispiel für die Steuerung der Abgasbehandlungsvorrichtung 20.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 11 versorgt den Dieselmotor 10 mit Kraftstoff. Insbesondere spritzt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 11 den Kraftstoff in eine Brennkammer ein, die jedem der Zylinder 10C entspricht, die in dem Dieselmotor 10 vorhandenen sind. In der Ausführungsform ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 11 eine sogenannte Common-Rail-Vorrichtung mit einem Speicher 11R und Injektoren 111 (kann auch als Einspritzdüse bezeichnet werden). Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 11 wird durch die Steuervorrichtung 50 gesteuert. Insbesondere bewirkt die Steuervorrichtung 50, dass entsprechend den Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel Drehzahl und Last des Dieselmotors 10, von den Injektoren 111 eine geeignete Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 11 in der Ausführungsform ist nicht auf eine Common-Rail-Vorrichtung beschränkt.
<Abgasbehandlungsvorrichtung>
Die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 ist eine Vorrichtung, die von dem Dieselmotor 10 ausgestoßenes Abgas EX reinigt und hauptsächlich NOx (Stickoxid), das in dem Abgas EX enthalten ist, reduziert. In der Ausführungsform hat die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 eine erste und eine zweite Zweigleitung 22A und 22B als eine Vielzahl von Abgaskanälen, einen NOx-Detektionssensor 15, einen ersten und einen zweiten Katalysator 25A und 25B als Reduktionskatalysatoren (nachstehend gegebenenfalls als NOx-Reduktionskatalysatoren bezeichnet), die NOx reduzieren, einen ersten und einen zweiten Drucksensor 27A und 27B als Drucksensoren und die vorgenannte Steuervorrichtung 50. In der Ausführungsform ist die Abgasleitung 21 auch in der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 enthalten, wobei die Abgasleitung 21 für die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 jedoch nicht wesentlich ist.
Die minimal notwendigen Komponenten der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 in der Ausführungsform sind die erste und die zweite Zweigleitung 22A und 22B, der NOx-Detektionssensor 15, der erste und der zweite Katalysator 25A und 25B, der erste und der zweite Drucksensor 27A und 27B und die Steuervorrichtung 50. In der Ausführungsform enthält die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 ferner ein erstes DPF (Dieselpartikelfilter) 23A und eine zweites DPF 23B als Filter, einen ersten Temperatursensor 28A, der die Temperatur des durch die erste Zweigleitung 22A strömenden Abgases EX detektiert, einen zweiten Temperatursensor 28B, der die Temperatur des durch die zweite Zweigleitung 22B strömenden Abgases EX detektiert, und einen dritten und einen vierten Drucksensor 29A und 29B als Drucksensoren, die auf einer stromabwärtigen Seite des NOx-Reduktionskatalysators angeordnet sind und einen Druck in jedem Abgaskanal detektieren.
Der NOx-Reduktionskatalysator wandelt das Stickoxid um in Stickstoff und Wasser, indem ein Reduktionsmittel verwendet wird, das das NOx reduziert. Als NOx-Reduktionskatalysator werden zum Beispiel ein Katalysator auf Vanadiumbasis, ein Katalysator auf Zeolithbasis oder dergleichen verwendet. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 kann einen Oxidationskatalysator (AMOX: Ammoniak-Oxidationskatalysator) zum Aufreinigen von Ammoniak auf der in der Strömungsrichtung des Abgases EX stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und zweiten Katalysators 25B enthalten.
Die Abgasleitung 21 ist ein Kanal, der das Abgas EX aus dem Dieselmotor 10 in die erste Zweigleitung 22A und die zweite Zweigleitung 22B der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 leitet. Die erste Zweigleitung 22A und die zweite Zweigleitung 22B zweigen von der Abgasleitung 21 ab. Das durch die Abgasleitung 21 strömende Abgas EX wird an einem ersten Abzweigungsbereich 21S, an dem die erste Zweigleitung 22A und die zweite Zweigleitung 22B von der Abgasleitung 21 abzweigen, in die erste Zweigleitung 22A und in die zweite Zweigleitung 22B verzweigt und strömt in diese Zweigleitungen ein. Auf diese Weise bewirken die erste Zweigleitung 22A und die zweite Zweigleitung 22B, dass das Abgas EX aus dem Dieselmotor 10 in die Vielzahl von Kanälen verzweigt wird und die Kanäle passiert.
Der NOx-Detektionssensor 15 detektiert die Konzentration des NOx, das in dem Abgas EX aus dem Dieselmotor 10 enthalten ist. Die NOx-Konzentration in dem Abgas EX variiert nicht, bevor das Abgas EX den ersten Katalysator 25A und den zweiten Katalysator 25B passiert, wenn der Betriebszustand des Dieselmotors 10 derselbe ist. Aus diesem Grund ist eine Position, in der der NOx-Detektionssensor 15 angeordnet ist, nicht auf die Abgasleitung 21 beschränkt. Der NOx-Detektionssensor 15 kann zum Beispiel an dem Verzweigungsbereich 21S oder an der ersten Zweigleitung 22A oder an der zweiten Zweigleitung 22B angeordnet sein. Der Spielraum für die Anordnung des NOx-Detektionssensors ist daher relativ groß.
In der Ausführungsform kann der NOx-Detektionssensor 15 auf der in der Strömungsrichtung des Abgases EX stromabwärtigen Seite der Abgasöffnung 16 des Dieselmotors 10 und auf der in der Strömungsrichtung des Abgases EX stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B angeordnet sein. Deshalb wird zum Beispiel ein Sensor, der vorgesehen ist für die Detektion von NOx, das in dem Abgas EX enthalten ist, das durch den ersten Katalysator 25A und den zweiten Katalysator 25B auf der stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B (auf der in der Strömungsrichtung des Abgases EX stromabwärtigen Seite) behandelt wird, nicht für die Detektion der Konzentration von NOx in dem Abgas EX verwendet, ehe dieses in den ersten Katalysator 25A und zweiten Katalysator 25B einströmt.
Der erste Katalysator 25A ist an der ersten Zweigleitung 22A und der zweite Katalysator 25B an der zweiten Zweigleitung 25B vorgesehen. Der erste Katalysator 25A und der zweite Katalysator 25B reduzieren das NOx in dem Abgas EX durch die Verwendung eines Reduktionsmittels R. Mit anderen Worten: der erste Katalysator 25A und der zweite Katalysator 25B sind jeweils an der ersten Zweigleitung 22A und zweiten Zweigleitung 22B vorgesehen, die als Abgaskanäle dienen, und reduzieren das NOx in dem Abgas EX. Sofern in der Ausführungsform nicht anders angegeben ist, ist die stromaufwärtige Seite die in der Strömungsrichtung des Abgases EX stromaufwärtige Seite in der Abgasbehandlungsvorrichtung 20, und die stromabwärtige Seite ist die in Strömungsrichtung des Abgases EX stromabwärtige Seite in der Abgasbehandlungsvorrichtung 20.
Durch eine Reduktionsmittelzuführvorrichtung 30 wird eine benötigte Menge eines Reduktionsmittels R in die erste Zweigleitung 22A auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und in die zweite Zweigleitung 22B auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B gespeist. Die Reduktionsmittelzuführvorrichtung 30 umfasst einen Reduktionsmittelbehälter 31, eine erste Pumpe 32A, eine zweite Pumpe 32B, eine erste Einspritzvorrichtung 33A und eine zweite Einspritzvorrichtung 33B. Die Steuervorrichtung 50 steuert die erste Pumpe 32A, die zweite Pumpe 32B, die erste Einspritzvorrichtung 33A und die zweite Einspritzvorrichtung 33B. Die erste Einspritzvorrichtung 33A spritzt das Reduktionsmittel R, das durch die Pumpe 32A unter Druck aus dem Reduktionsmittelbehälter 31 gefördert wird, in die erste Zweigleitung 22A ein. Die zweite Einspritzvorrichtung 33B spritzt das Reduktionsmittel R, das durch die zweite Pumpe 32B unter Druck aus dem Reduktionsmittelbehälter 31 gefördert wird, in die zweite Zweigleitung 22B ein.
In der Ausführungsform ist das Reduktionsmittel R Harnstoff (insbesondere Harnstoff und Wasser). Das Reduktionsmittel R, das in die erste Zweigleitung 22A und in die zweite Zweigleitung 22B eingeleitet wird, wird durch die Wärme des Abgases EX zersetzt und in Ammoniak umgewandelt. In dem ersten Katalysator 25A und in dem zweiten Katalysator 25B bewirken das NOx und das Ammoniak eine katalytische Reaktion und werden umgewandelt in Stickstoff und Wasser. Auf diese Weise wandelt die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 das in dem Abgas EX enthaltene NOx durch eine selektive katalytische Reduktion unter Verwendung von Harnstoff als Reduktionsmittel R, das heißt durch die Anwendung der Harnstoff-SCR, in Stickstoff und Wasser um.
Der erste Drucksensor 27A ist auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und der zweite Drucksensor 27B auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B angeordnet. Der erste Drucksensor 27A detektiert den Druck in der ersten Zweigleitung 22A auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A. Der zweite Drucksensor 27B detektiert den Druck in der zweiten Zweigleitung 22B auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B.
Der NOx-Detektionssensor 15, der erste Drucksensor 27A und der zweite Drucksensor 27B, die vorstehend beschrieben wurden, sind mit der Steuervorrichtung 50 elektrisch verbunden. Das Abgasbehandlungsverfahren gemäß der Ausführungsform wird durch die Steuervorrichtung 50 implementiert.
Eine Mikrocomputereinheit wird zum Beispiel als Steuereinheit 50 verwendet. Die Steuereinheit 50 enthält eine Verarbeitungseinheit 51 und eine Speichereinheit 52. Die Verarbeitungseinheit 51 ist zum Beispiel eine CPU (Zentraleinheit). Die Speichereinheit 52 ist zum Beispiel ein RAM (Direktzugriffsspeicher), ein ROM (Nur-Lese-Speicher) oder ein EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher) oder eine Kombination derselben. Die Verarbeitungseinheit 51 führt das Abgasbehandlungsverfahren gemäß der Ausführungsform aus und führt verschiedene Steuerungen an dem Dieselmotor 10 durch. Die Speichereinheit 52 speichert ein Computerprogramm für die Durchführung der vorgenannten verschiedenen Steuerungen und speichert hierfür notwendige Informationen. Wenn die Verarbeitungseinheit 51 die vorgenannten verschiedenen Steuerungen durchführt, liest die Verarbeitungseinheit 51 das vorgenannte Computerprogramm aus der Speichereinheit 52 und führt in dem Computerprogramm gespeicherte Befehle aus. In diesem Fall ruft die Verarbeitungseinheit 51 die für die Steuerung notwendigen Informationen je nach Bedarf aus der Speichereinheit 52 ab und erfasst Informationen, die sich auf den Zustand des Dieselmotors 10 beziehen, von den verschiedenen Sensoren, zum Beispiel von dem NOx-Detektionssensor 15, dem ersten Drucksensor 27A und dem zweiten Drucksensor 27B.
Wenn das erfindungsgemäße Abgasbehandlungsverfahren durchgeführt wird, erfasst die Steuervorrichtung 50 Detektionswerte von dem NOx-Detektionssensor 15, dem ersten Drucksensor 27A und dem zweiten Drucksensor 27B und steuert die dem ersten Katalysator 25A und dem zweiten Katalysator 25B zugeführte Menge des Reduktionsmittels R zumindest auf der Basis der Detektionswerte. Als Beispiel ermittelt die Steuervorrichtung 50 die Durchflussmenge des Abgases EX, das durch die erste Zweigleitung 22B auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und durch die zweite Zweigleitung 22B auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B strömt, auf der Basis der Detektionswerte des ersten Drucksensors 27A und des zweiten Drucksensors 27B. Danach ermittelt die Steuervorrichtung 50 die Durchflussmenge von NOx in der ersten Zweigleitung 22A und in der zweiten Zweigleitung 22B aus der ermittelten Durchflussmenge des Abgases EX in der ersten Zweigleitung 22A und in der zweiten Zweitleitung 22B und der Konzentration von NOx in dem Abgas EX, die durch den NOx-Detektionssensor 15 detektiert wird. Danach ermittelt die Steuervorrichtung 50 die Menge des Reduktionsmittels R, die dem ersten Katalysator 25A und dem zweiten Katalysator 25B zugeteilt wird, auf der Basis der ermittelten Durchflussmenge von NOx in der ersten Zweigleitung 22A und in der zweiten Zweigleitung 22B.
Bei der Ermittlung der Durchflussmenge des Abgases EX in der ersten Zweigleitung 22A und in der zweiten Zweigleitung 22B ermittelt die Steuervorrichtung 50 ein Durchflussmengenverhältnis des Abgases EX, das durch die erste Zweigleitung 22A und die zweite Zweigleitung 22B strömt, auf der Basis der Detektionswerte des ersten Drucksensors 27A und des zweiten Drucksensors 27B. Anschließend ermittelt die Steuervorrichtung 50 die Durchflussmenge des Abgases EX, das durch die erste Zweigleitung 22A und die zweite Zweigleitung 22B strömt, auf der Basis des ermittelten Durchflussmengenverhältnisses und einer Gesamtdurchflussmenge des Abgases EX. Die Gesamtdurchflussmenge des Abgases EX ist eine Gesamtdurchflussmenge des Abgases EX, das aus dem Dieselmotor 10 ausgestoßen wird. Die Gesamtdurchflussmenge entspricht der Durchflussmenge des Abgases EX, das durch die Abgasleitung 21 strömt.
Die Gesamtdurchflussmenge des Abgases EX kann zum Beispiel anhand der Menge der in den Dieselmotor 10 angesaugten Luft und der Menge des in den Dieselmotor 10 eingespritzten Kraftstoffs ermittelt werden. Die Menge der in den Dieselmotor 10 angesaugten Luft kann durch den Ansaugluftmengensensor 14 detektiert werden. Die in den Dieselmotor 10 eingespritzte Kraftstoffmenge wird durch die den Dieselmotor 10 steuernde Steuervorrichtung 50 anhand des Betriebszustands des Dieselmotors 10 ermittelt.
Das erste DPF 23A ist auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und das zweite DPF 23B auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B vorgesehen. Der erste Temperatursensor 28A ist auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und der zweite Temperatursensor 28B auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B vorgesehen. Die auf der stromabwärtigen Seite des NOx-Reduktionskatalysators vorgesehenen Drucksensoren sind speziell der dritte Drucksensor 29A und der vierte Drucksensor 29B. Der dritte Drucksensor 29A ist auf der stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A angeordnet und detektiert den Druck in der ersten Zweigleitung 22A in diesem Abschnitt. Der vierte Drucksensor 29B ist auf der stromabwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B angeordnet und detektiert den Druck in der zweiten Zweigleitung 22B in diesem Abschnitt.
Der erste Temperatursensor 28A, der zweite Temperatursensor 28B, der dritte Drucksensor 29A und der vierte Drucksensor 29B sind mit der Steuervorrichtung 50 elektrisch verbunden. Wenn das Abgasbehandlungsverfahren gemäß der Ausführungsform durchgeführt wird, erfasst die Steuervorrichtung 50 Detektionswerte des ersten Temperatursensors 28A, des zweiten Temperatursensors 28B, des dritten Drucksensors 29A und des vierten Drucksensors 29B zusätzlich zu den Detektionswerten des NOx-Detektionssensors 15, des ersten Drucksensors 27A und des zweiten Drucksensors 27B und steuert die Menge des Reduktionsmittels R, die dem ersten Katalysator 25A und dem zweiten Katalysator 25B zugeführt wird, auf der Basis der Detektionswerte. Der erste Temperatursensor 28A kann die Temperatur des Abgases EX in dem ersten Katalysator 25A und der zweite Temperatursensor 28B die Temperatur des Abgases EX in dem zweiten Katalysator 25B detektieren.
Bevorzugt ist der erste Drucksensor 27A zwischen dem ersten DPF 23A und dem ersten Katalysator 25A und der zweite Drucksensor 27B zwischen dem zweiten DPF 23B und dem zweiten Katalysator 25B angeordnet. Das erste DPF 23A und das zweite DPF 23B korrigieren das Abgas EX, so dass die Detektionsgenauigkeit des ersten Drucksensors 27A und des zweiten Drucksensors 27B durch die vorgenannte Anordnung verbessert wird. Insbesondere wenn der Dieselmotor 10 einen Turbolader hat, ist die Strömungsturbulenz des Abgases EX hoch, so dass eine Glättungswirkung bezüglich der Strömung des Abgases EX durch das erste DPF 23A und das zweite DPF 23B groß ist. Wenn die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 das erste DPF 23A und das zweite DPF 23B enthält, kann ein Oxidationskatalysator (zum Beispiel ein DOC: Dieseloxidationskatalysator) auf der stromaufwärtigen Seite des ersten DPF 23A und des zweiten DPF 23B vorgesehen sein.
Die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 bewirkt, dass sich der Kanal des Abgases EX in eine Vielzahl von Kanälen (in der Ausführungsform zwei Kanäle) verzweigt, und behandelt das Abgas EX durch den NOx-Reduktionskatalysator, der in jedem Kanal angeordnet ist, um das Abgas EX aus dem Dieselmotor 10 mit großem Hubraum zu behandeln. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 muss genaue Durchflussmengen des Abgases EX, das durch diese Kanäle strömt, erzielen, damit dem ersten Katalysator 25A und dem zweiten Katalysator 25B, die in der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 enthalten sind, eine geeignete Menge des Reduktionsmittels R zugeführt werden kann. Deshalb führt die Abgasbehandlungsvorrichtung 20, wenn sie das Abgas EX aus dem Dieselmotor 10 behandelt, das Abgasbehandlungsverfahren gemäß der Ausführungsform durch, um den Genauigkeitsgrad bei der Erfassung der Durchflussmengen des Abgases EX, das die Vielzahl von NOx-Reduktionskatalysatoren durchströmt, zu verbessern.
Wenn der Dieselmotor 10 einen Turbolader hat, ist in der Ausführungsform ein Kompressor des Turboladers auf der stromabwärtigen Seite des Ansaugluftmengensensors 14 in 1 (auf der in Strömungsrichtung der Luft AI stromabwärtigen Seite) angeordnet. Der Kompressor verdichtet die Luft AI, nachdem ihre Durchflussmenge durch den Ansaugluftmengensensor 14 gemessen wurde. Die durch den Ansaugluftmengensensor 14 gemessene Durchflussmenge der Luft AI ist ein Massenstrom. Aus diesem Grund wird die Messung der Durchflussmenge der in den Dieselmotor 10 angesaugten Luft auch dann nicht beeinflusst, wenn der Dieselmotor 10 einen Turbolader hat. Deshalb wird auch die vorgenannte Berechnung der Gesamtdurchflussmenge des Abgases EX nicht beeinflusst.
In der Ausführungsform kann der Dieselmotor 10 eine EGR-Vorrichtung (Abgasrückführungsvorrichtung) aufweisen. Die EGR-Vorrichtung ist eine Vorrichtung, die einen Teil des aus dem Dieselmotor 10 ausgestoßenen Abgases EX zur Luftansaugseite, insbesondere zur Ansaugleitung 12, zurückführt. Die EGR leitet nur einen Teil des aus dem Dieselmotor 10 ausgestoßenen Abgases EX zurück zur Luftansaugseite, so dass sich die Gesamtdurchflussmenge des Abgases EX in den Dieselmotor 10 insgesamt nicht ändert. Aus diesem Grund wird die vorgenannte Berechnung der Gesamtdurchflussmenge des Abgases EX auch dann nicht beeinflusst, wenn der Dieselmotor 10 die EGR enthält.
<Modifiziertes Beispiel der Abgasbehandlungsvorrichtung>
2 zeigt schematisch einen Dieselmotor mit einer Abgasbehandlungsvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel. Eine Abgasbehandlungsvorrichtung 20A, die in 2 dargestellt ist, enthält nicht das erste DPF 23A und das zweite DPF 23B, die in der in 1 dargestellten Abgasbehandlungsvorrichtung 20 enthalten sind. Das erste DPF 23A und das zweite DPF 23B können also je nach Notwendigkeit entfallen oder auch verwendet werden. Ferner sind der erste Temperatursensor 28A, der zweite Temperatursensor 28B, der dritte Drucksensor 29A und der vierte Drucksensor 29B für die Abgasbehandlungsvorrichtung 20A nicht unbedingt notwendig. Der erste Temperatursensor 28A, der zweite Temperatursensor 28B, der dritte Drucksensor 29A und der vierte Drucksensor 29B können je nach Notwendigkeit in der Abgasbehandlungsvorrichtung 20A enthalten sein.
Das in Patentliteratur 1 beschriebene Verfahren arbeitet mit einem Differenzdruck auf der Vorderseite und auf der Rückseite des Abgasreinigers (entsprechend dem ersten Katalysator 25A und dem zweiten Katalysator 25B). Jedoch variiert der Differenzdruck auf der Vorderseite und auf der Rückseite des Abgasreinigers entsprechend einem Zustand des Abgasreinigers, so dass es schwierig ist, den Differenzdruck auf der Vorderseite und auf der Rückseite durch einen Drucksensor für einen Abgasreiniger zu messen, wenn ein Drucksensor für die Messung verwendet wird. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 20A enthält nicht den dritten Drucksensor 29A und den vierten Drucksensor 29B, die in der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 gemäß 1 enthalten sind, so dass die Abgasbehandlungsvorrichtung 20A die Durchflussmenge des Abgases EX, das durch den ersten Katalysator 25A strömt, nur mittels des ersten Drucksensors 28A und die Durchflussmenge des Abgases EX, das durch den zweiten Katalysator 25B strömt, nur mittels des zweiten Drucksensors 28B ermitteln kann. Mit anderen Worten: es ist möglich, die Durchflussmenge des Abgases EX, das durch den Katalysator strömt, durch die Verwendung eines Drucksensors für einen Katalysator zu ermitteln. Als nächstes wird das Abgasbehandlungsverfahren gemäß der Ausführungsform im Detail beschrieben.
<Erstes Beispiel des Abgasbehandlungsverfahrens>
Das Abgasbehandlungsverfahren gemäß der Ausführungsform kann implementiert werden durch die Verwendung des NOx-Detektionssensors 15, des ersten Drucksensors 27A und des zweiten Drucksensors 27B, die in der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 enthalten sind. Der erste Katalysator 25A und der zweite Katalysator 25B, die in der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 enthalten sind, können jeweils als Widerstandselement der ersten Zweigleitung 22A und der zweiten Zweigleitung 22B betrachtet werden.
Der erste Katalysator 25A und der zweite Katalysator 25B sind zum Beispiel ein Träger mit einer Vielzahl von Kanälen, in denen ein Fluid strömt, und der einen NOx-Reduktionskatalysator trägt. Aus diesem Grund werden der erste Katalysator 25A und der zweite Katalysator 25B zu Widerstandselementen, wenn das Abgas EX strömt. Der erste Katalysator 25A und der zweite Katalysator 25B können daher jeweils als ein Widerstandselement der ersten Zweigleitung 22A und der zweiten Zweigleitung 22B betrachtet werden. Wird das getan, können eine Durchflussmenge Q_mA (die als eine erste Durchflussmenge bezeichnet werden kann) des Abgases EX, das durch den ersten Katalysator 25A strömt, und eine Durchflussmenge Q_mB (die als eine zweite Durchflussmenge bezeichnet werden kann) des Abgases EX, das durch den zweiten Katalysator 25B strömt, jeweils durch Formel (1) und Formel (2) dargestellt werden. Sowohl die erste Durchflussmenge Q_mA als auch die zweite Durchflussmenge Q_mB sind ein Massenstrom. In der nachstehenden Beschreibung werden √(P_Au × (P_Au - P_Ad)/T_A) und √(P_Bu × (P_Bu - P_Bd)/T_B, die eine Quadratwurzel der rechten Seite von Formel (1) und Formel (2) sind, nach Ermessen als ein Druckparameter bezeichnet.
$Q_{m A} = k \times \sqrt{\frac{P_{A u} \times (P_{A u} - P_{A d})}{T_{A}}}$
$Q_{m B} = k \times \sqrt{\frac{P_{B u} \times (P_{B u} - P_{B d})}{T_{B}}}$
P_Au, ist ein Detektionswert des ersten Drucksensors 27A und ist ein Druck des Abgases EX, das durch die erste Zweigleitung 22A auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A strömt, und P_Bu, ist ein Detektionswert des zweiten Drucksensors 27B und ist ein Druck des Abgases EX, das durch die zweite Zweigleitung 22B auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B strömt. Beide Drücke sind ein Absolutdruck. P_Ad ist ein Druck des Abgases EX, das durch die erste Zweigleitung 22A auf der stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A strömt, und P_Bd ist ein Druck des Abgases EX, das durch die zweite Zweigleitung 22B auf der stromabwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B strömt. Es kann davon ausgegangen werden, dass P_Ad und P_Bd der Atmosphärendruck sind. In diesem Fall kann sowohl für P_Ad als auch P_Bd zum Beispiel ein Messwert eines Atmosphärendrucksensors, der in der Steuerung des Dieselmotors 10 oder eines Fahrzeugs, in dem der Dieselmotor 10 vorgesehen ist, enthalten ist, verwendet werden, oder es kann ein durchschnittlicher Atmosphärendruck als Konstante verwendet werden. Wenn die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 den vorstehend beschriebenen dritten Drucksensor 29A und vierten Drucksensor 29B enthält, können die Sensoren P_Ad und P_Bd messen. In diesem Fall verbessert sich die Genauigkeit der Messung der ersten Durchflussmenge Q_mA und der zweiten Durchflussmenge Q_mB.
Hier ist k eine Konstante und ist a × C × A × √(R). Dabei ist a eine Konstante, C ist ein Durchflussmengenkoeffizient des ersten Katalysators 25A oder des zweiten Katalysators 25B, A ist eine Querschnittsfläche (die als Durchflussfläche bezeichnet werden kann) des Kanals, durch welchen das Abgas EX in dem ersten Katalysator 25A oder in dem zweiten Katalysator 25B strömt, und R ist eine Gaskonstante. In Formel (1) und Formel (2), die vorstehend angegeben sind, wird k als gleich angesehen, da davon ausgegangen wird, dass der erste Katalysator 25A und der zweite Katalysator 25B gleich sind. Jedoch kann die Konstante k anhand des Koeffizienten und der Durchflussfläche jedes Katalysators auch für jeden Katalysator individuell bestimmt werden. Ferner kann k anhand von a, C, A und R bestimmt werden, indem die vorstehende Formel angewendet wird, oder auf der Basis von tatsächlichen Messungen, wie nachstehend beschrieben.
T_A ist eine Temperatur des Abgases EX auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und ist eine Temperatur (die als eine erste Temperatur bezeichnet werden kann) des Abgases EX unmittelbar vor dem Einströmen des Abgases EX in den ersten Katalysator 25A. T_B ist eine Temperatur des Abgases EX auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B und ist eine Temperatur (die als eine zweite Temperatur bezeichnet werden kann) des Abgases EX unmittelbar vor dem Einströmen des Abgases EX in den zweiten Katalysator 25B. Ferner können die Temperaturen T_A und T_B anhand eines Detektionswerts eines in dem Dieselmotor 10 enthaltenen Abgastemperatursensors geschätzt werden.
Beim Schätzen der Temperaturen T_A und T_B anhand eines Detektionswerts des vorstehend genannten Gastemperatursensors können die Temperaturen T_A und T_B durch eine Korrektur des Detektionswerts des Abgastemperatursensors auf der Basis einer von der ersten Zweigleitung 22A, der zweiten Zweigleitung 22B, des ersten DPF 23A und des zweiten DPF 23B abgestrahlten Wärmemenge veranschlagt werden. In diesem Fall können die Temperaturen T_A und T_B als gleich angesehen werden. Wenn die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 den vorstehend beschriebenen ersten Temperatursensor 28A und zweiten Temperatursensor 28B enthält, können die Detektionswerte des ersten Temperatursensors 28A und des zweiten Temperatursensors 28B als die Temperaturen T_A und T_B bestimmt werden.
Der Druck auf der stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B ist im Wesentlichen der Atmosphärendruck, so dass es selbst bei Verwendung des Drucks des Abgases EX auf der stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B äußerst schwierig ist, eine signifikante Druckvariation des Abgases EX, das den ersten Katalysator 25A und den zweiten Katalysator 25B passiert hat, zu detektieren. Deshalb ist die Genauigkeit der Durchflussmenge sehr gering, wenn die Durchflussmenge des Abgases EX, das durch den ersten Katalysator 25A und den zweiten Katalysator 25B strömt, lediglich auf der Basis des Drucks auf der stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B ermittelt wird.
Wie vorstehend beschrieben, können der erste Katalysator 25A und der zweite Katalysator 25B jeweils als Widerstandselement der ersten Zweigleitung 22A und der zweiten Zweigleitung 22B berachtet werden. Deshalb kann die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 den Druck des Abgases EX, das durch die erste Zweigleitung 22A strömt, und den Druck des Abgases EX, das durch die zweite Zweigleitung 22B strömt, insbesondere den Druck des Abgases EX, das durch die erste Zweigleitung 22A auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A strömt, und den Druck des Abgases EX, das durch die zweite Zweigleitung 22B auf der stromaufwärtigen Seite des zweiten Katalysators 25B strömt, durch den ersten Drucksensor 27A und einen zweiten Drucksensor 27B zuverlässig detektieren. Mit anderen Worten: der erste Katalysator 25A ist als Widerstandselement für das Fluid auf der stromabwärtigen Seite des ersten Drucksensors 27A und der zweite Katalysator 25B als Widerstandselement für das Fluid auf der stromabwärtigen Seite des zweiten Drucksensors 27B vorgesehen, so dass es möglich ist, den Druck und eine Druckvariation des Abgases EX auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B zu sichern. Deshalb kann die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 den Druck des Abgases EX in einem Zustand messen, in dem der Druck des Abgases EX relativ hoch ist, so dass die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 eine abnehmende Genauigkeit beim Messen des Drucks des Abgases EX verhindern kann, der zum Ermitteln der ersten Durchflussmenge Q_mA und der zweiten Durchflussmenge Q_mB verwendet wird, d.h. des Drucks des Abgases EX, das durch die erste Zweigleitung 22A strömt, und des Drucks des Abgases EX, das durch die zweite Zweigleitung 22B strömt. Das Ergebnis ist, dass die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 die Genauigkeit beim Messen der ersten Durchflussmenge Q_mA und der zweiten Durchflussmenge Q_mB durch die Verwendung zumindest des Drucks des Abgases EX auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B verbessern kann. Ferner kann die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 den ersten Katalysator 25A und den zweiten Katalysator 25B mit einer geeigneten Reduktionsmittelmenge versorgen.
3 ist eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Durchflussmenge und einem Druckparameter in einem ersten Reduktionskatalysator. Eine Gerade La in Form einer Punkt-Strich-Linie in 3 zeigt eine Beziehung zwischen einer Durchflussmenge Q_mA (Q_mB) in Formel (1) und einem Druckparameter √(P_Au × (P_Au - P_Ad)/T_A) (√(P_Bu × (P_Bu - P_Bd)/T_B)). Die Beziehung zwischen der Durchflussmenge und dem Druckparameter ist theoretisch eine lineare Funktion mit einem Graph k, der durch den Ursprung verläuft, wie anhand der Geraden La dargestellt. Jedoch kann sich für den ersten Katalysator 25A und den zweiten Katalysator 25B eine lineare Funktion ergeben, die nicht durch den Ursprung verläuft, wie anhand der durchgezogenen Geraden Lb in 3 dargestellt ist, wenn ein Näherungsausdruck durch die Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate oder dergleichen anhand eines Ergebnisses einer tatsächlichen Messung der Durchflussmenge Q_mA und des Druckparameters ermittelt wird. In diesem Fall wird bei Verwendung des Näherungsausdrucks auf der Basis der tatsächlichen Messungen die Genauigkeit der ersten Durchflussmenge Q_mA und der zweiten Durchflussmenge Q_mB verbessert. In der Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem die Beziehung zwischen der Durchflussmenge Q_mA und dem Druckparameter eine lineare Funktion ist. Jedoch ist die Funktion für die Darstellung dieser Beziehung nicht auf diese Funktion beschränkt. In der Ausführungsform kann diese Beziehung durch verschiedene Funktionen dargestellt werden, zum Beispiel durch eine quadratische Funktion, eine kubische Funktion, einen n-dimensionale Funktion (n ist eine reelle Zahl) und eine Exponentialfunktion.
Formel (3) und Formel (4) stellen Formeln der ersten Durchflussmenge Q_mA und der zweiten Durchflussmenge Q_mB in einem Fall dar, in dem sie durch eine lineare Funktion angegeben sind, die nicht durch den Ursprung verläuft, auf der Basis von tatsächlichen Messungen. Hier sind A1 und A2 in Formel (3) und B1 und B2 in Formel (4) Konstanten. Die Konstante A1 ist zum Beispiel ein Graph einer linearen Funktion, der durch den Ursprung verläuft, wie durch die Punkt-Strich-Linie La in 3 dargestellt, oder ein Graph einer linearen Funktion, der nicht durch den Ursprung verläuft, wie anhand der durchgezogenen Geraden Lb dargestellt. Die Konstante A2 ist ein Wert eines Schnittpunkts an einer Q_mA-Achse einer linearen Funktion, die durch den Ursprung verläuft, wie anhand der Punkt-Strich-Linie La dargestellt, oder einer linearen Funktion, die nicht durch den Ursprung verläuft, wie anhand der durchgezogenen Geraden Lb dargestellt. Wenn die Beziehung zwischen der Durchflussmenge Q_mA und dem Druckparameter eine lineare Funktion ist, die durch den Ursprung verläuft, wie anhand der Punkt-Strich-Linie La dargestellt ist, ist der Schnittpunkt 0, so dass die Konstante A2 gleich 0 ist. Deshalb können die Konstanten A1 und A2 anhand einer linearen Funktion bestimmt werden, die die Gerade La oder die Gerade Lb darstellt, wie in Figur gezeigt. Was für die Konstanten A1 und A2 gilt, gilt ebenso für die Konstanten B1 und B2. Auf diese Weise können die Konstanten A1, A2, B1 und B2 auf der Basis von tatsächlichen Messungen oder durch Simulation, eine theoretische Berechnung oder dergleichen bestimmt werden.
$Q_{m A} = A 1 \times \sqrt{\frac{P_{A u} \times (P_{A u} - P_{A d})}{T_{A}}} + A 2$
$Q_{m B} = B 1 \times \sqrt{\frac{P_{B u} \times (P_{B u} - P_{B d})}{T_{B}}} + B 2$
Wenn die erste Durchflussmenge Q_mA und die zweite Durchflussmenge Q_mB durch Formel (1) und Formel (2) oder durch Formel (3) und Formel (4) ermittelt werden, werden eine Durchflussmenge Q_mAN von NOx, das durch den ersten Katalysator 25A strömt (kann als erste NOx-Durchflussmenge bezeichnet werden) und eine Durchflussmenge Q_mBN von NOx, das durch den zweiten Katalysator 25B strömt (kann als zweite NOx-Durchflussmenge bezeichnet werden) auf der Basis der Konzentration von NOx in dem aus dem Dieselmotor 10 ausgestoßenen Abgases EX durch Formel (5) und Formel (6) ermittelt. In diesen Formeln ist C_N die Konzentration von NOx, das in dem aus dem Dieselmotor 10 ausgestoßenen Abgas EX enthalten ist, m_N ist die Masse von NOx pro Mol, und m_E ist die Masse des Abgases EX pro Mol. Sowohl Q_mAN als auch Q_mBN ist ein Massenstrom.
$Q_{m A N} = Q_{m A} \times C_{N} \times \frac{m_{N}}{m_{E}}$
$Q_{m B N} = Q_{m B} \times C_{N} \times \frac{m_{N}}{m_{E}}$
Die Menge an NOx, die durch den ersten Katalysator 25A und den zweiten Katalysator 25B strömt, ist aus Formel (5) und Formel (6) bekannt. Es ist daher möglich, die Menge des Reduktionsmittels R zu ermitteln, die benötigt wird, um das gesamte NOx, das den Katalysator 25A und den Katalysator 25B durchströmt, in Stickstoff und Wasser umzuwandeln. Die vorstehend beschriebene benötigte Menge an Reduktionsmittel R kann durch Formel (7) und Formel (8) dargestellt werden. In diesen Formeln ist Q_mAur die für den ersten Katalysator 25A benötigte Menge des Reduktionsmittels R, und Q_mBur ist die für den zweiten Katalysator 25B benötigte Menge des Reduktionsmittels R. Ferner ist β das ANR (Verhältnis von Ammoniak zu NOx), und γ ist ein Massenverhältnis zwischen dem Reduktionsmittel R (in der Ausführungsform Harnstoff und Wasser) und NOx, wenn gilt ANR = 1.
$Q_{m A u r} = β \times γ \times Q_{m A N}$
$Q_{m B u r} = β \times γ \times Q_{m B N}$
Ein erstes Beispiel des Abgasbehandlungsverfahrens gemäß der Ausführungsform kann die Genauigkeit verbessern, wenn die erste Durchflussmenge Q_mA und die zweite Durchflussmenge Q_mB durch die Verwendung zumindest der Drücke der ersten Zweigleitung 22A und der zweiten Zweigleitung 22B auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B. Deshalb kann das erste Beispiel die NOx-Durchflussmenge durch den ersten Katalysator 25A und den zweiten Katalysator 25B genau ermitteln, so dass das erste Beispiel durch die Verwendung der ermittelten NOx-Durchflussmenge dem ersten Katalysator 25A und dem zweiten Katalysator 25B eine geeignete Menge des Reduktionsmittels R zumessen kann.
<Zweites Beispiel des Abgasbehandlungsverfahrens>
Ein zweites Beispiel des Abgasbehandlungsverfahrens gemäß der Ausführungsform ist ähnlich wie das vorstehend beschriebene erste Beispiel, unterscheidet sich von dem ersten Beispiel jedoch dadurch, dass in dem zweiten Beispiel ein Durchflussmengenverhältnis Q_mA/Q_mB verwendet wird, das ein Verhältnis zwischen der ersten Durchflussmenge Q_mA und der zweiten Durchflussmenge Q_mB auf der Basis der Drücke der ersten Zweigleitung 22A und der zweiten Zweigleitung 22B auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B und der Gesamtdurchflussmenge des aus dem Dieselmotor 10 ausgestoßenen Abgases EX ist.
Das Durchflussmengenverhältnis α, das auf der Basis der Drücke der ersten Zweigleitung 22A und der zweiten Zweigleitung 22B auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B ermittelt wird, ist durch Formel (9) dargestellt. Die erste Durchflussmenge Q_mA und die zweite Durchflussmenge Q_mB in Formel (9) können jeweils anhand der vorstehend beschriebenen Formel (1) und Formel (2) ermittelt werden. Wenn die erste Temperatur T_A und die zweite Temperatur T_B als gleich betrachtet werden können, kann T_A/T_B in Formel (9) als 1 betrachtet werden, so dass Formel (9) zu Formel (10) wird. Der Fall, in dem die erste Temperatur T_A und die zweite Temperatur T_B als gleich betrachtet werden können, ist zum Beispiel ein Fall, in dem die eine innerhalb von ±5% der anderen liegt. Formel (11) zeigt das Durchflussmengenverhältnis α zwischen der durch die vorstehend beschriebene Formel (3) ermittelten ersten Durchflussmenge Q_mA und der durch die vorstehend beschriebene Formel (4) ermittelten zweiten Durchflussmenge Q_mB.
$α = \frac{Q_{m A}}{Q_{m B}} = \sqrt{\frac{P_{A u} \times (P_{A u} - P_{A d}) \times T_{B}}{P_{B u} \times (P_{B u} - P_{B d}) \times T_{A}}}$
$α = \sqrt{\frac{P_{A u} \times (P_{A u} - P_{A d})}{P_{B u} \times (P_{B u} - P_{B d})}}$
$α = \frac{Q_{m A}}{Q_{m B}} = \frac{A 1 \times \sqrt{\frac{P_{A u} \times (P_{A u} - P_{A d})}{T_{A}}} + A 2}{B 1 \times \sqrt{\frac{P_{B u} \times (P_{B u} - P_{B d})}{T_{B}}} + B 2}$
Wenn die Abgasbehandlungsvorrichtung 20 den ersten Temperatursensor 28A und den zweiten Temperatursensor 28B enthält, wird das Durchflussmengenverhältnis α durch Formel (9) oder Formel (11) ermittelt. Wenn der erste Temperatursensor 28A und der zweite Temperatursensor 28B verwendet werden und einer von diesen keine korrekte Temperatur detektieren kann, kann das Durchflussmengenverhältnis α durch die Verwendung eines Temperatursensors ermittelt werden, der korrekt arbeitet, wobei davon ausgegangen wird, dass das Abgas EX auf der Seite des ersten Katalysators 25A und das Abgas EX auf der Seite des zweiten Katalysators 25B die gleiche Temperatur haben. Die Zuverlässigkeit wird dadurch verbessert. Wenn einer von beiden Temperatursensoren eine korrekte Temperatur nicht detektieren kann, wird Formel (9) zu Formel (10), wenn das Abgas EX auf der Seite des ersten Katalysators 25A und das Abgas auf der Seite des zweiten Katalysators 25B angenommen die gleiche Temperatur haben.
Die Gesamtdurchflussmenge des aus dem Dieselmotor 10 ausgestoßenen Abgases EX ist eine Gesamtdurchflussmenge (Massenstrom) des aus der Abgasöffnung 16 des Dieselmotors 10 ausgestoßenen Abgases EX. Wenn das vorstehend genannte Durchflussmengenverhältnis α und die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX verwendet werden, werden eine erste Durchflussmenge Q_mA', die eine Durchflussmenge des den ersten Katalysator 25A durchströmenden Abgases EX ist, und eine zweite Durchflussmenge Q_mB', die eine Durchflussmenge des den zweiten Katalysator 25B durchströmenden Abgases EX ist, jeweils als Formel (12) und Formel (13) dargestellt. Die erste Durchflussmenge Q_mA' und die zweite Durchflussmenge Q_mB', die durch die Verwendung des Durchflussmengenverhältnisses α ermittelt werden, werden durch den Zusatz „'“ gekennzeichnet, damit sie von der ersten Durchflussmenge Q_mA und der zweiten Durchflussmenge Q_mB unterschieden werden können, die lediglich auf der Basis der Drücke P_Au, und P_Bu, auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B ermittelt werden.
$Q_{m A}' = \frac{α}{α + 1} \times Q_{m}$
$Q_{m B}' = \frac{1}{α + 1} \times Q_{m}$
Die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX kann ermittelt werden durch eine Summe der Ansaugluftmenge M_Ar des Dieselmotors 10, die durch den in dem Dieselmotor 10 enthaltenen Ansaugluftmengensensor 14 detektiert wird, und einer Kraftstoffmenge (Kraftstoffeinspritzmenge) M_FI (Masse) pro Zeiteinheit (z.B. pro Sekunde), die durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 11 in den Dieselmotor 10 eingespritzt wird. Alternativ kann die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX durch die Verwendung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ermittelt werden. Zum Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzmenge M_FI ermittelt werden aus der Ansaugluftmenge M_Ar des Dieselmotors 10, die durch den Ansaugluftmengensensor 14 detektiert wird, und die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX kann ermittelt werden aus der Ansaugluftmenge M_Ar und der Kraftstoffeinspritzmenge M_FI, die aus der Ansaugluftmenge M_Ar und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelt wird. Ferner kann die Ansaugluftmenge M_Ar des Dieselmotors 10 ermittelt werden aus der Kraftstoffeinspritzmenge M_FI und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX kann ermittelt werden aus der Kraftstoffeinspritzmenge M_FI und der Ansaugluftmenge M_Ar, die aus der Kraftstoffeinspritzmenge M_FI und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ermittelt wird. In diesen Beispielen kann als Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Betriebszustand des Dieselmotors 10 typischer Wert verwendet werden. Über diese Beispiele hinaus kann die Ansaugluftmenge M_Ar ermittelt werden aus dem volumetrischen Wirkungsgrad des Dieselmotors 10 und der Temperatur, dem Druck und der Durchflussmenge der Ansaugluft, und die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX kann ermittelt werden aus der ermittelten Ansaugluftmenge M_Ar und der Kraftstoffeinspritzmenge M_FI.
Wie vorstehend beschrieben wurde, lässt sich die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases Ex durch eine Vielzahl von Verfahren ermitteln. Bei jedem Verfahren erfasst die Steuervorrichtung 50 einen Detektionswert eines Sensors, beispielsweise des Luftansaugmengensensors 14, und ermittelt die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX durch die Durchführung einer bestimmten Berechnung an dem vorgenannten Detektionswert. Daher entsprechen die Steuervorrichtung 50 und ein Sensor wie beispielsweise der Luftansaugmengensensor 14 in der Ausführungsform einer Detektionseinheit für die Abgas-Gesamtdurchflussmenge, die die Gesamtdurchflussmenge des Abgases EX aus dem Dieselmotor 10 ermittelt.
Wenn anhand Formel (12) und anhand Formel (13) die erste Durchflussmenge Q_mA' und die zweite Durchflussmenge Q_mB' ermittelt werden, lassen sich die erste NOx-Durchflussmenge Q_mAN und die zweite NOx-Durchflussmenge Q_mBN ermitteln, indem in vorstehend beschriebene Formel (5) und Formel (6) die erste Durchflussmenge Q_mA' und die zweite Durchflussmenge Q_mB' für Q_mA und Q_mB eingesetzt werden. Wenn das Durchflussmengenverhältnis α nicht verwendet wird, ist die Summe der ersten Durchflussmenge Q_mA und der zweiten Durchflussmenge Q_mB wegen Messfehlern und dergleichen des ersten Drucksensors 27A und des zweiten Drucksensors 27B unter Umständen nicht die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX. Wie man aus Formel (12) und Formel (13) weiß, wird bei Verwendung des Durchflussmengenverhältnisses α die Summe der ersten Durchflussmenge Q_mA' und der zweiten Durchflussmenge Q_mB' die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX. Die Durchflussmengen von NOx, das durch den ersten Katalysator 25A und den zweiten Katalysator 25B strömt, lassen sich genauer ermitteln durch die Verwendung der ersten Durchflussmenge Q_mA' und der zweiten Durchflussmenge Q_mB', die auf der Basis des Durchflussmengenverhältnisses α ermittelt wurden. Es ist daher möglich, den ersten Katalysator 25A und den zweiten Katalysator 25B in dem zweiten Beispiel mit größerer Genauigkeit mit einer geeigneten Menge des Reduktionsmittels R zu versorgen. Es folgt nunmehr die Beschreibung eines Beispiels eines Ablaufs des Abgasbehandlungsverfahrens gemäß dem zweiten Beispiel.
<Ablauf des Abgasbehandlungsverfahrens>
4 ist ein Ablaufdiagramm des Abgasbehandlungsverfahrens gemäß der Ausführungsform. In der nachstehenden Beschreibung ist die Durchflussmenge eines Fluides, d.h. die Ansaugluftmenge, die Durchflussmenge des Abgases EX und dergleichen, ein Massenstrom. Bei der Durchführung des Abgasbehandlungsverfahrens gemäß der Ausführungsform erfasst die in 1 dargestellte Steuervorrichtung 50 in Schritt S101 einen Detektionswert des Luftansaugmengensensors 14, d.h. die Ansaugluftmenge M_Ar des Dieselmotors 10, und die Kraftstoffeinspritzmenge M_FI der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 11.
Wenn die Steuervorrichtung 50 den Dieselmotor 10 steuert, berechnet die Steuervorrichtung 50 die Kraftstoffeinspritzmenge M_FI gemäß dem Betriebszustand, so dass die Steuervorrichtung 50 in Schritt S101 ein Ergebnis der Berechnung erfasst. Die Ansaugluftmenge M_Ar und die Kraftstoffeinspritzmenge M_FI werden in die Verarbeitungseinheit 51 der Steuervorrichtung 50 eingegeben (siehe 1).
Dann ermittelt die Steuervorrichtung 50 in Schritt S102 die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX anhand der Ansaugluftmenge M_Ar und der Kraftstoffeinspritzmenge M_FI, die in Schritt S101 ermittelt wurden. In dem vorliegenden Beispiel ermittelt die Steuervorrichtung 50 die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX durch das Summieren der Ansaugluftmenge M_Ar und der Kraftstoffeinspritzmenge M_FI. Die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX wird von der Verarbeitungseinheit 51 ausgegeben.
In dem anschließenden Schritt S103 erfasst die Steuervorrichtung 50 den Druck jedes Abgaskanals, der benötigt wird für die Ermittlung des Drucks des Abgases EX, das durch jeden Abgaskanal des in 1 dargestellten Abgasbehandlungsvorrichtung 20 strömt. In dem vorliegenden Beispiel werden die Drücke der in 1 dargestellten ersten Zweigleitung 22A und zweiten Zweigleitung 22B erfasst. Insbesondere sind die erfassten Drücke die Drücke P_Au, P_Bu, P_Ad und P_Bd des Abgases EX auf der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite des in 1 dargestellten ersten Katalysators 25A und zweiten Katalysators 25B. Die Steuervorrichtung 50 erfasst die Drücke P_Au und P_Bu des Abgases EX auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B von dem ersten Drucksensor 27A und dem zweiten Drucksensor 27B, die in 1 dargestellt sind. Ferner erfasst die Steuervorrichtung 50 die Drücke P_Ad und P_Bd des Abgases EX auf der stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B von dem dritten Drucksensor 29A und dem vierten Drucksensor 29B, die in 1 dargestellt sind. Die Drücke P_Au, P_Bu, P_Ad und P_Bd werden in die Verarbeitungseinheit 51 eingegeben.
In dem anschließenden Schritt S104 ermittelt die Steuervorrichtung 50 das Durchflussmengenverhältnis α des Abgases EX. Bei der Ermittlung des Durchflussmengenverhältnisses α ermittelt die Steuervorrichtung 50 das Durchflussmengenverhältnis α, indem in Formel (9), (10) und (11) die Drücke P_Au, P_Bu, P_Ad und P_Bd eingesetzt werden. Aus Formel (9), Formel (10) und Formel (11) ist bekannt, dass das Durchflussmengenverhältnis α einen Differenzdruck ΔP_A (P_Au- P_Ad) und einen Differenzdruck ΔP_B (P_Bu - P_Bd) enthält. In dem vorliegenden Beispiel werden bei der Ermittlung der Differenzdrücke AP_A und AP_B alle Drücke P_Au, P_Bu, P_Ad und P_Bd gemessen. Deshalb lässt sich auch dann, wenn die Drücke P_Au und P_Bu des Abgases EX auf der stromaufwärtigen Seite der ersten Zweigleitung 22A und der zweiten Zweigleitung 22B niedrig sind, verhindern, dass die Genauigkeit des Durchflussmengenverhältnisses α abnimmt. Während angenommen werden kann, dass die Drücke P_Ad und P_Bd des Abgases EX auf der stromabwärtigen Seite der ersten Zweigleitung 22A und der zweiten Zweigleitung 22B der Atmosphärendruck sind, ist es möglich die Variation des Atmosphärendrucks in dem Durchflussmengenverhältnis α widerzuspiegeln, indem die Drücke P_Ad und P_Bd tatsächlich gemessen werden, wie in dem vorliegenden Beispiel. Es ist daher möglich, die Genauigkeit des Durchflussmengenverhältnisses α zu verbessern. Das Durchflussmengenverhältnis α wird von der Verarbeitungseinheit 51 ausgegeben.
In der Ausführungsform kann angenommen werden, dass die Drücke P_Ad und P_Bd des Abgases auf der stromabwärtigen Seite des ersten Katalysators 25A und des zweiten Katalysators 25B der Atmosphärendruck sind. In diesem Fall kann der Atmosphärendruck als eine Konstante verwendet werden, oder es kann ein Detektionswert eines Atmosphärendrucksensors, der für die Steuerung und dergleichen des Dieselmotors 10 eingesetzt wird, als Atmosphärendruck verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Verarbeitung im Vergleich zu einem Fall, in dem die Drücke P_Ad und P_Bd tatsächlich gemessen werden, vereinfacht wird.
Bei Verwendung von Formel (9) und Formel (11) ermittelt die Steuervorrichtung 50 außerdem die Temperatur T_A und T_B des Abgases EX auf der stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators 25a und des zweiten Katalysators 28B auf der Basis von Detektionswerten des ersten Temperatursensors 28A und des zweiten Temperatursensors 28B, die in 1 dargestellt sind. Wie vorstehend beschrieben, kann die Steuervorrichtung 50 ferner die Temperatur der Abgases EX anhand der Betriebsbedingungen wie Last und Drehzahl des Dieselmotors 10 schätzen und kann die ermittelten Schätzwerte als Temperatur T_A und T_B bestimmen.
Nach der Ermittlung des Durchflussmengenverhältnisses α ermittelt die Steuervorrichtung 50 in Schritt S105 die erste Durchflussmenge Q_mA' und die zweite Durchflussmenge Q_mB' als die Durchflussmenge jeder Abgasleitung der Abgasbehandlungsvorrichtung 20, indem das in Schritt S104 ermittelte Durchflussmengenverhältnis α und die in Schritt S101 ermittelte Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX in Formel (12) und Formel (13) eingesetzt werden. Die erste Durchflussmenge Q_mA' und die zweite Durchflussmenge Q_mB' werden von der Verarbeitungseinheit 51 ausgegeben. In dem vorliegenden Beispiel wird die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX in Schritt S102 ermittelt. Die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX kann jedoch auch vor Schritt S105 ermittelt werden.
Anschließend ermittelt die Steuervorrichtung 50 in Schritt S106 die Mengen des Reduktionsmittels R, die dem ersten Katalysator 25A und dem zweiten Katalysator 25B zuzuführen sind. Bei der Ermittlung der Menge des Reduktionsmittels R setzt die Steuervorrichtung 50 die erste Durchflussmenge Q_mA' und die zweite Durchflussmenge Q_mB' in Formel (5) und Formel (6) ein und ermittelt die erste NOx-Durchflussmenge Q_mAN und die zweite NOx-Durchflussmenge Q_mBN. Dann setzt die Steuervorrichtung 50 die ermittelte erste NOx-Durchflussmenge Q_mAN und die zweite NOx-Durchflussmenge Q_mBN in Formel (7) und Formel (8) ein und ermittelt die Menge Q_mAur des Reduktionsmittels R, die dem ersten Katalysator 25A zuzuführen ist, und die Menge Q_mBur des Reduktionsmittels R, die dem zweiten Katalysator 25B zuzuführen ist. Die Menge Q_mAur und die Menge Q_mBur werden von der Verarbeitungseinheit 51 ausgegeben.
Nach der Ermittlung der Mengen Q_mAur und Q_mBur des Reduktionsmittels R spritzt die Steuervorrichtung 50 das Reduktionsmittel R, dessen Mengen in Schritt S106 ermittelt wurden, in den ersten Katalysator 25A und in den zweiten Katalysator 25B ein. Insbesondere spritzt die in 1 dargestellte erste Einspritzvorrichtung 33A das Reduktionsmittel R, das durch die erste Pumpe 32A unter Druck aus dem Reduktionsmittelbehälter 31 gefördert wird, in die erste Zweigleitung 22A ein, und die zweite Einspritzvorrichtung 33B spritzt das Reduktionsmittel R, das durch die zweite Pumpe 32B unter Druck aus dem Reduktionsmittelbehälter 31 gefördert wird, in die zweite Zweigleitung 22B ein. Nach der Einspritzung des Reduktionsmittels R werden die Schritte S101 bis S107 wiederholt ausgeführt, während der Dieselmotor 10 in Betrieb ist.
Formel (9), Formel (12), Formel (13) und dergleichen, die für die Durchführung des Abgasbehandlungsverfahrens gemäß der Ausführungsform benötigt werden, sind in der Speichereinheit 52 der Steuervorrichtung 50 gespeichert. Bei der Durchführung des Abgasbehandlungsverfahrens gemäß der Ausführungsform liest die Verarbeitungseinheit 51 der Steuervorrichtung 50 diese Formeln aus der Speichereinheit 52 aus und führt Berechnungen durch.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Durchflussmenge des durch jeden Abgaskanal strömenden Abgases EX in der Ausführungsform auf der Basis des Drucks in jedem Abgaskanal ermittelt, so dass die Durchflussmenge des Abgases EX, das durch jeden Abgaskanal strömt, und die Durchflussmenge von NOx, das durch jeden Abgaskanal strömt, mit einem hohen Grad an Genauigkeit ermittelt werden können. Dadurch ist es möglich, den NOx-Reduktionskatalysator, der in jedem Abgaskanal vorgesehen ist, mit einer geeigneten Menge des Reduktionsmittels R zu versorgen, so dass das NOx in dem Abgas EX zuverlässig in Stickstoff und Wasser umgewandelt und die Entstehung von Ammoniak, das für die Umwandlung von NOx nicht benötigt wird, unterbunden wird.
Ferner wird die Durchflussmenge des durch jeden Abgaskanal strömenden Abgases EX in der Ausführungsform auf der Basis des Drucks in jedem Abgaskanal ermittelt. Deshalb ist es möglich, die Durchflussmenge des Abgases EX, das durch jeden Abgaskanal strömt, und die Durchflussmenge von NOx, das durch jeden Abgaskanal strömt, mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, selbst wenn Größe und Spezifikation der Abgaskanäle oder der NOx-Reduktionskatalysatoren voneinander abweichen und selbst, wenn die Längen, die Innendurchmesser, die Verläufe, die Krümmungen und dergleichen der Abgaskanäle unterschiedlich sind. In der Ausführungsform ist es daher möglich, jeden NOx-Reduktionskatalysator mit einer geeigneten Menge des Reduktionsmittels R zu versorgen, so dass NOx in dem Abgas EX zuverlässig in Stickstoff und Wasser umgewandelt und die Entstehung von Ammoniak, das für die Umwandlung von NOx nicht benötigt wird, unterbunden wird, auch wenn sich die Spezifikationen der Abgaskanäle voneinander unterscheiden.
Ferner ist es in der Ausführungsform möglich, die Durchflussmenge des Abgases Ex, das durch NOx-Reduktionskatalysator strömt, durch die Anordnung eines Drucksensors auf der stromaufwärtigen Seite jedes NOx-Reduktionskatalysators zu ermitteln. Die Konstruktion der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 lässt sich dadurch vereinfachen, und die Herstellungskosten können gesenkt werden. Ferner kann in der Ausführungsform ein Drucksensor auf der stromabwärtigen auf der stromabwärtigen Seite jedes NOx-Reduktionskatalysators angeordnet sein. Dadurch lässt sich die Durchflussmenge des durch jeden NOx-Reduktionskatalysator strömenden Abgases EX genauer ermitteln.
Ferner wird das Durchflussmengenverhältnis α des durch jeden Abgaskanal strömenden Abgases EX auf der Basis des Drucks in jedem Abgaskanal ermittelt. Durch die Verwendung des ermittelten Durchflussmengenverhältnisses α ist es möglich, die Durchflussmenge des Abgases EX, das durch den ersten Abgaskanal strömt, und die Durchflussmenge von NOx, das durch jeden Abgaskanal strömt, mit einem hohen Grad an Genauigkeit zu ermitteln.
Ferner wird die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX aus der Ansaugluftmenge M_Ar des Dieselmotors 10 und der Kraftstoffeinspritzmenge M_FI des Dieselmotors 10 ermittelt. Dies sind Informationen, die für die Steuerung des Dieselmotors 10 während ihres Betriebs notwendig sind. Durch die Verwendung dieser Informationen kann die Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX relativ einfach ermittelt werden. Es werden die vorhandenen Informationen verwendet, so dass die Ausführungsform ohne weiteres bei verschiedenen Dieselmotoren 10 und ihren Abgasbehandlungsvorrichtungen 20 angewendet werden kann. Der Vorteil der Ausführungsform ist ihre große Vielseitigkeit.
Ferner kann in der Ausführungsform ein Temperatursensor vorgesehen sein, der die Temperatur des durch jeden Abgaskanal strömenden Abgases EX detektiert, und die Durchflussmenge des Abgases EX kann ermittelt werden, indem ferner die durch den Temperatursensor detektierte Temperatur des Abgases EX verwendet wird. Dies ermöglicht eine Ermittlung der Durchflussmenge des Abgases EX, das durch jeden Abgaskanal strömt, und der Durchflussmenge von NOx, das durch jeden Abgaskanal strömt, mit einem hohen Maß an Genauigkeit.
Ferner kann in der Ausführungsform auf der stromaufwärtigen Seite jede NOx-Reduktionskatalysators ein Filter und zwischen dem Paar aus Filter und NOx-Reduktionskatalysator ein Drucksensor angeordnet sein. Dadurch korrigiert das Filter die Strömung des Abgases EX, so dass die Genauigkeit der Detektion des Drucks des Abgases EX durch den Drucksensor verbessert wird. Dies ermöglicht eine Ermittlung der Durchflussmenge des Abgases EX, das durch jeden Abgaskanal strömt, und der Durchflussmenge von NOx, das durch jeden Abgaskanal strömt, mit einem hohen Maß an Genauigkeit. In der Ausführungsform kann der NOx-Detektionssensor 15 auf der in Strömungsrichtung des Abgases EX stromaufwärtigen Seite des NOx-Reduktionskatalysators angeordnet sein.
In der Ausführungsform beträgt die jeweilige Anzahl der Abgaskanäle und der NOx-Reduktionskatalysatoren zwei, ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern kann ebenso drei oder mehr betragen. Wenn die Anzahl der Abgaskanäle und der NOx-Reduktionskatalysatoren drei oder mehr beträgt, wird die Durchflussmenge Q_mi des Abgases EX, das durch jeden NOx-Reduktionskatalysator strömt, durch Formel (14) und Formel (15) dargestellt. Hier ist das Zeichen i ein Suffix, das eine Vielzahl von Abgaskanälen und NOx-Reduktionskatalysatoren angibt und eine ganze Zahl größer oder gleich 1 ist. P_ui ist der Druck des Abgases EX auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Reduktionskatalysators, P_di ist der Druck des Abgases EX auf der stromabwärtigen Seite des NOx-Reduktionskatalysators, und T_i ist die Temperatur des Abgases EX auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Reduktionskatalysators. D1_i und D2_i sind Konstanten.
$Q_{m i} = k \times \sqrt{\frac{P_{u i} \times (P_{u i} - P_{d i})}{T_{i}}}$
$Q_{m i} = D 1_{i} \times \sqrt{\frac{P_{u i} \times (P_{u i} - P_{d i})}{T_{i}}} + D 2_{i}$
Formel (14) ist eine Formel, in der eine Beziehung zwischen der Durchflussmenge Q_mi und dem Druckparameter eine lineare Funktion ist, die durch den Ursprung verläuft, wie anhand der Geraden La in 1 dargestellt. Formel (14) entspricht der vorstehend beschriebenen Formel (1) und Formel (2). Formel (15) ist eine Formel, in der eine Beziehung zwischen der Durchflussmenge Q_mi und dem Druckparameter eine lineare Funktion ist, die nicht durch den Ursprung verläuft, wie anhand der Geraden Lb in 3 dargestellt. Formel (15) entspricht der vorstehend beschriebenen Formel (3) und Formel (4). Ein Durchflussmengenverhältnis ε_i zwischen einer Vielzahl von NOx-Reduktionskatalysatoren wird durch Formel (16) dargestellt. Dabei ist j in Formel (16) die Gesamtanzahl der NOx-Reduktionskatalysatoren in der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 und ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2. Diesmal variiert das vorstehend genannte Suffix i von 1 bis j.
$ε_{i} = \frac{Q_{m i}}{\sum_{i = 1}^{j} Q_{m i}}$
Die Durchflussmenge Q_mi' des durch jeden NOx-Katalysator strömenden Abgases EX wird angegeben durch Q_mi' = ε_i × Q_m durch Verwendung des Durchflussmengenverhältnisses ε_i , das anhand Formel (16) ermittelt wurde, und der Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX. Wenn die Durchflussmenge Q_mi' des durch jeden NOx-Reduktionskatalysator strömenden Abgases EX ermittelt wird, kann die Durchflussmenge von NOx, das durch jeden NOx-Reduktionskatalysator strömt, aus der NOx-Konzentration in dem Abgas EX ermittelt werden. Wenn die Durchflussmenge von NOx ermittelt wird, das durch jeden NOx-Reduktionskatalysator strömt, kann die für jeden NOx-Reduktionskatalysator benötigte Menge des Reduktionsmittels R ermittelt werden.
Das Reduktionsmittel R in der Ausführungsform ist nicht auf Harnstoff beschränkt, sondern kann zum Beispiel auch Kohlenwasserstoff sein wie Leichtöl, Ethanol, Isopropylalkohol und Dimethylether. Bei Verwendung von Leichtöl als Reduktionsmittel R kann der Brennstoff des Dieselmotors 10 verwendet werden, so dass kein separater Behälter für das Reduktionsmittel R vorgesehen werden muss. Die Konstruktion der Abgasbehandlungsvorrichtung 20 lässt sich dadurch entsprechend vereinfachen. In der Ausführungsform muss der NOx-Reduktionskatalysator nur das NOx durch das Reduktionsmittel R reduzieren, so dass der NOx-Reduktionskatalysator nicht auf einen selektiven Katalysator beschränkt ist.
In der Ausführungsform ist ein Beispiel beschrieben, in dem der Dieselmotor 10 das Abgas EX in eine Abgasleitung 21 ausstößt und das Abgas Ex auf eine Vielzahl von Abgaskanälen verzweigt und durch den NOx-Reduktionskatalysator behandelt wird, der in jedem Abgaskanal vorgesehen ist. Die Ausführungsform ist jedoch nicht auf das Beispiel beschränkt, in dem das Abgas des Dieselmotors 10, das in eine Abgasleitung 21 ausgestoßen wird, verzweigt wird. Die Ausführungsform kann zum Beispiel auch bei einem Dieselmotor 10 Anwendung finden, der eine Vielzahl von Zylinderreihen hat, in denen eine Vielzahl von Zylindern in Reihe angeordnet ist, das heißt, eine sogenannten V-Typ-Zylinderanordnung und eine Anordnung von einander horizontal gegenüberliegenden Zylindern, und die für jede Zylinderreihe einen Abgaskanal und einen NOx-Katalysator aufweist. Da bei der Ermittlung der Gesamtdurchflussmenge Q_m des Abgases EX die Kraftstoffeinspritzmenge M_FI verwendet wird, kann in diesem Fall eine Gesamtsumme der Kraftstoffeinspritzmengen jeder Zylinderreihe verwendet werden. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird Die Durchflussmenge des Abgases EX, das durch jeden Abgaskanal strömt, auf der Basis des Drucks in jedem Abgaskanal ermittelt. Auf diese Weise kann die Ausführungsform bei einem Dieselmotor angewendet werden, der ein Vielzahl von Abgaskanälen hat, durch welche das Abgas hindurchströmt, und bei der ein NOx-Reduktionskatalysator für jeden Abgaskanal vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste

10: Dieselmotor
10C: Zylinder
11: Kraftstoffeinspritzvorrichtung
111: Injektor
11R: Speicher
12: Ansaugleitung
13: Luftfilter
14: Ansaugluftmengensensor
15: NOx-Detektionssensor
20, 20a: Abgasbehandlungsvorrichtung
21: Abgasleitung
21S: Abzweigungsbereich
22A: erste Zweigleitung
22B: zweite Zweigleitung
23A: erstes DPF
23B: zweites DPF
25A: erster Katalysator
25B: zweiter Katalysator
27A: erster Drucksensor
27B: zweiter Drucksensor
28A: erster Temperatursensor
28B: zweiter Temperatursensor
29A: dritter Drucksensor
29B: vierter Drucksensor
30: Reduktionsmittel-Zuführvorrichtung
50: Steuervorrichtung
51: Verarbeitungseinheit
52: Speichereinheit
R: Reduktionsmittel
α, εi: Durchflussmengenverhältnis

Claims

Abgasbehandlungsverfahren, bei welchem aus einem Dieselmotor (10) ausgestoßenes Abgas (EX) aufgeteilt wird, so dass das Abgas (EX) eine Vielzahl von Abgaskanälen (22A, 22B) passiert, um zu einer Vielzahl von Reduktionskatalysatoren (25A, 25B) geleitet zu werden, die NOx in dem Abgas (EX) durch ein Reduktionsmittel und die Reduktionskatalysatoren (25A, 25B) reduzieren, wobei das Abgasbehandlungsverfahren umfasst: das Ermitteln einer Durchflussmenge des Abgases (EX), das durch jeden der Abgaskanäle (22A, 22B) strömt, auf der Basis von zumindest einem Druck in jedem der Abgaskanäle (22A, 22B) auf einer in einer Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite jedes der Reduktionskatalysatoren (25A, 25B); das Ermitteln einer Durchflussmenge von NOx in jedem der Abgaskanäle (22A, 22B) aus der ermittelten Durchflussmenge des Abgases (EX) in jedem der Abgaskanäle (22A, 22B) und einer Konzentration des NOx in dem Abgas (EX) auf der in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite jedes der Reduktionskatalysatoren (25A, 25B); und das Ermitteln einer Reduktionsmittelmenge, die jedem der Reduktionskatalysatoren (25A, 25B) zuzuführen ist, aus der ermittelten NOx-Durchflussmenge in jedem der Abgaskanäle (22A, 22B), wobei das Ermitteln der Durchflussmenge des Abgases (EX), das durch jeden der Abgaskanäle (22A, 22B) strömt, das Ermitteln eines Durchflussmengenverhältnisses des Abgases (EX), das durch jeden der Abgaskanäle (22A, 22B) strömt, auf der Basis eines Drucks in jedem der Abgaskanäle (22A, 22B) und das Ermitteln der Durchflussmenge des Abgases (EX), das durch jeden der Abgaskanäle (22A, 22B) strömt, auf der Basis des ermittelten Durchflussmengenverhältnisses, einer Gesamtdurchflussmenge des Abgases (EX) und einer Temperatur des durch jeden der Abgaskanäle (22A, 22B) strömenden Abgases (EX) umfasst.
Abgasbehandlungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Gesamtdurchflussmenge des Abgases (EX) aus einer Ansaugluftmenge des Dieselmotors (10) und einer Kraftstoffeinspritzmenge in den Dieselmotor (10) ermittelt wird.