DE102006057325B4

DE102006057325B4 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006057325B4
Application number: DE102006057325.0A
Authority: DE
Inventors: Reiko Doumeki; Yoshinaka Takeda; Satoshi Hiranuma; Ritsuko Shinozaki; Shinichi Saitou; Yasuko Suzuki
Original assignee: UD Trucks Corp; Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: UD Trucks Corp; Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2026-12-06
Also published as: JP4789242B2; DE102006057325A1; JP2007162487A; DE102006057325A8; US7908843B2; CN1981915B; CN1981915A; US20070160508A1

Abstract

Abgas-Reinigungsvorrichtung, umfassend: einen NOx-Katalysator (40), welcher in einen Abgasweg (20) von einem Motor (1) eingeschoben ist, und NOx, welches im Abgas enthalten ist, durch Benutzen von Ammoniak als Reduktionsmittel aufbereitet; ein Ammoniak-Versorgungsmittel (54), das eingerichtet ist, den NOx-Katalysator (40) mit Ammoniak zu versorgen; ein Katalysatortemperatur-Erkennungsmittel, welches zur Erkennung der internen Temperatur (Ts) des NOx-Katalysators (40) eingerichtet ist; und ein Steuermittel (72), welches zur Steuerung des Ammoniak-Versorgungsmittels (54) eingerichtet ist, auf der Basis eines Wertes der internen Temperatur (Ts) des NOx-Katalysators 40, welcher mittels des Katalysatortemperatur-Erkennungsmittel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: – das Steuermittel (72) die Ammoniakversorgung vom Ammoniak-Versorgungsmittel (54) stoppt, wenn eine Stoppbedingung im Prozess, in dem der NOx-Katalysator (40) vom Ammoniak-Versorgungsmittel (54) mit Ammoniak versorgt wird, erfüllt ist, dass die Temperatur (Ts), welche durch das Katalysatortemperatur-Erkennungsmittel erkannt wird, zwischen einer ersten vorgeschriebenen Temperatur (Td) und einer zweiten vorgeschriebenen Temperatur (Tn) ist, welche höher ist als die erste vorgeschriebene Temperatur (Td), und eine Änderungsrate (dTs) der internen Temperatur (Ts) des NOx-Katalysators (40) gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert (dTd) ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Reinigung des Abgases von einem Motor, und insbesondere eine Abgasreinigungsvorrichtung die einen NOx-Katalysator zum Reduzieren und Reinigen des im Abgas enthaltenen NOx hat, und zwar durch Benutzen von Ammoniak als Reduktionsmittel.
Beschreibung des Stands der Technik
Abgasreinigungsvorrichtungen zur Aufbereitung von NOx (Stickstoffoxid), welches eines der Schadstoffe ist, dass im Abgas enthalten ist, welches von einem Motor ausgestoßen wird, sind wohlbekannt. Um genauer zu werden, ist eine dieser Abgasreinigungsvorrichtungen mit einem NOx-Katalysator von Ammoniak-selektivem Reduktionstyp im Abgasweg des Motors versehen und bereitet das NOx auf, welches im Abgas enthalten ist, und zwar indem der NOx-Katalysator mit Ammoniak als Reduktionsmittel versorgt wird.
In diesem Typ einer Abgasreinigungsvorrichtung, wird die dem NOx-Katalysator vorgeschaltete Seite mit Harnstoffwasser versorgt, und der Ammoniak, welcher durch das Harnstoffwasser erzeugt wird, dass wiederum aufgrund der Abgashitze hydrolisiert wird, wird an den NOx-Katalysator weitergegeben. Der Ammoniak, welcher an den NOx-Katalysator weitergegeben wird, wird für eine Weile auf dem NOx-Katalysator adsorbiert. Eine Denitrierreaktion, welche zwischen dem Ammoniak und dem im Abgas enthaltenen NOx hervorgerufen wird, wird durch den NOx-Katalysator gefördert, und das NOx auf diese Weise aufbereitet.
Beispielsweise offenbart die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichungsnummer JP 2003-343 241 A , (im Folgenden als Dokument 1 bezeichnet) eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Motors die einen NOx-Katalysator zum Aufbereiten des im Abgas enthaltenen NOx hat und zwar durch Benutzen von Ammoniak als ein Reduktionsmittel in der oben genannten Weise.
Um das NOx durch Benutzen des NOx-Katalysators effizient aufzubereiten ist es erforderlich, dass eine ausreichende Menge von Ammoniak auf dem NOx-Katalysator adsorbiert werden kann.
Die adsorbierbare Menge von Ammoniak auf dem NOx-Katalysator neigt dazu, sich in absteigender Richtung zu verändern, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators ansteigt. Der auf dem NOx-Katalysator adsorbierte Ammoniak unterliegt der Desorbtion vom NOx-Katalysator einher mit dem Temperaturanstieg. Wenn der Anstieg der NOx-Katalysatortemperatur relativ langsam vonstatten geht, wird der Ammoniak, der vom NOx-Katalysator desorbiert wurde, als ein Reduktionsmittel zum reduzieren des NOx verbraucht. Wenn dagegen die NOx-Katalysatortemperatur scharf ansteigt, beispielsweise durch schnelle Beschleunigung des Motors, wird der Ammoniak der vom NOx-Katalysator desorbiert wurde bezüglich seiner Menge ebenfalls schnell erhöht. Im Ergebnis fließt ein Teil des Ammoniaks zusammen mit dem Ammoniak der noch nicht auf dem NOx-Katalysator adsorbiert wurde wegen des Temperaturanstiegs aus dem NOx-Katalysator heraus. Dies vergrößert die Menge des Ammoniakverlustes.
Deshalb, wenn eine ausreichende Ammoniakmenge auf dem NOx-Katalysator für den Zweck des effizienten Aufbereitens des NOx adsorbiert wird, geht dies einher mit einer großen Menge von Ammoniakverlust, wenn die NOx-Katalysatortemperatur schnell klettert. Auf der anderen Seite, wenn die an den NOx-Katalysator weiterzuleitende Ammoniakmenge reduziert wird um einen solchen Ammoniakverlust zu reduzieren, ruft dieses das Problem hervor, dass NOx nicht effizient aufbereitet werden.
Die Abgasreinigungsvorrichtung, welche in Dokument 1 offenbart ist, stoppt die Zufuhr von Harnstoffwasser, wenn die Abgastemperatur fällt. Dennoch wendet dies nicht den Ammoniakverlust ab, welcher ansteigt, wenn die NOx-Katalysatortemperatur steigt, und ist keine Lösung für das Problem.
Bezüglich des NOx-Katalysators, der Ammoniak als ein Reduktionsmittel benutzt, ist es erforderlich, dass der NOx-Katalysator mit einer Ammoniakmenge versorgt wird, die der NOx-Menge entspricht die durch den NOx-Katalysator aufbereitet werden kann, und dass der ganze Ammoniak für die NOx-Aufbereitung verbraucht wird.
Tatsächlich fließt dennoch ein Teil des zur Verfügung gestellten Ammoniaks aus dem NOx-Katalysator aus ohne zur NOx-Aufbereitung beizutragen.
Es ist bekannt, einen Oxidationskatalysator dem NOx-Katalysator nachgeschaltet vorzusehen, und zwar für den Zweck, dass verhindert wird, dass der Ammoniak, welcher aus dem NOx-Katalysator ausgeflossen ist, in die Atmosphäre entkommt.
Der Oxidationskatalysator oxidiert den Ammoniak der aus dem NOx-Katalysator ausgeflossen ist, und transformiert ihn in N₂ oder in NOx. Das NOx, welches hier produziert wird, wechselt in N₂ aufgrund des Ammoniakflusses in den Oxidationskatalysator. Auf diese Weise wird der Ammoniak, welcher aus dem NOx-Katalysator heraus geflossen ist, durch den Oxidationskatalysator in nicht gefährliches N₂ transformiert und wird in die Atmosphäre entlassen.
Wenn ein derartiger Oxidationskatalysator dem NOx-Katalysator nachgeschaltet eingesetzt wird, so ist es möglich, zu verhindern, dass der Ammoniak in die Atmosphäre entkommt. Auf der anderen Seite erfordert dies einen Platz für den Oxidationskatalysator vorzusehen, beispielsweise in dem Fall, in dem ein Motor in einem Fahrzeug installiert ist. Weiterhin kommt ein Problem auf wie beispielsweise eine Kostenerhöhung, weil ein teueres Edelmetall für den Oxidationskatalysator als Katalysematerial benutzt wird.
Wenn die effiziente NOx-Aufbereitung Vorrang hat vor der Voraussetzung, dass ein Ammoniakverlust durch die Installation des Oxidationskatalysators abgewendet wird, so muss mehr Harnstoffwasser als erforderlich zugeführt werden, um den durch den Ammoniakverlust verlorenen Ammoniak zu kompensieren, der durch den Anstieg der NOx-Katalysatortemperatur hervorgerufen wird. Aus diesem Grund gibt es das Problem, dass die Kosten proportional zur zusätzlich zugeführten Harnstoffwassermenge ansteigen.
Aus der Druckschrift DE 199 01 915 C1 ist ein Verfahren zur katalytischen Umsetzung von im Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen Stickoxiden bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Reduktionsmittel in Abgasströmungsrichtung vor einem Denitrierungskatalysator und in Abhängigkeit von einer Stickoxidkonzentration dosiert dem Abgas zugegeben. Bei Unter- bzw. Überschreiten eines Grenzwerts eines Betriebsparameters und/oder eines Grenzwerts einer aus dem Betriebsparameter abgeleiteten Größe wird das Reduktionsmittel überstöchiometrisch in Bezug zur Stickoxidkonzentration zudosiert. Danach wird die Zugabe von Reduktionsmittel beendet oder unterstöchiometrisch fortgesetzt.
Aus der Druckschrift EP 0 839 996 A2 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Diese Vorrichtung umfasst einen Reinigungskatalysator mit einem elektrischen Heizer, der in dem Abgas enthaltenes NOx adsorbieren kann.
Aus der US 2005/0204729 A1 geht eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor hervor, die einen NOx-Katalysator umfasst. Der Katalysator ist in einem Abgasweg angeordnet und bereitet im Abgas enthaltenes NOx mittels Ammoniak auf, wobei das Ammoniak als Reduktionsmittel fungiert. Die Reinigungsvorrichtung weist zudem eine Versorgungsvorrichtung auf, die Ammoniak in den Abgasweg einspritzt und den NOx-Katalysator dadurch mit Ammoniak versorgt. Ein Temperatursensor ermittelt die Abgastemperatur im Abgasweg und übermittelt diese an eine elektronische Steuereinheit. Weitere Daten erhält die Steuereinheit von einem Gaspedalstellungssensor, einem Kurbelwellensensor und einem Zündschlosssensor. Die Steuereinheit ist ausgeführt, auf Basis der erhaltenen Daten die Versorgungsvorrichtung zu steuern.
Die EP 0 828 063 A1 lehrt eine Reinigungseinrichtung für ein Abgas eines Verbrennungsmotors mit einem NOx-Katalysator und einem dem Katalysator zugeordneten Temperatursensor auf. Zudem ist in einem Abgaskanal stromauf von dem Katalysator eine Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung angeordnet. Die Reinigungseinrichtung umfasst einen Regelungsmechanismus, der auf Basis der Temperaturdaten des Temperatursensors die Reduktionsmitteleinspritzung unterbricht, falls die sich die Temperatur des NOx-Katalysators außerhalb eines vorherbestimmten Bereichs befindet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der obigen Probleme gemacht. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abgasreinigungsvorrichtung vorzuschlagen, die geeignet ist, eine hervorragende NOx-Aufbereitung durchzuführen, während ein Ammoniakverlust reduziert wird und die Kosten verbessert werden.
Um dieses Ziel zu erreichen, wird eine Abgasreinigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Gemäß der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung wird die Ammoniakversorgung vom Ammoniakversorgungsmittel gestoppt. Mit anderen Worten wird die Ammoniakversorgung unterbrochen, wenn die Möglichkeit von Ammoniakverlust wegen der Erhöhung der internen Temperatur des NOx-Katalysators besteht. Dies verhindert zufriedenstellend Ammoniakverlust.
Zudem umfasst die Stoppbedingung weiterhin eine Änderungsrate (dTs) der internen Temperatur (Ts) des NOx-Katalysators, welche gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert (dTd) ist.
In der derart konstruierten Abgasreinigungsvorrichtung, wenn die Stoppbedingung in der Abgasreinigungsvorrichtung erfüllt ist, und gleichzeitig die Änderungsgeschwindigkeit der internen Temperatur des NOx-Katalysators gleich oder höher als der vorgeschriebene Wert ist, dann wird bestimmt das Ammoniakverlust höchstwahrscheinlich auftreten wird. Das Steuermittel stoppt dann die Ammoniakversorgung von dem Ammoniakversorgungsmittel.
Mit anderen Worten wird die Ammoniakversorgung nicht gestoppt, außer wenn die interne Temperatur des NOx-Katalysators bis zu einer Temperatur ansteigt, bei der Ammoniakverlust höchstwahrscheinlich auftreten wird, und weiterhin die Wahrscheinlichkeit von Ammoniakverlust hoch wird aufgrund eines scharfen Anstiegs der internen Temperatur. Folglich macht es dies möglich, Ammoniakverlust zuverlässiger abzuwenden, ohne die Ammoniakversorgung übermäßig zu stoppen, um die Effizienz der NOx-Aufbereitung zu verschlechtern.
Weiterhin umfasst die Stoppbedingung die interne Temperatur (Ts) des NOx-Katalysators, welche gleich oder niedriger als eine zweite vorgeschriebene Temperatur (Tn) ist, welche höher ist als die erste vorgeschriebene Temperatur (Td).
In der derart konstruierten Abgasreinigungsvorrichtung wird die Ammoniakversorgung von Ammoniakversorgungsmittel gestoppt, wenn die interne Temperatur des NOx-Katalysators, welche durch das Katalysatortemperaturerkennungsmittel erkannt wird, gleich oder höher als die erste vorgeschriebene Temperatur ist, und gleich oder geringer als die zweite vorgeschriebene Temperatur ist, die wiederum höher als die erste vorgeschriebene Temperatur ist, in dem Prozess in dem das Ammoniakversorgungsmittel den NOx-Katalysator mit Ammoniak versorgt.
Somit ist es möglich, die Ammoniakversorgung zu stoppen, wenn die interne Temperatur des NOx-Katalysators in einem derartigen Bereich fällt, dass Ammoniakverlust höchstwahrscheinlich auftreten wird. Daher macht es dies möglich, Ammoniakverlust zuverlässiger zu verhindern, ohne die Ammoniakversorgung übermäßig zu stoppen, um die Effizienz der NOx-Aufbereitung zu verschlechtern.
Vorzugsweise wird die erste vorgeschriebene Temperatur auf der Basis einer Desorptions-Starttemperatur gesetzt, bei welcher der auf dem NOx-Katalysator adsorbierte Ammoniak aufgrund eines Temperaturanstiegs des NOx-Katalysators beginnt, vom NOx Katalysator zu desorbieren.
In dem NOx-Katalysator, der Ammoniak als Reduktionsmittel benutzt, wenn die interne Temperatur ansteigt, um gleich oder höher als eine gewisse Temperatur (Desorbtionsstarttemperatur) zu werden, beginnt der Ammoniak der bis zu diesem Moment auf dem NOx-Katalysator adsorbiert wurde von dem NOx-Katalysator zu desorbieren. In der derart konstruierten Abgasreinigungsvorrichtung, wenn der auf den NOx-Katalysator adsorbierte Ammoniak aufgrund des Temperaturanstiegs des NOx-Katalysators beginnt vom NOx-Katalysator zu desorbieren, dann wird die Ammoniakversorgung vom Ammoniakversorgungsmittel entsprechend gestoppt.
Folglich macht es dies möglich, Ammoniakverlust zuverlässiger zu verhindern, ohne die Ammoniakversorgung übermäßig zu stoppen, um die Effizienz der NOx-Aufbereitung zu verschlechtern.
Vorzugsweise wird die zweite vorgeschriebene Temperatur (Tn) auf der Basis einer Adsorptions-Grenztemperatur gesetzt, welche eine obere Grenze von einem Temperaturbereich ist, in welchem Ammoniak auf dem NOx-Katalysator adsorbiert werden kann.
Ammoniakverlust, der durch den Temperaturanstieg des NOx-Katalysators verursacht wird, tritt auf, wenn der auf den NOx-Katalysator adsorbierte Ammoniak von dem NOx-Katalysator desorbiert, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators ansteigt. Dies bedeutet, dass, wenn Ammoniak nicht auf den NOx-Katalysator adsorbiert wird, kein Ammoniakverlust auftritt. Demgemäß wird in der derart konstruierten Abgasreinigungsvorrichtung die Ammoniakversorgung vom Ammoniakversorgungsmittel entsprechend dem Temperaturbereich gestoppt, indem die Ammoniakadsorbtion, die den Ammoniakverlust verursacht, stattfindet.
Im Ergebnis ermöglicht dies Ammoniakverlust zuverlässiger zu verhindern, ohne die Ammoniakversorgung übermäßig zu stoppen, um die Effizienz der NOx-Aufbereitung zu verschlechtern.
Vorzugsweise nimmt nach dem Stoppen der Ammoniakversorgung durch das Ammoniak-Versorgungsmittel, wenn die Stoppbedingung erfüllt ist, das Steuermittel die Ammoniakversorgung vom Ammoniak-Versorgungsmittel wieder auf, wenn eine interne Temperaturänderung des NOx-Katalysators in absteigender Richtung stattfindet. In der derart konstruierten Abgasreinigungsvorrichtung gilt die Wahrscheinlichkeit eines Ammoniakverlustes als gering, wenn die interne Temperatur des NOx-Katalysators sich in absteigender Richtung verändert. Das Steuermittel nimmt dann die Ammoniakversorgung vom Ammoniakversorgungsmittel wieder auf.
Wenn kein Ammoniakverlust zu erwarten ist, dann ist es möglich die Ammoniakversorgung sofort wieder aufzunehmen um dadurch NOx zufrieden stellend aufzubereiten.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 ist eine Ansicht die die gesamte Struktur einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
2 ist ein Ablaufdiagramm von Harnstoffwasserversorgungssteuerung, welche von der Abgasreinigungsvorrichtung aus 1 ausgeführt wird.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nun im Folgenden mit Bezug zu den angefügten Figuren beschrieben werden.
1 zeigt eine Systemstruktur eines Vierzylinder-Dieselmotors (im Folgenden als ein Motor bezeichnet), an den eine Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeschlossen ist. Eine Struktur der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird bezüglich 1 beschrieben.
Ein Motor 1 hat einen Hochdrucksammler 2 (im Folgenden als common rail bezeichnet), der allen Zylindern gemeinsam ist. Leichtöl, welches als Hochdrucktreibstoff dient, welches von einer Treibstoffinjektionspumpe zugeleitet wird, nicht gezeigt, und welches sich im common rail 2 ansammeln soll, wird an den Injektor 4 geleitet, welcher an jedem Zylinder vorgesehen ist. Die Injektoren 4 injizieren das Leichtöl in ihre jeweiligen Zylinder.
Ein Turbolader 8 ist in einen Ansaugweg 6 eingeschaltet. Ansaugluft, welche durch einen Luftreiniger angesaugt wird, nicht gezeigt, fließt durch den Ansaugweg 6 in einen Kompressor 8a des Turboladers 8. Die durch den Kompressor 8a turbogeladene Ansaugluft wird in einen Ansaugverteiler 14 über einen Zwischenkühler 10 und ein Ansaugsteuerungsventil 12 eingeführt. Ein Ansaugflussratensensor 16 ist dem Kompressor 8a des Ansaugwegs 6 vorgeschaltet zum Erkennen einer Flussrate der Ansaugluft, welche in den Motor 1 eingeleitet wird.
Abgasanschlüsse, nicht gezeigt, durch die Abgas, welches in den Zylindern des Motors 1 existiert, abgeleitet wird, sind mit einer Abgasleitung (Abgasweg) 20 über einen Abgasverteiler 18 verbunden. Zwischen den Abgasverteiler 18 und den Ansaugverteiler 14 ist eine EGR-Weg 24 eingeschoben, welcher den Abgasverteiler 18 und den Ansaugverteiler 24 über ein EGR-Ventil 22 miteinander verbindet.
Die Abgasleitung 20 erstreckt sich über eine Turbine 8b des Turboladers 8 und ist mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung 28 über ein Abgasdrosselventil 26 verbunden. Eine Radialwelle der Turbine 8b ist zwischen eine Radialwelle des Kompressors 8a geschaltet. Bei Empfang des Abgases, welches durch die Abgasleitung 20 läuft, treibt die Turbine 8b den Kompressor 8a an.
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 28 umfasst ein Einleitungsgehäuse 30 und ein Ausleitungsgehäuse 34, das über einen Kommunikationsweg 32 mit der Ausleitungsseite des Einleitungsgehäuses 30 kommuniziert. Ein Vorstufenoxidationskatalysator 36 ist im Einleitungsgehäuse 30 aufgenommen, um an der Einleitungsseite davon angeordnet zu sein, und ein Partikelfilter (im Folgenden als ein Filter bezeichnet) 38 auf der Ausleitungsseite.
Der Vorstufenoxidationskatalysator 36 oxidiert im Abgas enthaltenes NO, um es in NO₂ zu transformieren, und leitet das NO₂ dem einleitungsseitig angeordneten Filter 38 zu. Der Filter 38 ist aus einem wabenkeramischen Carrier gemacht. Im Filter 38 sind viele Pfade Seite an Seite gelegt, die die Einleitungsseite mit der Ausleitungsseite verbinden, und eine Einleitungsöffnung und eine Ausleitungsöffnung von jedem der Pfade werden alternierend geschlossen. Der Filter 38 fängt im Abgas enthaltene Partikel ab, um dadurch das Abgas des Motors 1 zu reinigen. Die Partikel, die durch den Filter 38 abgefangen und darin angelagert werden, werden in einer Reaktion mit dem NO₂ oxidiert, welches vom Vorstufenoxidationskatalysator 36 zugeleitet wird, und werden dann vom Filter 38 entfernt. Auf diese Weise wird eine kontinuierliche Regeneration des Filters 38 durchgeführt.
Ein ammoniakselektiver Reduktionstyp NOx-Katalysator 40 ist im Ausleitungsgehäuse 34 angeordnet, so dass er auf der Einleitungsseite davon angeordnet ist, und ein Nachstufenoxidationskatalysator 42 auf der Ausleitungsseite.
Der NOx-Katalysator 40 reduziert das NOx, welches im Abgas enthalten ist selektiv durch Benutzen von Ammoniak als ein Reduktionsmittel, um dadurch das Abgas des Motors 1 aufzubereiten. Da das im Abgas enthaltene NO durch den Vorstufenoxidationskatalysator 36 in NO₂ transformiert ist, wird der NOx-Katalysator 40 hauptsächlich mit dem NO₂ versorgt, das leichter reduziert werden kann als NO.
Der Nachstufenoxidationskatalysator 42 oxidiert den Ammoniak, der aus dem NOx-Katalysator 40 ausgeflossen ist, und verwandelt ihn in N₂. Der Nachstufenoxidationskatalysator 42 hat weiterhin die Funktion, CO zu oxidieren, welcher produziert wird, wenn die Partikel verbrannt werden im Prozess der nachfolgend genannten erzwungenen Regeneration des Filters 38. Das CO wird durch den Nachstufenoxidationskatalysator in CO₂ transformiert und das CO₂ wird in die Atmosphäre entlassen.
Im Einleitungsgehäuse 30 der derart konstruierten Abgasnachbereitungsvorrichtung 28 ist ein Einleitungsdrucksensor 44 zum Erkennen des Abgasdrucks der Einleitungsseite des Filters 38 vor dem Filter 38 angeordnet, und ein Ausleitungsdrucksensor 46 zum Erkennen des Abgasdrucks der Ausleitungsseite des Filters 38 ist hinter dem Filter 38 angeordnet.
In die Abgasleitung 20, welche sich zwischen dem Abgasdrosselventil 26 und der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 28 erstreckt, ist ein Abgastemperatursensor 50 zwischengeschaltet zum Erkennen der Temperatur des Abgases, das in die Abgasnachbereitungsvorrichtung 28 fließt, und ein Treibstoffzuführventil 52, welches von einer Treibstoffinjektionspumpe mit Treibstoff versorgt wird, nicht gezeigt, und injiziert den Treibstoff in das Abgas, welches sich in der Abgasleitung 20 befindet.
Das Treibstoffzuführventil 52 leitet HC an den Vorstufenoxidationskatalysator 36 durch Injizierung des Treibstoffs in das Abgas, wenn die erzwungene Regeneration des Filters 38 erforderlich ist. Im Ergebnis wird das Abgas, das eine hohe Temperatur erreicht hat, aufgrund der Oxidation des HC im Oxidationskatalysator 36 an den Filter 38 geleitet, welches die Temperatur des Filters 38 erhöht.
In den Kommunikationsweg 32 der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 28 ist eine Injektionsdüse (Ammoniakversorgungsmittel) 54 angeordnet zur Injektion von Harnstoffwasser in das Abgas welches sich im Kommunikationsweg 32 befindet. Die Injektionsdüse 54 ist mit einer Harnstoffwasserinjektionsvorrichtung 58 durch eine Harnstoffwasserinjektionsleitung 56 verbunden.
Die Harnstoffwasserinjektionsvorrichtung 58 injiziert Harnstoffwasser in die unter Druck gesetzte Luft und leitet das Harnstoffwasser an die Injektionsdüse 54 zusammen mit der unter Druck gesetzten Luft, und zwar durch die Harnstoffwasserinjektionsleitung 56. Die unter Druck gesetzte Luft wird an die Harnstoffwasserinjektionsvorrichtung 58 geleitet, und zwar von einem Lufttank 60, der die unter Druck gesetzte Luft durch eine Luftpumpe komprimiert speichert, nicht gezeigt, und zwar durch eine Luftversorgungsleitung 64. Das Harnstoffwasser wird durch Mittel einer Harnstoffwasserversorgungspumpe, nicht gezeigt, an die Harnstoffwasserinjektionsvorrichtung 58 vom Harnstoffwassertank 62 über eine Harnstoffwasserversorgungsleitung 66 zugeleitet.
Die Luftversorgungsleitung 64 ist mit einem Luftsteuerungsventil 68 versehen. Eine Versorgungsmenge der unter Druck gesetzten Luft für die Harnstoffwasserinjektionsvorrichtung 58 wird durch Öffnen/Schließen des Luftversorgungsventils 68 reguliert. Ein Harnstoffwassersteuerungsventil 70 ist in den Harnstoffwasserversorgungsweg 66 eingeschoben. Eine Versorgungsmenge des Harnstoffwassers zur Harnstoffwasserinjektionsvorrichtung 58 wird durch Öffnen/Schließen des Harnstoffwassersteuerungsventils 70 reguliert. In Kürze wird eine Injektionsversorgungsmenge des Harnstoffwassers von der Injektionsdüse 54 in das Abgas durch Öffnen/Schließen des Luftsteuerungsventils 68 und des Harnstoffwassersteuerungsventils 70 reguliert.
Das von der Injektionsdüse 54 injizierte Harnstoffwasser wird durch die Abgashitze hydrolisiert und verändert sich in Ammoniak, welches dann an den NOx-Katalysator 40 geleitet wird. Der NOx-Katalysator 40 adsorbiert den zugeleiteten Ammoniak und fördert eine Denitrierreaktion zwischen dem adsorbierten Ammoniak und dem im Abgas enthaltenen NOx. Dadurch bereitet der NOx-Katalysator 40 das NOx auf und transformiert es in nicht schädliches N₂.
Der Ammoniak, der nicht mit dem NOx reagiert hat und aus dem NOx-Katalysator 40 ausgeflossen ist, wird durch den Nachstufenoxidationskatalysator 42 oxidiert und verwandelt sich in N₂ oder NOx. Das hier produzierte NOx reagiert mit dem Ammoniak, der in den Nachstufenoxidationskatalysator 42 fließt, um sich in N₂ zu verwandeln. Dazu verwandelt sich der Ammoniak der in den Nachstufenoxidationskatalysator 42 fließt, in nicht schädliches N₂ und wird in die Atmosphäre entlassen.
Ein ECU (Steuermittel) 72 ist ein Controller für umfassende Steuerung einschließlich Operationssteuerung des Motors 1. Die ECU 72 hat eine CPU (central processing unit), Speichereinheiten, Timereinheiten, etc. Die ECU 72 berechnet verschiedene Steuerungsmengen und steuert ebenfalls Vorrichtungen verschiedener Art entsprechend den Steuerungsmengen.
Um Informationen zu sammeln, die für die verschiedenen Steuerungen erforderlich sind, sind Sensoren verschiedener Art mit einer Eingangsseite der ECU 72 verbunden, einschließlich eines Drehzahlsensors 74 zur Erkennung der Motordrehzahl, einen Beschleunigungsauslösungssensor 76 zur Erkennung einer Gaspedaldruckmenge, etc., Der Ammoniak, der nicht auf den NOx-Katalysator adsorbiert wurde und im fortlaufenden Prozess nicht ausfließt, wird durch den Nachstufenoxidationskatalysator 42 in nicht schädliches N₂ transformiert und wie oben beschrieben in die Atmosphäre entlassen. In der derart konstruierten Abgasreinigungsvorrichtung läuft das vom Motor 1 ausgestoßene Abgas durch die Gasleitung 20, um dann in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 28 eingeleitet zu werden, und die im Abgas enthaltenen Partikel werden durch den Filter 38 abgefangen. In diesem Moment werden die im Filter 38 zurückgehaltenen Partikel oxidiert und wie oben beschrieben vom Filter 38 entfernt, durch die kontinuierliche Regeneration unter Nutzung von NO₂, welches vom Vorstufenoxidationskatalysator 36 zur Verfügung gestellt wird.
In einigen Fällen steigt die Abgastemperatur nicht bis zur Aktivierungstemperatur des Vorstufenoxidationskatalysators 36 an, während einer Betriebsbedingung in der die Abgastemperatur des Motors 1 niedrig ist, beispielsweise während einer Niedrig-Geschwindigkeit und Niedrig-Auslastungsoperation, so dass das im Abgas enthaltene NO nicht oxidiert wird. Folglich wird die kontinuierliche Regeneration des Filters 38 nicht zufriedenstellend durchgeführt. Wenn diese Bedingung anhält, besteht die Gefahr, dass die Partikel sich im Filter 38 sich zu sehr anlagern und den Filter 38 verstopfen. Dazu wird dann die erzwungene Regeneration des Filters 38 durch genaues Anheben der Temperatur des Filters 38 durchgeführt entsprechend dem Anlagerungszustand der Partikel im Filter 38.
Die erzwungene Regeneration des Filters 38 wird auf der Basis einer Entscheidung über den Anlagerungszustand der Partikel in Filter 38 durchgeführt von Werten, die durch den Einleitungsdrucksensor 44 und dem Ausleitungsdrucksensor 46 erkannt werden.
Erstens, wenn der Vorstufenoxidationskatalysator 36 nicht aktiviert ist, wird die Abgastemperatur durch Steuerung des Ansaugsteuerungsventils 12 und des Abgasdrosselventils 26 in Schließrichtungen erhöht. Das Hochtemperaturabgas wird an den Vorstufenoxidationskatalysator 36 geleitet, um dadurch den Vorstufenoxidationskatalysator 36 zu aktivieren. Zu diesem Moment, wird falls nötig Treibstoff in das Abgas vom Treibstoffzuführventil 52 zugeleitet und im Hochtemperaturabgas verbrannt. Dadurch wird die Aktivierung des Vorstufenoxidationskatalysators 36 erreicht.
Nachdem der Vorstufenoxidationskatalysator 36 aktiviert wurde, wird HC des Treibstoffs, welches vom Treibstoffzuführventil 52 in das Abgas geleitet wurde, durch den Vorstufenoxidationskatalysator 36 oxidiert. Dadurch wird die Temperatur des Abgases, das in den Filter 38 fließt, weiter erhöht und die im Filter 38 angelagerten Partikel werden verbrannt.
Die Aufbereitung des im Abgas enthaltenen NOx durch Benutzung des NOx-Katalysators 40 wird durch selektives Reduzieren des NOx im Abgas durchgeführt, wobei der Ammoniak, welcher vom Harnstoffwasser produziert wird, als Reduktionsmittel benutzt wird, wobei das Harnstoffwasser von der Injektionsdüse 54 wie beschrieben in das Abgas geleitet wird.
Die Harnstoffwasserversorgungssteuerung ist hier durch die ECU 72 in einem vorgeschriebenen Steuerungskreislauf implementiert gemäß einem Flussdiagramm aus 2, wenn der Motor 1 gestartet ist.
Zuerst wird in Schritt S2 bestimmt, ob es möglich ist, Harnstoffwasser in das Abgas einzuleiten. Es ist nämlich unmöglich, wenn der NOx-Katalysator 40 die Aktivierungstemperatur nicht erreicht hat, wie kurz nach dem Start des Motors 1 oder wenn die Abgastemperatur nicht die Temperatur erreicht hat, die die Hydrolyse des Harnstoffwassers ermöglicht, NOx unter Benutzung von Ammoniak als Reduktionsmittel aufzubereiten. Dazu sollte kein Harnstoffwasser in das Abgas eingeleitet werden. Entsprechend wird in Schritt S2 eine Bestimmung durchgeführt, ob der Motor 1 in einem für die Harnstoffwasserzufuhr geeigneten Zustand ist, auf Basis eines Betriebszustands des Motors, wie beispielsweise Abgastemperatur der Einleitungsseite der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 28, welche durch den Abgastemperatursensor 50 detektiert wird.
Wenn in Schritt S2 bestimmt wird, dass die Harnstoffwasserzufuhr unangebracht ist, wird der derzeitige Steuerungskreis beendet, und die Prozedur wird von Schritt S2 aus zum nächsten Steuerungskreis fortgeführt. Die folgende Beschreibung wird dennoch unter der Voraussetzung fortgesetzt, dass der Motor 1 in dem Betriebszustand ist, dass er für die Harnstoffwasserzuleitung geeignet ist.
Wenn in Schritt S2 bestimmt wird, dass die Harnstoffwasserzufuhr angebracht ist, so setzt die Prozedur in Schritt S4 fort. In Schritt S4 wird die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 von einer Bestimmung detektiert, die auf der Abgastemperatur der Einleitungsseite der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 28 basiert, welche durch den Abgastemperatursensor 50 detektiert wird. Dazu korrespondiert die ECU 72 mit dem Katalysatortemperaturerkennungsmittel der vorliegenden Erfindung.
Im Speziellen wird die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40, wie nun beschrieben, detektiert. Zuerst wird das Motordrehmoment von der Gaspedaldruckmenge bestimmt, die durch den Geschwindigkeitsauslösesensor 76 detektiert wird, und durch die Motordrehzahl, welche durch den Drehzahlsensor 74 detektiert wird.
Zweitens wird basierend auf dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl eine Abgasflussrate des NOx-Katalysators 40 bestimmt. Unter Benutzung der Abgasflussrate des NOx-Katalysators 40 werden berechnet eine Wärmekapazität eines carriers des NOx-Katalysators 40, und die Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor 50 detektiert wird, die Menge der Hitze die dem NOx-Katalysator 40 zugeleitet wird, und die Menge der Hitze die vom NOx-Katalysator 40 entfernt wird. Basierend auf der Differenz zwischen diesen Hitzemengen wird die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 erhalten. Auf der Basis eines Wertes der internen Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40, welche hier bestimmt wird, berechnet die ECU 72 die Änderungsrate dTs der internen Temperatur Ts ebenfalls.
Die Prozedur läuft mit Schritt S6 weiter, in welchem bestimmt wird, ob ein Wert eines Versorgungsstopp-Flags F „1” ist. Das Versorgungsstopp-Flag F zeigt an, ob die Harnstoffwasserzufuhr von der Injektionsdüse 54 unterbrochen werden soll. Ein Wert von „1” zeigt das Stoppen der Versorgung an, wobei ein Wert von „0” bedeutet, dass die Versorgung erlaubt ist. Ein Initialwert des Versorgungsstopp-Flags F ist „0” und die Prozedur läuft zu dieser Zeit von Schritt S6 zum Schritt S8.
In Schritt S8 wird bestimmt, ob die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40, welche in Schritt S4 bestimmt wurde, gleich oder höher als eine erste vorgeschriebene Temperatur Td ist, und gleichzeitig gleich oder geringer als eine zweite vorgeschriebene Temperatur Tn ist, die wiederum höher als die erste vorgeschriebene Temperatur Td ist. Die erste vorgeschriebene Temperatur Td entspricht der Desorbtionsstarttemperatur bei der der auf dem NOx-Katalysator 40 adsorbierte Ammoniak beginnt vom NOx-Katalysator 40 aufgrund eines Temperaturanstiegs des NOx-Katalysators 40 zu desorbieren. Mit anderen Worten beginnt der auf dem NOx-Katalysator 40 adsorbierte Ammoniak vom NOx-Katalysator 40 zu desorbieren, wenn die interne Temperatur des NOx-Katalysators 40 die Desorbtionsstarttemperatur erreicht.
Die zweite vorgeschriebene Temperatur Tn entspricht der Adsorbtionsgrenztemperatur, welche eine obere Grenze eines Temperaturbereichs ist, in welchem Ammoniak auf dem NOx-Katalysator 40 adsorbiert werden kann. Im Speziellen wird die Ammoniakadsorbtionsmenge reduziert, wenn die Temperatur steigt, und wenn die interne Temperatur des NOx-Katalysators 40 die Adsorbtionsgrenztemperatur erreicht, dann wird der NOx-Katalysator 40 unfähig, Ammoniak zu adsorbieren.
Wenn in Schritt S8 bestimmt wird, dass die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 in den oben genannten Temperaturbereich fällt, dann springt die Prozedur zum Schritt S14. Im Gegensatz dazu setzt die Prozedur mit Schritt S10 fort, wenn bestimmt wurde, dass die interne Temperatur Ts nicht innerhalb des Temperaturbereichs liegt.
Ammoniakverlust tritt auf, wenn der auf dem NOx-Katalysator 40 adsorbierte Ammoniak vom NOx-Katalysator 40 aufgrund des Temperaturanstiegs des NOx-Katalysators 40 desorbiert. Aus diesem Grund wird gefolgert, dass es in einem derartigen Temperaturbereich keine Chance von Ammoniakverlust gibt, dass der Ammoniak nicht vom NOx-Katalysator 40 desorbiert (Temperaturbereich der niedriger ist als die Desorbtionsstarttemperatur) und in einem derartigen Temperaturbereich, dass der Ammoniak nicht auf dem NOx-Katalysator 40 adsorbiert wird (Temperaturbereich der höher ist als die Adsorbtionsgrenztemperatur). Dann setzt die Prozedur in Schritt S10 fort, in dem die Versorgungsmenge des Harnstoffwassers bestimmt wird, die von der Injektionsdüse 54 zugeführt wird.
In Schritt S10 wird die zuzuführende Menge Harnstoffwasser entsprechend der Ammoniakmenge bestimmt, die erforderlich ist, unter Benutzung des NOx-Katalysators 40 das im Abgas enthaltene NOx aufzubereiten. Folglich wird eine NOx-Abgasmenge, welche von dem Motor 1 ausgestoßen wird, basierend auf der Betriebsbedingung des Motors geschätzt, einschließlich der Motordrehzahl, welche durch den Drehzahlsensor 74 detektiert wurde, und der Treibstoffhauptinjektionsmenge, die durch die ECU 72 berechnet wurde. Zur gleichen Zeit wird basierend auf der internen Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 eine NOx-Aufbereitungsrate des NOx-Katalysators 40 bestimmt, und zwar von einer Liste die zuvor gespeichert wurde. Eine NOx-Aufbereitungsmenge, die durch den NOx-Katalysator 40 aufbereitet wurde, wird von der geschätzten NOx-Abgasmenge und der NOx-Aufbereitungsrate bestimmt, und eine Amoniakmenge wird entsprechend der NOx-Aufbereitungsmenge bestimmt. Basierend auf der derart bestimmten Ammoniakmenge wird die erforderliche Harnstoffwasserzufuhrmenge bestimmt.
Wenn die Prozedur von Schritt S10 zu Schritt S12 läuft, werden das Luftsteuerungsventil 68 und das Harnstoffwassersteuerungsventil 70 geöffnet/geschlossen, so dass das Harnstoffwasser in der in Schritt S10 bestimmten Menge über die Injektionsdüse 54 in das Abgas injiziert wird. Demgemäß wird das Harnstoffwasser von der Injektionsdüse 54 in das Abgas injiziert, welches sich im Kommunikationsweg 32 zusammen mit der unter Druck gesetzten Luft befindet.
Das Harnstoffwasser, welches über die Injektionsdüse 54 injiziert wird, wird durch die Abgashitze hydrolisiert, wodurch Ammoniak entsteht. Dieser Ammoniak wird an den NOx-Katalysator 40 geleitet und die Denitrierreaktion zwischen dem im Abgas enthaltenen NOx und dem Ammoniak wird durch den NOx-Katalysator 40 in Gang gesetzt. Auf diese Weise wird das im Abgas enthaltene NOx selektiv reduziert und in nicht schädliches N₂ transformiert.
Nachdem das Harnstoffwasser in Schritt S12 wie oben beschrieben weitergeleitet wird, wird der aktuelle Steuerungskreis beendet. Die Prozedur setzt sich dann von Schritt S2 in den nächsten Steuerungskreis fort.
In den folgenden Steuerungskreisen setzt sich die Prozedur solange wie die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 niedriger als die erste vorgeschriebene Temperatur Td ist oder höher als die zweite vorgeschriebene Temperatur Tn ist von Schritt S8 zu Schritt S10 und S12 fort, um somit das Harnstoffwasser von der Injektionsdüse 54 weiterzuleiten.
Wenn in Schritt S8 bestimmt wird, dass die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 gleich oder höher als die erste vorgeschriebene Temperatur Td und gleich oder niedriger als die zweite vorgeschriebene Temperatur Tn ist dann fällt die interne Temperatur Ts in einen derartigen Temperaturbereich, dass der Ammoniak auf dem NOx-Katalysator adsorbiert werden kann und der auf dem NOx-Katalysator 40 adsorbierte Ammoniak vom NOx-Katalysator 40 desorbiert.
Ammoniakverlust tritt auf, wenn der auf dem NOx-Katalysator 40 adsorbierte Ammoniak vom NOx-Katalysator 40 desorbiert aufgrund des Temperaturanstiegs des NOx-Katalysators 40. Folglich besteht die Möglichkeit eines Ammoniakverlustes, wenn die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 innerhalb eines derartigen Temperaturbereichs liegt.
In diesem Fall setzt sich die Prozedur zum Schritt S14 fort, in dem bestimmt wird, ob die Änderungsraste dTs der internen Temperatur Ts, welche aus der internen Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 bestimmt und im Schritt 4 detektiert wurde, gleich oder höher als ein vorgeschriebener Wert dTd ist.
Zusammen mit dem Anstieg der internen Temperatur des NOx-Katalysators 40 desorbiert der auf dem NOx-Katalysator 40 adsorbierte Ammoniak vom NOx-Katalysator 40. Falls die Temperatur relativ langsam ansteigt, desorbiert der Ammoniak aber dennoch ebenfalls langsam vom NOx-Katalysator 40. Dazu wird der Ammoniak, der vom NOx-Katalysator desorbiert wurde, als Reduktionsmittel zum selektiven Reduzieren des NOx-Verbrauchs. Folglich ist die Möglichkeit von Ammoniakverlust gering. Im Gegensatz dazu steigt die Ammoniakmenge, die vom NOx-Katalysator 40 desorbiert, ebenfalls scharf an, wenn die interne Temperatur des NOx-Katalysators 40 scharf klettert. Nicht das ganze Ammoniak, welches vom NOx-Katalysator 40 desorbiert ist, wird als Reduktionsmittel verbraucht, was in einem Ammoniakverlust resultiert.
In dieser Situation wird die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit, die den Ammoniakverlust verursacht, vorher durch ein Experiment oder dergleichen getestet, und der vorgeschriebene Wert dTd wird auf der Basis eines Testergebnisses bestimmt und in Schritt S14 benutzt.
Wenn die Änderungsraste dTs der internen Temperatur des NOx-Katalysators 40 niedriger als der vorgeschriebene Wert dTd ist, dann wird im Schritt S14 bestimmt, dass die Möglichkeit von Ammoniakverlust gering ist. Dann wandert die Prozedur zum Schritt S10 und weiterhin zum Schritt S12 und leitet dann das Harnstoffwasser von der Injektionsdüse 54 aus zu, wie oben beschrieben.
Wenn in Schritt S14 bestimmt wird, dass die Änderungsrate dTs der internen Temperatur des NOx-Katalysators 40 gleich oder höher als der vorgeschriebene Wert dTd ist, dann wird Ammoniakverlust als höchstwahrscheinlich angenommen. Dann setzt sich die Prozedur mit Schritt S16 fort, in welchem der Wert des Versorgungsstoppflags F auf „1” gesetzt wird, und der aktuelle Steuerungskreis wird beendet. In diesem Fall wird die Harnstoffwasserzufuhr von der Injektionsdüse 54 nicht ausgeführt.
Auf diese Weise wird die Harnstoffwasserzufuhr ohne Fehler abgebrochen, wenn eine hohe Wahrscheinlichkeit von Ammoniakverlust besteht.
Im nächsten Steuerungskreis wird die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 von der innenseitigen Abgastemperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 28 nochmals in Schritt S4 bestimmt. Danach wird in Schritt S6 eine Bestimmung durchgeführt, ob der Wert des Versorgungsstoppflags F „1” ist. Da der Wert des Versorgungsstoppflags F in Schritt S10 im vorherigen Steuerungskreis auf „1” gesetzt wird, setzt sich die Prozedur in Schritt S18 fort.
In Schritt S18 wird bestimmt, ob die Änderungsrate dTs der internen Temperatur Ts, welche aus der internen Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 in Schritt S4 bestimmt wird, ein negativer Wert ist, d. h. ob die interne Temperatur Ts sich in absteigender Richtung verändert.
Wie oben beschrieben, ist einer der Ammoniakverlust erzeugenden Faktoren derjenige, dass aufgrund des Anstiegs der internen Temperatur des NOx-Katalysators 40 der auf dem NOx-Katalysator 40 adsorbierte Ammoniak vom NOx-Katalysator 40 desorbiert. Dies führt zu einer Bestimmung, dass die Möglichkeit eines derartigen Ammoniakverlustes gering ist, wenn die interne Temperatur des NOx-Katalysators 40 sich in absteigender Richtung verändert. Dementsprechend wird der Wert des Versorgungsstoppflags F in Schritt S20 auf „0” gesetzt, wenn im Schritt S18 bestimmt wird, dass die Änderungsrate dTs der internen Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 einen negativen Wert hat. Die Prozedur bewegt sich dann zu Schritt S10 und weiterhin zu Schritt S12, in welchem die Versorgung des Harnstoffwassers von der Injektionsdüse 54 wieder aufgenommen wird.
Wenn die Harnstoffwasserversorgung wie beschrieben wieder aufgenommen wird, wird die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 im nächsten Steuerungskreis in Schritt S4 nochmals bestimmt, und dann wird in Schritt S6 bestimmt, ob der Wert des Versorgungssteuerflags F „1” ist. Der Wert des Versorgungsstoppflags F wird in Schritt S20 auf „0” gesetzt, so dass die Prozedur sich zum Schritt S8 fortsetzt.
Nachdem die Harnstoffwasserversorgung wieder aufgenommen wurde, wird das Harnstoffwasser über die Injektionsdüse 54 fortgesetzt weitergeleitet, solange bis in Schritt S8 bestimmt wird, dass die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 in den Temperaturbereich fällt, der durch die erste vorgeschriebene Temperatur Td und zweite vorgeschriebene Temperatur Tn definiert ist, und es wird im Schritt S14 bestimmt, dass die Änderungsrate dTs der internen Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 gleich oder höher als der vorgeschriebene Wert dTd ist.
Wenn in Schritt S18 bestimmt wird, dass die Änderungsrate dTs der internen Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 gleich oder höher als Null ist, dann wird geschlossen, dass die Möglichkeit von Ammoniakverlust immer noch hoch ist. Dazu wird der aktuelle Steuerungskreis beendet, ohne Harnstoffwasser zuzuführen.
Demgemäß bleibt die Harnstoffwasserzufuhr eingestellt, nachdem die Harnstoffwasserzufuhr von der Injektionsdüse 54 gestoppt wurde, wobei die Änderungsrate dTs der internen Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 ein negativer Wert wird.
Durch Durchführen der oben beschriebenen Harnstoffwasserzuführungssteuerung wird die Harnstoffwasserzuführung von der Injektionsdüse 54 gestoppt, wenn die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 in den Temperaturbereich fällt, der die Ammoniakadsorbtion und -desorbtion auf und von dem NOx-Katalysator 40 übernimmt, welches Faktoren in der Verursachung von Ammoniakverlust sind, und gleichzeitig ist die Änderungsrate dTs der internen Temperatur Ts oder eine Temperaturanstiegsrate der internen Temperatur Ts so scharf, dass Ammoniakverlust eintritt.
Da die Harnstoffwasserzufuhr entsprechend einer genauen Entscheidung eines solchen Zustands gestoppt wird, dass Ammoniakverlust höchstwahrscheinlich zu befürchten ist, ist es möglich, Ammoniakverlust zuverlässig abzuwenden. Weiterhin wird das Harnstoffwasser zugeführt, wenn die Möglichkeit von Ammoniakverlust gering ist, so dass die Harnstoffwasserzufuhr nicht mehr als nötig gestoppt wird, und die NOx-Aufbereitung adäquat durchgeführt werden kann. Folglich wird die Effizienz der NOx-Aufbereitung verbessert.
Da durch die Harnstoffwasserzuführsteuerung Ammoniakverlust abgewendet wird, wenn der Nachstufenoxidationskatalysator 42 den NOx-Katalysator nachgeschaltet platziert ist, wie in der vorliegenden Ausführungsform, dann ist es möglich, die, Menge von Edelmetallen zu reduzieren, die den Nachstufenoxidationskatalysator 42 trägt. Dies reduziert die Kosten der Abgasreinigungsvorrichtung.
Um die Effizienz der NOx-Aufbereitung durch den NOx-Katalysator 40 in der Situation, in der Ammoniakverlust gelegentlich auftritt, zu sichern, ist es erforderlich, zusätzliches Harnstoffwasser hinsichtlich der Menge des Ammoniakverlustes zuzuführen. Wenn Ammoniakverlust wie beschrieben in der vorliegenden Ausführungsform abgewandt wird, kann zusätzliches Harnstoffwasser reduziert werden und es ist möglich, den Harnstoffwasserverbrauch einzuschränken.
Die Beschreibung der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nun hier beendet, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
Beispielsweise wird die interne Temperatur Ts des NOx-Katalysators 40 gemäß der Ausführungsform aus der innenseitigen Abgastemperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 28 geschätzt, welche durch den Abgastemperatursensor 50 detektiert wurde.
Stattdessen kann dennoch ein Temperatursensor direkt im Inneren des NOx-Katalysators 40 als Katalysatortemperaturerkennungsmittel installiert sein.
Dies macht es möglich, die interne Temperatur des NOx-Katalysators 40 mit höherer Genauigkeit zu detektieren. Auf der anderen Seite kann die Ausführungsform einen Anstieg der internen Temperatur des NOx-Katalysators 40 detektieren, bevor die interne Temperatur ansteigt, und zwar entsprechend der Schätzung basierend auf der Abgastemperatur, welche in der Einleitungsseite des NOx-Katalysators 40 detektiert wurde. Folglich kann die Resonanz der Harnstoffwasserzufuhrsteuerung verbessert werden.
Weiterhin wird in der Ausführungsform die Treibstoffzufuhr durch Mittel des Treibstoffzuführventils 52 durchgeführt, wenn der Filter 38 erzwungen regeneriert wird, so dass der Vorstufenoxidationskatalysator 36 und der Filter 38 bezüglich ihrer Temperatur ansteigen. Alternativ ist es möglich, zusätzliche Treibstoffinjektion von den Injektoren 4 durch Durchführen von Nachinjektion neben der Hauptinjektion vorzusehen.
Gemäß der Ausführungsform ist der Filter 28 innerhalb des Einleitungsgehäuses 30 positioniert und der NOx-Katalysator 40 innerhalb des Ausleitungsgehäuses 34. Dennoch kann der Filter 38 dem NOx-Katalysator 40 innerhalb des Ausleitungsgehäuses 34 vor- oder nachgeschaltet platziert sein. Weiterhin muss der Filter 38 nicht notwendigerweise vorgesehen sein.
In der Ausführungsform ist die Injektionsdüse 54 zum Zuführen des Harnstoffwassers im Kommunikationsweg 32 eingeschoben. Wenn die Anordnung des Filters 38 wie oben beschrieben verändert wird, dann kann dennoch die Injektionsdüse 54 entweder im Kommunikationsweg 32 wie im Ausführungsbeispiel eingeschoben sein oder dem NOx-Katalysator 40 im Ausleitungsgehäuse 34 nachgeschaltet angeordnet sein.
Wenn auch die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 28 aus zwei Elementen konstruiert ist, nämlich dem Einleitungsgehäuse 30 und dem Ausleitungsgehäuse 34, ist es auch möglich, den Vorstufenoxidationskatalysator 36, den Filter 38, den NOx-Katalysator 40 und den Nachstufenoxidationskatalysator 42 in einem einzigen Gehäuse anzuordnen.
Die Ausführungsform führt Ammoniak an den NOx-Katalysator 40 zu, indem Harnstoffwasser von der Injektionsdüse 54 zugeleitet wird. Dennoch kann Ammoniak direkt an den NOx-Katalysator durch Nutzen der Injektionsdüse 54 oder anderer Mittel zugeführt werden. Alternativ kann anstatt von Harnstoffwasser Material in das Abgas eingeleitet werden, das in Abgas in Ammoniak transformiert werden kann.
Schließlich ist der Typ des Motors nicht auf diesen beschränkt, auch wenn die Ausführungsform durch Anwenden der vorliegenden Erfindung auf eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Dieselmotors gemacht wurde. Alle Arten von Motoren sind anwendbar, solange wie sie einen NOx-Katalysator vom Ammoniak-selektiven Reduktionstyp und Mittel zum Zuführen von Ammoniak in den NOx-Katalysator haben.

Claims

Abgas-Reinigungsvorrichtung, umfassend: einen NOx-Katalysator (40), welcher in einen Abgasweg (20) von einem Motor (1) eingeschoben ist, und NOx, welches im Abgas enthalten ist, durch Benutzen von Ammoniak als Reduktionsmittel aufbereitet; ein Ammoniak-Versorgungsmittel (54), das eingerichtet ist, den NOx-Katalysator (40) mit Ammoniak zu versorgen; ein Katalysatortemperatur-Erkennungsmittel, welches zur Erkennung der internen Temperatur (Ts) des NOx-Katalysators (40) eingerichtet ist; und ein Steuermittel (72), welches zur Steuerung des Ammoniak-Versorgungsmittels (54) eingerichtet ist, auf der Basis eines Wertes der internen Temperatur (Ts) des NOx-Katalysators 40, welcher mittels des Katalysatortemperatur-Erkennungsmittel bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass: – das Steuermittel (72) die Ammoniakversorgung vom Ammoniak-Versorgungsmittel (54) stoppt, wenn eine Stoppbedingung im Prozess, in dem der NOx-Katalysator (40) vom Ammoniak-Versorgungsmittel (54) mit Ammoniak versorgt wird, erfüllt ist, dass die Temperatur (Ts), welche durch das Katalysatortemperatur-Erkennungsmittel erkannt wird, zwischen einer ersten vorgeschriebenen Temperatur (Td) und einer zweiten vorgeschriebenen Temperatur (Tn) ist, welche höher ist als die erste vorgeschriebene Temperatur (Td), und eine Änderungsrate (dTs) der internen Temperatur (Ts) des NOx-Katalysators (40) gleich oder höher als ein vorbestimmter Wert (dTd) ist.
Abgas-Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die erste vorgeschriebene Temperatur auf der Basis einer Desorptions-Starttemperatur gesetzt wird, bei welcher der auf dem NOx-Katalysator (40) adsorbierte Ammoniak aufgrund eines Temperaturanstiegs des NOx-Katalysators (40) beginnt vom NOx-Katalysator (40) zu desorbieren.
Abgas-Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass: die zweite vorgeschriebene Temperatur (Tn) auf der Basis einer Adsorptions-Grenztemperatur gesetzt wird, welche eine obere Grenze von einem Temperaturbereich ist, in welchem Ammoniak auf dem NOx-Katalysator (40) adsorbiert werden kann.
Abgas-Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass: nach dem Stoppen der Ammoniakversorgung durch das Ammoniak-Versorgungsmittel (54), wenn die Stoppbedingung erfüllt ist, das Steuermittel (72) die Ammoniakversorgung vom Ammoniak-Versorgungsmittel (54) wieder aufnimmt, wenn eine interne Temperaturänderung des NOx-Katalysators (40) in absteigender Richtung stattfindet.