DE102009026510B4

DE102009026510B4 - Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102009026510B4
Application number: DE102009026510A
Authority: DE
Inventors: Osamu Shimomura; Masakazu Sakata; Masatoshi Maruyama
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2029-05-28
Also published as: DE102009026510A1; JP2009293444A; US8176730B2; JP4598843B2; US20090293459A1

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die bei einem Abgasreinigungssystem Anwendung findet, das einen in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehenen NOx-Katalysator (13) zum Adsorbieren eines Reduktionsmittels und zum selektiven Reinigen von NOx im Abgas mit dem Reduktionsmittel hat und das das Reduktionsmittel unter Verwendung einer Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (13) zudosiert, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung eine Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator (13) berechnet und beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge eine Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge steuert, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) zudosiert wird, mit:
einer Ermittlungseinrichtung (M8) zum Ermitteln der Temperatur des NOx-Katalysators (13) oder einer mit der Temperatur des NOx-Katalysators (13) korrelierenden Temperaturinformation durch Messung oder Abschätzung; und
einer Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) zum Umschalten eines Ausführungsmodus der Steuerung der Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge beruhend auf der von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelten Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation,
gekennzeichnet durch
eine Basiswert-Berechnungseinrichtung (M3, S12, S32, S42, S52)...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor. Die Erfindung kann insbesondere gunstig bei einem Abgasreinigungssystem Anwendung finden, das zum selektiven Reinigen von NOx (Stickoxiden) in Abgas selektive katalytische Reduktion (SCR) unter Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel nutzt. Das obige System ist als ein Harnstoff-SCR-System bekannt, da als Reduktionsmittel im Allgemeinen eine wassrige Harnstofflösung verwendet wird.
In den letzten Jahren ist als ein Abgasreinigungssystem, das in einem Motor (insbesondere einem Dieselmotor), der in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen eingesetzt wird, mit einer hohen Reinigungsrate NOx im Abgas reinigt, ein Harnstoff-SCR-System entwickelt und teilweise in den praktischen Einsatz uberfuhrt worden. Als Harnstoff-SCR-System ist der folgende Aufbau bekannt. Und zwar ist in dem Harnstoff-SCR-System an einem Abgasrohr, das mit einem Motorhauptköper verbunden ist, ein mit selektiver Reduktion arbeitender NOx-Katalysator vorgesehen, und stromaufwärts von dem NOx-Katalysator ist ein Harnstofflösungszudosierungsventil zum Zudosieren einer (wässrigen) Harnstofflosung als NOx-Reduktionsmittel in das Abgasrohr vorgesehen.
In dem oben beschriebenen System wird die Harnstofflosung durch das Harnstofflösungszudosierungsventil in das Abgasrohr zudosiert, so dass NOx in dem Abgas auf dem NOx-Katalysator selektiv reduziert und entfernt wird. Bezüglich der Reduktion von NOx wird Ammoniak (NH3) erzeugt, wenn die Harnstofflosung mit Abgaswarme hydrolisiert wird. Das Ammoniak lagert sich an dem NOx-Katalysator an, und auf dem NOx-Katalysator findet eine auf dem Ammoniak beruhende Reduktionsreaktion statt. Auf diese Weise wird NOx reduziert und gereinigt.
Um die NOx-Reinigungsrate in dem NOx-Katalysator zu erhöhen und um gleichzeitig das Auftreten von Ammoniakschlupf zu verhindern, ist es notwendig, dem NOx-Katalysator gerade genug Ammoniak zuzufuhren. Daher ist eine Technologie vorgeschlagen worden, die eine Ammoniakadsorptionsmenge in einem NOx-Katalysator (d. h. eine Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge) abschatzt und die beruhend auf der Abschatzung eine Harnstofflosungszudosierungsmenge eines Harnstofflösungszudosierungsventils steuert (wie zum Beispiel in dem Patentdokument 1: JP 2003-293737 A oder dem Patentdokument 2: JP 2003-293738 A beschrieben ist). Genauer gesagt werden die von dem Motor ausgestoßene NOx-Ausstoßmenge und eine tatsachliche NOx-Reinigungsrate in dem NOx-Katalysator berechnet. Beruhend auf der NOx-Ausstoßmenge und der tatsachlichen NOx-Reinigungsrate wird eine Ammoniakverbrauchsmenge in dem NOx-Katalysator berechnet. Beruhend auf der Ammoniakverbrauchsmenge und der Harnstofflösungszudosierungsmenge zu diesem Zeitpunkt wird die Ammoniakadsorptionsmenge berechnet. Die Harnstofflösungszudosierungsmenge wird in Übereinstimmung mit der Ammoniakadsorptionsmenge gesteuert.
Es ist schwierig, die Ammoniakadsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator direkt zu messen. Daher setzen Technologien, zu denen die oben beschriebene herkömmliche Technologie gehört, im Allgemeinen einen Aufbau ein, der die Ammoniakadsorptionsmenge anhand eines Messwerts eines NOx-Sensors oder dergleichen abschätzt, der in dem Abgasrohr vorgesehen ist.
Allerdings geht man davon aus, dass die Berechnungsgenauigkeit der Ammoniakadsorptionsmenge sinkt, wenn der NOx-Katalysator aufgrund eines Temperaturanstiegs in einen vorbestimmten Zustand hoher Temperatur gebracht wird. Das heißt, man geht davon aus, dass sich der Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator in Übereinstimmung mit der Katalysatortemperatur ändert. Wenn der Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge klein ist, kommt es tendenziell zu einem Ammoniakschlupf. Unter der Bedingung, dass es tendenziell zu dem Ammoniakschlupf kommt, ist eine richtige Berechnung der Ammoniakadsorptionsmenge schwierig. Dementsprechend bestehen Bedenken, dass die Genauigkeit der Harnstofflösungszudosierungssteuerung und letztlich die NOx-Reinigungsrate sinkt.
Darüber hinaus ist aus der DE 10 2006 009 935 A1 eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 2 und 3 bekannt. Bei dieser Abgasreinigungsvorrichtung wird die Zudosierungsmenge des Reduktionsmittels in einem ersten, oberen Temperaturbereich derart eingestellt, dass möglichst ein vorgegebener Sollwert für den NH₃-Füllstand im NOx-Katalysator erreicht wird. In einem zweiten, unteren Temperaturbereich wird dem NOx-Katalysator dagegen kein Reduktionsmittel zudosiert, damit vermieden wird, dass nicht oder unzureichend aufbereitetes und somit inaktives Reduktionsmittel auf den NOx-Katalysator gelangt. In einem dritten, mittleren Temperaturbereich wird die Zudosierungsmenge wenigstens zeitweise um ein vorgegebenes Maß erhöht, um den NH₃-Füllstand über das sonst vorgesehene Maß hinaus zu erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine alternative Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, die dazu im Stande ist, geeignet eine Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung und letztlich geeignet eine NOx-Reinigung in einem NOx-Katalysator durchzuführen.
Diese Aufgabe wird durch eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 und eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 3 gelöst.
Gemäß diesen drei exemplarischen Ausgestaltungen der Erfindung findet eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bei einem Abgasreinigungssystem Anwendung, das einen in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehenen NOx-Katalysator (SCR-Katalysator) zum Adsorbieren eines Reduktionsmittels und zum selektiven Reinigen von NOx im Abgas mit dem Reduktionsmittel hat und das das Reduktionsmittel unter Verwendung einer Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts von dem NOx-Katalysator zudosiert. Die Abgasreinigungsvorrichtung berechnet eine Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator und steuert beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge eine Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung zudosiert wird. Die Abgasreinigungsvorrichtung hat eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Temperatur des NOx-Katalysators oder einer mit der Temperatur des NOx-Katalysators korrelierenden Temperaturinformation durch Messung oder Abschätzung. Die Abgasreinigungsvorrichtung hat eine Steuerungsumschalteinrichtung zum Umschalten eines Ausführungsmodus der Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung beruhend auf der von der Ermittlungseinrichtung ermittelten Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation. Die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge kann beruhend auf einer Bilanz zwischen Zufuhr und Verbrauch des Reduktionsmittels in dem NOx-Katalysator berechnet werden.
In dem NOx-Katalysator ändert sich kurz gesagt der Grenzwert der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge in Übereinstimmung mit der Katalysatortemperatur. Ein allgemeiner Zusammenhang zwischen diesen Werten ist in 4 gezeigt. Und zwar nimmt der Grenzwert der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge (Qamm in 4) ab, wenn die Katalysatortemperatur (Tscr in 4) zunimmt. Wenn sich der NOx-Katalysator im Zustand hoher Temperatur befindet, wird daher das Reduktionsmittel, das dem NOx-Katalysator zugeführt wird, tendenziell zu viel. Wenn das Reduktionsmittel zu viel wird, wird es stromabwärts vom NOx-Katalysator abgegeben (d. h. es kommt zum Ammoniakschlupf). Man geht davon aus, dass das passende Management der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge schwierig ist und dass die auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhende Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung in diesem Fall, d. h. falls sich der NOx-Katalysator im Zustand hoher Temperatur befindet, nicht geeignet durchführen lässt.
Der Ausführungsmodus der Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung wird dabei beruhend auf der NOx-Katalysatortemperatur oder der Temperaturinformation umgeschaltet. Die Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung lässt sich daher auch dann geeignet durchführen, wenn das passende Management der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge aufgrund des Anstiegs der NOx-Katalysatortemperatur schwierig ist.
Dadurch kann die NOx-Reinigung in dem NOx-Katalysator geeignet durchgeführt werden.
Wenn sich der NOx-Katalysator in dem Zustand hoher Temperatur befindet, wird der Ausführungsmodus der Steuerung gemäß den Ansprüchen 1 und 2 wie in dem folgenden Aufbau (1) oder (2) geändert. In beiden Fällen kann eine passende Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung durchgeführt werden, wenn sich der NOx-Katalysator im Zustand hoher Temperatur befindet.

(1) Gemäß Anspruch 1 hat die Abgasreinigungsvorrichtung außerdem eine Basiswert-Berechnungseinrichtung und eine Korrekturwert-Berechnungseinrichtung. Die Basiswert-Berechnungseinrichtung berechnet beruhend auf der jedes Mal in den NOx-Katalysator eingeleiteten NOx-Menge einen Basiswert für die Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung zudosiert wird. Die Korrekturwert-Berechnungseinrichtung berechnet auf der jeweiligen Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge einen Korrekturwert für die Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung zudosiert wird. Die Steuerungsumschalteinrichtung führt die Zudosierungsmengensteuerung beruhend auf einem Zudosierungsmengensteuerungswert durch, der anhand des Basiswerts und des Korrekturwerts für die Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge berechnet wird, wenn die von der Ermittlungseinrichtung ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation niedriger als ein vorbestimmter Wert ist. Die Steuerungsumschalteinrichtung führt die Zudosierungsmengensteuerung beruhend auf einem aus dem Basiswert berechneten Zudosierungsmengensteuerungswert (d. h. beruhend auf einem Zudosierungsmengensteuerungswert, der ohne den Korrekturwert berechnet wird) durch, wenn die von der Ermittlungseinrichtung ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation höher als ein vorbestimmter Wert ist.
(2) Gemäß Anspruch 2 hat die Abgasreinigungsvorrichtung außerdem eine Reinigungsraten-Berechnungseinrichtung und eine Steuerungseinrichtung. Die Reinigungsraten-Berechnungseinrichtung berechnet eine NOx-Reinigungsrate in dem NOx-Katalysator. Die Steuerungseinrichtung steuert beruhend auf dem berechneten Wert der jeweiligen NOx-Reinigungsrate die Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung zudosiert wird. Die Steuerungsumschalteinrichtung schaltet von der auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhenden Zudosierungsmengensteuerung zu der auf der NOx-Reinigungsrate basierenden Zudosierungsmengensteuerung um, wenn die von der Ermittlungseinrichtung ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation höher als ein vorbestimmter Wert ist.

Gemäß Anspruch 3 schaltet die Steuerungsumschalteinrichtung die Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung zwischen einer ersten Steuerung, die beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge erfolgt, und einer zweiten Steuerung um, die nicht auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge erfolgt. Es ist eine Hysterese vorgesehen zwischen einem Katalysatortemperaturschwellwert in dem Fall des Umschaltens von der ersten Steuerung zur zweiten Steuerung und einem Katalysatortemperaturschwellwert im Fall des Umschaltens von der zweiten Steuerung zur ersten Steuerung.
Indem auf diese Weise die Hysterese eingestellt wird, kann die Häufigkeit des Steuerungsumschaltens zwischen der ersten Steuerung und der zweiten Steuerung verringert werden. Der Temperaturbereich, in dem das Steuerungsumschalten erfolgt (d. h. ein vorbestimmter Temperaturbereich, der den Katalysatortemperaturschwellwert einschließt) ist der Bereich, in dem die Genauigkeit der auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhenden Zudosierungsmengensteuerung tendenziell sinkt. Das Absinken der Steuerungsgenauigkeit kann verhindert werden, indem die Häufigkeit des Steuerungsumschaltens in diesem Temperaturbereich verringert wird.
Zum Beispiel kann, nachdem die auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhende Zudosierungsmengensteuerung (d. h. die erste Steuerung) angehalten wurde, als die Katalysatortemperatur die hohe Temperatur erreichte, der Zeitpunkt der Wiederaufnahme der gleichen Zudosierungsmengensteuerung (d. h. der ersten Steuerung) verzögert werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Zudosierungsmengensteuerung zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhenden Zudosierungsmengensteuerung verbessert werden.
Die Steuerungsumschalteinrichtung kann die auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhende Zudosierungsmengensteuerung jedes Mal anhalten, wenn die von der Ermittlungseinrichtung ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation höher als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn die NOx-Katalysatortemperatur hoch ist, ist die NOx-Menge verglichen mit der Menge des Reduktionsmittels, die an dem NOx-Katalysator anhaften kann, groß und ist die Dauer der NOx-Reinigungsreaktion kurz. Daher besteht kein Bedarf, die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge besonders zu berücksichtigen. Die NOx-Reinigungsgrate kann auch dann aufrecht erhalten werden, wenn die Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung durchgeführt wird, ohne die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge zu berücksichtigen.
Die Abgasreinigungsvorrichtung kann eine Regelung der Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge durchführen, um die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge, die jedes Mal berechnet wird, einem Zielwert anzugleichen. Die Steuerungsumschalteinrichtung ändert beruhend auf der jedes Mal von der Ermittlungseinrichtung ermittelten Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation einen Verstärkungsfaktor der Regelung und/oder eine Obergrenze eines Regelungsbetrags der Regelung. Wenn sich die NOx-Katalysatortemperatur zum Beispiel bei der hohen Temperatur befindet, wird der Verstärkungsfaktor oder die Obergrenze des Regelungsbetrags beruhend auf der momentanen Katalysatortemperatur auf einen kleinen Wert geändert.
Indem auf diese Weise die Regelungsverstärkung oder die Obergrenze des Regelungsbetrags geändert wird, kann das Verhalten der Steuerung, mit der sie dem Zielwert folgt, geeignet geändert werden, wenn die Katalysatortemperatur hoch wird, und zwar mit einem Aufbau, der zum Beispiel die auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhende Zudosierungsmengensteuerung anhält, wenn die Katalysatortemperatur hoch wird. Daher kann das Umschalten bei dem Aufbau, der zwischen dem Anhalten und der Wiederaufnahme der auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhenden Zudosierungsmengensteuerung umschaltet, reibungslos erfolgen.
Es gibt eine Korrelation zwischen der Betriebslast des Verbrennungsmotors und der Temperatur des NOx-Katalysators. Wenn die Betriebslast des Verbrennungsmotors zum Beispiel hoch ist (d. h. während eines Zeitraums hoher Last), steigt die Katalysatortemperatur, da die Abgastemperatur steigt. Daher kann die Ermittlungseinrichtung eine Lastinformation des Verbrennungsmotors als die Temperaturinformation des NOx-Katalysators ermitteln. Die Steuerungsumschalteinrichtung schaltet den Ausführungsmodus der Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung dann beruhend auf der jeweiligen Lastinformation des Verbrennungsmotors um. Auch bei diesem Aufbau kann die Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung geeignet durchgeführt werden.
Wie in 4 gezeigt ist, nimmt der Grenzwert der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge Qamm in dem NOx-Katalysator ab und nähert sich Null, wenn die Katalysatortemperatur Tscr zunimmt. Das heißt, dass die tatsächliche Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator im Wesentlichen Null ist, wenn sich der NOx-Katalysator im Zustand hoher Temperatur befindet. Daher kann die Abgasreinigungsvorrichtung außerdem eine Initialisierungseinrichtung haben, um die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge zu initialisieren, wenn die von der Ermittlungseinrichtung ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation den vorbestimmten Bereich hoher Temperatur erreicht. Indem die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge auf diese Weise initialisiert wird, kann die Berechnungsgenauigkeit der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge aufrecht erhalten werden.
In dem NOx-Katalysator erfolgt die Adsorption des Reduktionsmittels im Betriebszustand des Verbrennungsmotors in Übereinstimmung mit der Bilanz zwischen der Zufuhr und dem Verbrauch des Reduktionsmittels. Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der obigen Ausgestaltung der Erfindung berechnet die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge im Ansprechen auf die Adsorption des Reduktionsmittels durch Summierung der Zeitreihendaten. Die Verarbeitung zum Einstellen des Anfangwerts, um die Summierung der Zeitreihendaten einmal zurückzustellen, entspricht der Initialisierung.
Die Initialisierungseinrichtung kann die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge auf Null oder einen Wert nahe bei Null initialisieren, wenn die von der Ermittlungseinrichtung ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation den vorbestimmten Bereich hoher Temperatur erreicht.
Die Abgasreinigungsvorrichtung kann außerdem eine Grenzwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen haben, um einen Grenzwert der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhend auf einem Zusammenhang zwischen der Katalysatortemperatur und dem Grenzwert der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge des NOx-Katalysators zu berechnen. Die Initialisierungseinrichtung initialisiert die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge dann mit dem Grenzwert der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge, wenn die von der Ermittlungseinrichtung ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation den vorbestimmten Bereich hoher Temperatur erreicht.
Im Folgenden werden zusätzlich weitere Technologien beschrieben, die anhand der Beschreibung nachvollzogen werden können. Die Wirkungen der folgenden Technologien überschneiden sich mit den Wirkungen der oben beschriebenen achten exemplarischen Ausgestaltung der Erfindung.

(a) Eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor findet bei einem Abgasreinigungssystem Anwendung, das einen in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehenen NOx-Katalysator zum Adsorbieren eines Reduktionsmittels und zum selektiven Reinigen von NOX im Abgas mit dem Reduktionsmittel hat und das das Reduktionsmittel unter Verwendung einer Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts von dem NOx-Katalysator zudosiert. Die Abgasreinigungsvorrichtung berechnet eine Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator und steuert beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge eine Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung zudosiert wird. Die Abgasreinigungsvorrichtung hat eine Ermittlungseinrichtung und eine Initialisierungseinrichtung. Die Ermittlungseinrichtung ermittelt die Temperatur des NOx-Katalysators oder mit der Temperatur des NOx-Katalysators korrelierende Temperaturinformationen durch Messung oder Abschätzung. Die Initialisierungseinrichtung initialisiert die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge in einem Fall, in dem die Katalysatortemperatur einen vorbestimmten Bereich hoher Temperatur erreicht, oder in einem gleichwertigen Fall. Die folgende Technologie (b) oder (c) kann mit der oben beschriebenen Technologie (a) kombiniert werden.
(b) Die Initialisierungseinrichtung initialisiert in dem Fall, in dem die Katalysatortemperatur den vorbestimmten Bereich hoher Temperatur erreicht, oder in dem gleichwertigen Fall die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge auf Null oder einen Wert nahe bei Null.
(c) Die Abgasreinigungsvorrichtung hat außerdem eine Einrichtung zum Berechnen eines Grenzwerts der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhend auf einem Zusammenhang zwischen der Katalysatortemperatur und dem Grenzwert der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge des NOx-Katalysators. Die Initialisierungseinrichtung initialisiert Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge in dem Fall, in dem die Katalysatortemperatur den vorbestimmten Bereich hoher Temperatur erreicht, oder in dem gleichwertigen Fall die mit dem Grenzwert der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge.

Aus dem Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen ergeben sich die Merkmale und Vorteile von Ausfuhrungsbeispielen der Erfindung sowie der Betriebsweise und der Funktionsweise der zugehorigen Teile. Die Zeichnungen zeigen Folgendes:
1 ein Aufbaudiagramm, das eine Skizze eines Abgasreinigungssystems gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 ein Funktionsblockdiagramm, das eine Gesamtgestaltung einer Harnstofflösungszudosierungssteuerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ein Ablaufdiagramm, das eine Harnstofflosungszudosierungssteuerungsverarbeitung gemaß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der Katalysatortemperatur und einem Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge zeigt;
5 ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge und einer NOx-Reinigungsrate zeigt;
6 ein Ablaufdiagramm, das eine Harnstafflösungszudosierungssteuerungsverarbeitung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
7 ein Zeitdiagramm zum Erlautern eines Umschaltvorgangs der Ammoniakadsorptionsmengensteuerung gemaß dem zweiten Ausführungsbeispiels;
8 ein Ablaufdiagramm, das eine Harnstofflosungszudosierungssteuerungsverarbeitung gemaß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
9A ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der SCR-Katalysatortemperatur und einer Regelobergrenze gemäß dem dritten Ausfuhrungsbeispiel zeigt;
9B ein Diagramm, das einen Zusammenhang zwischen der SCR-Katalysatortemperatur und einem Regelverstärkungsfaktor gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt; und
10 ein Ablaufdiagramm, das eine Harnstofflosungszudosierungssteuerungsverarbeitung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Abgasreinigungsvorrichtung gemaß verschiedenen Ausfuhrungsbeispielen der Erfindung beschrieben.
Erstes Ausfuhrungsbeispiel
Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung reinigt NOx in Abgas unter Verwendung eines mit selektiver Reduktion arbeitenden Katalysators und ist als ein Harnstoff-SCR-System aufgebaut. Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 ausfuhrlich der Aufbau des Systems erlautert. 1 ist ein schematisches Aufbaudiagramm, das eine Skizze des Harnstoff-SCR-Systems gemaß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Das System hat verschiedene Aktoren, verschiedene Sensoren, eine ECU 40 (eine elektronische Steuerungseinheit) und dergleichen, um Abgas zu reinigen, das von einem Dieselmotor (nicht gezeigt) ausgestoßen wird, der in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist.
Bezuglich des Aufbaus des Motorabgassystems sind von einer stromaufwärtigen Seite in einem Abgasrohr 11 aus in dieser Reihenfolge ein Oxidationskatalysator 12 und ein mit selektiver Reduktion arbeitender Katalysator 13 (nachstehend als SCR-Katalysator bezeichnet) vorgesehen. Das Abgasrohr 11 ist mit einem Motorhauptkorper (nicht gezeigt) verbunden und definiert einen Abgaskanal. Zwischen dem Oxidationskatalysator 12 und dem SCR-Katalysator 13 sind in dem Abgasrohr 11 ein Harnstofflösungszudosierungsventil 15 zum Dosieren und Zufuhren einer (wässrigen) Harnstofflösung als Reduktionsmittel in das Abgasrohr 11, ein NOX-Sensor 16 und ein Temperatursensor 17 vorgesehen. Stromabwärts von dem SCR-Katalysator 13 ist in dem Abgasrohr 11 ein NOx-Sensor 18 vorgesehen. Der NOx-Sensor 16 fühlt eine NOx-Konzentration in dem Abgas stromautwarts von dem SCR-Katalysator 13 ab. Der NOx-Sensor 18 fühlt die NOx-Konzentration in dem Abgas stromabwarts von dem SCR-Katalysator 13 ab. In der folgenden Beschreibung wird der NOx-Sensor 16 auch als stromaufwärtiger NOx-Sensor bezeichnet, und der NOx-Sensor 18 wird auch als stromabwartiger NOx-Sensor bezeichnet.
Stromabwärts von dem SCR-Katalysator 13 ist in dem Abgasrohr 11 außerdem ein Oxidationskatalysator 19 als Ammoniakentfernungseinrichtung vorgesehen, um von dem Katalysator 13 abgegebenes Ammoniak (NH3), d. h. das uberschüssige Ammoniak, zu entfernen. Stromaufwärts von dem Oxidationskatalysator 12 ist in dem Abgasrohr 11 ein Temperatursensor 20 vorgesehen, um die Temperatur des aus dem Motorhauptkörper ausgestoßenen Abgases abzufuhlen.
In dem oben genannten Aufbau des Abgassystems geht das von dem Motorhauptkorper ausgestoßene Abgas durch den Oxidationskatalysator 12. Dabei wird NO (Stickstoffmonoxid) in dem Abgas aufgrund der Oxidationswirkung des Oxidationskatalysators 12 zu NO2 (Stickstoffdioxid) umgewandelt. Dann erfolgt unter Verwendung des Ammoniaks eine NOx-Reduktion in dem SCR-Katalysator 13. Die Einzelheiten zur NOx-Reduktion werden spater erlautert.
Der Oxidationskatalysator 12 kann auch als eine Vorrichtung vorgesehen sein, die mit einem DPF (Dieselpartikelfilter) eine Einheit bildet, der eine Partikelentfernungsvorrichtung darstellt. In diesem Fall kann der Oxidationskatalysator 12 mit dem DPF eine Einheit bilden, indem Oxidationskatalysator 12 stromaufwärts von dem DPF vorgesehen wird oder indem auf Zellenoberflächen des als Träger dienenden DPF Platin oder dergleichen aufgebracht wird. Der DPF ist ein sich kontinuierlich regenerierender Partikelentfernungsfilter zum Sammeln von Partikeln im Abgas. Die von dem DPF gesammelten Partikel werden zum Beispiel durch eine Nacheinspritzung, die nach einer Haupteinspritzung in den Dieselmotor erfolgt, verbrannt und entfernt. Das Verbrennen und das Entfernen der Partikel entsprechen dem Regenerierungsvorgang. Der DPF kann somit kontinuierlich genutzt werden.
Der SCR-Katalysator 13 fördert eine Reduktionsreaktion von NOx (d. h. eine Abgasreinigungsreaktion). Der SCR-Katalysator 13 fördert die folgenden Reaktionen, um NOx in dem Abgas zu reduzieren: NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (Ausdruck 1) 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (Ausdruck 2) 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O (Ausdruck 3)
Das stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 13 befindliche Harnstofflosungszudosierungsventil 15 dosiert und fuhrt in den obigen Reaktionen das Ammoniak (NH3) als das NOx-Reduktionsmittel zu.
Das Harnstofflosungszudosierungsventil 15 hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie ein vorhandener Injektor zur Benzineinspritzung, weswegen ein weithin bekannter Aufbau dieses vorhandenen Injektors als Aufbau des Harnstofflosungszudosierungsventils 15 eingesetzt werden kann. Daher wird der Aufbau im Folgenden nur kurz erläutert. Das Harnstofflösungszudosierungsventil 15 ist als ein elektromagnetisches Ein-Aus-Ventil aufgebaut, das einen Antriebsabschnitt, der von einer elektromagnetischen Solenoidspule und dergleichen gebildet wird, und einen Ventilkörperabschnitt hat, der eine Nadel zum Öffnen und Schließen eines Kopfeinspritzlochabschnitts 15a hat. Das Harnstofflösungszudosierungsventil 15 öffnet und schließt sich entsprechend einem Einspritzansteuerungssignal von der ECU 40. Und zwar bewegt sich die Nadel, falls die elektromagnetische Solenoidspule beruhend auf dem Einspritzansteuerungssignal aktiviert wird, aufgrund der Aktivierung in eine Ventilöffnungsrichtung, so dass von dem Kopfeinspritzlochabschnitt 15a aus die Harnstofflosung zudosiert (eingespritzt) wird.
Die Harnstofflösung wird dem Harnstofflösungszudosierungsventil 15 sukzessive von einem Harnstofflosungstank 21 zugefuhrt. Als nächstes wird der Aufbau des Harnstofflösungs-Zuführungssystems erläutert.
Der Harnstofflosungstank 21 wird von einem luftdichten Behälter mit einer Flüssigkeitszufuhrungskappe gebildet und speichert in seinem Inneren die Harnstofflösung mit einer vorgeschrieben Konzentration (32,5%). In dem Harnstofflösungstank 21 ist eine Harnstofflösungspumpe 22 derart vorgesehen, dass sie in der Harnstofflösung eingetaucht ist. Die Harnstofflosungspumpe 22 ist eine elektrische Pumpe, die von einem Ansteuerungssignal von der ECU 40 angesteuert wird, damit sie sich dreht. Mit der Harnstofflösungspumpe 22 ist ein Ende eines Harnstofflosungszufuhrrohrs 23 verbunden, während das andere Ende des Harnstofflösungszufuhrrohrs 23 mit dem Harnstofflosungszudosierungsventil 15 verbunden ist. Das Harnstofflösungszufuhrrohr 23 definiert einen Harnstofflösungskanal. Wenn die Harnstofflösungspumpe 22 angesteuert wird, so dass sie sich dreht, wird die Harnstofflosung angesaugt und über das Harnstofflösungszufuhrrohr 23 zum Harnstofflösungszudosierungsventil 15 abgegeben.
Die Harnstofflösungspumpe 22 ist eine Turbinenpumpe, die zum Beispiel mit einem (Elektro-)Motor als Antriebsquelle ausgestattet ist. Die Harnstofflösungspumpe 22 ist so aufgebaut, dass sich ein Flügelrad dreht und die Harnstofflösung aus mehreren Flugelnuten, die auf einem Flügelradaußenumfangsabschnitt ausgebildet sind, herausgepumpt wird, wenn der Elektromotor angetrieben wird. Alternativ kann als Harnstofflösungspumpe 22 eine andere Pumpenbauart wie eine Rotorpumpe eingesetzt werden. Das System ist mit einem Druckregelventil 24 ausgestattet, um den Druck der Harnstofflosung zu regeln. Mit dem Druckregelventil 24 wird geeignet der Förderdruck der Harnstofflösungspumpe 22 geregelt. In einem Abgabeöffnungsabschnitt der Harnstofflösungspumpe 22 ist ein (nicht gezeigter) Filter vorgesehen, um die Harnstofflösung zu filtern. Die sukzessive abgegebene Harnstofflösung wird zum Harnstofflösungszufuhrrohr 23 abgegeben, nachdem mit dem Filter Fremdstoffe aus der Harnstofflosung entfernt wurden.
Die ECU 40 ist der Hauptteil, der in dem oben beschriebenen System als die elektronische Steuerungseinheit die die Abgasreinigung betreffende Steuerung durchführt. Die ECU 40 hat einen (nicht gezeigten) Mikrocomputer und führt verschiedene Arten von die Abgasreinigung betreffenden Steuerungen durch, indem sie beruhend auf Abfuhlwerten der verschiedenen Sensoren in gewunschten Modi die verschiedenen Aktoren betatigt, zu denen das Harnstofflosungszudosierungsventil 15 gehört. Genauer gesagt wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel zu einem geeigneten Zeitpunkt eine geeignete Menge der Harnstofflosung in das Abgasrohr 11 zudosiert und zugefuhrt, indem zum Beispiel die Aktivierungsdauer (d. h. die Ventilöffnungszeit) des Harnstofflösungszudosierungsventils 15, ein Ansteuerungsbetrag der Harnstofflösungspumpe 22 und dergleichen gesteuert werden.
In dem oben beschrieben System gemäß diesem Ausfuhrungsbeispiel wird die Harnstofflosung in dem Harnstofflosungstank 21 bei Betrieb des Motors durch das Antreiben der Harnstofflösungspumpe 22 durch das Harnstofflösungszufuhrrohr 23 zum Harnstofflösungszudosierungsventil 15 gepumpt, und die Harnstofflösung wird durch das Harnstofflösungszudosierungsventil 15 in das Abgasrohr 11 zudosiert und zugeführt. Auf diese Weise wird die Harnstofflösung dem SCR-Katalysator 13 zusammen mit dem Abgas in dem Abgasrohr 11 zugeführt, und das Abgas wird durch das Auftreten der NOx-Reduktionsreaktion an dem SCR-Katalysator 13 gereinigt. Anlässlich der Reduktion von NOx wird Ammoniak (NH3) erzeugt, wenn die Harnstofflösung aufgrund der Abgaswärme durch zum Beispiel die folgende Reaktion hydrolisiert wird. (NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2 (Ausdruck 4).
Das Ammoniak haftet an dem SCR-Katalysator 13 an, und das NOx in dem Abgas wird von dem Ammoniak in dem SCR-Katalysator 13 selektiv reduziert und entfernt. Und zwar wird das NOx auf dem SCR-Katalysator 13 durch die auf dem Ammoniak beruhende Reduktionsreaktion (die durch die oben beschriebenen Reaktionsformeln der Ausdrücke 1 bis 3 gegeben ist) reduziert und gereinigt.
Als nächstes wird die Harnstofflosungszudosierungssteuerung des Harnstofflösungszudosierungsventils 15 erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Harnstofflosungszudosierungssteuerung im Wesentlichen eine Regelung durchgeführt, die auf der Ammoniakadsorptionsmenge basiert. Die Regelung der Ammoniakadsorptionsmenge dient dazu, die tatsachliche Ammoniakadsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 13 zu berechnen und die Harnstofflösungszudosierungsmenge des Harnstofflosungszudosierungsventils 15 derart zu steuern, dass die berechnete Ammoniakadsorptionsmenge mit einem Zielwert zusammenfällt. Die Ammoniakadsorptionsmenge wird beruhend auf einer Bilanz zwischen der Ammoniakzufuhr und dem Ammoniakverbrauch in dem SCR-Katalysator 13 berechnet.
Die Temperatur Tscr des SCR-Katalysators 13 (d. h. die SCR-Katalysatortemperatur Tscr) und der Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm haben den in 4 gezeigten Zusammenhang. Der Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm nimmt ab, wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr zunimmt. Der Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm ist die Adsorptionsmengenobergrenze, bei der die Ammoniakadsorption in dem SCR-Katalysator 13 gesättigt ist. Die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm und die NOx-Reinigungsrate Rnox haben als ein SCR-Katalysatorkennlinie im Wesentlichen den in 5 gezeigten Zusammenhang. Die NOx-Reinigungsrate Rnox nimmt zu, wenn die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm zunimmt.
Falls sich der SCR-Katalysator 13 in einem Zustand verhältnismäßig niedriger Temperatur befindet, ist in diesem Fall der Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm groß, so dass eine ausreichende Menge des Ammoniaks an dem SCR-Katalysator 13 anhaften kann. Daher kann die NOx-Reinigungsrate Rnox auf einem hohen Niveau gehalten werden. Daruber hinaus kann das Auftreten des Ammoniaksschlupfes verhindert werden. Wenn sich der SCR-Katalysator 13 dagegen in einem Zustand verhaltnismäßig hoher Temperatur befindet, ist der Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm klein, so dass das passende Management der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm schwierig ist. Bei hoher Temperatur nimmt die Desorption des Ammoniaks vom SCR-Katalysator 13 zu und ist es wahrscheinlicher, dass es zu dem Ammoniakschlupf kommt. Aus den oben genannten Gründen geht man davon aus, dass die Harnstofflosungszudosierungssteuerung, die die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm verwendet, nicht passend durchgefuhrt werden kann, wenn sich der SCR-Katalysator 13 in dem Zustand verhältnismäßig hoher Temperatur befindet.
Daher wird in diesem Ausfuhrungsbeispiel beruhend auf der Tatsache, ob sich die ECR-Katalysatortemperatur Tscr in einem vorbestimmten Bereich hoher Temperatur oder in dem anderen Temperaturbereich befindet, ein Ausführungsmodus der Harnstofflosungszudosierungssteuerung umgeschaltet. Genauer gesagt wird in diesem Ausführungsbeispiel, wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr hoher als oder gleich hoch wie ein vorbestimmter Wert ist, die Harnstofflösungszudosierungssteuerung, die die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet, angehalten und eine andere Harnstofflösungszudosierungssteuerung, die nicht die Ammoniaksadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet, durchgeführt. Genauer gesagt wird als die andere Harnstofflösungszudosierungssteuerung, die nicht die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet, eine Harnstofflosungszudosierungssteuerung durchgefuhrt, die auf einem Zudosierungsmengenbasiswert Bure beruht, der beruhend auf der in den SCR-Katalysator 13 eingeleiteten NOx-Menge und der Katalysatorkennlinie berechnet wird.
Wenn sich der SCR-Katalysator 13 in dem Zustand hoher Temperatur befindet, ist die Reaktionsgeschwindigkeit der NOx-Reinigungsreaktion in dem SCR-Katalysator 13 hoch. Daher kann die NOx-Reinigungsrate Rnox auch aufrecht erhalten werden, ohne die Harnstofflosungszudosierungssteuerung durchzuführen, die die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm verwendet.
In 2 ist als Funktionsblockdiagramm die Gesamtgestaltung der das Harnstofflösungszudosierungsventil 15 verwendenden Harnstofflosungszudosierungssteuerung gezeigt.
Die sich auf die Berechnung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beziehenden Abschnitte in dem Blockdiagramm von 2 schließen einen Berechnungsabschnitt fur die stromaufwärtige NOx-Menge M1, einen Berechnungsabschnitt fur die stromabwartige NOx-Menge M2, einen Zudosierungsbasismengen-Berechnungsabschnitt M3, einen Zudosierungsmengen-Korrekturabschnitt M4 und einen Ammoniakadsorptionsmengen-Berechnungsabschnitt M5 ein. Der Berechnungsabschnitt fur die stromaufwärtige NOx-Menge M1 berechnet die NOx-Menge stromaufwarts von dem SCR-Katalysator 13 (nachstehend als stromaufwärtige NOx-Menge Unox bezeichnet). Der Berechnungsabschnitt für die stromabwartige NOx-Menge M2 berechnet die NOx-Menge stromabwarts von dem SCR-Katalysator 13 (nachstehend als stromabwartige NOx-Menge Dnox bezeichnet). Der Zudosierungsbasismengen-Berechnungsabschnitt M3 berechnet beruhend auf der stromaufwartigen NOx-Menge Unox die Zudosierungsbasismenge Bure, die der Basiswert fur die Harnstofflosungszudosierungsmenge ist, die von dem Harnstofflosungszudosierungsventil 15 zudosiert wird. Der Zudosierungsmengen-Korrekturabschnitt M4 berechnet die Harnstofflösungszudosierungsmenge Qure, indem er die Zudosierungsbasismenge Bure, die in dem Zudosierungsbasismengen-Berechnungsabschnitt M3 berechnet wird, mit einem Zudosierungsmengenkorrekturwert Cure korrigiert, der in einem später ausführlicher erwahnten Korrekturwert-Berechnungsabschnitt M7 berechnet wird. Der Ammoniakadsorptionsmengen-Berechnungsabschnitt M5 berechnet beruhend auf der Differenz (= Unox – Dnox) zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwartigen NOx-Menge Unox, Dnox, die in den Berechnungsabschnitten fur die stromaufwärtige und stromabwartige NOx-Menge M1, M2 berechnet werden, und der Harnstofflosungszudosierungsmenge Qure zu diesem Zeitpunkt die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm.
Es ist auch möglich, in dem Berechnungsabschnitt fur die stromaufwärtige NOx-Menge M1 als stromaufwärtige NOx-Menge Unox eine NOx-Ausstoßmenge aus dem Motorhauptkörper zu berechnen.
Als nächstes folgt eine zusätzliche Erläuterung zu dem Ammoniakadsorptionsmengen-Berechnungsabschnitt M5. Der Berechnungsabschnitt M5 berechnet beruhend auf der jeweiligen Harnstofflosungszudosierungsmenge Qure eine Ammoniakzufuhrmenge VA, die dem SCR-Katalysator 13 mittels jeder Harnstofflösungszudosierung zugefuhrt wird. Der Berechnungsabschnitt M5 berechnet beruhend auf der NOx-Reaktionsmenge, die die Differenz zwischen der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox und der stromabwartigen NOx-Menge Dnox ist, eine Ammoniakverbrauchsmenge V. Der Berechnungsabschnitt M5 berechnet anhand der Ammoniakzufuhrmenge VA und der Ammoniakverbrauchsmenge VB eine Adsorptionserzeugungsmenge VC, die die Menge der Ammoniakadsorption ist, die bei jeder Harnstofflösungszudosierung des Harnstofflösungszudosierungsventils 15 erzeugt wird. Darüber hinaus berechnet der Berechnungsabschnitt M5 durch sukzessives Integrieren der Adsorptionserzeugungsmenge VC die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als tatsächliche Adsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 13. Die Adsorptionserzeugungsmenge VC (= VA – VB) stellt als Differenz zwischen der Ammoniakzufuhrmenge VA und der Ammoniakverbrauchsmenge VB zu jedem Zeitpunkt Zeitreihendaten einer Bilanz des Reduktionsmittels in dem SCR-Katalysator 13 dar. Die Adsorptionserzeugungsmenge VC wird in einem vorbestimmten Zeittakt berechnet, und der berechnete Wert wird sukzessive integriert, um die tatsächliche Ammoniakadsorptionsmenge Qamm in dem SCR-Katalysator 13 zu berechnen (abzuschatzen).
Die Abschnitte in dem Blockdiagramm von 2, die die Berechnung des Zudosierungsmengenkorrekturwerts Cure betreffen, schließen den oben beschriebenen Ammoniakadsorptionsmengen-Berechnungsabschnitt M5, einen Zielwert-Einstellabschnitt M6, der einen Zielwert Tamm der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm einstellt, und den Korrekturwert-Berechnungsabschnitt M7 ein, der den Zudosierungsmengenkorrekturwert Cure beruhend auf einer Abweichung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm von dem Zielwert Tamm berechnet.
Die Abschnitte in dem Blockdiagramm von 2, die das Umschalten der Zudosierungsmengensteuerung betreffen, schließen einen SCR-Katalysatortemperatur-Berechnungsabschnitt M8 und einen Steuerungsumschaltabschnitt M9 ein. Der SCR-Katalysatortemperatur-Berechnungsabschnitt M8 berechnet die SCR-Katalysatortemperatur Tscr als die Temperatur des SCR-Katalysators 13. Der Steuerungsumschaltabschnitt M9 schaltet beruhend auf der SCR-Katalysatortemperatur Tscr zwischen einem Ausgangssignal der in dem Zudosierungsmengen-Korrekturabschnitt M4 berechneten Harnstofflosungszudosierungsmenge Qure und einem Ausgangssignal der in dem Zudosierungsbasismengen-Berechnungsabschnitt M3 berechneten Zudosierungsbasismenge Bure als endgultigem Zudosierungsmengensteuerungswert Fure um. Der von dem Steuerungsumschaltabschnitt M9 ausgegebene Zudosierungsmengensteuerungswert Fure entspricht einem Ausgabewert an das Harnstofflösungszudosierungsventil 15. Gemäß dem Zudosierungsmengensteuerungswert Fure wird eine Ventilöffnungsansteuerung des Harnstofflösungszudosierungsventils 15 durchgeführt. Auf diese Weise erfolgt die Harnstofflösungszudosierungssteuerung.
Das heißt, dass der Steuerungsumschaltabschnitt M9 zwischen dem Fall, in dem der Zudosierungsmengensteuerungswert Fure beruhend auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm berechnet wird, und dem Fall umschaltet, in dem der Zudosierungsmengensteuerungswert Fure nicht beruhend auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm berechnet wird.
Als nächstes wird ausfuhrlich der Arbeitsablauf der Harnstofflosungszudosierungssteuerung erlautert, die durch die ECU 40 durchgefuhrt wird. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das die Harnstofflösungszudosierungssteuerungsverarbeitung zeigt, die von der ECU 40 in einem vorbestimmten Zeittakt wiederholt ausgeführt wird.
Im S11 (S bedeutet „Schritt”) in 3 werden die stromaufwartige NOx-Menge Unox und die stromabwärtige NOx-Menge Dnox als die NOx-Mengen stromaufwarts und stromabwarts vom SCR-Katalysator 13 berechnet. Die stromaufwärtige NOx-Menge Unox ist die NOx-Menge, die jedes Mal in den SCR-Katalysator 13 eingeleitet wird. Die stromaufwartige NOx-Menge Unox wird beruhend auf der stromaufwartigen NOx-Konzentration, die anhand des Ausgabewerts des stromaufwärtigen NOx-Sensors 16 erkannt wird, und einem Abgasdurchsatz berechnet, der anhand eines Ausgabewerts eines in dem Ansaugrohr vorgesehenen Luftmassenmessers (nicht gezeigt) erkannt wird. Die stromabwärtige NOx-Menge Dnox wird beruhend auf der anhand des Ausgabewerts des stromabwartigen NOx-Sensors 18 erkannten stromabwärtigen NOx-Konzentration und des anhand des Ausgabewerts des Luftmassenmessers erkannten Abgasdurchsatzes berechnet. Es ist auch moglich, den Abgasdurchsatz zu berechnen, indem ein Kennfeld oder ein mathematischer Ausdruck aus Betriebszustandsparametern wie der Motordrehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge verwendet wird. Es ist auch möglich, den Abgasdurchsatz mit einem in dem Abgasrohr vorgesehenen Durchsatzsensor zu messen.
Im folgenden S12 wird die Zudosierungsbasismenge Bure der Harnstofflosung berechnet. Für die Berechnung wird die stromaufwartige NOx-Menge Unox als Parameter verwendet. Die Zudosierungsbasismenge Bure wird so berechnet, dass sie ein größerer Wert ist, wenn die stromaufwartige NOx-Menge Unox zunimmt.
Dann wird im S13 bestimmt, ob die SCR-Katalysatortemperatur Tscr zu diesem Zeitpunkt niedriger als ein vorbestimmter Wert T1 ist. Der vorbestimmte Wert T1 wird beruhend auf dem Zusammenhang von 4 eingestellt und wird beruhend auf dem gewunschten Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm definiert. In diesem Ausfuhrungsbeispiel ist T1 auf 300°C eingestellt. Die Aktivierungstemperatur des SCR-Katalysators 13 betragt ungefähr 200°C, wobei der Wert T1 höher als die Aktivierungstemperatur eingestellt ist. Die Aktivierungstemperatur ist zum Beispiel die Katalysatortemperatur, bei der eine vorbestimmte NOx-Reinigungsleistung ausgeübt werden kann. Falls Tscr < T1 gilt, fährt der Prozess mit S14 fort. Falls Tscr ≥ T1 gilt, fährt der Prozess mit S21 fort.
Falls Tscr < T1 gilt und der Prozess mit S14 fortfährt, erfolgt im S14 bis S17 eine Berechnungsverarbeitung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm. Genauer gesagt wird im S14 anhand der Differenz zwischen der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox und der stromabwärtigen NOx-Menge Dnox die NOx-Reaktionsmenge in dem SCR-Katalysator 13 berechnet. Daruber hinaus wird im S14 beruhend auf der NOx-Reaktionsmenge die Ammoniakverbrauchsmenge VB in dem SCR-Katalysator 13 berechnet. Dabei ist es zum Beispiel wünschenswert, die Ammoniakverbrauchsmenge VB anhand der NOx-Reaktionsmenge auch in Übereinstimmung mit der Temperatur des SCR-Katalysators 13 und dergleichen zu berechnen. Im S15 wird beruhend auf dem vorherigen Wert der Harnstofflösungszudosierungsmenge Qure die Ammoniakzufuhrmenge VA als die Menge des Ammoniaks berechnet, die dem SCR-Katalysator 13 durch die vorherige Harnstofflösungszudosierung durch das Harnstofflösungszudosierungsventil 15 tatsächlich zugeführt wurde. Es ist zum Beispiel wunschenswert, die Ammoniakzufuhrmenge VA auch in Übereinstimmung mit der Abgastemperatur und dergleichen zu berechnen.
Im S16 wird anhand der Differenz zwischen der Ammoniakzufuhrmenge VA und der Ammoniakverbrauchsmenge VB die Adsorptionserzeugungsmenge VC als die Menge des Ammoniaks berechnet, die aufgrund der Harnstofflösungszudosierung (d. h. der Ammoniakzufuhr) an dem SCR-Katalysator 13 anhaftet. Im folgenden S17 wird die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm berechnet, indem die im S16 berechnete Adsorptionserzeugungsmenge VC aufeinanderfolgend integriert wird.
Dann wird im folgenden S18 anhand der zuvor definierten SCR-Katalysatorkennlinie eine Obergrenze der NOx-Reinigungsrate Rnox des SCR-Katalysators 13 berechnet, und anhand der Obergrenze wird der Zielwert Tamm der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm berechnet. Die SCR-Katalysatorkennlinie ist, wie zum Beispiel in 5 gezeigt ist, als ein Zusammenhang zwischen der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm und der NOx-Reinigungsrate Rnox definiert. Der Zielwert Tamm der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm wird beruhend auf der Obergrenze berechnet, oberhalb der die NOx-Reinigungsrate Rnox bezüglich der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm im Wesentlichen konstant ist. Der Zielwert Tamm kann auch in Übereinstimmung mit der Abgastemperatur berechnet werden.
Im S19 wird beruhend auf der Abweichung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm von dem Zielwert Tamm der Zudosierungsmengenkorrekturwert Cure berechnet. In diesem Ausfuhrungsbeispiel wird die auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhende Regelung durchgefuhrt. Dabei wird die Abweichung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm von dem Zielwert Tamm berechnet, und der Zudosierungsmengenkorrekturwert Cure wird unter Verwendung eines Regelungsverfahrens wie PI oder PID berechnet, um die Abweichung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm zu beseitigen.
Schließlich wird im S20 die Harnstofflösungszudosierungsmenge Qure berechnet, indem die Zudosierungsbasismenge Bure und der Zudosierungsmengenkorrekturwert Cure addiert werden, und die Harnstofflosungszudosierungsmenge Qure wird als der endgultige Zudosierungsmengensteuerungswert Fure eingesetzt. Das heißt, dass der endgultige Zudosierungsmengensteuerungswert Fure unter Widerspiegelung der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Regelung berechnet wird, wobei die Harnstofflösungszudosierung mit dem Harnstofflösungszudosierungsventil 15 beruhend auf dem Zudosierungsmengensteuerungswert Fure erfolgt.
Wenn Tscr > T1 gilt und der Prozess von S13 mit S21 fortfahrt, wird die im S12 berechnete Zudosierungsbasismenge Bure als der endgultige Zudosierungsmengensteuerungswert Fure eingesetzt. Das heißt, dass der endgultige Zudosierungsmengensteuerungswert Fure nicht beruhend auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm berechnet wird, sondern beruhend auf der Zudosierungsbasismenge Bure. Die Harnstofflösungszudosierung erfolgt mit dem Harnstofflosungszudosierungsventil 15 beruhend auf dem Zudosierungsmengensteuerungswert Fure. Die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm wird im folgenden S22 initialisiert. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm, die zu diesem Zeitpunkt in einem Speicher (RAM) gespeichert ist, auf Null gelöscht.
Als nachstes folgt eine zusätzliche Erläuterung zur Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm, die erfolgt, wenn der SCR-Katalysator 13 in den Zustand hoher Temperatur gebracht wird (wenn Tscr ≥ T1 gilt).
Die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm ist bezuglich der tatsachlichen Adsorptionsmenge in dem SCR-Katalysator 13 in einem gewissen Umfang mit einem Fehler (Berechnungsfehler) behaftet. Dementsprechend bestehen Bedenken, dass die Harnstofflösungszudosierungssteuerung aufgrund des Berechnungsfehlers nicht passend durchgeführt wird, wodurch sich die NOx-Reinigungsrate Rnox verschlechtert oder der Ammoniakschlupf hervorgerufen wird. Es ist daher wunschenswert, die Initialisierungsverarbeitung durchzuführen, um den Fehler bei der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm zu beseitigen.
Daher wird in diesem Ausführungsbeispiel in einem Zustand, in dem der SCR-Katalysator 13 in den Zustand hoher Temperatur gebracht worden ist und der Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm abgenommen hat, d. h. in einem Zustand, in dem die Ammoniakadsorptionsleistung des SCR-Katalysators 13 gesunken ist und die tatsächliche Ammoniakadsorptionsmenge abgenommen hat, der Zusammenhang von 4 genutzt und die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auf Null oder einen kleinen Wert nahe bei Null initialisiert. Das heißt, dass die Menge des Ammoniaks, die an dem SCR-Katalysator 13 anhaften kann, in dem Zustand hoher Temperatur des SCR-Katalysators 13 auf eine kleine Menge begrenzt ist. Selbst wenn das Ammoniak in diesem Zustand anhaftet, desorbiert das Ammoniak sofort, da die Reaktionsgeschwindigkeit hoch ist. Daher ist in dem Zustand hoher Temperatur des SCR-Katalysators 13 die Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm mit Null oder dem kleinen Wert nahe bei Null moglich. Als Wert fur die Initialisierung kann ein beliebiger Wert zwischen dem durch den Zusammenhang von 4 entschiedenen Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm und Null verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Wert innerhalb des Bereichs X1 von 4 verwendet werden. Eine Initialisierung, die den Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm verwendet, ist ebenfalls möglich.
Entsprechend dem oben erläuterten Ablaufdiagramm von 3 wird die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm auf Null initialisiert, wenn der SCR-Katalysator 13 aufgrund der Zunahme der Motorlast und dergleichen in den Zustand hoher Temperatur gebracht wird, und die auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhende Harnstofflösungszudosierungssteuerung wird angehalten. Wenn die auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhende Harnstofflosungszudosierungssteuerung danach wiederaufgenommen wird, erfolgt die Berechnung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm durch die Integration der Adsorptionserzeugungsmenge VC vom Wert (= 0) der Initialisierung aus.
Das oben beschriebene Ausfuhrungsbeispiel hat die folgenden Wirkungen.
Wenn sich die SCR-Katalysatortemperatur Tscr in dem vorbestimmten Zustand hoher Temperatur befindet (wenn Tscr T1 gilt), wird die auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhende Harnstofflösungszudosierungsmengensteuerung angehalten und erfolgt das Steuerungsumschalten zum Umschalten der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Harnstofflosungszudosierungssteuerung zu der nicht auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Harnstofflosungszudosierungssteuerung. Daher kann die Harnstofflosungszudosierungssteuerung auch dann geeignet durchgeführt werden, wenn aufgrund des Zustands hoher Temperatur des SCR-Katalysators 13 das passende Management der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm wegen der Erzeugung des Ammoniakschlupfes oder dergleichen schwierig wird. Dadurch kann die NOx-Reinigung in dem SCR-Katalysator 13 geeignet durchgefuhrt werden.
Wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr hoch ist, ist die NOx-Menge verglichen mit der Menge des Ammoniaks, die an dem SCR-Katalysator 13 anhaften kann, groß und ist die Dauer der NOx-Reinigungsreaktion kurz. In diesem Fall ist der Beitrag der Ammoniakadsorptionsmenge zur NOx-Reinigungsleistung gering. Daher besteht keine Notwendigkeit, die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm besonders zu berücksichtigen. In diesem Fall kann die NOx-Reinigungsrate Rnox auch dann aufrecht erhalten werden, wenn die Harnstofflosungszudosierungssteuerung erfolgt, ohne die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm in Betracht zu ziehen.
Die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm wird auf Null initialisiert, wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr in den vorbestimmten Zustand hoher Temperatur gebracht wird (d. h. wenn Tscr ≥ T1 gilt). Dementsprechend kann unter Berücksichtigung der in 4 gezeigten Katalysatorkennlinie eine geeignete Initialisierung der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm erfolgen. Somit kann die Berechnungsgenauigkeit der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm aufrecht erhalten werden.
Man geht davon aus, dass der Zustand, in dem die SCR-Katalysatortemperatur Tscr zu der hohen Temperatur wird, einen Zustand einschließt, in dem sich der Motor in einem Zustand hoher Last befindet und sowohl der Abgasdurchsatz als auch die NOx-Ausstoßmenge gleichzeitig zunehmen. Wenn in diesem Fall die NOx-Ausstoßmenge zunimmt, wird durch die Verschlechterung der Genauigkeit der verschiedenen Sensoren wie des NOx-Sensors, durch das Auftreten des Ammoniakschlupfes und dergleichen ein Berechnungsfehler bei der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm hervorgerufen. In dieser Hinsicht wird gemaß dem oben beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel die auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhende Harnstofflösungszudosierungssteuerung angehalten, wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr hoch ist. Daher kann das Absinken der Steuerungsgenauigkeit verhindert werden, das mit dem Auftreten des Berechnungsfehlers bei der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm einhergeht.
Zweites Ausführungsbeispiel
Als nachstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, wobei der Akzent auf die Unterschiede zum ersten Ausfuhrungsbeispiel gelegt wird. Der Aufbau gemäß diesem Ausführungsbeispiel schaltet zwischen der Harnstofflösungszudosierungssteuerung (nachstehend als erste Steuerung bezeichnet), die beruhend auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm durchgeführt wird, und der Harnstofflösungszudosierungssteuerung (nachstehend als zweite Steuerung bezeichnet) um, die nicht beruhend auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm durchgefuhrt wird. Bei diesem Aufbau ist eine Hysterese zwischen einem Katalysatortemperaturschwellwert in dem Fall des Umschaltens von der ersten Steuerung zur zweiten Steuerung und einem Katalysatortemperaturschwellwert in dem Fall des Umschaltens von der zweiten Steuerung zur ersten Steuerung vorgesehen.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das die Harnstofflösungszudosierungssteuerungsverarbeitung gemaß diesem Ausfuhrungsbeispiel zeigt, die anstelle der Verarbeitung von 3 des ersten Ausführungsbeispiels durchgeführt wird.
Im S31 von 6 werden die stromaufwärtige NOx-Menge Unox und die stromabwartige NOx-Menge Dnox berechnet. Im folgenden S32 wird die Zudosierungsbasismenge Bure der Harnstofflösung berechnet. Die Verarbeitung im S31 und S32 ist die gleiche wie die Verarbeitung im S11 und S12 von 3.
Dann wird im S33 bestimmt, ob die SCR-Katalysatortemperatur Tscr niedriger als ein vorbestimmter Wert T1 ist. Dann wird im S34 bestimmt, ob die SCR-Katalysatortemperatur Tscr niedriger als ein vorbestimmter Wert T2 ist. Die Verarbeitung von S33 ist die gleiche wie die Verarbeitung von S13 von 3. Der vorbestimmte Wert T1 beträgt zum Beispiel 300°C. Der vorbestimmte Wert T2 entspricht einer Temperatur, die niedriger als der vorbestimmte Wert T1 ist (T2 < T1). T2 betragt zum Beispiel 280°C. Beide vorbestimmten Werte T1, T2 werden in einem Temperaturbereich eingestellt, in dem der Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm gering ist, d. h. in einem Temperaturbereich, in dem sich der SCR-Katalysator 13 in dem Zustand hoher Temperatur befindet (d. h. in einem Temperaturbereich von gleich hoch wie oder höher als die Aktivierungstemperatur des SCR-Katalysators 13).
Falls Tscr < T2 gilt, fährt der Prozess mit S35 fort, in dem die Harnstofflösungszudosierungssteuerung (d. h. die ersten Steuerung) erfolgt, die die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet. Falls Tscr ≥ T1 gilt, fährt der Prozess mit S36 fort, in dem die Harnstofflosungszudosierungssteuerung (d. h. die zweite Steuerung) erfolgt, die nicht die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet. Falls T2 ≤ Tscr < T1 gilt, fährt der Prozess mit S37 fort, in dem die momentane Harnstofflösungszudosierungssteuerung (die erste Steuerung oder die zweite Steuerung) fortgesetzt wird, ohne die Steuerung umzuschalten.
Die Verarbeitung im S35 entspricht der Verarbeitung von S14 bis S20 von 3. Im S35 wird die Regelung der Harnstofflösungszudosierungsmenge durchgefuhrt, um die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm an den Zielwert Tamm anzugleichen. Die Verarbeitung im S36 entspricht der Verarbeitung von S21 von 3. Im S36 erfolgt beruhend auf der Zudosierungsbasismenge Bure eine offene Steuerung der Harnstofflösungszudosierungsmenge, ohne die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter zu verwenden (zusätzlich kann die Initialisierungsverarbeitung von S22 durchgeführt werden).
Kurz gesagt erfolgt, wie in dem Zeitdiagramm von 7 gezeigt ist, vor dem Zeitpunkt ta, vor dem die SCR-Katalysatortemperatur Tscr niedriger als der vorbestimmte Wert T1 ist, die Harnstofflösungszudosierungssteuerung (d. h. die erste Steuerung), die die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet. Nachdem dann die SCR-Katalysatortemperatur Tscr zum Zeitpunkt ta den vorbestimmten Wert T1 aufgrund des Anstiegs der SCR-Katalysatortemperatur Tscr überschritten hat, erfolgt die Harnstofflösungszudosierungssteuerung (d. h. die zweite Steuerung), die nicht die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet. Danach, wird, wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr zum Zeitpunkt tb niedriger als der vorbestimmte Wert T2 wird, nachdem die SCR-Katalysatortemperatur Tscr nach unten gegangen ist, erneut die Harnstofflösungszudosierungssteuerung (d. h. die erste Steuerung) gestartet, die die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet. Das heißt, dass der Ausführungsmodus der Harnstofflosungszudosierungssteuerung mit der Hysterese umgeschaltet wird, indem die vorbestimmten Werte T1, T2 als Temperaturschwellwerte verwendet werden.
Indem also die Harnstofflösungszudosierungssteuerung mit der Hysterese umgeschaltet wird, kann die Umschalthäufigkeit zwischen der ersten Steuerung und der zweiten Steuerung (die auch der Häufigkeit des Anhaltens und der Wiederaufnahme der Harnstofflösungszudosierungssteuerung entspricht, die die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm verwendet) verringert werden. Der Temperaturbereich, in dem das Steuerungsumschalten erfolgt (d. h. der Temperaturbereich von T1 bis T2) ist der Bereich hoher Temperatur, in dem die Genauigkeit der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Zudosierungsmengensteuerung tendenziell sinkt. Das Absinken der Steuerungsgenauigkeit kann verhindert werden, indem die Häufigkeit des Steuerungsumschaltens in diesem Temperaturbereich verringert wird.
Zum Beispiel kann, nachdem die auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhende Zudosierungsmengensteuerung angehalten wurde, als die SCR-Katalysatortemperatur Tscr zu der hohen Temperatur wurde, der Zeitpunkt der Wiederaufnahme der gleichen Zudosierungsmengensteuerung verzögert werden. Dementsprechend kann die Genauigkeit der Zudosierungsmengensteuerung zum Zeitpunkt der Wiederaufnahme der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Zudosierungsmengensteuerung verbessert werden.
Falls die Harnstofflosungszudosierungssteuerung haufig umgeschaltet wird, ist zu befürchten, dass häufig eine plötzliche Änderung der Harnstofflösungszudosierungsmenge erfolgt, wodurch das Harnstofflösungszudosierungsventil 15 und dergleichen nachteilig beeinflusst werden. Solche Schwierigkeiten können mit dem obigen Aufbau gemäß diesem Ausführungsbeispiel verhindert werden.
Drittes Ausfuhrungsbeispiel
Als nächstes wird ein drittes Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten und zweiten Ausführungsbeispiel in dem folgenden Punkt. Und zwar wird bei der die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm verwendenden Regelung der Harnstofflosungszudosierungsmenge gemäß dem dritten Ausfuhrungsbeispiel der Ausführungsmodus der Regelung beruhend auf der jeweiligen SCR-Katalysatortemperatur Tscr geandert. Genauer gesagt wird der Ausführungsmodus geandert, indem eine Regelungsobergrenze und ein Regelungsverstärkungsfaktor geandert werden.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das die Harnstofflösungszudosierungssteuerungsverarbeitung gemäß diesem Ausfuhrungsbeispiel zeigt, die anstelle der Verarbeitung von 6 des zweiten Ausführungsbeispiels durchgeführt wird.
Im S41 von 8 werden die stromaufwärtige NOx-Menge Unox und die stromabwartige NOx-Menge Dnox berechnet (wie im S31 von 6). Im folgenden S42 wird die Zudosierungsbasismenge Bure der Harnstofflosung berechnet (wie im S32 von 6). Im S43 wird bestimmt, ob die SCR-Katalysatortemperatur Tscr niedriger als der vorbestimmte Wert T1 ist (wie im S33 von 6). Im S44 wird bestimmt, ob die SCR-Katalysatortemperatur Tscr niedriger als der vorbestimmte Wert T2 ist (wie im S34 von 6). Wie oben beschrieben wurde, werden die beiden vorbestimmten Werte T1, T2 in dem Bereich eingestellt, in dem der Grenzwert der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm klein ist, d. h. in dem Temperaturbereich, in dem sich der SCR-Katalysator 13 in dem Zustand hoher Temperatur befindet.
Falls Tscr ≥ T1 gilt, wird im S47 die Harnstofflösungszudosierungssteuerung durchgeführt, die nicht die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet (wie im S36 von 6). Das heißt, dass die die Zudosierungsbasismenge Bure verwendende offene Steuerung der Harnstofflosungszudosierungsmenge erfolgt, ohne dass die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet wird.
Wenn dagegen Tscr < T1 gilt, erfolgt die Harnstofflosungszudosierungssteuerung, die die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm als Parameter verwendet (im S45 und S46). Dabei erfolgt die Regelung der Harnstofflösungszudosierungsmenge im Wesentlichen so, dass die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm an den Zielwert Tamm angeglichen wird (wie im S35 von 6). Daruber hinaus wird der Ausführungsmodus der Regelung in Ubereinstimmung mit der Tatsache geandert, ob die SCR-Katalysatortemperatur Tscr „gleich hoch wie oder höher als” der vorbestimmte Wert T2 ist. Und zwar erfolgt die Regelung beruhend auf der normalen Regelungsobergrenze und dem normalen Regelungsverstärkungsfaktor, wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr niedriger als der vorbestimmte Wert T2 ist. Wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr dagegen gleich hoch wie oder hoher als der vorbestimmte Wert T2 ist (d. h. falls T2 ≤ Tscr ≤ T1 gilt), werden die Regelungsobergrenze und der Regelungsverstarkungsfaktor eingeschrankt. Dann erfolgt die Regelung beruhend auf der beschränkten Regelungsobergrenze und dem beschränkten Regelungsverstärkungsfaktor.
Bei der Verarbeitung von S45 werden die Regelungsobergrenze und der Regelungsverstärkungsfaktor beruhend auf den 9A und 9B eingestellt. Gemaß 9A wird die Regelungsobergrenze bei zunehmender Temperatur Tscr allmählich verringert, wenn sich der SCR-Katalysator Tscr in dem Temperaturbereich von T1 bis T2 befindet. Gemäß 9B wird der Regelungsverstärkungsfaktor mit zunehmender Temperatur Tscr allmählich verringert, wenn sich die SCR-Katalysatortemperatur Tscr in dem Temperaturbereich von T1 bis T2 befindet.
Alternativ können für sowohl die Regelungsobergrenze als auch den Regelungsverstärkungsfaktor jeweils verschiedene Werte in mehreren Stufen eingestellt werden, wobei sowohl die Regelungsobergrenze als auch der Regelungsverstarkungsfaktor stufenweise mit den verschiedenen Werten in den mehreren Stufen geändert werden können. Alternativ kann entweder nur die Regelungsobergrenze oder nur der Regelungsverstärkungsfaktor variabel eingestellt werden.
Die Regelungsobergrenze kann unter Verwendung des folgenden Ausdrucks eingestellt werden, in dem α die Regelungsobergrenze ist und β und γ Konstanten (γ < 0) sind: α = (Tscr – T2)/(T1 – T2) × β + γ
Die auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhende Harnstofflösungszudosierungssteuerung wird angehalten, wenn sich die SCR-Katalysatortemperatur Tscr wie oben erwähnt in dem Zustand hoher Temperatur befindet (d. h. wenn Tscr ≥ T1 gilt). Bei diesem Aufbau werden die Regelungsobergrenze und der Regelungsverstärkungsfaktor in dem Temperaturbereich, der sich nahe an der Schwellentemperatur T1 (die die Grenztemperatur ist) befindet oder niedriger als diese ist, d. h. in dem Temperaturbereich von T1 bis T2, allmählich geändert. Auf diese Weise kann die Effizienz der Steuerung, mit der sie dem Regelungszielwert folgt, geeignet geändert werden. Dementsprechend kann das Umschalten bei dem Aufbau, der zwischen dem Anhalten und der Wiederaufnahme der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Zudosierungsmengensteuerung umschaltet, das Umschalten reibungslos durchgefuhrt werden.
Wenn das Anhalten und die Wiederaufnahme der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Zudosierungsmengensteuerung häufig umgeschaltet wird, ist das Auftreten einer plotzlichen Änderung der Harnstofflosungszudosierungsmenge zu erwarten und bestehen Bedenken, dass die plötzliche Anderung das Harnstofflösungszudosierungsventil 15 und dergleichen nachteilig beeinflusst. Solche Schwierigkeiten können mit dem obigen Aufbau gemäß diesem Ausfuhrungsbeispiel verhindert werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen im folgenden Punkt. Und zwar wird gemaß dem vierten Ausführungsbeispiel als Harnstofflösungszudosierungssteuerung, die nicht die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm verwendet, eine Harnstofflösungszudosierungssteuerung durchgefuhrt, die die NOx-Reinigungsrate Rnox verwendet. Das heißt, dass die Steuerung von der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Harnstofflösungszudosierungssteuerung (entspricht der ersten Steuerung) zu der auf der NOx-Reinigungsrate Rnox beruhenden Harnstofflösungszudosierungssteuerung (entspricht der zweiten Steuerung) umschaltet, wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr hoher als ein vorbestimmter Wert ist.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das die Harnstofflösungszudosierungssteuerungsverarbeitung gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt, die einen Teil enthält, der gegenüber der Verarbeitung von 6 des zweiten Ausführungsbeispiels geändert ist.
Im S51 von 10 werden die stromaufwärtige NOx-Menge Unox und die stromabwärtige NOx-Menge Dnox berechnet (wie im S31 von 6). Im folgenden S52 wird die Zudosierungsbasismenge Bure der Harnstofflösung berechnet (wie im S32 von 6). Dann wird im S53 bestimmt, ob die SCR-Katalysatortemperatur Tscr niedriger als der vorbestimmte Wert T1 ist (wie im S33 von 6).
Wenn Tscr < T1 gilt, fährt der Prozess mit S54 fort, in dem die Harnstofflösungszudosierungssteuerung durchgefuhrt wird, die die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm verwendet (wie im S35 von 6).
Wenn Tscr ≥ T1 gilt, fahrt der Prozess mit S55 fort, in dem die tatsachliche NOx-Reinigungsrate Rnox zu diesem Zeitpunkt berechnet wird. Genauer gesagt wird die tatsachliche NOx-Reinigungsrate Rnox in dem SCR-Katalysator 13 anhand der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox und der stromabwärtigen NOx-Menge Dnox berechnet. Die NOx-Reinigungsrate Rnox wird berechnet, indem die Differenz zwischen der stromaufwärtigen NOx-Menge Unox und der stromabwärtigen NOx-Menge Dnox durch die stromaufwärtige NOx-Menge Unox geteilt wird. Das heißt, dass die NOx-Reinigungsrate Rnox mit der folgenden Formel berechnet wird: Rnox = (Unox – Dnox)/Unox
Dann wird im S56 beruhend auf der NOx-Reinigungsrate Rnox die Harnstofflösungszudosierungssteuerung durchgeführt. Das heißt, dass die Harnstofflösungszudosierungssteuerung nicht beruhend auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm erfolgt, sondern beruhend auf der NOx-Reinigungsrate Rnox. Dabei erfolgt die Harnstofflosungszudosierungssteuerung derart, dass die Harnstofflösungszudosierungsmenge erhöht wird, wenn die (im S55 berechnete) tatsächliche NOx-Reinigungsrate Rnox kleiner als der Zielwert der NOx-Reinigungsrate Rnox ist, und derart, dass die Harnstofflosungszudosierungsmenge verringert wird, wenn die (im S55 berechnete) tatsächliche NOx-Reinigungsrate Rnox größer als der Zielwert ist.
Daher kann auch in dem vierten Ausführungsbeispiel wie in den oben beschriebenen anderen Ausführungsbeispielen die Harnstofflosungszudosierungssteuerung selbst dann geeignet durchgefuhrt werden, wenn das passende Management der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm schwierig ist, zum Beispiel wenn sich der SCR-Katalysator 13 in dem Zustand hoher Temperatur befindet und der Ammoniakschlupf auftritt. Dadurch kann die NOx-Reinigung in dem SCR-Katalysator 13 geeignet durchgeführt werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird die Steuerung von der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Harnstofflösungszudosierungssteuerung zu der auf der NOx-Reinigungsrate Rnox beruhenden Harnstofflösungszudosierungssteuerung umgeschaltet, wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr hoher als der vorbestimmte Wert ist. Bei diesem Aufbau kann die Umschalttemperatur (d. h. der Katalysatortemperaturschwellwert) mit einer Hysterese versehen werden. Die Einzelheiten sind in diesem Fall die gleichen wie bei dem zweiten Ausfuhrungsbeispiel.
Außerdem können bei dem Aufbau, der die Steuerung von der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Harnstofflosungszudosierungssteuerung zu der auf der NOx-Reinigungsrate Rnox beruhenden Harnstofflosungszudosierungssteuerung umschaltet, wenn die SCR-Katalysatortemperatur Tscr höher als der vorbestimmte Wert ist, die Regelungsobergrenze und der Regelungsverstärkungsfaktor in dem Temperaturbereich, der nahe an der Schwelltemperatur T1 (der Grenztemperatur) des Steuerungsumschaltens liegt oder niedriger als diese ist, d. h. in dem Temperaturbereich von T1 bis T2, allmahlich geändert werden. In diesem Fall können die Regelungsobergrenze und der Regelungsverstarkungsfaktor auch nur dann allmählich geandert werden, wenn die Steuerung zu der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhenden Harnstofflosungszudosierungssteuerung zurückkehrt (d. h. beim Umschalten von der zweiten Steuerung zur ersten Steuerung). Die Einzelheiten sind in diesem Fall die gleichen wie im dritten Ausführungsbeispiel.
Weitere Ausfuhrungsbeispiele
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann zum Beispiel wie folgt umgesetzt werden.
Bei den Bedingungen zum Umschalten des Ausführungsmodus der Harnstofflosungszudosierungssteuerung kann zusatzlich zu der Bedingung, dass die SCR-Katalysatortemperatur Tscr gleich hoch wie oder hoher als der vorbestimmte Wert ist, die Bedingung aufgenommen werden, dass die in den SCR-Katalysator 13 eingeleitete NOx-Menge gleich hoch wie oder größer als eine vorbestimmte Menge ist. Und zwar wird die Ammoniakadsorptionsmenge Qamm des SCR-Katalysators 13 abgeschatzt, indem aufeinanderfolgend die Bilanz zwischen der Zufuhr und dem Verbrauch des Ammoniaks integriert wird. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Berechnungsfehler zunimmt, wenn die NOx-Menge zunimmt und die Zudosierungsmenge der Harnstofflösung zunimmt. Der Ammoniakschlupf tritt leichter auf, wenn die NOx-Menge zunimmt. Aufgrund dieser Faktoren nimmt der Berechnungsfehler bei der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm tendenziell zu, wenn die NOx-Menge zunimmt. Daher wird die auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhende Harnstofflösungszudosierungssteuerung angehalten, wenn die in den SCR-Katalysator 13 eingeleitete NOx-Menge (oder die NOx-Ausstoßmenge aus dem Motor) gleich hoch wie oder größer als die vorbestimmte Menge ist.
Der Katalysatortemperaturschwellwert (d. h. der vorbestimmte Wert T1) zum Bestimmen des Zustands hoher Temperatur des SCR-Katalysators 13 kann variabel eingestellt werden. Zum Beispiel kann ein Verschlechterungsgrad des SCR-Katalysators 13 gemessen und der Katalysatortemperaturschwellwert (der vorbestimmte Wert T1) beruhend auf dem gemessenen Verschlechterungsgrad variabel eingestellt werden. In diesem Fall kann der Katalysatortemperaturschwellwert (der vorbestimmte Wert T1) auf einen kleineren Wert eingestellt werden, wenn der Verschlechterungsgrad zunimmt.
In den oben beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen wird die SCR-Katalysatortemperatur Tscr anhand des Ausgangssignals des stromaufwarts von dem SCR-Katalysator 13 vorgesehenen Temperatursensors 17 gemessen, und der Ausfuhrungsmodus der Harnstofflösungszudosierungssteuerung wird beruhend auf der SCR-Katalysatortemperatur Tscr umgeschaltet. Alternativ kann die Temperatur des von dem Motor 10 ausgestoßenen Abgases mit einem Sensor oder dergleichen gemessen werden oder mit einer auf dem Motorbetriebszustand beruhenden Berechnung abgeschätzt werden, und der Ausführungsmodus der Harnstofflösungszudosierungssteuerung kann beruhend auf der Abgastemperatur umgeschaltet werden. In diesem Fall entspricht die Abgastemperatur Temperaturinformationen des NOx-Katalysator.
Alternativ kann der Ausführungsmodus der Harnstofflösungszudosierungssteuerung unter Verwendung einer Korrelation zwischen der Motorbetriebslast und der SCR-Katalysatortemperatur Tscr beruhend auf der jeweiligen Motorlast umgeschaltet werden. Und zwar nehmen die Abgastemperatur und die SCR-Katalysatortemperatur Tscr zu, wenn die Motorlast hoch ist. Wenn die Motorlast gleich hoch wie oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird daher die auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm beruhende Barnstofflösungszudosierungssteuerung angehalten. In diesem Fall wird anstelle der auf der Ammoniakadsorptionsmenge Qamm erfolgenden Harnstofflösungszudosierungssteuerung die auf der Zudosierungsbasismenge beruhende Harnstofflösungszudosierungssteuerung oder die auf der NOx-Reinigungsrate Rnox beruhende Harnstofflösungszudosierungssteuerung durchgefuhrt. Die Motorlast kann anhand der Motordrehzahl, der Kraftstoffeinspritzmenge, des Ansaugluftdurchsatzes, der NOx-Ausstoßmenge, der Abgastemperatur und dergleichen abgeschatzt werden.
Die Erfindung kann auch in anderen Systemen als dem oben beschriebenen Harnstoff-SCR-System Anwendung finden. Zum Beispiel kann die Erfindung in einem System Anwendung finden, das die Harnstofflosung oder das Ammoniak als Reduktionsmittel aus festem Harnstoff als Ammoniakerzeugungsquelle erzeugt, in einem System, das den Kraftstoff, etwa Leichtol, als Ammoniakerzeugungsquelle verwendet, in einem System, das dem Abgaskanal direkt Ammoniak zudosiert, in einem System, das ein anderes Reduktionsmittel (HC oder dergleichen) als Ammoniak verwendet, oder dergleichen.
Die Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschrankt sein, sondern kann auf viele andere Weisen umgesetzt werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die bei einem Abgasreinigungssystem Anwendung findet, das einen in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehenen NOx-Katalysator (13) zum Adsorbieren eines Reduktionsmittels und zum selektiven Reinigen von NOx im Abgas mit dem Reduktionsmittel hat und das das Reduktionsmittel unter Verwendung einer Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (13) zudosiert, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung eine Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator (13) berechnet und beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge eine Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge steuert, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) zudosiert wird, mit: einer Ermittlungseinrichtung (M8) zum Ermitteln der Temperatur des NOx-Katalysators (13) oder einer mit der Temperatur des NOx-Katalysators (13) korrelierenden Temperaturinformation durch Messung oder Abschätzung; und einer Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) zum Umschalten eines Ausführungsmodus der Steuerung der Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge beruhend auf der von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelten Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation, gekennzeichnet durch eine Basiswert-Berechnungseinrichtung (M3, S12, S32, S42, S52) zum Berechnen eines Basiswerts der Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) zudosiert wird, beruhend auf der jedes Mal in den NOx-Katalysator (13) eingeleiteten NOx-Menge; und eine Korrekturwert-Berechnungseinrichtung (M7, S19) zum Berechnen eines Korrekturwerts für die Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) zudosiert wird, beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge, wobei die Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) die Zudosierungsmengensteuerung beruhend auf einem Zudosierungsmengensteuerungswert durchführt, der anhand des Basiswerts und des Korrekturwerts für die Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge berechnet wird, wenn die von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und die Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) die Zudosierungsmengensteuerung beruhend auf einem Zudosierungsmengensteuerungswert durchführt, der anhand des Basiswerts berechnet wird, wenn die von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation höher als ein vorbestimmter Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die bei einem Abgasreinigungssystem Anwendung findet, das einen in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehenen NOx-Katalysator (13) zum Adsorbieren eines Reduktionsmittels und zum selektiven Reinigen von NOx im Abgas mit dem Reduktionsmittel hat und das das Reduktionsmittel unter Verwendung einer Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (13) zudosiert, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung eine Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator (13) berechnet und beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge eine Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge steuert, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) zudosiert wird, mit: einer Ermittlungseinrichtung (M8) zum Ermitteln der Temperatur des NOx-Katalysators (13) oder einer mit der Temperatur des NOx-Katalysators (13) korrelierenden Temperaturinformation durch Messung oder Abschätzung; und einer Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) zum Umschalten eines Ausführungsmodus der Steuerung der Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge beruhend auf der von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelten Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation, gekennzeichnet durch eine Reinigungsraten-Berechnungseinrichtung (S55) zum Berechnen einer NOx-Reinigungsrate in dem NOx-Katalysator (13); und eine Steuerungseinrichtung (S56) zum Steuern der Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) zudosiert wird, beruhend auf der berechneten NOx-Reinigungsrate, wobei die Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) von der auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhenden Zudosierungsmengensteuerung zu der auf der NOx-Reinigungsrate beruhenden Zudosierungsmengensteuerung umschaltet, wenn die von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation höher als ein vorbestimmter Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die bei einem Abgasreinigungssystem Anwendung findet, das einen in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehenen NOx-Katalysator (13) zum Adsorbieren eines Reduktionsmittels und zum selektiven Reinigen von NOx im Abgas mit dem Reduktionsmittel hat und das das Reduktionsmittel unter Verwendung einer Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (13) zudosiert, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung eine Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge in dem NOx-Katalysator (13) berechnet und beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge eine Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge steuert, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) zudosiert wird, mit: einer Ermittlungseinrichtung (M8) zum Ermitteln der Temperatur des NOx-Katalysators (13) oder einer mit der Temperatur des NOx-Katalysators (13) korrelierenden Temperaturinformation durch Messung oder Abschätzung; und einer Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) zum Umschalten eines Ausführungsmodus der Steuerung der Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge beruhend auf der von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelten Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) die Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung zwischen einer ersten Steuerung, die beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge erfolgt, und einer zweiten Steuerung, die nicht beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge erfolgt, umschaltet, und eine Hysterese vorgesehen ist zwischen einem Katalysatortemperaturschwellwert in dem Fall des Umschaltens von der ersten Steuerung zur zweiten Steuerung und einem Katalysatortemperaturschwellwert in dem Fall des Umschaltens von der zweiten Steuerung zu der ersten Steuerung.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, mit außerdem: einer Basiswert-Berechnungseinrichtung (M3, S12, S32, S42, S52) zum Berechnen eines Basiswerts der Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) zudosiert wird, beruhend auf der jedes Mal in den NOx-Katalysator (13) eingeleiteten NOx-Menge; und einer Korrekturwert-Berechnungseinrichtung (M7, S19) zum Berechnen eines Korrekturwerts für die Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) zudosiert wird, beruhend auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge, wobei die Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) die Zudosierungsmengensteuerung beruhend auf einem Zudosierungsmengensteuerungswert durchführt, der anhand des Basiswerts und des Korrekturwerts für die Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge berechnet wird, wenn die von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, und die Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) die Zudosierungsmengensteuerung beruhend auf einem Zudosierungsmengensteuerungswert durchführt, der anhand des Basiswerts berechnet wird, wenn die von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation höher als ein vorbestimmter Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, mit außerdem: einer Reinigungsraten-Berechnungseinrichtung (S55) zum Berechnen einer NOx-Reinigungsrate in dem NOx-Katalysator (13); und einer Steuerungseinrichtung (S56) zum Steuern der Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge, die von der Reduktionsmittel-Zudosierungseinrichtung (15) zudosiert wird, beruhend auf der berechneten NOx-Reinigungsrate, wobei die Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) von der auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhenden Zudosierungsmengensteuerung zu der auf der NOx-Reinigungsrate beruhenden Zudosierungsmengensteuerung umschaltet, wenn die von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation höher als ein vorbestimmter Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) die auf der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhende Zudosierungsmengensteuerung anhält, wenn die von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation höher als ein vorbestimmter Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung eine Regelung der Reduktionsmittel-Zudosierungsmenge durchführt, um die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge einem Zielwert anzugleichen, und die Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) beruhend auf der von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelten Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation einen Verstärkungsfaktor der Regelung und/oder eine Obergrenze eines Regelungsbetrags der Regelung ändert.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Ermittlungseinrichtung (M8) als die Temperaturinformation eine Lastinformation des Verbrennungsmotors ermittelt und die Steuerungsumschalteinrichtung (M9, S13, S33, S34, S43, S44, S45, S53) den Ausführungsmodus der Reduktionsmittel-Zudosierungssteuerung beruhend auf der Lastinformation des Verbrennungsmotors umschaltet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit außerdem: einer Initialisierungseinrichtung (S22) zum Initialisieren der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge, wenn die von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation einen vorbestimmten Bereich hoher Temperatur erreicht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Initialisierungseinrichtung (S22) die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge auf Null oder einen Wert nahe bei Null initialisiert, wenn die von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation den vorbestimmten Bereich hoher Temperatur erreicht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, mit außerdem: einer Grenzwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Grenzwerts der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge beruhend auf einem Zusammenhang zwischen der Katalysatortemperatur und dem Grenzwert der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge des NOx-Katalysators (13), wobei die Initialisierungseinrichtung (S22) die Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge mit dem Grenzwert der Reduktionsmittel-Adsorptionsmenge initialisiert, wenn die von der Ermittlungseinrichtung (M8) ermittelte Katalysatortemperatur oder Temperaturinformation den vorbestimmten Bereich hoher Temperatur erreicht.