DE60203781T2 - NOx Reinigungsanlage für Brennkraftmaschinen - Google Patents

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Ritsuko Minato-ku Shinozaki
Reiko Minato-ku Doumeki
Takeshi Minato-ku Hashizume
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine NOx-Reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der mit einem NOx-Katalysator mit einem NOx-Reinigungsbetrieb des Abgases unter einer sauerstoffreichen Atmosphäre versehen ist.
  • Es ist eine NOx-Reinigungsvorrichtung unter Verwendung von durch Hydrolyse erzeugtem Ammoniak bekannt, indem Harnstofflösung in das Abgas zugegeben oder Ammoniak direkt dem Abgas als ein Reduzierungsmittel eines selektiven Reduktionskatalysators zugegeben wird. Wenn eine derartige NOx-Reinigungsvorrichtung in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor eingebaut ist, ist die Vorrichtung so aufgebaut, daß der selektive Reduktionskatalysator, sozusagen, der Harnstoff-SRC-Katalysator (hierin nachstehend als der NOx-Katalysator bezeichnet), der in der Lage ist, das NOx des Abgases unter einer sauerstoffreichen Atmosphäre auszufiltern, bei einem Abgassystem des Verbrennungsmotors angeordnet ist, und Harnstofflösung oder Ammoniak dem Abgas von einer Anstromseite des Katalysators aus zugegeben und dem NOx-Katalysator als ein Reduzierungsmittel zugegeben wird.
  • Im Allgemeinen hängt eine NOx-Reinigungsrate in einer NOx-Reinigungsvorrichtung sehr von dem Verhalten des NOx-Katalysators ab, und der vorstehend beschriebene NOx-Katalysator, welcher durch das Ammoniak ein Reduzierungsmittel darstellt, ist mit einer Verarbeitungseigenschaft versehen, NOx mit ei nem hohen Wirkungsgrad in einem 350°C überschreitendem Temperaturbereich zu reduzieren.
  • Wenn Harnstofflösung in das Abgas zugegeben wird, wird Ammoniak (NH3) erzeugt, indem es einer Hydrolyse und Thermolyse gemäß Darstellung durch die Gleichung (1) unterworfen wird. (NH2)2CO + H2O → 2NH3 + CO2 (1)
  • Gemäß einer Denitrifikation zwischen Ammoniak (NH3) und einem Stickstoffoxid (NOx) auf dem NOx-Katalysator wird die Reaktion entsprechend mit hoher oder niedriger Katalysatortemperatur ausgeführt, d. h., hauptsächlich durch Gleichung (2) bei hoher Temperatur und hauptsächlich durch Gleichung (3) bei niedriger Temperatur. 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O (2) 2NH3 + NO + NO2 → 2N2 + 3H2O (3)
  • Bei einem derartigen ein Reduzierungsmittel durch Ammoniak bildendem NOx-Katalysator, ist, wie es durch eine dicke Linie in 8 dargestellt ist, die NOx-Reinigungsrate um so größer je größer die Adsorptionsmenge von Ammoniak in dem NOx-Katalysator ist, und daher ist es zu bevorzugen, die Ammoniak-Adsorptionsmenge auf einen hohen Wert zu regeln, um eine hohe Reinigungsrate des NOx-Katalysators in einem niedrigen Temperaturbereich zu erzielen. Es gibt eine Grenze in der Ammoniak-Adsorptionsmenge, die von dem NOx-Katalysator adsorbiert werden, und ein durch eine dicke Linie in 9 dargestellter Adsorptionsgrenzwert n hängt von der Katalysatortemperatur ab. Eine NOx-Reinigungsvorrichtung, welche die Zufuhrmenge von Ammoniak regelt, ist beispielsweise in JP-A-01-288320 dargestellt.
  • Wenn die NOx-Reinigungsvorrichtung mit dem NOx-Katalysator mit dieser Eigenschaft in einem Fahrzeug montiert ist, ändert sich ein Betriebszustand des Fahrzeugs ständig, und eine Strömungsrate des von dem Verbrennungsmotor abgegebenen Abgases, eine Menge des NOx im Abgas und die Katalysatortemperatur ändern sich signifikant, und daher ist es erforderlich, Ammoniak dem NOx-Katalysator in Abhängigkeit von dem Betriebszustand zuzuführen. Wenn die Ammoniakzufuhr zu dem NOx-Katalysator nicht dem Betriebszustand entsprechen kann, wenn beispielsweise die Ammoniakzufuhrmenge klein ist, wird die Ammoniak-Adsorptionsmenge des NOx-Katalysators unzureichend und das NOx kann nicht ausreichend reduziert werden, und wenn die Ammoniakzufuhrmenge zu groß ist und den Adsorptionsgrenzwert überschreitet, kann ein als Ammoniakdurchschlupf bezeichnetes Phänomen auftreten, in welchem Ammoniak, welches nicht durch den NOx-Katalysator adsorbiert wurde, an die Atmosphäre ausgegeben wird.
  • Die Erfindung löst ein derartiges Problem und es ist ihre Aufgabe, eine NOx-Reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche effektiv das Herbeiführen eines Ammoniakdurchschlupfes verhindern kann, während gleichzeitig eine hohe NOx-Reinigungsrate beibehalten wird.
  • Diese Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden. Insbesondere enthält eine NOx-Reinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung einen NOx-Katalysator, der bei einem Abgassystem des Verbrennungsmotors zum selektiven Reduzieren von NOx in einem Abgas durch Adsorbieren eines Reduzierungsmittels vorgesehen ist, eine Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung zum Zuführen des Reduzierungsmittels zu dem NOx-Katalysator, eine NOx-Abgasmengen-Ermittlungseinrichtung zum Detektieren oder Abschätzen einer von dem Verbrennungsmotor ausgegebenen NOx-Abgasmenge, eine Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Ist-NOx-Reinigungsrate durch den NOx-Katalysator, eine Verbrauchsmengen-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Verbrauchsmenge des von dem NOx-Katalysator adsorbierten Reduzierungsmittels auf der Basis der von der NOx-Abgasmengen-Ermittlungseinrichtung detektierten oder geschätzten NOx-Abgasmenge und der von der Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung ermittelten Ist-NOx-Reinigungsrate, eine Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln einer Ist-Adsorptionsmenge des von dem NOx-Katalysator adsorbierten Reduzierungsmittels in Abhängigkeit von der Verbrauchsmenge des von der Verbrauchsmengen-Ermittlungseinrichtung ermittelten Reduzierungsmittels und einer Zugabemenge des Reduzierungsmittels durch die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung, und eine Regelungseinrichtung zum Regeln der Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung in Abhängigkeit der von der Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung ermittelten Ist-Adsorptionsmenge.
  • Daher kann gemäß der Erfindung durch Detektion der Ist-Adsorptionsmenge des an dem NOx-Katalysator adsorbierten Reduzierungsmittels eine passende Menge des Reduzierungsmittels zugegeben werden, um die zum Reduzieren des NOx-Abgasbetrags erforderliche Adsorptionsmenge des Reduzierungsmittels bereitzustellen, und eine hohe NOx-Reinigungsrate und eine Reduktion in dem Reduzierungsmittel, beispielsweise ein Ammoniakdurchschlupf, können miteinander vereinbar gemacht werden.
  • Die Erfindung wird detaillierter in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind:
  • 1 eine Gesamtaufbauansicht einer NOx-Reinigungsvorrichtung, die eine erste Ausführungsform der Erfindung darstellt;
  • 2 ein Flußdiagramm, das eine Routine von NOx-Reinigungsverarbeitungen darstellt, die in der ersten Ausführungsform durchgeführt werden;
  • 3 ein in der ersten Ausführungsform verwendetes Kennfeld, das eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und einer Ammoniak-Adsorptionsmenge in einem Zustand darstellt, in welchem eine Soll-Adsorptionsmenge und eine Ist-Adsorptionsmenge miteinander übereinstimmen;
  • 4 ein in der ersten Ausführungsform verwendetes Kennfeld, das eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und einer Ammoniak-Adsorptionsmenge in einem Zustand darstellt, wenn die Soll-Adsorptionsmenge und die Ist-Adsorptionsmenge nicht miteinander übereinstimmen;
  • 5 eine Gesamtaufbauansicht einer NOx-Reinigungsvorrichtung, die eine zweite Ausführungsform der Erfindung darstellt;
  • 6 ein Flußdiagramm, das eine Routine von NOx-Reinigungsverarbeitungen darstellt, die in der zweiten Ausführungsform durchgeführt werden;
  • 7 ein Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und einer in der zweiten Ausführungsform verwendeten Bezugsreinigungsrate darstellt;
  • 8 ein Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Ammoniak-Adsorptionsmenge und einer NOx-Reinigungsrate eines NOx-Katalysators darstellt; und
  • 9 ein Kennliniendiagramm, das eine Beziehung zwischen einer Katalysatortemperatur und einer Ammoniak-Adsorptionsmenge eines NOx-Katalysators darstellt.
  • Eine NOx-Reinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird erläutert. In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Dieselmotor (hierin nachstehend als "Motor" beschrieben) welcher in einem nicht dargestellten Fahrzeug eingebaut ist. Eine Ausgangsleitung des Motors 1 wird von einer Motorregelungsvor richtung 5 gesteuert. In diesem Falle ermittelt die Motorregelungsvorrichtung 5 eine Abgasströmungsrate G aus einer Ansaugströmungsrate und einer Kraftstoffeinspritzmenge, zur Ausgabe an eine Abgasregelungsvorrichtung 4.
  • Wesentliche Abschnitte der Abgasregelungsvorrichtung 4 und der Motorregelungsvorrichtung 5 werden von allgemein bekannten Mikrocomputern gebildet, welche miteinander kommunizierend über ein Regelungssystem-Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. Die Abgasströmungsrate G kann aus einer Motordrehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge ermittelt werden.
  • Die NOx-Reinigungsvorrichtung ist mit einem NOx-Katalysator 17, der bei einem mit einem Abgassammler 25 des Motors 1 in Verbindung stehenden und ein Abgassystem zum selektiven Reduzieren von NOx im Abgas bildenden Auslaßrohr 28 eingebaut ist, einer Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29 zum Zuführen von Ammoniak zu dem NOx-Katalysator 17, einer NOx-Abgasmengen-Ermittlungseinrichtung 41 zum Abschätzen einer NOx-Massenstromrate Unox als einer von dem Motor 1 ausgegebenen NOx-Abgasmenge, einer Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung 42 zum Ermitteln einer Ist-NOx-Reinigungsrate η durch den NOx-Katalysator 17, einer Verbrauchsmengen-Ermittlungseinrichtung 43 zum Ermitteln einer Verbrauchsmenge f(η, Unox) des von an dem NOx-Katalysator 17 adsorbierten Ammoniaks auf der Basis der von der NOx-Abgasmengen-Ermittlungseinrichtung geschätzten NOx-Massenstromrate Unox und der von der Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung 42 ermittelten NOx-Reinigungsrate η, einer Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung 45 zum Ermitteln einer Ist-Adsorptionsmenge SNH3(η) des von dem NOx-Katalysator 17 adsorbierten Ammoniaks in Abhängigkeit von einer Zugabemenge DNH3 von Ammoniak durch die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29 und die von der Verbrauchsmengen-Ermittlungseinrichtung 43 ermittelte Ver brauchsmenge f (h, Unox) an Ammoniak, einer Soll-Adsorptionsmengen-Einstelleinrichtung 47 zum Einstellen einer Soll-Adsorptionsmenge MNH3 von Ammoniak in Bezug auf den NOx-Katalysator 17, einer Regelungseinrichtung 46 zum Regeln der Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29 in Abhängigkeit von einem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der von der Adsorptions-Ermittlungseinrichtung 45 ermittelten Soll-Adsorptionsmenge SNH3(n) und der von der Soll-Adsorptionsmengen-Einstelleinrichtung 47 eingestellten Soll-Adsorptionsmenge MNH3, und einer Basiszugabemengen-Ermittlungseinrichtung 50 zum Ermitteln einer Basiszugabemenge DNH3 an Ammoniak versehen.
  • Der NOx-Katalysator 17 wird durch Anhaften einer Katalysatorkomponente an einem Katalysatorträger mit einer Honigwabenstruktur und der in einem Gehäuse eines in dem Abgasrohr 28 vorgesehenen NOx-Katalysatorwandlers 27 enthalten ist, gebildet. Als der den selektiven Reduktionskatalysator bildende NOx-Katalysator 17 sind Vanadiumarten, Platinarten, Zeolitharten und dergleichen vorhanden. Der NOx-Katalysator 17 reduziert selektiv NOx in dem Abgas 24 durch adsorbierendes Ammoniak (NH3) und in einem Ammoniakadsorbierungszustand, der NOx-Katalysator 17 beschleunigt eine Denitrifikation zwischen NH3 und einem Stickstoffoxid in Abhängigkeit von einer hohen oder niedrigen Atmosphärentemperatur des NOx in dem Abgas 24, indem hauptsächlich die Reaktion der Gleichung (2) bei hoher Temperatur und die der Gleichung (3) bei niedriger Temperatur ausgeführt wird.
  • Der NOx-Katalysator 17 ist mit einem Katalysatortemperatursensor 22 zur Ausgabe einer Katalysatortemperatur Tg versehen. Andererseits kann ein geschätzter Wert der Katalysatortemperatur berechnet werden, um als die Katalysatortemperatur Tg in Hinblick auf Parameter verwendet zu werden, welche mit einer Katalysatortemperatur korreliert sind, wie z. B. die Motorumdrehungsdrehzahl und die Kraftstoffeinspritzmenge, eine Betriebszeitdauer in einem entsprechendes Motorbetriebsbereich und die Außentemperatur.
  • Die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29 ist mit einer Einführungsdüse 18, die an dem Auslaßrohr 28 zwischen einem davor liegenden NOx-Sensor 19 und dem NOx-Katalysator 17 zur Zugabe vorgesehen ist, um Harnstofflösung in eine anstromseitige Öffnungsseite des NOx-Katalysatorwandlers 27 einzuspritzen, einem mit der Einführungsdüse 18 verbundenen Einspritzrohr 31, einem mit einem anstromseitigen Ende des Einspritzrohres 31 verbundenen Luftbehälter 32, einem Druckluftregelventil 33 zur Regelung der Zufuhr von Druckluft in das Einspritzrohr 31, einem mit dem Einspritzrohr an einer Position abstromseitig von dem Druckluftregelventil 33 verbundenes Harnstofflösungs-Zuführungsrohr 34, einem Harnstofflösung zum Zugeben enthaltendem Harnstofflösungsbehälter 35 der, und einem Harnstofflösungs-Zuführungsabschnitt 37 zur Regelung der Zufuhr von Harnstofflösung in dem Harnstofflösungsbehälter 35 aus dem Harnstofflösungs-Zuführungsrohr 34 in das Einspritzrohr 31, versehen. Das Druckluftregelungsventil 33 und der Harnstofflösungs-Zuführungsabschnitt 37 sind mit der Regelungseinrichtung 46 über Signalleitungen verbunden.
  • Die NOx-Abgasmengen-Ermittlungseinrichtung 41 ermittelt die NOx-Massenstromrate Unox auf der Basis einer NOx-Konzentration Snoxf einer Anstromseite des NOx-Katalysators 17, die von dem an dem Auslaßrohr 28 auf der Anstromseite des NOx-Katalysators 17 angeordneten davor befindlichen NOx-Sensor 19 detektiert wird, und der Abgasstromrate G aus der Motorregelungsvorrichtung 5 in Entsprechung zu einer Abgasmenge des von dem Motor 1 ausgegebenen Abgases.
  • Das Abgasrohr 28 auf der Abstromseite des NOx-Katalysators 17 ist mit einem nachfolgenden NOx-Sensor 26 zum Detektieren einer NOx-Konzentration Snoxr auf der Abstromseite des NOx-Katalysators 17 versehen. Die NOx-Konzentration Snoxf und Snoxr aus den entsprechenden NOx-Sensoren 19 und 26 werden an die Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung 42 ausgegeben.
  • Die Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung 42 ist eine Betriebsschaltung zum Berechnen der Soll-NOx-Reinigungsrate (η) durch Verarbeiten der NOx-Konzentrationen Snoxf und Snoxr aus den entsprechenden NOx-Sensoren 19 und 26, um eine Differenz dazwischen Snoxf – Snoxr zu berechnen und einen Wert der Differenz durch Snoxf zu dividieren.
  • Die Basiszugabemengen-Ermittlungseinrichtung 50 ist mit einem Basiszugabemengenkennfeld für Ammoniak, welches im Voraus in Abhängigkeit von einem Motorbetriebszustand ermittelt wurde, um der Ammoniak-Adsorptionsmenge bei dem NOx-Katalysator 17 zu genügen, welche durch die unterbrochenen Linien in 3 und 4 dargestellt ist, versehen, um die Basiszugabemenge DNH3 von Ammoniak passend in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur Tg zur Ausgabe an die Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung 45 auszuwählen.
  • Die Soll-Adsorptionsmengen-Einstelleinrichtung 47 ist ein Kennfeld zum Einstellen der Soll-Adsorptionsmenge MNH3 des an dem NOx-Katalysator 17 adsorbierten Ammoniaks in Abhängigkeit von der von der Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung detektierten oder geschätzten Katalysatortemperatur Tg.
  • Die Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung 45 ist eine Betriebsschaltung zum Ermitteln einer geschätzten Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) durch die nachstehend dargestellte Gleichung (4) auf der Basis einer zu einem vorhergehenden Zeitpunkt ermittelten Soll-Adsorptionsmenge SNH3(n – 1), der durch die Basiszugabemengen-Ermittlungseinrichtung 50 ermittelten Basiszugabemenge DNH3 an Ammoniak, und der zum aktuellen Zeitpunkt ermittelten Ammoniakverbrauchsmenge f(η/Unox). SNH3(n) = SNH3 (n – 1) + DNH3 – f (η, Unox) (4)
  • Gemäß der Ausführungsform wird die Abgasregelungsvorrichtung durch die NOx-Abgasmengen-Ermittlungseinrichtung 41, die Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung 42, die Verbrauchsmengen-Ermittlungseinrichting 43, die Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung 45, die Regelungseinrichtung 46 und die Soll-Adsorptionsmengen-Einstelleinrichtung 47 und die Basiszugabemengen-Ermittlungseinrichtung 50 gebildet. Die Regelungseinrichtung 46 führt eine Regelung zur Ansteuerung des Druckluftregelventils 33 und des Harnstofflösungs-Zuführungsabschnittes 37 durch.
  • Anschließend werden die NOx-Regelungsverarbeitungen durch die NOx-Reinigungsvorrichtung in Abhängigkeit von einer NOx-Reinigungsverarbeitungsroutine von 2 erläutert.
  • Im Betrieb des Motors 1 eines nicht dargestellten Fahrzeugs, welches mit der NOx-Reinigungsvorrichtung ausgerüstet ist, prüft die Motorregelungsvorrichtung 5, ob ein Selbsttestergebnis normal ist, oder ob der Betrieb betroffener Vorrichtungen und Sensoren, welcher passend von mehreren Regelungssystemen ausgeführt werden, wie beispielsweise von einem Kraftstoffeinspritzsystem, einem Kraftstoffzuführungssystem und dergleichen normal ist, und führt in dem normalen Fall (OK) eine Regelung durch Übertragen von Regelungssignalen an das Kraftstoffeinspritzsystem und das Kraftstoffzuführungssystem in Abhängigkeit von entsprechenden Eingabewerten der vorstehend erwähnten Sensoren aus und überträgt bei der Gelegenheit erhaltene Ausgangssignale und dergleichen an die Abgasregelungsvorrichtung 4.
  • Die Abgasregelungsvorrichtung 4 wiederholt eine NOx-Reinigungs-Verarbeitungsregelung der NOx-Reinigungs-Verarbeitungsroutine von 2 gleichzeitig mit einem EIN-Zustand des Motorschlüssels bei jedem vorbestimmten Regelungszyklus. Die Abgasregelungsvorrichtung 4 bestätigt den Zustand Schlüssel EIN bei dem Schritt R1 und gibt Daten der Katalysatortemperatur Tg, der Abgasstromrate G, der NOx-Konzentrationen Snoxf, Snoxr, der Adsorptionsmenge SNH3(n – 1) zu einem vorhergehenden Zeitpunkt und dergleichen bei dem Schritt R2 ein.
  • Bei dem Schritt R3 berechnet die Abgasregelungsvorrichtung 4 jeweils die NOx-Massenstromrate Unox unter Verwendung der Abgasstromrate G und der NOx-Konzentration Snoxf und der Ist-NOx-Reinigungsrate n unter Verwendung der NOx-Konzentrationen Snoxf, Snoxr, berechnet die Basiszugabemenge DNH3 an Ammoniak als eine aufs Neue von dem NOx-Katalysator 17 auf der Basis der Katalysatortemperatur Tg zu adsorbierende Ammoniakmenge, berechnet die Soll-Adsorptionsmenge MNH3 entsprechend der Katalysatortemperatur Tg aus dem die Soll-Adsorptionsmengen-Einstelleinrichtung 47 bildendem Kennfeld, und geht zu dem Schritt R4 über.
  • Bei dem Schritt R4 ermittelt die Abgasregelungsvorrichtung 4 die Verbrauchsmenge f (η, Unox) auf der Basis der NOx-Massenstromrate Unox und der Ist-NOx-Reinigungsrate η und führt eine Berechnung zum Ermitteln der Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) an Ammoniak unter Verwendung der Gleichung (4) bei dem Schritt R5 durch.
  • Bei dem Schritt R6 vergleicht die Abgasregelungsvorrichtung 4 die Ist-Verbrauchsmenge SNH3(n) und die Soll-Adsorptionsmenge MNH3 und, wenn die Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) die Soll-Adsorptionsmenge MNH3 überschreitet, bestehen Bedenken bezüglich eines Ammoniakdurchschlupfes, und geht daher zu dem Schritt R9 über, verhindert das Zugeben von Harnstofflösung bei dem Harnstofflösungs-Zuführungsabschnitt 37 für die Regelung, um die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29 zu stoppen, um dadurch den aktuellen Regelungszyklus zu beenden.
  • Wenn die Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) nicht die Soll-Adsorptionsmenge MNH3 überschreitet, geht die Abgasregelungsvorrichtung 4 zu dem Schritt R7 über, korrigiert den Basiszugabemenge DNH3 an Ammoniak um eine Differenzbetrag dazwischen, um der Soll-Adsorptionsmenge MNH3 zu genügen, um dadurch eine Ist-Ammoniakzugabemenge DNH3(n) zu ermitteln und geht zu dem Schritt R8 über. Bei dem Schritt R8 korrigiert die Abgasregelungsvorrichtung 4 nicht die Basiszugabemenge DNH3 in dem Falle, daß die Soll-Adsorptionsmenge SNH3(n) = die Soll-Adsorptionsmenge MNH3 gemäß Darstellung in 3 ist, und fügt einen Differenzbetrag zu der Basisadditionsmenge DNH3 in dem Falle zu, daß "die Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) < die Soll-Adsorptionsmenge MNH3" gemäß Darstellung durch 4 ist. Bei dem Schritt R8 wird der aktuelle Zeitregelungszyklus beendet, indem eine Regelung zum Regeln des Harnstofflösungs-Zuführungsabschnittes 37 der Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29 ausgeführt wird.
  • Durch den Regelungsvorgang bei dem Schritt R8 liefert der Harnstofflösungs-Zuführungsabschnitt 37 Harnstofflösung entsprechend einer Ammoniakmenge der Ist-Zugabemenge DNH3(n) oder der Basiszugabemenge DNH3 des Ammoniaks aus der Einführungsdüse 18 an das Auslaßrohr 28 über das Einspritzrohr 31.
  • Gemäß der Ausführungsform wird die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29 von der Regelungseinrichtung 46 in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis der Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) und der Soll-Adsorptionsmenge MNH3 gesteuert, und daher wird, selbst wenn ein Fehler in der Soll-Adsorptionsmenge SNH3(n) vorhanden ist, die Basiszugabemenge DNH3 an Ammoniak passend korrigiert und daher kann eine passende Menge an Ammoniak dem NOx-Katalysator 17 zugeführt und an dem NOx-Katalysator 17 adsorbiert werden, um die Ammoniak-Adsorptionsmenge zu bilden, welche zum Reduzieren der NOx-Abgasmenge erforderlich ist, und eine Herbeiführung eines Ammoniakdurchschlupfes kann aktiv verhindert werden, während gleichzeitig eine hohe NOx-Reinigungsrate beibehalten wird.
  • Wenn die Genauigkeit der Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) extrem hoch ist, kann ein Regelungsmodus einer Zugabe der Ist-Zugabemenge DNH3 zum Korrigieren der Basiszugabemenge dem Ammoniakverbrauch f entsprechend ohne Vergleichen der Ist-Verbrauchsmenge SNH3(n) und der Soll-Adsorptionsmenge MNH3 aufgebaut werden.
  • Eine NOx-Reinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 3 erläutert. Die NOx-Reinigungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform wird durch einen im Grunde gleichen Aufbau wie dem der ersten Ausführungsform mit einer Ausnahme gebildet, daß sich eine Zusammensetzung einer Abgasregelungsvorrichtung 40 von der der Abgasregelungsvorrichtung 4 unterscheidet. Daher werden dieselben Bezugszeichen Zusammensetzung gegeben, welche dieselben Funktionen wie diejenigen der ersten in 1 dargestellten Ausführungsform haben und deren detaillierte Erläuterung unterlassen.
  • Ein Merkmal der Abgasregelungsvorrichtung 40 beruht auf der Bereitstellung einer Bezugs-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung 52 zum Ermitteln einer Bezugs-NOx-Reinigungsrate Sη auf der Basis der von der Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung 45 ermittelten Soll-Adsorptionsmenge SNH3(n) und der Katalysatortemperatur Tg des NOx-Katalysators 17 oder mit der Katalysatortemperatur korrelierter Parameter und einer Korrektureinrichtung 51 zum Korrigieren von der Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungs einrichtung 42 ermittelten Ist-NOx-Reinigungsrate η, in Abhängigkeit von einem Ergebnis eines Vergleichs der von der Bezugs-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung 52 ermittelten Bezugs-NOx-Reinigungsrate Sη und der von der Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung 42 ermittelten Ist-NOx-Reinigungsrate η und zum Regeln der Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29 durch die Regelungseinrichtung 46 in Abhängigkeit von der durch die Korrektureinrichtung 51 korrigierten Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n).
  • Die Bezugs-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung 52 ermittelt die Bezugs-NOx-Reinigungsrate Sη aus einer Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur und der NOx-Reinigungsrate gemäß Darstellung durch die 7 und die Beziehung zwischen der Ammoniak-Adsorptionsmenge und der NOx-Reinigungsrate gemäß Darstellung durch 8.
  • Anschließend werden die NOx-Regelungsverarbeitungen durch die NOx-Reinigungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform gemäß einer NOx-Reinigungsverarbeitungsroutine von 6 beschrieben.
  • Die Abgasregelungsvorrichtung 40 wiederholt eine NOx-Reinigungsverarbeitungsregelung der NOx-Reinigungsverarbeitungsroutine von 6 bei jedem vorbestimmten Regelungszyklus simultan mit dem EIN-Zustand eines Zündschlüssels. Bei dem Schritt S1 bestätigt die Abgasregelungsvorrichtung 40 den Zustand Schlüssel EIN und gibt Daten der Katalysatortemperatur Tg, der Abgasstromrate G, der NOx-Konzentrationen Snoxf, Snoxr, der Adsorptionsmenge SNH3(n – 1) zu einem vorhergehenden Zeitpunkt und dergleichen bei dem Schritt S2 ein.
  • Bei dem Schritt S3 berechnet die Abgasregelungsvorrichtung 40 jeweils die NOx-Massenstromrate Unox unter Verwendung der Abgasstromrate G und der NOx-Konzentration Snoxf und be rechnet die Ist-NOx-Reinigungsrate η unter Verwendung der NOx-Konzentrationen Snoxf, Snoxr, berechnet die Basiszugabemenge DNH3 an Ammoniak als eine aufs Neue von dem NOx-Katalysator 17 zu adsorbierende Ammoniakmenge auf der Basis der Katalysatortemperatur Tg aus dem Kennfeld der Basiszugabemengen-Ermittlungseinrichtung 50 und geht zu dem Schritt S4 über.
  • Bei dem Schritt S4 ermittelt die Abgasregelungsvorrichtung 40 die Verbrauchsmenge f(η, Unox) auf der Basis der NOx-Massenstromrate Unox und der Ist-NOx-Reinigungsrate η und geht zu dem Schritt S5 über und führt eine Berechnung zur Ermitteln der Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) an Ammoniak unter Verwendung der Gleichung (4) bei dem Schritt R5 durch.
  • Bei dem Schritt S6 berechnet die Abgasregelungsvorrichtung 40 die Bezugs-NOx-Reinigungsrate Sη abhängig von der Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) und der Katalysatortemperatur Tg und geht zu dem Schritt S7 über. Bei dem Schritt S7 berechnet die Abgasregelungsvorrichtung 40 einen Reinigungsratenfehler Gη aus der Bezugs-NOx-Reinigungsrate Sη und der Ist-NOx-Reinigungsrate η und geht zu dem Schritt S8 über. Bei dem Schritt S8 vergleicht die Abgasregelungsvorrichtung 40 einen zuvor eingestellten Bezugsfehler Z und den Reinigungsratenfehler Gη und geht, wenn der Reinigungsratenfehler Gη in einen Bereich des Bezugsfehlers Z fällt, zu dem Schritt S9 über, und führt eine Regelung zum Ansteuern des Harnstofflösungs-Zuführungsabschnittes 37 der Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29 aus, um eine Harnstofflösungsmenge in einer Menge entsprechend dem Ammoniak der Bezugszugabemenge DNH3 zuzuführen, um die Bezugszugabemenge DNH3 an Ammoniak zuzugeben, welche der Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) genügt, um dadurch den aktuellen Zeitsteuerungszyklus zu beenden.
  • Wenn der Reinigungsratenfehler Gη von dem Bereich des Bezugsfehlers Z abweicht, geht die Abgasregelungsvorrichtung 40 zu dem Schritt S10 über, korrigiert die Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n), korrigiert die Basiszugabemenge DNH3, um dem korrigierten Wert zu genügen, um dadurch die Ist-Zugabemenge DNH3(n) zu ermitteln und geht zu dem Schritt S11 über. Bei dem Schritt S11 führt die Abgasregelungsvorrichtung 40 eine Regelung zum Ansteuern des Harnstofflösungs-Zuführungsabschnittes 37 der Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29, um eine Harnstofflösung in einer dem Ammoniak entsprechenden Menge der Ist-Zugabemenge DNH3(n) zuzuführen, um die korrigierte Ist-Zugabemenge DNH3(n) zuzugeben und dadurch den aktuellen Steuerzyklus zu beenden.
  • Durch den Regelungsvorgang bei den Schritten S9, S11 liefert der Harnstofflösungs-Zuführungsabschnitt 37 Harnstofflösung, die auf eine Durchflußrate in Abhängigkeit von einer Ammoniakmenge der Ist-Zugabemenge DNH3(n) oder der Basiszugabemenge DNH3 aus der Einführungsdüse 18 geregelt ist, an das Auslaßrohr 28 über das Einspritzrohr 31.
  • Gemäß der Ausführungsform wird die Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) in Abhängigkeit von einem Ergebnis eines Vergleichs der Bezugs-NOx-Reinigungsrate Sη und der Ist-NOx-Reinigungsrate η korrigiert, und daher wird, wenn die Differenz zwischen der Bezugs-NOx-Reinigungsrate Sη und der Ist-NOx-Reinigungsrate η den Bezugsfehler Z überschreitet, die Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) korrigiert und die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung 29 durch die Regelungseinrichtung 46 auf der Basis der korrigierten Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) geregelt, und daher wird selbst dann, wenn ein Fehler in der Ist-Adsorptionsmenge SNH3(n) vorliegt, die Basiszugabemenge DNH3 des Ammoniaks passend korrigiert und daher kann Ammoniak bei dem NOx-Katalysator 17 adsorbiert werden, indem eine pas sende Menge an Ammoniak dem NOx-Katalysator 17 zugeführt wird, um eine Ammoniak-Adsorptionsmenge zu bilden, die zum Reduzieren der NOx-Abgasmenge erforderlich ist, und ein Herbeiführen des Ammoniakdurchschlupfes kann effektiv verhindert werden, während gleichzeitig die hohe NOx-Reinigungsrate beibehalten wird.

Claims (7)

  1. NOx-Reinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (1), wobei die NOx-Reinigungsvorrichtung aufweist: einen NOx-Katalysator (17), der bei einem Abgassystem des Verbrennungsmotors (1) zum selektiven Reduzieren von NOx in einem Abgas durch Adsorbieren eines Reduzierungsmittels vorgesehen ist; eine Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung (29) zum Zuführen des Reduzierungsmittels zu dem NOx-Katalysator (17); eine NOx-Abgasmengen-Ermittlungseinrichtung (41) zum Detektieren oder Abschätzen einer von dem Verbrennungsmotor (1) ausgegebenen NOx-Abgasmenge; eine Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung (42) zum Ermitteln einer Ist-NOx-Reinigungsrate durch den NOx-Katalysator; eine Verbrauchsmengen-Ermittlungseinrichtung (43) zum Ermitteln einer Verbrauchsmenge des von dem NOx-Katalysator (17) adsorbierten Reduzierungsmittels auf der Basis der von der NOx-Abgasmengen-Ermittlungseinrichtung (41) detektierten oder geschätzten NOx-Abgasmenge und der von der Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung (42) ermittelten Ist-NOx-Reinigungsrate; eine Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung (45) zum Ermitteln einer Ist-Adsorptionsmenge des von dem NOx- Katalysator (17) adsorbierten Reduzierungsmittels in Übereinstimmung mit der Verbrauchsmenge des von der Verbrauchsmengen-Ermittlungseinrichtung (43) ermittelten Reduzierungsmittels und einer Zugabemenge des Reduzierungsmittels durch die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung (29); und eine Regelungseinrichtung (46) zum Regeln der Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung in Abhängigkeit der von der Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung (45) ermittelten Ist-Adsorptionsmenge.
  2. NOx-Reinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, wobei die Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung (42) die Ist-NOx-Reinigungsrate aus einer Differenz oder einem Verhältnis einer anstromseitigen NOx-Konzentration, die von einem bei dem Auslaßsystem an einer Anstromseite des NOx-Katalysators vorgesehenem vorgeschaltetem NOx-Sensor (19) detektiert wird und einer abstromseitigen NOx-Konzentration, die von einem nachfolgenden NOx-Sensor (26) detektiert wird, welcher bei dem Auslaßsystem auf einer Abstromseite des NOx-Katalysators (17) vorgesehen ist.
  3. NOx-Reinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einer Soll-Adsorptionsmengen-Einstelleinrichtung (47) zum Einstellen einer Soll-Adsorptionsmenge des Reduzierungsmittels in Hinblick auf den NOx-Katalysator (17) in Abhängigkeit von einer Katalysatortemperatur des NOx-Katalysators oder eines mit der Katalysatortemperatur korrelierten Parameters; wobei die Regelungseinrichtung (46) die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung (29) in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs der Ist-Adsorptionsmenge, die von der Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung (45) ermittelt wird, und der Soll-Adsorptionsmenge, die von der Soll-Adsorptionsmengen-Einstelleinrichtung (47) eingestellt wird, regelt.
  4. NOx-Reinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit: einer Bezugs-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung (52) zum Ermitteln einer Bezugs-NOx-Reinigungsrate auf der Basis der Ist-Adsorptionsmenge, die von der Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung (45) ermittelt wird, und einer Katalysatortemperatur des NOx-Katalysators oder eines mit der Katalysatortemperatur korreliertem Parameters; und einer Korrektureinrichtung (51) zum Korrigieren der von der Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung (45) ermittelten Ist-Adsorptionsmenge in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs der von der Bezugs-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung (52) ermittelten Bezugs-NOx-Reinigungsrate und der von der Ist-NOx-Reinigungsraten-Ermittlungseinrichtung (42) ermittelten Ist-NOx-Reinigungsrate; wobei die Regelungseinrichtung (46) die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung in Übereinstimmung mit der von der Korrektureinrichtung (51) korrigierten Ist-Adsorptionsmenge regelt.
  5. NOx-Reinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung (45) die Ist-Adsorptionsmenge des bei dem NOx-Katalysator (17) adsorbierten Reduzierungsmittels aus einer Summe einer Differenz der Zugabemenge des Reduzierungsmittels durch die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung (29) und der von der Verbrauchsmengen-Ermittlungseinrichtung (43) ermittelten Verbrauchsmenge des Reduzierungsmittels, und einem durch die Adsorptionsmengen-Ermittlungseinrichtung (45) zu einem vorherigen Zeitpunkt ermittelten Wert der Adsorptionsmenge ermittelt.
  6. NOx-Reinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das durch die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung zugegebene Reduzierungsmittel Ammoniak oder Harnstofflösung ist.
  7. NOx-Reinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 6, wobei die Regelungseinrichtung (46) die Reduzierungsmittel-Zuführungseinrichtung so regelt, daß die Ist-Adsorptionsmenge in eine Nähe eines Grenzwertes fällt, bei welcher kein Ammoniakdurchschlupf bei dem NOx-Katalysator (17) herbeigeführt wird.
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