• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Erfindungsgemäß werden eine Abgasreinigungsvorrichtung und ein solches Verfahren für einen Verbrennungsmotor sowie eine Motorsteuereinheit angegeben, um die einem selektiven NOx-Reduktionskatalysator (8) zugeführte Reduktionsmittelmenge geeignet zu bestimmen, um gute Abgaseigenschaften sicherzustellen. Erfindungsgemäß umfasst die Abgasreinigungsvorrichtung (1): eine ECU (2); einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator (8) zum Reinigen von NOx in Abgasen in einem Auspuffrohr (7); einen NOx-Sensor (20), der in dem Auspuffrohr (7) stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators (8) angeordnet ist, um eine NOx-Konzentration in den Abgasen zu erfassen; sowie eine Einspritzdüse (14) zum Versorgen des selektiven NOx-Reduktionskatalysators (8) mit Ammoniak, der in einer Ammoniakproduktionseinheit (10) produziert wird. Die ECU (2) bestimmt die Ammoniakmenge (Tinh), die durch die Einspritzdüse (14) zu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator (8) eingespritzt wird, sodass eine Schätzung (Vnox_hat) der von dem NOx-Sensor (20) erfassten NOx-Konzentration einen Minimalwert (Vonx_hmin) erreicht.
    公开号:DE102004007922A1
    申请号:DE200410007922
    申请日:2004-02-18
    公开日:2004-08-26
    发明作者:Jun Wako Iwamoto；Hidemi Wako Ogihara；Yuji Wako Yasui
    申请人:Honda Motor Co Ltd；
    IPC主号:F01N3-24
    专利说明:
    [0001] Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtungund ein Abgasreinigungsverfahren für einen Verbrennungsmotor zumReinigen von Stickoxiden (NOx) von durch eine Auspuffleitung fließenden Abgasendurch einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator in der Gegenwarteines Reduktionsmittels.
    [0002] Eine typische herkömmlicheAbgasreinigungsvorrichtung füreinen Verbrennungsmotor der oben erwähnten Art ist z.B. aus derjapanischen Patentschrift Nr. 6-35816 bekannt. Diese Abgasreinigungsvorrichtungspritzt Ammoniak als Reduktionsmittel in einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator voneiner stromaufliegenden Stelle einer Auspuffleitung ein. Diese Abgasreinigungsvorrichtung,welche bei einem Fahrzeug mit Dieselmotor angewendet wird, umfassteine Ammoniakproduktionseinheit zum Erzeugen von Ammoniak; eineAmmoniakzufuhreinheit zum Zuführenvon erzeugtem Ammoniak zu einer Stelle in der Auspuffleitung stromaufdes selektiven NOx-Reduktionskatalysators;eine ECU zum Steuern/Regeln dieser Komponenten; sowie einen NOx-Sensor,der an einer Stelle der Auspuffleitung stromauf des selektiven NOx-Reduktionskatalysators angeordnetund mit der ECU verbunden ist. Die Ammoniakproduktionseinheit, dieAmmoniak aus Leichtölund Luft erzeugt, umfasst einen katalytischen Spaltreaktor, einenOxidationsreaktor, einen Ammoniaksynthesereaktor und dgl.
    [0003] Die Ammoniakzufuhreinheit umfasstwiederum eine Ammoniakflasche zum Speichern von durch die Ammoniakproduktionseinheitproduziertem Ammoniak; und ein Steuerventil zum Steuern der von derAmmoniakflasche der Auspuffleitung zugeführten Ammoniakmenge. In dieserAbgasreinigungsvorrichtung bestimmt die ECU die zugeführte Ammoniakmenge,die fürdie NOx-Reinigungerforderlich ist, auf der Basis der von dem NOx-Sensor erfassten NOx-Konzentrationin den Abgasen, und regelt die Öffnungdes Steuerven tils auf der Basis der so bestimmten zugeführten Ammoniakmenge.
    [0004] Die vorstehende Abgasreinigungsvorrichtungverwendet den selektiven NOx-Reduktionskatalysator, weil er im Vergleichzu einem Nox-Adsorptionskatalysator oder einem NOx-Speicherkatalysator wenigerunter Schwefelvergiftung leidet und auf Verschlechterung der Reduktionsleistungweniger empfindlich ist und auch deswegen, weil er ohne fette Spitzensteuerungzum Anreichern des Luft-Kraftstoffverhältnisses eines Luft-Kraftstoffgemischs,um die NOx-Adsorptionsleistung (Reinigungsleistung) des Katalysatorswieder zu gewinnen, auskommt, wodurch sich der Kraftstoffverbrauchverbessern lässt.
    [0005] Da in der herkömmlichen Abgasreinigungsvorrichtung,wie sie in der japanischen Patentschrift Nr. 6-35816 beschriebenist, der NOx-Sensor in der Auspuffleitung an einer Stelle stromaufdes selektiven NOx-Reduktionskatalysators angeordnet ist, wird diedem selektiven NOx-Reduktionskatalysator zugeführte Ammoniakmenge einfachauf der Basis der NOx-Konzentration von Abgasen bestimmt, die voneinem Dieselmotor abgegeben werden, unabhängig davon, wie das NOx durchden selektiven NOx-Reduktionskatalysator tatsächlich gereinigt wird. Im Ergebniswird die dem selektiven NOx-ReduktionskatalysatorzugeführteAmmoniakmenge nicht richtig entsprechend der tatsächlichen NOx-Reinigungdurch den selektiven NOx-Reduktionskatalysator bestimmt, was dieAbgaseigenschaften des Motors unter Umständen verschlechtert.
    [0006] Zur Lösung dieses Problems ist darangedacht worden, den NOx-Sensor in der Auspuffleitung an eine Stellestromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators anzuordnen, sodassdie dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator zugeführte Ammoniakmengeauf der Basis der NOx-Konzentration bestimmt wird, die von dem sopositionierten NOx-Sensor erfasst wird. Jedoch hat sich in Experimentenallgemein bestätigt,dass der NOx-Sensor charakteristischerweise nicht nur mit NOx inAbgasen reagiert, sondern auch mit Ammoniak. Da eine Zunahme vom beider NOx-Reduktion nicht verbrauch ten Ammoniak eine höhere Ammoniakkonzentrationin den Abgasen stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysatorsverursacht, erfasst daher der NOx-Sensor, wenn er in der Auspuffleitungstromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators angeordnet wird,einen Wert, der scheinbar eine hohe NOx-Konzentration anzeigt. Dainfolgedessen der NOx-Sensor nicht in der Lage ist, die NOx-Konzentrationin den Abgasen korrekt zu erfassen, bestimmt daher die ECU keingeeignete Ammoniakmenge, die dem selektiven NOx-Reduktionskatalysatorzuzuführenist, was möglicherweisein verschlechterten Abgaseigenschaften des Motors resultiert.
    [0007] Aufgabe der Erfindung ist es daher,eine Abgasreinigungsvorrichtung und ein Abgasreinigungsverfahrenfür einenVerbrennungsmotor anzugeben, die in der Lage sind, die Menge eineseinem selektiven NOx-Reduktionskatalysator zugeführten Reduktionsmittel richtigzu bestimmen, um gute Abgaseigenschaften sicherzustellen.
    [0008] Zur Lösung dieser Aufgabe wird nacheinem ersten Aspekt der Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtungfür einenVerbrennungsmotor angegeben, umfassend: einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator,der in einer Auspuffleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist,um NOx in durch die Auspuffleitung fließenden Abgasen in der Gegenwart einesReduktionsmittels zu reinigen; einen NOx-Detektor, der in der Auspuffleitungan einer Stelle stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysatorsangeordnet ist, um eine Nox-Konzentration in den Abgasen zu erfassen;eine Reduktionsmittelzufuhreinheit zum Zuführen des Reduktionsmittelszu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator; und ein Zufuhrmengenbestimmungsmittelzum Bestimmen der Menge des Reduktionsmittels, die dem selektivenNOx-Reduktionskatalysator durch die Reduktionsmittelzufuhreinheitzuzuführenist, derart, dass die von dem NOx-Detektor erfasste NOx-Konzentrationeinen Extremwert erreicht.
    [0009] Gemäß dieser Abgasreinigungsvorrichtung für einenVerbrennungsmotor erfasst der NOx-Detektor die NOx-Konzentrationin der Auspuffleitung an einer Stelle stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators,und das Zufuhrmengenbestimmungsmittel bestimmt die Menge des demselektiven NOx-Reduktionskatalysator zugeführten Reduktionsmittels derart,dass die von dem NOx-Detektor erfasste NOx-Konzentration einen extremenWert erreicht. Wenn die Abgasreinigungsvorrichtung ein Reduktionsmittelwie etwa Ammoniak oder dgl. verwendet, mit dem der NOx-Detektorcharakteristischerweise reagiert, bewirkt, wenn dem selektiven NOx-Reduktionskatalysatoreine übermäßige Mengevon Reduktionsmittel zugeführtwird, eine Zunahme des bei der NOx-Reduktion nicht verbrauchtenAmmoniaks eine höhereAmmoniakkonzentration in den Abgasen in stromabwärtigen Teilen des selektivenNOx-Reduktionskatalysators, sodass der NOx-Sensor, der in der Auspuffleitungstromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators angeordnet ist,einen Wert erfasst, der scheinbar eine hohe NOx-Konzentration anzeigt.Wenn andererseits eine zu geringe Menge an Reduktionsmittel demselektiven NOx-Reduktionskatalysator zugeführt wird, leidet der selektive NOx-Reduktionskatalysatoran einer verschlechterten NOx-Reduktionsleistung, sodass die NOx-Konzentrationin den Abgasen stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysatorseine hohen Wert anzeigt, wodurch der NOx-Detektor eine hohe NOx-Konzentrationerfasst. Aus dem oben genannten Grund hat die von dem NOx-Detektorerfasste NOx-Konzentration einen extremen Wert für eine bestimmte Menge an Reduktionsmittel,das dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator zugeführt wird.Diese Tatsache ist auch experimentell bestätigt worden. Wenn man diesberücksichtigt,bestimmt erfindungsgemäß das Zufuhrmengenbestimmungsmitteldie Zufuhrmenge des Reduktionsmittel derart, dass die von dem NOx-Detektorerfasste NOx-Konzentration den Extremwert erreicht, sodass die Zufuhrmengedes Reduktionsmittels geeignet derart bestimmt werden kann, dasssowohl die Ammoniakkonzentration als auch die NOx-Konzentrationin den Abgasen stromab der selektiven NOx-Reduktionskatalysatorsin gut ausgeglichenen Zuständenniedrige Werte aufzeigt. Im Ergebnis kann eine hohe NOx-Reinigungsleistung sichergestelltwerden, um gute Abgaseigenschaften sicherzustellen.
    [0010] Zur Lösung der Aufgabe wird nacheinem zweiten Aspekt der Erfindung ein Abgasreinigungsverfahrenfür einenVerbrennungsmotor angegeben, welches die Schritte umfasst: Reinigenvon NOx in durch eine Auspuffleitung fließenden Abgasen unter Verwendungeines selektiven NOx-Reduktionskatalysators in der Gegenwart einesReduktionsmittels; Erfassen einer Nox-Konzentration in den Abgasen; Zuführen desReduktionsmittels zu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator; undBestimmen der dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator zuzuführendenReduktionsmittelmenge derart, dass die erfasste NOx-Konzentrationeinen Extremwert erreicht.
    [0011] Dieses Abgasreinigungsverfahren für einen Verbrennungsmotorbietet die gleichen vorteilhaften Effekte wie sie oben in Bezugauf die Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß dem erstenAspekt der Erfindung beschrieben wurden.
    [0012] Bevorzugt umfasst die Abgasreinigungsvorrichtungferner: einen stromaufwärtigenNOx-Detektor, der in der Auspuffleitung an einer Stelle stromauf desselektiven NOx-Reduktionskatalysators angeordnet ist, um die Nox-Konzentrationin den Abgasen zu erfassen; und ein Abgasvolumenerfassungsmittel zumErfassen eines Abgasvolumens des Verbrennungsmotors; worin das Zufuhrmengenbestimmungsmittelenthält:ein Basiszufuhrmengenbestimmungsmittel zum Bestimmen einer Basiszufuhrmengedes Reduktionsmittels zu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysatorgemäß der durchden stromaufwärtigenNOx-Detektor erfassten Nox-Konzentration und dem erfassten Abgasvolumen;und ein Korrekturmittel zum Korrigieren der bestimmten Basiszufuhrmengedes Reduktionsmittels derart, dass die von dem NOx-Sensor erfassteNOx-Konzentration einen Maximalwert erreicht.
    [0013] Gemäß dieser bevorzugten Ausführung erfasstder stromaufwärtigeNOx-Detektor die NOx-Konzentrationin der Auspuffleitung stromauf des selektiven NOx-Reduktionskatalysators,sodass die Basiszufuhrmenge des Reduktionsmittels zu dem selektivenNOx-Reduktionskatalysator gemäß der erfasstenNOx-Konzentration und dem Abgasvolumen bestimmt werden.
    [0014] Auch wenn die Abgasreinigungsvorrichtung einReduktionsmittel verwendet, wie etwa Ammoniak, mit dem der NOx-Detektorund der stromaufwärtigeNOx-Detektor reagieren, kann der stromaufwärtige NOx-Detektor, der stromaufder Stelle angeordnet ist, an der der selektive NOx-Reduktionskatalysatormit dem Reduktionsmittel versorgt wird, nur die NOx-Konzentrationin den Abgasen akkurat erfassen, ohne dass er durch das Reduktionsmittelbeeinflusst wird, wodurch es möglichwird, die Basiszufuhrmenge des Reduktionsmittels zu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysatornur entsprechend der NOx-Konzentration in den Abgasen geeignet zubestimmen. Da die auf diese Weise bestimmte Basiszufuhrmenge durchdas Korrekturmittel derart korrigiert wird, dass die NOx-Konzentration,die durch den stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators angeordnetenNOx-Detektor erfasst wird, den Extremwert erreicht, kann die Zufuhrmengedes Reduktionsmittels geeignet bestimmt werden, derart, dass sowohldie Ammoniakkonzentration als auch die NOx-Konzentration in denAbgasen stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators niedrigeWerte im gut ausgeglichenen Zustand aufzeigen. Demzufolge kann dieAbgasreinigungsvorrichtung die Menge des den selektiven NOx-Reduktionskatalysator zugeführten Reduktionsmittelsmit hoher Genauigkeit geeignet bestimmen, um die NOx-Reinigungsleistungweiter zu verbessern. Angemerkt werden sollte, dass der hierin benutzteBegriff „Erfassungeines Abgasvolumens" nichtauf eine Erfassung des Abgasvolumens durch einen Sensor beschränkt ist,sondern auf die Berechnung des Abgasvolumens durch ein Programmbeinhaltet.
    [0015] Bevorzugt umfasst das Abgasreinigungsverfahrenferner die Schritte: Erfassen der Nox-Konzentration in den Abgasenin der Auspuffleitung an einer Stelle stromauf des selektiven NOx-Reduktionskatalysators;und Erfassen eines Abgasvolumens des Verbrennungsmotors; worin derSchritt der Bestimmung der Reduktionsmittelmenge enthält: Bestimmeneiner Basiszufuhrmenge des Reduktionsmittels zu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysatorgemäß der ander Stelle stromauf des selektiven NOx-Reduktionskatalysators erfasstenNox-Konzentration und dem erfassten Abgasvolumen; und Korrigierender bestimmten Basiszufuhrmenge des Reduktionsmittels derart, dassdie erfasste NOx-Konzentration einen Extremwert erreicht.
    [0016] Diese bevorzugte Ausführung desAbgasreinigungsverfahrens bietet die gleichen vorteilhaften Effekte,wie sie durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Abgasreinigungsvorrichtungerreicht werden.
    [0017] Bevorzugt umfasst die Abgasreinigungsvorrichtungferner eine Reduktionsmittelproduktionseinheit zum Produzieren desReduktionsmittels unter Verwendung zumindest eines Kraftstoffs für den Verbrennungsmotorals Rohmaterial.
    [0018] Gemäß dieser bevorzugten Ausführung der Abgasreinigungsvorrichtungproduziert die Reduktionsmittelproduktionseinheit das Reduktionsmittelunter Verwendung zumindest eines Brennstoffs für den Verbrennungsmotor alsRohmaterial, sodass unter Verwendung eines nur aus dem Kraftstoffhergestellten Reduktionsmittels oder eines aus dem Kraftstoff undLuft hergestellten Reduktionsmittels, die Reduktionsmittelproduktionseinheitdas Reduktionsmittel allein durch ergänzenden Kraftstoff produzieren kann,was es möglichmacht, die Zufuhr von Reduktionsmittel wegzulassen und ohne eineInfrastruktur zum Liefern des Reduktionsmittels auszukommen. Diesführt zuverbessertem Komfort und Produktwert.
    [0019] Bevorzugt umfasst das Abgasreinigungsverfahrenden Schritt, das Reduktionsmittel unter Verwendung zumindest einesKraftstoffs fürden Verbrennungsmotor als Rohmaterial zu produzieren.
    [0020] Diese bevorzugte Ausführung desAbgasreinigungsverfahrens bietet die gleichen vorteilhaften Effekte,wie sie durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Abgasreinigungsvorrichtungerreicht werden.
    [0021] Bevorzugt ist in der Abgasreinigungsvorrichtungdas Reduktionsmittel Ammoniak.
    [0022] Da gemäß dieser bevorzugten Ausführung derAbgasreinigungsvorrichtung das Reduktionsmittel Ammoniak ist, kanndas Reduktionsmittel unter Verwendung von Benzin oder Leichtöl als Rohmaterialhergestellt werden, das normalerweise als Kraftstoff für einenVerbrennungsmotor benutzt wird.
    [0023] Bevorzugt ist in dem Abgasreinigungsverfahrendas Reduktionsmittel Ammoniak.
    [0024] Diese bevorzugte Ausführung desAbgasreinigungsverfahrens bietet die gleichen vorteilhaften Effektewie sie durch die entsprechende bevorzugte Ausführung der Abgasreinigungsvorrichtungerzielt werden.
    [0025] Die Erfindung wird nachfolgend anhandvon Ausführungsbeispielenunter Hinweis auf die beigefügtenZeichnungen erläutert.
    [0026] 1 istein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einerersten Ausführungsowie eines Verbrennungsmotors unter Verwendung der Abgasreinigungsvorrichtungdarstellt;
    [0027] 2 istein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration einer Ammoniakproduktionseinheit inder Abgasreinigungsvorrichtung darstellt;
    [0028] 3 istein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration der Abgasreinigungsvorrichtung darstellt;
    [0029] 4A isteine Graphik, die das Ergebnis einer exemplarischen Messung zeigt,durchgeführtan einem erfassten Wert Vnox, wenn die Menge Tinh des eingespritztenAmmoniaks verändertwird;
    [0030] 4B isteine Graphik, die das Ergebnis exemplarischer Messungen zeigt, durchgeführt an einerAmmoniakkonzentration in einer Stickoxidkonzentration in Abgasen,die durch einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator durchgetretensind;
    [0031] 5A isteine Graphik, die die Beziehung zwischen einem KorrekturkoeffizientenKbt und dem erfassten Wert Vnox zeigt;
    [0032] 5B isteine Graphik, die die Beziehung zwischen dem KorrekturkoeffizientenKbt, dem erfassten Wert Vnox und einer Schätzung Vnox hat des erfasstenWerts zeigt;
    [0033] 6 zeigteine Gleichung zur Berechnung der Schätzung Vnox hat und Gleichungenzum Beschreiben eines Algorithmus zur Berechnung eines Regressionskoeffizienten-Vektors θ davon;
    [0034] 7 istein Flussdiagramm, das eine Routine zur Steuerung der Ammoniakeinspritzungin die Abgasreinigungsvorrichtung darstellt;
    [0035] 8 istein Diagramm, das ein exemplarisches Kennfeld zur Verwendung beider Berechnung einer Basiseinspritzmenge Tinh base in Schritt 6in dem Flussdiagramm von 7 zeigt;
    [0036] 9 istein Flussdiagramm, das eine Unterroutine zur Berechnung eines Regressionskoeffizienten-Vektors 8 inSchritt 2 im Flussdiagramm von 7 darstellt;
    [0037] 10 istein Blockdiagramm, das allgemein die Konfiguration einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einerzweiten Ausführungund eines Verbrennungsmotors unter Verwendung der Abgasreinigungsvorrichtungdarstellt;
    [0038] 11 istein Flussdiagramm, das eine Routine zur Steuerung der Ammoniakeinspritzungin die Abgasreinigungsvorrichtung der zweiten Ausführung darstellt;und
    [0039] 12 istein Diagramm, das ein exemplarisches Kennfeld zur Verwendung beider Berechnung einer Basiseinspritzmenge Tinh base in Schritt 35im Flussdiagramm von 11 zeigt.
    [0040] Nachfolgend wird eine Abgasreinigungsvorrichtungfür einenVerbrennungsmotor gemäß einer erstenAusführungin Bezug auf die beigefügten Zeichnungenbeschrieben. 1 stelltallgemein die Konfiguration einer Abgasreinigungsvorrichtung 1 gemäß der erstenAusführungdar, sowie eines Verbrennungsmotors (nachfolgend „Motor" genannt) 3, welcherdie Abgasreinigungsvorrichtung 1 anwendet. Wie dargestellt,umfasst die Abgasreinigungsvorrichtung 1 eine ECU 2;eine Ammoniakproduktionseinheit 10 zum Produzieren vonAmmoniak; eine Einspritzdüse 14 zumEinspritzen von Ammoniak; und dgl. Die ECU 2 steuert/regeltdie durch die Einspritzdüse 14 eingespritzteAmmoniakmenge (NH3) wie später beschrieben.
    [0041] Der Motor 3 ist ein Benzinmotorvom Magerverbrennungstyp und ist in ein nicht gezeigtes Fahrzeugeingebaut. In einem in einem Ansaugrohr 4 des Motors 3 isteine Einspritzdüse 5 zumEinspritzen von Kraftstoff vorgesehen. Die Einspritzdüse 5 istdurch eine Kraftstoffzufuhrleitung 6a mit einem Kraftstofftank 6 verbunden.Eine Ventilöffnungszeit,d.h. die durch die Einspritzdüse 5 einzuspritzendeKraftstoffmenge, wird durch die ECU 2 gesteuert.
    [0042] Ein selektiver NOx-Reduktionskatalysator 8 undein Oxidationsreduktionskatalysator 9 sind in einem Auspuffrohr 7 desMotors 3 vorgesehen, und zwar von der stromaufwärtigen Seitein dieser Reihenfolge. Der selektive NOx-Reduktionskatalysator 8 reduziertselektiv Stickoxide (NOx) in Abgasen in einer Atmosphäre, in derAmmoniak als Reduktionsmittel vorhanden ist, und ist z.B. aus einemKatalysator auf Vanadium-Wolfram-Titan-Basis gebildet. Der Oxidationsreduktionskatalysator 9,der aus einem sogenannten Dreiwegekatalysator gebildet ist, reinigt NOx,Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (KW) in Abgasen.
    [0043] Auch ist ein NOx-Sensor 20 indem Auspuffrohr 7 zwischen dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator 8 unddem Oxidationsreduktionskatalysator 9 vorgesehen. Der NOx-Sensor 20 erfassteine NOx-Konzentration in den Abgasen, die durch den selektivenNOx-Reduktionskatalysator 8 hindurchgetreten sind und gibtan die ECU 2 ein Erfassungssignal aus, das die erfassteNOx-Konzentration angibt. Der NOx-Sensor 20 ist vom sogenanntenStrombegrenzungstyp, der innerhalb der Sensorvorrichtung eine ersteund eine zweite Kammer aufweist, eine Sauerstoffpumpelektrode, eineSauerstoffkonzentrations-Erfassungselektrode (keine davon ist gezeigt) unddgl. Nachdem die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen in der erstenKammer reduziert wurde, werden die Abgase mit der reduzierten Sauerstoffkonzentrationder zweiten Kammer zugeführt,wo NOx in den Abgasen zersetzt, und die NOx-Konzentration in denAbgasen wird auf der Basis der Konzentration von Sauerstoff erfasst,der währendder Zersetzung erzeugt wird.
    [0044] Die Ammoniakproduktionseinheit 10,die als Reduktionsmittelproduktionseinheit dient, ist mit dem Kraftstofftank 6 durcheine Kraftstoffzufuhrleitung 6b verbunden, und ist auchmit der Einspritzdüse 14 durcheine Ammoniakzufuhrleitung 15 verbunden. Wie in 2 dargestellt, umfasst dieAmmoniakproduktionseinheit 10 eine Sauerstoffanreicherungsschicht 11,einen Mikroreaktor 12, einen Reaktor 13 und dgl.
    [0045] Die Sauerstoffanreicherungsschicht 11,die einströmendeLuft in hochkonzentriertes Stickstoffgas (Stickstoff-reiches Gas)und hochkonzentriertes Sauerstoffgas (Sauerstoff-reiches Gas) trennt,ist in dem Ansaugrohr 4 stromauf eines Drosselventils (nichtgezeigt) vorgesehen. Das durch die Sauerstoffanreicherungsschicht 11 erzeugteSauerstoffgas wird dem Mikroreaktor 12 zugeführt, während dasStickstoffgas dem Reaktor 13 zugeführt wird.
    [0046] Der Mikroreaktor 12 reformiertauch von dem Kraftstofftank 6 zugeführtes Benzin zum Erzeugen vonhochkonzentriertem Wasserstoffgas. Insbesondere verwendet der Mikroreaktor 12 einenKatalysator auf Rhodiumbasis und beruht auf autothermischer Reformationzur gleichzeitigen Durchführungeiner partiellen Oxidationsreaktion zum Reagieren des Benzins mitdem von der Sauerstoffanreicherungsschicht 11 zugeführten Sauerstoffgassowie einer Wasserstoffreformationreaktion zum Reagieren des Benzinsmit Wasserdampf, um ein Gasgemisch von Wasserstoff und Kohlenmonoxidzu erzeugen. Der Mikroreaktor 12 verschiebt-reagiert dasGasgemisch zum Erzeugen eines hochkonzentrierten Wasserstoffgases.Das auf diese Weise erzeugte Wasserstoffgas wird dem Reaktor 13 zugeführt.
    [0047] Der Reaktor 13 erzeugt Ammoniakdurch Dampfphasen-Synthese durch einen Katalysator auf Rutheniumbasis.Insbesondere erzeugt der Reaktor 13 Ammoniak durch Dampfphasen-Synthesedes Stickstoffgases von der Sauerstoffanreicherungsschicht 11 mitWasserstoffgas von dem Mikroreaktor 12. In der vorstehendenWeise verwendet die Ammoniakproduktionseinheit das Benzin und Luftals Materialien zur Herstellung von Ammoniak. Das durch die Ammoniakproduktionseinheit 10 hergestellteAmmoniak wird durch eine Ammoniakzufuhrleitung 15 gepumpt,um die Einspritzdüse 14 zuversorgen.
    [0048] Die Einspritzdüse 14 (Reduktionsmittelzuführeinheit)ist dem Auspuffrohr 7 stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators 8 vorgesehenund wird durch ein Treibersignal von der ECU 2 angetrieben,um Ammoniak in das Auspuffrohr 7 zu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator 8 hineinzuspritzen. Eine Ventilöffnungszeit,d.h. die durch die Einspritzdüse 14 eingespritzteAmmoniakmenge Tinh wird durch die ECU 2 berechnet wie später beschrieben.
    [0049] Die ECU 2 ist mit einemAnsaugrohrinnen-Absolutdrucksensor 21 und einem Kurbelwinkelsensor 22 verbunden.Der Ansaugrohrinnen-Absolutdrucksensor 21 (Abgasvolumenerfassungsmittel), deraus einem Halbleiterdrucksensor oder dgl. aufgebaut sein kann, istin dem Ansaugrohr 4 stromauf der Einspritzdüse 5 vorgesehen,um einen absoluten Ansaugrohrinnendruck PBA zu erfassen und an die ECU 2 einErfassungssignal auszugeben, das den absoluten AnsaugrohrinnendruckPBA anzeigt.
    [0050] Der Kurbelwinkelsensor 22 (Abgasvolumenerfassungsmittel)ist wiederum aus einem Magnetrotor und einem MRE-Aufnehmer (keinerdavon gezeigt) in Kombination aufgebaut und gibt an die ECU 2 inAntwort auf die Drehung einer nicht gezeigten Kurbelwelle ein CRK-Signalund ein OT-Signal aus, die beide Pulssignale sind.
    [0051] Ein Puls des CRK-Signals wird zujedem vorbestimmten Kurbelwinkel (z.B. alle 30°) ausgegeben, sodass die ECU 2 dieMotordrehzahl NE des Motors 3 auf der Basis des CRK-Signalsberechnet. Das OT-Signal ist wiederum ein Signal, welches anzeigt, dassder Kolben (nicht gezeigt) jedes Zylinders in einer vorbestimmtenKurbelwinkelstellung nahe OT (dem oberen Totpunkt) zu Beginn desAnsaughubs ist, und ein Puls des OT-Signals wird zu jedem vorbestimmtenKurbelwinkel (z.B. alle 180° für einenVierzylindermotor) ausgegeben.
    [0052] Die ECU 2 beruht auf einemMikrocomputer, der eine CPU, ein RAM, ein ROM eine I/O-Schnittstelleund dgl. aufweist. Die ECU 2 steuert/regelt die AmmoniakeinspritzmengeTinh der Einspritzdüse 14 entsprechendden jeweiligen Erfassungssignalen, die von den verschiedenen Sensoren 20 bis 24 geschicktwerden, wie späterbeschrieben wird. Die ECU 2 berechnet auch ein Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis A/Ffür einLuft-Kraftstoffgemisch, das dem Motor 3 zuzuführen istund steuert/regelt die von der Einspritzdüse 5 eingespritzteKraftstoffmenge derart, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis desLuft-Kraftstoffgemischs zu dem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis A/F passt.
    [0053] Wie in 3 dargestellt,umfasst die Abgasreinigungsvorrichtung 1 eine Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit 2a,eine Abgasvolumenberechnungseinheit 2b, eine Ammoniakeinspritzmengen-Berechnungseinheit 2c unddgl., die alle insbesondere durch die ECU 2 implementiertsein können. DieKorrekturkoeffizientenberechnungseinheit 2a berechnet einenKorrekturkoeffizienten Kbt auf der Basis des erfassten Werts Vnoxvon dem NOx- Sensor 10 entsprechendeinem späterbeschriebenen Algorithmus.
    [0054] Die Abgasvolumenberechnungseinheit 2b berechnetwiederum ein Abgasvolumen Vex entsprechend der folgenden Gleichung(1): Vex = (NE/1500)·PBA·SVPRA.... (1)wobeiSVPRA ein vorbestimmter Koeffizient ist, der durch den Hubraum desMotors 3 vorbestimmt ist.
    [0055] Ferner berechnet die Ammoniakeinspritrmengenberechnungseinheit 2c eineBasiseinspritzmenge Tinh base (Basiszufuhrmengen für das Reduktionsmittel)durch Absuchen eines in 8 gezeigtenKennfelds, späterbeschrieben, gemäß dem AbgasvolumenVex und dem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Luft-Kraftstoffgemischs,und berechnet die Ammoniakeinspritrmenge Tinh unter Verwendung derBasiseinspritrmenge Tinh base und des Korrekturkoeffizienten Kbtgemäß der folgenden Gleichung(2): Tinh(k) = Tinh_base(k)·Kbt(k).... (2)wobeik eine diskretizierte Zeit repräsentiertund alle diskreten Daten mit dem Suffixsymbol (k) solche Daten anzeigen,die zu jeder vorbestimmten Zeit abgetastet werden. Dies gilt auchfür diefolgenden diskreten Daten (zeitseriellen Daten).
    [0056] Als nächstes erfolgt eine Beschreibungeines Algorithmus zur Berechnung des Korrekturkoeffizienten Kbtin der Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit 2a. 4A ist eine Graphik, diedas Ergebnis einer exemplarischen Messung zeigt, die an dem erfasstenWert Vnox durchgeführtwurde, wenn die veränderlicheeingespritrte Ammoniakmenge Tinh dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator 8 zugeführt wird.Die Graphik in 4A zeigt,dass die NOx-Konzentration in den Abgasen höher ist, wenn der von dem NOx-Sensor 2 erfassteWert Vnox größer ist. 4B ist eine Graphik, diedas Ergebnis exemplarischer Messungen zeigt, die an der Ammoniakkonzentrationund der Stickoxidkonzentration in Abgasen stromab des selektivenNOx-Reduktionskatalysators durchgeführt wurden, wenn die eingespritzte AmmoniakmengeTinh variiert wird.
    [0057] Wie in 4A gezeigt,ist zu erkennen, dass der erfasste Wert Vnox einen Minimalwert Vmineinnimmt, wenn die eingespritzte Ammoniakmenge Tinh auf einen vorbestimmtenWert Tinh 1 gesetzt wird, und einen größeren Wert einnimmt, wenn dieeingespritzte Ammoniakmenge Tinh größer oder kleiner als der vorbestimmteWert Tinh 1 ist. Dieses Ergebnis lässt sich dem folgenden Grundzuordnen. Insbesondere hat der NOx-Sensor 2 allgemein dieEigenschaften, nicht nur mit NOx, sondern auch mit Ammoniak in denAbgasen zu reagieren. Wenn, wie in 4B gezeigt,vermehrter Ammoniak in der NOx-Reduktion nicht verbraucht wird,was durch eine überschüssige AmmoniakeinspritzmengeTinh verursacht wird, führt dieszu einer höherenAmmoniakkonzentration in den Abgasen stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators 8,sodass der erfasste Wert Vnox scheinbar einen höheren Wert anzeigt, d.h. einenWert, der eine höhereNOx-Konzentration anzeigt. Andererseits verursacht eine zu geringeAmmoniakeinspritzmenge Tinh eine verschlechterte NOx-Reduktionsleistungdes selektiven NOx-Reduktionskatalysators 8, sodass dieNOx-Konzentration in den Abgasen in den stromabwärtigen Teilen des selektivenNOx-Reduktionskatalysators höherist, was dazu führt,dass der erfasste Wert Vnox eine hohe NOx-Konzentration anzeigt.
    [0058] Da wie oben beschrieben der erfassteWert Vnox des Nox-Sensors 20 nicht nur durch die NOx-Konzentrationsondern auch durch die Ammoniakkonzentration beeinflusst wird, kanndie NOx-Konzentration auch dann nicht richtig geregelt werden, wenndie eingespritzte Ammoniakmenge Tinh gemäß dem allgemeinen rückkoppelndenRegelansatz auf der Basis des erfassten Werts Vnox geregelt würde. Esversteht sich im Hinblick auf die vorstehenden Eigenschaften desNOx-Sensors 20, dass die NOx-Konzentration optimal geregeltwerden kann, wenn die eingespritzte Ammoniakmenge Tinh so gesetztwird, dass sie den erfassten Wert Vnox auf den Minimalwert bringt.Da ferner in der ersten Ausführungdie Basiseinspritzmenge Tinh base der Ammoniakeinspritzmenge Tinhauf der Basis des Abgasvolumens Vex berechnet wird, folgt auch dieAmmoniakeinspritzmenge Tinh Schwankungen in dem Abgasvolumen Vex,und gleichzeitig variiert, dem Abgasvolumen Vex folgend, auch dieReinigungsaktivitätdes selektiven NOx-Reduktionskatalysators 8, in anderen Wortenein optimales Verhältnisvon NOx in den von dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator gereinigtenAbgasen zu dem Ammoniak. Demzufolge wird auch der KorrekturkoeffizientKbt zum Korrigieren der Ammoniakeinspritzmenge Tinh durch das AbgasvolumenVex auf vorliegende Schwankungen beeinflusst. Aus diesem Grund nimmt,dem Korrekturkoeffizienten Kbt folgend, der erfasste Wert Vnox des NOx-Sensors 20 einenWert in einem Bereich ein, der in 5A schraffiertangegeben ist. Dies hat sich durch ein Experiment bestätigt. Inanderen Worten versteht es sich, dass eine Annäherung oder Schätzung deserfassten Werts Vnox durch eine quadratische (Regressions) Gleichungberechnet werden kann, die den erfassten Wert Vnox des NOx-Sensors 20 alsabhängigeVariable und den Korrekturkoeffizienten Kbt als eine unabhängige Variablehat (siehe 5B).
    [0059] Dementsprechend definiert die Korrekturkoeffizientenberechnungseinheit 2a inder ersten Ausführungeine SchätzungVnox_hat(k) des erfassten Werts Vnox des NOx-Sensors 20 alseinen Wert, der durch die Gleichung (3) in 6 gezeigte quadratische Regressionsgleichungberechnet ist, und berechnet Regressionskoeffizienten A, B in Gleichung (3)und einen Vektor θ (k)in einem konstanten Term C in Gleichung (3) (nachfolgend „Regressionskoeffizientenvekto" genannt) durch dieMethode der sequenziellen kleinsten Quadrate, wie durch die Gleichungen(4) bis (10) in 6 ausgedrückt. InGleichung (3) repräsentiert „d" eine Totzeit, diedas von jedem Zylinder abgegebene Abgas braucht, um den NOx-Sensor 20 zuerreichen, und wird in der ersten Ausführung vorab auf einen vorbestimmtenkonstanten Wert gesetzt (z.B. einen Wert entsprechend einem Verbrennungszyklus).Alterna tiv kann die Totzeit d entsprechend einem bestimmten Betriebszustand desMotors 3 (Motordrehzahl NE oder dgl.) gesetzt werden.
    [0060] In Gleichung (4) in 6 repräsentiert KP(k) einen Vektoreines Verstärkungskoeffizienten,und ide(k) repräsentierteinen Fehler, der durch die Gleichungen (6) bis (8) in 6 berechnet ist. ζ(k) in Gleichung(7) repräsentierteinen Vektor eines in Gleichung (8) definierten Korrekturkoeffizienten.Ferner wird der Vektor KP(k) des Verstärkungskoeffizienten durch Gleichung(9) in 6 berechnet,und P(k) in Gleichung (9) ist eine kubische Quadratmatrix, die durchGleichung (10) in 6 definiertist.
    [0061] Der Regressionskoeffizientenvektor θ (k) wirdderart berechnet, dass der Fehler ide(k) auf null konvergiert, undzwar entsprechend dem Algorithmus der vorstehenden Gleichungen (4)bis (10). In anderen Worten, der Regressionskoeffizientenvektor θ (k) wirdderart berechnet, dass die SchätzungVnox hat(k) zu dem erfassten Wert Vnox des NOx-Sensors 20 hinkonvergiert.
    [0062] Da auch die Schätzung Vnox hat(k) durch die quadratischeGleichung gemäß Gleichung(3) berechnet wird, erscheint ein Minimalwer Vnox_hmin, wenn derKorrekturkoeffizient Kbt (k–d)einen vorbestimmten Wert Kbt_op einnimmt [= –B/(2A)] (siehe 5B). Dementsprechend wirdin der ersten Ausführungein gegenwärtigerWert Kbt(k) fürden Korrekturkoeffizienten gemäß der folgendenGleichung (11) derart berechnet, dass die Schätzung Vnox hat(k) auf seinenMinimalwert Vnox hmin gebracht wird. Die Werte zur Verwendung alsRegressionskoeffizienten A, B in Gleichung (11) werden mit einer Zeitgebungder diskreten Zeit k–dberechnet: Kbt(k)= Kbt_op(k–d)= –B/(2A)..... (11)
    [0063] Im Folgenden wird eine Routine zumSteuern/Regeln der Ammoniakeinspritzmenge, ausgeführt durchdie ECU 2, anhand der 7 bis 9 beschrieben. Angemerktwerden sollte, dass in der folgenden Beschreibung das Symbol (k),das einen gegenwärtigenWert angibt, bei Bedarf weggelassen ist. 7 stellt eine Hauptroutine der Steuerungdar, die als Unterbrecher bzw. Interrupt synchron mit dem in ECU 2 eingegebenenOT-Signal ausgeführt wird. DieseRoutine berechnet die Ammoniakeinspritzmenge Tinh, wie unten beschrieben.
    [0064] Zuerst liest in Schritt 1 (in derFigur als „S1" markiert. Das gleichegilt fürdie folgende Beschreibung) die ECU 2 die Ausgaben der verschiedenen obenerwähntenSensoren 20 bis 22 und speichert die gelesenenDaten in dem RAM. Die Routine geht dann zu Schritt 2 weiter, wodie ECU 2 den Regressionskoeffizientenvektor 8 inder nachfolgend beschriebenen Weise berechnet.
    [0065] Als nächstes geht die Routine zuSchritt 3, wo bestimmt wird, ob die Bedingung für die Einspritzdüse, Ammoniakeinzuspritzen, erfülltwurde oder nicht. Diese Bestimmung erfolgt auf der Basis des jeweiligenBetriebszustands des Motors 3 (Motordrehzahl NE, AnsaugrohrabsolutinnendruckPBA oder dgl.). Wenn das Ergebnis der Bestimmung in Schritt 3 JAist, was anzeigt, dass die Bedingung zum Einspritzen von Ammoniakerfülltworden ist, geht die Routine zu Schritt 4 weiter, worin die ECU 2 denKorrekturkoeffizienten Kbt gemäß der vorgenannten Gleichung(11) berechnet.
    [0066] Als nächstes geht die Routine zuSchritt 5 weiter, wo die ECU 2 das Abgasvolumen Vex gemäß der vorgenanntenGleichung (1) berechnet. Anschließend geht die Routine zu Schritt6 weiter, wo die ECU 2 ein in 8 gezeigtes Kennfeld gemäß dem in Schritt5 berechneten Abgasvolumen Vex und dem Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis A/Fdes Luft-Kraftstoffgemischs absucht, um die BasiseinspritzmengeTinh base abzufragen. In diesem Kennfeld haben drei vorbestimmteWerte Vex1 bis Vex3 des Abgasvolumens Vex die Beziehung Vex3 < Vex2 < Vex1. Anders gesagtzeigt das Kennfeld, dass die Basiseinspritzmenge Tinh base auf einengrößeren Wertgesetzt wird, wenn das Abgasvolumen Vex größer wird. Der Grund hierfür ist, dassdie gesamte NOx-Menge in den Abgasen zunimmt, wenn das Abgasvolumen Vexzunimmt. Auch wird die Basiseinspritzmenge Tinh base so gesetzt,dass sie den größten Werthat, wenn das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis A/F auf einen vorbestimmtenWert A/F1 (z.B. 16,0) auf der mageren Seite von dem stöchiometrischenLuft-Kraftstoffirerhältnisgesetzt ist. Der Grund hierfürist, dass die gesamte NOx-Menge in den Abgasen am größten ist,wenn das Soll-Luft-Kraftstoffverhältnis A/F das vorbestimmteVerhältnisA/F1 an der mageren Seite von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis erreicht.
    [0067] Als nächstes geht die Routine zuSchritt 7 weiter, wo die ECU 2 die Ammoniakeinspritzmenge Tinhunter Verwendung des Korrekturkoeffzienten Kbt und der BasiseinspritzmengeTinh base, die jeweils in den Schritten 4 und 6 berechnet sind,gemäß der vorgenanntenGleichung (2) berechnet, wonach die Routine zum Steuern der Ammoniakeinspritzung endet.
    [0068] Wenn andererseits das Ergebnis derBestimmung in Schritt 3 NEIN ist, was anzeigt, dass die Bedingungzum Einspritzen von Ammoniak nicht erfüllt ist, geht die Routine zuSchritt 8 weiter, wo die ECU 2 die AmmoniakeinspritzmengeTinh auf null setzt, wonach die Routine zum Steuern der Ammoniakeinspritzungendet.
    [0069] Als nächstes wird die Berechnungdes Regressionskoeffizientenvektors θ in Schritt 2 im größeren Detailin Bezug auf die in 9 dargestellteUnterroutine beschrieben. In dieser Unterroutine setzt zuerst inSchritt 10 die ECU 2 einen berechneten Wert θ des Regressionskoeffizientenvektorsder vorherigen Schleife, der in dem RAM gespeichert ist, als denvorhergehenden Wert PRVθ [=θ(k–1)].
    [0070] Als nächstes geht die Unterroutinezu Schritt 11 weiter wo bestimmt wird, ob die Bedingung zum Berechnendes Regressionskoeffizientenvektors θ erfüllt worden ist oder nicht.Insbesondere erfolgt diese Bestimmung auf der Basis eines bestimmtenBetriebszustands des Motors 3 (z.B. Motordrehzahl NE, absoluterAnsaugrohrinnendruck PBA oder dgl.). Wenn das Ergebnis der Bestimmungin Schritt 11 JA ist, was anzeigt, dass die Bedingung zum Be rechnen desRegressionskoeffizientenvektors 8 erfüllt worden ist, geht die Unterroutinezu Schritt 12 weiter, wo die ECU 2 den Vektor f des Korrekturvektorsentsprechend der vorgenannten Gleichung (8) berechnet, und berechnetdann die SchätzungVnox hat gemäß der vorgenanntenGleichung (7) in Schritt 13.
    [0071] Die Unterroutine geht als nächstes zuSchritt 14 weiter, wo die ECU 2 den Fehler ide gemäß der vorgenanntenGleichung (6) berechnet, und setzt dann den berechneten Wert für den nächsten Wert NEXP[=P(k+1)] der Quadratmatrix in der vorhergehenden Schleife, derin dem RAM gespeichert ist, als dessen gegenwärtigen Wert P.
    [0072] Als nächstes geht die Unterroutinezu Schritt 16 weiter, wo die ECU 2 den Vektor KP des Verstärkungskoeffizientengemäß der vorgenanntenGleichung (9) berechnet. Dann geht die Unterroutine zu Schritt 17weiter, wo die ECU 2 den Regressionskoeffizientenvektor 8 gemäß der vorgenanntenGleichung (4) berechnet.
    [0073] Als nächstes geht die Unterroutinezu Schritt 18 weiter, wo die ECU 2 den nächsten WertNEXP für dieQuadratmatrix gemäß der vorgenanntenGleichung (10) berechnet, wonach diese Unterroutine zur Berechnungdes Regressionskoeffizientenvektors θ endet.
    [0074] Wenn andererseits das Ergebnis derBestimmung in Schritt 1 NEIN ist, was anzeigt, dass die Bedingungzum Berechnen des Regressionskoeffizientenvektors θ nicht erfüllt ist,geht die Unterroutine zu Schritt 19 weiter, wo die ECU 2 denvorhergehenden Wert PRVθ desRegressionskoeffizientenvektors als dessen gegenwärtigen Wertsetzt, wonach die Unterroutine zur Berechnung des Regressionskoeffizientenvektorsendet.
    [0075] Bei der Abgasreinigungsvorrichtung 1 der obenbeschriebenen ersten Ausführungwird das durch die Ammoniakproduktionseinheit 10 produzierteAm moniak den selektiven NOx-Reduktionskatalysator 8 durchdie Einspritzdüse 14 zugeführt, sodass dasNOx in den Abgasen zusammen mit dem Ammoniak in dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator 8 zurReinigung reduziert wird. In diesem Fall wird die AmmoniakeinspritzmengeTinh, die dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator 8 zugeführt wird,derart berechnet, dass die SchätzungVnox hat(k) des erfassten Werts NOx des NOx-Sensors 20 denMinimalwert Vnox hmin erreicht, und derart, dass die Schätzung Vnoxhat(k) zu dem erfassten Wert Vnox hin konvergiert, sodass die AmmoniakeinspritzmengeTinh geeignet berechnet werden kann, derart, dass aus dem oben genanntenGrund sowohl die Ammoniakkonzentration als auch die NOx-Konzentrationin den Abgasen stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators 8 niedrigeWerte in einem gut ausgeglichenen Zustand aufzeigen. Im Ergebniskann eine hohe NOx-Reinigungsleistung sichergestellt werden, umauf sichere Weise fürgute Abgascharakteristiken zu sorgen. Da zusätzlich die Ammoniakproduktionseinheit 10 dasAmmoniak mittels Kraftstoff (Benzin) und Luft als Rohmaterialien erzeugt,kann der Ammoniak als Reaktionsmittel allein durch Ergänzung desKraftstoffs produziert werden, währendsich eine Zufuhr eines gesonderten Reduktionsmittels erübrigt undeine Infrastruktur zum Liefern des Reduktionsmittels unnötig ist.Dies führt zuverbessertem Komfort und besserem Produktwert.
    [0076] Als nächstes wird eine Abgasreinigungsvorrichtung 1A gemäß einerzweiten Ausführunganhand von 10 beschrieben.Die Abgasreinigungsvorrichtung 1A der zweiten Ausführung unterscheidet sichvon der Abgasreinigungsvorrichtung 1 der ersten Ausführung nurdarin, dass zusätzlichzu dem NOx-Sensor 20 ein zweiter NOx-Sensor 23 indem Auspuffrohr 7 vorgesehen ist, wie in 10 ersichtlich, aber im Rest der Konfiguration ähnlich ist.Somit konzentriert sich die folgende Beschreibung nur auf die unterschiedlichenAspekte dazwischen, und Komponenten, die mit jenen der ersten Ausführung identischsind, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und die Beschreibungdavon wird bei Bedarf weggelassen.
    [0077] Der zweite NOx-Sensor 23,der auch vom Strombegrenzungstyp ähnlich dem NOx-Sensor 20 ist,erfasst eine NOx-Konzentration in Abgasen zur Ausgabe eines Erfassungssignalsan die ECU 2, das die NOx-Konzentration anzeigt. Auch istder zweite NOx-Sensor 23 in dem Auspuffrohr 7 stromaufder Einspritzdüse 14 angeordnet,um ausschließlichdie von dem Motor 3 abgegebene NOx-Konzentration zu erfassen,ohne durch von der Einspritzdüse 14 eingespritztenAmmoniak beeinflusst zu werden. Die ECU 2 berechnet dieBasiseinspritzmenge Tinh base gemäß einem erfassten Wert Vnoxb,der durch ein Erfassungssignal des zweiten NOx-Sensors 23 angegebenwird, wie unten beschrieben wird.
    [0078] Auch wird in der Abgasreinigungsvorrichtung 1A dieAmmoniakeinspritzmenge Tinh gemäß einer Routinezum Steuern der Ammoniakeinspritzung berechnet, die in 11 dargestellt ist. DieseRoutine ähneltder in 7 dargestelltenRoutine außerin den Schritten 35, 36, sodass sich die folgende Beschreibung aufdie Schritte 35, 36 konzentriert.
    [0079] In der in 11 dargestellten Routine geht, nachdemdie ECU 2 das Abgasvolumen Vex im oben erwähnten Schritt34 berechnet hat, die Routine zu Schritt 35 weiter, wo die ECU 2 einin 12 gezeigtes Kennfeldgemäß dem inSchritt 34 berechneten Abgasvolumen Vex und dem erfassten Wert Vnoxb deszweiten NOx-Sensors 23 absucht, um die BasiseinspritzmengeTinh base abzufragen. In diesem Kennfeld haben drei vorbestimmteWerte Vnoxb1 bis Vnoxb3 des erfassten Werts Vnoxb die Beziehung Vnoxb3 < Vnoxb2 < Vnoxb1. In anderenWorten zeigt das Kennfeld, dass die Basiseinspritzmenge Tinh baseauf einen größeren Wertgesetzt wird, um die NOx-Reduktionsleistungzu verbessern, wenn der erfasste Wert Vnoxb des zweiten NOx-Sensors 23 größer wird,oder anders gesagt, wenn die NOx-Konzentration in den von dem Motor 3 abgegebenenAbgasen höherwird. Auch wird die Basiseinspritzmenge Tinh base auf einen größeren Wertgesetzt, wenn das Abgasvolumen Vex größer wird.
    [0080] Als nächstes geht die Routine zuSchritt 36 weiter, wo die ECU 2 die Ammoniakeinspritzmenge Tinhgemäß der vorgenanntenGleichung (2) berech net, wonach die Routine zum Steuern der Ammoniakeinspritzungendet.
    [0081] Gemäß der Abgasreinigungsvorrichtung 1A derzweiten Ausführungwird der Korrekturkoeffizient Kbt mit einem ähnlichen Ansatz wie in derAbgasreinigungsvorrichtung 1 der ersten Ausführung berechnet,und die Basiseinspritzmenge Tinh base wird gemäß dem erfassten Wert Vnoxbdes zweiten NOx-Sensors 23 und des Abgasvolumens Vex berechnet,sodass die Ammoniakeinspritzmenge Tinh gemäß der NOx-Konzentration inden vom Motor 3 abgegebenen Abgasen und der NOx-Konzentration undAmmoniakkonzentration in den durch den selektiven NOx-Reduktionskatalysator 8 gereinigtenAbgasen noch genauer geregelt werden kann. Im Ergebnis kann dieAbgasreinigungsvorrichtung 1A der zweiten Ausführung NOxin den Abgasen effizienter reduzieren. Auch kann, ähnlich derAbgasreinigungsvorrichtung 1 der ersten Ausführung dasAmmoniak als Reduktionsmittel allein durch Kraftstoffzufuhr produziertwerden, wodurch es möglichwird, die Zufuhr eines gesonderten Reduktionsmittels wegzulassen undman ohne Infrastruktur zur Lieferung des Reduktionsmittels auskommt.
    [0082] Obwohl die obigen beschriebenen Ausführungenanhand von Beispielen beschrieben wurden, in denen Ammoniak alsReduktionsmittel verwendet wird, ist das Reduktionsmittel nichtauf Ammoniak beschränkt,sondern kann auch zumindest unter Verwendung des Kraftstoffs für den Verbrennungsmotor alsRohmaterial produziert werden. Wenn z.B. ein Verbrennungsmotor mitBenzin, Leichtöl,Methanol oder dgl. betrieben wird, können Kohlenwasserstoffe, Aldehydeoder dgl., die aus dem Kraftstoff erzeugt werden, als Reduktionsmittelbenutzt werden.
    [0083] Es versteht sich ferner, dass derAnsatz zum Gewinnen von Ammoniak zur Versorgung des selektiven NOx-Reduktionskatalysatorsnicht auf die Beispiele der jeweiligen Ausführungen beschränkt ist, welchedie Ammoniakproduktionseinheit 10 verwenden. Zum Beispielkann anstelle der Ammoniakproduktionseinheit 10 ein Ammoniaktank 10 zurSpeicherung von Ammoniak in dem Motor 3 vorgesehen sein,wie in den 1 und 10 mit den doppelpunktiertenLinien angegeben, sodass der Ammoniak von dem Ammoniaktank 17 demselektiven NOx-Reduktionskatalysator 8 zugeführt wird.Wenn in diesem Fall der in dem Ammoniaktank 17 gespeicherteAmmoniak weniger geworden ist, kann von der Außenseite her gesonderter Ammoniakzugeführtwerden. Alternativ kann der Motor 3 mit sowohl der Ammoniakproduktionseinheit 10 alsauch dem Ammoniaktank 17 versehen sein, sodass der durchdie Ammoniakproduktionseinheit 10 erzeugte Ammoniak in demAmmoniaktank 17 gespeichert wird und der Ammoniak dem selektivenNOx-Reduktionskatalysator 8 nach Bedarf von dem Ammoniaktank 17 zugeführt wird.
    [0084] Es versteht sich auch, dass die Abgasreinigungsvorrichtung 1, 1A nichtnur bei einem Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug anwendbar ist,wie in den vorstehenden Ausführungen,sondern auch an anderen Verbrennungsmotoren, z.B. solchen für Schifffahrtund Energie- bzw. Stromerzeugung. Darüber hinaus ist natürlich dieAbgasreinigungsvorrichtung 1, 1A auch bei einemDieselmotor anwendbar und nicht auf den Benzinmotor der vorstehenden Ausführung beschränkt.
    [0085] Der NOx-Detektor ist nicht auf dieNOx-Sensoren 20, 23 vom Strombegrenzungstyp beschränkt, wiein den vorstehenden Ausführungenverwendet, sondern kann irgendein NOx-Sensor sein, wie etwa einHalbleiter-NOx-Sensor, ein NOx-Sensor vom Oberflächenpotenzialtyp oder dgl.,solange er in der Lage ist, die NOx-Konzentration in den Abgasenzu erfassen. Ferner gibt der in der vorstehenden Ausführung angewendeteNOx-Sensor 20 einen höheren ErfassungswertVnox aus, wenn die NOx-Konzentration oder Ammoniakkonzentrationhöher ist.Alternativ kann die Abgasreinigungsvorrichtung einen NOx-Sensorverwenden, die einen kleineren Erfassungswert Vnox ausgibt, wenndie NOx-Konzentration oder Ammoniakkonzentration höher ist.In dieser Alternative kann der Korrekturkoeffizient Kbt derart berechnetwerden, dass die SchätzungVnox hat(k) einen Maximalwert einnimmt.
    [0086] Wie aus der vorstehenden Beschreibungersichtlich, kann die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtungdie Menge des dem selektiven NOx-Reduktionskatalysators zugeführten Reduktionsmittelsgeeignet bestimmen, um gute Abgaseigenschaften sicherzustellen.
    [0087] Erfindungsgemäß werden eine Abgasreinigungsvorrichtungund ein solches Verfahren füreinen Verbrennungsmotor sowie eine Motorsteuereinheit angegeben,um die einem selektiven NOx-Reduktionskatalysator (8) zugeführte Reduktionsmittelmengegeeignet zu bestimmen, um gute Abgaseigenschaften sicherzustellen.Erfindungsgemäß umfasstdie Abgasreinigungsvorrichtung (1): eine ECU (2);einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator (8) zum Reinigenvon NOx in Abgasen in einem Auspuffrohr (7); einen NOx-Sensor (20),der in dem Auspuffrohr (7) stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators(8) angeordnet ist, um eine NOx-Konzentration in den Abgasenzu erfassen; sowie eine Einspritzdüse (14) zum Versorgendes selektiven NOx-Reduktionskatalysators (8) mit Ammoniak,der in einer Ammoniakproduktionseinheit (10) produziert wird.Die ECU (2) bestimmt die Ammoniakmenge (Tinh), die durchdie Einspritzdüse(14) zu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator (8)eingespritzt wird, sodass eine Schätzung (Vnox_hat) der von dem NOx-Sensor(20) erfassten NOx-Konzentration einen Minimalwert (Vonx_hmin)erreicht.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor,umfassend: einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator (8),der in einer Auspuffleitung (7) des Verbrennungsmotors (3)angeordnet ist, um NOx in durch die Auspuffleitung (7)fließendenAbgasen in der Gegenwart eines Reduktionsmittels zu reinigen; einenNOx-Detektor (20), der in der Auspuffleitung (7)an einer Stelle stromab des selektiven NOx-Reduktionskatalysators(8) angeordnet ist, um eine Nox-Konzentration (Vnox) inden Abgasen zu erfassen; eine Reduktionsmittelzufuhreinheit(14) zum Zuführendes Reduktionsmittels zu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator(8); und ein Zufuhrmengenbestimmungsmittel (2c)zum Bestimmen der Menge (Tinh) des Reduktionsmittels, die dem selektivenNOx-Reduktionskatalysator (8) durch die Reduktionsmittelzufuhreinheit(14) zuzuführen ist,derart, dass die von dem NOx-Detektor (20) erfasste NOx-Konzentration (Vnox)einen Extremwert (Vnox hmin) erreicht.
    [2] Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nachAnspruch 1, gekennzeichnet durch: einen stromaufwärtigen NOx-Detektor(23), der in der Auspuffleitung (7) an einer Stellestromauf des selektiven NOx-Reduktionskatalysators (8)angeordnet ist, um die Nox-Konzentration (Vnoxb) in den Abgasen zuerfassen; und ein Abgasvolumenerfassungsmittel (21, 22)zum Erfassen eines Abgasvolumens (Vex) des Verbrennungsmotors (3); worindas Zufuhrmengenbestimmungsmittel (2c) enthält: einBasiszufuhrmengenbestimmungsmittel zum Bestimmen einer Basiszufuhrmenge(Tinh base) des Reduktionsmittels zu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator(8) gemäß der durchden stromaufwärtigenNOx-Detektor (23) erfassten Nox-Konzentration (Vnoxb) unddem erfassten Abgasvolumen (Vex); und ein Korrekturmittel zumKorrigieren der bestimmten Basiszufuhrmenge (Tinh base) des Reduktionsmittelsderart, dass die von dem NOx-Sensor (20) erfasste NOx-Konzentrationeinen Extremwert erreicht (Vnox hmin).
    [3] Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nachAnspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Reduktionsmittelproduktionseinheit(10) zum Produzieren des Reduktionsmittels unter Verwendungzumindest eines Kraftstoffs fürden Verbrennungsmotor (3) als Rohmaterial.
    [4] Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nachAnspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel Ammoniakist.
    [5] Abgasreinigungsverfahren für einen Verbrennungsmotor,welches die Schritte umfasst: Reinigen von NOx in durch eineAuspuffleitung (7) fließenden Abgasen unter Verwendungeines selektiven NOx-Reduktionskatalysators (8) in derGegenwart eines Reduktionsmittels; Erfassen einer Nox-Konzentration(Vnox) in den Abgasen; Zuführendes Reduktionsmittels zu dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator (8);und Bestimmen der dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator(8) zuzuführendenReduktionsmittelmenge (Tinh) derart, dass die erfasste NOx-Konzentration (Vnox)einen Extremwert (Vnox hmin) erreicht.
    [6] Abgasreinigungsverfahren für einen Verbrennungsmotor nachAnspruch 5, welches die Schritte aufweist: Erfassen der Nox-Konzentration(Vnox) in den Abgasen in der Auspuffleitung (7) an einerStelle stromauf des selektiven NOx-Reduktionskatalysators (8);und Erfassen eines Abgasvolumens (Vex) des Verbrennungsmotors(3); worin der Schritt der Bestimmung der Reduktionsmittelmenge(Tinh) enthält: Bestimmeneiner Basiszufuhrmenge (Tinh base) des Reduktionsmittels zu demselektiven NOx-Reduktionskatalysator (8) gemäß der ander Stelle stromauf des selektiven NOx-Reduktionskatalysators (8)erfassten Nox-Konzentration (Vnox) und dem erfassten Abgasvolumen(Vex); und Korrigieren der bestimmten Basiszufuhrmenge (Tinh base)des Reduktionsmittels derart, dass die erfasste NOx-Konzentrationeinen Extremwert (Vnox hmin) erreicht.
    [7] Abgasreinigungsverfahren für einen Verbrennungsmotor nachAnspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch den Schritt, das Reduktionsmittelunter Verwendung zumindest eines Kraftstoffs für den Verbrennungsmotor (3)als Rohmaterial zu produzieren.
    [8] Abgasreinigungsverfahren für einen Verbrennungsmotor nachAnspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel Ammoniakist.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    US6892530B2|2005-05-17|Exhaust gas aftertreatment systems
    EP0911498B1|2000-10-25|Verbrennungsmotoranlage mit Stickoxid-Speicherkatalysator und Betriebsverfahren hierfür
    JP3686672B1|2005-08-24|エンジンの排気浄化装置
    US7793489B2|2010-09-14|Fuel control for robust detection of catalytic converter oxygen storage capacity
    ES2534759T3|2015-04-28|Sistema de purificación de gases de escape de motor de combustión interna
    US9133749B2|2015-09-15|Ammonia storage set-point control for selective catalytic reduction applications
    US7000383B2|2006-02-21|Diesel aftertreatment systems
    US8459243B2|2013-06-11|Method, systems and sensor for detecting humidity
    US8381707B2|2013-02-26|Internal combustion engine air-fuel ratio control apparatus and method
    DE10328856B4|2006-09-28|Steuerung und Diagnose von Abgasemissionen
    US8056404B2|2011-11-15|Output calibration apparatus and output calibration method for NOx sensor
    US6591605B2|2003-07-15|System and method for controlling the air / fuel ratio in an internal combustion engine
    US6701707B1|2004-03-09|Exhaust emission diagnostics
    JP4038770B2|2008-01-30|改質器の状態判定装置および方法
    US7886527B2|2011-02-15|Reductant injection control strategy
    US6502389B2|2003-01-07|Air-fuel ratio control system for internal combustion engine and control method therof
    US8944037B2|2015-02-03|Exhaust gas purifying apparatus for internal combustion engine
    JP4305643B2|2009-07-29|内燃機関の排気浄化装置
    JP4438828B2|2010-03-24|Exhaust gas purification device for internal combustion engine
    DE10249017B4|2005-05-25|Verfahren und Vorrichtung zur Regelung von Emissionen eines Magerkonzeptverbrennungsmotors
    US20100275581A1|2010-11-04|Exhaust emission control device for internal combustion engine
    US7395658B2|2008-07-08|Apparatus and method for estimating NOx trap catalyst adsorption amount
    CA2530676C|2011-08-09|Method for controlling injection of reducing agent in exhaust gas from a combustion engine
    JP4122913B2|2008-07-23|水素利用内燃機関およびその運転方法
    JP2009024504A|2009-02-05|内燃機関の制御装置
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    US7204081B2|2007-04-17|
    JP4284087B2|2009-06-24|
    US20040159096A1|2004-08-19|
    JP2004251134A|2004-09-09|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2007-12-20| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2011-03-10| 8131| Rejection|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    [返回顶部]