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Diese
Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der
früheren
Japanischen
Patentanmeldung 2007-116656 , die am 26. April 2007 eingereicht
wurde, so dass deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen
ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasemissionssteuerungsvorrichtung
zum Verringern von Stickstoffdioxiden, die in dem Abgas einer Brenngasmaschine
enthalten sind, mittels eines Reduktionsmittels, um das Abgas zu
reinigen.
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Eine
Abgasemissionssteuerungsvorrichtung wird verwendet, um das von einer
Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgas zu reinigen. Mit
dieser Vorrichtung werden Stickstoffoxide (NOx),
die in dem Abgas enthalten sind, durch ein Reduktionsmittel reduziert.
Dieses Reduktionsmittel besteht bspw. aus Harnstoff enthaltendem Wasser.
Wenn Ammoniak (NH3), der durch Abbau von
Harnstoff (CO(NH2)2)
erzeugt wird, mit Stickstoffoxiden an Katalysatoren reagiert, werden
die Stickstoffoxide zu unschädlichem Stickstoff (N2) und Wasser (H2O)
reduziert. Deshalb werden in dem Abgas enthaltene Stickstoffoxide
beträchtlich verringert, so dass das Abgas gereinigt ist.
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Die
Japanische Patentbeschreibung Nr. 3686666 offenbart
eine Abgasemissionssteuerungsvorrichtung. Diese Vorrichtung hat
ein Zusatzventil, das direkt an einem Abgasrohr angebracht ist,
wobei das Reduktionsmittel von dem Zusatzventil direkt in das Abgasrohr
eingespritzt wird, um in dem Abgas verteilt zu werden. Deshalb wird
das Reduktionsmittel mit dem Abgas gemischt, und das Abgas wird
gereinigt.
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Weil
jedoch die Strömungsrate des Abgases des Abgases in dem
Abgasrohr fortlaufend in Erwiderung auf die Betriebszustände
der Brennkraftmaschine schwankt, ist es schwierig, das Abgas mittels
des Reduktionsmittels effizient zu reinigen. Wenn bspw. die Strömungsrate
des Abgases verringert ist, erreicht das von dem Zusatzventil eingespritzte
Reduktionsmittel bestimmte Abschnitte von Katalysatoren und/oder
eine Rohrwand, ohne in ausreichender Weise in dem Abgas verteilt
zu sein. Deshalb wird das Reduktionsmittel nicht effizient verwendet,
um das Abgas zu reinigen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in Anbetracht der Nachteile
der herkömmlichen Abgasemissionssteuerungsvorrichtung,
eine Abgasemissionssteuerungsvorrichtung vorzusehen, die Abgas mittels
eines Reduktionsmittels effizient reinigt, selbst wenn die Strömungsrate
des Abgases schwankt.
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Gemäß einem
Aspekt dieser Erfindung wird die Aufgabe durch das Vorsehen einer
Abgasemissionssteuerungsvorrichtung zum Verringern von in einem
Abgas enthaltenem Stickstoffoxid erreicht, wobei die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung
ein Zusatzventil bzw. Additivventil und eine Steuerungseinheit hat.
Das Zusatzventil gibt ein Reduktionsmittel in das Abgas ab. Die
Steuerungseinheit setzt eine Ventilöffnungszeitdauer und
eine Ventilschließzeitdauer fest, um abwechselnd in einem
Wiederholungszyklus der Ventilöffnungsdauern zu verstreichen
bzw. abzulaufen, und steuert das Zusatzventil, um das Reduktionsmittel
während jeder Ventilöffnungsdauer abzugeben und
um ein Abgeben des Reduktionsmittels während jeder Ventilschließzeitdauer
zu stoppen. Die Steuerungseinheit setzt die Ventilöffnungsdauer
auf einen Wert fest, der von einer Strömungsrate des Abgases
abhängt, um die Ventilöffnungsdauer zu verkürzen,
wenn sich die Strömungsrate des Abgases verringert. Die
Steuerungseinheit setzt den Wiederholungszyklus auf einen Wert fest,
der von einer Strömungsrate des Stickstoffoxids abhängt.
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Mit
diesem Aufbau der Steuerungsvorrichtung wird ein Sprühnebel
des Reduktionsmittels mit einer Durchdringungskraft (d. h. einem
Sprühnebeldruck) in das Abgas abgegeben. Wenn sich die Durchdringungskraft
erhöht, kann der Reduktionsmittelsprühnebel eine
größere Abgasmenge durchdringen. Wenn die Strömungsrate
des Abgases hoch ist, sollte das Reduktionsmittel deshalb eine große Durchdringungskraft
haben, um in dem Abgas wirksam verteilt zu werden. Wenn die Strömungsrate
des Abgases niedrig ist, sollte die Durchdringungskraft des Reduktionsmittels
schwächer sein, um zu verhindern, dass das Reduktionsmittel
an Katalysatorflächen und/oder einer das Abgas umgebenden
Rohrwand anhaftet. Des Weiteren, wenn eine Zeitdauer (d. h. eine
Ventilöffnungsdauer) verkürzt wird, die von einem Beginn
des Öffnens des Ventils verstreicht, wird die Durchdringungskraft
schwächer.
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In
dieser Erfindung setzt die Steuerungseinheit die Ventilöffnungsdauer
in Abhängigkeit von oder änderbar mit der Strömungsrate
des Abgases fest, um die Ventilöffnungsdauer zu verkürzen,
wenn sich die Strömungsrate des Abgases verringert. Deshalb kann,
selbst wenn die Strömungsrate des Abgases schwankt, das
Reduktionsmittel wirksam in das Abgas verteilt werden, und das Reduktionsmittel
kann das Stickstoffoxid wirksam reduzieren.
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Des
Weiteren, um das Stickstoffoxid zu reduzieren, ist eine geeignete
Menge des Reduktionsmittels entsprechend einer Stickstoffoxidmenge
erfordert. In dieser Erfindung setzt die Steuerungseinheit den Wiederholungszyklus
in Abhängigkeit der Strömungsrate des Stickstoffoxids
fest. Deshalb kann, selbst wenn die Strömungsrate des Stickstoffoxids schwankt,
die korrekte Reduktionsmittelmenge, die für eine Reduktion
des Stickstoffoxids erfordert ist, immer in das Abgas abgegeben
werden.
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Demzufolge
kann die Steuerungsvorrichtung das Abgas mittels eines Reduktionsmittels
wirksam reinigen, selbst wenn die Strömungsrate des Abgases
schwankt.
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1 ist
eine strukturelle Ansicht einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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2A zeigt
eine Wellenform eines Steuersignals, das sowohl eine Ventilöffnungsdauer,
die auf eine ersten Einstellwert festgesetzt ist, als auch einen Wiederholungszyklus
anzeigt; und
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2B zeigt
eine Wellenform eines weiteren Steuersignals, das sowohl eine Ventilöffnungsdauer, die
auf einen zweiten Einstellwert festgesetzt ist, und einen Wiederholungszyklus
anzeigt.
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Eine
Abgasemissionssteuerungsvorrichtung hat ein Zusatzventil, das ein
Reduktionsmittel in ein Abgas abgibt, das ein Stickstoffoxid enthält,
und eine Steuerungseinheit, die eine Ventilöffnungszeitdauer und
eine Ventilschließzeitdauer für das Zusatzventil festsetzt,
um abwechselnd in einem Wiederholungszyklus der Ventilöffnungsdauern
zu verstreichen bzw. abzulaufen, und die das Zusatzventil steuert,
um das Reduktionsmittel während jeder Ventilöffnungsdauer abzugeben
und ein Abgeben des Reduktionsmittels während jeder Ventilschließdauer
zu stoppen. Um das Abgas mittels des Reduktionsmittels wirksam zu reinigen,
selbst wenn eine Strömungsrate des Abgases schwankt, setzt
die Steuerungseinheit die Ventilöffnungsdauer auf einen
Wert fest, der von der Strömungsrate des Abgases abhängt
oder mit dieser änderbar ist, um die Ventilöffnungsdauer
zu verkürzen, wenn sich die Strömungsrate des
Abgases verringert, und die Steuerungseinheit setzt den Wiederholungszyklus
auf einen Wert fest, der von der Strömungsrate des Stickstoffoxids
abhängt oder mit dieser änderbar ist.
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Eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine strukturelle Ansicht einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung
gemäß der Ausführungsform. Eine in 1 gezeigte Abgasemissionssteuerungsvorrichtung 1 ist
bspw. in einem Fahrzeug montiert. Ein Abgas einer Brennkraftmaschine
(nicht gezeigt) strömt durch ein Abgasrohr. Das Abgas enthält
Stickstoffoxide (NOx). Mit dieser Vorrichtung
wird ein Reduktionsmittel in das Abgasrohr eingespritzt, um zu dem
Abgas zugeführt zu werden, und die Stickstoffoxide werden
durch das Reduktionsmittel reduziert, um das Abgas zu reinigen. Dieses
Reduktionsmittel besteht bspw. aus Harnstoff enthaltendem Wasser.
Wenn Ammoniak (NH3), der durch Abbau von
Harnstoff (CO(NH2)2)
erzeugt wird, mit Stickstoffoxiden an Katalysatoren reagiert, werden
die Stickstoffoxide zu unschädlichem Stickstoff (N2) und Wasser (H2O)
reduziert. Deshalb wird das Abgas gereinigt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, hat die Steuerungsvorrichtung 1 ein
Zusatzventil 3, eine Zuführpumpe 5, die
das in einem Tank 4 befindliche Reduktionsmittel in das
Ventile 3 pumpt, und eine elektronische Steuerungseinheit
(ECU) 6, die das Ventil 3 und die Pumpe 5 steuert.
Die ECU 6 empfängt Erfassungswerte, die Betriebszustände
der Brennkraftmaschine anzeigen, von verschiedenen Sensoren 7,
wie einem Beschleunigungshubsensor, der die Strömungsrate
von Kraftstoff erfasst, der in die Brennkraftmaschine eingespritzt
wird, einem Luftmengenmesser, der die Strömungsrate von
Luft misst, die in die Brennkraftmaschine angesaugt wird, einem
Kurbelwinkelsensor, der die Brennkraftmaschinendrehzahl erfasst,
einem Abgastemperatursensor und dergleichen. Die ECU 6 steuert
den Pumpbetrieb der Pumpe 5 und den Öffnungs-/Schließbetrieb
des Ventils 3 gemäß den Erfassungswerten
der Sensoren 7. Das Ventil 3 spritzt das Reduktionsmittel
in ein Abgasrohr 2 ein, das mit der Brennkraftmaschine
verbunden ist. Das Abgas strömt durch das Abgasrohr 2 mit
einer Strömungsrate, die in Erwiderung auf Betriebszustände der
Brennkraftmaschine änderbar ist. Des Weiteren ändert
sich die Strömungsrate von Stickstoffoxiden (NOx), die in dem Abgas enthalten sind, in Erwiderung
auf die Betriebszustände der Brennkraftmaschine.
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Das
Ventil 3 ist direkt an dem Abgasrohr 2 angebracht,
und ein Kopfabschnitt 9 mit einem Düsenloch (nicht
gezeigt) in dem Ventil 3 steht in das Abgasrohr 2 hervor.
Das Ventil 3 nimmt das von der Pumpe 5 abgegebene
Reduktionsmittel auf, fördert das Reduktionsmittel zu dem
Kopfabschnitt 9 und spritzt das Reduktionsmittel von dem
Düsenloch ein.
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Das
Ventil 3 hat eine Solenoidspule (nicht gezeigt) und ein
Ventilbauteil (nicht gezeigt). Die Solenoidspule erzeugt eine magnetische
Anziehungskraft in Erwiderung auf zu dem Ventil 3 zugeführte elektrische
Energie, um das Ventilbauteil in eine Ventilöffnungsrichtung
anzutreiben. Wenn das Ventilbauteil die Anziehungskraft von der
Spule aufnimmt, öffnet das Ventilbauteil deshalb das Düsenloch,
und das Ventil 3 spritzt das Reduktionsmittel durch das
geöffnete Düsenloch ein. Das heißt, das
Ventil 3 wirkt als ein elektromagnetisches Solenoidventil.
Das Ventil 3 hat des Weiteren eine Feder zum zwangsweisen Drücken
des Ventilbauteils in eine Ventilschließrichtung. Die Feder
speichert eine Federkraft in Erwiderung auf die Bewegung des Ventilbauteils
in die Ventilöffnungsrichtung. Wenn die Zufuhr der elektrischen Energie
zu dem Ventil 3 gestoppt wird, um keine Anziehungskraft
in der Solenoidspule zu erzeugen, wird das Ventilbauteil in Erwiderung
auf die Kraft der Feder in die Ventilschließrichtung gedrückt.
Deshalb schließt das Ventilbauteil das Düsenloch,
und das Ventil 3 hört auf, das Reduktionsmittel
einzuspritzen. Das Reduktionsmittel, das zu dem Ventil 3 zugeführt worden
ist aber von dem Ventil 3 nicht eingespritzt worden ist,
wird zu dem Tank 4 zurück geführt.
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Die
ECU 6 hat einen bekannten Mikrocomputer 6a und
eine Antriebsschaltung 6b. Die Schaltung 6b überträgt
elektrische Energie von einer Batterie (nicht gezeigt) zu der Solenoidspule
des Ventils 3 in Erwiderung auf ein von dem Mikrocomputer 6a ausgegebenes
Steuersignal. Der Mikrocomputer 6a hat eine zentrale Verarbeitungseinheit
(CPU) 6c, eine Speichereinheit 6d mit einem Speicher
mit wahlfreiem Zugriff (RAM) und einem Nur-Lesespeicher (ROM), eine
Eingabeeinheit 6e und eine Ausgabeeinheit 6f.
Die CPU 6c erzeugt ein Steuersignal von den Erfassungswerten
der Sensoren, die in der Eingabeeinheit 6e empfangen werden,
gemäß einem in dem ROM gespeicherten Programm
(Software) und gibt das Steuersignal durch die Ausgabeeinheit 6f zu der
Antriebsschaltung 6b aus. Der RAM speichert zeitweilig
die Dauern und die Erfassungswerte der Sensoren 7. Deshalb
kann die ECU 6 einen Öffnungs-/Schließbetrieb
des Ventils 3 gemäß den Erfassungswerten
steuern.
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Genauer
gesagt analysiert der Mikrocomputer 6a der ECU 6 Betriebszustände
der Brennkraftmaschine von den Erfassungswerten der Sensoren 7 und
setzt eine Ventilöffnungszeitdauer und eine Ventilschließzeitdauer,
die abwechselnd in einem Wiederholungszyklus der Ventilöffnungsdauern
verstreichen bzw. ablaufen, gemäß den Betriebszuständen der
Brennkraftmaschine fest. Der Wiederholungszyklus ist gleich einer
Summe aus einer Ventilöffnungsdauer und einer Ventilschließdauer.
Die ECU 6 sendet ein Steuersignal, das sowohl die Ventilöffnungsdauer
und den Wiederholungszyklus anzeigt, zu dem Ventil 3 und
steuert das Ventil 3, um das Düsenloch in Erwiderung
auf das Steuersignal abwechselnd zu öffnen und zu schließen.
Das heißt das Ventil 3 öffnet das Düsenloch
während jeder Ventilöffnungsdauer und schließt
das Düsenloch während jeder Ventilschließdauer.
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Des
Weiteren setzt die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer
auf eine Länge fest, die von einer Massenströmungsrate
des Abgases abhängt, und setzt den Wiederholungszyklus
auf der Basis der Länge der Ventilöffnungsdauer
und einer Massenströmungsrate der Stickstoffoxide derart
fest, dass sich der Wiederholungszyklus mit der Strömungsrate
der Stickstoffoxide ändert. Das heißt, wenn sich
die Strömungsrate des Abgases verringert, setzt die ECU 6 die
Ventilöffnungsdauer auf einen niedrigeren Wert fest. Im
Gegensatz dazu, wenn sich die Strömungsrate des Abgases
erhöht, setzt die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer
auf einen höheren Wert fest.
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Die
ECU 6 speichert bspw. einen Schwellenwert, einen ersten
Einstellwert und einen zweiten Einstellwert. Der Schwellenwert ist
für die Strömungsrate des Abgases bestimmt. Der
zweite Einstellwert ist niedriger als der erste Einstellwert. Wenn
die Strömungsrate des Abgases gleich zu oder höher
als der Schwellenwert ist, setzt die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer
auf den ersten Einstellwert fest. Im Gegensatz dazu, wenn die Strömungsrate
des Abgases niedriger als der Schwellenwert ist, setzt die ECU 6 die Öffnungsdauer
auf den zweiten Einstellwert fest.
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Der
Grund, warum die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer
auf einen der Einstellwerte gemäß einem Vergleichsergebnis
zwischen dem Schwellenwert und der Strömungsrate des Abgases
festsetzt, ist nachstehend beschrieben. Das Reduktionsmittel wird
von dem Düsenloch des Ventils 3 in einer Sprühnebelform
eingespritzt. Der Reduktionsmittelsprühnebel durchdringt
das Abgas mit einer Eindringkraft bzw. Durchdringungskraft entlang
der Einspritzrichtung. Wenn die Durchdringungskraft erhöht
ist, kann der Reduktionsmittelsprühnebel eine größere
Abgasmenge durchdringen. Deshalb sollte, wenn die Strömungsrate
des Abgases hoch ist, das Reduktionsmittel eine hohe Durchdringungskraft
haben, um in dem Abgas wirksam verteilt zu werden. Im Gegensatz
dazu, wenn die Strömungsrate des Abgases niedrig ist, sollte
die Durchdringungskraft des Reduktionsmittels niedrig sein, um zu
verhindern, dass das Reduktionsmittel an Katalysatorflächen
und/oder einer Wand des Rohrs 2 anhaftet. Des Weiteren,
wenn eine Zeitdauer (d. h. eine Ventilöffnungsdauer) verringert
ist, die von dem Beginn der Öffnung des Düsenlochs
verstreicht, wird die Durchdringungskraft schwächer. Wenn
die Ventilöffnungsdauer beträchtlich verkürzt ist,
ist die Durchdringungskraft beträchtlich schwächer.
Der zweite Einstellwert wird verwendet, um die Ventilöffnungsdauer
beträchtlich zu verkürzen. Im Gegensatz dazu wird
der erste Einstellwert verwendet, um die Ventilöffnungsdauer
festzulegen, um nicht beträchtlich verkürzt zu
sein. Das heißt der zweite Einstellwert ist beträchtlich
niedriger als der erste Einstellwert. Deshalb setzt die ECU 6,
wenn die Strömungsrate des Abgases niedriger als der Schwellenwert
ist, die Ventilöffnungsdauer auf den zweiten Einstellewert
fest, so dass die Durchdringungskraft des Reduktionsmittels beträchtlich
geschwächt ist. Im Gegensatz dazu, wenn die Strömungsrate
des Abgases gleich zu oder höher als der Schwellenwert
ist, setzt die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer auf
den ersten Einstellwert fest, so dass die Durchdringungskraft des
Reduktionsmittels nicht beträchtlich geschwächt
ist sondern ausreichend stark ist, um das Reduktionsmittel in dem
Abgas zu verteilen.
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Um
die Ventilöffnungsdauer änderbar fest zu setzten,
erfasst die ECU 6 direkt eine Massenströmungsrate
des Abgases. Alternativ berechnet der Mikrocomputer 6a der
ECU 6 eine Massenströmungsrate des Abgases indirekt
von einer Luftmassenströmungsrate, die in dem Luftmengenmesser erfasst wird,
und einer Massenströmungsrate von eingespritztem Kraftstoff,
die in dem Hubsensor erfasst wird.
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Des
Weiteren, um das zur Reduktion der Stickstoffoxide erforderte Reduktionsmittel
von dem Ventil 3 abzugeben, setzt die ECU 6 einen
Wert des Wiederholungszyklus änderbar gemäß der
Länge der Ventilöffnungsdauer und der Strömungsrate
des Stickstoffoxids fest. Beispielsweise berechnet die ECU 6 eine
Stickstoffoxidmenge in einer Ventilöffnungsdauer von der
Strömungsrate der Stickstoffoxide berechnet eine erste
Menge des für die Reduktion der berechneten Stickstoffoxidmenge
erforderten Reduktionsmittels und berechnet eine zweite Reduktionsmittelmenge,
die in einer Ventilöffnungsdauer tatsächlich von
dem Ventil 3 abgegeben wird. Dann berechnet die ECU 6 ein
Verhältnis der zweiten Menge zu der ersten Menge und setzt
den Wiederholungszyklus auf ein Produkt aus dem Verhältnis
und der Ventilöffnungsdauer fest. Deshalb wird, wenn die Strömungsrate
des Stickstoffoxids erhöht ist, der Wiederholungszyklus
verkürzt, um sich der Ventilöffnungsdauer zu nähern.
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Um
den Wiederholungszyklus änderbar einzustellen, erfasst
die ECU 6 direkt eine Massenströmungsrate der
Stickstoffoxide. Alternativ berechnet der Mikrocomputer 6a der
ECU 6 eine Massenströmungsrate der Stickstoffoxide
indirekt von den Erfassungswerten der Sensoren 7. Beispielsweise
berechnet der Mikrocomputer 6a die Strömungsrate
des Stickstoffoxids von einer Brennkraftmaschinendrehzahl, die von
dem Kurbelwinkelsensor erfasst wird, der Temperatur des Abgases,
die in dem Temperatursensor erfasst wird, der Strömungsrate
von eingespritztem Kraftstoff, die in dem Hubsensor erfasst wird,
und dergleichen.
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Der
Mikrocomputer 6a der ECU 6 erzeugt ein Steuersignal,
das eine Vielzahl von Pulsen hat, die auf ein AN-Niveau mit gleichen
Intervallen von der Ventilöffnungsdauer und dem Wiederholungszyklus festgesetzt
sind. In dem Steuersignal ist eine Zeitdauer in jedem festgesetzt,
um gleich zu einer Ventilöffnungsdauer zu sein, und eine
auf ein AUS-Niveau festgelegte Zeitdauer zwischen Pulsen ist festgesetzt,
um gleich einer Ventilschließdauer zu sein.
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2A zeigt
eine Wellenform eines Steuersignals, das sowohl eine Ventilöffnungsdauer,
die auf einen ersten Einstellwert festgesetzt ist, als auch einen
Wiederholungszyklus anzeigt, während 2B eine
Wellenform eines weiteren Steuersignals zeigt, das sowohl eine Ventilöffnungsdauer,
die auf einen zweiten Einstellwert festgesetzt ist, als auch einen Wiederholungszyklus
anzeigt.
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Wie
in 2A gezeigt ist, wenn die Strömungsrate
des Abgases gleich zu oder höher als der Schwellenwert
ist, setzt die ECU 6 eine Zeitdauer (d. h. eine Pulsbreite)
in jedem Puls des Steuersignals im Wesentlichen auf den ersten Einstellwert
fest. Im Gegensatz dazu, wie in 2B gezeigt
ist, wenn die Strömungsrate des Abgases niedriger als der Schwellenwert
ist, setzt die ECU 6 im Wesentlichen eine Zeitdauer jedes
Pulses des Steuersignals auf den zweiten Einstellwert fest, wie
10–3 Sekunden (1 ms). Des Weiteren
setzt die ECU 6, wie in 2A und 2B gezeigt
ist, einen Zyklus von Pulsen in dem Steuersignal als den Wiederholungszyklus
fest.
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Deshalb
wird, wie in 2A und 2B gezeigt
ist, selbst falls die Strömungsrate der Stickstoffoxide
in dem Abgas konstant ist, der Wiederholungszyklus, der zu der auf
den zweiten Einstellwert festgesetzten Ventilöffnungsdauer
korrespondiert, kürzer als der Wiederholungszyklus, der
zu der Ventilöffnungsdauer korrespondiert, die auf den
ersten Einstellwert festgesetzt ist.
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Dann
gibt der Mikrocomputer 6a das Steuersignal zu der Antriebsschaltung 6b aus.
Die Antriebsschaltung 6b steuert die Zufuhr von elektrischer
Energie zu dem Ventil 3 gemäß dem Steuersignal.
Das heißt, wenn das Steuersignal auf ein AN-Niveau festegesetzt
ist, führt die Schaltung 6b elektrische Energie
zu dem Ventil 3 zu, um das Düsenloch des Ventils 3 zu öffnen.
Im Gegensatz dazu, wenn das Steuersignal auf ein AUS-Niveau festgesetzt
ist, stoppt die Schaltung 6b die Zufuhr von elektrischer Energie
zu dem Ventil 3, um das Düsenloch des Ventils 3 zu
schließen. Deshalb gibt das Ventil 3 das Reduktionsmittel
in Erwiderung auf jeden Puls des Steuersignals ab. Das heißt,
das Ventil 3 gibt unter der Steuerung der ECU 6 das
Reduktionsmittel bei jeder Ventilöffnungsdauer ab, und
das Ventil 3 stoppt ein Abgeben des Reduktionsmittels bei
jeder Ventilsschließdauer.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, berechnet oder erfasst die ECU 6 immer
oder periodisch eine Massenströmungsrate des Abgases und
eine Massenströmungsrate der in dem Abgas enthaltenen Stickstoffoxide,
stellt die Ventilöffnungsdauer auf eine Länge
in Abhängigkeit von der Strömungsrate des Abgases
derart ein, dass die Ventilöffnungsdauer verkürzt
ist, wenn die Strömungsrate des Abgases verringert ist,
und setzt den Wiederholungszyklus auf Basis der Länge der
Ventilöffnungsdauer und der Strömungsrate des
Stickstoffoxids derart fest, dass der Wiederholungszyklus von der
Strömungsrate des Stickstoffoxids abhängt.
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Hier
durchdringt das in einer Sprühnebelform eingespritzte Reduktionsmittel
das Abgas mit einer Durchdringungskraft entlang einer Einspritzrichtung, und
die Durchdringungskraft wird schwächer, wenn die Ventilöffnungsdauer
verkürzt ist. Wenn das Abgas mit einer hohen Rate strömt,
sollte das Reduktionsmittel deshalb eine hohe Durchdringungskraft
haben, um in dem Abgas wirksam verteilt zu werden. Im Gegensatz
dazu, wenn das Abgas mit einer niedrigen Rate strömt, sollte
die Durchdringungskraft des Reduktionsmittels abgeschwächt
sein, um zu verhindern, dass das Reduktionsmittel an Katalysatorflächen
und/oder einer Wand des Rohrs 2 anhaftet. Wenn die Strömungsrate
des Abgases verringert ist, sollte deshalb die Ventilöffnungsdauer
verkürzt sei.
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Wenn
die Strömungsrate des Abgases gleich zu oder höher
als der Schwellenwert ist, setzt in dieser Ausführungsform
die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer auf den ersten
Einstellwert ein, um die Durchdringungskraft des Reduktionsmittels
nicht beträchtlich zu schwächen, und die ECU 6 berechnet
einen Wert des Wiederholungszyklus von dem ersten Einstellwert der
Ventilöffnungsdauer und der Massenströmungsrate
der Stickstoffoxide. Dann erzeugt die ECU 6 ein Steuersignal,
das im Wesentlichen auf den Wiederholungszyklus festgesetzt ist,
derart dass eine Zeitdauer jedes Pulses des Signals im Wesentlichen gleich
zu dem ersten Einstellwert der Ventilöffnungsdauer ist,
und steuert das Ventil 3, um das Düsenloch in
Erwiderung auf jeden Puls zu öffnen und das Düsenloch
während eines AUS-Niveaus des Steuersignals zwischen jedem
Pulspaar zu schließen. Deshalb wird ein Sprühnebel
des Reduktionsmittels, der eine starke Durchdringungskraft hat,
in dem Abgas verteilt, um wirksam mit dem Abgas gemischt zu werden,
so dass die Stickstoffoxide mittels des Reduktionsmittels wirksam
reduziert werden können.
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Im
Gegensatz dazu, wenn die Strömungsrate des Abgases verringert
ist, um niedriger als der Schwellenwert zu sein, ändert
die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer von dem ersten
Einstellwert zu dem zweiten Einstellwert, um die Durchdringungskraft
des Reduktionsmittels beträchtlich zu schwächen,
und die ECU 6 berechnet einen Wert des Wiederholungszyklus
von dem zweiten Einstellwert der Ventilöffnungsdauer und
der Strömungsrate der Stickstoffoxide. Dann erzeugt die
ECU 6 ein Steuersignal, das im Wesentlichen auf den Wiederholungszyklus
festgesetzt ist, derart das eine Zeitdauer von jedem der Pulse des
Signals im Wesentlichen gleich zu dem zweiten Einstellwert der Ventilöffnungsdauer
ist, und steuert das Ventil 3 mittels des Steuersignals
in der selben Weise. Deshalb kann die Abgasemissionssteuerungsvorrichtung 1 verhindern,
dass das Reduktionsmittel an Katalysatorflächen und/oder
einer Wand des Rohrs 2 anhaftet. Demzufolge, weil die Steuerungsvorrichtung 1 die
Ventilöffnungsdauer gemäß der Strömungsrate
des Abgases festsetzt, um die Durchdringungskraft des Reduktionsmittels
in geeigneter Weise zu der Strömungsrate des Abgases einzustellen,
kann die Vorrichtung 1 immer das Reduktionsmittel in dem
Abgas mit bevorzugten Mischbedingungen verteilen, ungeachtet einer Änderung
der Strömungsrate des Abgases. Insbesondere wenn die Strömungsrate
des Abgases verringert ist, verkürzt die Steuerungsvorrichtung 1 die
Ventilöffnungsdauer, um die Durchdringungskraft des Reduktionsmittels beträchtlich
zu schwächen. Demzufolge kann die Vorrichtung 1 verhindern,
dass das Reduktionsmittel an Katalysatorflächen und/oder
einer Wand des Rohrs 2 anhaftet, um das Reduktionsmittel
wirksam zur Reduktion der Stickstoffoxide zu verwenden.
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Des
Weiteren, weil die Steuerungsvorrichtung 1 den Wiederholungszyklus
gemäß der Länge der Ventilöffnungsdauer und
der Strömungsrate der Stickstoffoxide festsetzt, kann eine
Reduktionsmittelmenge, die erfordert ist, um die Stickstoffoxide
zu reduzieren, zuverlässig in das Abgas eingespritzt werden.
Demzufolge kann die Steuerungsvorrichtung 1 das Abgas mittels
des Reduktionsmittels wirksam und zuverlässig reinigen,
selbst wenn eine Strömungsrate des Abgases schwankt.
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Darüber
hinaus, wenn die Strömungsrate des Abgases gleich zu oder
höher als der Schwellenwert ist, setzt die Steuerungsvorrichtung 1 die
Ventilöffnungsdauer auf den ersten Einstellwert fest, um die
Durchdringungskraft des Reduktionsmittels nicht beträchtlich
zu schwächen. Im Gegensatz dazu, wenn die Strömungsrate
des Abgases niedriger als der Schwellenwert ist, setzt die Steuerungsvorrichtung 1 die
Ventilöffnungsdauer auf den zweiten Einstellwert fest (der
niedriger als der erste Einstellwert ist), um die Durchdringungskraft
des Reduktionsmittels beträchtlich zu schwächen.
Das heißt, die Vorrichtung 1 beurteilt einfach,
ob das Abgas mit einer Rate strömt, die höher
als der Schwellenwert ist, und die Vorrichtung 1 wählt
einfach einen der Einstellwerte gemäß dem Beurteilungsergebnis
aus. Demzufolge kann die Steuerungsvorrichtung 1 eine das
Einspritzen des Reduktionsmittels von dem Ventil 3 leicht
steuern, um die Durchdringungskraft des Reduktionsmittels in geeigneter
Weise derart festzusetzen, dass das Reduktionsmittel mit bevorzugten Mischbedingungen
in dem Abgas verteilt wird.
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MODIFIKATION 1
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In
dieser Ausführungsform wird der Wiederholungszyklus ungeachtet
einer Änderung der Strömungsrate des Abgases auf
einen Wert festgesetzt, der von der Strömungsrate des Stickstoffoxids
abhängt. Wenn jedoch die Strömungsrate des Abgases gleich
oder höher als der Schwellenwert ist, kann ein Wert des
Wiederholungszyklus auf einen geeigneten Wert fixiert werden, wie
0,1 Sek. (entspricht 10 Hz), ungeachtet einer Änderung
der Strömungsrate des Abgases oder einer Änderung
der Strömungsrate des Stickstoffoxids, während
die Ventilöffnungsdauer auf eine Länge festgesetzt
ist, die von der Strömungsrate des Stickstoffoxids abhängt.
Im Gegensatz dazu, wenn die Strömungsrate des Abgases niedriger
als der Schwellenwert ist, kann die Länge der Ventilöffnungsdauer
auf einen geeigneten Wert fixiert sein, wie 10–3 Sek.
(1 ms), ungeachtet einer Änderung der Strömungsrate
des Abgases oder einer Änderung der Strömungsrate
des Stickstoffoxids, während der Wiederholungszyklus auf
einen Wert festgesetzt ist, der von der Strömungsrate des
Stickstoffoxids abhängt. Das heißt, wenn die Strömungsrate
des Abgases niedriger als der Schwellenwert ist, werden die Ventilöffnungsdauer
und der Wiederholungszyklus in der selben Weise wie in der Ausführungsform
festgesetzt.
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Wenn
bspw. das Abgas mit einer Rate strömt, die gleich zu oder
höher als der Schwellenwert ist, wird die Ventilöffnungsdauer
in einem Bereich eingestellt, so dass die Durchdringungskraft des
Reduktionsmittels nicht beträchtlich geschwächt ist,
und die Ventilöffnungsdauer und der Wiederholungszyklus
werden derart festgesetzt, dass eine Menge des Reduktionsmittels,
das tatsächlich von dem Ventil 3 in einer Ventilöffnungsdauer
eingespritzt wird, im Wesentlichen gleich zu einer Menge des Reduktionsmittels
ist, die erfordert ist, um die Stickstoffoxidmenge zu reduzieren,
die in einem Wiederholungszyklus strömt.
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Deshalb,
weil der Wiederholungszyklus fixiert ist, wenn das Abgas mit einer
Rate strömt, die gleich zu oder höher als der
Schwellenwert ist, stellt die Vorrichtung 1 lediglich ein
Einschaltverhältnis des Steuersignals ein, das auf eine
fixierte Frequenz festgelegt ist. Demzufolge kann die Vorrichtung 1 die
Reduktion von Stickstoffoxiden leicht steuern, während die
Verteilung des Reduktionsmittels in das Abgas in geeigneter Weise
eingestellt ist.
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MODIFIKATION 2
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Des
Weiteren wird in dieser Ausführungsform die Länge
der Ventilöffnungsdauer von zwei fixierten Einstellwerten
gemäß der Strömungsrate des Abgases ausgewählt.
Wenn sich jedoch die Strömungsrate des Abgases mit einer Änderungsrate ändert,
kann die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer auf eine
Länge festlegen, die mit der Änderungsrate sukzessive
bzw. fortlaufend änderbar ist. Wenn sich bspw. die Strömungsrate
des Abgases mit einer Verringerungsrate absenkt, verkürzt
die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer sukzessive gemäß der
Abnahmerate. Im Gegensatz dazu, wenn sich die Strömungsrate des
Abgases mit einer Erhöhungsrate erhöht, verlängert
die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer sukzessive gemäß der
Erhöhungsrate.
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Demzufolge,
weil die Durchdringungskraft des Reduktionsmittels sukzessive auf
eine änderbare Stärke festgesetzt wird, die optimal
für die Verteilung des Reduktionsmittels in dem Abgas ist,
kann das Reduktionsmittel immer unter bevorzugten Bedingungen in
dem Abgas verteilt werden, und das Abgas kann weiter wirksam gereinigt
werden, selbst wenn die Strömungsrate des Abgases schwankt.
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ANDERE MODIFIKATIONEN
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In
dieser Ausführungsform setzt die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer
und den Wiederholungszyklus der Ventilöffnungsdauern gemäß einer
Massenströmungsrate des Abgases und einer Massenströmungsrate
der Stickstoffoxide fest. Jedoch setzt die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer
und den Wiederholungszyklus der Ventilöffnungsdauern gemäß einer Volumenströmungsrate
des Abgases und einer Volumenströmungsrate der Stickstoffoxide
fest. In diesem Fall wird jede Strömungsrate gemäß einem
Druck und einer Temperatur des Abgases in eine Massenströmungsrate
umgewandelt.
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Des
Weiteren verringert die Vorrichtung 1 die Stickstoffoxide
mittels des Reduktionsmittels, um das Abgas zu reinigen. Jedoch
kann nur ein Stickstoffoxid (NO, NO2) oder
dergleichen in dem Abgas verringert werden.
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Darüber
hinaus wird das Abgas von der Brennkraftmaschine abgegeben. Jedoch
kann die Vorrichtung 1 das Abgas reinigen, das von einer
Produktionsfabrik oder dergleichen abgegeben wird.
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Des
Weiteren verringert die Vorrichtung 1 die Stickstoffoxide
mittels des Reduktionsmittels. Jedoch kann die Vorrichtung 1 Kohlenwasserstoffe,
Kohlenmonoxide (CO), Schwefeloxide (SOx)
oder dergleichen mittels eines geeigneten Mittels verringern.
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Darüber
hinaus ist der Wiederholungszyklus der Ventilöffnungsdauern änderbar
auf einen Wiederholungswert festgesetzt, der sich mit der Zeit nicht ändert.
Jedoch kann der Wiederholungszyklus mit der Zeit derart geändert
werden, das ein Durchschnitt des Wiederholungszyklus gleich zu dem
Wiederholungswert in einer vorbestimmten Zeitdauer wird. Des Weiteren
kann in gleicher Weise jede Dauer von der Ventilöffnungsdauer
und der Ventilschließdauer mit der Zeit geändert
werden.
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Darüber
hinaus wird das Ventil 3 in Erwiderung auf jeden Puls des
Steuersignals schnell geöffnet und geschlossen. Jedoch
kann das Ventil 3 in Erwiderung auf ein Signal allmählich
geöffnet und geschlossen werden, dessen Niveau sich allmählich
in einer Sinuswellenform oder dergleichen ändert.
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Darüber
hinaus kann die ECU 6 die Ventilöffnungsdauer
auf den ersten Einstellwert festsetzen, wenn die Strömungsrate
des Abgases höher als der Schwellenwert ist, und die ECU 6 kann
die Ventilöffnungsdauer auf den zweiten Einstellwert festsetzen, wenn
die Strömungsrate des Abgases gleich zu oder niedriger
als der Schwellenwert ist.
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Diese
Ausführungsform und Modifikationen sollten nicht dahingehend
ausgelegt werden, dass sie die vorliegende Erfindung auf die Strukturen
dieser Ausführungsformen beschränken, und der
Aufbau dieser Erfindung kann mit dem Aufbau auf Basis des Stands
der Technik kombiniert werden.
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Eine
Abgasemissionssteuerungsvorrichtung hat ein Zusatzventil und eine
Steuerungseinheit, um Stickstoffoxide, die in einem Abgas enthalten
sind, mittels eines Reduktionsmittels zu verringern. Die Steuerungseinheit
setzt eine Ventilöffnungszeitdauer und eine Ventilsschließzeitdauer
fest, die in einem Wiederholungszyklus abwechselnd verstreichen.
Die Steuerungseinheit steuert das Ventil, um das Reduktionsmittels
während jeder Ventilöffnungsdauer in das Abgas
abzugeben und um ein Abgeben des Reduktionsmittels während
jeder Ventilschließdauer zu stoppen. Die Steuerungseinheit
setzt die Ventilöffnungsdauer fest, um verkürzt
zu werden, wenn sich eine Strömungsrate des Abgases verringert,
so dass eine Durchdringungskraft des Reduktionsmittels in geeigneter
Weise festgesetzt ist. Die Steuerungseinheit setzt den Wiederholungszyklus
auf einen Wert fest, der von der Strömungsrate der Stickstoffoxide abhängt,
um die Stickstoffoxide mittels des Reduktionsmittels in ausreichender
Weise zu reduzieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-116656 [0001]
- - JP 3686666 [0004]