DE102008001316B4

DE102008001316B4 - Abgasemissionssteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008001316B4
Application number: DE102008001316.1A
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Kawakita; Keiji Ohshima; Yoshiaki Nishijima
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2007-04-26
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2028-04-23
Also published as: JP4312807B2; US8074444B2; JP2008274786A; US20080264043A1; DE102008001316A1

Abstract

Abgasemissionssteuerungsvorrichtung (1) zum Verringern von in einem Abgas enthaltenen Stickstoffoxid mit: einem Zusatzventil (3), das ein Reduktionsmittel in das Abgas abgibt; und einer Steuerungseinheit (6), die eine Ventilöffnungszeitdauer und eine Ventilschließzeitdauer festsetzt, um in einem Wiederholungszyklus der Ventilöffnungsdauern abwechselnd abzulaufen, und die das Zusatzventil (3) steuert, um das Reduktionsmittel während jeder Ventilöffnungsdauer abzugeben und ein Abgeben des Reduktionsmittels während jeder Ventilschließdauer zu stoppen, und wobei die Steuerungseinheit (6) die Ventilöffnungsdauer auf einen Wert festsetzt, der von einer Strömungsrate des Abgases abhängt, um die Ventilöffnungsdauer zu verkürzen, wenn die Strömungsrate des Abgases verringert ist, und wobei die Steuerungseinheit (6) den Wiederholungszyklus auf einen Wert festsetzt, der von einer Strömungsrate des Stickstoffoxids abhängt.

Description

Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der früheren Japanischen Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 2007-116656 , die am 26. April 2007 eingereicht wurde, so dass deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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.
Eine Abgasemissionssteuerungsvorrichtung wird verwendet, um das von einer Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgas zu reinigen. Mit dieser Vorrichtung werden Stickstoffoxide (NO_x), 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.
Abgasemissionssteuerungsvorrichtungen sind beispielsweise aus der DE 10 2004 001 331 A1 , der DE 198 17 994 A1 sowie der DE 103 22 155 A1 bekannt.
Die Japanische Patentschrift JP 3 686 666 B1 offenbart eine weitere 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Demzufolge kann die Steuerungsvorrichtung das Abgas mittels eines Reduktionsmittels wirksam reinigen, selbst wenn die Strömungsrate des Abgases schwankt.
1 ist eine strukturelle Ansicht einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2A zeigt eine Wellenform eines Steuersignals, das sowohl eine Ventilöffnungsdauer, die auf eine ersten Einstellwert festgesetzt ist, als auch einen Wiederholungszyklus anzeigt; und
2B zeigt eine Wellenform eines weiteren Steuersignals, das sowohl eine Ventilöffnungsdauer, die auf einen zweiten Einstellwert festgesetzt ist, und einen Wiederholungszyklus anzeigt.
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.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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 (NO_x). 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.
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 Ventil 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 (NO_x), die in dem Abgas enthalten sind, in Erwiderung auf die Betriebszustände der Brennkraftmaschine.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 (1ms). Des Weiteren setzt die ECU 6, wie in 2A und 2B gezeigt ist, einen Zyklus von Pulsen in dem Steuersignal als den Wiederholungszyklus fest.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
MODIFIKATION 1
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.
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.
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.
MODIFIKATION 2
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.
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.
ANDERE MODIFIKATIONEN
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.
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.
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.
Des Weiteren verringert die Vorrichtung 1 die Stickstoffoxide mittels des Reduktionsmittels. Jedoch kann die Vorrichtung 1 Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxide (CO), Schwefeloxide (SO_x) oder dergleichen mittels eines geeigneten Mittels verringern.
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.
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.
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.
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.

Claims

Abgasemissionssteuerungsvorrichtung (1) zum Verringern von in einem Abgas enthaltenen Stickstoffoxid mit: einem Zusatzventil (3), das ein Reduktionsmittel in das Abgas abgibt; und einer Steuerungseinheit (6), die eine Ventilöffnungszeitdauer und eine Ventilschließzeitdauer festsetzt, um in einem Wiederholungszyklus der Ventilöffnungsdauern abwechselnd abzulaufen, und die das Zusatzventil (3) steuert, um das Reduktionsmittel während jeder Ventilöffnungsdauer abzugeben und ein Abgeben des Reduktionsmittels während jeder Ventilschließdauer zu stoppen, und wobei die Steuerungseinheit (6) die Ventilöffnungsdauer auf einen Wert festsetzt, der von einer Strömungsrate des Abgases abhängt, um die Ventilöffnungsdauer zu verkürzen, wenn die Strömungsrate des Abgases verringert ist, und wobei die Steuerungseinheit (6) den Wiederholungszyklus auf einen Wert festsetzt, der von einer Strömungsrate des Stickstoffoxids abhängt.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit (6) die Ventilöffnungsdauer auf einen ersten Einstellwert festsetzt, wenn die Strömungsrate des Abgases höher als ein Schwellenwert ist, und die Steuerungseinheit (6) die Ventilöffnungsdauer auf einen zweiten Einstellwert festsetzt, der niedriger als der erste Einstellwert ist, wenn die Strömungsrate des Abgases niedriger als der Schwellenwert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit (6) die Ventilöffnungsdauer auf einen ersten Wert fixiert, wenn die Strömungsrate des Abgases niedriger als ein Schwellenwert ist, die Steuerungseinheit (6) den Wiederholungszyklus auf einen zweiten Wert festsetzt, der von der Strömungsrate des Stickstoffoxids abhängt, wenn die Strömungsrate des Abgases niedriger als der Schwellenwert ist, die Steuerungseinheit (6) den Wiederholungszyklus auf einen dritten Wert fixiert, wenn die Strömungsrate des Abgases höher als der Schwellenwert ist, und die Steuerungseinheit (6) die Ventilöffnungsdauer auf einen vierten Wert festsetzt, wenn die Strömungsrate des Abgases höher als der Schwellenwert ist, so dass der vierte Wert höher als der erste Wert ist und von der Strömungsrate des Stickstoffoxids abhängt.
Vorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit (6) die Ventilöffnungsdauer auf einen Wert festlegt, der mit einer Änderungsrate der Strömungsrate des Abgases sukzessive änderbar ist, wenn sich die Strömungsrate des Abgases mit der Änderungsrate ändert.