DE102008050356B4

DE102008050356B4 - Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor

Info

Publication number: DE102008050356B4
Application number: DE102008050356A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kanagawa Fujita; Minehiro Kanagawa Murata; Yoshinaka Kanagawa Takeda; Satoshi Kanagawa Hiranuma; Satoshi Kanagawa Yamazaki; Shinichi Kanagawa Saito; Yasuko Kanagawa Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: US8136348B2; DE102008050356A1; JP2009097438A; CN101413418A; CN101413418B; US20090100825A1

Abstract

Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor, umfassend: einen NOx-Katalysator (40) vom ammoniakselektiven Reduktionstyp, welcher in einen Abgasweg (20, 30, 32, 34) eines Motors (1) eingefügt ist, um im Abgas enthaltenes NOx durch Nutzung von Ammoniak als Reduktionsmittel selektiv zu reduzieren; ein Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44), welches eingerichtet ist für die Zufuhr von Harnstoffwassergemisch in das stromaufwärts des NOx-Katalysators (40) vom ammoniakselektiven Reduktionstyp existierende Abgas; und ein Steuermittel (50), welches eingerichtet ist zum Steuern des Harnstoffwassergemisch-Zuführmittels (44) derart, dass das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird, wenn das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44) zwecks Bereitstellung von Ammoniak an den NOx-Katalysator (40) vom ammoniakselektiven Reduktionstyp zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Harnstoffwassergemisch zeitweise gemäß einer vorbestimmten Zufuhrzeitdauer und einer vorbestimmten Zufuhrpause zugeführt wird und dass, wenn das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44) zugeführt wird, das Steuermittel (50) einen ersten Beurteilungswert durch Addition eines Additionswertes, welcher mit einer Bildungsmenge eines aus dem Harnstoffwassergemisch gebildeten Feststoffes korrespondiert, und durch...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungseinrichtung zum Reinigen des Abgases eines Motors, und insbesondere auf eine Abgasreinigungseinrichtung mit einem NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp, welcher im Abgas enthaltenes NOx durch Nutzung von Ammoniak als Reduktionsmittel reduziert, welches vom in das Abgas zugeführten Harnstoffwassergemisch produziert wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Eine herkömmliche bekannte Abgasreinigungseinrichtung reinigt Abgas durch Entziehen von NOx (Stickstoffoxid), welches ein im Abgas des Motors enthaltener Schadstoff ist. Diese Abgasreinigungseinrichtung umfasst einen NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp (im Folgenden als ein SCR-Katalysator bezeichnet), welcher in den Abgasweg des Motors eingefügt ist. Der SCR-Katalysator wird mit Ammoniak versorgt, welches als Reduktionsmittel arbeitet. Das Abgas wird durch Reduktion des NOx mit Hilfe des Ammoniaks gereinigt.
Im Allgemeinen führt solch eine Abgasreinigungseinrichtung Harnstoffwassergemisch, was leichter handhabbar ist als Ammoniak, zwecks Bereitstellung von Ammoniak am SCR-Katalysator dem Abgas zu. Das Harnstoffwassergemisch wird in das Abgas unter Benutzung eines Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils oder dergleichen eingespritzt. Das zerstäubte Harnstoffwassergemisch, welches vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil in das Abgas zugeführt wurde, wird durch die Abgashitze hydrolisiert. Das als Ergebnis der Hydrolyse produzierte Ammoniak wird dem SCR-Katalysator zugeführt. Der SCR-Katalysator adsorbiert das ihm zugeführte Ammoniak, und der SCR-Katalysator begünstigt die Denitrierreaktion zwischen dem Ammoniak und dem im Abgas enthaltenen NOx. Auf diese Weise wird das NOx reduziert, und das Abgas wird gereinigt. In diesem Prozess wird ein Teil des zerstäubten Harnstoffwassergemisches, welches vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil eingespritzt wurde, durch Kollision mit den Innenwänden des Abgasweges oder anderen Stellen verflüssigt, und haftet am Abgasweg, dem Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil, etc. an. Das anhaftende Harnstoffwassergemisch wird zu einem Feststoff wie beispielsweise einem Harnstoffkristall (im Folgenden als fester Harnstoff bezeichnet), wenn die im Harnstoffwassergemisch enthaltene Feuchtigkeit verdampft ist. Der feste Harnstoff wächst an den Innenwänden des Abgasweges und dem Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil an. Aufgrund der latenten Verdampfungswärme, welche während des Verdampfens der im anhaftenden Harnstoffwassergemisch enthaltenden Feuchtigkeit produziert wird, werden kalte Stellen dort erzeugt, wo das Harnstoffwassergemisch angehaftet ist. Aus diesem Grund neigt mehr zerstäubtes Harnstoffwassergemisch zur Verflüssigung und haftet an den Stellen an, an denen das Harnstoffwassergemisch bereits angehaftet ist, sowie an den umgebenden Flächen dieser Stellen. Dies begünstigt die Bildung des festen Harnstoffes.
Solch ein kontinuierliches Anwachsen des festen Harnstoffes kann den Abgasstromwiderstand im Abgasweg vergrößern und den Abgasweg blockieren. Weiterhin besteht die Möglichkeit, Betriebsprobleme des Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils hervorzurufen. Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2005-273503 (im Folgenden als Dokument 1 bezeichnet) schlägt eine Abgasreinigungseinrichtung vor, welche den an einem Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil angewachsenen festen Harnstoff durch zeitweises Injizieren des Harnstoffwassergemisches vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil entfernt, um die oben genannten Probleme zu lösen. Die in Dokument 1 beschriebene Abgasreinigungseinrichtung führt die zeitweise Harnstoffwassergemisch-Injektion mit dem Harnstoff-Wasser-Einspritzventil durch. Folglich wird der am Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil angewachsene feste Harnstoff aufgelöst oder weggeblasen und dann vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil abgelöst.
Die Abgasreinigungseinrichtung aus Dokument 1 löst den festen Harnstoff durch die zeitweise Injektion auch dann ab, wenn der SCR-Katalysator eine niedrigere Temperatur hat als die Aktivierungstemperatur, d. h. wenn der SCR-Katalysator keine Ammoniakzufuhr benötigt. Das für die Entfernung des festen Harnstoffes benutzte Harnstoffwassergemisch trägt daher nicht zur Abgasreinigung des SCR-Katalysators bei, sodass zusätzliches Harnstoffwassergemisch verbraucht wird.
Weiterhin ist die Abgasreinigungseinrichtung aus Dokument 1 geeignet zum Entfernen des am Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil angewachsenen festen Harnstoffes durch Harnstoffwassergemisch-Injektion, aber nicht zum Entfernen des am Abgasweg angewachsenen festen Harnstoffes. Es entsteht ein weiteres Problem, dass das für die Entfernung des festen Harnstoffes eingespritzte Harnstoffwassergemisch verflüssigt wird und an den Wänden des Abgasweges anhaftet, was ein Anwachsen des festen Harnstoffes an den Wänden des Abgasweges begünstigt.
Aus der Druckschrift DE 43 15 278 A1 ist eine Abgasreinigungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 bekannt. Diese Abgasreinigungseinrichtung umfasst einen NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp, der in einem Abgasweg eines Motors angeordnet ist, um im Abgas enthaltenes NOx durch Nutzung von Ammoniak als Reduktionsmittel selektiv zu reduzieren, ein Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel, um ein Harnstoffwassergemisch dem Abgas stromauf des NOx-Katalysators zuzuführen, und ein Steuermittel, das die Zufuhr des Harnstoffwassergemisches mittels des Harnstoffwassergemisch-Zuführmittels steuert.
Aus der Druckschrift DE 10 2005 041 660 A1 ist ein Verfahren zum Einbringen eines Reagenzmittels in einen Abgasbereich eines Motors bekannt. Das Reagenzmittel wird mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einem Reagenzmittelsignal dosiert, das ein Schaltsignal ist, mit welchem eine Reagenzmittel-Dosiervorrichtung getaktet angesteuert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorgenannten Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Abgasreinigungseinrichtung vorzuschlagen, welche geeignet ist, erfolgreich zu verhindern, dass ein Feststoff wie beispielsweise ein Harnstoffkristall, in einem Abgasweg und an einem Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil anwächst, während Harnstoffwassergemisch in das Abgas effizient zugeführt wird.
Die Erfindung ist definiert durch die Abgasreinigungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
Die Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor gemäß der Erfindung umfasst einen NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp, welcher in einen Abgasweg eines Motors eingefügt ist, um im Abgas enthaltenes NOx durch Nutzung von Ammoniak als Reduktionsmittel selektiv zu reduzieren; ein Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel, welches eingerichtet ist für die Zufuhr von Harnstoffwassergemisch in das stromaufwärts des NOx-Katalysators vom ammoniakselektiven Reduktionstyp existierende Abgas, und ein Steuermittel, welches eingerichtet ist zum Steuern des Harnstoffwassergemisch-Zuführmittels derart, dass das Harnstoffwassergemisch zeitweise gemäß einer vorbestimmten Zufuhrzeitdauer und einer vorbestimmten Zufuhrpause zugeführt wird, wenn das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel zwecks Bereitstellung von Ammoniak an den NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp zugeführt wird.
Gemäß der derart konstruierten Abgasreinigungseinrichtung wird das Harnstoffwassergemisch, wenn es vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel zugeführt wird, um das Ammoniak am NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp bereitzustellen, zeitweise vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel in das Abgas zugeführt, welches stromaufwärts des NOx-Katalysators vom ammoniakselektiven Reduktionstyp existiert, und zwar gemäß der vorbestimmten Zuführzeitdauer und der vorbestimmten Zufuhrpause. Auch wenn ein Feststoff, wie beispielsweise ein Harnstoffkristall, aus dem während der Zufuhrzeitdauer in das Abgas zugeführten Harnstoffwassergemisch gebildet wird, ist die Abgasreinigungseinrichtung geeignet, den gebildeten Feststoff während der Zufuhrpause in Ammoniak zu verwandeln und dadurch den Feststoff zu vernichten. Dementsprechend ist es möglich, das Anwachsen des Feststoffes, wie beispielsweise einen Harnstoffkristall, am Abgasweg und am Harnstoff-Wasser-Zuführmittel zu unterdrücken. Im Ergebnis ist es möglich, eine Steigerung des Abgasstromwiderstandes und das Blockieren des Abgasweges erfolgreich zu verhindern, welche durch das Anwachsen des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, hervorgerufen werden, und weiterhin Betriebsprobleme des Harnstoffwassergemisch-Zuführmittels zu verhindern.
Die unterbrochene Zufuhr des Harnstoffwassergemisches wird somit durchgeführt, wenn das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel zwecks Bereitstellung des Ammoniaks am NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp zugeführt wird. Das bereitgestellte Harnstoffwassergemisch wird dann zur selektiven Reduktion des NOx im NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp benutzt. Weil es nicht notwendig ist, weiteres Harnstoffwassergemisch in das Abgas zuzuführen, um das Anwachsen des Feststoffs wie beispielsweise des Harnstoffkristalls zu verhindern, kann das Harnstoffwassergemisch effizient genutzt werden.
Als besondere Steuerung der zeitweisen Harnstoffwassergemisch-Zufuhr berechnet das Steuermittel, wenn das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel zugeführt wird, einen ersten Beurteilungswert durch Addition eines Additionswertes, welcher mit einer Bildungsmenge eines aus dem Harnstoffwassergemisch gebildeten Feststoffes korrespondiert, und durch Subtraktion eines Subtraktionswertes, welcher mit einer Vernichtungsmenge des Feststoffes in jedem vorbestimmten Zyklus korrespondiert, unter Benutzung eines vorbestimmten unteren Grenzwertes als initialen Wert, um zu bestimmen, dass die Zufuhrzeitdauer abgelaufen ist, wenn der erste Beurteilungswert bis zu einem vorbestimmten oberen Grenzwert ansteigt, wobei es dann die Harnstoffwassergemischzufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel stoppt. In diesem Fall, wenn die Harnstoffwassergemischzufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel temporär aussetzt, berechnet das Steuermittel einen zweiten Beurteilungswert durch Subtraktion des Subtraktionswertes in jedem vorbestimmten Zyklus unter Benutzung des oberen Grenzwertes als initialen Wert, um zu bestimmen, dass die Zufuhrpause abgelaufen ist, wenn der zweite Beurteilungswert bis zum unteren Grenzwert hin abgefallen ist, wobei es dann die Harnstoffwassergemischzufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel startet.
Der erste Beurteilungswert, welcher benutzt wird zur Bestimmung der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrzeitdauer für das zeitweise Zuführen des Harnstoffwassergemisches durch das Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel, wird erhalten durch Addition des Additionswertes, welcher mit der Bildungsmenge des in jedem vorbestimmten Zyklus vom Harnstoffwassergemisch gebildeten Feststoff korrespondiert, und durch Subtraktion des Subtraktionswertes, welcher mit der Vernichtungsmenge des Feststoffes in jedem vorbestimmten Zyklus korrespondiert. Der erste Beurteilungswert wird als Reaktion auf die Bildung und Vernichtung des vom Harnstoffwassergemisch gebildeten Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, abgeändert. Anders ausgedrückt, wenn die Feststoffbildungsmenge größer ist als die Feststoffvernichtungsmenge, je größer also die Differenz zwischen diesen Werten ist, desto schneller erreicht der erste Beurteilungswert den oberen Grenzwert, und desto kürzer wird die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrzeitdauer.
Dies ermöglicht die genaue Einstellung der Menge des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, welche während der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel gebildet wird, und dann ein genaues und zuverlässiges Unterdrücken des Anwachsens des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristal1.
Der zweite Beurteilungswert, welcher benutzt wird zur Bestimmung der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrpause, wenn das Harnstoffwassergemisch zeitweise vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel zugeführt wird, wird erhalten durch Subtraktion des Subtraktionswertes, welcher mit der Vernichtungsmenge des in jedem vorbestimmten Zyklus vom Harnstoffwassergemisch vernichteten Feststoff korrespondiert. Der zweite Beurteilungswert wird in Abhängigkeit von einem Vernichtungszustand des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, welcher aus dem Harnstoffwassergemisch gebildet wird, abgeändert. Mit anderen Worten, je größer die Feststoffvernichtungsmenge ist, desto schneller erreicht der zweite Beurteilungswert den unteren Grenzwert, und desto kürzer wird die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrpause.
Die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr kann daher neu gestartet werden, wenn der Feststoff, wie beispielsweise Harnstoffkristall, während der Unterbrechung der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel innerhalb des Abgases auf eine angemessene Menge reduziert wurde. Dies ermöglicht es, zu verhindern, dass die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr länger als notwendig unterbrochen wird, und eine Verminderung der Abgasreinigungsleistung zu unterdrücken, welche durch die Unterbrechung der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr hervorgerufen wird.
Um konkreter zu werden, wenn das Harnstoffwassergemisch zeitweise vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel durch Nutzung des ersten und zweiten Beurteilungswertes wie oben beschrieben zugeführt wird, kann die Abgasreinigungseinrichtung weiterhin ein Abgastemperaturdetektionsmittel umfassen, welches eingerichtet ist zum Detektieren der Temperatur des Abgases, in welches das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel zugeführt wird, und der Additionswert kann gemäß der durch das Abgastemperaturdetektionsmittel detektierten Abgastemperatur, der Abgasausstoßmenge vom Motor und der Harnstoffwassergemischzufuhrmenge vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel verändert werden. In diesem Fall kann der Subtraktionswert gemäß der Abgastemperatur und der Abgasausstoßmenge verändert werden.
Wie oben erwähnt, wird die Bildung des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, durch die Abgastemperatur, die Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel, und die Abgasausstoßmenge des Motors beeinflusst. Die Vernichtung des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, wird durch die Abgastemperatur und die Abgasausstoßmenge des Motors beeinflusst. Wenn die Additions- und Subtraktionswerte auf diese Weise gesetzt werden, dann können die Additions- und Subtraktionswerte genau gemäß der gegenwärtigen Bildung und Vernichtung des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, gesetzt werden. Folglich ist es, auch wenn es eine Fluktuation bei der Abgastemperatur, der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge und/oder Abgasausstoßmenge gibt, möglich, eine Verschlechterung der Abgasreinigungseffizienz zu unterdrücken, welche durch das Aussetzen der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr verursacht wird, und gleichzeitig das Anwachsen des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, genau und zuverlässig zu unterdrücken.
Insbesondere, wenn die Abgasausstoßmenge und die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge fixiert sind, kann der Additionswert gesetzt werden, um bei einer Erhöhung der Abgastemperatur reduziert zu werden. Wenn die Abgasausstoßmenge und die Harnstoffwassergemischzufuhrmenge fixiert sind, kann der Additionswert gesetzt wird, um bei einer Erhöhung der Abgasausstoßmenge reduziert zu werden. Wenn die Abgastemperatur und die Harnstoffwassergemischzufuhrmenge fixiert sind, kann der Additionswert gesetzt werden, um bei einer Verringerung der Harnstoffwassergemischzufuhrmenge reduziert zu werden. Wenn die Abgastemperatur und die Abgasausstoßmenge fixiert sind, kann der Subtraktionswert gesetzt werden, um bei einer Erhöhung der Ab-gastemperatur erhöht zu werden, wenn die Abgasausstoßmenge fixiert ist, und der Subtraktionswert gesetzt wird, um bei einer Erhöhung der Abgasausstoßmenge erhöht zu werden wenn die Abgastemperatur fixiert ist.
Durch Setzen der Additions- und Subtraktionswerte auf diese Weise, können die Additions- und Subtraktionswerte genau gemäß der gegenwärtigen Einflüsse der Abgastemperatur, der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge und der Abgasausstoßmenge bis zur Bildung und Vernichtung des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, gesetzt werden. Folglich ist es, auch wenn es eine Fluktuation der Abgastemperatur, der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge und/oder Abgasausstoßmenge gibt, möglich, eine Verschlechterung der Abgasreinigungseffizienz erfolgreich zu unterdrücken, welche durch die Aussetzung der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr hervorgerufen wird, und gleichzeitig das Anwachsen des Feststoffs, wie beispielsweise Harnstoffkristall, genauer und zuverlässiger zu unterdrücken.
Um konkreter zu werden, kann alternativ, wenn das Harnstoffwassergemisch zeitweise Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel unter Benutzung des ersten und zweiten Beurteilungswertes wie oben beschrieben zugeführt wird, die Abgasreinigungseinrichtung weiterhin ein Abgastemperaturdetektionsmittel umfassen, welches eingerichtet ist zum Detektieren der Temperatur des Abgases, in welches das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel zugeführt wird, und der Additionswert kann gemäß der durch das Abgastemperaturdetektionsmittel detektierten Abgastemperatur und der Harnstoffwassergemischdichte innerhalb des Abgases verändert werden. In diesem Fall kann der Subtraktionswert gemäß der Abgastemperatur und der Abgasausstoßmenge vom Motor verändert werden.
Wie oben beschrieben, wird die Bildung des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, durch die Abgastemperatur und die Harnstoffwassergemischdichte innerhalb des Abgases beeinflusst. Die Vernichtung des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, wird durch die Abgastemperatur und durch die Abgasausstoßmenge des Motors beeinflusst. Durch Setzen des Additions- und Subtraktionswertes auf die obige Art und Weise können die Additions- und Subtraktionswerte gemäß der gegenwärtigen Bildung und Vernichtung des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, genau gesetzt werden. Folglich ist es, auch wenn es eine Fluktuation bei der Abgastemperatur und/oder der Harnstoffwassergemischdichte innerhalb des Abgases gibt, möglich, eine Verschlechterung der Abgasreinigungseffizienz zu unterdrücken, welche durch das Aussetzen der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr verursacht wird, und gleichzeitig das Anwachsen des Feststoffes wie beispielsweise Harnstoffkristall genau und verlässlich zu unterdrücken.
Insbesondere wenn die Harnstoffwassergemischdichte fixiert ist, kann der Additionswert bei einer Erhöhung der Abgastemperatur reduziert werden. Wenn die Abgastemperatur fixiert ist, kann der Additionswert bei einer Verringerung der Harnstoffwassergemischdichte reduziert werden. In diesem Fall kann, wenn die Abgasausstoßmenge fixiert ist, der Subtraktionswert bei einer Erhöhung der Abgastemperatur erhöht werden.
Wenn die Abgastemperatur fixiert ist, kann der Subtraktionswert bei einer Erhöhung der Abgasausstoßmenge erhöht werden.
Durch Setzen des Additions- und Subtraktionswertes auf die obige Art und Weise können die Additions- und Subtraktionswerte gemäß der gegenwärtigen Einflüsse von Abgastemperatur, Harnstoffwassergemischdichte innerhalb des Abgases und der Abgasausstoßmenge bis hin zur Bildung und Vernichtung des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, genau gesetzt werden. Folglich ist es, auch wenn es eine Fluktuation bei der Abgastemperatur, der Harnstoffwassergemischdichte innerhalb des Abgases und/oder Abgasausstoßmenge gibt, möglich, eine Verschlechterung der Abgasreinigungseffizienz zu unterdrücken, welche durch das Aussetzen der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr verursacht wird, und gleichzeitig das Anwachsen des Feststoffes, wie beispielsweise Harnstoffkristall, genauer und zuverlässiger zu unterdrücken.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gegebene detaillierte Beschreibung und durch die angefügten Zeichnungen verständlicher, welche nur zu Illustrationszwecken bereitgestellt werden und daher die vorliegende Erfindung nicht begrenzen.
1 ist eine Ansicht, welche einen Gesamtaufbau eines Motorsystems zeigt, bei welchem eine Abgasreinigungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anwendung findet;
2 ist ein Flussdiagramm einer Harnstoffwassergemisch-Zuführsteuerung, welche durch eine ECU implementiert wird;
3 ist ein Graph, welcher eine Beziehung von einem Additionswert, Abgastemperatur und dem Verhältnis einer Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge zu einer Abgasausstoßmenge in einer Additionswerttabelle zeigt, welche bei der Harnstoffwassergemisch-Zuführsteuerung benutzt wird; und
4 ist ein Graph, welcher eine Beziehung eines Subtraktionswertes, Abgastemperatur und einer Abgasausstoßmenge in einer Subtraktionswerttabelle zeigt, welche für die Harnstoffwassergemisch-Zuführsteuerung benutzt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Ansicht, welche einen Gesamtaufbau eines Motorsystems umfassend einen Vier-Zylinder-Dieselmotor (im folgenden als Motor bezeichnet) 1 zeigt, auf welches eine Abgasreinigungseinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird. Bezüglich 1 wird der Aufbau des Motorsystems detailliert beschreiben.
Der Motor 1 hat einen Hochdrucksammler (im folgenden als Common Rail bezeichnet) 2, welcher gemeinsam an den Zylinder vorgesehen ist. Hochdrucktreibstoff, welcher von einer nicht gezeigten Treibstoffeinspritzpumpe zugeführt wird und im Common Rail 2 gespeichert wird, wird an die an den Zylindern vorgesehenen Treibstoffeinspritzventile zugeführt. Der Hochdrucktreibstoff wird dann von den Einspritzventilen 4 in die jeweiligen Zylinder eingespritzt.
Ein Turbolader 8 ist an einem Ansaugweg 6 befestigt. Ansaugluft, welche von einem nicht gezeigten Luftfilter angesaugt wird, strömt von dem Ansaugweg 6 in einen Kompressor 8a des Turboladers 8. Die Ansaugluft, welche vom Kompressor 8a turbogeladen wird, wird den Ansaugverteiler 14 durch einen Ladeluftkühler 10 und Ansaugsteuerventil 12 eingeführt. Ein Ansaugluftstromsensor 16 zum Erkennen eines Durchsatzes der in den Motor 1 angesaugten Ansaugluft ist in den Ansaugweg 6 eingefügt, um stromaufwärts vom Kompressor 8a angeordnet zu werden.
Nicht gezeigte Abgasauslässe, durch welche Abgas aus den Zylindern des Motors 1 ausgestoßen wird, sind mit einer Abgasleitung 20 über einen Abgasverteiler 18 verbunden. Zwischen dem Abgasverteiler 18 und dem Ansaugverteiler 14 ist ein EGR-Weg 24 angeordnet, welcher den Abgasverteiler 18 und den Ansaugverteiler 14 miteinander mit einem EGR-Ventil 22 verbindet, welches dazwischen eingefügt ist.
Eine Turbine 8b des Turboladers 8 ist in den Abgasweg 20 eingefügt und ist mit einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 über ein Abgasdrosselventil 26 verbunden, welches stromabwärts der Turbine 8b eingesetzt ist. Die Turbine 8b hat eine rotierende Welle, welche mechanisch mit einer rotierenden Welle des Kompressors 8a gekoppelt ist. Die Turbine 8b, welche das Abgas empfangen hat, welches durch den Abgasweg 20 geströmt ist, treibt den Kompressor 8a an.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 umfasst ein Oberstromgehäuse 30 und ein Unterstromgehäuse 34, welches mit der Stromabwärts-Seite des Oberstromgehäuses 30 über einen Verbindungsweg 32 verbunden ist. Das Oberstromgehäuse 30, der Verbindungsweg 32 und das Unterstromgehäuse 34 bilden einen Abgasweg der vorliegenden Erfindung zusammen mit der Abgasleitung 20.
Das Oberstromgehäuse 30 nimmt einen Vorstufenoxidationskatalysator 36 und einen Partikelfilter (im folgenden als Filter bezeichnet) 38 auf, welcher stromabwärts des Vorstufenoxidationskatalysators 36 angeordnet ist. Der Filter 38 fangt Partikel ein, die im Abgas enthalten sind, und reinigt so das Abgas des Motors 1.
Der Vorstufenoxidationskatalysator 36 oxidiert NO (Stickstoffmonoxid), welches im Abgas enthalten ist, um NO₂ (Stickstoffdioxid) zu produzieren. Da der Vorstufenoxidationskatalysator 36 stromaufwärts des Filters 38 angeordnet ist, strömt das in Vorstufenoxidationskatalysator 36 produzierte NO₂ in den Filter 38. Die aufgefangenen und im Filter 38 gebundenen Partikel werden in Reaktion mit dem NO₂ oxidiert, welches vom Vorstufenoxidationskatalysator 36 zugeführt wird. Im Ergebnis wird eine kontinuierliche Regeneration des Filters 38 durchgeführt.
Das Unterstromgehäuse 34 nimmt einen NOx-Katalysator vom ammoniakselektiven Reduktionstyp (im folgenden als SCR-Katalysator bezeichnet) 40 auf, welcher im Abgas enthaltenes Ammoniak adsorbiert und das Ammoniak als Reduktionsmittel zum selektiven Reduzieren des NOx (Stickstoffoxid) benutzt, welches im Abgas enthalten ist, um das Abgas zu reinigen. Stromabwärts des SCR-Katalysators 40 innerhalb des Unterstromgehäuses 34 ist ein Nachstufenoxidationskatalysator 42 angeordnet, zum Entfernen des Ammoniaks aus dem Abgas, welches aus dem SCR-Katalysator 40 heraus geströmt ist. Der Nachstufenoxidationskatalysator 42 hat eine Funktion zum Oxidieren von CO (Kohlenstoffmonoxid), welches produziert wird, wenn die Partikel bei der Erzwungenen Regeneration des Filters 38 verbrannt werden, und dann CO₂ (Kohlenstoffdioxid) auszustoßen, welches bei der Oxidation des CO produziert wird.
Im Verbindungsweg 32 ist ein Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil (Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel) 44 eingefügt, welches Harnstoffwassergemisch ins im Verbindungsweg 32 existierende Abgase einspritzt. Das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 wird über eine nicht gezeigte Harnstoffwassergemisch-Zuführpumpe mit dem Harnstoffwassergemisch von einem Harnstoffwassergemisch-Tank 46 versorgt, in welchem Harnstoffwassergemisch bevorratet ist. Das zugeführte Harnstoffwassergemisch wird von dem Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in das Abgas innerhalb des Verbindungsweges 32 aufgrund des Öffnens und Schließens des Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils 44 eingespritzt.
Das zerstäubte Harnstoffwassergemisch, welches Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzt wurde, wird durch die Abgashitze hydrolisiert, was Ammoniak produziert. Das produzierte Ammoniak wird zusammen mit dem Abgas an den SCR-Katalysator 40 geleitet. Der SCR-Katalysator 40 adsorbiert das zugeführte Ammoniak und begünstigt eine Denitrierreaktion zwischen dem Ammoniak und dem im Abgas enthaltenen NOx. Im Ergebnis wird das im Abgas enthaltene NOx reduziert und in unschädliches N₂ oder dergleichen umgewandelt. Wenn das Ammoniak nicht mit dem NOx reagiert und aus dem SCR-Katalysator 40 herausströmt, dann wird das Ammoniak vom Abgas durch den Nachstufenoxidationskatalysator 42 getrennt.
Ein Abgastemperatursensor (Abgastemperaturdetektionsmittel) 48 zum Detektieren der Abgastemperatur ist im Unterstromgehäuse 34 eingesetzt, um stromaufwärts des SCR-Katalysators 40 angeordnet zu werden. Der Abgastemperatursensor 48 detektiert die Temperatur des Abgases, welches in dem SCR-Katalysator strömt.
Eine ECU (Steuermittel) 50 ist eine Steuereinrichtung zum Durchführen einer umfangreichen Steuerung umfassend die Betriebssteuerung des Motors 1. Die ECU 50 wird durch ein CPU, Speichereinrichtungen, Taktzähler, etc. gebildet. Die ECU 50 berechnet verschiedene Steuerwerte und steuert verschiedene Einrichtungen gemäß den berechneten Steuerwerten.
Zusätzlich zum Ansaugluftströmungssensor 16 und dem Abgastemperatursensor 48 sind weitere verschiedene Sensoren, umfassend ein Drehzahlsensor 52 zur Erkennung der Drehzahl des Motors 1, ein Beschleunigungsbetätigungssensor 54 zum Detektieren einer Druckmenge eines Gaspedals (nicht gezeigt) etc., mit einer Eingangsseite der ECU 50 zwecks der Sammlung von Information verbunden, welche für die verschiedenen Steuerungen notwendig sind.
Mit einer Ausgangsseite der ECU 50 sind verschiedene Einrichtungen verbunden, umfassend die Treibstoffeinspritzventile 4 der Zylinder, das Ansaugsteuerventil 12, das EGR-Ventil 22, das Abgasdrosselventil 26, das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44, etc. welche gemäß den berechneten Steuerwerten gesteuert werden.
Die ECU 50 führt weiterhin die Berechnung einer Treibstoffzufuhrmenge an die Zylinder des Motors 1 durch sowie die Treibstoffzufuhrsteuerung zur Steuerung der Treibstoffeinspritzventile 4 gemäß der berechneten Treibstoffzuführmängel. Die Treibstoffzuführmenge (Haupteinspritzmenge), welche für den Betrieb des Motors 1 erforderlich ist, wird aus einer vorgespeicherten Tabelle basierend auf der Drehzahl des Motors 1 ausgelesen, welche durch den Drehzahlsensor 52 detektiert wurde, und der Gaspedalbetätigung, welche durch den Gaspedalbetätigungssensor 54 detektiert wurde. Die jedem Zylinder zugeführte Treibstoffmenge wird gemäß einer Ventilöffnungsdauer des jeweiligen Treibstoffeinspritzventils 40 eingestellt. Die ECU 50 öffnet jedes der Treibstoffeinspritzventile 4 über eine Betriebsperiode gemäß der bestimmten Treibstoffmenge, um dadurch die Hauptinjektion des Treibstoffs in den jeweiligen Zylinder durchzuführen. Dies ermöglicht die Treibstoffzufuhr in den erforderlichen Mengen für den Betrieb des Motors 1.
Neben der oben genannten Treibstoffzufuhrsteuerung führt die ECU 50 die erzwungene Regeneration des Filters 38 und die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrsteuerung zum Bereitstellen des Ammoniaks am SCR-Katalysator 40 durch. Die erzwungene Regeneration des Filters 38 ist bereits bekannt, und eine detaillierte Beschreibung davon wird ausgelassen. Die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrsteuerung, welche durch die ECU 50 implementiert ist, wird nun detailliert beschrieben.
Die ECU 50 erhält eine Abgasausstoßmenge vom Motor 1 pro Zeiteinheit und eine NOx-Ausstoßmenge vom Motor 1 pro Zeiteinheit basierend auf der Treibstoffzufuhrmenge der Hauptinjektion von den Einspritzventilen 4, der Drehzahl des Motors 1, welche durch den Drehzahlsensor 52 detektiert wurde, dem Durchsatz der in den Motor 1 angesaugten Ansaugluft, welche durch den Ansaugluftstromsensor 16 detektiert wurde, etc.. Die ECU 50 erhält ferner eine Zielzufuhrmenge des Harnstoffwassergemischs von der Ammoniakmenge, welche für die NOx-selektive Reduktion des SCR-Katalysators 40 erforderlich ist bezüglich der erhaltenen NOx-Ausstoßmenge. Die ECU 50 steuert die Harnstoffwassergemisch-Einspritzventile 44 gemäß der Zielzufuhrmenge und veranlasst die Harnstoffwassergemisch-Einspritzventile 44, Harnstoffwassergemisch in das stromaufwärts des SCR-Katalysators 40 existierende Abgas einzuspritzen.
Wie oben erwähnt wird das zerstäubte Harnstoffwassergemisch, welches durch das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 eingespritzt wurde, durch die Abgashitze hydrolisiert, und dadurch wird Ammoniak produziert. Das produzierte Ammoniak wird an den SCR-Katalysator 40 zusammen mit dem Abgas geleitet. Der SCR-Katalysator 40 adsorbiert das zugeführte Ammoniak und begünstigt die Denetrifizieraktion zwischen dem Ammoniak und dem im Abgas enthaltenen NOx. Im Ergebnis wird das NOx reduziert und in unschädliches N₂ umgewandelt.
Um die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr unter Benutzung der Harnstoffwassergemisch-Einspritzventile 44 geeignet durchzuführen, führt die ECU 50 die Harnstoffwassergemisch-Zuführsteuerung in vorbestimmten Steuerzyklen gemäß des in 2 gezeigten Flußdiagrammes aus. Die Harnstoffwassergemisch-Zuführsteuerung wird zusammen mit dem Start des Motors 1 gestartet und wird als Reaktion auf das Stoppen des Motors 1 beendet.
Wenn die Steuerung gestartet ist, bestimmt die ECU 50 in Schritt S1, ob die Ammoniakzufuhr zum SCR-Katalysator 40 notwendig ist, und zwar basierend auf einer Beurteilung, ob eine Bedingung für die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr erfüllt ist. Insbesondere bestimmt die ECU 50, ob der SCR-Katalysator 40 aktiviert ist, basierend auf der Abgastemperatur des Motors 1, welche durch den Abgastemperatursensor 48 detektiert wurde. Wenn die Abgastemperatur des Motors 1 leicht oder höher wird als ein vorbestimmte Referenztemperatur basierend auf einer Aktivierungstemperatur des SCR-Katalysators 40, dann bestimmt die ECU 50, dass der SCR-Katalysator 40 aktiviert wird, und dann das die Bedingung für die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr erfüllt ist. Zusammengefasst bestimmt die ECU 50 aus der Aktivierung des SCR-Katalysators 40, dass Ammoniak an den SCR-Katalysator 40 geleitet werden muss.
Wenn die ECU 50 im Schritt S1 bestimmt, dass die Bedingung für die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr erfüllt ist, dann setzt die ECU 50 den Vorgang mit dem Schritt S2 fort.
Wenn die ECU 50 in Schritt S1 bestimmt, dass die Bedingung für die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr nicht erfüllt ist, dann beendet die ECU 50 eine gegenwärtigen Steuerzyklus, und die ECU 50 bestimmt in den folgenden Steuerzyklus Schritt S1 erneut, ob die Bedingung für die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr erfüllt ist. Nur wenn die ECU 50 Schritt S1 bestimmt, dass die Bedingung für die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr erfüllt ist, und nur wenn die Ammoniakzufuhr zum SCR-Katalysator 40 erforderlich ist, dann schreitet die ECU 50 im Vorgang zu Schritt S2. Zusammengefasst wird die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrsteuerung bezüglich der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr zum Bereitstellen des Ammoniaks am SCR-Katalysator 40 ausgeführt. Die folgende Erklärung basiert auf der Annahme, dass die Bedingung für die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr erfüllt ist und dass die ECU 50 den Vorgang von Schritt S1 zu Schritt S2 fortsetzt.
In Schritt S2 bestimmt die ECU 50, ob ein Identifizierungswert F1 ist. Der Identifizierungswert F zeigt an, ob die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 gestoppt werden soll. Wenn der Identifizierungswert F0 ist, zeigt er eine Erlaubnis zur Harnstoffwassergemisch-Zufuhr an. Wenn der Identifizierungswert F1 ist, zeigt er die Unterbrechung der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr an. Ein initialer Identifizierungswert F wird auf 0 gesetzt. Zu Beginn der Harnstoffwassergemisch-Zuführsteuerung wird die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr erlaubt, wenn die Bedingung für die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr erfüllt ist.
Wenn die ECU 50 in Schritt S2 bestimmt, dass der Identifizierungswert F nicht 1 ist, und den Vorgang mit Schritt S3 fortsetzt, liest die ECU 50 einen Additionswert A_n und entsprechend einen Subtraktionswert D_n aus, welche im gegenwärtigen Steuerzyklus aus den vorgespeicherten Additions- und Subtraktionswerttabellen benutzt werden. Ein tiefgestelltes „n” zeigt an, dass ein Additions- oder Subtraktionswert zum gegenwärtigen Steuerzyklus gehört. Ein tiefgestelltes Zeichen „n – 1” zeigt dem entsprechend einen vorherigen Steuerzyklus an.
Die Additionswerttabelle, welche zum Auslesen des Additionswertes A_n benutzt wird, definiert den Additionswert A_n, welcher gemäß eines Zuführmengenverhältnisses zwischen dem Harnstoffwassergemisch, welches vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 pro Zeiteinheit zugeführt wird, und einer Abgasausstoßmenge des Motors 1 pro Zeiteinheit, geändert wird, nämlich einem Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge/Abgasausstoßmengenverhältnis, und die Temperatur des Abgases in welches das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird.
Der Additionswert A_n korrespondiert mit einer Bildungsmenge des Feststoffes pro Zeiteinheit, umfassend ein Harnstoffkristall, welches gebildet wird von in das Abgas zugeführte Harnstoffwassergemisch (im Folgenden werden die Feststoff alle als fester Harnstoff bezeichnet). Wenn die Menge des in das Abgas zugeführten Harnstoffwassergemischs erhöht wird, wird eine Bildung des festen Harnstoffes wahrscheinlicher. Je kleiner die Abgasausstoßmenge vom Motor 1 ist, desto wahrscheinlicher wird fester Harnstoff gebildet. Je niedriger die Abgastemperatur ist, desto wahrscheinlicher wird fester Harnstoff gebildet. Das Verhältnis der Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge pro Zeiteinheit zur Abgasausstoßmenge pro Zeiteinheit ist proportional zur Harnstoffwassergemischdichte innerhalb des Abgases. Mit anderen Worten, wird die Bildung des festen Harnstoffes umso wahrscheinlicher, je höher die Harnstoffwassergemischdichte innerhalb des Abgases ist.
In der in 3 gezeigten Additionswerttabelle wird der Additionswert A_n so gesetzt, dass er zusammen mit der Erhöhung des Verhältnisses zwischen der Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge und der Abgasausstoßmenge und zusammen mit der Verringerung der Abgastemperatur erhöht wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ist die Additionswerttabelle eine dreidimensionale Tabelle, in welcher der Additionswert A_n bestimmt wird durch das Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge/Abgasausstoßmengen-Verhältnis und die Abgastemperatur. Dennoch kann die Additionswerttabelle eine vierdimensionale Tabelle sein, in welcher der Additionswert A_n bestimmt wird durch die Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge, die Abgasausstoßmenge und die Abgastemperatur. Eine Beziehung zwischen allen Parametern und dem Additionswert A_n ist vergleichbar mit der in der Additionswerttabelle der vorliegenden Ausführungsform gezeigten Beziehung.
Die Subtraktionswerttabelle, welche zum Auslesen des Subtraktionswertes D_n benutzt wird, definiert den Subtraktionswert D_n, welcher gemäß der Abgasausstoßmenge vom Motor 1 pro Zeiteinheit und der Temperatur des Abgases, in welches das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird, geändert wird.
Der Subtraktionswert D_n korrespondiert mit einer Vernichtungsmenge des festen Harnstoffes pro Zeiteinheit, welche eine Menge des festen Harnstoffes ist, die im Abgas in zu vernichtendes Ammoniak umgewandelt wird. Je größer die Abgasausstoßmenge vom Motor 1 ist, desto wahrscheinlicher wird der feste Harnstoff in zu vernichtendes Ammoniak umgewandelt. Je höher die Abgastemperatur ist, desto wahrscheinlicher wird der feste Harnstoff in zu vernichtendes Ammoniak umgewandelt. In der in 4 gezeigten Subtraktionswerttabelle wird der Subtraktionswert D_n so bestimmt, dass er zusammen mit der Erhöhung der Abgasausstoßmenge und zusammen mit der Erhöhung der Abgastemperatur erhöht wird.
In Schritt S3 liest die ECU 50 die korrespondierenden Additionswerte A_n aus der Additionswerttabelle aus, und zwar gemäß der durch den Abgastemperatursensor 48 im gegenwärtigen Steuerzyklus detektierten Abgastemperatur, und der Ziel-Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge der Abgasausstoßmenge vom Motor 1, welche durch die ECU 50 berechnet wurde. Zeitgleich liest die ECU 50 den korrespondierenden Subtraktionswert D_n aus der Subtraktionswerttabelle aus, und zwar gemäß der Abgastemperatur und der Abgasausstoßmenge.
Im nachfolgenden Schritt S4 berechnet die ECU 50 einen ersten Beurteilungswert X_n unter Benutzung des Additionswertes A_n und des Subtraktionswertes D_n, welche in Schritt S3 ausgelesen wurden. Insbesondere erhält die ECU 50 den gegenwärtigen ersten Beurteilungswert X_n durch Addition des Additionswertes A_n zum und Subtraktion des Subtraktionswertes D_n vom ersten Beurteilungswert X_n – 1, welcher durch die ECU 50 im vorigen Steuerzyklus berechnet wurde. Ein Initialwert des ersten Beurteilungswertes X_n – 1 ist ein vorbestimmter unterer Grenzwert, welcher bei der vorliegenden Ausführungsform 0 ist. Wenn die ECU 50 den Vorgang von Schritt S2 zu Schritt S3 und dann zu Schritt S4 zum ersten mal nach dem die Bestimmung in Schritt S1 vom „NEIN” auf „JA” oder nach dem die Bestimmung in Schritt S2 von „JA” auf „NEIN” geändert wurde, fortsetzt, wird ein durch Subtraktion des Subtraktionswertes D_n vom Additionswert A_n erhaltener Wert der gegenwärtige erste Beurteilungswert X_n.
Der gegenwärtige erste Beurteilungswert X_n wird so erhalten und die ECU 50 setzt den Vorgang mit Schritt S5 fort. In Schritt S5 führt die ECU 50 einen Bestimmung durch, ob der gegenwärtige in Schritt S4 erhaltene erste Beurteilungswert X_n gleich oder größer wird als ein vorbestimmter oberer Grenzwert L, d. h. ob der gegenwärtige erste Beurteilungswert X_n den oberen Grenzwert L erreicht. Wenn bestimmt, dass der gegenwärtige erste Beurteilungswert X_n den oberen Grenzwert L nicht erreicht hat, dann setzt die ECU 50 den Vorgang mit S6 fort und erlaubt die Harnstoffwassergemisch-Injektion. Im Ergebnis wird die Harnstoffwassergemisch-Injektion von der Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 kontinuierlich ausgeführt.
Wenn der gegenwärtige Steuerzyklus beendet wird und der Folgesteuerzyklus beginnt, dann startet die ECU 50 den Vorgang erneut von Schritt S1 und setzt den Vorgang mit Schritt S2 fort.
Weil der Wert des Identifizierungswertes F immer noch 0 ist, setzt die ECU 50 den Vorgang von Schritt S2 mit Schritt S3 und dann mit Schritt S4 fort. In Schritt S4 berechnet die ECU 50 wie oben erwähnt den ersten gegenwärtigen Beurteilungswert X_n unter Benutzung des Additionswertes A_n und des Subtraktionswertes D_n, welche in Schritt S3 ausgelesen wurden, und des ersten Beurteilungswertes X1, welcher im vorigen Steuerzyklus berechnet wurde. In Schritt S4 berechnet die ECU 50 den gegenwärtigen ersten Beurteilungswert X_n in jeden Steuerzyklus, unter Benutzung des Additionswertes A_n, des Subtraktionswertes D_n, und des ersten Beurteilungswertes X_n – 1, welcher im vorigen Steuerzyklus wie oben beschreiben berechnet wurde, und der erste Beurteilungswert X_n wird so aktualisiert.
Wenn das Verhältnis der Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge zur Abgasausstoßmenge relativ niedrig ist oder wenn die Temperatur des Abgases in welches das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird, relativ niedrig ist, dann wird fester Harnstoff leicht gebildet. In diesen Fällen ist der Additionswert A_n entsprechend relativ groß. Wenn die Abgasausstoßmenge relativ klein ist oder wenn die Temperatur des Abgases, in welches das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird, relativ niedrig ist, ist es schwierig, den festen Harnstoff in Ammoniak zu verwandeln und die Vernichtungsmenge des festen Harnstoffes wird verringert. In diesen Fällen ist der Subtraktionswert D_n entsprechend relativ klein. Weil der Subtraktionswert D_n relativ zum Additionswert A_n klein wird, wird der erste Beurteilungswert X_n, welcher im Steuerzyklus in Schritt S4 wiederholt berechnet wird, allmählich erhöht.
Wenn der erste Beurteilungswert X_n, welcher in Schritt S4 berechnet wird, erhöht wird und die ECU 50 in Schritt S5 bestimmt, dass der erste Beurteilungswert X_n den oberen Grenzwert L erreicht, dann setzt die ECU 50 den Vorgang mit Schritt S7 fort, welcher die Harnstoffwassergemisch-Injektion durch das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 stoppt. Die ECU 50 setzt dann den Vorgang mit Schritt S8 fort.
Die ECU 50 setzt den Identifizierungswert F in Schritt S8 auf 1 und setzt den Vorgang mit Schritt S9 fort. In Schritt S9 setzt die ECU 50 den gegenwärtigen ersten Beurteilungswert X_n auf einen unteren 0-Grenzwert zurück, welcher ein Initialwert des ersten Beurteilungswertes X_n – 1 ist, wenn der Vorgang bei oder nach den folgenden Steuerzyklus mit Schritt S4 fortgesetzt wird. Die ECU 50 beendet dann den gegenwärtigen Steuerzyklus.
Wenn der Additionswert An und der Subtraktionswert D_n gemäß der Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge, der Abgasausstoßmenge und der Abgastemperatur erhöht oder verringert werden und im Ergebnis der erste Beurteilungswert X_n den oberen Grenzwert L erreicht, stoppt die ECU 50 die Harnstoffwassergemisch-Injektion durch das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44, welche bis dahin kontinuierlich ausgeführt wurde. Eine Harnstoffwassergemisch-Zuführzeitdauer bis zu einem Punkt, bei welchem die Zufuhr auf diese Weise gestoppt wird, wird nicht nur durch den oberen Grenzwert L, sondern auch durch den Additionswert A_n und den Subtraktionswert D_n bestimmt, welche aus der Additionswerttabelle und der Subtraktionswerttabelle entsprechend herausgelesen werden.
Eine Beziehung zwischen dem Additionswert A_n und jedem Parameter der Additionswerttabelle und eine Beziehung zwischen dem Subtraktionswert D_n und jedem Parameter der Subtraktionswerttabelle ist oben beschrieben. Der obere Grenzwert L, der Additionswert A_n und der Subtraktionswert D_n werden auf solche Werte gesetzt, so dass der erste Beurteilungswert X_n den oberen Grenzwert L während der Harnstoffwassergemisch-Injektion erreicht, und zwar unmittelbar bevor der feste Harnstoff beginnt anzuwachsen, und die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr wird dann gestoppt. Es gibt verschiedene Verfahren zum Setzen des oberen Grenzwertes L, des Additionswertes A_n und des Subtraktionswertes D_n. Ein Beispiel dieser Verfahren wird nun beschrieben.
Nach dem die ECU 50 in Schritt S5 bestimmt, dass der erste Beurteilungswert X_n den oberen Grenzwert L erreicht und der Steuerzyklus durch Ausführung von den Schritten S7 bis S9 auf die oben beschriebene Art und Weise beendet wird, setzt die ECU 50 den Vorgang von Schritt S1 und Schritt S2 mit dem folgenden Steuerzyklus fort. Da der Identifizierungswert F zu diesem Zeitpunkt 1 ist, setzt die ECU 50 den Vorgang mit Schritt S10 fort.
In Schritt S10 liest die ECU 50 aus der Subtraktionswerttabelle den Subtraktionswert D_n aus, welcher in gegenwärtigen Steuerzyklus benutzt wird. Die Subtraktionswerttabelle definiert den Subtraktionswert D_n, welcher gemäß der Abgasausstoßmenge vom Motor 1 pro Zeiteinheit und der Temperatur des Abgases, in welches das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird, abgeändert wird. Wie in 4 gezeigt, wird der Subtraktionswert D_n so gesetzt, dass er zusammen mit der Erhöhung der Abgasausstoßmenge und zusammen mit der Erhöhung der Abgastemperatur erhöht wird. Gemäß der durch den Abgastemperatursensor 48 im gegenwärtigen Steuerzyklus detektierten Abgastemperatur und der Abgasausstoßmenge vom Motor 1, welche durch die ECU 50 berechnet wurde, liest die ECU 50 den korrespondierenden Subtraktionswert D_n aus der Subtraktionswerttabelle aus.
Im folgenden Schritt S11 wird ein zweiter Beurteilungswert Y_n unter Benutzung des Subtraktionswertes D_n berechnet, welcher in Schritt S10 ausgelesen wurde. Insbesondere erhält die ECU 50 den gegenwärtigen zweiten Beurteilungswert Y_n durch Subtraktion des Subtraktionswertes D_n, welcher in Schritt S10 ausgelesen wurde, vom zweiten Beurteilungswert Y_n – 1, welcher durch die ECU 50 in einem vorigen Steuerzyklus berechnet wurde. Ein Initialwert des zweiten Beurteilungswertes Y_n – 1 ist ein oberer Grenzwert L, welcher in Schritt S5 benutzt wird. Wenn der Vorgang von Schritt S2 zu Schritt S10 und weiterhin zu Schritt S11 fortgesetzt wird, zum ersten mal nach dem die Beurteilung in Schritt S2 von „NEIN” auf „JA” abgeändert wurde, ist ein durch Subtraktion des Subtraktionswertes D_n vom oberen Grenzwert L erhaltener Wert der gegenwärtige zweite Beurteilungswert Y_n.
Der gegenwärtige zweite Beurteilungswert Y_n wird so erhalten und die ECU 50 setzt den Vorgang mit Schritt S12 fort. In Schritt S12 führt die ECU 50 eine Bestimmung durch, ob der gegenwärtige zweite Beurteilungswert Y_n, welcher in Schritt S11 erhalten wurde, gleich oder höher wird als ein vorbestimmter unterer Grenzwert 0, welcher ein Initialwert des ersten Beurteilungswertes X_n – 1 ist, d. h. ob der gegenwärtige zweite Beurteilungswert Y_n bis zum unteren Grenzwert 0 abgenommen hat. Wenn bestimmt wird, dass der gegenwärtige zweite Beurteilungswert Y_n den unteren Grenzwert 0 nicht erreicht hat, dann setzt die ECU 50 den Vorgang mit Schritt S13 fort und veranlasst die Harnstoffwassergemisch-Injektion zu stoppen. Im Ergebnis wird die Harnstoffwassergemisch-Injektion vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 fortwährend unterbrochen.
Nach dem der gegenwärtige Steuerzyklus beendet ist, startet die ECU 50 im folgenden Steuerzyklus den Vorgang erneut mit Schritt S1 und setzt den Vorgang mit Schritt S2 fort.
Weil der Identifizierungswert F immer noch 1 ist, setzt die ECU 50 den Vorgang von Schritt S2 zu Schritt S10 fort und dann zu Schritt S11. In Schritt S11 berechnet die ECU 50 den gegenwärtigen zweiten Beurteilungswert Y_n unter Benutzung des Subtraktionswertes D_n, welcher in Schritt S10 ausgelesen wurde, und des zweiten Beurteilungswertes Y_n – 1, welcher im vorigen Steuerzyklus berechnet wurde. In Schritt S11 berechnet die ECU 50 den gegenwärtigen zweiten Beurteilungswert Y_n in jeden Steuerzyklus unter Benutzung des Subtraktionswertes D_n und des zweiten Beurteilungswertes Y_n – 1, welcher im vorigen Steuerzyklus, wie oben beschrieben, berechnet wurde, und der zweite Beurteilungswert Y_n wird so aktualisiert. Weil der gegenwärtige zweite Beurteilungswert Y_n so aktualisiert wurde, nimmt der zweite Beurteilungswert Y_n allmählich ab.
Wenn der zweite Beurteilungswert Yn, welcher in Schritt S11 berechnet wurde, abnimmt und die ECU 50 in Schritt S12 bestimmt, dass der zweite Beurteilungswert Yn den unteren Grenzwert 0 erreicht, setzt die ECU 50 den Vorgang mit Schritt S14 fort. In Schritt S14 erlaubt die ECU 50 die Harnstoffwassergemisch-Injektion durch das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 und setzt den Vorgang mit Schritt S15 fort.
Die ECU 50 setzt den Identifizierungswert F in Schritt S15 auf 0 und setzt den Vorgang mit Schritt S16 fort. In Schritt S16 setzt die ECU 50 den gegenwärtigen zweiten Beurteilungswert Y_n zurück auf den oberen Grenzwert L, wenn der Vorgang in oder nach dem folgenden Steuerzyklus mit Schritt S11 fortgesetzt wird, welcher ein Initialwert des zweiten Beurteilungswertes Y_n – 1 ist. Die ECU 50 beendet dann den gegenwärtigen Steuerzyklus.
Wenn der zweite Beurteilungswert Y_n den unteren Grenzwert 0 erreicht, startet die ECU 50 die Harnstoffwassergemisch-Injektion durch das Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 erneut, welche fortwährend unterbrochen worden war. Eine Harnstoffwassergemisch-Zufuhrpause bis zu einem Punkt, bei dem die Zufuhr auf diese Weise neu gestartet wird, wird mit Hilfe des oberen Grenzwertes L und des Subtraktionswertes D_n bestimmt, welcher aus der Subtraktionswerttabelle ausgelesen wird.
Der Subtraktionswert D_n in der Subtraktionswerttabelle wird gemäß der Abgasausstoßmenge des Motors 1 pro Zeiteinheit und der Temperatur des Abgases, in welches das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird, abgeändert. Der obere Grenzwert L und der Subtraktionswert D_n beeinflussen die Zeitdauer der Harnstoffwassergemisch-Zuführung durch die Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44. Der obere Grenzwert L und der Subtraktionswert D_n werden so gesetzt, dass der zweite Beurteilungswert Y_n den unteren Grenzwert 0 erreicht, und die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr erneut gestartet wird, wenn der feste Harnstoff, welcher während der kontinuierlichen Harnstoffwassergemisch-Zuführung gebildet wird, in Ammoniak umgewandelt wird, um während die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr kontinuierlich unterbrochen wird, vernichtet zu werden.
Es gibt verschiedene Verfahren zum Setzen des oberen Grenzwertes L und des Subtraktionswertes D_n sowie des Additionswertes An, welche zur Berechnung des ersten Beurteilungswertes X_n benutzt werden. Das folgende ist ein Beispiel dieser Verfahren.
In einem ersten Schritt wird der Motor 1 vorläufig versuchsweise in einem vorbestimmten Referenzbetriebszustand betrieben. Dieser Schritt findet dann als Referenzzufuhrzeitdauer eine Zeit, die so lange dauert bis der feste Harnstoff, welcher vom Harnstoffwassergemisch gebildet wird, beginnt anzuwachsen, falls das Harnstoffwassergemisch kontinuierlich vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in das Abgas während des obigen Betriebs im vorbestimmten Referenzbetriebszustand zugeführt wird. Ein folgender Schritt betreibt den Motor 1 im Referenzbetriebszustand und findet als Referenzzufuhrpause eine Zeit, die so lange dauert, bis der feste Harnstoff, welcher im Falle gebildet wird, wenn das Harnstoffwassergemisch für die Referenzzufuhrzeitdauer zugeführt wird, in Ammoniak umgewandelt wird und nach dem die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr gestoppt wurde, vernichtet wird. Der obere Grenzwert L und der Subtraktionswert D_n werden in Referenzbetriebszustand so bestimmt, dass wenn der zweite Beurteilungswert Y_n auf die oben beschriebene Weise berechnet wird, der zweite Beurteilungswert Y_n den unteren Grenzwert 0 bei der Referenzzufuhrpause erreicht. Basierend auf dem oberen Grenzwert L und der Subtraktionswert D_n im Referenzbetriebszustand, welche wie oben beschrieben bestimmt werden, wird der Additionswert A_n im Referenzbetriebszustand so bestimmt, dass wenn der erste Beurteilungswert X_n auf die oben beschriebene Weise berechnet wird, der erste Beurteilungswert X_n den oberen Grenzwert L bei der Referenzzufuhrzeitdauer erreicht.
Ein nächster Schritt findet eine Referenzzufuhrzeitdauer und eine Referenzzufuhrpause für den Fall, bei dem der Betriebszustand des Motors 1 verschiedenartig vom Referenzbetriebszustand abweicht. Der Additionswert A_n und der Subtraktionswert D_n werden in jedem Betriebszustand so bestimmt, dass der zweite Beurteilungswert Y_n den unteren Grenzwert 0 nach der korrespondierenden Referenzzufuhrpause erreicht, wenn der zweite Beurteilungswert Y_n wie beschrieben berechnet wird, und dass der erste Beurteilungswert Y_n zu der korrespondierenden Referenzzufuhrzeitdauer den oberen Grenzwert L erreicht, wenn der erste Beurteilungswert Y_n wie beschrieben berechnet wird, basierend auf dem Additionswert A_n und dem Subtraktionswert D_n im Referenzbetriebszustand. Der Additionswert A_n und der Subtraktionswert D_n, welche auf die obige Art und Weise erhalten wurde, werden in jedem Betriebszustand in der Additionswerttabelle und der Subtraktionswerttabelle gesetzt, und zwar korrespondierend mit der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge und der Abgasausstoßmenge in jedem Betriebszustand sowie der Temperatur des Abgases, in welches das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird.
Wenn die ECU 50 in Schritt S12 bestimmt, dass der zweite Beurteilungswert Y_n den unteren Grenzwert 0 erreicht und den Vorgang von Schritt S14 zu Schritt S16 durchführt, um den gegenwärtigen Steuerzyklus zu beenden, setzt die ECU 50 den Vorgang von Schritt S1 und Schritt S2 mit dem folgenden Steuerzyklus fort. Weil der Identifikationswert F zu diesem Zeitpunkt 0 ist, setzt die ECU 50 den Vorgang mit Schritt S3 fort. In Schritt S3 liest die ECU 50 den Additionswert A_n und den Subtraktionswert D_n aus der Additionswerttabelle und der Subtraktionswerttabelle entsprechend aus. Die ECU 50 berechnet den ersten Beurteilungswert X_n in Schritt S4 wie zuvor beschrieben. Die Harnstoffwassergemisch-Injektion vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 wird fortwährend erlaubt, bis in Schritt S5 bestimmt wird, dass der erste Beurteilungswert X_n den oberen Grenzwert L erreicht. Die folgende Steuerung ist wie oben beschrieben.
Wenn der SCR-Katalysator 40 aktiviert wird, um die Bedingung für die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr zu erfüllen, und Ammoniak an den SCR-Katalysator 40 zugeführt werden soll, führt die ECU 50 die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrsteuerung gemäß dem Flussdiagramm aus 2 durch, sodass das Harnstoffwassergemisch zeitweise vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in das Abgas eingespritzt wird. Bei der zeitweisen Harnstoffwassergemisch-Zufuhr wird die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr so lange fortgeführt, bis der erste Beurteilungswert X_n so lange erhöht wurde, dass er den oberen Grenzwert L erreicht, und wird die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr wird unterbrochen, bis der zweite Beurteilungswert Y_n so lange verkleinert wird, dass er den unteren Grenzwert 0 erreicht.
Wie oben beschrieben, werden obere Grenzwert L und der Additionswert A_n und der Subtraktionswert D_n, welche für die Berechnung des ersten Beurteilungswertes X_n und des zweiten Beurteilungswertes Y_n benutzt werden, so gesetzt, dass die Zeit, die vergeht bis der erste Beurteilungswert X_n bis hin zum oberen Grenzwert L erhöht wurde gleich der Zeit ist, die bis zum Moment unmittelbar bevor der feste Harnstoff beginnt anzuwachsen vergeht, wenn das Harnstoffwassergemisch kontinuierlich zugeführt wird, und so, dass die Zeit, die vergeht bis der zweite Beurteilungswert Y_n bis hin zum unteren Grenzwert 0 abgenommen hat gleich der Zeit ist, die vergeht bis der feste Harnstoff in Ammoniak umgewandelt wurde, um während des Aussetzens der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr vernichtet zu werden. Auch wenn der feste Harnstoff aus dem vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 in das Abgas eingespritzten Harnstoffwassergemisch gebildet wird, wird ein Anwachsen des festen Harnstoffes am Abgasweg erfolgreich verhindert, welcher aus dem Oberstromgehäuse 30 dem Verbindungsweg 32 und dem Unterstromgehäuse 34 sowie dem Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 gebildet wird. Es ist möglich, den gebildeten festen Harnstoff in Ammoniak umzuwandeln und den Ammoniak für die selektive NOx-Reduktion zu benutzen, in dem das Ammoniak am SCR-Katalysator 40 bereit gestellt wird.
Folglich ist es daher möglich, eine Erhöhung des Abgasstromwiderstandes im Oberstromgehäuse 30, dem Verbindungsweg 32 und dem Unterstromgehäuse 34, sowie eine Fehlfunktion des Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils 44 zuverlässig zu verhindern, welche dem Anwachsen des festen Harnstoffes zu zurechnen sind. Die Zufuhrpause während der zeitweisen Harnstoffwassergemisch-Zufuhr wird gleich der Zeit gesetzt, bevor der feste Harnstoff in Ammoniak umgewandelt wird, um während der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrpause vernichtet zu werden, sodass die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr nicht länger als nötig unterbrochen werden muss. Aus diesem Grund ist es möglich, die Auswirkung der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrpause auf die Ammoniakzufuhr zum SCR-Katalysator 40 zu minimieren. Weil die zeitweise Harnstoffwassergemisch-Zufuhr ausgeführt wird, wenn der SCR-Katalysator 40 die Aktivierungstemperatur hat und mit Ammoniak versorgt werden muss, ist es nicht notwendig, weiteres Harnstoffwassergemisch zuzuführen, um das Anwachsen des festen Harnstoffes zu verhindern, und das Harnstoffwassergemisch kann effektiv genutzt werden.
Der Additionswert A_n, welcher für die Berechnung des ersten Beurteilungswertes X_n benutzt wird, wird so gesetzt, dass er zusammen mit der Erhöhung des Verhältnisses der Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge pro Zeiteinheit zur Abgasausstoßmenge vom Motor 1 pro Zeiteinheit und zusammen mit der Verringerung der Abgastemperatur, in welches das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird, erhöht wird. Wenn der Subtraktionswert D_n fix ist, schnellt der erste Beurteilungswert X_n nach oben und erreicht den oberen Grenzwert L schnell, relativ gesehen zu der Erhöhung des Verhältnisses der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge zur Abgasausstoßmenge und der Erhöhung der Abgastemperatur. Mit anderen Worten, wird die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrzeitdauer während der zeitweisen Harnstoffwassergemisch-Zufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 gemäß der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge, der Abgasausstoßmenge vom Motor 1 und der Abgastemperatur angepasst. Als Ergebnis dieser Anpassung wird die Zufuhrzeitdauer umso kürzer, je höher das Verhältnis der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge zur Abgasausstoßmenge ist und umso niedriger die Abgastemperatur ist. Die Einflüsse der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge, der Abgasausstoßmenge des Motors 1 und der Abgastemperatur bis zur Bildung des festen Harnstoffes werden passend in der Zufuhrzeitdauer widergespiegelt.
Der Subtraktionswert D_n, welcher zur Berechnung des zweiten Beurteilungswertes Y_n benutzt wird, wird so gesetzt, dass er zusammen mit einer Erhöhung der Abgasausstoßmenge des Motors 1 pro Zeiteinheit und zusammen mit einer Erhöhung der Temperatur des Abgases, in welches das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird, erhöht wird. Entsprechend wird der zweite Beurteilungswert Y_n in absteigende Richtung verringert und erreicht schnell den unteren Grenzwert 0, wenn die Abgasausstoßmenge verringert wird und die Abgastemperatur ansteigt. Mit anderen Worten, wird die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrpause während der zeitweisen Harnstoffwassergemisch-Zufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Einspritzventil 44 gemäß der Abgasausstoßmenge vom Motor 1 und der Abgastemperatur angepasst. Als Ergebnis dieser Anpassung wird die Zufuhrpause umso kleiner, je größer die Abgasausstoßmenge ist und je größer die Abgastemperatur ist. Die Einflüsse der Abgasausstoßmenge des Motors 1 und der Abgastemperatur bis hin zur Vernichtung des festen Harnstoffes werden passend in der Zufuhrpause widergespiegelt.
Weil die Abgastemperatur verringert wird, wird die Bildung des festen Harnstoffes von in das Abgas zugeführten Harnstoffwassergemisches wahrscheinlicher. Je kleiner die Abgasausstoßmenge des Motors 1 ist und je größer die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge ist, desto wahrscheinlicher wird fester Harnstoff aus den in das Abgas zugeführte Harnstoffwassergemisch gebildet. Je höher die Abgastemperatur ist und je größer die Abgasausstoßmenge des Motors 1 ist, desto wahrscheinlicher wird fester Harnstoff im zu vernichtendes Ammoniak umgewandelt.
Auch wenn die Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge, die Abgasausstoßmenge des Motors 1 oder die Abgastemperatur aufgrund von Veränderung des Betriebszustandes des Motors 1 abgeändert werden, ist es möglich, die Bildung des festen Harnstoffes genau zu unterdrücken, und zwar durch Anpassung der Zuführzeitdauer gemäß der Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge, der Abgasausstoßmenge des Motors 1 und der Abgastemperatur und durch anpassen der Zuführpause gemäß der Abgasausstoßmenge vom Motor 1 und der Abgastemperatur wie oben beschrieben während des zeitweisen Zuführen des Harnstoffwassergemisches. Demzufolge ist es möglich, Probleme wie beispielsweise eine Erhöhung des Abgasstromwiderstandes und eine Fehlfunktion des Harnstoffwassergemisch-Einspritzventils 44 zuverlässig zu vermeiden.
Auch wenn der Betriebszustand des Motors 1 geändert wird, wird die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrpause während des zeitweisen Zuführens des Harnstoffwassergemisches abgeändert, in dem sie verkürzt wird, wenn die Abgasausstoßmenge sich erhöht und wenn die Abgastemperatur steigt. Folglich wird die Harnstoffwassergemisch-Zuführpause während des zeitweisen Zuführens von Harnstoffwassergemisch auf eine minimale Länge gesetzt, sodass eine Auswirkung auf die Ammoniakzufuhr an den SCR-Katalysator 40 minimiert werden kann, und gleichzeitig der feste Harnstoff zuverlässig in Ammoniak umgewandelt werden kann um vernichtet zu werden. Dies ermöglicht es, eine Verringerung der Abgasreinigungsleistung zu unterdrücken und das Anwachsen des festen Harnstoffes erfolgreich abzuwenden.
Dies ist das Ende der Beschreibung der Abgasreinigungseinrichtung gemäß der einen Ausführungsform der Erfindung. Die Erfindung ist aber dennoch nicht auf diese vorherige Ausführungsform beschränkt.
Beispielsweise werden gemäß der Ausführungsform die Zufuhrdauer und -pausenzeiten während des zeitweisen Zuführens des Harnstoffwassergemisches gemäß dem ersten und zweiten Beurteilungswertes X_n und Y_n bestimmt, welcher unter Benutzung des oberen Grenzwertes L, des unteren Grenzwertes 0, des Additionswertes A_n und des Subtraktionswertes D_n berechnet werden. Dennoch müssen die Zufuhrdauer und -pausenzeiten nicht notwendiger Weise auf diese Weise gesetzt werden. Die Zufuhrdauer und -pausenzeiten während des zeitweisen Zuführens des Harnstoffwassergemisches können direkt in einer Tabelle oder dergleichen gesetzt werden, sodass sie mit der Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge pro Zeiteinheit, der Abgasausstoßmenge vom Motor 1 pro Zeiteinheit und der Abgastemperatur korrespondieren. In diesem Fall werden die Zufuhrdauer und -pausenzeiten korrespondierend zur gegenwärtigen Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge, Abgasstoßmenge und Abgastemperatur aus der zu setzenden Tabelle ausgelesen.
Gemäß der Ausführungsform werden die Zufuhrdauer und -pausenzeiten während der zeitweisen Zufuhr des Harnstoffwassergemisches gemäß der Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge pro Zeiteinheit, der Abgasausstoßmenge des Motors pro Zeiteinheit und der Abgastemperatur angepasst. Stattdessen können die Zufuhrdauer und -pausenzeiten gemäß der Abgastemperatur allein oder gemäß zweien von der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge, der Abgasausstoßmenge und der Abgastemperatur gesetzt werden. Insbesondere wenn die Zufuhrzeitdauer gemäß zweier Faktoren angepasst wird, nämlich der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrmenge und der Abgasausstoßmenge, wird die Zufuhrzeitdauer gemäß der Harnstoffwassergemischdichte innerhalb des Abgases angepasst, weil das Verhältnis der Harnstoffwassergemisch-Zuführmenge zur Abgasausstoßmenge proportional zur Harnstoffwassergemischdichte ist.
Es ist ebenso möglich, fixe Werte zu benutzen, welche als Zufuhrdauer- und -pausenzeiten vorbestimmt sind. Auch wenn das Anwachsen des festen Harnstoffes mit höchster Genauigkeit bei Anwendung der Ausführungsform unterdrückt werden kann, kann eine Rechenbelastung der ECU 50 weiterhin reduziert werden um Speicherkapazität eines Speichers zur Datenspeicherung für die Anpassung kann gespart werden, weil die Anzahl der Parameter, welche als Basis der Anpassung dienen, verringert wird. Wenn Zufuhrdauer und -pausenzeiten während des zeitweisen Zuführens des Harnstoffwassergemisches vorbestimmte fixe Werte sind, kann die Rechenbelastung der ECU 50 entsprechend am besten reduziert werden und der Speicherplatz des Speichers zur Datenspeicherung für die Anpassung kann am besten gespart werden.
In der Ausführungsform ist der untere Grenzwert, welcher für die Bestimmung der Harnstoffwassergemisch-Zufuhrdauer und -pausenzeiten benutzt wird, 0. Dennoch ist der untere Grenzwert nicht auf 0 beschränkt. Der untere Grenzwert kann geeignet abgeändert werden, abhängig davon, wie viel Bildung von festen Harnstoff und wie viel Vernichtung von festen Harnstoff während des zeitweisen Zuführends des Harnstoffwassergemisches vorbestimmt werden.
Bei der Harnstoffwassergemisch-Zuführsteuerung der Ausführungsform wird die Zufuhr des Harnstoffwassergemisches während des zeitweisen Zuführens des Harnstoffwassergemisches sofort fortgesetzt, bevor aufgrund der Harnstoffwassergemisch-Zufuhr der feste Harnstoff beginnt anzuwachsen.
Dennoch kann die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrsteuerung so ausgeführt werden, dass die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr fortgeführt wird bis der feste Harnstoff bis zu einer gegebenen Menge angewachsen ist. In diesem Fall wird die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrpause gleich der Zeit gesetzt, welche benötigt wird, den festen Harnstoff, welcher durch das zugeführte Harnstoffwassergemisch gebildet wird und einschließlich des angewachsenen festen Harnstoffes, in Ammoniak umzuwandeln und dann zu vernichten.
Wenn der SCR-Katalysator 40 aktiviert ist, bestimmt die ECU 50 gemäß der Ausführungsform, dass die Bedingung für die Harnstoffwassergemisch-Zufuhr erfüllt ist, und dass der SCR-Katalysator mit Ammoniak versorgt werden muss. Dennoch ist dies kein alleiniges Kriterium zur Bestimmung, dass die Ammoniakzufuhr an den SCR-Katalysator 40 notwendig ist. Beispielsweise kann die Bestimmung unter Betrachtung der Harnstoffwassergemischtemperatur oder der Betriebszustände einschließlich der Abgastemperatur, des Abgasdurchsatzes, der Belastung des Motors 1 oder dergleichen durchgeführt werden.
In der Ausführungsform passt die ECU 50 die Harnstoffwassergemisch-Zufuhrdauer und -pausenzeiten während des zeitweisen Zuführens des Harnstoffwassergemisches gemäß der Abgastemperatur an, welche durch den Abgastemperatursensor 48 detektiert wird, welcher stromaufwärts des SCR-Katalysators 40 angeordnet ist. Dennoch kann die Abgastemperatur an anderen Positionen detektiert werden. Es ist möglich, eine geeignete Detektionsposition aus Positionen zu wählen, bei denen die Temperatur des Abgases, welches vom Motor 1 ausgestoßen wird, detektiert werden kann.
Auch wenn der Motor 1 in der Ausführungsform ein Vier-Zylinder-Dieselmotor ist, ist die Anzahl der Zylinder und die Art des Motors nicht darauf beschränkt. Die Erfindung kann auf jeden Motor angewendet werden, so lange wie der Motor eine Abgasreinigungseinrichtung aufweist, welche konstruiert ist, Harnstoffwassergemisch in das Abgas zwecks Bereitstellung von Ammoniak am SCR-Katalysator 40 zuzuführen.
Es ist offensichtlich, dass die zuvor beschriebene Erfindung auf viele verschiedene Weisen variiert werden kann. Derartige Variationen sollen nicht als ein Abweichen vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung betrachtet werden und wie für einen Fachmann offensichtlich, sollen alle Modifikationen vom Schutzbereich der folgenden Ansprüche erfasst sein.

Claims

Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor, umfassend: einen NOx-Katalysator (40) vom ammoniakselektiven Reduktionstyp, welcher in einen Abgasweg (20, 30, 32, 34) eines Motors (1) eingefügt ist, um im Abgas enthaltenes NOx durch Nutzung von Ammoniak als Reduktionsmittel selektiv zu reduzieren; ein Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44), welches eingerichtet ist für die Zufuhr von Harnstoffwassergemisch in das stromaufwärts des NOx-Katalysators (40) vom ammoniakselektiven Reduktionstyp existierende Abgas; und ein Steuermittel (50), welches eingerichtet ist zum Steuern des Harnstoffwassergemisch-Zuführmittels (44) derart, dass das Harnstoffwassergemisch zugeführt wird, wenn das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44) zwecks Bereitstellung von Ammoniak an den NOx-Katalysator (40) vom ammoniakselektiven Reduktionstyp zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Harnstoffwassergemisch zeitweise gemäß einer vorbestimmten Zufuhrzeitdauer und einer vorbestimmten Zufuhrpause zugeführt wird und dass, wenn das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44) zugeführt wird, das Steuermittel (50) einen ersten Beurteilungswert durch Addition eines Additionswertes, welcher mit einer Bildungsmenge eines aus dem Harnstoffwassergemisch gebildeten Feststoffes korrespondiert, und durch Subtraktion eines Subtraktionswertes, welcher mit einer Vernichtungsmenge des Feststoffes in jedem vorbestimmten Zyklus korrespondiert, unter Benutzung eines vorbestimmten unteren Grenzwertes als Startwert berechnet, um zu bestimmen, dass die Zufuhrzeitdauer abgelaufen ist, wenn der erste Beurteilungswert bis zu einem vorbestimmten oberen Grenzwert ansteigt, und dann die Harnstoffwassergemischzufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44) stoppt; und, wenn die Harnstoffwassergemischzufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44) temporär aussetzt, das Steuermittel (50) einen zweiten Beurteilungswert durch Subtraktion des Subtraktionswertes in jedem vorbestimmten Zyklus unter Benutzung des oberen Grenzwertes als Startwert berechnet, um zu bestimmen, dass die Zufuhrpause abgelaufen ist, wenn der zweite Beurteilungswert bis zum unteren Grenzwert hin abgefallen ist, und dann die Harnstoffwassergemischzufuhr vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44) startet.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Abgasreinigungseinrichtung des Weiteren ein Abgastemperaturdetektionsmittel (48) umfasst, welches eingerichtet ist zum Detektieren der Temperatur des Abgases, in welches das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44) zugeführt wird, wobei der Additionswert gesetzt wird, um gemäß der durch das Abgastemperaturdetektionsmittel (48) detektierten Abgastemperatur, der Abgasausstoßmenge vom Motor (1) und der Harnstoffwassergemischzufuhrmenge vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44) geändert zu werden; und der Subtraktionswert gesetzt wird, um gemäß der Abgastemperatur und der Abgasausstoßmenge verändert zu werden.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass: der Additionswert gesetzt wird, um bei einer Erhöhung der Abgastemperatur reduziert zu werden, wenn die Abgasausstoßmenge und die Harnstoffwassergemischzufuhrmenge fixiert sind; der Additionswert gesetzt wird, um bei einer Erhöhung der Abgasausstoßmenge reduziert zu werden wenn die Abgastemperatur und die Harnstoffwassergemischzufuhrmenge fixiert sind; und der Additionswert gesetzt wird, um bei einer Verringerung der Harnstoffwassergemischzufuhrmenge reduziert zu werden, wenn die Abgastemperatur und die Abgasausstoßmenge fixiert sind; und der Subtraktionswert gesetzt wird, um bei einer Erhöhung der Abgastemperatur erhöht zu werden, wenn die Abgasausstoßmenge fixiert ist, und der Subtraktionswert gesetzt wird, um bei einer Erhöhung der Abgasausstoßmenge erhöht zu werden, wenn die Abgastemperatur fixiert ist.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass: die Abgasreinigungseinrichtung weiterhin ein Abgastemperaturdetektionsmittel (48) umfasst, welches eingerichtet ist zum Detektieren der Temperatur des Abgases, in welches das Harnstoffwassergemisch vom Harnstoffwassergemisch-Zuführmittel (44) zugeführt wird, wobei der Additionswert gesetzt wird, um gemäß der durch das Abgastemperaturdetektionsmittel (48) detektierten Abgastemperatur und der Harnstoffwassergemischdichte innerhalb des Abgases geändert zu werden; und der Subtraktionswert gesetzt wird, um gemäß der Abgastemperatur und der Abgasausstoßmenge vom Motor (1) verändert zu werden.
Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass: der Additionswert gesetzt wird, um bei einer Erhöhung der Abgastemperatur reduziert zu werden, wenn die Harnstoffwassergemischdichte fixiert ist, und der Additionswert gesetzt wird, um bei einer Verringerung der Harnstoffwassergemischdichte reduziert zu werden, wenn die Abgastemperatur fixiert ist; und der Subtraktionswert gesetzt wird, um bei einer Erhöhung der Abgastemperatur erhöht zu werden, wenn die Harnstoffwassergemischdichte fixiert ist, und der Subtraktionswert gesetzt wird, um bei einer Erhöhung der Abgasausstoßmenge erhöht zu werden, wenn die Abgastemperatur fixiert ist.