DE102009026754A1

DE102009026754A1 - Abgasreinigungsvorrichtung und Verfahren zum Reinigen von Abgas

Info

Publication number: DE102009026754A1
Application number: DE102009026754A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Nishio Fujita; Masatoshi Kariya Maruyama
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2029-06-05
Also published as: DE102009026754B4; JP4558816B2; JP2009293513A; US20090301068A1

Abstract

In einem Abgaskanal (22) eines Verbrennungsmotors befindet sich ein NOx-Katalysator (42), um mit einem Reduktionsmittel selektiv NOx im Abgas zu reinigen. Eine Zudosierungseinheit (44) dosiert das Reduktionsmittel auf einer stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators (42) zu. Eine Druckbeaufschlagungseinheit (53) führt das Reduktionsmittel der Zudosierungseinheit (44) zu. Eine Ermittlungseinheit (46) erfasst oder schätzt die Katalysatortemperatur des NOx-Katalysators (42) oder Temperaturinformationen, die mit der Katalysatortemperatur korrelieren. Eine Teilchengrößen-Steuerungseinheit (60) ändert den Reduktionsmitteldruck des Reduktionsmittels, das von der Druckbeaufschlagungseinheit (53) mit Druck beaufschlagt und der Zudosierungseinheit (44) zugeführt wird, um beruhend auf der Katalysatortemperatur oder den Temperaturinformationen eine Atomisierungsteilchengröße des Reduktionsmittels zu steuern, das von der Zudosierungseinheit (44) atomisiert und in das Abgas zudosiert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für ein Abgasreinigungssystem, etwa ein mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) arbeitendes System, das einen mit selektiver Reduktion arbeitenden Katalysator zum selektiven Reinigen von Stickoxid (NOx) im Abgas eines Verbrennungsmotors durch Zudosieren von Ammoniak als Reduktionsmittel aufweist. Dieses SCR-System setzt als Reduktionsmittel im Allgemeinen eine wässrige Harnstofflösung ein, wobei ein solches SCR-System als Harnstoff-SCR-System bekannt ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Reinigen von Abgas des Verbrennungsmotors.
In den letzten Jahren gab es Fortschritte bei der Entwicklung eines Harnstoff-SCR-Systems, und dieses wurde teilweise in den praktischen Einsatz überführt. Ein solches SCR-System wird bei einem Fahrzeug wie einem Kraftfahrzeug als Abgasreinigungssystem für einen Motor, etwa einen Dieselmotor, eingesetzt, um NOx im Abgas mit einer hohen Reinigungsrate zu reinigen. Ein herkömmliches Harnstoff-SCR-System hat den folgenden Aufbau. In dem Harnstoff-SCR-System befindet sich ein mit selektiver Reduktion arbeitender NOx-Katalysator in einem Abgasrohr, das mit einem Hauptkörper eines Motors verbunden ist. Außerdem befindet sich in dem Abgasrohr an einer stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators ein Harnstoffwasser-Zudosierungsventil, um Harnstoffwasser (wässrige Harnstofflösung) als NOx-Reduktionsmittel zuzudosieren. In dem Harnstoff-SCR-System dosiert das Harnstoffwasser-Zudosierungsventil Harnstoffwasser in das Abgasrohr zu, um auf dem NOx-Katalysator selektiv eine reduktive Reaktion und Entfernung von NOx durchzuführen, das im Abgas enthalten ist. Bei der reduktiven Reaktion von NOx wird Harnstoffwasser durch Wärmeenergie des Abgases hydrolysiert, sodass Ammoniak (NH3) erzeugt wird, und dadurch wird das Ammoniak im NOx-Katalysator adsorbiert, sodass auf dem NOx-Katalysator eine reduktive Reaktion hervorgerufen wird. Dadurch wird das NOx desoxidiert und gereinigt.
Darüber hinaus schlägt zum Beispiel die JP 2007-255343 A eine Technik vor, um die Verdampfung und die Diffusion eines Reduktionsmittels, das von einem Harnstoffwasser-Zudosierungsventil in ein Abgasrohr zudosiert wird, zu beschleunigen, um so die NOx-Reinigungsleistung eines NOx-Katalysators zu steigern. Und zwar ist in der JP 2007-255343 A in dem Abgaskanal auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators im Abgasstrom ein Abschirmbauteil vorgesehen, und stromabwärts von dem Abschirmbauteil wird ein Reinigungsmittel eingespritzt, um so die Atomisierung des Reinigungsmittels zu beschleunigen. Bei diesem Aufbau trifft das in den Abgaskanal eingespritzte Reinigungsmittel auf ein Verteilungsbauteil und wird dadurch weiter atomisiert. Allerdings erhöhen das Abschirmbauteil und das Verteilungsbauteil in der JP 2007-255343 A den Druckverlust im Abgaskanal. Zu dem Druckverlust in dem Abgaskanal kommt es regelmäßig während des Betriebs des Motors, weshalb der Motor eine nachteilige Wirkung wie einen Anstieg des Kraftstoffverbrauchs erfährt. Der Abgasstrom ändert sich im Ansprechen auf den Betriebszustand des Motors. Zum Beispiel nimmt die Menge an Ansaugluft und Abgas zu, wenn sich der Motor in einem Hochlastbetriebszustand befindet. In einem solchen Hochlastbetriebszustand ist der durch das Abschirmbauteil und des Verteilungsbauteil hervorgerufene Druckverlust in dem Abgaskanal groß, weswegen der Kraftstoffverbrauch steigt.
In Anbetracht dessen und anderer Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Steuern eines zudosierten Reduktionsmittels zu schaffen, die eine NOx-Reinigungsrate eines Verbrennungsmotors steigert und die so gestaltet ist, dass sie einen nachteiligen Einfluss auf den Verbrennungsmotor begrenzt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Reinigen von Abgas des Verbrennungsmotors zu schaffen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Abgasreinigungsvorrichtung für ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, das einen NOx-Katalysator, der sich in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors befindet, um mit einem Reduktionsmittel selektiv NOx im Abgas zu reinigen, eine Zudosierungseinrichtung, die zum Zudosieren des Reduktionsmittels in das Abgas auf einer stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators dient, und eine Druckbeaufschlagungseinrichtung enthält, die zum Druckbeaufschlagen des Reduktionsmittels und Zuführen des Reduktionsmittels zu der Zudosierungseinrichtung dient, eine Ermittlungseinrichtung zum Erfassen oder Abschätzen einer Katalysatortemperatur des NOx-Katalysators oder von Temperaturinformationen, die mit der Katalysatortemperatur korrelieren. Die Abgasreinigungsvorrichtung umfasst außerdem eine Teilchengrößen-Steuerungseinrichtung zum Andern des Reduktionsmitteldrucks vom Reduktionsmittel, das von der Druckbeaufschlagungseinrichtung mit Druck beaufschlagt und der Zudosierungseinrichtung zugeführt wird, um beruhend auf der Katalysatortemperatur oder den Temperaturinformationen eine Atomisierungsteilchengröße des Reduktionsmittels zu steuern, das von der Zudosierungseinrichtung atomisiert und in das Abgas zudosiert wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Reinigen von Abgas eines Verbrennungsmotors ein Erfassen oder Abschätzen einer Katalysatortemperatur eines NOx-Katalysators, der sich in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors befindet, um mit einem Reduktionsmittel selektiv NOx im Abgas zu reinigen, oder von Temperaturinformationen, die mit der Katalysatortemperatur korrelieren. Das Verfahren umfasst außerdem ein Manipulieren des Reduktionsmitteldrucks vom Reduktionsmittel, das auf einer stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators in das Abgas zudosiert wird, um beruhend auf der Katalysatortemperatur oder den Temperaturinformationen eine Atomisierungsteilchengröße des Reduktionsmittels zu steuern.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt. Die Zeichnungen zeigen Folgendes:
1 eine Übersicht über ein Motorsteuerungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einer NOx-Reinigungsrate eines SCR-Katalysators, einer SCR-Katalysatortemperatur und einer Atomisierungsteilchengröße von Harnstoffwasser;
3 eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einem Harnstoffwasserdruck und der Atomisierungsteilchengröße von Harnstoffwasser;
4 ein Ablaufdiagramm mit einer Harnstoffwasser-Zudosierungssteuerung;
5 eine grafische Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einer Harnstoffwasser-Zudosierungsmenge, dem Harnstoffwasserdruck und einer Öffnungsdauer eines Harnstoffwasser-Zudosierungsventils; und
6 ein Zeitdiagramm der Harnstoffwassersteuerung.
Ausführungsbeispiel
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel steuert ein Motorsteuerungssystem als Steuerungsobjekt einen Mehrzylinder-Dieselmotor für ein Fahrzeug. In dem Steuerungssystem führt eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) verschiedene Steuerungsvorgänge des Motors durch. In diesem Ausführungsbeispiel wird als Kraftstoffeinspritzsystem ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem eingesetzt, und als Abgasreinigungssystem wird ein Harnstoff-SCR-System eingesetzt.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1 das Gesamtsystem beschrieben. Ein Motor 10 weist einen Motorhauptkörper 11 auf, der einen Hubkolbenmaschinenaufbau hat. Ein Kolben 10 kann sich in einem Zylinder des Motorhauptkörpers 11 vor und zurück bewegen. An einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung sind jeweils entsprechend ein Einlassventil 13 und ein Auslassventil 14 vorgesehen, um die Einlassöffnung und die Auslassöffnung zu öffnen und zu schließen. Eine Kurbelwelle 15 kann sich im Ansprechen auf die Bewegung des Kolbens 12 drehen. Für jeden Zylinder im Zylinderkopf ist ein Kraftstoffeinspritzventil 16 vorgesehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 16 spritzt Kraftstoff direkt in eine Brennkammer 17, und der eingespritzte Kraftstoff wird in der Brennkammer 17 verbrannt. An einer Kurbelwelle 15 ist ein Kurbelwinkelsensor 18 vorgesehen, um die Drehung der Kurbelwelle 15 zu erfassen. Am Zylinderblock ist ein Temperatursensor 19 vorgesehen, um die Temperatur von Motorkühlwasser zu erfassen.
Im Folgenden wird kurz der Aufbau des Kraftstoffversorgungssystems beschrieben. Das Kraftstoffversorgungssystem kann einen allgemein bekannten Aufbau haben, weswegen eine ausführliche Beschreibung des Kraftstoffversorgungssystems unter Bezugnahme auf Zeichnungen wegelassen wird. Zum Beispiel umfasst das Kraftstoffversorgungssystem eine Hochdruckpumpe und einen Common-Rail (ein Sammelrohr). Die Hochdruckpumpe beaufschlagt Kraftstoff, der aus einem Kraftstofftank angesaugt wird, mit Druck und presst den mit Druck beaufschlagten Kraftstoff in den Common-Rail. Der Common-Rail sammelt Hochdruckkraftstoff mit mehreren zehn bis zweihundert MPa, wobei der gesammelte Hochdruckkraftstoff dem Kraftstoffeinspritzventil 16 des jeweiligen Zylinders zugeführt wird. Der Kraftstoffdruck in dem Common-Rail wird frei wählbar gemäß dem Motorbetriebszustand oder dergleichen gesteuert. Mit der Einlassöffnung des Motorhauptkörpers 11 ist ein mit einem Verteilerabschnitt ausgestattetes Ansaugrohr 21 verbunden, während mit der Auslassöffnung ein mit einem Verteilerabschnitt ausgestattetes Abgasrohr 22 verbunden ist. In dem Ansaugrohr 21 befindet sich ein Drosselstellglied 23, das ein elektrisches Drosselventil aufweist. Ein AGR-Kanal 24 (AGR: Abgasrückführung) verbindet einen Ansaugkanal in dem Ansaugrohr 21 mit einem Abgaskanal in dem Abgasrohr 22. In dem AGR-Kanal 24 befinden sich ein AGR-Ventil 25 und ein AGR-Kühler 26. Ganz vorne in dem Ansaugrohr 21 befindet sich ein Luftfilter 27. In dem Luftfilter 27 ist ein Luftmassenmesser (Ansaugluftsensor) 28 vorgesehen. In dem System ist als Aufladevorrichtung ein Turbolader 30 vorgesehen. Der Turbolader 30 umfasst einen Ansaugverdichter 31, der sich in dem Ansaugrohr 21 befindet, und eine Abgasturbine 32, die sich in dem Abgasrohr 22 befindet. Die Abgasturbine 32 wird von Abgas angetrieben, das durch das Abgasrohr 22 strömt, um ein Drehmoment zu erzeugen, und das Drehmoment wird über eine Welle 33 zum Ansaugverdichter 31 übertragen. Auf diese Weise beaufschlagt der Ansaugverdichter 31 Ansaugluft, die durch das Ansaugrohr 21 strömt, wodurch die Ansaugluft aufgeladen wird. Die von dem Turbolader 30 aufgeladene Ansaugluft wird durch einen Zwischenkühler 34 gekühlt und danach zur stromabwärtigen Seite des Ansaugrohrs 21 geführt. Das Ansaugrohr 21 ist außerdem mit Sensoren wie einem Ansaugluft-Drucksensor und einem Ansaugluft-Temperatursensor versehen.
Als nächstes wird das Abgasreinigungssystem des Abgassystems ausführlicher beschrieben. In dem Abgasrohr 22 sind von der stromaufwärtigen Seite aus gesehen hintereinander ein Oxidationskatalysator 41, ein mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) arbeitender Katalysator (selektiver Ammoniakreduktionskatalysator) 42 und ein Ammoniakschlupfkatalysator 43 angeordnet. Der SCR-Katalysator 42 entspricht einem NOx-Katalysator. Zwischen dem Oxidationskatalysator 41 und dem SCR-Katalysator 42 befindet sich in dem Abgasrohr 22 ein Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44, um als Reduktionsmittel Harnstoffwasser (wässrige Harnstofflösung) in das Abgasrohr 22 zuzudosieren. Das Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie ein allgemein bekanntes Kraftstoffeinspritzventil (Injektor), das von einer elektromagnetischen Leistungsquelle wie einer Solenoidspule angetrieben wird. Das Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 öffnet sich im Ansprechen auf eine elektrische Steuerungsanweisung und spritzt dadurch Harnstoffwasser von einem Endspitzen-Düsenlochabschnitt des Harnstoffwasser-Zudosierungsventils 44 ein. Das Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 wird von einem Harnstoffwassertank 51 aus sukzessive mit Harnstoffwasser versorgt.
Als nächstes wird ausführlich der Aufbau eines Harnstoffwasser-Zudosierungssystems beschrieben. Der Harnstoffwassertank 51 ist ein luftdichter Behälter, der mit einer Flüssigkeitszuführungskappe versehen ist. Der Harnstoffwassertank 51 speichert Harnstoffwasser mit einer vorbestimmten Konzentration von beispielsweise 32,5%. Der Harnstoffwassertank 51 ist mit einem Ende einer Harnstoffwasserrohrleitung 52 verbunden. Auf halber Höhe der Harnstoffwasserrohrleitung 52 ist als Verdichtungseinheit eine Harnstoffwasserpumpe 53 vorgesehen. Das andere Ende der Harnstoffwasserrohrleitung 52 ist mit dem Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 verbunden. Außerdem ist in der Harnstoffwasserrohrleitung 52 ein Drucksensor 54 vorgesehen, um den Druck des Harnstoffwassers in der Harnstoffwasserrohrleitung 52 zu erfassen. Die Harnstoffwasserpumpe 53 ist eine elektromotorische Pumpe und wird im Ansprechen auf ein von einer ECU 60 übertragenes Ansteuerungssignal angetrieben. Die Harnstoffwasserpumpe 53 wird so angetrieben, das sie Harnstoffwasser aus dem Harnstoffwassertank 51 über die Harnstoffwasserrohrleitung 52 zum Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 pumpt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist zu beachten, dass die Harnstoffwasserpumpe 53 eine variable Förderleistung (Druckspeisemenge) an Harnstoffwasser hat. Die Harnstoffwasserrohrleitung 52 kann somit im Ansprechen auf eine Änderung der Förderleistung den Einspeisedruck des Harnstoffwassers manipulieren. Die Harnstoffwasserpumpe 53 kann eine Tauchpumpe sein, die im Inneren des Harnstoffwassertanks 51 in das Harnstoffwasser eingetaucht ist. Zwischen dem Oxidationskatalysators 41 und dem SCR-Katalysator 42 ist in dem Abgasrohr 22 ein Mischer 55 vorgesehen, um in dem durch das Abgasrohr 22 strömenden Abgas eine Drallströmung hervorzurufen. Der Mischer 55 ist eine Abgasrührvorrichtung, die zum Beispiel einen Rotor mit mehreren Flügelstücken umfasst. Der Mischer 55 dreht sich im Ansprechen auf den Durchtritt von Abgas und wirbelt dadurch das in den SCR-Katalysator 42 strömende Abgas herum.
In diesem Abgasreinigungssystem wird beim Motorbetrieb Harnstoffwasser von dem Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 in das Abgasrohr 22 zudosiert, wodurch das Harnstoffwasser zusammen mit Abgas in den SCR-Katalysator 42 im Abgasrohr 22 zudosiert wird. Somit kommt es durch das NOx in dem SCR-Katalysator 42 zu einer reduktiven Reaktion, wodurch das Abgas gereinigt wird. Und zwar wird das von dem Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 eingespritzte Harnstoffwasser mit Wärmeenergie vom Abgas beaufschlagt und verursacht dadurch die folgende Reaktion (1), wobei es unter Erzeugung von Ammoniak (NH3) hydrolysiert wird. ((NH2)2CO) + H2O → 2NH3 + CO2 (1)
Wenn Abgas durch den SCR-Katalysator 42 geht, verursacht das zudosierte Ammoniak selektiv eine Reduktionsreaktion und Reinigung von NOx in dem Abgas. Bei dieser reduktiven Reaktion und Reinigung von NOx werden die folgenden Reduktionsreaktionen (2) bis (4) hervorgerufen. 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (2) 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O (3) NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (4)
Bei dieser durch Ammoniak hervorgerufenen reduktiven Reaktion und Reinigung von NOx kann Ammoniak im Überschuss vorliegen, wobei überschüssiges Ammoniak keine Reaktion mit NOx herbeiführen wird. In diesem Fall mischt sich das überschüssige Ammoniak mit dem Abgas und wird zur stromabwärtigen Seite des Abgasstroms abgegeben. Das überschüssige Ammoniak soll von dem Ammoniakschlupfkatalysator 43 auf der stromabwärtigen Seite des SCR Katalysators 42 entfernt werden. Der Ammoniakschlupfkatalysator 43 kann zum Beispiel ein Oxidationskatalysator sein. Außerdem sind zwischen dem Oxidationskatalysator 41 und dem SCR-Katalysator 42 in dem Abgasrohr 22 ein Sauerstoffkonzentrationssensor 45 und ein Temperatursensor 46 vorgesehen. Beruhend auf einem Ausgangssignal der Sensoren 45, 46 werden die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas und die Katalysatortemperatur erfasst. Auf der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators 42 ist ein NOx-Sensor 47 vorgesehen, um die NOx-Menge zu erfassen, die mit der NOx-Konzentration in dem Abgas nach dem Durchgang durch den SCR-Katalysator 42 im Zusammenhang steht. Beruhend auf einem Ausgangssignal des NOx-Sensors 47 wird eine Reinigungsrate des SCR-Katalysators 42 erfasst. In dem Abgasrohr 22 von 1 ist außerdem ein Dieselpartikel filter (DPF, nicht gezeigt) vorgesehen, um Partikel (PM) in dem Abgas einzufangen.
Die ECU 60 umfasst einen allgemein bekannten Mikrocomputer (nicht gezeigt) mit einer CPU (Zentraleinheit), einem ROM (Festspeicher) einem RAM (Schreib-Lese-Speicher) und dergleichen. Die ECU 60 empfängt neben den Erfassungssignalen der verschiedenen Sensoren die Erfassungssignale eines Leitungsdrucksensors, der zum Erfassen des Kraftstoffdrucks (Leitungsdrucks) in dem Common-Rail dient, und eines Gaspedalsensors, der zur Erfassung der Betätigung eines Gaspedals (Gaspedalposition) dient, und dergleichen. Dadurch führt die ECU 60 beruhend auf Motorbetriebsinformationen, zu denen die Drehzahl, die Gaspedalstellung und dergleichen gehören, eine Kraftstoffeinspritzsteuerung, eine Kraftstoffdrucksteuerung (Leitungsdrucksteuerung) und dergleichen durch. Bei diesem Aufbau werden der Einspritzbetrieb des Kraftstoffeinspritzventils 16 und der Förderbetrieb einer Hochdruckpumpe gesteuert. Außerdem steuert die ECU 60 beruhend auf dem Motorbetriebszustand frei wählbar das Drosselstellglied 23, das AGR-Ventil 25 und dergleichen. Die ECU 60 berechnet beruhend auf dem Ausgangssignal des NOx-Sensors 47 die NOx-Menge auf der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators 42 und die NOx-Reinigungsrate. Die ECU 60 steuert außerdem beruhend auf der NOx-Reinigungsrate die zuzudosierende Harnstoffwassermenge. Die NOx-Reinigungsrate X1 wird unter Verwendung der Berechnungsformel (X1 = (Y1 – Y2)/Y1) beruhend auf der von dem Motor abgegebenen NOx-Menge (Y1) und der NOx-Menge (Y2) auf der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators 42 berechnet. Die von dem Motor abgegebene NOx-Menge (Y1) wird unter Verwendung einer Gleichung beruhend auf der jeweiligen Motordrehzahl oder Kraftstoffeinspritzmenge berechnet oder aus einem Datenkennfeld ermittelt. Die NOx-Menge (Y2) auf der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators 42 wird beruhend auf dem Ausgangssignal des NOx-Sensors 47 berechnet.
Es wird drauf hingewiesen, dass die Ammoniakadsorptionsmenge des SCR-Katalysators 42 berechnet werden kann und dass die zuzudosierende Harnstoffwassermenge beruhend auf der Ammoniakadsorptionsmenge gesteuert werden kann. Und zwar kann beruhend auf einer Bilanz aus der Ammoniakzudosierung und dem Ammoniakverbrauch, zu dem es durch die Reaktion in dem SCR-Katalysator 42 kommt, eine tatsächliche Ammoniakadsorptionsmenge (tatsächliche Adsorption) berechnet werden. Des Weiteren kann die zuzudosierende Harnstoffwassermenge beruhend auf einer Abweichung zwischen der tatsächlichen Adsorption und einem Zielwert geregelt werden.
Im Folgenden wird ausführlich der Betrieb des Harnstoffwasser-Zudosierungsventils 44 beschrieben. Die ECU 60 gibt in einem vorbestimmten Takt offene Befehlsimpulse an das Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 aus. Dadurch fließt im Ansprechen an die offenen Befehlsimpulse ein Ansteuerungsstrom in einem Betätigungsabschnitt (Solenoidspulenabschnitt) des Harnstoffwasser-Zudosierungsventils 44. Auf diese Weise wird das Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 im Ansprechen auf den Ansteuerungsstrom geöffnet, wodurch Harnstoffwasser eingespritzt und zudosiert wird. Unter dieser Bedingung wird die zuzudosierende Harnstoffwassermenge (Harnstoffwasserzudosierung) durch Manipulieren des Abgabetakts oder der Abgabefrequenz der offenen Befehlsimpulse gesteuert. Und zwar wird der Abgabetakt der offenen Befehlsimpulse vergrößert, um die Harnstoffwasserzudosierung zu verringern. Alternativ wird der Abgabetakt der offenen Befehlsimpulse verkleinert, um die Harnstoffwasserzudosierung zu erhöhen. Der Ansteuerungsstrom des Harnstoffwasser-Zudosierungsventils 44 kann für eine vorbestimmte Zeitdauer unterbrochen werden, um die Harnstoffwasserzudosierung zu verringern.
Dabei ist zu beachten, dass die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators 42, die SCR-Katalysatortemperatur und eine Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers miteinander korrelieren. Zum Beispiel haben die Erfinder mit Hilfe von Experimenten die in 2 gezeigte Korrelation ermittelt. 2 ist eine grafische Darstellung der Korrelation zwischen der SCR-Katalysatortemperatur und der NOx-Reinigungsrate für den Fall, dass sich die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers ändert. In 2 gibt die durchgezogene Linie den Fall an, das die Atomisierungsteilchengröße im Normalbetrieb der Pumpe 100 Mikrometer beträgt, während die Strich-Punkt-Linie den Fall angibt, dass die Atomarisierungsteilchengröße auf 20 Mikrometer gesenkt wurde, um einen mikroskopischeren Sprühnebel als im Normalbetrieb zu erzeugen.
2 gibt an, dass die NOx-Reinigungsrate bei einer vorbestimmten hohen Reinigungsrate von etwa 80% gesättigt ist, wenn die SCR-Katalysatortemperatur mehr als 220°C beträgt, wobei die NOx-Reinigungsleistung ungeachtet der Atomisierungsteilchengröße im Wesentlichen konstant ist. Wenn die SCR-Katalysatortemperatur dagegen weniger als 220°C beträgt, ist die NOx-Reinigungsleistung unter der Bedingung hervorragend, dass die Atomisierungsteilchengröße gering ist. Man geht davon aus, dass ein Harnstoffwasser-Sprühnebel, der eine geringere Atomisierungsteilchengröße hat, tendenziell mehr Wärmeenergie von dem Abgas um ihn herum aufnimmt, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 42 gering ist, und dass dadurch die Erzeugung von Ammoniak beschleunigt wird. In dem Fall, dass der Teilchendurchmesser 100 Mikrometer beträgt, liegt die Sättigungstemperatur der NOx-Reinigungsrate bei etwa 220°C, während in dem Fall, dass der Teilchendurchmesser 20 Mikrometer beträgt, die Sättigungstemperatur der NOx-Reinigungsrate bei etwa 200°C liegt. Die NOx-Reinigungsrate kann also gesteigert werden, wenn in einem Niedrigtemperaturbereich, der gleich hoch wie oder kleiner als die Reinigungsraten-Sättigungstemperatur von etwa 220°C für den Teilchendurchmesser von 100 Mikrometer ist, ein Harnstoffwasser-Sprühnebel mit sehr kleinem Teilchendurchmesser verwendet wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die NOx-Reinigungsrate bei normaler Zudosierung von Harnstoffwasser mit einer Atomisierungsteilchengröße von 100 Mikrometer bei der Aktivierungstemperatur des SCR-Katalysators 42 50% beträgt. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt die Aktivierungstemperatur des SCR-Katalysators 42 etwa 180°C.
Der Druck des Harnstoffwassers (Harnstoffwasserdruck) und die Atomisierungsteilchengröße des von dem Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 zudosierten Harnstoffwassers haben die in 3 gezeigte Korrelation. 3 gibt an, dass die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers gering ist, wenn der Harnstoffwasserdruck groß ist. Daher wird die von der Harnstoffwasserpumpe 53 unter Druck zugeführte Harnstoffwassermenge so manipuliert, dass sich der Harnstoffwasserdruck ändert, wodurch die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers gesteuert wird. Wenn der SCR-Katalysator 42 eine verhältnismäßig geringe Temperaturaktivität hat, wird der Druck des Harnstoffwassers in diesem Ausführungsbeispiel erhöht, damit es in einem verdichteten Zustand vorliegt, und wird das Harnstoffwasser in diesem Zustand zudosiert. Wenn der SCR-Katalysator 42 eine verhältnismäßig hohe Temperatur und Aktivität hat, wird dagegen der Druck des Harnstoffwassers verringert, damit es in einem nicht verdichteten Zustand vorliegt, und wird das Harnstoffwasser in diesem Zustand zudosiert. Indem der Harnstoffwasserdruck manipuliert wird, wird auf diese Weise die Atomisierung des Harnstoffwasser-Sprühnebels frei wählbar gesteuert, wodurch die NOx-Reinigungsleistung auf einem hohen Niveau gehalten wird. Wenn sich der SCR-Katalysator 42 in einem vorbestimmten Hochtemperaturzustand befindet, kann die NOx-Reinigungsleistung ungeachtet der Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers und der Druckbeaufschlagung des Harnstoffwassers auf einem hohen Niveau gehalten werden. Es wird darauf hingewiesen, dass in dem vorbestimmten Hochtemperaturzustand die Pumpenlast durch Verringern des Harnstoffwasserdrucks reduziert werden kann. Dadurch kann der Energieverbrauch einer Fahrzeugbatterie gesenkt werden.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf einer Harnstoffwasser-Zudosierungssteuerung zeigt.
Die ECU 60 wiederholt diesen Harnstoffwasser-Zudosierungssteuerungsvorgang in einem vorbestimmten Takt.
In 4 wird im Schritt S11 festgestellt, ob eine Motordrehzahl NE derzeit größer als ein vorbestimmter Wert K1 ist. Der vorbestimmte Wert K1 ist ein Schwellwert, um festzustellen, ob sich der Motor 10 in einem Betriebszustand befindet. Zum Beispiel beträgt der vorbestimmte Wert K1 800 U/min. Anschließend wird im Schritt S12 festgestellt, ob die SCR-Katalysatortemperatur Tscr größer als ein vorbestimmter Wert K2 ist. Die SCR-Katalysatortemperatur Tscr wird beruhend auf einem Ausgangssignal des Temperatursensors 46 auf der stromaufwärtigen Seite des SCR-Katalysators 42 berechnet. Der vorbestimmte Wert K2 ist ein Temperaturschwellwert, um festzustellen, ob sich der SCR-Katalysator 42 in einem vollständig aktivierten Zustand oder in einem nicht aktivierten Zustand befindet. Zum Beispiel beträgt der vorbestimmte Wert K2 180°C. In diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Temperatur 180°C der Katalysatortemperatur, bei der die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators 42 50% beträgt.
Wenn in mindestens einem der Schritte S11, S12 die Feststellung negativ ist, wird diese Verarbeitung beendet. Wenn dagegen in beiden Schritten S11, S12 die Feststellung positiv ist, fährt diese Verarbeitung mit dem folgenden Schritt S13 fort. Im Schritt S13 wird festgestellt, ob der Harnstoffwasserdruck Pn derzeit größer als ein vorbestimmter Wert K3 ist. Der Harnstoffwasserdruck Pn wird beruhend auf dem Erfassungssignal des in der Harnstoffwasserrohrleitung 52 vorgesehenen Drucksensors 54 berechnet. Der vorbestimmte Wert K3 ist ein Druckschwellwert, um festzustellen, ob von dem Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 Harnstoffwasser zudosiert werden kann.
Der vorbestimmte Wert K3 ist ein Mindestdruck, bei dem Harnstoffwasser zudosiert werden kann. Zum Beispiel beträgt der vorbestimmte Wert K3 0,4 MPa.
Unter der Bedingung Pn ≤ K3 fährt diese Verarbeitung mit Schritt S14 fort. Unter der Bedingung Pn > K3 fährt diese Verarbeitung dagegen mit Schritt S15 fort. Im Schritt S14 wird die Harnstoffwasserpumpe 53 mit einer vorbestimmten Rotationsgeschwindigkeit angetrieben. Und zwar wird die Harnstoffwasserpumpe 53 so angetrieben, dass ein größerer Harnstoffwasserdruck Pn als der Mindestdruck erreicht wird, zu dem Harnstoffwasser aus dem Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 ausgestoßen werden kann.
Im Schritt S15 wird festgestellt, ob die SCR-Katalysatortemperatur Tscr größer als ein vorbestimmter Wert K4 ist. Der vorbestimmte Wert K4 ist ein Temperaturschwellwert, um festzustellen, ob der Harnstoffwasser- Sprühnebel mikroskopisch atomisiert werden soll. Zum Beispiel beträgt der vorbestimmte Wert K4 220°C. Der vorbestimmte Wert K4 ist eine Reinigungsraten-Sättigungstemperatur, wenn die Atomisierungsteilchengröße 100 Mikrometer beträgt (siehe 2).
Unter der Bedingung Tscr > K4 fährt diese Verarbeitung mit Schritt S16 fort. Unter der Bedingung Tscr ≤ K4 fährt diese Verarbeitung dagegen mit Schritt S17 fort. Im Schritt S16 wird ein erster Zieldruck PT1 eingestellt, und die Harnstoffwasserpumpe 53 wird beruhend auf dem ersten Zieldruck PT1 gesteuert. Im Schritt S17 wird ein zweiter Zieldruck PT2 eingestellt, und die Harnstoffwasserpumpe 53 wird beruhend auf dem zweiten Zieldruck PT2 gesteuert. Der erste Zieldruck PT1 ist ein normaler Harnstoffwasserdruck. Der erste Zieldruck PT1 beträgt zum Beispiel 0,5 MPa. Der zweite Zieldruck PT2 ist höher als der erste Zieldruck PT1. Der zweite Zieldruck PT2 beträgt zum Beispiel 5 MPa. Unter der Annahme, dass der Harnstoffwasserdruck dem in 3 gezeigten Zusammenhang folgt, wird die Atomisierungsteilchengröße auf 100 Mikrometer eingestellt, indem der Harnstoffwasserdruck auf den ersten Zieldruck PT1 (0,5 MPa) gesteuert wird, während die Atomisierungsteilchengröße auf 20 Mikrometer eingestellt wird, indem der Harnstoffwasserdruck auf den zweiten Zieldruck PT2 (5 MPa) gesteuert wird. Der erste Zieldruck PT1 ist größer als der vorbestimmte Wert K3 (0,4 MPa), der der Mindestdruck ist, bei dem Harnstoffwasser zudosiert werden kann.
Danach wird im Schritt S18 der Harnstoffwasserdruck erfasst. Im Schritt S19 wird ein Steuerungsparameter des Harnstoffwasser-Zudosierungsventils 44 festgelegt. Und zwar wird eine Öffnungsdauer (Zudosierungszeit) des Harnstoffwasser-Zudosierungsventils 44 pro Einspritzung festgelegt. Zum Beispiel wird die Öffnungsdauer anhand des in 5 gezeigten Zusammenhangs unter Bezugnahme auf die derzeitige Harnstoffwasser-Zudosierungsmenge und den derzeitigen Harnstoffwasserdruck festgelegt. Die Harnstoffwasser-Zudosierungsmenge wird beruhend auf der derzeitigen NOx-Reinigungsrate oder Ammoniakadsorptionsmenge berechnet. Beruhend auf dem derzeitigen Harnstoffwasserdruck kann als Steuerungsparameter des Harnstoffwasser-Zudosierungsventils 44 auch ein Zudosierungstakt des Harnstoffwassers festgelegt werden. Anstelle des Erfassungsergebnisses für den Harnstoffwasserdruck kann auch beruhend auf dem derzeitigen Zieldruck (PT1, PT2) ein Steuerungsparameter berechnet werden.
Schließlich dosiert das Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 im Schritt S20 beruhend auf dem im Schritt S19 festgelegten Steuerungsparameter Harnstoffwasser zu.
6 ist ein Zeitdiagramm, um die Harnstoffwassersteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel genauer zu beschreiben. In 6 gibt (a) den Verlauf der Drehzahl an, (b) gibt den Verlauf der SCR-Katalysatortemperatur an, und (c) gibt den Verlauf des Harnstoffwasserdrucks an. In 6 wird der Motor 10 zum Zeitpunkt t1 gestartet, und in der Zeit zwischen t1 und t2 erfolgt ein Leerlaufbetrieb. Im Anschluss an den Motorstartvorgang nimmt der SCR-Katalysator Wärmeenergie vom Abgas auf, wodurch die SCR-Katalysatortemperatur allmählich ansteigt. Danach nimmt die Motordrehzahl zum Zeitpunkt t2 im Ansprechen auf einen Vorgang wie eine Beschleunigung zu, wodurch die SCR-Katalysatortemperatur rasch anzusteigen beginnt. Zum Zeitpunkt t3 erreicht die SCR-Katalysatortemperatur den vorbestimmten Wert K2 (180°C), und die Harnstoffwasserpumpe 53 wird dadurch so betätigt, dass sie den Harnstoffwasserdruck erhöht. Wenn der Harnstoffwasserdruck größer als der vorbestimmte Wert K3 (0,4 MPa) wird, beginnt eine Steuerung des Harnstoffwasserdrucks auf den zweiten Zielwert PT2 (5 MPa). Und zwar wird der Harnstoffwasserdruck so erhöht, dass er Harnstoffwasser mikroskopisch atomisiert, und der atomisierte Harnstoff wird in der Zeit zwischen t3 und t4 zudosiert. Wenn die SCR-Katalysatortemperatur danach zum Zeitpunkt t4 den vorbestimmten Wert K4 (220°C) erreicht, wird der Zielwert des Harnstoffwasserdrucks von dem zweiten Zielwert PT2 (5 MPa) zum ersten Zielwert PT1 (0,5 MPa) geändert. Bei diesem Vorgang wird der Harnstoffwasserdruck zum Normaldruck geändert, wodurch in der Zeit zwischen t4 und t5 ein normaler Sprühnebel des Harnstoffwassers ohne die mikroskopische Atomisierung erfolgt. Anschließend nimmt die SCR-Katalysatortemperatur mit einer Abbremsung des Fahrzeugs ab und wird zum Zeitpunkt t5 gleich hoch wie oder kleiner als der vorbestimmte Wert K4 (220°C). Zu diesem Zeitpunkt wird der Zielwert des Harnstoffwasserdrucks erneut auf den zweiten Zielwert PT2 (5 MPa) geändert und erfolgt somit in der Zeit zwischen t5 und t6 die Atomisierung des Harnstoffwasser-Sprühnebels. In der Zeit zwischen t6 und t7 ist die SCR-Katalysatortemperatur gleich hoch wie oder kleiner als der vorbestimmte Wert K2 (180°C), der der Aktivierungstemperatur des SCR-Katalysators 42 entspricht. Daher wird die Harnstoffwasserzudosierung in der Zeit zwischen t6 und t7 vorübergehend angehalten, und die Harnstoffwassermenge, die von der Harnstoffwasserpumpe 53 unter Druck zugeführt wird, wird verringert, sodass sie vernachlässigbar klein ist.
Wie oben beschrieben wurde, ergibt dieses Ausführungsbeispiel die folgenden Wirkungen im Betrieb. Der Druck des von der Harnstoffwasserpumpe 53 gepumpten Harnstoffwassers wird beruhend auf der jeweiligen SCR-Katalysatortemperatur manipuliert, wodurch die Atomisierungsteilchengröße des von dem Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 eingespritzten Harnstoffwassers gesteuert wird. Und zwar wird der Harnstoffwasserdruck erhöht, um das Harnstoffwasser weiter mikroskopisch zu atomisieren und um die Teilchengröße des Harnstoffwassers deutlich zu verringern, wenn sich die SCR-Katalysatortemperatur in dem vorbestimmten Niedrigtemperaturbereich befindet. Bei diesem Vorgang kann die NOx-Reinigungsrate durch die mikroskopische Atomisierung und die Verringerung der Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers in dem vorbestimmten Niedrigtemperaturbereich, in dem die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators 42 gering ist, deutlich gesteigert werden. Darüber hinaus wird der Harnstoffwasserdruck frei wählbar so manipuliert, dass die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers gesteuert wird. Daher kann der Motor anders als bei dem herkömmlichen Aufbau, bei dem in dem Abgaskanal ein Abschirmbauteil und ein Verteilungsbauteil vorgesehen sind, vor einer nachteiligen Wirkung geschützt werden. Folglich kann Harnstoffwasser zudosiert werden, während eine nachteilige Wirkung auf den Motor begrenzt wird. Somit kann die NOx-Reinigungsrate gesteigert werden.
Wenn der Harnstoffwasserdruck nicht erhöht wird, um die Atomisierungsteilchengröße deutlich zu verringern, muss das Harnstoffwasser nicht verdichtet werden. Daher kann der von der Stromversorgung (Batterie) zur Harnstoffwasserpumpe 53 zugeführte Strom verringert werden, wodurch der Energieverbrauch reduziert werden kann.
Der SCR-Katalysator 42 befindet sich unmittelbar nach dem Motorstart (Kaltstart) in einem kalten Zustand. In diesem Zustand ist der Anstieg der NOx-Reinigungsrate eher gering. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers unmittelbar nach dem Motorstart deutlich verringert, wodurch der Anstieg der NOx-Reinigungsrate beschleunigt werden kann. Daher kann die Abgasreinigungsleistung unmittelbar nach dem Motorstart gesteigert werden.
Des Weiteren ist bei der herkömmlichen Technik, bei der ein Abschirmbauteil und ein Verteilungsbauteil an ein Abgasrohr geschweißt werden, das einen Abgaskanal definiert, die Montage der Bauteile kompliziert. Darüber hinaus können ein solches Abschirmbauteil und Verteilungsbauteil bei einer Langzeitverwendung beschädigt werden. Dagegen ist bei diesem Ausführungsbeispiel weder ein Abschirmbauteil noch ein Verteilungsbauteil vorgesehen. Daher können der Aufbau und die Montage des Abgaskanals vereinfacht und erleichtert werden. Darüber hinaus können die Probleme, die durch die Beschädigung eines Abschirmbauteils und eines Verteilungsbauteils in einem Abgaskanal verursacht werden, vermieden werden.
Darüber hinaus wird die Sättigungstemperatur der NOx-Reinigungsrate für den Fall, dass der Teilchendurchmesser groß ist, als Temperaturschwellwert (vorbestimmter Wert K4 = 220°C) festgelegt. Bei der Steuerung der Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers wird das Harnstoffwasser in dem vorbestimmten Niedrigtemperaturbereich unterhalb des Temperaturschwellwerts mikroskopisch atomisiert. Bei diesem Vorgang kann die NOx-Reinigungsrate durch die mikroskopische Atomisierung des Harnstoffwassers gesteigert werden, wenn die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators 42 für den Fall, dass der Teilchendurchmesser des Harnstoffwassers groß ist, nicht auf den Sättigungswert ansteigt.
Der Takt der Harnstoffwasserzudosierung von dem Harnstoffwasser-Zudosierungsventil 44 und/oder die Zudosierungsdauer pro Einspritzung werden gemäß dem Harnstoffwasserdruck manipuliert. Daher kann das Harnstoffwasser auch dann mit einer gewünschten Menge zudosiert werden, wenn sich der Harnstoffwasserdruck ändert.
Weitere Ausführungsbeispiele
Gemäß dem obigen Ausführungsbeispiel wird die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers beruhend auf dem Vergleich zwischen der SCR-Katalysatortemperatur und dem Temperaturschwellwert (vorbestimmter Wert K4) klein eingestellt. Alternativ kann die Atomisierungsteilchengröße auch unmittelbar nach einem Motorstart für eine vorbestimmte Zeitdauer gemäß dem Zeitfortschritt gesteuert werden. Und zwar wird beim Motorstart, insbesondere beim Kaltmotorstart, die seit dem Motorstart verstrichene Zeit gemessen. Des Weiteren wird die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers klein eingestellt, bis eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, und die Atomisierungsteilchengröße wird erhöht, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer (Zeitschwellwert) verstrichen ist. Der Zeitschwellwert, bei dem die Atomisierungsteilchengröße von klein auf groß geändert wird, kann vorab beruhend auf einem Versuchsergebnis und dergleichen festgelegt werden oder gemäß einem Wartezustand beim Motorstart wie der Motorwassertemperatur manipuliert werden. Gemäß diesem Vorgang kann die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers in Übereinstimmung mit einem Anstieg der Temperatur des SCR-Katalysators 42 manipuliert werden. Dadurch kann das Harnstoffwasser geeignet zudosiert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers in zwei Stufen von 100 Mikrometer und 20 Mikrometer umgeschaltet. Alternativ kann die Atomisierungsteilchengröße in drei Stufen oder mehr umgeschaltet werden. Die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers kann unter Berücksichtigung nicht nur der SCR-Katalysatortemperatur, sondern auch der jeweiligen Harnstoffwasser-Zudosierungsmenge manipuliert werden. Wenn die Harnstoffwasser-Zudosierungsmenge groß ist, wird der Harnstoffwasserdruck zum Beispiel erhöht, um die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers zu verringern.
Man geht davon aus, dass sich die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers in Abhängigkeit von nicht nur dem Harnstoffwasserdruck, sondern auch der Harnstoffwassertemperatur ändert. Daher kann die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers verringert werden, indem das Harnstoffwasser nicht nur unter Verwendung der Harnstoffwasserpumpe 53 mit Druck beaufschlagt wird, sondern auch erhitzt wird. Und zwar kann in der Harnstoffwasserrohrleitung 52 eine Heizung vorgesehen werden, um das Harnstoffwasser zu erhitzen, wenn die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers klein eingestellt wird. Bei diesem Aufbau kann die Atomisierung des Harnstoffwasser-Sprühnebels durch die Druckbeaufschlagung und das Erhitzen des Harnstoffwassers weiter beschleunigt werden. Es kann auch die Harnstoffwasserpumpe 53 die Heizung enthalten.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird die SCR-Katalysatortemperatur Tscr beruhend auf dem Ausgangssignal des Temperatursensors 46 erfasst, der auf der stromaufwärtigen Seite des SCR-Katalysators 42 vorgesehen ist, und die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers wird dabei beruhend auf der SCR-Katalysatortemperatur Tscr manipuliert. Alternativ kann ein Sensor oder dergleichen vorgesehen werden, um die Temperatur des Motorabgases zu erfassen, oder die Temperatur des Abgases kann beruhend auf einem Motorbetriebszustand berechnet und abgeschätzt werden. In diesem Fall kann die Atomisierungs teilchengröße des Harnstoffwassers beruhend auf der Abgastemperatur manipuliert werden. In diesem Fall entspricht die Temperatur des Abgases Temperaturinformationen des NOx-Katalysators.
Angesichts der Korrelation zwischen der Motorbetriebslast und der SCR-Katalysatortemperatur kann die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers beruhend auf der jeweiligen Motorlast manipuliert werden. Und zwar nimmt die SCR-Katalysatortemperatur bei geringer Motorlast ab, wenn die Abgastemperatur abnimmt. Wenn die Motorlast kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird daher die Atomisierungsteilchengröße des Harnstoffwassers klein eingestellt. Die Motorlast kann anhand der Motordrehzahl, der Kraftstoffeinspritzmenge, der Betätigung des Gaspedals, der Ansaugluftmenge, der NOx-Ausstoßmenge, der Abgastemperatur und/oder dergleichen abgeschätzt werden.
Die obige technische Lehre kann bei einem anderen System als einem Harnstoff-SCR-System Anwendung finden. Zum Beispiel kann die obige technische Lehre bei einem System Anwendung finden, bei dem als Ammoniakquelle fester Harnstoff verwendet wird, um aus dem festen Harnstoff Harnstoffwasser oder eine Ammoniaklösung als Reduktionsmittel zu erzeugen. Die obige technische Lehre kann außerdem bei einem System Anwendung finden, bei dem als Ammoniakquelle ein Kraftstoff wie Leichtöl verwendet wird, in einem System, bei dem eine Ammoniaklösung direkt in einen Abgaskanal zudosiert wird, in einem System, bei dem ein anderes Reduktionsmittel als Ammoniak wie HC verwendet wird, und dergleichen.
Die obigen Verarbeitungen wie die Berechnungen und Feststellungen müssen nicht durch die ECU 60 ausgeführt werden. Die Steuerungseinheit kann verschiedene Gestaltungen haben, was die gezeigte ECU 60 als Beispiel einschließt. Die obigen Verarbeitungen wie die Berechnungen und Feststellungen können durch eine Software, eine elektrische Schaltung, eine mechanische Vorrichtung oder Kombinationen davon und dergleichen durchgeführt werden. Die Software kann auf einem Speichermedium gespeichert sein und über eine Übertragungsvorrichtung wie ein Netzwerk übertragen werden. Die elektrische Schaltung kann eine integrierte Schaltung sein oder eine diskrete Schaltung wie eine Hardware-Logik, die mit elektrischen oder elektronischen Elementen oder dergleichen konfiguriert ist. Die Elemente, die die obigen Verarbeitungen erzeugen, können diskrete Elemente sein, wobei sie teilweise oder vollständig integriert sein können. Es versteht sich, dass die Verarbeitungen der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele zwar so beschrieben worden sind, dass sie eine bestimmte Schrittabfolge enthalten, doch sollen auch andere alternative Ausführungsbeispiele zur Erfindung gehören, die verschiedene andere Abfolgen dieser Schritte und/oder zusätzliche Schritte, die hier nicht offenbart sind, einschließen.
An den obigen Ausführungsbeispielen können verschiedene Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-255343 A [0003, 0003, 0003]

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, das einen NOx-Katalysator (42), der sich in einem Abgaskanal (22) des Verbrennungsmotors befindet, um mit einem Reduktionsmittel selektiv NOx im Abgas zu reinigen, eine Zudosierungseinrichtung (44), die zum Zudosieren des Reduktionsmittels in das Abgas auf einer stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators (42) dient, und eine Druckbeaufschlagungseinrichtung (53) enthält, die zum Druckbeaufschlagen des Reduktionsmittels und Zuführen des Reduktionsmittels zu der Zudosierungseinrichtung (44) dient, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung Folgendes umfasst: eine Ermittlungseinrichtung (46, S12) zum Erfassen oder Abschätzen einer Katalysatortemperatur (Tscr) des NOx-Katalysators (42) oder von Temperaturinformationen, die mit der Katalysatortemperatur (Tscr) korrelieren; und einer Teilchengrößen-Steuerungseinrichtung (S14, S16, S17) zum Ändern des Reduktionsmitteldrucks (Pn) vom Reduktionsmittel, das von der Druckbeaufschlagungseinrichtung (53) mit Druck beaufschlagt und der Zudosierungseinrichtung (44) zugeführt wird, um beruhend auf der Katalysatortemperatur (Tscr) oder den Temperaturinformationen eine Atomisierungsteilchengröße des Reduktionsmittels zu steuern, das von der Zudosierungseinrichtung (44) atomisiert und in das Abgas zudosiert wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Teilchengrößen-Steuerungseinrichtung (S14, S16, S17) die Druckbeaufschlagungseinrichtung (53) so steuert, dass sie den Reduktionsmitteldruck (Pn) erhöht, wenn sich die Katalysatortemperatur (Tscr) in einem Niedrigtemperaturbereich befindet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Teilchengrößen-Steuerungseinrichtung (S14, S16, S17) so gestaltet ist, dass sie einen Teilchendurchmesser des Reduktionsmittels auf eine große Größe und eine kleine Größe steuert, und der Niedrigtemperaturbereich niedriger als ein Temperaturschwellwert (K4) ist, bei dem eine Reinigungsrate des NOx-Katalysators (42) gesättigt ist, wenn die Teilchengrößen-Steuerungseinrichtung (S14, S16, S17) den Teilchendurchmesser auf die große Größe steuert.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Teilchengrößen-Steuerungseinrichtung (S14, S16, S17) so gestaltet ist, dass sie die Atomisierungsteilchengröße bei einem Startvorgang des Verbrennungsmotors verringert und die Atomisierungsteilchengröße nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer im Anschluss an den Startvorgang erhöht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, mit außerdem: einer Heizeinrichtung zum Erhitzen des von der Zudosierungseinrichtung (44) zudosierten Reduktionsmittels, wobei die Teilchengrößen-Steuerungseinrichtung (S14, S16, S17) so gestaltet ist, das sie zusätzlich zu der Druckbeaufschlagung des Reduktionsmittels durch die Druckbeaufschlagungseinrichtung (53) die Heizeinrichtung steuert, damit das Reduktionsmittel erhitzt wird, um die Atomisierungsteilchengröße zu ändern.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit außerdem: einer Einrichtung (54) zum Erfassen des Reduktionsmitteldrucks (Pn); und einer Einrichtung (60) zum Manipulieren eines Takts, zu dem die Zudosierungseinrichtung (44) das Reduktionsmittel zudosiert, und/oder einer Zudosierungsdauer des Harnstoffwassers für jede Einspritzung beruhend auf dem erfassten Reduktionsmitteldruck (Pn).
Verfahren zum Reinigen von Abgas eines Verbrennungsmotors, mit folgenden Schritten: Erfassen oder Abschätzen einer Katalysatortemperatur (Tscr) eines NOx-Katalysators (42), der sich in einem Abgaskanal (22) des Verbrennungsmotors befindet, um mit einem Reduktionsmittel selektiv NOx im Abgas zu reinigen, oder von Temperaturinformationen, die mit der Katalysatortemperatur (Tscr) korrelieren; und Manipulieren des Reduktionsmitteldrucks (Pn) vom Reduktionsmittel, das auf einer stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators (42) in das Abgas zudosiert wird, um beruhend auf der Katalysatortemperatur (Tscr) oder den Temperaturinformationen eine Atomisierungsteilchengröße des Reduktionsmittels zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Manipulieren außerdem Folgendes umfasst: Erhöhen des Reduktionsmitteldrucks (Pn), wenn sich die Katalysatortemperatur (Tscr) in einem Niedrigtemperaturbereich befindet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Manipulieren außerdem Folgendes umfasst: Steuern eines Teilchendurchmessers des Reduktionsmittels auf eine große Größe und eine kleine Größe, wobei der Niedrigtemperaturbereich niedriger als ein Temperaturschwellwert (K4) ist, bei dem eine Reinigungsrate des NOx-Katalysators (42) gesättigt ist, wenn der Teilchendurchmesser auf die große Größe gesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Manipulieren außerdem Folgendes umfasst: Verringern der Atomisierungsteilchengröße bei einem Startvorgang des Verbrennungsmotors; und Erhöhen der Atomisierungsteilchengröße nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer im Anschluss an den Startvorgang.
Verfahren nach Anspruch 10, mit außerdem dem Schritt: zusätzlich zur Druckbeaufschlagung des Reduktionsmittels Erhitzen des Reduktionsmittels, um die Atomisierungsteilchengröße zu ändern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, mit außerdem den Schritten: Erfassen des Reduktionsmitteldrucks (Pn); und Manipulieren eines Takts, zu dem das Reduktionsmittel zudosiert wird, und/oder einer Zudosierungsdauer des Harnstoffwassers für jede Einspritzung beruhend auf dem erfassten Reduktionsmitteldruck (Pn).