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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System, das Abgas durch Beigabe
einer Urea-Lösung (Harnstoff-Lösung) in das Abgasrohr
eines Verbrennungsmotors aufreinigt.
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In
den letzten Jahren ist ein Urea SKR System (SKR = Selektive katalytische
Reduktion) als Abgasreinigungssystem entwickelt worden, das NOx (Stickoxide) im Abgas in einem bei einem
Kraftfahrzeug o. Ä. eingesetzten Verbrennungsmotor (insbesondere
einem Dieselmotor) zu einem hohen Reinigungsgrad aufreinigt.
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Das
System hat eine Pumpe, die in einem Tank gespeicherte Urea-Lösung
(wässrige Urea-Lösung) fördert, ein Ausspeiserohr,
das an eine Ausspeiseseite der Pumpe angeschlossen ist, und ein Beigabeventil,
das die durch das Ausspeiserohr gepumpte Urea-Lösung in
das Abgasrohr des Verbrennungsmotors beigibt. Durch Beigabe der
Urea-Lösung aus dem Beigabeventil in das Abgasrohr wird die
Urea-Lösung zusammen mit dem Abgas an einen SKR-Katalysator
gespeist. Auf diese Weise wird das Abgas durch eine Reduktionsreaktion
von NOx auf dem SKR-Katalysator aufgereinigt.
Aufgrund der Abgaswärme wird bei der Reduktion von NOx durch Hydrolyse der Urea-Lösung
Ammoniak (NH3) erzeugt. Der Ammoniak wird
dem NOx im selektiv an den SKR-Katalysator
angelagerten Abgas beigegeben. NOx wird
durch die auf dem Ammoniak basierende Reduktionsreaktion auf dem
SKR-Katalysator reduziert und aufgereinigt.
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Die
Urea-Lösung hat eine solche Eigenschaft, dass die Urea-Lösung
eine Volumenausdehnung verursacht, wenn die Urea-Lösung
gefriert. Eine Urea-Lösung, deren Konzentration 30% beträgt, gefriert
beispielsweise bei –11°C und expandiert um etwa
10%. Wenn die Urea-Lösung in einem Zustand belassen wird,
bei dem die Urea-Lösung in verschiedenen Rohren, wie z.
B. einem Abgasrohr (P2) verbleibt, nachdem der Betrieb des Verbrennungsmotors
endet, so ist zu erwarten, dass die restliche Urea-Lösung
gefriert und unter Beschädigung der Rohre expandiert.
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Als
Gegenmaßnahme führt eine in 9(a) dargestellte konventionelle Technik nach
dem Ende des Betriebs des Verbrennungsmotors einen Rückdrehvorgang
der Pumpe aus, wobei ein Rückführbetrieb zum Rückführen
der restlichen in dem Ausspeiserohr (P2) verbliebenen Urea-Lösung
zu dem Tank (12) ausgeführt wird, wie durch Pfeilmarkierungen
in 9(a) dargestellt ist. Allerdings
wird der Rückführbetrieb in einem Zustand ausgeführt,
bei dem eine Injektionsöffnung (25b) des Beigabeventils
(20) geöffnet ist, sodass die Innenseite des Ausspeiserohrs (P2)
keinem Unterdruck ausgesetzt wird. Folglich werden Abgasbestandteile
(z. B. Schwefel und Ruß) in dem Abgasrohr (10)
in das Beigabeventil (20) oder das Ausspeiserohr (P2) eingesogen,
wobei verschiedene Probleme hervorgerufen werden, wie zum Beispiel
die folgenden. So sammelt sich der Ruß auf einem Gleitbereich
des Beigabeventils (20) an und verursacht eine Störung
der Gleitfähigkeit. Das Ausspeiserohr (P2) wird mit einer durch
eine Reaktion zwischen dem Schwefel und Wasser erzeugten schwefeligen
Säure korrodiert.
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Wie
in
9(b) dargestellt ist, sieht
eine Technik aus der zitierten Vorveröffentlichung (PCT-Anmeldung
WO2006/051017 , bzw.
JP 2008 519932 ) ein dem
Beigabeventil (
20) in Flussrichtung vorgelagertes Außenluft-Einleitungsventil
(
50) vor. Während dem Rückführbetrieb
wird das Außenluft-Einleitungsventil (
50) zur
Aufnahme der Außenluft betätigt und die Injektionsöffnung
(
25b) des Beigabeventils (
20) wird geschlossen.
Folglich wird der Rückführbetrieb unter Vermeidung
des Einströmens der Abgasbestandteile in das Ausspeiserohr
(P2) realisiert.
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Jedoch
haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass
folgende Probleme selbst im Falle des vorgenannten Standes der Technik
auftreten.
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Der
durch das Außenluft-Einleitungsventil (50) eingeführte
Dampfdruck der Außenluft (Atmosphäre) ist grundsätzlich
niedriger als der Sättigungsdruck. Wenn solche Außenluft
(trockene Außenluft) bei dem niedrigen Dampfdruck in das
Ausspeiserohr (P2) eingeführt wird, verdunstet ein Wasseranteil
in der Urea-Lösung und die Urea-Lösung schlägt
sich nieder. Wenn ein solcher Niederschlag in einem Betätigungsteil
wie der Pumpe (13) stattfindet, tritt eine Betätigungsstörung
des Betätigungsteils (Pumpe 13) auf.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungssystem
eines Verbrennungsmotors vorzusehen, das eine Unterdrückung
des Niederschlags eines Urea-Bestandteils bezweckt, während
ein Einfließen von Abgasbestandteilen in ein Rohr vermieden
wird, wenn ein Rückführbetrieb zur Rückführung
von restlicher Urea-Lösung in einen Tank ausgeführt
wird.
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Gemäß einem
ersten beispielhaften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat
ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors eine Pumpe, die
eine in einem Tank gespeicherte Urea-Lösung pumpt, ein
Ausspeiserohr, das an eine Ausspeiseseite der Pumpe angeschlossen
ist, ein Beigabeventil, das die Urea-Lösung, die durch
das Ausspeiserohr gepumpt wird, in ein Abgasrohr des Verbrennungsmotors
beigibt, eine Steuerungseinrichtung, die umschaltet zwischen einem
normalen Betrieb zum Zuspeisen der Urea-Lösung an das Beigabeventil,
wobei die Pumpe zur Ausführung einer normalen Drehbewegung
oder Hubbewegung gebracht wird, und einem Rückführbetrieb
zum Rückführen der Urea-Lösung in dem
Ausspeiserohr zum Tank, wobei die Pumpe zur Ausführung
eines Rückdrehvorgangs oder Rückhubvorgangs gebracht
wird, und ein Übertragungsrohr, das den Tank mit dem Ausspeiserohr
verbindet. Das Abgasreinigungssystem ist derart konstruiert, dass
durch einen Saugdruck der Pumpe, die einen Rückdrehvorgang
oder Rückhubvorgang während des Rückführbetriebs ausführt,
Dampf im Tank durch das Übertragungsrohr hindurch zum Ausspeiserohr
gesaugt wird.
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Folglich
wird der Dampf in dem Tank dazu gebracht, während des Rückführbetriebs
in das Ausspeiserohr zu fließen. Dementsprechend kann der Rückführbetrieb
so realisiert werden, dass die Innenseite des Ausspeiserohrs (P2)
keinem Unterdruck ausgesetzt wird, während das Einfließen
des Abgases und der Außenluft verhindert werden. Der Dampfdruck
des Dampfs im Tank ist höher als der Dampfdruck der Außenluft.
Das bedeutet, der Dampf im Tank ist nasser Dampf. Somit kann die
Verdunstung des Wasseranteils in der Urea-Lösung vermindert
werden und der Niederschlag des Urea-Anteils kann vermindert werden.
Also kann der Niederschlag des Urea-Anteils unterdrückt
werden, während das Einfließen der Abgasbestandteile
zur Innenseite des Rohrs vermieden wird, wenn der Rückführbetrieb zum
Rückführen der restlichen Urea-Lösung
zum Tank ausgeführt wird.
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Gemäß einem
zweiten beispielhaften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
hat das Abgasreinigungssystem weiterhin ein Öffnungs-/Schließ-Ventil,
das an dem Übertragungsrohr vorgesehen ist und das zum Öffnen
des Übertragungsrohrs während des Rückführbetriebs
und zum Verschließen des Übertragungsrohrs während
des Normalbetriebs dient.
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Falls
das Öffnungs-/Schließ-Ventil entgegen dem obigen,
beispielhaften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung nicht vorgesehen
ist, wird ein Teil der aus der Pumpe während des Normalbetriebs
gepumpten Urea-Lösung nicht zu dem Beigabeventil gespeist,
sondern durch das Übertragungsrohr zum Tank rückgeführt.
In diesem Fall tritt eine Verschwendung in einer Pumpen-Treibkraft
auf. Gemäß dem in Anbetracht dieses Punktes gemachten,
vorbeschriebenen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird das Übertragungsrohr
mit dem Öffnungs-/Schließ-Ventil während
des Normalbetriebs verschlossen, wobei die vorbeschriebene Verschwendung
verhindert wird.
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Gemäß einem
dritten beispielhaften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
hat das Abgasreinigungssystem weiterhin ein an dem Übertragungsrohr
angeschlossenes Umgehungsrohr, um die Urea-Lösung so zu
leiten, dass die Urea-Lösung das Öffnungs-/Schließ-Ventil
umgeht, und einen Drosselabschnitt (z. B. eine Drosselblende), der
an dem Umgehungsrohr angeordnet ist, um die Durchflussmenge der
Urea-Lösung auf eine vorbestimmte Menge oder darunter zu
drosseln.
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Gemäß dem
vorbeschriebenen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird das Übertragungsrohr
während des Normalbetriebs mit dem Öffnungs-/Schließ-Ventil
verschlossen, jedoch wird die durch den Drosselabschnitt auf eine
vorbestimmte Menge oder darunter beschränkte Urea-Lösung
(geringe Menge an Urea-Lösung) durch das Übertragungsrohr
zum Tank rückgeführt. Folglich fließt
die geringe Menge an Urea-Lösung während des Normalbetriebs
ständig durch das Übertragungsrohr über.
Demgemäß kann ein in dem Ausspeiserohr hervorgerufenes
Druckpulsieren verhindert werden. Dadurch kann der Druck der Urea-Lösung
in dem Ausspeiserohr während des Normalbetriebs mit hoher
Genauigkeit gesteuert werden. Schließlich kann eine Beigabemenge
der Urea-Lösung aus dem Beigabeventil mit hoher Genauigkeit
gesteuert werden.
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Das
Druckpulsieren in dem Ausspeiserohr tritt insbesondere deutlich
auf, wenn als Pumpe eine Kolbenpumpe eingesetzt wird. Also wird
in einem solchen Fall von der Wirkung der Vermeidung des Druckpulsierens
durch den vorbeschriebenen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
besonders vorteilhaft Gebrauch gemacht.
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Gemäß einem
vierten beispielhaften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
führt die Steuerungseinrichtung in dem Abgasreinigungssystem
einen Ausspeisevorgang aus, um die Pumpe für einen vorbestimmten
Zeitraum den Normaldrehvorgang oder Normalhubvorgang in einem Zustand
ausführen zu lassen, bei dem eine Injektionsöffnung
des Beigabeventils geöffnet wird, nachdem der Rückführbetrieb
endet.
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Der
Dampf im Tank kann nicht dazu gebracht werden, während
des Rückführbetriebs in einen in Flussrichtung
nachgelagerten Bereich des Übertragungsrohrs (in 1 mit P2a bezeichnet) zu fließen, der
sich von einem Punkt an dem das Übertragungsrohr angeschlossenen
ist zu dem Beigabeventil und zu einem inneren Durchlassbereich des
Beigabeventils erstreckt. Demzufolge ist es schwierig, die restliche
Urea-Lösung in dem in Flussrichtung nachgelagerten Bereich
(P2a) des Ausspeiserohrs und dem inneren Durchlassbereich des Beigabeventils
nur durch die Ausführung des Rückführbetriebs
abzuführen. Insbesondere treten Probleme auf, wenn die restliche
Urea-Lösung in dem inneren Durchlassbereich des Beigabeventils
gefriert, wie zum Beispiels das Problem, dass Betätigungsteile
im inneren Durchlassbereich nicht bedient werden können.
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In
Anbetracht dieses Punktes, wird gemäß dem vorbeschriebenen
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung der Ausspeisebetrieb nach
dem Ende des Rückführbetriebs ausgeführt,
um die Pumpe den Normaldrehvorgang oder Normalhubvorgang für
eine vorbestimmte Zeit in einem Zustand ausführen zu lassen,
in dem die Injektionsöffnung des Beigabeventils geöffnet
ist. Daher kann die restliche Urea-Lösung in dem inneren
Durchlassbereich des Beigabeventils und in dem in Flussrichtung
nachgelagerten Bereich (P2a) durch den Dampf in dem Ausspeiserohr
herausgedrückt und aus der Injektionsöffnung ausgelassen
werden.
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Gemäß einem
fünften beispielhaften Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
sieht das Abgasreinigungssystem einen Zirkulationsweg des Dampfes
während des Rückführbetriebs vor. Der
Zirkulationsweg umfasst zumindest den Tank, das Übertragungsrohr,
das Beigabeventil und die Pumpe. Der Zirkulationsweg ist hermetisch
(luftdicht), um das Einfließen von Gas von außen
zu verhindern.
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Unter
konventionellen, gebräuchlichen Tanks gibt es einen Tank,
der ein Entlüftungsloch aufweist für die Vermeidung
eines Anstiegs eines inneren Dampfdrucks und zur Herabsetzung der
erforderlichen Druckbeständigkeit des Tanks. Wenn allerdings
das Entlüftungsloch bei dem System der vorliegenden Erfindung
ausgebildet ist, was den Dampf im Tank dazu bringt während
des Rückführbetriebs in das Ausspeiserohr zu fließen,
fließt während des Rückführbetriebs
durch das Entlüftungsloch trockene Außenluft in
den Zirkulationsweg. Folglich kann von den Wirkungen, wie beispielsweise
der Verringerung des Niederschlags des Urea-Bestandteils nicht voll Gebrauch
gemacht werden.
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In
Anbetracht dieses Punktes ist gemäß dem vorbeschriebenen
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung der Zirkulationsweg des
Dampfes während des Rückführbetriebs
in einem hermetischen Zustand, um das Einfließen von Gas
von außen zu vermeiden. Das vorbeschriebene Entlüftungsloch
ist nicht vorgesehen. Folglich kann das Einfließen von trockener
Außenluft in den Zirkulationsweg während des Rückführbetriebs
vermieden werden. Demzufolge kann von den Wirkungen, wie beispielsweise
der Verringerung des Niederschlags des Urea-Bestandteils voll Gebrauch
gemacht werden.
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Merkmale
und Vorteile werden, genauso wie Betriebsvorgänge und die
Funktion der jeweiligen Teile aus dem Studium der folgenden detaillierten
Beschreibung, den anhängenden Ansprüchen und den Zeichnungen
ersichtlich, die jeweils einen Teil dieser Anmeldung bilden. In
den Zeichnungen sind:
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1: ein Konfigurationsplan, der ein Abgasreinigungssystem
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, wobei Teil (a)
den Normalbetrieb und Teil (b) den Rückführbetrieb
verdeutlichen;
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2:
eine Schnittzeichnung, die ein Beigabeventil gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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3:
ein Ablaufdiagramm, das Steuerungsinhalte des Normalbetriebs gemäß der
dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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4:
ein Ablaufdiagramm, das Steuerungsinhalte des Rückführbetriebs
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
zeigt;
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5: ein Konfigurationsplan, der ein Abgasreinigungssystem
gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt, wobei Teil (a)
den Normalbetrieb und Teil (b) den Rückführbetrieb
verdeutlichen;
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6:
ein Konfigurationsplan, der ein Abgasreinigungssystem gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
schematisch darstellt;
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7:
ein Konfigurationsplan, der ein Abgasreinigungssystem gemäß einem
Abwandlungsbeispiel des zweiten Ausführungsbeispiels darstellt;
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8:
ein Konfigurationsplan, der ein Abgasreinigungssystem gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
schematisch darstellt; und
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9: ein Konfigurationsplan, der ein konventionelles
Abgasreinigungssystem darstellt.
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Nachstehend
werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden
Beschreibung der jeweiligen Ausführungsbeispiele wird für
identische oder äquivalente Teile in den Zeichnungen dasselbe
Kennzeichen verwendet.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Nachstehend
wird ein Abgasreinigungssystem gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme
auf die 1 bis 4 beschrieben.
Ein Abgasreinigungssystem gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel reinigt Abgas auf, das aus einer Brennkammer eines
im Fahrzeug angeordneten Diesel-Motors (Verbrennungsmotors) ausgespeist
wird und das durch eine Abgaspassage (10a) eines Abgasrohrs
(10) fließt.
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Eine
Katalysatoreinrichtung (11) zur Förderung einer
Reduktionsreaktion von NOx (Abgasreinigungsreaktion)
ist in dem Abgasrohr (10) angeordnet. Ein Beigabeventil
(20) zum Beigeben von Urea-Lösung (wässrige
Urea-Lösung) an das Abgas in der Abgaspassage (10a)
ist in dem Abgasrohr (10) der Katalysatoreinrichtung (11)
in Flussrichtung vorgelagert angeordnet.
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In
dem Abgasreinigungssystem mit der obigen Konstruktion wird Urea-Lösung
durch das Beigabeventil (20) in das Abgas beigegeben und
die Urea-Lösung wird zusammen mit dem Abgas zu der in Flussrichtung
nachgelagerten Katalysatoreinrichtung (11) unter Nutzung
des Fließens des Abgases (Abgasstrom) gespeist. Das Abgas
wird durch die auf dem Katalysator hervorgerufene Reaktion von NOx aufgereinigt. Der Ammoniak wird dem NOx im Abgas beigegeben, das selektiv an den
Katalysator angelagert wird. NOx wird auf
dem Katalysator durch die auf dem Ammoniak basierende Reduktionsreaktion
reduziert und aufgereinigt.
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In
dem Fahrzeug ist ein Tank (12) zum Speichern der Urea-Lösung
angebracht. Die in dem Tank (12) gespeicherte Urea-Lösung
wird durch eine Pumpeinheit (13) gesogen und zu dem Beigabeventil
(20) gepumpt und gespeist. Ein Saugrohr (P1) ist an einer Ansaugseite
der Pumpeinheit (13) angeschlossen und in dem Saugrohr
(P1) ist ein Filter (14) angeordnet. Ein Ausspeiserohr
(P2) zur Führung der ausgespeisten Urea-Lösung
zu dem Beigabeventil (20) ist an eine Ausspeiseseite der
Pumpeinheit (13) angeschlossen.
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Die
Pumpeinheit (13) hat eine Pumpe (13a) zum Ansaugen,
Pumpen und Ausspeisen der Urea-Lösung, einen elektrischen
Motor (13b) zum Antreiben der Pumpe (13a), und
einen Drucksensor (13c) zum Erfassen des Ausspeisedrucks
und dergleichen. Als die Pumpe (13a) des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird eine Kolbenpumpe genutzt. Eine ECU (15) (Steuerungseinrichtung)
führt eine elektronische Steuerung (z. B. Leistungssteuerung, duty
control) des Betriebs des elektrischen Motors (13b) aus.
Die ECU (15) führt eine Rückkopplungsregelung
auf Grundlage eines Messwerts des Drucksensors (13c) aus,
um den Druck der Urea-Lösung in dem Ausspeiserohr (P2)
an den gewünschten Druck anzugleichen.
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In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Übertragungsrohr
(P3) vorgesehen, das den Tank (12) und das Ausspeiserohr
(P2) verbindet. Das Übertragungrohr (P3) dient der Führung
des Dampfs (gasförmige Urea-Lösung) in dem Tank
(12) zu dem Ausspeiserohr (P2). Deshalb ist ein offenes
Ende des Übertragungsrohrs (P3) in einem oberen Bereich
einer Innenseite des Tanks (12) (nahe dem oberen Deckel
(12b) des Tanks (12)) angeordnet, sodass die flüssige
Urea-Lösung in dem Tank (12) nicht in das Übertragungsrohr
(12) eingebracht wird.
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Ein
in dem Übertragungsrohr (P3) vorgesehenes Rückschlagventil
(16) (Öffnungs-/Schließ-Ventil) hält
die Urea-Lösung, die aus der Pumpe (13a) ausgespeist
wird, davon ab, durch das Übertragungsrohr (P3) zum Tank
(12) zurückzulaufen. Das Rückschlagventil
(16) hat eine allgemein bekannte Konstruktion, wie nachfolgend
erklärt wird. Das Rückschlagventil (16)
hat ein Ventilelement (16a) und ein Vorspannelement (16b),
das das Ventilelement (16a) in einer Ventil-Verschlussrichtung vorspannt.
Das Rückschlagventil (16) hat eine solche mechanische
Struktur, dass das Rückschlagventil gegen eine Spannkraft
des Vorspannelements (16b) öffnet, wenn ein Differenzdruck über
dem Rückschlagventil (16) einen festgesetzten
Wert überschreitet.
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Elektroerhitzer
(17) (Heizeinrichtungen) zum Erhitzen der Urea-Lösung
sind in dem Saugrohr (P1), dem Ausspeiserohr (P2) und im Tank (12)
befestigt. Die ECU (15) steuert die Bestromung (Energiezufuhr)
der Elektroerhitzer (17). Insbesondere werden die Elektroerhitzer
(17) unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors
bestromt, wobei sie Wärme erzeugen. Folglich wird in Saugrohr
(P1), Ausspeiserohr (P2) und Tank (12) gefrorene Urea-Lösung
aufgetaut.
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Als
nächstes wird eine Konstruktion des Beigabeventils (20)
unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Das Beigabeventil
(20) hat ein Gehäuse (21). Ein Zuflusselement
(22) ist an einem Ende des Gehäuses (21)
befestigt. Das Ausspeiserohr (P2) ist an einen Speiseanschluss (22a)
angeschlossen, der in das Zuflusselement (22) eingeformt
ist. Die aus der Pumpe (13a) ausgespeiste und aus dem Speiseanschluss
(22a) gespeiste Urea-Lösung fließt durch
einen Filter (23) zu einer inneren Umfangsseite des Gehäuses
(21).
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Am
anderen Ende des Gehäuses (21) ist eine Düsenhalterung
(24) mit zylindrischer Form vorgesehen. Ein Düsenkörper
(25) mit zylindrischer Form ist in die Düsenhalterung
(24) eingepasst. Der Düsenkörper hat
eine konische innere Wandfläche, deren Innendurchmesser
zum spitzen Ende des Düsenkörpers (25)
abnimmt. Der Düsenkörper (25) hat einen
Ventilsitz-Abschnitt (25a) in der konischen inneren Wandfläche.
Mehrere Injektionsöffnungen (25b) zum Injizieren
der Urea-Lösung sind in eine Endfläche des Düsenkörpers
(25) eingeformt. Die an den Speiseanschluss (22a)
gespeiste Urea-Lösung fließt durch eine Innenseite
des Zuflusselements (22), eine Innenseite des Gehäuses
(21), eine Innenseite der Düsenhalterung (24)
und eine Innenseite des Düsenkörpers (25)
in dieser Reihenfolge und wird dann aus den Injektionsöffnungen
(25b) in die Abgaspassage (10a) injiziert.
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Eine
Nadel (26) (Ventilelement) ist in eine Einpasskammer, die
in das Gehäuse (21), die Düsenhalterung
(24) und den Düsenkörper (25)
eingeformt ist, eingepasst, sodass sich die Nadel (26)
in einer axialen Richtung hin und her bewegen kann. Ein Raum zwischen
einer äußeren Umfangsfläche der Nadel
(26) und einer inneren Umfangsfläche des Düsenkörpers
(25) fungiert als ringförmiger Durchlassbereich
(27), durch den die Urea-Lösung fließt.
Ein Dichtungsabschnitt (26a), der zur Berührung
des Ventilsitz-Abschnitts (25a) des Düsenkörpers
(25) imstande ist, ist in einem Endbereich der Nadel (26) eingeformt.
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Das
Beigabeventil (20) hat einen Antriebsabschnitt (40)
zum Antreiben der Nadel (26). Der Antriebsabschnitt hat
eine Spule (41), einen festen Magnetkern (42),
einen beweglichen Magnetkern (43) und dergleichen. Der
bewegliche Magnetkern (43) ist derart in dem Gehäuse
(21) angeordnet, dass jener bewegliche Magnetkern (43)
sich in einer axialen Richtung hin und her bewegen kann. Ein Endbereich der
Nadel (26) ist mit dem beweglichen Magnetkern (43)
durch Presspassung, Schweißung oder dergleichen verbunden.
Die Nadel (26) und der bewegliche Magnetkern (43)
bewegen sich einstückig in der axialen Richtung. Der bewegliche
Magnetkern (43) wird durch eine Spannkraft einer Feder
(48) in Richtung auf den Ventilsitz-Abschnitt (25a)
hin gedrückt.
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Die
ECU (15) steuert einen Bestromungszustand (Energiezufuhr-Zustand)
der Spule (41), um die Ausführung und Beendigung
der Injektion von Urea-Lösung aus den Injektionsöffnungen
(25b) zu steuern. Insbesondere werden der bewegliche Magnetkern
(43) und die Nadel (26) in Richtung des Ventilsitz-Abschnitts
(25a) gedrückt und der Dichtungsabschnitt (26a)
sitzt auf dem Ventilsitz-Abschnitt (25a), wenn die Spule
(41) unbestromt ist. Folglich wird der ringförmige
Durchlassbereich (27) verschlossen und die Urea-Lösung-Injektion
aus den Injektionsöffnungen (25b) wird abgebrochen.
Wenn die Spule (41) bestromt wird, wird der bewegliche
Magnetkern (43) durch den festen Magnetkern (42)
angezogen und die Nadel (26) trennt sich von dem Ventilsitz-Abschnitt
(25a). Folglich wird der ringförmige Durchlassbereich
(27) geöffnet und die Urea-Lösung wird
aus den Injektionsöffnungen (25b) injiziert.
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Ein
NOx-Sensor (11a) zur Messung einer NOx-Menge im Abgas ist der Katalysatoreinrichtung (11)
in Flussrichtung nachgelagert angeordnet. Die ECU (15)
steuert den Betrieb des Beigabeventils (20) auf der Grundlage
eines Messwerts des NOx-Sensors (11a),
um Überschuss und Mangel einer Beigabemenge der Urea-Lösung
aus dem Beigabeventil (20) zu vermeiden.
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Die
Pumpeinheit (13) ist dazu strukturiert, zwischen einem
Normalbetrieb zum Ausspeisen der Urea-Lösung zu dem Ausspeiserohr
(P2) und einem Rückführbetrieb zum Ausspeisen
der Urea-Lösung zu dem Saugrohr (P1) zu wechseln. Beziehungsweise
wird der zum Umschalten zwischen einem Normaldreh-Antrieb (Normaldrehvorgang)
und einem Rückdreh-Antrieb (Rückdrehvorgang) fähige
elektrische Motor (13b) genutzt. Die ECU (15)
steuert die Drehrichtung des elektrischen Motors (13b).
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Während
eines Betriebs des Verbrennungsmotors wird der Normalbetrieb ausgeführt,
um den elektrischen Motor (13b) den Normaldrehbetrieb ausführen
zu lassen, wobei die Urea-Lösung-Beigabe aus dem Beigabeventil
aktiviert wird. Im Normalbetrieb wird, wie durch verkettete Linien
in 1(a) gezeigt ist, die Urea-Lösung
im Tank (12) in die Pumpe (13a) gesogen und von
der Pumpe (13a) zum Ausspeiserohr (P2) ausgespeist. Danach
wird die Urea-Lösung zum Beigabeventil (20) gespeist.
Während des Normalbetriebs wird das Rückschlagventil (16)
in einen Sperrzustand gebracht. Folglich wird die aus der Pumpe
(13a) zum Ausspeiserohr (P2) ausgespeiste Urea-Lösung
nicht durch das Übertragungsrohr (P3) zum Tank (12)
rückgeführt.
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Unmittelbar
nachdem der Betrieb des Verbrennungsmotors beendet wird, wird der
Rückführbetrieb ausgeführt, um den elektrischen
Motor (13b) den Rückdrehvorgang ausführen
zu lassen, und ein Ventil-Verschlussvorgang der Injektionsöffnungen (25b)
des Beigabeventils (20) wird ausgeführt. Also wird
die Urea-Lösung im Ausspeiserohr (P2), wie durch verkettete
Linien in 1(b) gezeigt, in die Pumpe (13a)
gesogen und aus der Pumpe (13a) durch das Saugrohr (P1)
zum Tank (12) rückgeführt. Folglich können
Beschädigungen an verschiedenen Teilen verhindert werden,
die verursacht werden können, wenn die Urea-Lösung
gefriert und sich im Ausspeiserohr (P2), der Pumpe (13a)
und dem Saugrohr (P1) ausdehnt.
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Während
des Rückführbetriebs ist das Rückschlagventil
(16) aufgrund einer Sogkraft (z. B. Unterdruck) der Pumpe
(13a) in einen Ventil-Öffnungszustand gebracht.
Folglich wird der Dampf im Tank (12) durch das Übertragungsrohr
(P3) zum Ausspeiserohr (P2) gesogen und die im Ausspeiserohr (P2)
verbliebene flüssige Urea-Lösung wird durch die
Pumpe (P2) angesogen und zum Tank (12) rückgeführt.
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Das
bedeutet, dass ein Zirkulationsweg derart geformt wird, dass der
Dampf im Tank (12) durch das Übertragungsrohr
(P3), das Ausspeiserohr (P2), die Pumpe (13a) und das Saugrohr
(P1) fließt und während des Rückführbetriebs
zum Tank (12) rückgeführt wird. Der Zirkulationsweg
ist in einem hermetischen (luftdichten) Zustand, um das Einfließen
von Gas von außen zu verhindern. Beziehungsweise wird das
Einfließen von Abgasbestandteilen in der Abgaspassage (10a)
durch Verschließen der Injektionsöffnungen (25b)
des Beigabeventils (20) und folglich durch Bildung eines
hermetischen Zustands verhindert. Ein am Tank (12) vorgesehenes
Lüftungsventil (12a) führt einen Ventil-Verschlussvorgang
aus, um den hermetischen Zustand zu bilden und das Einfließen
von Außenluft in den Tank (12) zu verhindern.
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Während
des Normalbetriebs ist das Rückschlagventil (16)
in einen Verschlusszustand gebracht, und folglich wird der Zirkulationsweg
nicht gebildet. Demzufolge ist das Lüftungsventil (12a)
am Tank (12) vorgesehen, um die Innenseite des Tanks (12)
davor zu bewahren, einem Unterdruck aufgrund des Betriebs der Pumpe
(13a) ausgesetzt zu werden. Das Lüftungsventil
(12a) hat eine solche mechanische Struktur, dass das Lüftungsventil
(12a) einen Ventil-Öffnungsvorgang ausführt,
wenn der Druck im Tank (12) zu einem Unterdruck unterhalb
eines festgesetzten Wertes wird. Da der vorbeschriebene Zirkulationsweg
während des Rückführbetriebs gebildet wird,
wird der Druck im Tank (12) nicht zu einem Unterdruck unterhalb
des festgesetzten Wertes und folglich wird der Ventil-Verschlusszustand
des Lüftungsventils (12a) aufrechterhalten.
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Folgend
werden unter Bezugnahme auf die 3 und 4 Steuerungsinhalte
des Betriebs des Verbrennungsmotors erläutert. Die in 3 und 4 gezeigte
Verarbeitung wird wiederholt durch einen Microcomputer der ECU (15)
in einem vorbestimmten Zyklus ausgeführt.
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Zunächst
werden den Normalbetrieb betreffende Steuerungsinhalte unter Bezugnahme
auf 3 erklärt.
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In
(S10) (S bedeutet „Schritt”) wird zunächst festgestellt,
ob ein Anschaltvorgang des Verbrennungsmotors durch den Fahrer ausgeführt
worden ist. Falls der Anschaltvorgang ausgeführt worden
ist (S10: JA), wird die Bestromung (Energie-Zufuhr) der Elektroerhitzer
(17) im folgenden Schritt (S11) angeschaltet, wobei die
Innenseiten des Saugrohrs (P1), des Ausspeiserohrs (P2) und des
Tanks (12) erhitzt werden. Im folgenden Schritt (S12) wird
festgestellt, ob das Auftauen der Innenseiten der Rohre (P1, P2) und
des Tanks (12) abgeschlossen wurde. Es kann beispielsweise
festgestellt werden, dass das Auftauen abgeschlossen wurde, wenn
eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist, nachdem die Bestromung der Elektroerhitzer
(17) eingeschaltet wurde. Alternativ kann festgestellt
werden, dass das Auftauen abgeschlossen wurde, wenn der Messwert
des Drucksensors (13c) in dem Zustand, bei dem die Pumpe
(13a) in Betrieb ist, gleich dem vorbestimmten Wert oder höher
als dieser ist.
-
Falls
nicht festgestellt wird, dass das Auftauen abgeschlossen wurde (S12:
NEIN), kehrt die Verarbeitung zu Schritt (S10) zurück.
Falls festgestellt wurde, dass das Auftauen abgeschlossen worden
ist (S12: JA), schreitet die Verarbeitung zu Schritt (S13) fort,
in dem festgestellt wird, ob das Abgasreinigungssystem normal ist.
Es wird beispielsweise festgestellt, ob eine Abnormität,
wie beispielsweise eine Trennung oder ein Kurzschluss in einem elektrischen System
der Pumpeinheit (13), des Beigabeventils (20)
und der Elektroerhitzer (17) aufgetreten ist.
-
Falls
festgestellt wird, dass eine Abnormität im System besteht
(S13: NEIN), wird ein Diagnosesignal ausgegeben und eine Fail-safe-Verarbeitung wird
im folgenden Schritt (S14) ausgeführt. Beispielsweise wird
der Betriebszustand des Verbrennungsmotors eingeschränkt,
sodass die zur Katalysator-Einrichtung (11) fließende
NOx-Menge gleich oder kleiner einer vorbestimmten
Menge wird und das Auftreten der Abnormität an den Fahrer
gemeldet wird. Falls festgestellt wird, dass das System normal ist (S14:
JA), wird im folgenden Schritt (S15) der Druck im Ausspeiserohr
(P2), z. B. der Messwert des Drucksensors (13c), ermittelt.
-
Im
folgenden Schritt (S16), wird auf der Grundlage des ermittelten
Drucks im Ausspeiserohr (P2) ein Steuerbetrag der Pumpe (13a)
(Leistungsverhältnis (duty ratio) des elektrischen Motors
(13b)) berechnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird die Rückkopplungsregelung des elektrischen Motors (13b)
zur Korrektur des Leistungsverhältnisses auf Grundlage
einer Abweichung des Messwerts des Drucksensors (13c) vom
Solldruck ausgeführt. Im folgenden Schritt (S17) (Normalbetrieb-Steuerungsabschnitt)
wird der elektrische Motor (13b) angetrieben und gesteuert,
um den Normaldrehvorgang zu dem in Schritt (S16) berechneten Steuerbetrag
auszuführen.
-
Dann
wird in Schritt (S18) eine Anfragemenge an aus dem Beigabeventil
(20) beizugebender Urea-Lösung auf Basis des Messwerts
des NOx-Sensors (11a) berechnet.
Beziehungsweise wird die Anfrage-Beigabemenge korrigiert, um anzusteigen, wenn
die gemessene NOx-Menge ansteigt. Im folgenden
Schritt (S19) wird eine Bestromungszeit (Energiezufuhrzeit) der
Spule (41) des Beigabeventils (20) (bspw. Ventilöffnungszeit
der Injektionsöffnungen (25b)) auf Grundlage der
in Schritt (S18) berechneten Anfrage-Beigabemenge berechnet. Im
folgenden Schritt (S20) wird ein Steuersignal an die Spule (41)
des Beigabeventils (20) auf der Grundlage der in Schritt
(S19) berechneten Bestromungszeit ausgegeben. Falls im folgenden
Schritt (S21) festgestellt wird, dass der AN-Zustand des Zündschalters
beibehalten wurde (S21: JA), kehrt die Verarbeitung zu Schritt (S13)
zurück.
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Folgend
werden Steuerungsinhalte des Rückführbetriebs
unter Bezugnahme auf 4 erläutert.
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Zunächst
wird in Schritt (S30) festgestellt, ob ein Abschaltvorgang des Zündschalters
des Verbrennungsmotors durch den Fahrer ausgeführt wurde. Falls
der Abschaltvorgang ausgeführt worden ist (S30: JA), wird
ein Stop-Zeitzähler (stoppage timer) im folgenden Schritt (S31)
inkrementiert. Das bedeutet, in Schritt (S31) wird eine Zeit gemessen,
nachdem der Abschaltvorgang ausgeführt wurde (z. B. Zeit
nach Betriebsende des Verbrennungsmotors). Falls der Zündschalter
im AN-Zustand ist (S30: NEIN), wird der in Schritt (S31) genutzte
Zeitzähler (timer) in Schritt (S41) auf null zurückgesetzt.
-
Im
anschließenden Schritt (S32) wird aufgrund der in Schritt
(S31) ausgeführten Zeitmessung festgestellt, ob eine erste
vorbestimmte Zeit (T1), die zuvor gesetzt wurde, nach dem Betriebsende
des Verbrennungsmotors abgelaufen ist. Es erfordert eine gewisse
Zeit, um das Ausspeiserohr (P2), die Pumpe (13a) und das
Saugrohr (P1) mit Urea-Lösung nachzufüllen, nachdem
die Urea-Lösung aus dem Ausspeiserohr (P2), der Pumpe (13a)
und dem Saugrohr (P1) durch den Rückführbetrieb
ausgelassen wurde. Folglich kann zu diesem Zeitpunkt die Urea-Lösung
nicht sofort aus dem Beigabeventil (20) injiziert werden.
Schritt (S32) ist die unter Berücksichtigung dieses Punktes
ausgeführte Verarbeitung. Das bedeutet, Schritt (S32) ist
die Verarbeitung zur Kontrolle, dass der Fahrer den Verbrennungsmotor nicht
innerhalb einer kurzen Zeit erneut starten wird.
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Wenn
festgestellt wird, dass die vorbestimmte Zeit (T1) nicht abgelaufen
ist (S32: NEIN), kehrt die Verarbeitung zu Schritt (S30) zurück.
In diesem Fall wird der Zeitzähler durch die Verarbeitung
des folgenden Schritts (S31) inkrementiert. Wenn festgestellt wird,
dass die erste vorbestimmte Zeit (T1) abgelaufen ist (S32: JA),
wurde festgestellt, dass der Neustart nicht unmittelbar nach dem
Abstellen des Motors ausgeführt wurde. In diesem Fall wird
der vorerwähnte Rückführbetrieb im folgenden
Schritt (S33) (Rückführbetrieb-Steuerungsabschnitt)
gestartet. Das bedeutet, der Rückdrehvorgang der Pumpeinheit
(13) wird ausgeführt.
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Im
Normalbetrieb in Schritt (S17) von 3 wird der
Antrieb des elektrischen Motors (13b) (durch Rückkopplungsregelung)
gesteuert, um den Rohr-Innendruck an den Soll-Wert anzugleichen.
Im Rückführbetrieb in Schritt (S33) wird der Antrieb
des elektrischen Motors (13b) derart (durch Steuerung)
gesteuert, dass die Pumpe (13a) die maximale Ausspeisemenge
ausschöpft, um die Urea-Lösung in einer kurzen
Zeit auszuspeisen.
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Im
folgenden Schritt (S34) wird festgestellt, ob der AUS-Zustand des
Zündschalters fortgesetzt wird. Falls der Anschaltvorgang
während des Rückführbetriebs ausgeführt
wird (S34: NEIN), wird festgestellt, dass der Fahrer beabsichtigte,
den Motor erneut zu starten. In diesem Fall wird der Rückdrehvorgang
der Pumpe (13a) angehalten (S42). Falls der AUS-Zustand
fortgesetzt wird (S34: JA), wird im folgenden Schritt (S35) festgestellt,
ob der Rückdrehvorgang der Pumpe (13a) für
eine zweite vorbestimmte Zeit (T2), die vorher festgelegt wird,
fortgesetzt wurde. Die zweite vorbestimmte Zeit (T2) wird auf die
Zeitdauer festgelegt, die durch den Rückführbetrieb
zum Ausspeisen der in dem Ausspeiserohr (P2), der Pumpe (P2) und
dem Saugrohr (P1) verbleibenden Urea-Lösung benötigt
wird.
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Falls
der AUS-Zustand des Zündschalters fortgesetzt wird (S34:
JA) und die zweite vorbestimmte Zeit (T2) nicht abgelaufen ist (S35:
NEIN), wird der Rückführbetrieb fortgesetzt. Danach,
wenn festgestellt wurde, dass die zweite vorbestimmte Zeit (T2) abgelaufen
ist (S35: JA), wird der Normaldrehvorgang (Ausspeisebetrieb) der
Pumpe (13a) für eine dritte vorbestimmte Zeit
(T3) in einem Zustand ausgeführt, bei dem die Injektionsöffnungen
(25b) des Beigabeventils (20) im folgenden Schritt
(S36) (Ausspeisebetrieb-Steuerungsabschnitt) geöffnet werden.
Im folgenden Schritt (S37) wird die Spule (41) des Beigabeventils
(20) bestromt, um die Nadel (26) einen Ventil-Öffnungsvorgang
ausführen zu lassen.
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Ein
in Flussrichtung nachgelagerter Bereich (siehe P2a in 1) des Ausspeiserohrs (P2), der sich von
einem Anschluss-Punkt (Q in 1) an
das Verbindungsrohr (P3) zu dem Beigabeventil (20) und einer
Innenpassage des Beigabeventils (20) erstreckt (wie beispielsweise
einem Raum (Aufnahme-Zwischenraum) zwischen Ventilsitz-Abschnitt (25a)
und Dichtungsabschnitt (26a) und ringförmigem
Durchlassbereich (27)), wird nicht von dem Zirkulationsweg
umfasst, der während des Rückführbetriebs
gebildet wird. Folglich ist es unmöglich, den Dampf im
Tank (12) dazu zu bringen, während des Rückführbetriebs
in den in Flussrichtung nachgelagerten Bereich (P2a) und die Beigabeventil-Innenpassage
zu fließen. Demzufolge kann die restliche Urea-Lösung
in dem in Flussrichtung nachgelagerten Bereich (P2a) und in der
Beigabeventil-Innenpassage nicht nur durch Ausführung des
Rückführbetriebs ausgespeist werden. Speziell
können die Injektionsöffnungen (25b)
nicht geöffnet und die Urea- Lösung nicht beigegeben
werden, falls zwischen dem Ventilsitz-Abschnitt (25a) und
dem Dichtungsabschnitt (26a) auch nur geringfügiges
Einfrieren auftritt.
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Der
Ausspeisebetrieb in Schritt (S36) wird unter Berücksichtigung
dieses Punktes ausgeführt. Das bedeutet, unmittelbar nachdem
der Rückführbetrieb abschließt, wird
der Normaldrehvorgang der Pumpe (13a) für die
vorbestimmte Zeit in dem Zustand ausgeführt, bei dem die
Injektionsöffnungen (25b) des Beigabeventils (20)
geöffnet werden. Folglich kann die restliche Urea-Lösung
in der Beigabeventil-Innenpassage und dem in Flussrichtung nachgelagerten
Bereich (P2a) durch den Dampf im Ausspeiserohr (P2) herausgedrückt
und aus den Injektionsöffnungen (25b) abgelassen
werden.
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Während
des Rückführbetriebs wird das Rückschlagventil
(16) in den verschlossenen Zustand gebracht. Um die Urea-Lösung
in einer kurzen Zeit auszuspeisen, wird der Antrieb des elektrischen Motors
(13b) im Ausspeisebetreib (durch Steuerung) derart gesteuert,
dass die Pumpe (13a) die maximale Ausspeisemenge ausschöpft.
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Wenn
der Ausspeisebetrieb ausgeführt wird, besteht Besorgnis,
dass die Urea-Lösung im Tank (12) in das Saugrohr
(P1) läuft und die Pumpe (13a) erreicht, so die
Urea-Lösung innerhalb der Pumpe (13a) gefriert
und die Pumpe (13a) beim nächsten Motorstart nicht
funktioniert. Es besteht auch Besorgnis, dass es eine lange Zeit
in Anspruch nimmt, die in der Pumpe (13a) gefrorene Urea-Lösung
mit dem Elektroheizer (17) aufzutauen.
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Demzufolge
wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Saugrohr
(P1) so ausgelegt, dass es länger ist, als die Weglänge
des in Flussrichtung nachgelagerten Bereichs (P2a) und der Beigabeventil-Innenpassage.
Mit einer solchen Konstruktion kann verhindert werden, dass die
Urea-Lösung die Pumpe (13a) erreicht, wenn die
dritte vorbestimmte Zeit (T3) abläuft und der Ausspeisebetrieb abschließt.
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Im
folgenden Schritt (S38) wird festgestellt, ob der AUS-Zustand des
Zündschalters fortgesetzt wurde. Falls der Einschaltvorgang
während des Ausspeisebetriebs ausgeführt wurde
(S38: NEIN), wird festgestellt, dass der Fahrer beabsichtigte, den
Motor erneut zu starten. In diesem Fall wird der Normaldrehvorgang
(Ausspeisebetrieb) der Pumpe (13a) beendet und die Bestromung
des Beigabeventils wird beendet, um die Injektionsöffnungen
(25b) zu schließen (S43).
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Falls
der AUS-Zustand fortgesetzt wird (S38: JA), wird im folgenden Schritt
(S39) festgestellt, ob der Ausspeisebetrieb der Pumpe (13a)
für die dritte vorbestimmte Zeit (T3) fortgesetzt wurde,
die zuvor bestimmt wird. Die dritte vorbestimmte Zeit (T3) wird auf
die Zeit festgesetzt, die während des Ausspeisebetriebs
zum Ausspeisen der restlichen Urea-Lösung in der Beigabeventil-Innenpassage
und dem in Flussrichtung nachgelagerten Bereich (P2a) notwendig
ist.
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Falls
der AUS-Zustand des Zündschalters fortgesetzt ist (S38:
JA) und die dritte vorbestimmte Zeit (T3) nicht abgelaufen ist (S39:
NEIN), wird der Ausspeisebetrieb fortgesetzt. Danach, wenn festgestellt
wurde, dass die dritte vorbestimmte Zeit (T3) abgelaufen ist (S39:
JA), wird der Normaldrehvorgang (Ausspeisebetrieb) der Pumpe (13a)
beendet und die Bestromung des Beigabeventils (20) wird
beendet, um die Injektionsöffnungen (25b) im folgenden Schritt
(S40) zu schließen.
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Also
wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der Dampf im Tank (12) dazu gebracht, während
des Rückführbetriebs in das Ausspeiserohr (P2)
zu fließen. Auf diese Weise kann der Rückführbetrieb
so realisiert werden, dass die Innenseite des Ausspeiserohrs (P2)
keinem Unterdruck ausgesetzt wird, während das Einfließen
von Abgas und Außenluft verhindert wird. Da der Dampf im
Tank (12) bei Sättigungsdampfdruck vorliegt, ist
der Dampfdruck im Tank (12) höher als der Dampfdruck
der Außenluft. Demzufolge kann ein Verdunsten des Wasseranteils
in der Urea-Lösung vermindert werden und der Niederschlag
des Urea-Anteils innerhalb des Ausspeiserohrs (P2), der Pumpe (13a)
und dem Saugrohr (P1) kann unterdrückt werden. Folglich
kann der Niederschlag des Urea-Anteils unterdrückt werden, während
das Einfließen von Abgasbestandteilen zur Innenseite des
Rohrs vermieden wird, wenn der Rückführbetrieb
zum Rückführen der restlichen Urea-Lösung
zum Tank (12) ausgeführt wird.
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Das Übertragungsrohr
(P3) wird während des Normalbetriebs mit dem Rückschlagventil
(16) verschlossen. Folglich kann eine Verschwendung der Pumpentreibkraft
vermieden werden, die hervorgerufen werden kann, wenn ein Teil der
von der Pumpe (13a) gepumpten Urea-Lösung nicht
zum Beigabeventil (20) gespeist, sondern durch das Übertragungsrohr
(P3) zum Tank rückgeführt wird.
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Unmittelbar
nachdem der Rückführbetrieb endet, wird der Normaldrehvorgang
(Ausspeisebetrieb) der Pumpe (13a) für die dritte
vorbestimmte Zeit in dem Zustand ausgeführt, bei dem die
Injektionsöffnungen (25b) geöffnet werden.
Folglich kann die restliche Urea-Lösung in dem inneren
Beigabeventil-Durchlassbereich und dem in Flussrichtung nachgelagerten
Bereich (P2a) herausgedrückt und aus den Injektionsöffnungen
(25b) abgelassen werden.
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Der
während des Rückführbetriebs gebildete Zirkulationsweg
ist in dem hermetischen Zustand, da das Lüftungsventil
(12a) schließt und die Injektionsöffnungen
(25b) geschlossen werden. Demzufolge kann das Einfließen
von trockener Außenluft in den Zirkulationsweg während
des Rückführbetriebs vermieden werden. Dementsprechend
kann von den Wirkungen, wie beispielsweise der Verringerung des Niederschlags
des Urea-Anteils voll Gebrauch gemacht werden.
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Der
Zirkulationsweg wird während des Rückführbetriebs
gebildet. Folglich können im Vergleich zu dem Fall, wo,
wie in 9(a) gezeigt, das Ansaugen aus
den Injektionsöffnungen (25b) ausgeführt wird,
der Druckabfall verringert und die Ausspeisemenge der Pumpe (13a)
erhöht werden. Demzufolge kann der Rückführbetrieb
in einer kurzen Zeit abgeschlossen werden und der Energieverbrauch
für den Pumpentrieb kann reduziert werden.
-
(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Als
nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erläutert. In dem in 5 gezeigten, vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist ein Umgehungsrohr (P4) zum Weiterführen der Urea-Lösung
durch Umgehung des Rückschlagventils (16) an das Übertragungsrohr
(P3) angeschlossen. An dem Umgehungsrohr (P4) ist eine Drosselblende
(18) (Drossel) als Drosselabschnitt befestigt, um eine
Durchflussmenge der Urea-Lösung auf eine vorbestimmte Menge
oder darunter zu begrenzen. Die sonstige Konstruktion außer
dem Umgehungsrohr (P4) und der Drosselblende (18) ist die
gleiche wie bei dem vorbeschriebenen ersten Ausführungsbeispiel,
das in 1 gezeigt ist. Auch die Steuerungsinhalte
des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die gleichen
wie die in 3 und 4 gezeigten.
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Da
das Umgehungsrohr (P4) in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
vorgesehen ist, fließt die aus der Pumpe (13a)
ausgespeiste Urea-Lösung während des Normalbetriebs
wie durch verkettete Linien in 5(a) dargestellt.
Das bedeutet, ein großer Anteil aus der aus der Pumpe (13a)
ausgespeisten Urea-Lösung wird an das Beigabeventil (20)
gefördert und eine kleine Menge der Urea-Lösung
läuft durch das Umgehungsrohr (P4) zum Tank (12)
zurück. Also fließt ein Teil der aus der Pumpe
(13a) ausgespeisten Urea-Lösung ständig
durch das Übertragungsrohr (P4) über.
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Ein Öffnungsgrad
der Drosselblende (18) ist geringer gesetzt als ein Öffnungsgrad
des Rückschlagventils (16) im Ventil-Öffnungszustand
im Rückführbetrieb. Der Öffnungsgrad
der Drosselblende (18) ist geringer gesetzt als ein Öffnungsgrad
zwischen dem Ventilsitz-Abschnitt (25a) und dem Dichtungsabschnitt
(26a) oder dem Öffnungsgrad der Injektionsöffnungen
(25b) im Ventil-Öffnungszustand im Normalbetrieb.
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Während
des Rückführbetriebs wird das Rückschlagventil
durch die Saugkraft (Unterdruck) der Pumpe (13a) in den
Ventil-Öffnungszustand gebracht. Demzufolge, wie durch
verkettete Linien in 5 dargestellt,
wird der Dampf im Tank (12) durch das Übertragungsrohr
(P3) zum Ausspeiserohr (P2) gesaugt und die im Ausspeiserohr (P2)
verbleibende, flüssige Urea-Lösung wird durch
die Pumpe (13a) angesaugt und in den Tank (12)
zurückgeführt. Das bedeutet, während
des Rückführbetriebs wird ein Zirkulationsweg
derart gebildet, dass der Dampf im Tank (12) durch das Übertragungsrohr
(P3), das Ausspeiserohr (P2) die Pumpe (13a) und das Saugrohr
(P1) in dieser Reihenfolge fließt und zum Tank (12)
zurückgeführt wird.
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Da
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kolbenpumpe
als Pumpe (13a) genutzt wird, tritt während des
Normalbetriebs eine Druckpulsation im Ausspeiserohr (P2) auf. Wenn
die Druckpulsation groß ist, variiert die Injektionsmenge
aus den Injektionsöffnungen (25b) sogar, wenn
die Ventilöffnungszeit des Beigabeventils (20)
dieselbe ist, und dadurch wird eine genaue Steuerung der Beigabemenge
behindert. Folglich verringert sich die Steuerbarkeit wenn die Rückkopplungs-Regelung
des Antriebs des elektrischen Motors (13b) ausgeführt
wird.
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Im
Hinblick auf diesen Punkt fließt gemäß dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel ständig ein Teil
der aus der Pumpe (13a) ausgespeisten Urea-Lösung
während des Normalbetriebs aus dem Übertragungsrohr
(P3) über. Demgemäß kann die Druckpulsation
der Urea-Lösung gehemmt werden, die in dem Ausspeiserohr
(P2), der Innenpassage des Beigabeventils (20) und dergleichen
hervorgerufen wird. Folglich kann die Beigabemenge an Urea-Lösung
aus dem Beigabeventil (20) mit hoher Genauigkeit gesteuert
werden.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
-
Als
nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem oben beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel wird das Rückschlagventil
(16) als das an dem Übertragungsrohr (P3) vorgesehene Öffnungs-/Schließ-Ventil
benutzt. In dem in 6 gezeigten, dritten Ausführungsbeispiel
wird anstelle des Rückschlagventils (16) ein elektromagnetisches
Ventil (160) benutzt. Das elektromagnetische Ventil (160) wird
durch die ECU (15) so gesteuert, dass das elektromagnetische
Ventil (160) während des Normalbetriebs und des
Ausspeisebetriebs schließt und sodass das elektromagnetische
Ventil (160) während des Rückführbetriebs öffnet.
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Die
sonstige Konstruktion ist dieselbe wie bei dem vorbeschriebenen,
in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel.
Auch Steuerungsinhalte des vorliegenden Ausführungsbeispiels
sind die gleichen wie jene in 3 und 4 gezeigten.
Auch mit dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann von
Wirkungen Gebrauch gemacht werden, die jenen des ersten Ausführungsbeispiels ähnlich
sind.
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Das
Umgehungsrohr (P4) und die Drosselblende (18) gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel können mit dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel kombiniert werden, um eine in 7 gezeigte
Konstruktion als modifiziertes Beispiel des vorliegenden Ausführungsbeispiels
vorzusehen.
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(Viertes Ausführungsbeispiel)
-
Als
nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beschrieben. In dem vierten Ausführungsbeispiel
wird die vorliegende Erfindung auf ein Abgasreinigungssystem angewendet,
das, wie in 8 gezeigt, eine Kühlungseinrichtung
(19) zum Kühlen des Beigabeventils (20) hat.
Die in 8 dargestellte Kühlungseinrichtung (19)
hat eine Einlassöffnung (19a) zum Einführen
eines Motorkühlmittels zu einer Innenseite und eine Auslassöffnung
(19b). Die Kühlungseinrichtung (19) ist
dazu strukturiert, das Beigabeventil (20) durch Ausführung
eines Wärmeaustauschs zwischen dem über die Einlassöffnung
(19a) eingeführten Motorkühlmittel und
dem Beigabeventil (20) zu kühlen.
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Das
elektromagentische Ventil (160) (Öffnungs-/Schließ-Ventil)
ist in der Kühleinrichtung (19) vorgesehen. Folglich
wird die Montierbarkeit des Öffnungs-/Schließ-Ventils
verbessert. Das Rückschlagventil kann als Öffnungs-Schließ-Ventil
des vorliegenden Ausführungsbeispiels benutzt werden. Das Umgehungsrohr
(P4) und die Drosselblende (18) gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel können mit dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel kombiniert werden. In diesem Fall kann
die Drosselblende (18) in der Kühlungseinrichtung
(19) vorgesehen sein, um die Montierbarkeit der Drosselblende
(18) zu verbessern.
-
(Andere Ausführungsbeispiele)
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sonder kann wie beispielsweise folgend modifiziert und
implementiert werden. Weitere charakteristische Konstruktionen der
jeweiligen Ausführungsbeispiele können beliebig
kombiniert werden.
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Bei
den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist die vorliegende
Erfindung auf einen in-line Typus angewandt, bei dem die Pumpeinheit
(13) außerhalb des Tanks (12) angeordnet
ist. Alternativ kann die vorliegende Erfindung bei einem im-Tank
Typus angewandt werden, bei dem die Pumpeinheit innerhalb des Tanks
(12) angeordnet ist.
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In
den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wird Leistungssteuerung
(duty control) des elektrischen Motors (13b) ausgeführt.
Alternativ kann eine AN-AUS Steuerung ausgeführt werden,
wie unten dargestellt. Das bedeutet, die Bestromung des elektrischen
Motors (13b) wird ausgeschaltet, wenn der Messwert des
Drucksensors (13c) (momentaner Druck) um zumindest einen
vorbestimmten Betrag höher wird als der Solldruck. Die
Bestromung des elektrischen Motors wird angeschaltet, wenn der momentane
Druck um zumindest einen vorbestimmten Betrag geringer wird als
der Solldruck.
-
In
den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine Kolbenpumpe
als die Pumpe (13a) benutzt. Alternativ kann eine andere
Pumpe, wie beispielsweise eine Flügelradpumpe benutzt werden.
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In
der Pumpeinheit (13) der vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele
wird der elektrische Motor (13b) als Antriebsquelle für
die Pumpe (13a) benutzt. Die Antriebsquelle ist nicht auf
einen elektrischen Motor (13b) beschränkt. Alternativ
kann die Pumpe (13a) zum Beispiel mit einer Triebkraft
des Verbrennungsmotors angetrieben werden.
-
In
einer nicht dargestellten Variante kann die Pumpeinheit (13)
eine andere Kinematik aufweisen und zum Beispiel statt Drehungen
lineare Hubbewegungen ausführen. Der Antrieb der Pumpeinheit kann
variieren und zum Beispiel als fluidischer Antrieb (Zylinder o.
dgl.) ausgebildet sein, wobei die Umschaltung zwischen Förder-
oder Hubrichtungen über Ventile erfolgt. Maßgeblich
ist, dass die Pumpeinheit einen Förderhub für
die Urea-Lösung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung
ausführen kann.
-
Die
vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
beschränkt werden, sondern sie kann auf viele andere Arten
implementiert werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen,
wie er in den Ansprüchen definiert ist.
-
- P1
- Saugrohr
- P2
- Ausspeiserohr
- P2a
- In
Flussrichtung nachgelagerter Bereich
- P3
- Übertragungsrohr
- P4
- Umgehungsrohr
- 10
- Abgasrohr
- 10a
- Abgaspassage
- 11
- Katalysatoreinrichtung
- 11a
- NOx Sensor
- 12
- Tank
- 12a
- Lüftungsventil
- 12b
- Oberer
Deckel
- 13
- Pumpeinheit
- 13a
- Pumpe
- 13b
- Elektrischer
Motor
- 13c
- Drucksensor
- 14
- Filter
- 15
- ECU
(Steuerungseinrichtung)
- 16
- Rückschlagventil
- 16a
- Ventilelement
- 16b
- Vorspannelement
- 160
- Elektromagnetisches
Ventil
- 17
- Elektroerhitzer
(Heizeinrichtung)
- 18
- Drosselblende
(Drossel)
- 19
- Kühlungseinrichtung
- 19a
- Einlassöffnung
- 19b
- Auslassöffnung
- 20
- Beigabeventil
- 21
- Gehäuse
- 22
- Zuflusselement
- 22a
- Speiseanschluss
- 23
- Filter
- 24
- Düsenhalterung
- 25
- Düsenkörper
- 25a
- Ventilsitz-Abschnitt
- 25b
- Injektionsöffnung
- 26
- Nadel
(Ventilelement)
- 26a
- Dichtungsabschnitt
- 27
- Ringförmiger
Durchlassbereich
- 40
- Antriebsabschnitt
- 41
- Spule
- 42
- Fester
Magnetkern
- 43
- Beweglicher
Magnetkern
- 48
- Feder
- 50
- Außenluft-Einleitungsventil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2006/051017 [0006]
- - JP 2008519932 [0006]