DE102012109939B4

DE102012109939B4 - Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102012109939B4
Application number: DE102012109939.1A
Authority: DE
Inventors: Hirohiko Ota
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-11-14
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2015-04-02
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: FR2982639B1; JP2013104346A; JP5787083B2; FR2982639A1; DE102012109939A1

Abstract

Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend: einen Oxidationskatalysator (31), der in einer Abgasleitung angeordnet ist; einen Stickoxid-Reinigungskatalysator (41), der stromab des Oxidationskatalysators (31) angeordnet ist und Stickoxide durch die Zufuhr eines Reduktionsmittels reinigt; einen Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus (200), der das Reduktionsmittel in die Abgasleitung einspeist; einen Kraftstoffzufuhrmechanismus (5), der Motorkraftstoff in einen Abschnitt der Abgasleitung einspeist, wobei der Abschnitt stromauf des Oxidationskatalysators (31) angeordnet ist; einen Stickoxidsensor (130), der eine Stickoxidkonzentration im Abgas erfasst, bevor das Stickoxid im Abgas durch den Stickoxid-Reinigungskatalysator (41) gereinigt wird; und eine Steuervorrichtung (80), welche die Zufuhr des Reduktionsmittels basierend auf der durch den Stickoxidsensor (130) erfassten Stickoxidkonzentration steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (80) verursacht, dass der Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus (200) das Reduktionsmittel zuführt, nachdem die Zufuhr von Kraftstoff vom Kraftstoffzufuhrmechanismus (5) beendet wurde, wobei die Steuervorrichtung (80) verursacht, dass der Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus (200) das Reduktionsmittel zuführt, wenn eine Zeitspanne, die für den Abschluss einer Reduktionsreaktion des Stickoxids im Oxidationskatalysator (31) notwendig ist, verstrichen ist, nachdem die Zufuhr von Kraftstoff vom Kraftstoffzufuhrmechanismus (5) beendet wurde.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es ist beispielsweise eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, die aufweist: einen Oxidationskatalysator, der in einer Abgasleitung angeordnet ist, einen NOx (Stickoxid) Reinigungskatalysator, der stromab des Oxidationskatalysators angeordnet ist, und NOx durch die Zugabe eines Reduktionsmittels reinigt bzw. aufbereitet, einen Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus, der das Reduktionsmittel in die Abgasleitung einspeist, und einen Kraftstoffzufuhrmechanismus, der Motorkraftstoff in einen Abschnitt der Abgasleitung stromauf des Oxidationskatalysators einspeist (siehe beispielsweise die japanische Offenlegungsschrift JP 2008-255905 A ).
Bei dieser Abgassteuerungsvorrichtung wird eine wässrige Urea- bzw. Harnstofflösung vom Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus in die Abgasleitung eingespritzt. Die eingespritzte wässrige Harnstofflösung wird durch die Wärme des Abgases in Ammoniak hydrolisiert. Dann wird der Ammoniak dem NOx-Reinigungskatalysator als Reduktionsmittel zugeführt.
Zudem wird, wenn der durch den Kraftstoffzufuhrmechanismus eingespeiste Kraftstoff durch den Oxidationskatalysator oxidiert wird, die Temperatur des Abgases erhöht, um die Katalysatoren schnell aktivieren zu können.
Um NOx im Abgas effektiv zu reinigen ist es bevorzugt, die NOx-Konzentration im Abgas mit einem NOx-Sensor zu erfassen, bevor das NOx durch den NOx-Reinigungskatalysator gereinigt wird, um die Zufuhrmenge des Reduktionsmittels basierend auf der erfassten NOx-Konzentration einzustellen. Die NOx-Konzentration ist die Summe der Konzentration von NO (Stickstoff-Monoxid) und der Konzentration von NO₂ (Stickstoff-Dioxid), und der Anteil der NO-Konzentration in der NOx-Konzentration wird nachfolgend als „NO-Anteil” bezeichnet (NO-Anteil = NO-Konzentration/(NO-Konzentration + NO₂-Konzentration)).
Wenn Kraftstoff zugeführt wird, kommt es zu einer Reduktionsreaktion des NOx (beispielsweise einer Reduktionsreaktion des NO₂) im Oxidationskatalysator. Die Menge des NO₂ nimmt daher ab, während die Menge des NO zunimmt. Wenn daher Kraftstoff eingespeist wird, steigt der NO-Anteil im Vergleich zu dem Fall, wo kein Kraftstoff eingespeist wird, an, selbst wenn die NOx-Konzentration gleich bleibt.
Wenn der NO-Anteil auf diese Weise verändert wird, kann die NOx-Konzentration nicht akkurat erfasst werden, da der Ausgabewert des NOx-Sensors variiert, selbst wenn die NOx-Konzentration gleich ist. Wenn die NOx-Konzentration nicht genau erfasst werden kann, kann die Zugabemenge an Reduktionsmittel nicht in geeigneter Weise basierend auf der NOx-Konzentration gesteuert werden, was zu einer Abnahme der NOx-Wandlungseffizienz bzw. NOx-Umwandlungseffizienz führt.
Aus der DE 10 2008 049 099 A1 ist zudem ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine bekannt, in deren Abgasstrang ein oxidationskatalytisch wirksames Abgasreinigungsbauteil stromauf eines SCR-Katalysators angeordnet ist, wobei ein Stickstoffdioxid-Gehalt im Abgas beeinflusst wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei Überschreiten eines vorgebbaren Stickstoffdioxid-Schwellenwerts im Abgas der Stickstoffdioxid-Gehalt vermindert wird, indem ein Kohlenwasserstoffanteil im Abgas stromauf des oxidationskatalytisch wirksamen Abgasreinigungsbauteils erhöht wird.
Die EP 2 143 900 A1 offenbart schließlich eine gattungsgemäße Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Abgassteuerungsvorrichtung zu schaffen, die eine Abnahme der NOx-Wandlungseffizienz in einem Verbrennungsmotor unterdrücken kann, bei welchem Kraftstoff und ein Reduktionsmittel eingespeist werden.
Die in dieser Beschreibung genutzten Begriffe „stromauf bzw. stromaufwärts” und „stromab bzw. stromabwärts” werden basierend auf der Strömungsrichtung des Abgases im Abgassystem bestimmt.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist auf eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 gerichtet, die aufweist: einen Oxidationskatalysator, der in einer Abgasleitung angeordnet ist; einen Stickoxid-Reinigungskatalysator, der stromab des Oxidationskatalysators angeordnet ist und Stickoxide durch die Zufuhr eines Reduktionsmittels reinigt; einen Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus, der das Reduktionsmittel in die Abgasleitung einspeist; einen Kraftstoffzufuhrmechanismus, der Motorkraftstoff in einen Abschnitt der Abgasleitung einspeist, wobei der Abschnitt stromauf des Oxidationskatalysators angeordnet ist; einen Stickoxidsensor, der eine Stickoxidkonzentration im Abgas erfasst, bevor das Stickoxid im Abgas durch den Stickoxid-Reinigungskatalysator gereinigt wird; und eine Steuervorrichtung, welche die Zufuhr des Reduktionsmittels basierend auf der durch den Stickoxidsensor erfassten Stickoxidkonzentration steuert. Die Steuervorrichtung verursacht, dass der Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus das Reduktionsmittel zuführt, nachdem die Zufuhr von Kraftstoff vom Kraftstoffzufuhrmechanismus beendet wurde. Die Steuervorrichtung verursacht, dass der Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus das Reduktionsmittel zuführt, wenn eine Zeitspanne, die für den Abschluss einer Reduktionsreaktion des Stickoxids im Oxidationskatalysator notwendig ist, verstrichen ist, nachdem die Zufuhr von Kraftstoff vom Kraftstoffzufuhrmechanismus beendet wurde.
Bei diesem Aufbau wird das Reduktionsmittel nach Beendigung der Zufuhr von Kraftstoff eingespeist, in anderen Worten: wenn keine Reduktionsreaktion von NO₂ im Oxidationskatalysator aufgrund der Zufuhr von Kraftstoff auftritt, und der NOx-Sensor kann daher die Konzentration von Stickoxiden (NOx) mit hoher Genauigkeit erfassen. Somit ist es möglich, die Zugabemenge bzw. Zufuhrmenge des Reduktionsmittels basierend auf dem Erfassungswert vom NOx-Sensor in geeigneter Weise zu steuern. Daher ist es möglich, eine Abnahme der NOx-Wandlungseffizienz bzw. NOx-Umwandlungseffizienz in dem Verbrennungsmotor zu unterdrücken, bei dem Kraftstoff und das Reduktionsmittel zugeführt werden.
Die Reduktionsreaktion von NOx im Oxidationskatalysator ist nicht unmittelbar nach Beendigung der Zufuhr von Kraftstoff abgeschlossen, das bedeutet, die Reduktionsreaktion hält für eine gewisse Zeitspanne nach der Beendigung der Zufuhr von Kraftstoff an. Daher wird, bei der vorstehenden Abgassteuerungsvorrichtung, das Reduktionsmittel vom Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus eingespeist, wenn eine Zeitspanne, die nötig ist, dass die Reduktionsreaktion des NOx im Oxidationskatalysator abgeschlossen wird, nach Beendigung der Zufuhr des Kraftstoffs vom Kraftstoffzufuhrmechanismus verstrichen ist. Hierdurch kann der NOx-Sensor die erste NOx-Konzentration mit hoher Genauigkeit erfassen, Es ist dadurch möglich, noch besser eine Abnahme der NOx-Wandlungseffizienz zu unterdrücken.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann der Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus ein Zuführventil haben, und die Steuervorrichtung kann verursachen, dass das Zuführventil intermittierend das Reduktionsmittel zuführt, und die Zufuhr des Reduktionsmittels unterbricht, während Kraftstoff zugeführt wird. Die Steuervorrichtung kann eine Zufuhrzeitdauer während des intermittierenden Zuführens des Reduktionsmittels basierend auf der Anzahl der Unterbrechungen der Zufuhr des Reduktionsmittels ändern.
NOx wird fortwährend erzeugt, während der Verbrennungsmotor läuft. Daher ist es vorzuziehen, dass das Reduktionsmittel, das nötig ist, um das NOx zu reinigen, so lange wie möglich zugeführt wird, während der Verbrennungsmotor bzw. Motor läuft. Dagegen ist es vorzuziehen, die Zufuhr des Reduktionsmittels zu unterbrechen, während Kraftstoff zugeführt wird, da der Kraftstoff in die Abgasleitung als Oxidationsmittel eingespeist wird. Wenn die Zufuhr des Reduktionsmittels jedoch auf diese Weise unterbrochen wird, kann die Menge des Reduktionsmittels zu gering sein, um NOx zu reinigen, was zu einer Abnahme der NOx-Wandlungseffizienz führen kann.
Daher wird, bei der vorstehend beschriebenen Abgassteuerungsvorrichtung, das Reduktionsmittel intermittierend zugeführt, und die Zufuhr des Reduktionsmittels wird unterbrochen, während Kraftstoff eingespeist wird. Überdies wird die Zufuhrdauer während der intermittierenden Zugabe bzw. Zufuhr des Reduktionsmittels basierend auf der Anzahl der Male verändert, die die Zufuhr des Reduktionsmittels unterbrochen wurde. Die Menge des der Abgasleitung zugeführten Reduktionsmittels kann somit abhängig vom Grad des Mangels des Reduktionsmittels eingestellt werden. Es ist somit möglich, eine Abnahme der NOx-Wandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zufuhr des Reduktionsmittels zu unterdrücken.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann die Steuervorrichtung die Zufuhrzeitdauer mit einem Anstieg der Anzahl der Unterbrechungen der Zufuhr des Reduktionsmittels erhöhen. Hierdurch wird, je größer die Zahl der Unterbrechungen der Zugabe des Reduktionsmittels wird, also je größer der Grad des Mangels des Reduktionsmittels wird, die Menge des der Abgasleitung zugeführten Reduktionsmittels erhöht. Dadurch ist es möglich, eine Abnahme der NOx-Wandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zufuhr des Reduktionsmittels in geeigneter Weise zu unterdrücken. Überdies steigt die Zeitspanne, in der das Zuführventil offen ist, an, wenn die Zufuhrzeitdauer, während der das Reduktionsmittel zugegeben wird, ansteigt. Daher sinkt die Zahl der Vorgänge, in denen das Zuführventil geöffnet und geschlossen wird, um die benötigte Menge des Reduktionsmittels in der vorgegebenen Zeitspanne intermittierend zuzuführen. Dies erhöht die Haltbarkeit des Zuführventils.
Bei dem vorstehend beschriebenen Aspekt kann die Steuervorrichtung eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittels korrigieren, um die Zufuhrmenge zu erhöhen, wenn die Steuervorrichtung die Zufuhrzeitdauer basierend auf der Anzahl der Unterbrechungen der Zufuhr des Reduktionsmittels ändert.
Hierdurch wird die ungenügende Zugabe bzw. Zufuhr des Reduktionsmittels durch Korrektur der Zufuhrmenge des Reduktionsmittels derart, dass die Zufuhrmenge erhöht wird, kompensiert. Dadurch ist es möglich, noch besser eine Abnahme der NOx-Wandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zufuhr des Reduktionsmittels zu unterdrücken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung wird nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in welcher gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile kennzeichnen; hierbei zeigt:
1 eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors, bei welchem eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anwendung findet, sowie dessen Aufbau;
2 ein Flußschaubild, das den Ablauf eines Verfahrens zum Unterbrechen der Zufuhr einer wässrigen Harnstofflösung zeigt, das bei der ersten Ausführungsform angewandt wird;
3 ein Zeitschaubild, das die Art und Weise zeigt, in welcher die wässrige Harnstofflösung gemäß der ersten Ausführungsform zugeführt wird;
4 ein Flußschaubild, das den Ablauf eines Verfahrens zum Ändern des Zufuhrintervalls zeigt, das bei einer zweiten Ausführungsform angewandt wird;
5 einen Graph, der eine Beziehung zwischen der Anzahl der Unterbrechungen der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung und dem Zufuhrintervall bei der zweiten Ausführungsform zeigt;
6A ein Zeitschaubild, das die Art und Weise zeigt, in welcher die wässrige Harnstofflösung gemäß der zweiten Ausführungsform zugeführt wird, wenn das Zufuhrintervall kurz ist; und
6B ein Zeitschaubild, das die Art und Weise zeigt, in welcher die wässrige Harnstofflösung gemäß der zweiten Ausführungsform zugeführt wird, wenn das Zufuhrintervall lang ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform) Eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung, die einen Dieselmotor (nachfolgend einfach als „Motor” bezeichnet), bei welchem die Abgassteuerungsvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, und dessen Aufbau zeigt. Ein Motor 1 umfasst eine Mehrzahl von Zylindern #1 bis #4. Eine Mehrzahl von Kraftstoff-Einspritzventilen 4a bis 4d ist an einem Zylinderkopf 2 angebracht. Die Kraftstoff-Einspritzventile 4a bis 4d spritzen jeweils Kraftstoff in die Brennkammer der Zylinder #1 bis #4 ein. Der Zylinderkopf 2 umfasst Ansauganschlüsse, durch welche Frischluft in die Zylinder #1 bis #4 eingebracht wird, sowie Auslassanschlüsse 6a bis 6d, durch welche Brenngas aus den Zylindern #1 bis #4 ausgegeben wird.
Die Kraftstoff-Einspritzventile 4a bis 4d sind mit einer Commonrail 9 verbunden, in welcher unter hohem Druck stehender Kraftstoff gesammelt ist. Die Commonrail 9 ist mit einer Zuführpumpe 10 verbunden. Die Zuführpumpe 10 saugt Kraftstoff aus einem Kraftstofftank und speist den unter hohem Druck stehenden Kraftstoff in die Commonrail 9 ein. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff, der in die Commonrail 9 eingespeist wurde, wird durch die Kraftstoff-Einspritzventile 4a bis 4d in die Zylinder eingespritzt, wenn die Kraftstoff-Einspritzventile 4a bis 4d geöffnet werden.
Ein Ansaugkrümmer 7 ist mit den Ansauganschlüssen verbunden. Der Ansaugkrümmer 7 ist mit einer Ansaugleitung 3 verbunden. Eine Einlass-Drosselklappe 16, welche die Menge der Ansaugluft einstellt, ist in der Ansaugleitung 3 ausgebildet.
Ein Abgaskrümmer 8 ist mit den Auslassanschlüssen 6a bis 6d verbunden. Der Abgaskrümmer 8 ist mit einer Abgasleitung 26 verbunden. Ein Turbolader 11, der den Abgasdruck nutzt, um die Ansaugluft in die Zylinder aufzuladen, ist in der Abgasleitung 26 ausgebildet. Ein Zwischenkühler 18 ist in einem Abschnitt der Ansaugleitung 3, zwischen dem ansaugseitigen Kompressor des Turboladers 11 und der Einlass-Drosselklappe 16, ausgebildet. Der Zwischenkühler 18 reduziert die Temperatur der Ansaugluft, die in Folge der Aufladung durch den Turbolader 11 erhöht wurde.
Ein erstes Reinigungselement 30, welches das Abgas reinigt, ist stromab der abgasseitigen Turbine des Turbolader 11 in der Abgasleitung 26 angeordnet. Im ersten Reinigungselement 30 sind ein Oxidationskatalysator 31 und ein Filter 32 bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases in Reihe angeordnet.
Ein Katalysator, der HC (Kohlenwasserstoffe) im Abgas oxidiert, wird vom Oxidationskatalysator 31 getragen. Der Filter 32 ist ein Bauteil, das PM (Feinstaub bzw. Partikel) im Abgas fängt. Der Filter 32 umfasst eine poröse Keramik. Ein Katalysator, der die Oxidation der PM unterstützt, wird vom Filter 32 getragen, und die PM im Abgas werden gefangen, wenn das Abgas durch die poröse Wand des Filters 32 strömt.
Ein Kraftstoff-Zuführventil 5, das Kraftstoff als Zusatzmittel in den Oxidationskatalysator 31 und den Filter 32 einspeist, ist in der Nähe des Sammelabschnitts des Abgaskrümmers 8 angeordnet. Das Kraftstoff-Zuführventil 5 ist mit der Zuführpumpe 10 über eine Kraftstoff-Zufuhrleitung 27 verbunden. Die Einbauposition des Kraftstoff-Zuführventils 5 kann in geeigneter Weise verändert werden, solange das Kraftstoff-Zuführventil 5 stromauf des ersten Reinigungselements 30 im Abgassystem angeordnet ist.
Wenn die Menge der PM, die durch den Filter 32 gefangen wurde (die nachfolgend als „PM-Ablagerungsmenge PMsm” bezeichnet wird) einen vorgegebenen Wert übersteigt, wird ein Regenerations- bzw. Erholungsprozess für den Filter 32 gestartet, und Kraftstoff wird vom Kraftstoff-Zuführventil 5 in den Abgaskrümmer 8 eingespritzt. Der vom Kraftstoff-Zuführventil 5 eingespritzte Kraftstoff wird verbrannt, wenn er den Oxidationskatalysator 31 erreicht, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen. Wenn anschließend das Abgas, dessen Temperatur am Oxidationskatalysator 31 erhöht wurde, in den Filter 32 strömt, steigt die Temperatur des Filters 32, wodurch die PM, welche sich am Filter 32 abgelagert haben, oxidiert werden, um den Filter 32 zu regenerieren. Wenn die PM-Ablagerungsmenge PMsm dann auf einen vorgegebenen Erholungsendwert PMe oder darunter abnimmt, wird die Kraftstoffeinspritzung vom Kraftstoff-Zuführventil 5 gestoppt, um den Erholungsprozess zu beenden.
Ein zweites Reinigungselement 40, welches das Abgas reinigt, ist stromab vom ersten Reinigungselement 30 in der Abgasleitung 26 angeordnet. Ein selektiver NOx-Reduktions-Katalysator (der nachfolgend als „SCR-Katalysator” bezeichnet wird) 41, der NOx im Abgas unter Verwendung eines Reduktionsmittels reinigt (reduziert), ist im zweiten Reinigungselement 40 als NOx-Reinigungskatalysator angeordnet. Der Begriff „NOx wird gereinigt” bedeutet, dass zumindest ein Teil der Stickoxide im Abgas aus dem Abgas entfernt wird, bedeutet jedoch nicht unbedingt, dass das gesamte Stickoxid im Abgas aus dem Abgas entfernt wird.
Darüber hinaus ist ein drittes Reinigungselement 50, welches das Abgas reinigt, stromab vom zweiten Reinigungselement 40 in der Abgasleitung 26 angeordnet. Ein Ammoniak-Oxidationskatalysator 51, der Ammoniak im Abgas reinigt (oxidiert und zersetzt), ist im dritten Reinigungselement 50 angeordnet.
In dem Motor 1 ist ein Zufuhrmechanismus 200 für eine wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus vorgesehen, der dem SCR-Katalysator 41 ein Reduktionsmittel zuführt. Der Zufuhrmechanismus 200 für die wässrige Harnstofflösung umfasst einen Tank 210, der die wässrige Harnstofflösung speichert, ein Harnstoff-Zuführventil 230, welches die wässrige Harnstofflösung direkt in die Abgasleitung 26 eingespritzt, eine Zufuhrleitung 240, welche das Harnstoff-Zuführventil 230 und den Tank 210 verbindet, sowie eine Pumpe 220, die in der Zufuhrleitung 240 angeordnet ist.
Das Harnstoff-Zuführventil 230 ist in einem Abschnitt der Abgasleitung 26 zwischen dem ersten Reinigungselement 30 und dem zweiten Reinigungselement 40 angeordnet. Das Harnstoff-Zuführventil 230 hat einen Einspritzport, der in Richtung zum SCR-Katalysator 41 gerichtet ist. Wenn das Harnstoff-Einspritzventil 230 geöffnet wird, wird die wässrige Harnstofflösung direkt durch die Zufuhrleitung 240 in die Abgasleitung 26 eingespritzt.
Die Pumpe 220 ist eine elektrisch betriebene Pumpe, welche die wässrige Harnstofflösung vom Tank 210 zum Harnstoff-Zuführventil 230 liefert, wenn sie in eine positive Richtung gedreht wird, und die wässrige Harnstofflösung vom Harnstoff-Zuführventil 230 zum Tank 210 liefert, wenn sie in eine umgekehrte Richtung gedreht wird. In anderen Worten: wenn die Pumpe 220 rückwärts lauft, wird die wässrige Harnstofflösung von dem Harnstoff-Zuführventil 230 und der Zufuhrleitung 240 zum Tank 210 zurückgeführt.
Eine Zerstäuber- bzw. Verteilerplatte 60 ist in einem Abschnitt der Abgasleitung 26 zwischen dem Harnstoff-Zuführventil 230 und dem SCR-Katalysator 41 angeordnet. Die Verteilerplatte 60 dispergiert bzw. zerstreut oder verteilt die wässrige Harnstofflösung, die vom Harnstoff-Zuführventil 230 an einer Stelle stromauf des SCR-Katalysators 41 eingespritzt wurde, um die Zerstäubung der wässrigen Harnstofflösung zu unterstützen.
Die vom Harnstoff-Zuführventil 230 eingespritzte wässrige Harnstofflösung wird durch die Wärme des Abgases in Ammoniak hydrolisiert. Der Ammoniak wird dann dem SCR-Katalysator 41 als Reduktionsmittel für das NOx zugeführt. Der Ammoniak, der dem SCR-Katalysator 41 zugeführt wurde, wird in dem SCR-Katalysator 41 gespeichert und zur NOx-Reduktion verwendet. Ein Teil des Ammoniak, der als Ergebnis der Hydrolyse erzeugt wurde, wird direkt zur NOx-Reduktion verwendet, bevor er im SCR-Katalysator 41 gespeichert wird.
Der Motor 1 hat ferner ein Abgasrückführsystem (nachfolgend als „EGR-System” bezeichnet). Das EGR-System ist ein System, welches einen Teil des Abgases in die Ansaugluft einbringt, um die Verbrennungstemperatur in den Zylindern zu senken, um die Menge an erzeugtem NOx zu verringern. Das EGR-System umfasst eine EGR-Leitung 13, welche die Ansaugleitung 3 mit dem Abgaskrümmer 8 verbindet, ein EGR-Ventil 15, das in der EGR-Leitung 13 angeordnet ist, sowie einen EGR-Kühler 14. Die Abgasmenge, die von der Abgasleitung 26 zurückgeführt und in die Ansaugleitung 3 eingebracht wird, in anderen Worten: die EGR-Menge, wird durch Einstellen des Öffnungsgrades des EGR-Ventils 15 angepasst. Der EGR-Kühler 14 verringert die Temperatur des Abgases, das durch die EGR-Leitung 13 strömt.
Der Motor 1 ist mit verschiedenen Sensoren ausgebildet, die den Motorbetriebszustand erfassen können. Beispielsweise erfasst ein Luftströmungsmesser 19 eine Ansaugluftmenge GA in der Ansaugleitung 3. Ein Drosselklappenöffnungssensor 20 erfasst die Öffnung der Einlass-Drosselklappe 16. Ein Motordrehzahlsensor 21 erfasst die Drehzahl der Kurbelwelle, in anderen Worten: eine Motordrehzahl NE. Ein Gaspedalsensor 22 erfasst einen Niederdrückbetrag eines Gaspedals, in anderen Worten: einen Gaspedalbetätigungsbetrag ACCP. Ein Außenlufttemperatursensor 23 erfasst eine Außenlufttemperatur THout. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 24 erfasst die Geschwindigkeit SPD des Fahrzeugs, das den Motor 1 aufweist. Ein Zündschalter 25 erfasst eine Betätigung zum Starten oder Stoppen des Motors 1, die durch den Fahrer des Fahrzeugs ausgeführt wird.
Ein erster Abgastemperatursensor 100, der stromauf des Oxidationskatalysators 31 angeordnet ist, erfasst eine erste Abgastemperatur TH1, die eine Abgastemperatur darstellt, bevor das Abgas in den Oxidationskatalysator 31 strömt. Ein Differenzialdrucksensor 110 erfasst einen Differenzialdruck ΔP, der die Differenz zwischen dem Abgasdruck stromauf des Filters 32 und dem Abgasdruck nach bzw. stromab dem/des Filter(s) 32 darstellt. Ein zweiter Abgastemperatursensor 120 und ein erster NOx-Sensor 130 sind stromauf des Harnstoff-Zuführventils 230 in einem Abschnitt der Abgasleitung 26 zwischen dem ersten Reinigungselement 30 und dem zweiten Reinigungselement 40 angeordnet. Der zweite Abgastemperatursensor 120 erfasst eine zweite Abgastemperatur TH2, die eine Abgastemperatur darstellt, bevor das Abgas in den SCR-Katalysator 41 strömt. Der erste NOx-Sensor 130 erfasst eine erste NOx-Konzentration N1, die eine NOx-Konzentration des Abgases darstellt, bevor das NOx im Abgas durch den SCR-Katalysator 41 gereinigt wird. Ein zweiter NOx-Sensor 140 ist stromab des dritten Reinigungselements 50 in der Abgasleitung 26 angeordnet. Der zweite NOx-Sensor 140 erfasst eine zweite NOx-Konzentration N2, die eine NOx-Konzentration des Abgases darstellt, nachdem das NOx im Abgas durch den SCR-Katalysator 41 gereinigt wurde.
Die Ausgaben dieser Sensoren und dergleichen werden in eine Steuervorrichtung 80 eingegeben. Die Steuervorrichtung 80 umfasst hauptsächlich einen Mikrocomputer, der einen Rechenkern (CPU), einen Festspeicher (ROM), in welchem verschiedene Programme und Kennfelder vorab gespeichert wurden, und einen Arbeitsspeicher (RAM) aufweist, in welchem die Berechnungsergebnisse der CPU zeitweilig gespeichert werden, sowie einen Zeitgeber, ein Inputinterface sowie ein Outputinterface und dergleichen.
Die Steuervorrichtung 80 führt verschiedene Steuervorgänge hinsichtlich der Steuerung des Motors 1 durch, beispielsweise die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge und des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts der Kraftstoff-Einspritzventile 4a bis 4d und des Kraftstoff-Zuführventils 5, die Steuerung des Auslassdrucks der Zuführpumpe 10, die Steuerung der Stellgröße eines Aktuators 17, der die Einlass-Drosselklappe 16 öffnet und schließt, und die Steuerung des Öffnungsgrades des EGR-Ventils 15. Die Steuervorrichtung 80 führt auch verschiedene Steuerprozesse hinsichtlich der Abgasreinigung aus, beispielsweise den Regenerationsprozess bzw. Erholungsvorgang zum Freibrennen der PM, die durch den Filter 32 gefangen wurden.
Darüber hinaus steuert die Steuervorrichtung 80 die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung durch das Harnstoff-Zuführventil 230 als einen der Steuerprozesse hinsichtlich der Abgasreinigung. Bei dieser Zufuhrsteuerung wird eine Zufuhrmenge bzw. Zugabemenge NT für die wässrige Harnstofflösung, die gerade groß genug ist, um das vom Motor 1 ausgegebene NOx zu reduzieren, basierend auf dem Motorbetriebszustand und dergleichen berechnet. Die Zufuhrmenge für die wässrige Harnstofflösung, die gerade groß genug ist, um das NOx zu reduzieren, wird nachfolgend als „Äquivalenzverhältnis 1” bezeichnet. Dann wird der Öffnungszustand des Harnstoff-Zuführventils 230 gesteuert, so dass die Zufuhrmenge NT der wässrigen Harnstofflösung, die dem berechneten Äquivalenzverhältnis 1 entspricht, vom Harnstoff-Zuführventil 230 eingespritzt werden kann.
Genauer gesagt wird das Harnstoff-Zuführventil 230 wiederholt geöffnet und geschlossen, so dass die wässrige Harnstofflösung intermittierend in die Abgasleitung 26 eingespeist bzw. eingebracht werden kann. Wenn die wässrige Harnstofflösung intermittierend zugeführt wird, wird eine Zufuhrmenge NT für die wässrige Harnstofflösung, die in einer vorgegebenen Zeitspanne ST zugeführt werden muss, basierend auf der ersten NOx-Konzentration N1, der Motordrehzahl NE, der Ansaugluftmenge GA und der zweiten Abgastemperatur TH2 berechnet. Dann wird die Anzahl N der Einspritzungen in der vorgegebenen Zeitspanne ST durch Dividieren der vorgegebenen Zeitspanne ST durch ein geeignet eingestelltes Zufuhrintervall INT, in welchem die wässrige Harnstofflösung während der intermittierenden Zuführung zugegeben wird, (ST/INT) berechnet. Dann wird eine Einheit der Zugabemenge NTA der wässrigen Harnstofflösung, welche die Zufuhrmenge bzw. Zugabemenge der wässrigen Harnstofflösung pro Zuführzeitpunkt darstellt, durch Dividieren der Zufuhrmenge NT für die wässrige Harnstofflösung durch die Anzahl N der Einspritzungen berechnet (NT/N). Dann wird eine Zufuhrdauer T für das Harnstoff-Zuführventil 230 derart eingestellt, dass die Zugabemenge NTA der wässrigen Harnstofflösung zugegeben werden kann. Dann wird die wässrige Harnstofflösung intermittierend durch Öffnen des Harnstoff-Zuführventils 230 in jedem Zufuhrintervall INT zugegeben, genauer gesagt durch Öffnen des Harnstoff-Einspritzventils S230 für eine Zeitdauer, die gleich der Zufuhrdauer T ist, in jedem Zufuhrintervall INT. Es sei angemerkt, dass die intermittierende Zugabe der wässrigen Harnstofflösung fortgesetzt wird, während der Motor in Betrieb ist, und beendet wird, wenn der Motor stoppt.
Wie vorstehend beschrieben ist, tritt, wenn Kraftstoff vom Kraftstoff-Zuführventil 5 zugegeben wird, einer Reduktionsreaktion des NOx im Oxidationskatalysator 31 auf. Genauer gesagt tritt eine Reduktionsreaktion von NO₂ auf, und der NO-Anteil in der NOx-Konzentration steigt entsprechend. Wenn der NO-Anteil auf diese Weise verändert wird, kann die erste NOx-Konzentration N1 nicht genau erfasst werden, da der Ausgabewert des ersten NOx-Sensors 130 variiert, selbst wenn die NOx-Konzentration gleich bleibt. Dies macht es schwierig, die Zufuhrmenge NT für die wässrige Harnstofflösung geeignet basierend auf der ersten NOx-Konzentration N1 einzustellen, was zu einer Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz führen kann.
Daher führt die Steuervorrichtung 80 einen in 2 gezeigten Vorgang in Intervallen mit einer vorgegebenen Zeitspanne aus, um die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung zu unterbrechen, um die Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz zu unterdrücken. Dieser Prozess wird ausgeführt, wenn die wässrige Harnstofflösung zugegeben wird.
Wenn dieser Prozess gestartet wird, wird zunächst bestimmt, ob eine Bedingung zum Zugeben von Kraftstoff erfüllt ist (S100). In S100 wird eine positive Feststellung getroffen, wenn beispielsweise eine Bedingung zum Ausführen eines Erholungsvorgangs bzw. Regenerationsprozesses für den Filter 32 erfüllt ist, eine Bedingung zum Ausführen einer Verstopfungs-Verhinderungs-Einspritzung zum Vermeiden, dass das Kraftstoff-Zuführventil 5 verstopft wird, erfüllt ist, oder eine Bedingung zum Ausführen eines Temperaturerhöhungsprozesses, zum Erhöhen der Temperatur des Abgases, zum schnellen Aufwärmen des SCR-Katalysators 41, und dergleichen erfüllt ist.
Wenn die Bedingung zum Zugeben von Kraftstoff nicht erfüllt ist (S100: NEIN) wird der augenblickliche Prozess beendet. Wenn die Bedingung zum Zugeben von Kraftstoff erfüllt ist (S100: JA), wird die Zugabe bzw. Zuführung der wässrigen Harnstofflösung beendet (S110) und die Zugabe von Kraftstoff wird gestartet (S120).
Anschließend wird bestimmt, ob eine Bedingung zum Beenden der Zugabe von Kraftstoff erfüllt ist (S130). In S130 wird eine positive Feststellung getroffen, wenn beispielsweise der Regenerationsprozess, die Verstopfungs-Verhinderungs-Einspritzung oder der Temperaturerhöhungsprozess abgeschlossen wurden. Wenn eine Bedingung zum Beenden der Zugabe von Kraftstoff nicht erfüllt ist (S130: NEIN), wird die Abfrage in S130 wiederholt ausgeführt, bis die Bedingung erfüllt ist.
Wenn die Bedingung zum Beenden der Zufuhr von Kraftstoff erfüllt ist (S130: JA) wird die Zufuhr von Kraftstoff beendet (S140). Dann wird eine Messung der verstrichenen Zeit K gestartet (S150). Die verstrichene Zeit K ist ein Wert, der die Zeitspanne anzeigt, die seit Beenden der Zugabe von Kraftstoff in S140 verstrichen ist.
Anschließend wird bestimmt, ob die Bedingung zum Zugeben der wässrigen Harnstofflösung erfüllt ist (S160). In S160 wird eine positive Feststellung getroffen, wenn der SCR-Katalysator 41 eine Temperatur hat, die notwendig ist, um NOx zu reinigen.
Wenn die Bedingung zum Zuführen der wässrigen Harnstofflösung nicht erfüllt ist (S160: NEIN), wird die Feststellung bzw. Abfrage in S160 wiederholt ausgeführt, bis die Bedingung erfüllt ist. Wenn die Bedingung zum Zuführen der wässrigen Harnstofflösung erfüllt ist (S160: JA), wird bestimmt, ob die verstrichene Zeit K gleich oder größer als eine Bestimmungszeit A ist (S170). Die Bestimmungszeit A ist ein Wert, der experimentell oder dergleichen eingestellt wurde. Die Bestimmungszeit A wurde derart eingestellt, dass sie gleich der Spanne vom Zeitpunkt der Beendigung der Zufuhr von Kraftstoff bis zum Zeitpunkt des Abschlusses der Reduktionsreaktion des NOx im Oxidationskatalysator 31 ist.
Wenn die verstrichene Zeit K kürzer als die Bestimmungszeit A ist (S170: NEIN), wird die Feststellung bzw. Abfrage in S170 wiederholt ausgeführt. Wenn die verstrichene Zeit K gleich oder größer als die Bestimmungszeit A ist (S170: JA), wird die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung, die in Schritt S110 beendet wurde, wieder aufgenommen (S180) und der augenblickliche Prozess wird beendet.
Die vorteilhaften Effekte dieser Ausführungsform werden nachstehend beschrieben. Die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung, die notwendig ist, um NOx zu reinigen, wird fortgeführt, während der Motor 1 in Betrieb ist, da kontinuierlich NOx erzeugt wird, während der Motor 1 in Betrieb ist.
Dagegen ist es vorzuziehen, die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung, die als Reduktionsmittel dient, zu unterbrechen, während Kraftstoff zugeführt wird, da der Kraftstoff als Oxidationsmittel in die Abgasleitung 26 eingebracht wird. Daher wird, wie in 3 gezeigt, die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung beendet, wenn die Zufuhr von Kraftstoff zu einem Zeitpunkt t1 gestartet wird. Dann wird, zu einem Zeitpunkt t2, die Zufuhr von Kraftstoff beendet und die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung (zu einem Zeitpunkt t3), nach Beendigung der Zufuhr des Kraftstoffs, wieder aufgenommen.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird die wässrige Harnstofflösung zugegeben, nachdem die Zugabe von Kraftstoff beendet ist, in anderen Worten: wenn die Reduktionsreaktion des NO₂ im Oxidationskatalysator 31 aufgrund der Zugabe des Kraftstoffs nicht auftritt und daher der erste NOx-Sensor 130 die erste NOx-Konzentration N1 mit hoher Genauigkeit erfassen kann. Dadurch ist es möglich, in geeigneter Weise die Zugabemenge bzw. Zufuhrmenge der wässrigen Harnstofflösung basierend auf dem Erfassungswert des ersten NOx-Sensors 130 zu steuern. Als Ergebnis ist es möglich, die Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz aufgrund der Abnahme der Erfassungsgenauigkeit des ersten NOx-Sensors 130 im Motor 1 zu unterdrücken, in welchem Kraftstoff und die wässrige Harnstofflösung zugegeben werden.
Die Reduktionsreaktion des NOx im Oxidationskatalysator 31 ist nicht unmittelbar nach Abschluss der Zugabe des Kraftstoffs abgeschlossen, das heißt, die Reduktionsreaktion hält für eine gewisse Zeitspanne nach Beendigung der Zugabe des Kraftstoffs an. Deshalb wird, bei dieser Ausführungsform, die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung (zum Zeitpunkt t3) wieder aufgenommen, wenn die Bestimmungszeit A nach Beendigung der Zufuhr des Kraftstoffs zum Zeitpunkt t2 verstrichen ist, in anderen Worten: wenn eine Zeitspanne, die notwendig ist, dass die Reduktionsreaktion des NOx im Oxidationskatalysator 31 abgeschlossen ist, nach Beendigung der Zufuhr des Kraftstoffs verstrichen ist. Hierdurch kann der erste NOx-Sensor 130 die erste NOx-Konzentration N1 mit hoher Genauigkeit erfassen. Somit ist es möglich, geeignet eine Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz zu unterdrücken.
Wie vorstehend beschrieben ist, zeigt die vorliegende Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Effekte. (1) Die Zugabemenge NT der wässrigen Harnstofflösung wird basierend auf der durch den ersten NOx Sensor 130 erfassten ersten NOx-Konzentration N1 eingestellt. Zudem wird die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung wieder aufgenommen, nachdem die Zugabe des Kraftstoffs in die Abgasleitung 26 beendet ist. Dadurch ist es möglich, geeignet die Zugabemenge der wässrigen Harnstofflösung basierend auf einem Erfassungswert vom ersten NOx Sensor 130 zu steuern. Das macht es möglich, eine Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz im Motor 1 zu unterdrücken, in welchem Kraftstoff und die wässrige Harnstofflösung zugegeben werden.

(2) Die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung wird wieder aufgenommen, wenn die Bestimmungszeit A seit Beendigung der Zufuhr von Kraftstoff verstrichen ist, in anderen Worten: wenn eine Zeitspanne, die notwendig ist, um die Reduktionsreaktion des NOx im Oxidationskatalysator 31 abzuschließen, seit Beendigung der Zugabe des Kraftstoffs verstrichen ist. Dies macht es möglich, dass der erste NOx-Sensor 130 die erste NOx-Konzentration N1 mit hoher Genauigkeit erfasst. Hierdurch ist es möglich, eine Abnahme der NOx-Wandlungseffizienz noch besser zu unterdrücken.

(Zweite Ausführungsform) Eine Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 bis 6A und 6B beschrieben.
Bei der ersten Ausführungsform wird die Zugabe bzw. Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung unterbrochen, während Kraftstoff zugeführt wird. Wenn jedoch die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung auf diese Weise unterbrochen wird, kann die Menge der wässrigen Harnstofflösung ungenügend sein, um NOx zu reinigen, was zu einer Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz führt. Daher wird, bei dieser Ausführungsform, auch ein Prozess zum Ändern des Zugabeintervalls bzw. Zufuhrintervalls INT ausgeführt, um eine Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu unterdrücken. Dies ist der einzige Unterschied zur ersten Ausführungsform. Aus diesem Grund wird nachfolgend diese Ausführungsform mit Schwerpunkt auf den Prozess zum Ändern des Zufuhrintervalls INT beschrieben.
Der Prozess zum Ändern des Zufuhrintervalls INT wird auch wiederholt durch die Steuervorrichtung 80 in Intervallen mit vorgegebener Zeitdauer ausgeführt. Wenn dieser Prozess gestartet wird, wird bestimmt, ob die Anzahl C der Unterbrechungen der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung gleich oder größer als ein Bestimmungswert B ist (d. h. ob die Anzahl C der Unterbrechungen der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung gleich oder größer als der Bestimmungswert B ist) (S200). Die Anzahl C der Unterbrechungen zeigt an, wie oft der Prozess in Schritt S110 in 2 ausgeführt wurde, in anderen Worten: der Schritt zum Beenden der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung ausgeführt wurde.
Wenn die Anzahl C der Unterbrechungen kleiner als der Bestimmungswert B ist (S200: NEIN) wird bestimmt, dass die Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung in einem zulässigen Bereich liegt, und der augenblickliche Prozess wird beendet. Auf diese Weise wird, wenn die Anzahl C der Unterbrechungen kleiner als der Bestimmungswert B ist, das Zufuhrintervall INT nicht verändert sondern auf einen vorgegebenen konstanten Wert eingestellt, der in geeigneter Weise eingestellt wurde.
Wenn dagegen die Anzahl C der Unterbrechungen gleich oder größer als der Bestimmungswert B ist (S200: JA), wird ein Schritt S210 und ein nachfolgender Schritt ausgeführt, da befürchtet wird, dass die NOx-Umwandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung abnimmt. In Schritt S210 wird das Zufuhrintervall INT basierend auf der Anzahl C der Unterbrechungen geändert. Wenn das Zufuhrintervall INT geändert wird, wird das Zufuhrintervall INT umso größer bzw. länger eingestellt, je größer die Anzahl C der Unterbrechungen wird, wie in 5 gezeigt.
In Schritt S220 wird dann die Zufuhrmenge der wässrigen Harnstofflösung derart korrigiert, dass sie erhöht wird, und der augenblickliche Prozess wird beendet. Die Zugabemenge bzw. Zufuhrmenge der wässrigen Harnstofflösung wird so korrigiert, dass sie erhöht wird, um einen Mangel der wässrigen Harnstofflösung aufgrund der Unterbrechung der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu kompensieren. Beispielsweise wird die Zugabemenge NT der wässrigen Harnstofflösung entsprechend dem Äquivalenzverhältnis 1 bei einer normalen Situation eingestellt, wohingegen die Zugabemenge NT der wässrigen Harnstofflösung entsprechend einem Äquivalenzverhältnis 2 oder Äquivalenzverhältnis 3 in Schritt S220 eingestellt werden kann, um die Zugabemenge NT der wässrigen Harnstofflösung zu erhöhen.
Alternativ kann die Zugabemenge der wässrigen Harnstofflösung pro Zeiteinheit in Schritt S220 dahingehend korrigiert werden, dass sie beispielsweise durch Erhöhen des Einspritzdrucks des Harnstoff-Zuführventils 230 erhöht wird. In jedem Fall kann die Menge der wässrigen Harnstofflösung, die gerade zugeführt wird, näher an die Zufuhrmenge NT für die wässrige Harnstofflösung heran gebracht werden, die dem Äquivalenzverhältnis 1 entspricht, selbst wenn die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung unterbrochen wird.
Die vorteilhaften Effekte dieser Ausführungsform werden unter Bezugnahme auf die 6A und 6B beschrieben. 6A zeigte die Zufuhrdauer T, die eingestellt wird, wenn das Zufuhrintervall TNT kurz ist, und 6B zeigt die Zufuhrdauer T, die eingestellt wird, wenn das Zufuhrintervall TNT lang ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird, wenn die wässrige Harnstofflösung intermittierend zugegeben wird, die Anzahl N der Einspritzungen in der vorgegebenen Zeitspanne ST durch Dividieren der vorgegebenen Zeitspanne ST durch das Zufuhrintervall TNT (ST/INT) berechnet. Dann wird die Einheit der Zugabemenge NTA der wässrigen Harnstofflösung, welche die Zufuhrmenge bzw. Zugabemenge der wässrigen Harnstofflösung pro Zuführzeitpunkt darstellt, durch Dividieren der Zufuhrmenge NT für die wässrige Harnstofflösung durch die Anzahl N der Einspritzungen berechnet (NT/N). Dann wird eine Zufuhrdauer T für das Harnstoff-Zuführventil 230 derart eingestellt, dass die Zugabemenge NTA der wässrigen Harnstofflösung zugegeben werden kann.
Wenn also das Zufuhrintervall TNT erhöht ist, sinkt die Anzahl N der Einspritzungen in der vorgegebenen Zeitspanne ST, und die Einheit der Zugabemenge NTA der wässrigen Harnstofflösung, welche die Zufuhrmenge bzw. Zugabemenge der wässrigen Harnstofflösung pro Zuführzeitpunkt darstellt, steigt entsprechend. In anderen Worten: wenn das Zufuhrintervall TNT vergrößert ist, wird, wie in 6 gezeigt ist, die Zufuhrdauer T für die wässrige Harnstofflösung länger eingestellt, als wenn das Zufuhrintervall TNT kurz ist, wie in 6A gezeigt, um die Zufuhrmenge NT für die wässrige Harnstofflösung zuzuführen, die in der vorgegebenen Zeitspanne ST benötigt ist.
Wenn die Zufuhrdauer T kurz ist, wenn die Zufuhrmenge NT der wässrigen Harnstofflösung zugegeben wird, kann die Unterbrechung der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu einem Fehler hinsichtlich der Zugabe der benötigten Menge der wässrigen Harnstofflösung in der vorgegebenen Zeitspanne ST führen, wie durch die Zweipunkt-Strich-Linie in 6A gezeigt.
Wenn dagegen der Prozess zum Ändern des Zufuhrintervalls INT ausgeführt wird, wird das Zufuhrintervall INT größer eingestellt, wenn die Zahl C der Unterbrechungen größer wird. Daher wird die Zufuhrdauer T für die wässrige Harnstofflösung (d. h. die Zufuhrdauer T, während welcher die wässrige Harnstofflösung zugeführt wird) größer eingestellt, je größer die Zahl C der Unterbrechungen wird, in anderen Worten: je größer der Grad des Mangels der wässrigen Harnstofflösung wird. Es ist daher möglich, soviel wässrige Harnstofflösung wie möglich zuzuführen, bevor die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung unterbrochen wird. Daher ist es möglich, geeignet eine Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung zu unterdrücken.
Da überdies die Öffnungsdauer des Harnstoff-Zuführventils 230 zunimmt, wenn die Zufuhrdauer T zunimmt, sinkt die Anzahl der Wiederholungen, in denen das Harnstoff-Zuführventil 230 geöffnet und geschlossen werden soll, um die benötigte Menge der wässrigen Wasserstoff lösen intermittierend in der vorgegebenen Zeitspanne ST zuzuführen. Dies erhöht die Haltbarkeit des Harnstoff-Zuführventils 230.
Wie zudem in 4 gezeigt ist, wird, wenn das Zufuhrintervall INT basierend auf der Anzahl C der Unterbrechungen in S210 verändert wird, also wenn eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die wässrige Harnstofflösung ungenügend ist, die Zufuhrmenge der wässrigen Harnstofflösung derart korrigiert, dass diese erhöht wird. Somit wird eine ungenügende Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung aufgrund der Unterbrechung der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung durch Korrigieren der Zufuhrmenge der wässrigen Harnstofflösung derart, dass die Zufuhrmenge erhöht wird, kompensiert. Hierdurch ist es möglich, noch besser eine Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu unterdrücken.
Wie vorstehend beschrieben ist, zeigt diese Ausführungsform die folgenden vorteilhaften Effekte zusätzlich zu den vorteilhaften Effekte der ersten Ausführungsform. (3) Das Zufuhrintervall INT wird basierend auf der Anzahl C der Unterbrechungen der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung geändert, um die Zufuhrdauer T während der intermittierenden Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu ändern. Daher kann die Menge der wässrigen Harnstofflösung, die in die Abgasleitung 26 eingebracht wird, abhängig vom Grad des Mangels der wässrigen Harnstofflösung angepasst werden. Somit ist es möglich, eine Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu unterdrücken.

(4) Die Zugabedauer bzw. Zufuhrdauer T wird länger eingestellt, je größer die Zahl C der Unterbrechungen wird. Somit steigt, wenn die Anzahl C der Unterbrechungen der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung größer wird, also wenn der Grad des Mangels der wässrigen Harnstofflösung größer wird, die Menge der in die Abgasleitung 26 eingebrachten wässrigen Harnstofflösung an. Dadurch ist es möglich, in geeigneter Weise eine Abnahme der NOx-Umwandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu unterdrücken. Darüber hinaus sinkt die Anzahl der Wiederholungen, in denen das Harnstoff-Zuführventil 230 geöffnet und geschlossen werden soll, wenn die Zufuhrdauer T zunimmt. Dadurch kann die Haltbarkeit des Harnstoff-Zuführventils 230 erhöht werden.
(5) Wenn die Zufuhrdauer T basierend auf der Anzahl C der Unterbrechungen verändert wird, wird die Zugabemenge der wässrigen Harnstofflösung derart korrigiert, dass diese erhöht wird. Hierdurch kann noch besser eine Abnahme der NOx-Wandlungseffizienz aufgrund der Unterbrechung der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung unterdrückt werden.

Die vorstehenden Ausführungsformen können auch mit jeder der nachfolgenden Abwandlungen realisiert werden. Bei der ersten Ausführungsform wird die Spanne vom Zeitpunkt der Beendigung der Zufuhr von Kraftstoff bis zum Zeitpunkt des Abschlusses der Reduktionsreaktion von NOx im Oxidationskatalysator 31 als Bestimmungszeit A eingestellt. Dann wird die Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung wieder aufgenommen, wenn die Bestimmungszeit A nach Beendigung der Zugabe von Kraftstoff verstrichen ist. Alternativ jedoch kann die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung auch wieder aufgenommen werden, wenn nach Beendigung der Zugabe von Kraftstoff eine Zeitspanne verstrichen ist, die kürzer als die Bestimmungszeit A ist. Auch in diesem Fall wird die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zumindest nach Beendigung der Zugabe von Kraftstoff in die Abgasleitung 26 wieder aufgenommen. Daher wird die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung wieder aufgenommen, wenn die Menge an NO₂, die im Oxidationskatalysator 31 verringert werden kann, verglichen zu dem Fall gering ist, in welchem Kraftstoff zugeführt wird. Somit ist es selbst bei dieser Abwandlung möglich, eine Abnahme der Erfassungsgenauigkeit des ersten NOx-Sensors 130 aufgrund der Reduktionsreaktion des NOx im Oxidationskatalysator 31 zu unterdrücken, wenn die Zufuhrmenge NT der wässrigen Harnstofflösung berechnet wird. Das bedeutet, das der gleiche vorteilhafte Effekte wie vorstehend als (1) erwähnt erreicht werden kann.
Bei der zweiten Ausführungsform wird das Zufuhrintervall TNT basierend auf der Zahl C der Unterbrechungen eingestellt, wenn die Anzahl C der Unterbrechungen gleich oder größer als der Bestimmungswert B in Schritt S200 ist. Alternativ jedoch kann der Schritt S200 ausgelassen werden, und das Zufuhrintervall TNT kann immer basierend auf der Anzahl C der Unterbrechungen eingestellt werden.
Bei der zweiten Ausführungsform wird die Zufuhrdauer T, während welcher die wässrige Harnstofflösung zugegeben wird, durch Ändern des Zufuhrintervalls TNT wie vorstehend beschrieben geändert. Alternativ kann die Zufuhrdauer T direkt geändert werden, so dass die Zufuhrdauer T länger wird, wenn die Zahl C der Unterbrechungen größer wird.
Bei der zweiten Ausführungsform kann der Schritt S220, also der Schritt, in welchem die Zugabemenge für die wässrige Harnstofflösung derart korrigiert wird, dass diese erhöht wird, weggelassen werden. Auch in diesem Fall kann der gleiche vorteilhafte Effekte wie vorstehend als (5) erwähnt erhalten werden. Obgleich die wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel verwendet wird, kann ein anderes Reduktionsmittel verwendet werden.
Ein anderer Katalysator als der selektive NOx-Reduktions-Katalysator kann als NOx-Reinigungskatalysator verwendet werden.

Claims

Abgassteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, aufweisend: einen Oxidationskatalysator (31), der in einer Abgasleitung angeordnet ist; einen Stickoxid-Reinigungskatalysator (41), der stromab des Oxidationskatalysators (31) angeordnet ist und Stickoxide durch die Zufuhr eines Reduktionsmittels reinigt; einen Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus (200), der das Reduktionsmittel in die Abgasleitung einspeist; einen Kraftstoffzufuhrmechanismus (5), der Motorkraftstoff in einen Abschnitt der Abgasleitung einspeist, wobei der Abschnitt stromauf des Oxidationskatalysators (31) angeordnet ist; einen Stickoxidsensor (130), der eine Stickoxidkonzentration im Abgas erfasst, bevor das Stickoxid im Abgas durch den Stickoxid-Reinigungskatalysator (41) gereinigt wird; und eine Steuervorrichtung (80), welche die Zufuhr des Reduktionsmittels basierend auf der durch den Stickoxidsensor (130) erfassten Stickoxidkonzentration steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (80) verursacht, dass der Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus (200) das Reduktionsmittel zuführt, nachdem die Zufuhr von Kraftstoff vom Kraftstoffzufuhrmechanismus (5) beendet wurde, wobei die Steuervorrichtung (80) verursacht, dass der Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus (200) das Reduktionsmittel zuführt, wenn eine Zeitspanne, die für den Abschluss einer Reduktionsreaktion des Stickoxids im Oxidationskatalysator (31) notwendig ist, verstrichen ist, nachdem die Zufuhr von Kraftstoff vom Kraftstoffzufuhrmechanismus (5) beendet wurde.
Abgassteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Reduktionsmittel-Zufuhrmechanismus (200) ein Zuführventil hat, und die Steuervorrichtung (80) verursacht, dass das Zuführventil intermittierend das Reduktionsmittel zuführt, und die Zufuhr des Reduktionsmittels unterbricht, während Kraftstoff zugeführt wird, und wobei die Steuervorrichtung (80) eine Zufuhrzeitdauer während des intermittierenden Zuführens des Reduktionsmittels basierend auf der Anzahl der Unterbrechungen der Zufuhr des Reduktionsmittels ändert.
Abgassteuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (80) die Zufuhrzeitdauer mit einem Anstieg der Anzahl der Unterbrechungen der Zufuhr des Reduktionsmittels erhöht.
Abgassteuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuervorrichtung (80) die Zufuhrzeitdauer ändert, wenn die Anzahl der Unterbrechungen der Zufuhr des Reduktionsmittels gleich oder größer ist, als ein Bestimmungswert.
Abgassteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuervorrichtung (80) eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittels korrigiert, um die Zufuhrmenge zu erhöhen, wenn die Steuervorrichtung (80) die Zufuhrzeitdauer basierend auf der Anzahl der Unterbrechungen der Zufuhr des Reduktionsmittels ändert.