DE102012219612A1

DE102012219612A1 - Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102012219612A1
Application number: DE102012219612A
Authority: DE
Inventors: Hirohiko Ota
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-05-02
Anticipated expiration: 2032-10-27
Also published as: DE102012219612B4; DE102012219613B4; DE102012219612B8; DE102012219611A1; DE102012219613A1

Abstract

In einem Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors (1), der einen NOx-Umwandlungskatalysator (41), der NOx umwandelt, wenn ein Reduktionsmittel zu ihm geleitet wird, und ein Reduktionsmittel-Zugabeventil (230), das das Reduktionsmittel in einen Abgaskanal (26) einspritzt, umfasst, wird das Reduktionsmittel über das Reduktionsmittel-Einspritzventil (230) nach dem Stoppen des Verbrennungsmotors eingespritzt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Ein Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors, der einen NOx-Umwandlungskatalysator, der Stickoxide (NOx) in Abgasen verringert oder ansonsten umwandelt, und einen Reduktionsmittel-Zuleitungsmechanismus, der ein Reduktionsmittel, das zur Reduktion von NOx in dem Katalysator verwendet wird, in einen Abgaskanal leitet, umfasst, ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 209-197728 ( JP 2009-197728 ) offenbart.
In dem Emissionsregelungssystem wird während des Betriebs des Motors über ein Reduktionsmittel-Einspritzventil, das in dem Reduktionsmittel-Zuleitungsmechanismus angeordnet ist, wässrige Harnstofflösung in den Abgaskanal einspritzt. Die so eingespritzte wässrige Harnstofflösung wird durch die Hitze der Abgase hydrolisiert, um so Ammonium zu erzeugen. Das Ammonium, das als Reduktionsmittel dient, wird an dem NOx-Umwandlungskatalysator adsorbiert.
Ferner ist es wünschenswert, NOx unmittelbar nach dem Start des Motors zu reduzieren oder ansonsten umzuwandeln, da NOx von den Brennkammern abgegeben wird, sobald der Motor gestartet wird. In dem in der JP 2009-197728 beschriebenen System wird vor dem Start des Motors eine ausreichende Menge an Ammonium an dem NOx-Umwandlungskatalysator adsorbiert. Insbesondere wird bestimmt, ob die an dem NOx-Umwandlungskatalysator adsorbierte Menge an Ammonium einen Sollwert erreicht, wenn der Zündschalter geöffnet wird. Wenn die adorbierte Menge an Ammonium kleiner als der Sollwert ist, werden der Leerlauf des Motors und die Zuleitung des Reduktionsmittels fortgesetzt, und der Motor wird gestoppt, wenn die Menge an adsorbiertem Ammonium den Sollwert erreicht.
In dem oben beschriebenen bekannten System wird selbst dann, wenn der Zündschalter geöffnet wird, der Motor in Betrieb gehalten, bis die Menge an adsorbiertem Ammonium den Sollwert erreicht. Insbesondere wird ein Prozess zur Verzögerung des Stopps des Motors durchgeführt. Demzufolge verschlechtert sich des Kraftstoffwirkungsgrads durch eine Menge an während des Prozesses der Verzögerung des Stopps des Motors verbrauchten Kraftstoffs, obwohl ein ausreichendes Niveau von NO_x-Umwandlungsleistung zum Zeitpunkt des Starts des Motos gewährleistet ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt eine Abgasemissionsregelung eines Verbrennungsmotors bereit, die dazu geeignet ist, eine Verschlechterung des Kraftstoffwirkungsgrades zu begrenzen, während sie gleichzeitig ein ausreichendes Niveau an NOx-Umwandlungsleistung beim Starten des Motors gewährleistet.
In einem Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors, der einen NOx-Umwandlungskatalysator, der NOx umwandelt, wenn ein Reduktionsmittel zu ihm geleitet wird, ein Reduktionsmittel-Einspritzventiol, das das Reduktionsmittel in einen Abgaskanal einspritzt, und einen Regler, der die Einspritzung des Reduktionsmittels regelt, umfasst, regelt der Regler gemäß einem Aspekt der Erfindung die Einspritzung des Reduktionsmittels über das Reduktionsmittel-Einspritzventil nach dem Stoppen des Verbrennungsmotors.
Mit der obigen Anordnung wird das Reduktionsmittel nach dem Stoppen des Motors eingespritzt. Insbesondere bedingt die Einspritzung des Reduktionsmittels nicht den Betrieb des Motors. Daher kann eine Verschlechterung des Kraftstoffwirkungsgrads begrenzt werden. Die Temperatur im Absaugkanal wird nach dem Stoppen des Motors nicht rasch verringert. Vielmehr wird der Abgaskanal oft eine gewisse Zeit in einem Hochtemperaturzustand gehalten, in dem das Reduktionsmittel verdampfen kann. Demzufolge verdampft das eingespritzte Lösungsmittel im Absaugkanal und verbleibt dann im Absaugkanal, wenn das Reduktionsmittel nach dem Stoppen des Motors eingespritzt wird. Anschließend, wenn der Motor gestartet ist, werden NOx durch das im Absaugkanal verbleibende Reduktionsmitttel reduziert. Ferner erreicht beim Starten des Motors das im Absaugkanal verbleibende Reduktionsmittel zusammen mit den Abgasen den NOx-Umwandlungskatalysator, und NOx wird in dem NOx-Umwandlungskatalysator reduziert. Somit ermöglicht die Einspritzung des Reduktionsmittels nach dem Stoppen des Motors, ein ausreichendes Niveau der NOx-Umwandlungsleistung beim Starten des Motors zu gewährleisten.
In dem System gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann der Regler den Einspritzdruck, mit dem das Reduktionsmittel nach dem Stoppen des Motors eingespritzt wird, so regeln, dass er höher als der Einspritzdruck ist, mit dem das Reduktionsmittel während des Betriebs des Motors ist.
Mit dem so erhöhten Einspritzdruck wird eine Zerstäubung oder Verdüsung des Reduktionsmittels unterstützt, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass das Reduktionsmittel zu Tröpfchen kondensiert wird und eine größere Menge des Reduktionsmittels verdampft werden kann. In dem System gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann der Regler eine Regelung dahingehend durchführen, dass das Reduktionsmittel intermittierend eingespritzt wird.
Wenn das Reduktionsmittel intermittierend eingespritzt wird, wird eine Zerstäubung oder Verdüsung des Reduktionsmittels im Vergleich zu dem Fall, in dem das Reduktionsmittel kontinuierlich eingespritzt wird eher unterstützt. Somit wird in dem gerade oben beschriebenen System das Reduktionsmittel nach dem Stoppen des Motors intermittierend eingespritzt. Demzufolge kann eine Zerstäubung oder Verdüsung des Reduktionsmittel selbst dann unterstützt werden, wenn das Reduktionsmittel nach dem Stoppen des Motors eingespritzt wird, d. h. in einem Zustand, in dem keine Abgasströmung vorhanden ist und es weniger wahrscheinlich ist, dass wässrige Harnstofflösung zerstäubt oder verdüst wird.
In dem System gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann der Regler die Einspritzmenge des nach dem Stoppen des Motors einzuspritzenden Reduktionsmittels variabel einstellen, so dass die Einspritzmenge mit höher werdender Temperatur im Absaugkanal größe ist.
Das eingespritzte Reduktionsmittel wird umso wahrscheinlicher zerstäubt oder verdüst, je höher die Temperatur im Absaugkanal ist. Somit wird in dem gerade oben beschriebenen System die Einspritzmenge des Reduktionsmittels mit zunehmender Temperatur im Absaugkanal erhöht, so dass die NOx-Umwandlungsleistung in geeigneterer Weise gewährleistet ist.
In dem System gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann ein Einspritzloch des Reduktionsmittel-Einspritzventils in Richtung des NOx-Umwandlungskatalysators offen sein.
Da nach dem Stoppen des Motors keine Abgasströmung vorhanden ist, ist es nach dem Stoppen des Motors weniger wahrscheinlich, dass das eingespritzte Reduktionsmittel den NOx-Umwandlungskatalysator erreicht. Daher ist in dem oben beschriebenen System das Einspritzloch des Reduktionsmittel-Einspritzventils in Richtung des NOx-Umwandlungskatalysators offen. Daher kann das Reduktionsmittel zu dem NOx-Umwandlungskatalysator geleitet werden, selbst wenn keine Abgasströmung vorhanden ist. Wenn diese Anordnung mit der Anordnung zur Erhöhung des Einspritzdrucks, wie sie oben beschrieben ist, kombiniert wird, kann eine weiter vergrößerte Menge des Reduktionsmittels zu dem NOx-Umwandlungskatalysator geleitet werden, da der Einspritzdruck des Reduktionsmittels erhöht ist.
In dem System gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung kann der Verbrennungsmotor so angepasst sein, dass er automatisch stoppt und automatisch startet, wenn gegebene Bedingungen erfüllt sind, und der Regler kann eine Regelung dergestalt durchführen, dass das Reduktionsmittel eingespritzt wird, nachdem der Verbrennungsmotor automatisch gestoppt ist.
Der Verbrennungsmotor, der dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, wenn gegebene Bedingungen erfüllt sind, um den Kraftstoffwirkungsgrad etc. zu verbessern, wird im Vergleich zu einem Motor, der nicht dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, mit einer höheren Frequenz gestoppt. Demzufolge wird, wenn der Prozess der Verzögerung des Stoppens des Motors, wie er durch das oben beschriebene, bekannte System durchgeführt wird, bei dem Motor durchgeführt wird, der dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, die Frequenz der Durchführung des Verzögerungsprozesses erhöht und die Wahrscheinlichkeit einer Verschlechterung des Kraftstoffwirkungsgrads erhöht. Daher wird in dem oben beschriebenen System das Reduktionsmittel eingespritzt, nachdem der Verbrennungsmotor, dessen Stoppfrequenz durch sein automatisches Stoppen und automatisches Starten wahrscheinlich erhöht ist, automatisch gestoppt. Daher kann der Kraftstoffwirkungsgrad im Vergleich zu dem bekannten System, das den Prozess der Verzögerung des Stoppens des Motors durchführt, wie es oben beschrieben ist, weiter verbessert werden.
Der Verbrennungsmotor, der dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, wird nach relativ kurzer Zeit, nachdem er automatisch gestoppt wurde, wieder gestartet. Mit anderen Worten, der Motor wird oft wieder gestartet, wenn die Temperatur im Absaugkanal nach dem Stoppen des Motors noch relativ hoch ist. Demzufolge wird der Motor, wenn das Reduktionsmittel eingespritzt wird, nachdem der Motor automatisch gestoppt wurde, oft wieder gestartet, nachdem das eingespritzte Reduktionsmittel bevor es zu Tröpfchen kondensiert ist verdampft ist, so dass das eingespritzte Reduktionsmittel wirksam zur Reduktion von NOx verwendet werden kann. Somit wird mit der obigen Anordnung in dem Motor, der dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, d. h. in dem Motor, der oft wieder gestartet wird, während die Temperatur im Absaugkanal nach dem Stoppen des Motors noch relativ hoch ist, das Reduktionsmittel eingespritzt, nachdem der Motor automatisch gestoppt wurde. Daher kann das eingespritzte Reduktionsmittel wirksam zur Reduktion von NOx verwendet werden.
Das oben beschriebene Emissionsregelungssystem kann ferner einen Zuleitungskanal, durch den das Redukionsmittel zu dem Reduktionsmittel-Einspritzventil geleitet wird, und ein Sammelmittel zum Sammeln des Reduktionsmittel von dem Zuleitungskanal umfassen, und der Regler kann die Sammlung des Reduktionsmittels durch das Sammelmittel durchführen, wenn eine Motorstoppzeit, während der der Motor gestoppt ist, eine vorbestimmte Zeit überschreitet.
Das oben beschriebene Emissionsregelungssystem kann ferner einen Zuleitungskanal, durch den das Reduktionsmittel zu dem Reduktionsmittel-Einspritzventil geleitet wird, und ein Sammelmittel zum Sammeln des Reduktionsmittels von dem Zuleitungskanal umfassen, und der Regler kann die Sammlung des Reduktionsmittels durch das Sammelmittel regeln, wenn ein Zündschalter des Verbrennungsmotors offen ist.
Wenn das Reduktionsmittel in dem Zuleitungskanal verbleibt, durch den das Reduktionsmittel nach dem Stoppen des Motors zu dem Reduktionsmittel-Einspritzventil geleitet wird, kann der Zuleitungskanal etc. durch eine durch Gefrieren des verbleibenden Reduktionsmittels verursachte Volumenausdehnung beschädigt werden. Daher umfasst das System, um eine Beschädigung des Zuleitungskanals etc. zu verringern oder zu verhindern, das Sammelmittel zum Sammeln des Reduktionsmittels von dem Zuleitungskanal.
Wenn das Reduktionsmittel eingespritzt wird, nachdem das Reduktionsmittel gesammelt wurde, ist es erforderlich, das Reduktionsmittel-Einspritzventil und den Zuleitungskanal mit dem Reduktionsmittel zu füllen, und es kann keine ausreichende Menge an Reduktionsmittel in den Abgaskanal geleitet werden, bis das Füllen des Reduktionsmittel-Einspritzventils und des Zuleitungskanals mit dem Reduktionsmittel abgeschlossen ist. Demzufolge kann sich die NOx-Umwandlungsleistung solange verschlechtern, bis das Füllen mit dem Reduktionsmittel abgeschlossen ist.
Wenn die Motorstoppzeit (d. h. die Zeitspanne, während der der Motor gestoppt ist) kurz ist, kann ein Gefrieren des Reduktionsmittels, zum Beispiel aufgrund der Hitze des Motors oder der Hitze der Abgase, verhindert oder begrenzt werden. Mit anderen Worten, die Wahrscheinlichkeit, dass das Reduktionsmittel gefriert, nimmt mit länger werdender Motorstoppzeit zu. Daher besteht keine Notwendigkeit, das Reduktionsmittel zu sammeln, wenn die Motorstoppzeit kurz ist, und das oben beschriebene Füllen mit dem Reduktionsmittel ist nicht erforderlich, wenn das Reduktionsmittel nicht gesammelt wird. Folglich wird das Auftreten einer Verschlechterung der NOx-Umwandlungsleistung verhindert, die während der Zeitspanne des Füllens mit dem Reduktionsmittel auftreten würde.
Somit wird in dem oben beschriebenen System, wenn die Motorstoppzeit gleich lang wie oder länger als die vorbestimmte Zeitspanne ist, das Reduktionsmittel gesammelt. Wenn hingegen die Motorstoppzeit kürzer als die vorbestimmte Zeitspanne ist und die Wahrscheinlichkeit, dass das Reduktionsmittel gefriert niedrig ist, wird das Reduktionsmittel nicht gesammelt. Daher kann die Frequenz, mit der das Reduktionsmittel gesammelt wird, verringert sein, so dass eine andernfalls mögliche Verschlechterung der NOx-Umwandlungsleistung während der Zeitspanne des Füllens mit dem Reduktionsmittel begrenzt oder verhindert werden kann.
Ferner wird in dem oben beschriebenen System das Reduktionsmittel gesammelt, wenn der Zündschalter des Verbrennungsmotors geöffnet ist. Hingegen wird das Reduktionsmittel nicht gesammelt, wenn der Motor automatisch gestoppt wird, d. h. wenn die Motorstoppzeit eher relativ kurz ist. Demzufolge kann auch mit der obigen Anordnung die Frequenz, mit der das Reduktionsmittel gesammelt wird, verringert werden, so dass eine andernfalls mögliche Verschlechterung der NOx-Umwandlungslelstung während der Zeitspanne des Füllens mit dem Reduktionsmittel begrenzt oder verhindert werden kann.
Als das oben erwähnte Sammelmittel kann eine Pumpe, die in dem Zuleitungskanal angeordnet und dazu geeignet ist, sich vorwärts und rückwärts zu drehen, oder ein Schaltventil, das in dem Zuleitungskanal angeordnet und dazu geeignet ist, die Richtung der Strömung des Reduktionsmittels zu ändern, oder dergleichen verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Merkmale, Vorteile sowie die technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung ist in der folgenden ausführlichen Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
1 eine schematische Ansicht ist, die ein Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung, den Verbrennungsmotor, in dem das System verwendet wird, und dessen periphere Komponenten zeigt;
2 ein Flussdiagramm ist, das eine Folge von Schritten eines Stoppzeitspannen-Harnstoffeinspritzprozesses gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 eine Kennlinie ist, die die Beziehung zwischen einer zweiten Abgastemperatur und der Menge an während der Stoppzeitspanne des Motors in der ersten Ausführungsform eingespritzten wässrigen Harnstofflösung zeigt;
4 ein Flussdiagramm ist, das einen Teil eines Stoppzeitspannen-Harnstoffeinspritzprozesses gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeit zeigt; und
5 ein Flussdiagramm ist, das eine Folge von Schritten eines Bestimmungsprozesses der Sammelregelung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
(Erste Ausführungsform)
Nachfolgend ist eine erste Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
1 zeigt schematisch einen Dieselmotor (der nachfolgend einfach als ”Motor” bezeichnet ist), in dem ein Emissionsregelungssystem gemäß dieser Ausführungsform verwendet wird, sowie dessen periphere Komponenten. Der Motor 1 weist mehrere Zylinder #1–#4 auf. Mehrere Injektoren 4a–4d sind in einem Zylinderkopf 2 des Motors 1 eingebaut. Die Injektoren 4a–4d sind dazu geeignet, Kraftstoff in Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder #1 #4 einzuspritzen. Weiter umfasst der Zylinderkopf 2 Ansaugöffnungen, durch die Frischluft in die Zylinder eingebracht wird, und Ausströmöffnungen 6a–6d, durch die Abgase von den Zylindern abgeführt werden, so dass diese Öffnungen den jeweiligen Zylindern #1–#4 entsprechen.
Die Injektoren 4a–4d sind mit einer gemeinsamen Kraftstoffzuleitung 9 verbunden, in der ein mit hohem Druck beaufschlagter Kraftstoff gespeichert ist. Die gemeinsame Kraftstoffleitung 9 ist mit einer Förderpumpe 10 verbunden. Die Förderpumpe 10 saugt einen in einem Kraftstofftank befindlichen Kraftstoff ein und liefert einen mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff an die gemeinsame Kraftstoffleitung 9. Der an die gemeinsame Kraftstoffleitung 9 gelieferte, mit hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff wird über die Injektoren 4a–4d in die entsprechenden Zylinder gespritzt, wenn der entsprechende Injektor 4a–4d geöffnet ist.
Ein Ansaugkrümmer 7 ist mit den Ansaugöffnungen verbunden. Der Ansaugkrümmer 7 ist mit einem Ansaugkanal 3 verbunden. In dem Ansaugkanal 3 ist eine Ansaugdrosselklappe 16 zur Einstellung der Ansaugluftmenge angeordnet.
Ein Abgaskrümmer 8 ist mit den Ausströmöffnungen 6a–6d verbunden. Der Abgaskrümmer 8 ist mit einem Abgaskanal 26 verbunden. Ein Turbolader 11 zum Aufladen der in die Zylinder zu ziehende Ansaugluft, der den Abgasdruck ausnutzt, ist im Absaugkanal 26 angeordnet. Ein Ladeluftkühler 18 ist zwischen einem ansaugseitigen Kompressor des Turboladers 11 und der Ansaugdrosselklappe 16 in dem Ansaugkanal 3 angeordnet. Der Ladeluftkühler 18 dient der Kühlung der Ansaugluft, deren Temperatur sich durch die Aufladung des Turboladers 11 erhöht hat.
Eine erste Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30, die Abgase reinigt, ist im Absaugkanal 26, betrachtet in der Strömungsrichtung der Abgase, strömungsabwärts einer abgasseitigen Turbine des Turboladers 11 angeordnet. In der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30 sind ein Oxidationskatalysator 31 und ein Filter 32, betrachtet in Strömungsrichtung der Abgase, hintereinander angeordnet.
Der Oxidationskatalysator 31 trägt einen Katalysator, der in dem Abgas enthaltene HC oxidiert. Der Filter 32, der ein Element ist, der PM (Feinstäube) in dem Abgas abfängt, ist aus einem porösen, keramischen Material gebildet. Der Filter 32 trägt einen Katalysator zur Unterstützung einer Oxidation der PM, wobei die PM in dem Abgas abgefangen wird, wenn es durch poröse Wände des Filters 32 strömt.
Ein Kraftstoff-Zugabeventil 5, das dazu dient, Kraftstoff als Additiv zu dem Oxidationskatalysator 31 und dem Filter 32 zu leiten, ist in der Umgebung eines Gassammelabschnitts des Abgaskrümmers 8 angeordnet. Das Kraftstoff-Zugabeventil 5 ist über ein Kraftstoffzuleitungsrohr 27 mit der Förderpumpe 10 verbunden. Die Position, an der das Kraftstoff-Zugabeventil 5 eingebaut ist, kann je nach Notwendigkeit geändert werden, vorausgesetzt das Kraftstoff-Zugabeventil 5 befindet sich strömungsaufwärts der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30 in dem Abgassystem.
Wenn die Menge des durch den Filter 32 abgefangenen PM einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird ein Prozess zur Regeneration des Filters 32 gestartet, und der Kraftstoff wird durch das Kraftstoff-Zugabeventil 5 in den Abgaskrümmer 8 eingespritzt. Der über das Kraftstoff-Zugabeventil 5 eingespritzte Kraftstoff wird verbrannt, wenn er die Oxidationskatalysator 31 erreicht, um so die Abgastemperatur zu erhöhen. Wenn die Abgase, deren Temperatur durch den Oxidationskatalysator 31 erhöht worden ist, in den Filter 32 strömt, wird die Temperatur des Filters 32 erhöht, und die auf dem Filter 32 abgeschiedenen PM werden oxidiert, wodurch der Filter 32 regeneriert wird.
Weiter ist eine zweite Abgasnachbehandlungsvorrichtung 40, die Abgase reinigt, im Absaugkanal 26, betrachtet in Strömungsrichtung der Abgase, strömungsabwärts der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30 angeordnet. Ein selektiv NOx reduzierender Katalysator (der nachfolgend als ”SCR-Katalysator” bezeichnet ist) 41 zur Verringerung und Beseitigung von NOx in den Abgasen mit Hilfe eines Reduktionsmittels ist in der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 40 angeordnet.
Ferner ist eine dritte Abgasnachbehandlungsvorrichtung 50, die Abgase reinigt, im Absaugkanal 26, betrachtet in Strömungsrichtung der Abgase, strömungsabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 40, angeordnet. Ein Ammoniumoxidationskatalysator 51 zur Beseitigung von Ammonium in den Abgasen ist in der dritten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 50 angeordnet.
Der Motor 1 umfasst einen Mechanismus 200 zur Zuleitung einer wässrigen Harnstofflösung als einen Reduktionsmittel-Zuleitungsmechanismus, um ein Reduktionsmittel zu dem SCR-Katalysator 41 zu leiten. Der Mechanismus 200 zur Zuleitung einer wässrigen Harnstofflösung umfasst im Wesentlichen aus einen Tank 210, in dem wässriger Harnstoff (d. h. eine wässrige Harnstofflösung) gespeichert ist, ein Harnstoff-Zugabeventil 230 zur Einspritzung und Zuleitung von wässrigem Harnstoff in den Abgaskanal 26, einen Zuleitungskanal 240, der das Harnstoff-Zugabeventil 230 mit dem Tank 210 verbindet, und eine Pumpe 220, die in dem Zuleitungskanal 240 angeordnet ist.
Das Harnstoff-Zugabeventil 230 ist zwischen der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30 und der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 40 im Absaugkanal 26 angeordnet, und ein Einspritzloch des Harnstoff-Zugabeventils 230 ist auf den SCR-Katalysator 41 gerichtet. Wenn das Harnstoff-Zugabeventil 230 geöffnet wird, wird über den Zuleitungskanal 240 wässrige Harnstofflösung eingespritzt und in den Abgaskanal 26 geleitet. Das Harstoff-Zugabeventil 230 bildet das oben erwähnte Reduktionsmittel-Zugabeventil.
Die Pumpe 220 ist eine elektrische Pumpe und fördert, wenn sie sich vorwärts dreht, wässrige Harnstofflösung von dem Tank 210 zu dem Harnstoff-Zugabeventil 230. Wenn sich hingegen die Pumpe 220 rückwärts dreht, fördert sie wässrige Harnstofflösung über das Harnstoff-Zugabeventil 230 zu dem Tank 210. Insbesondere wird, wenn sich die Pumpe 220 rückwärts dreht, wässrige Harnstofflösung über das Harnstoff-Zugabeventil 230 und den Zuleitungskanal 240 gesammelt und zu dem Tank 210 zurückgeführt. Die Pumpe 220 dient als das oben erwähnte Sammelmittel.
Weiter ist eine Zerstäuberplatte 60 zur Feinverteilung von über das Harnstoff-Zugabeventil 230 eingespritztem wässrigem Harnstoff, um ein Zerstäuben oder Verdüsen des wässrigen Harnstoffs zu beschleunigen, zwischen dem Harnstoff-Zugabeventil 230 und dem SRC-Katalysator 41 im Absaugkanal 26 angeordnet.
Die über das Harnstoff-Zugabeventil 230 eingespritzte wässrige Harnstofflösung wird durch die Hitze der Abgase hydrolysiert, um Ammonium zu erzeugen. Anschließend wird das Ammonium als NOx-Reduktionsmittel zu dem SCR-Katalysator 41 geleitet. Das zu dem SCR-Katalysator 41 geleitete Ammonium wird an dem SCR-Katalysator 41 adsorbiert und zur Reduktion von NOx verwendet. Ein Teil des durch Hydrolyse erzeugten Ammoniums wird direkt zur Reduktion von NOx verwendet, bevor es an dem SCR-Katalysator 41 adsorbiert wird.
Der Motor 1 umfasst ferner ein Abgasrückführungssystem (nachfolgend als ”EGR-System” bezeichnet). Das EGR-System ist dazu geeignet, einen Teil der Abgase in die Ansaugluft zu leiten und so die Sauerstoffkonzentration in der in die Zylinder gesaugte Ansaugluft zu verringern, um so die Verbrennungstemperatur zu verringern und die Menge an erzeugtem NOx zu verringern. Die Abgaserückführungssystem besteht im Wesentlichen aus einem EGR-Kanal 13, der den Ansaugkanal 3 mit dem Abgaskrümmern 8 verbindet, einem EGR-Ventil 15, das in dem EGR-Kanal 13 angeordnet ist, einem EGR-Kühler 14 und so weiter. Durch Einstellen der Öffnung des EGR-Ventils 15 wird die Menge des von dem Abgaskanal 26 in den Ansaugkanal 3 eingeleiteten, zurückgeführten Abgases, die EGR-Menge, geregelt. Ferner wird die Temperatur des in dem EGR-Kanal 13 strömenden Abgases durch den EGR-Kühler 14 verringert.
Der Motor 1 umfasst verschiedene Sensoren zur Erfassung von Motorbetriebszuständen. Zum Beispiel erfasst ein Luftströmungsmesser 19 die Menge GA an Ansaugluft in dem Ansaugkanal 3. Ein Drosselöffnungssensor 20 erfasst die Öffnung der Ansaugdrosselklappe 16. Ein Motordrehzahlsensor 21 erfasst die Drehzahl der Kurbelwelle bzw. die Motordrehzahl NE. Ein Gashubsensor 22 erfasst den Niederdrückbetrag des Gaspedals bzw. den Gaspedalbetätigungsbetrag ACCP. Ein Außenluftsensor 23 erfasst eine Außenlufttemperatur THout. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 24 erfasst die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD des Fahrzeugs, in dem der Motor 1 eingebaut ist. Ein Zündschalter 25 erfasst die Betätigungen des Fahrzeugfahrers, um den Motor 1 zu starten oder den Motor 1 stoppen.
Ferner erfasst ein erster Abgastemperatursensor 100, der, betrachtet in Strömungsrichtung der Abgase, strömungsaufwärts des Oxidationskatalysators 31 angeordnet ist, eine erste Abgastemperatur TH1 als eine Temperatur der Abgase, bevor sie in den Oxidationskatalysator 31 einströmen. Ein Differenzdrucksensor 110 erfasst eine Druckdifferenz ΔP zwischen einem strömungsaufwärts des Filters 32 gemessenen Abgasdruck und einem strömungsabwärts des Filters 32 gemessenen Abgasdruck.
Ein zweiter Abgastemperatursensor 120 und ein erster NOx-Sensor 130 sind im Absaugkanal 26 zwischen der ersten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 30 und der zweiten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 40, betrachtet in Strömungsrichtung der Abgase, strömungsaufwärts des Harnstoff-Zugabeventils 230 angeordnet. Der zweite Abgastemperatursensor 120 erfasst eine zweite Abgastemperatur TH2 als eine Temperatur der Abgase, bevor sie in den SCR-Katalysator 41 einströmen. Der erste NOx-Sensor 130 erfasst die erste NOx-Konzentration N1 als die Konzentration von NOx in den Abgasen, bevor sie in den SCR-Katalysator 41 einströmen.
Ein zweiter NOx-Sensor 140, der die zweite NOx-Konzentration N2 als die Konzentration von NOx in den Abgasen erfasst, die durch den SCR-Katalysator 41 gereinigt worden sind, ist, betrachtet in der Strömungsrichtung der Abgase, strömungsabwärts der dritten Abgasnachbehandlungsvorrichtung 50 im Absaugkanal 26 angeordnet.
Ein Kontroller oder Regler 80 empfängt Ausgangssignale von den verschiedenen, oben genannten Sensoren. Der Regler 80 besteht im Wesentlichen aus einem Mikrocomputer, der eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 80a, einen Nur-Lesespeicher (ROM), in dem verschiedene Programme, Karten, etc. im Voraus gespeichert sind, einen Direktzugriffsspeicher (RAM), in dem Berechnungsergebnisse der CPU, etc. vorübergehend gespeichert sind, eine Zeitschaltuhr 80b, eine Eingabeschnittstelle, eine Ausgabeschnittestelle und so weiter.
Der Regler 80 führt verschiedene Regelungen des Motors 1 wie etwa eine Regelung der Kraftstoffeinspritzmengen und Kraftstoffeinspritzzeitpunkte der Injektoren 4a–4d und des Kraftstoff-Zugabeventils 5, eine Regelung des Förder- oder Ausströmdrucks der Förderpumpe 10, eine Regelung des Betätigungsbetrags eines Aktors 17, der die Ansaugdrosselklappe 16 öffnet und schließt, und eine Regelung der Öffnung des EGR-Ventils 15 durch.
Als eine der verschiedenen Regelungen der Motors 1 führt der Regler 80, zusätzlich zum Start und Stopp des Motors 1 auf der Grundlage einer Betätigung des Zündschalters 25, eine Automatikstopp-Regelung und eine Automatikstart-Regelung des Motors 1 entsprechend Fahrzeugfahrzuständen durch. Zustände, bei denen der Motor 1 automatisch gestoppt wird, umfassen zum Beispiel einen Zustand, in dem „die Fahrzeuggeschwindigkeit niedriger als eine Referenzgeschwindigkei wird, während das Fahrzeug fährt”, und einen Zustand, in dem „der Betätigungsbetrag des Gaspedals gleich „0” wird”. Zustände, bei denen der Motor 1 automatisch gestartet wird, umfassen zum Beispiel einen Zustand, in dem „das Gaspedal betätigt wird und das Fahrzeug gleichzeitig automatisch gestoppt wird”, und einen Zustand, in dem „der Lademenge einer Batterie verringert ist”, und einen Zustand, in dem „eine elektrische Last erhöht ist”.
Der Regler 80 führt ferner verschiedene Abgasemissionsregelungen wie etwa den oben erwähnten Regenerationsprozess der Verbrennung der in dem Filter 32 gefangenen PM durch. Als eine der Abgasemissionsregelungen regelt der Regler 80 eine Einspritzung von wässriger Harnstofflösung mit Hilfe des Harnstoff-Zugabeventils 230. In der Einspritzregelung wird die Menge an einzuspritzendem Harnstoff, die weder übermäßig noch unzureichend ist, um die von dem Motor 1 abgegebenen NOx zu reduzieren, auf der Grundlage von Motorbetriebszuständen etc. berechnet, und ein Öffnen/Schließen des Harnstoff-Zugabeventils 230 wird so geregelt, dass die berechnete Menge an Harnstoff über das Harnstoff-Zugabeventil 230 eingespritzt wird.
Wenn wässrige Harnstofflösung in dem Zuleitungskanal 240 des Mechanismus 200 zur Zuleitung einer wässrigen Harnstofflösung oder in dem Harnstoff-Zugabeventil 230 verbleibt, nachdem das Einspritzen wässriger Harnstofflösung gestoppt ist, kann der Zuleitungskanal 240 oder das Harnstoff-Zugabeventil 230 aufgrund einer durch Gefrieren der verbleibenden wässrigen Harnstofflösung bewirkten Volumenvergrößerung beschädigt werden. Somit führt der Regler 80, um ein Gefrieren wässriger Harnstofflösung zu begrenzen, nach dem Stoppen des Motors eine Sammelregelung zum Sammeln wässriger Harnstofflösung von dem Harnstoff-Zugabeventil 230 und dem Zuleitungskanal 240 durch. In der Sammelregelung wird während einer vorbestimmten Zeitspanne das Harnstoff-Zugabeventil 230 geöffnet und die Pumpe 220 rückwärts gedreht. Dadurch wird die in dem Harnstoff-Zugabeventil 230 oder dem Zuleitungskanal 240 verbleibende wässrige Harnstofflösung in den Tank 210 gesammelt.
In dieser Ausführungsform wird eine „Stoppzeitspannen-Einspritzung” durchgeführt, d. h. wässrige Harnstofflösung wird nach dem Stoppen des Motors eingespritzt, um so beim Starten des Motors ein ausreichendes Niveau an NOx-Umwandlungsleistung zu gewährleisten. Nachfolgend ist mit Bezug auf 2 ein Stoppzeitspannen-Harnstoff-Einspritzprozess zum Einspritzen wässriger Harnstofflösung während der Motor gestoppt ist beschrieben. Der Stoppzeitspannen-Harnstoff-Einspritzprozess wird durch den Regler 80 durchgeführt.
Sobald der Prozess von 2 gestartet ist, wird zu Beginn bestimt, ob ein Automatikstopp des Motors 1 gestartet ist (S100). Wenn der Automatikstopp nicht gestartet ist (S100: NEIN), endet dieser Prozess.
Wenn hingegen der Automatikstopp gestartet ist (S100: JA), wird bestimmt, ob die zweite Abgastemperatur TH2, die unmittelbar vor dem Start des Automatikstopps erfasst wird, gleich hoch wie oder höher als ein Schwellenwert α ist (S110).
Der Schwellenwert α wird auf einen Wert eingestellt, auf dessen Grundlage bestimmt werden kann, ob die Temperatur im Absaugkanal 26 auf einem solchen Niveau ist, das ein Verdampfen von wässriger Harnstofflösung ermöglicht.
Wenn die zweite Abgastemperatur TH2 niedriger als der Schwellenwert α ist (S110: NEIN), ist der Prozess von 2 beendet. Wenn hingegen die zweite Abgastemperatur TH2 gleich hoch wie oder höher als der Schwellenwert α ist (S110: JA), wird eine Stoppzeitspannen-Einspritzmenge TS auf der Grundlage der zweiten Abgastemperatur TH2 eingestellt (S120). Die Stoppzeitspannen-Einspritzmenge TS ist eine Menge an wässriger Harnstofflösung, die nach dem Stoppen des Motors pro Zeiteinheit über das Harnstoff-Zugabeventil 230 eingespritzt wird. Da es umso wahrscheinlicher ist, dass die eingespritzte wässrige Harnstofflösung verdampft, je höher die Temperatur im Absaugkanal 26 ist, wird die Stoppzeitspannen-Einspritzmenge TS variabel eingestellt, so dass die Stoppzeitspannen-Einspritzmenge TS mit höher werdender zweiter Abgastemperatur TH2 größer wird, wie es in 3 gezeigt ist.
Anschließend wird bei gestopptem Motor die so eingestellte Stoppzeitspannen-Einspritzmenge TS an wässriger Harnstofflösung über das Harnstoff-Zugabeventil 230 eingespritzt, d. h. die „Stoppzeitspannen-Einspritzung” durchgeführt (S130). Anschließend wird bestimmt, ob die Gesamteinspritzmenge TSA gleich groß wie oder größer als ein Stoppbestimmungswert S ist (S140). Die Gesamteinspritzmenge TSA ist eine Gesamtmenge an durch die „Stoppzeitspannen-Einspritzung” über das Harnstoff-Zugabeventil 230 eingespritzter wässriger Harnstofflösung und wird durch Integration über die Zeit der Einspritzung pro Zeiteinheit während der Durchführung der Stoppzeitspannen-Einspritzung berechnet. Der Stoppbestimmungswert S ist ein Wert, auf dessen Grundlage bestimmt werden kann, ob die Gesamteinspritzmenge TSA so groß ist, dass ein Austreten von Ammonium auftreten kann (d. h. ein aus wässriger Harnstofflösung erzeugtes Ammonium durch den Ammoniumoxidationsfilter 51 in die Atmosphäre freigesetzt werden kann). Der Stoppbestimmungswert S wird im Voraus experimentell oder dergleichen auf einen geeigneten Wert eingestellt.
Wenn die Gesamteinspritzmenge TSA gleich groß wie oder größer als der Stoppbestimmungswert S ist (S140: JA), wird die Stoppzeitspannen-Einspritzung beendet (S160), da es nicht unwahrscheinlich ist, dass Ammonium austritt, wenn die Stoppzeitspannen-Einspritzung weiter fortgesetzt wird. Danach endet der Prozess von 2.
Wenn hingegen die Gesamteinspritzmenge TSA kleiner als der Stoppbestimmungswert S ist (S140: NEIN), wird bestimmt, ob wenigstens entweder die nachfolgende Bedingung (A) oder die nachfolgende Bedingung (B) erfüllt ist (S150).
(A) Die zweite Abgastemperatur TH2 ist niedriger als ein Niedrigtemperatur-Bestimmungswert A, bei dem das Reinigungs- oder Säuberungsvermögen des SCR-Katalysators 41 verringert ist. (B) Der Motor ist gestartet.
Wenn weder die Bedingung (A) noch die Bedingung (B) erfüllt ist (S150: NEIN), kehrt die Regelung zu Schritt S130 zurück und die Stoppzeitspannen-Einspritzung wird fortgesetzt. Wenn hingegen wenigstens entweder die Bedingung (A) oder die Bedingung (B) erfüllt ist (S150: JA), ist die Stoppzeitspannen-Einspritzung beendet (S160), woraufhin der Prozess von 2 endet.
Nachfolgend ist die Wirkungsweise dieser Ausführungsform beschrieben. Zu Beginn wird nach dem Stoppen des Motors wässrige Harnstofflösung eingespritzt. Demzufolge bedingt die Einspritzung des Reduktionsmittels nicht, dass der Motor in Betrieb ist, und es ist weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich, dass sich des Kraftstoffwirkungsgrads verschlechtert.
Die Temperatur im Absaugkanal 26 wird nach dem Stoppen des Motors nicht rasch verringert. Vielmehr wird der Abgaskanal 26 oft eine gewisse Zeit in einem Hochtemperaturzustand gehalten, in dem wässrige Harnstofflösung verdampfen kann. Daher verdampft die nach dem Stoppen des Motors eingespritzte wässrige Harnstofflösung im Absaugkanal 26 und verbleibt dann in Form von Ammonium im Absaugkanal 26. Anschließend, wenn der Motor gestartet wird, wird NOx durch das im Absaugkanal 26 verbleibende Ammonium reduziert. Ferner erreicht das beim Starten des Motors im Absaugkanal 26 verbleibende Ammonium den SCR-Katalysator 41 zusammen mit den Abgasen und werden NOx in dem SCR-Katalysator 41 reduziert. Somit wird es durch die Einspritzung wässriger Harnstofflösung nach dem Stoppen des Motors möglich, eine geeignete Menge an Ammonium zu gewährleisten, bevor der Motor wieder gestartet wird, und somit ein ausreichendes Niveau an NOx-Umwandlungsleistung beim Starten des Motors zu gewährleiten.
Je höher die Temperatur im Absaugkanal 26 ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass eingespritzte wässrige Harnstofflösung verdampft. In dieser Ausführungsform wird daher, wenn nach dem Stoppen des Motors wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird, die Einspritzmenge wässriger Harnstofflösung (Stoppzeitspannen-Einspritzmenge TS) mit höher werdender Temperatur im Absaugkanal 26 (die z weite Abgastemperatur THS) vergrößert. Demzufolge verdampft die erhöhte Menge an wässriger Harnstofflösung in Übereinstimmung mit der Temperatur im Absaugkanal 26, so dass die NOx-Umwandlungsleistung in geeigneterer Weise gewährleistet werden kann.
Da nach dem Stoppen des Motors keine Abgasströmung vorhanden ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass wässrige Harnstofflösung, wenn sie nach dem Stoppen des Motors eingespritzt wird, den SCR-Katalysator 41 oder die Zerstäuberplatte 60 erreicht. In dieser Ausführungsform ist daher das Einspritzloch des Harnstoff-Zugabeventils 230 in Richtung des SCR-Katalysators 41 gerichtet. Daher wird wässrige Harnstofflösung selbst dann zu dem SCR-Katalysator 41 geleitet, wenn keine Abgasströmung vorhanden ist. Demzufolge kann Ammonium an dem SCR-Katalysator 41 adsorbiert werden, selbst wenn der Motor gestoppt ist, und NOx können dann unter Verwendung des auf dem SCR-Katalysator 41 adsorbierten Ammoniums reduziert werden, wenn der Motor gestartet wird. Wenn die seit dem Stoppen des Motors verstrichene Zeitspanne kurz ist, gelangt über das Harnstoff-Zugabeventil 230 eingespritzte wässrige Harnstofflösung in Kontakt mit der Zerstäuberplatte 60 und dem SCR-Katalysator 41, die beide eine hohe Temperatur besitzen, so dass die wässrige Harnstofflösung unter Ausnutzung der Wärme der Zerstäuberplatte 60 und des SCR-Katalysators 41 verdampfen kann.
Der Motor 1, der dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, wird im Vergleich zu einem Motor, der nicht dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, eher mit höherer Frequenz gestoppt. Wenn der Prozess des Verzögern des Stoppens des Motors wie in dem bekannten System beim Motor 1 durchgeführt wird, ist demzufolge die Frequenz, mit der der Verzögerungsprozess durchgeführt wird, erhöht und ist es wahrscheinlich, dass sich des Kraftstoffwirkungsgrads verschlechtert. In dieser Ausführungsform wird, wenn der Motor 1, dessen Stoppfrequenz durch seine Automatikstopp- und Automatikstartfunktion wahrscheinlich erhöht ist, automatisch gestoppt wird (wenn in Schritt S100 von 2 eine bestätigende oder positive Entscheidung (JA) gewonnen wird), nach dem Automatikstopp wässrige Harnstofflösung eingespritzt (die Stoppzeitspannen-Einspritzung wird in Schritt S130 von 2 durchgeführt). Daher wird des Kraftstoffwirkungsgrads im Vergleich zu dem bekannten System, das den Prozess der Verzögerung des Stoppens des Motors, wie er oben beschrieben ist, durchführt, weiter verbessert.
Der Motor 1, der dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, wird oft kurze Zeit nach dem Stoppen des Motors 1 wieder gestartet, mit anderen Worten, der Motor 1 wird oft wieder gestartet, während die Temperatur im Absaugkanal 26 nach dem Stoppen des Motors relativ hoch ist. Demzufolge wird in dem Fall, in dem die Stoppzeitspannen-Einspritzung nach dem automatischen Stoppen des Motors durchgeführt wird, der Motor oft wieder gestartet, nachdem die eingespritzte wässrige Harnstofflösung verdampft, jedoch bevor sie zu Tropfen kondensiert ist, so dass die eingespritzte wässrige Harnstofflösung wirksam zur Reduktion von NOx verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform wird daher in dem Motor 1, der dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, d. h. in dem Motor 1, der oft wieder gestartet wird, während die Temperatur im Absaugkanal 26 relativ hoch ist, nach dem Stoppen des Motors wässrige Harnstofflösung eingespritzt (die Stoppzeitspannen-Einspritzung wird durchgeführt), nachdem der Motor 1 automatisch gestoppt wurde. Daher wird die eingespritzte wässrige Harnstofflösung wirksam zur Reduktion von NOx genutzt.
Wie es oben beschrieben ist, liefert diese Ausführungsform die folgenden Effekte. (1) Nachdem der Motor gestoppt ist, wird über das Harnstoff-Zugabeventil 230 wässrige Harnstofflösung eingespritzt. Somit bedingt die Einspritzung des Reduktionsmittels nicht den Betrieb des Motors. Daher ist es weniger wahrscheinlich oder unwahrscheinlich, dass sich des Kraftstoffwirkungsgrads verschlechtert.
(2) Die Temperatur im Absaugkanal 26 wird nach dem Stoppen des Motors nicht rasch verringert. Vielmehr wird der Abgaskanal 26 oft während einer gewissen Zeit in einem Hochtemperaturzustand gehalten, in dem wässrige Harnstofflösung verdampfen kann. Daher ist es möglich, ein ausreichendes Niveau an NOx-Umwandlungsleistung beim Starten des Motors zu gewährleisten, selbst wenn nach dem Stoppen des Motors wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird.
(3) Die Menge an nach dem Stoppen des Motors eingespritzter Harnstofflösung (die Stoppzeitspannen-Einspritzmenge TS) ist variabel eingestellt, so dass die Einspritzmenge TS mit höher werdender Temperatur im Absaugkanal 26 größer wird. Demzufolge wird die NOx-Umwandlungsleistung in geeigneterer Weise gewährleistet.
(4) Das Einspritzloch des Harnstoff-Zugabeventils 230 ist in Richtung des SCR-Katalysators 41 geöffnet. Demzufolge kann selbst in einem Zustand, in dem nach dem Stoppen des Motors keine Abgasströmung vorhanden ist, wässrige Harnstofflösung zu dem SCR-Katalysator 41 geleitet werden.
(5) Der Motor 1 ist so ausgelegt, dass er automatisch stoppt oder automatisch startet, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, und wässrige Harnstofflösung nach dem automatischen Stoppen des Motors 1 eingespritzt wird. Daher kann des Kraftstoffwirkungsgrads im Vergleich zu demjenigen des bekannten Systems, das den Prozess der Verzögerung des Stoppenes des Motors, wie er oben beschrieben ist, nicht durchführt, weiter verbessert werden. Ferner kann das eingespritzte Reduktionsmittel wirksam zur Reduktion von NOx verwendet werden.
(Zweite Ausführungsform)
Nachfolgend ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 4 beschrieben. Wenn die nach dem Stoppen des Motors eingespritzte wässrige Harnstofflösung nicht ausreichend zerstäubt oder verdüst wird, wird wässrige Harnstofflösung zu Tröpfen kondensiert und somit daran gehindert, zu verdampfen. Wenn auf diese Weise die Verdampfung wässriger Harnstofflösung gestört oder verhindert ist, kann sich die NOx-Umwandlungsleistung verschlechtern.
Ferner ist es im Vergleich zu dem Fall, in dem wässrige Harnstofflösung während des Betriebs des Motors eingespritzt wird, weniger wahrscheinlich, dass die über das Harnstoff-Zugabeventil 230 eingespritzte wässrige Harnstofflösung den SCR-Katalysator 41 erreicht, da nach dem Stoppen des Motors keine Abgasströmung vorhanden ist. Daher wird in dieser Ausführungsform, wenn nach dem Stoppen des Motors wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird, der Einspritzdruck wässriger Harnstofflösung (d. h. der Druck, mit dem wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird) so geregelt, dass er höher als der Einspritzdruck während des Betriebs des Motors ist, und die wässrige Harnstofflösung wird intermittierend eingespritzt. Somit ist der Prozess dieser Ausführungsform nur zu einem Teil von dem Stoppzeitspannen-Harnstoff-Einspritzprozess der ersten Ausführungsform, wie sie in 2 gezeigt ist, verschieden. Nachfolgend ist der Stoppzeitspannen-Harnstoff-Einspritzprozess dieser Ausführungsform beschrieben, und zwar im Wesentlichen mit Bezug auf Unterschiede bezüglich des Stoppzeitspannen-Harnstoff-Einspritzprozesses der oben beschriebenen ersten Ausführungsform.
In dem Stoppzeitspannen-Harnstoff-Einspritzprozess dieser Ausführungsform wird, nachdem die Operation von Schritt S120 von 2, d. h. die Einstellung der Stoppzeitspannen-Einspritzmenge TS auf der Grundlage der zweiten Abgastemperatur TH2 beendet ist, der Stoppzeitspannen-Einspritzdruck SP eingestellt (S200), wie es in 4 gezeigt ist. Der Stoppzeitspannen-Einspritzdruck SP wird auf ein Druckniveau eingestellt, das höher als der Einspritzdruck wässriger Harnstofflösung während des Betriebs des Motors ist. Der Einspritzdruck wird durch Erhöhen des Förderdrucks der Pumpe 220 erhöht.
Anschließend wird wässrige Harnstofflösung mit dem Stoppzeitspannen-Einspritzdruck SP eingespritzt, während der Motor ausgeschaltet ist (S210), und Schritt S140 und die folgenden Schritte von 2 oben werden durchgeführt. In der Stoppzeitspannen-Einspritzung von Schritt S210 wird wässrige Harnstofflösung intermittierend eingespritzt. Insbesondere wird das Harnstoff-Zugabeventil 230 in kurzen Intervallen wiederholt geöffnet und geschlossen.
Nachfolgend ist die Wirkungsweise dieser Ausführungsform beschrieben. Der Einspritzdruck wässriger Harnstofflösung während der Stoppzeitspannen-Einspritzung wird so geregelt, dass er höher als der Einspritzdruck wässriger Harnstofflösung während des Betriebs des Motors ist. Mit dem so erhöhten Einspritzdruck wird eine Zerstäubung oder Verdüsung wässriger Harnstofflösung unterstützt, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die wässrige Harnstofflösung zu Tröpfchen kondensiert, und es wahrscheinlicher ist, dass sie verdampft. Ferner nimmt die Distanz, die die eingesprühte wässrige Harnstofflösung zurücklegen kann, mit zunehmendem Einspritzdruck zu, so dass es wahrscheinlicher ist, dass die wässrige Harnstofflösung den SCR-Katalysator 41 erreicht und eine größere Menge an wässriger Harnstofflösung zu dem SCR-Katalysator 41 geleitet wird.
Wenn wässrige Harnstofflösung intermittierend eingespritzt wird, wird im Vergleich zu dem Fall, in dem wässrige Harnstofflösung kontinuierlich eingespritzt wird, eine Zerstäubung oder Verdüsung wässriger Harnstofflösung eher unterstützt. Somit wird wässrige Harnstofflösung nach dem Stoppen des Motors intermittierend eingespritzt. Demzufolge wird eine Zerstäubung oder Verdüsung wässriger Harnstofflösung unterstützt, selbst wenn wässrige Harnstofflösung nach dem Stoppen des Motors eingespritzt wird, d. h. in einem Zustand, in dem keine Abgasströmung vorhanden ist und es weniger wahrscheinlich ist, dass wässrige Harnstofflösung zerstäubt oder verdüst wird.
Wie es oben beschrieben ist, liefert dieser Ausführungsform zusätzlich zu den oben beschirebenen Effekten (1)–(5) die folgenden Effekte. (6) Wenn wässrige Harnstofflösung nach dem Stoppen des Motors eingespritzt wird, wird der Einspritzdruck der wässrigen Harnstofflösung so geregelt, dass er höher als der Einspritzdruck während des Betriebs des Motors ist. Daher kann die größere Menge wässriger Harnstofflösung verdampft werden.
(7) Das Einspritzloch des Harnstoff-Zugabeventils 230 ist in Richtung des SCR-Katalysators 41 geöffnet. Ferner wird der Einspritzdruck wässriger Harnstofflösung so geregelt, dass er höher als der Einspritzdruck während des Betriebs des Motors ist, wenn wässrige Harnstofflösung nach dem Stoppen des Motors eingespritzt wird. Demzufolge kann, wenn nach dem Stoppen des Motors wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird, die Distanz, die die eingesprühte Harnstofflösung zurücklegen kann, vergrößert werden, so dass eine vergrößerte Menge wässriger Harnstofflösung zu dem SCR-Katalysator 41 geleitet werden kann.
(8) Wenn nach dem Stoppen des Motors wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird, wird die wässrige Harnstofflösung intermittierend eingespritzt. Auch mit dieser Anordnung kann eine Zerstäubung oder Verdüsung von wässriger Harnstofflösung unterstützt werden.
(Dritte Ausführungsform)
Nachfolgend ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 5 beschrieben. In dem Emissionsregelungssystem der ersten Ausführungsform wird die oben beschriebene Regelung zum Sammeln wässriger Harnstofflösung so durchgeführt, dass ein Gefrieren wässriger Harnstofflösung in dem Harnstoff-Zugabeventil 230 und dem Zuleitungskanal 240 begrenzt wird. Wenn auf diese Weise wässrige Harnstofflösung gesammelt wird, werden Abgase oder wird Luft in das Harnstoff-Zugabeventil 230 und den Zuleitungskanal 240 gesaugt. Wenn wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird, nachdem die Sammelregelung durchgeführt wurde, muss daher das Harnstoff-Zugabeventil 230 und der Zuleitungskanal 240 mit wässriger Harnstofflösung gefüllt werden, und es kann keine ausreichende Menge wässriger Harnstofflösung in den Abgaskanal 26 geleitet werden, bis das Füllen des Harnstoff-Zugabeventils 230 und des Zuleitungskanals 240 abgeschlossen ist. Demzufolge kann die NOx-Umwandlungsleistung verschlechtert sein, bis das Füllen mit wässriger Harnstofflösung abgeschlossen ist.
Somit wird in dieser Ausführungsform ein Prozess zur Bestimmung, ob eine Sammelregelung wässriger Harnstofflösung durchgeführt werden soll, durchgeführt, wie es in 5 gezeigt ist, um so eine Verschlechterung der NOx-Umwandlungsleistung zu begrenzen, während das Harnstoff-Zugabeventil 230 und der Zuleitungskanal 240 mit wässriger Harnstofflösung gefüllt werden. Dieser Prozess wird von dem Regler 80 durchgeführt. Während in dieser Ausführungsform der Bestimmungsprozess auf das Emissionsregelungssystem der ersten Ausführungsform angewendet wird, kann der gleiche Prozess auch auf das Emissionsregelungssystem der zweiten Ausführungsform angewendet werden.
Sobald der Prozess von 5 gestartet ist, wird bestimmt, ob wenigstens entweder die folgende Bedingung (C) oder die folgende Bedingung (D) erfüllt ist (S300). (C) Eine Automatikstoppzeit AST als eine Zeit, die verstrichen ist seit der automatische Stopp des Motors gestartet wurde, ist gleich lang wie oder länger als eine kritische Zeit TA.
(D) Der Zündschalter 25 ist geöffnet. Die oben erwähnte Automatikstoppzeit AST wird durch den Regler 80 von dem Zeitpunkt, zu dem der Motor 1 startet, automatisch gestoppt zu werden, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Motor 1 automatisch gestartet wird, gemessen. Die oben erwähnte kritische Zeit TA wird auf eine Zeitspanne eingestellt, bis die Temperatur auf ein Niveau verringert ist, bei dem wässrige Harnstofflösung nach dem Stoppen des Motors gefriert. Insbesondere wird die kritische Zeit TA entsprechend zum Beispiel der Wassertemperatur oder der Abgastemperatur des Motors, wenn er gestoppt wird, oder der Außenlufttemperatur variabel eingestellt, so dass die kritische Temperatur TA auf die optimale Zeit eingestellt wird.
Wenn wenigstens entweder die Bedingung (C) oder die Bedingung (D) erfüllt ist (S300: JA), wird eine Sammelregelung wässriger Harnstofflösung durchgeführt (S310), woraufhin der Prozess von 5 endet. Wenn hingegen weder die Bedingung (C) noch die Bedingung (D) erfüllt ist (S300: NEIN), wird die Sammelregelung wässriger Harnstoffregelung unterdrückt (S320), woraufhin der Prozess von 5 endet.
Nachfolgend ist die Wirkungsweise dieser Ausführungsform beschrieben. Wenn die Motorstoppzeit kurz ist, kann ein Gefrieren wässriger Harnstofflösung aufgrund zum Beispiel der Hitze des Motors oder der Hitze der Abgase verhindern oder begrenzt werden. Mit anderen Worten, die Wahrscheinlichkeit dafür, dass wässrige Harnstofflösung gefriert, nimmt mit länger werdender Motorstoppzeit zu. Daher besteht keine Notwendigkeit, wässrige Harnstofflösung zu sammeln, wenn die Motorstoppzeit kurz ist, und das Füllen mit wässriger Harnstofflösung, wie es oben beschrieben ist, ist nicht erforderlich, wenn keine wässriger Harnstofflösung gesammelt wird. Folglich leidet das Emissionsregelungssystem nicht an einer Verschlechterung der NOx-Umwandlungsleistung, die während des Füllens mit wässriger Harnstofflösung auftreten würde.
Somit wird die Sammlung wässriger Harnstofflösung durchgeführt, wenn die Automatikstoppzeit AST des Motors gleich lang wie oder länger als die gegebene kritische Zeit TA ist. Wenn hingegen die Automatikstoppzeit AST kürzer als die kritische Zeit TA ist und die Wahrscheinlichkeit, dass wässrige Harnstofflösung gefriert, niedrig ist, wird keine Sammlung von wässriger Harnstofflösung durchgeführt. Demzufolge kann die Frequenz, mit der wässrige Harnstofflösung gesammelt wird, verringert werden, so dass eine andernfalls mögliche Verschlechterung der NOx-Umwandlungsleistung während des Füllens mit wässriger Harnstofflösung begrenzt oder verringert wird.
Auch wenn der Zündschalter 25 geöffnet wird, wird eine Sammlung wässriger Harnstofflösung durchgeführt. Hingegen wird keine Sammlung wässriger Harnstofflösung durchgeführt, wenn der Motor 1 automatisch gestoppt wird, d. h. wenn die Motorstoppzeit eher relativ kurz ist. Demzufolge kann die Frequenz, mit der wässriger Harnstofflösung gesammelt wird, auch dadurch verringert werden, dass die obige Bedingung (D) eingestellt wird, so dass eine Verschlechterung der NOx-Umwandlungsleistung während des Füllens mit wässriger Harnstofflösung begrenzt wird.
Wie es oben beschrieben ist, liefert diese Ausführungsform, zusätzlich zu den oben beschriebenen Effekten (1)–(5) die folgenden Effekte. (9) Wenn die Automatikstoppzeit AST des Motors 1 gleich lang wie oder länger als die kritische Zeit TA ist, wird die Sammlung wässriger Harnstofflösung durchgeführt. Demzufolge kann die Frequenz, mit der wässrige Harnstofflösung gesammelt wird, verringert werden, so dass eine Verschlechterung der NOx-Umwandlungsleistung während des Füllens mit wässriger Harnstofflösung begrenzt werden.
(10) Ferner wird die Sammlung wässriger Harnstofflösung durchgeführt, wenn der Zündschalter 25 des Motors geöffnet wird. Auch in diesem Fall kann die Frequenz, mit der wässrige Harnstofflösung gesammelt wird, verringert werden, so dass eine Verschlechterung der NOx-Umwandlungsleistung während des Füllens mit wässriger Harnstofflösung begrenzt werden kann.
Jede der dargestellten Ausführungsformen kann wie folgt modifiziert werden. In der ersten Ausführungsform wird in Schritt S110 von 2 bestimmt, ob die Temperatur im Absaugkanal 26 auf einem solchen Niveau ist, das eine Verdampfung wässriger Harnstofflösung erlaubt. Jedoch ist es sehr wahrscheinlich, dass die Temperatur im Absaugkanal 26 unmittelbar nach dem Stoppen des Motors auf einem solchen Niveau ist, das ein Verdampfen wässriger Harnstofflösung ermöglicht. Demzufolge kann die Operation von Schritt S110 der Einfachheit halber weggelassen werden.
In der zweiten Ausführungsform wird, wenn während des Stopps des Motors wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird, der Einspritzdruck erhöht und die Einspritzung intermittierend durchgeführt. In einem weiteren Beispiel kann der Einspritzdruck erhöht, die wässrige Harnstofflösung jedoch nicht intermittierend, sondern kontinuierlich eingespritzt werden. In einem weiteren Beispiel wird der Einspritzdruck nicht erhöht und nur die intermittierende Einspritzung wird durchgeführt.
In der dritten Ausführungsform kann in dem in 5 oben gezeigten Schritt S300 bestimmt werden, ob nur die Bedingung (C) erfüllt ist, oder ob nur die Bedingung (D) erfüllt ist. In den dargestellten Ausführungsformen ist das Einspritzloch des Harnstoff-Zugabeventils 230 in Richtung des SCR-Katalysators 41 geöffnet. In einem weiteren Beispiel kann die Erfindung auch auf eine Anordnung angewendet werden, in der das Einspritzloch nicht in Richtung des SCR-Katalysators 41 gerichtet ist, zum Beispiel auf eine Anordnung, in der das Einspritzloch der inneren Wand des Abgaskanals gegenüberliegt. Auch in diesem Fall können die oben beschriebenen Effekte mit Ausnahme der Effekte (4) und (7) gewonnen werden.
Während die zweite Abgastemperatur TH2 durch den Sensor erfasst wird, kann die Temperatur TH2 auf der Grundlage von Motorbetriebszuständen geschätzt werden. Während die Pumpe 220 rückwärts gedreht wird, wenn wässrige Harnstofflösng von dem Zuleitungskanal 240 gesammelt wird, kann wässrige Harnstofflösung auch auf andere Weise gesammelt werden. Zum Beispiel kann ein Schaltventil zur Änderung der Strömungsrichtung der wässrigen Harnstofflösung in dem Zuleitungskanal 240 oder dergleichen in dem Zuleitungskanal 240 angeordnet sein.
Obwohl, wie oben beschrieben, wässrige Harnstofflösung als das Reduktionsmittel verwendet wird, können auch andere flüssige Reduktionsmittel verwendet werden. Obwohl, wie oben beschrieben, der Motor 1 ein Verbrennungsmotor ist, der in jeder dargestellten Ausführungsform dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, kann die Erfindung auch auf ein Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors angewendet werden, der nicht dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und automatisch zu starten.
Wenn die Erfindung auf das Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors angewendet wird, der dazu geeignet ist, automatisch zu stoppen und autmoatisch zu starten, wird in Schritt S100 von 2 bestimmt, ob der Motor gestoppt ist, statt zu bestimmen, ob der Motor startet, automatisch gestoppt zu werden. Zum Beispiel kann bestimmt werden, ob der Zündschalter 25 geöffnet ist. Ferner ist in Schritt S300 von 5 die Bedingung (C), dass „die Automatikstoppzeit AST gleich lang wie oder länger als die kritische Zeit TA” ist, weggelassen. Auch in diesem modifizierten Beispiel können die anderen als die oben beschriebenen Effekte (5) und (9) gewonnen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-197728 [0002, 0004]

Claims

Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors, das einen NOx-Umwandlungskatalysator, der NOx umwandelt, wenn ein Reduktionsmittel zu ihm geleitet wird, ein Reduktionsmittel-Einspritzventil, das das Reduktionsmittel in einen Abgaskanal einspritzt, und einen Regler, der die Einspritzung des Reduktionsmittels regelt, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass: der Regler (80) die Einspritzung des Reduktionsmittels über das Reduktionsmittel-Einspritzventil (230) nach dem Stoppen des Verbrennungsmotors regelt.
Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, wobei der Regler (80) einen Einspritzdruck (SP), bei dem das Reduktionsmittel nach dem Stoppen des Motors eingespritzt wird, so regelt, dass er höher als ein Einspritzdruck ist, bei dem das Reduktionsmittel während des Betriebs des Motors eingespritzt wird.
Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Regler (80) eine Regelung derart ausführt, dass das Reduktionsmittel intermittierend eingespritzt wird.
Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Regler (80) eine Einspritzmenge (TS) des nach dem Stoppen des Motors einzuspritzenden Reduktionsmittels variabel einstellt, so dass die Einspritzmenge (TS) mit höher werdender Temperatur (TH2) im Absaugkanal (26) größer wird.
Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Einspritzloch des Reduktionsmittel-Einspritzventils (230) in Richtung des NOx-Umwandlungskatalysators (41) offen ist.
Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verbrennungsmotors (1) dazu ausgelegt ist, um automatisch zu stoppen und automatisch zu starten, wenn gegebene Bedingungen erfüllt sind, und der Regler (80) die Einspritzung des Reduktionsmittels nach dem automatischen Stoppen des Verbrennungsmotors regelt.
Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 6, ferner umfassend: einen Zuleitungskanal (240), durch den das Reduktionsmittel zu dem Reduktionsmittel Einspritzventil (230) geleitet wird; und ein Sammelmittel (220) zum Sammeln des Reduktionsmittels von dem Zuleitungskanal (240), wobei der Regler (80) die Sammlung des Reduktionsmittels durch das Sammelmittel (220) regelt, wenn eine Motorstoppzeit (AST), während der der Motor gestoppt ist, eine vorbestimmte Zeit (TA) überschreitet.
Emissionsregelungssystem eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 6, ferner umfassend: einen Zuleitungskanal (240), durch den das Reduktionsmittel zu dem Reduktionsmittel Einspritzventil (230) geleitet wird; und ein Sammelmittel (220) zum Sammeln des Reduktionsmittels von dem Zuleitungskanal (240), wobei der Regler (80) die Sammlung des Reduktionsmittels durch das Sammelmittel (220) durchführt, wenn ein Zündschalter (25) des Verbrennungsmotors (1) geöffnet ist.