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Die Erfindung betrifft ein Abgasregelungssystem, das in einem Katalysator, der in einem Abgaskanal eines in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor angeordnet ist, von Stickoxiden, die in Abgasen enthalten sind, reinigt, indem es ein flüssiges Reduktionsmittel strömungsaufwärtsseitig von dem Katalysator hinzugibt.
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Es existiert bereits ein Abgasregelungssystem mit einem Katalysator zur selektiven Reduktion (nachfolgend Katalysator) in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors und einem Zugabeventil, das strömungsaufwärtsseitig von dem Katalysator Harnstofflösung, die als Reduktionsmittel dient, hinzugibt, um von Stickoxiden (nachfolgend NOx) zu reinigen, die in den Abgasen des Verbrennungsmotors enthalten sind (siehe zum Beispiel die japanische Patentveröffentlichung
JP 2010-071 270 A ). Bei dem so konfigurierten Abgasregelungssystem wird durch Zugabe von Harnstofflösung zu Abgasen hoher Temperatur mit Hilfe des Zugabeventils Harnstofflösung in Ammoniak zersetzt und werden in den Abgasen enthaltene NOx reduziert und in dem Katalysator durch Ammoniak verringert.
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Eine solche Harnstofflösung wird in einem gesonderten, an oder in dem Fahrzeug eingebauten Tank gespeichert, und die Harnstofflösung in dem Tank wird durch eine Pumpe druckbeaufschlagt zu dem Zugabeventil transportiert oder gefördert. Harnstofflösung beginnt übrigens bei oder unterhalb von –7°C zu gefrieren. Ferner gibt es ein System, als ein elektrisches Heizgerät umfasst, das Harnstofflösung in einem Tank erwärmt und die Harnstofflösung durch Bestromen des elektrischen Heizgeräts auftaut, wenn die Harnstofflösung gefroren ist (siehe zum Beispiel die japanische Patentoffenlegungsschrift
JP 2008-115 784 A ).
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Jedoch gefriert die Harnstofflösung, wenn sich das Fahrzeug an einer Steigung oder einem Gefälle befindet und der Motor bei niedrigen Temperaturen ausgeschaltet bleibt, in einem Zustand, in dem der Tank bezüglich des Flüssigkeitspegels der Harnstofflösung geneigt bleibt. Daher ist die Harnstofflösung ungleichmäßig in dem Tank verteilt und Wärme von einer Heizvorrichtung wie etwa dem elektrischen Heizgerät kann nicht in adäquater Weise zu der Harnstofflösung transportiert werden. In diesem Fall, wenn zum Beispiel ein Heizmodus wie etwa eine Heizzeit der Heizvorrichtung unter der Annahme eingestellt wird, dass der Tank nicht bezüglich des Flüssigkeitspegels der Harnstofflösung geneigt ist, tritt eine Situation ein, in der die Harnstofflösung nicht vollständig aufgetaut wird, selbst wenn ein Heizvorgang mit Hilfe der Heizvorrichtung beendet worden ist. Somit kann es sein, dass es je nach Neigungsgrad des Tanks bezüglich der Harnstofflösung nicht möglich ist, die gefrorene Harnstofflösung aufzutauen.
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Gegen ein solches Problem ist es denkbar, einen Heizmodus der Heizvorrichtung unter der Annahme einzustellen, dass es für Wärme von der Heizvorrichtung äußerst schwierig ist, zu dem Reduktionsmittel transportiert zu werden, wie etwa in dem Fall, in dem Harnstofflösung gefriert, während der Tank am stärksten bezüglich dem Flüssigkeitspegel der Harnstofflösung geneigt bleibt. Insbesondere ist es denkbar, die Heizzeit der Heizvorrichtung auf das Maximum einzustellen. Wenn der Heizmodus auf diese Weise eingestellt ist, wird jedoch der Heizvorgang mit Hilfe der Heizvorrichtung für eine lange Zeit unnötig fortgesetzt, wenn der Tank nicht bezüglich der Harnstofflösung geneigt ist, was zu unnötigem Verbrauch von elektrischer Energie führen kann. Dies ist nicht auf das Abgasregelungssystem beschränkt, das Harnstofflösung verwendet. Dies tritt ebenso in einem Abgasregelungssystem auf, das ein flüssiges Reduktionsmittel verwendet, das bei niedrigen Temperaturen gefriert.
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Die
DE 10 2008 048 798 A1 , die als nächstliegender Stand der Technik erachtet wird, offenbart ein Abgasregelungssystem für einen in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor, in dem mehrere Heizelemente in Abhängigkeit von der Neigung eines Tanks des Fahrzeugs unabhängig voneinander angesteuert werden.
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Die Erfindung stelle ein Abgasregelungssystem für einen in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor bereit, das dazu geeignet ist, ein gefrorenes Reduktionsmittel unabhängig von einem Neigungsgrad eines Tanks bezüglich des Reduktionsmittels in geeigneter Weise aufzutauen.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Abgasregelungssystem für einen in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor, das ein flüssiges Reduktionsmittel strömungsaufwärtsseitig von einem Katalysator, der in einem Abgaskanal des in dem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotors angeordnet ist, hinzufügt und das eine einzige Heizvorrichtung umfasst, die in einem Tank angeordnet ist, in dem das Reduktionsmittel gespeichert ist, und die das Reduktionsmittel erwärmt, wobei, wenn das Reduktionsmittel mit Hilfe der einzigen Heizvorrichtung erwärmt wird, ein Heizmodus der einzigen Heizvorrichtung auf der Grundlage eines Neigungsgrads des Fahrzeugs geändert wird.
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Eine räumliche Beziehung zwischen gefrorenem Reduktionsmittel und der einzigen Heizvorrichtung unterscheidet sich je nachdem, ob das Fahrzeug bezüglich einer horizontalen Ebene geneigt ist und das Reduktionsmittel in einem Zustand gefriert, in dem der Tank bezüglich des Flüssigkeitspegels des Reduktionsmittels geneigt ist, oder ob das Reduktionsmittel in einem Zustand gefriert, in dem der Tank nicht bezüglich dem Flüssigkeitspegel des Reduktionsmittels geneigt ist. In der oben beschriebenen Konfiguration wird der Heizmodus der einzigen Heizvorrichtung auf der Grundlage des Neigungsgrades des Fahrzeugs geändert. Hier ist es möglich, aus dem Neigungsgrad des Fahrzeugs die räumliche Beziehung zwischen dem gefrorenen Reduktionsmittel und der einzigen Heizvorrichtung, insbesondere den Abstand zwischen dem gefrorenen Reduktionsmittel und der einzigen Heizvorrichtung, in angemessener Weise zu ermitteln. Daher ist es bei einem Abstand zwischen dem Reduktionsmittel und der einzigen Heizvorrichtung, wenn es schwieriger ist, das Reduktionsmittel aufzutauen, möglich, eine größere Wärmemenge von der einzigen Heizvorrichtung zuzuführen. Somit ist es unabhängig von dem Neigungsgrad des Tanks bezüglich des Reduktionsmittels möglich, das gefrorene Reduktionsmittel in geeigneter Weise aufzutauen.
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In dem Abgasregelungssystem gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann eine Heizzeit der einzigen Heizvorrichtung auf der Grundlage des Neigungsgrads des Fahrzeugs geändert werden. Insbesondere kann die Heizzeit auf einen umso längeren Wert eingestellt werden, je größer der Neigungsgrad des Fahrzeugs bezüglich der horizontalen Ebene ist.
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Zum Beispiel ist es in der Konfiguration, in der die Wärmemenge, die dem Reduktionsmittel pro Zeiteinheit von der einzigen Heizvorrichtung zugeführt wird, konstant eingestellt ist, möglich, wenn die Heizzeit der einzigen Heizvorrichtung auf der Grundlage des Neigungsgrads des Fahrzeugs geändert wird, wie es oben beschrieben ist, die Wärmemenge, die dem Reduktionsmittel von der einzigen Heizvorrichtung zugeführt wird, einfach und in angemessener Weise zu regeln.
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In dem Abgasregelungssystem gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann eine Wärmemenge, die dem Reduktionsmittel pro Zeiteinheit von der einzigen Heizvorrichtung zugeführt wird, auf der Grundlage des Neigungsgrads des Fahrzeugs geändert werden. Insbesondere kann die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit übertragen wird, auf einen umso größeren Wert eingestellt werden, je größer der Neigungsgrad des Fahrzeugs bezüglich einer horizontalen Ebene ist.
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In der Konfiguration, die die Wärmemenge, die dem Reduktionsmittel pro Zeiteinheit von der einzigen Heizvorrichtung zugeführt wird, ändern kann, wenn die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit übertragen wird, auf der Grundlage des Neigungsgrads des Fahrzeugs geändert wird, wie es oben beschrieben ist, ist es möglich, die Wärmemenge, die dem Reduktionsmittel von der einzigen Heizvorrichtung zugeführt wird, zu regeln, ohne die Heizzeit nennenswert zu ändern.
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In dem Abgasregelungssystem kann der Heizmodus der einzigen Heizvorrichtung auf der Grundlage von sowohl dem Neigungsgrad als auch einem Volumen des Reduktionsmittels in dem Tank geändert werden.
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Bei gegebenem Neigungsgrad des Fahrzeugs verändert sich die räumliche Beziehung zwischen dem gefrorenen Reduktionsmittel und der einzigen Heizvorrichtung in Abhängigkeit von dem Volumen des Reduktionsmittels in dem Tank. In der oben beschriebenen Konfiguration wird der Heizmodus der einzigen Heizvorrichtung auf der Grundlage nicht nur des Neigungsgrads des Fahrzeugs, sondern auch des Volumens des Reduktionsmittels in dem Tank geändert. Das heißt, es ist weiter möglich, aus sowohl dem Neigungsgrad des Fahrzeugs als auch dem Volumen des Reduktionsmittels in dem Tank, die räumliche Beziehung zwischen dem gefrorenen Reduktionsmittel und der einzigen Heizvorrichtung, insbesondere den Abstand zwischen dem gefrorenen Reduktionsmittel und der einzigen Heizvorrichtung, in geeigneter Weise zu ermitteln. Somit ist es unabhängig von dem Neigungsgrad des Tanks bezüglich des Reduktionsmittels möglich, das gefrorene Reduktionsmittel weiter in geeigneter Weise aufzutauen.
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In dem Abgasregelungssystem gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann die einzige Heizvorrichtung, wenn eine vertikal niedrigere Oberfläche des Tanks als eine untere Fläche definiert ist, in der Nähe der unteren Fläche des Tanks angeordnet sein, und wenn das Reduktionsmittel mit Hilfe der einzigen Heizvorrichtung erwärmt wird, kann der Heizmodus der einzigen Heizvorrichtung so geändert werden, dass eine Gesamtwärmemenge, die dem Reduktionsmittel von der einzigen Heizvorrichtung zugeführt wird, mit zunehmendem Neigungsgrad des Fahrzeugs bezüglich einer horizontalen Ebene zunimmt. Ferner kann der Heizmodus so geändert werden, dass eine Gesamtwärmemenge, die dem Reduktionsmittel von der einzigen Heizvorrichtung zugeführt wird, mit zunehmendem Volumen des Reduktionsmittels zunimmt.
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In einer Konfiguration, in der die einzige Heizvorrichtung in der Nähe der unteren Fläche des Tanks angeordnet ist, wird der Tank mit zunehmendem Neigungsgrad des Fahrzeugs bezüglich der horizontalen Ebene stärker bezüglich des Flüssigkeitspegels des Reduktionsmittels geneigt und befindet sich das Reduktionsmittel in einem immer größeren Abstand von der einzigen Heizvorrichtung. In der oben beschriebenen Konfiguration wird mit zunehmendem Neigungsgrad des Fahrzeugs bezüglich der horizontalen Ebene, das heißt, wenn sich das Reduktionsmittel in einem im größeren Abstand zu der einzigen Heizvorrichtung befindet und eine immer größere Wärmemenge zum Auftauen des Reduktionsmittels notwendig ist, die Gesamtwärmemenge, die dem Reduktionsmittel von der einzigen Heizvorrichtung zugeführt wird, erhöht. Somit ist es unabhängig von dem Neigungsgrad des Tanks bezüglich des Reduktionsmittels möglich, das gefrorene Reduktionsmittel aufzutauen.
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In dem Abgasregelungssystem gemäß dem oben beschriebenen Aspekt kann der Neigungsgrad des Fahrzeugs ein Neigungsgrad bezüglich einer Längsrichtung des Fahrzeugs sein. Ferner kann in dem Abgasregelungssystem gemäß dem oben beschriebenen Aspekt der Neigungsgrad des Fahrzeugs ein Neigungsgrad bezüglich einer Fahrzeugbreitenrichtung des Fahrzeugs sein.
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In der oben genannten Konfiguration wird, wenn der Heizmodus der einzigen Heizvorrichtung geändert wird, der Neigungsgrad des Fahrzeugs bezüglich der Längsrichtung des Fahrzeugs oder der Fahrzeugquerrichtung des Fahrzeugs berücksichtigt, so dass es möglich ist, das gefrorene Reduktionsmittel unabhängig von dem Neigungsgrad des Tanks bezüglich des Reduktionsmittels weiter in geeigneter Weise aufzutauen.
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Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sind nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
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1 eine Querschnittsansicht ist, die die Querschnittsstruktur eines Tanks, in dem Harnstofflösung gespeichert ist, in einem Abgasregelungssystem für einen in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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2A eine Querschnittsansicht ist, die die Querschnittsstruktur des Tanks zeigt, wenn ein Fahrzeug gegenüber einer horizontalen Ebene geneigt ist;
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2B eine Querschnittsansicht ist, die die Querschnittsstruktur des Tanks zeigt, wenn das Fahrzeug nach Gefrieren der Harnstofflösung in einem in 2A gezeigten Zustand nicht geneigt ist;
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3 ein Flussdiagramm ist, das das Verfahren zur Durchführung einer Routine zur Einstellung eines Harnstofflösung-Zugabeerlaubnisflags gemäß der Ausführungsform zeigt;
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4 ein Flussdiagramm ist, das das Verfahren zur Einstellung einer Gefrierflags gemäß der Ausführungsform zeigt;
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5 eine Karte ist, die die Beziehung zwischen einem Harnstofflösungsvolumen und einer Gefrierzeit für jede Temperatur definiert; und
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6 eine Karte ist, die die Beziehung zwischen einem Neigungswinkel eines Fahrzeugs und einer Heizzeit für jedes Harnstofflösungsvolumen definiert.
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Nachfolgend ist eine beispielhafte Ausführungsform eines Abgasregelungssystems für einen in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung mit Bezug auf 1 bis 6 beschrieben. Es ist zu beachten, dass eine Richtung von oben nach unten in 1 einer Richtung von oben nach unten in einer vertikalen Richtung entspricht und eine Rechts-links-Richtung in 1 einer Längsrichtung des Fahrzeugs entspricht.
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Ein Abgasregelungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform sowie ein existierendes allgemeines Abgasregelungssystem umfasst einen Katalysator zu selektiven Reduktion (nachfolgend Katalysator), der in einem Abgaskanal eines in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotors angeordnet ist, und ein Zugabeventil, das strömungsaufwärtsseitig von dem Katalysator flüssige Harnstofflösung hinzugibt. Das Abgasregelungssystem reinigt von Stickoxiden (nachfolgend NOx) in dem Katalysator, die in den Abgasen enthalten sind, durch Zugabe von Harnstofflösung über das Zugabeventil.
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Wie es in 1 gezeigt ist, umfasst das Abgasregelungssystem einen Tank 10 mit einer im Wesentlichen rechteckig-parellelepipedischen Form. In dem Tank 10 wird Harnstofflösung gespeichert. Wenn sich das Fahrzeug auf einer horizontalen Ebene befindet, erstrecken sich sowohl die obere Fläche 12 als auch die untere Fläche 14 des Tanks 10 in der horizontalen Richtung. Seitenflächen 16 zwischen dieser oberen Fläche 12 und unteren Fläche 14 erstrecken sich in der vertikalen Richtung der unteren Fläche 14 des Tanks 10 ist an einer in der Rechts-links-Richtung in 1 und einer Richtung (Fahrzeugbreitenrichtung) senkrecht zur Zeichenebene in 1 mittleren Position eine Vertiefung 14a ausgebildet. Ein Versorgungsrohr 30 ist mit der Vertiefung 14a verbunden. Das Versorgungsrohr 30 wird verwendet, um Harnstofflösung zu dem Zugabeventil zu transportieren. Eine Pumpe ist in dem Versorgungsrohr 30 angeordnet. Die Pumpe wird verwendet, um mit Druck beaufschlagte Harnstofflösung zu transportieren.
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Eine Heizvorrichtung 20 (im Folgenden nur ”Heizvorrichtung 20”) ist in der Vertiefung 14a angeordnet. Die Heizvorrichtung 20 erwärmt Harnstofflösung. Die Heizvorrichtung 20 umfasst eine elektrische Heizwicklung 22 und ein Metallstück 24. Die elektrische Heizwicklung 22 erzeugt Wärme, wenn sie bestromt wird. Das Metallstück 24 erstreckt sich von beiden Enden der elektrischen Heizwicklung 22 und erstreckt sich entlang der unteren Fläche 14 des Tanks 10. Das heißt, die Heizvorrichtung 20 ist in der Nähe der unteren Fläche 14 des Tanks 10 angeordnet.
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Die Bestromung der Heizvorrichtung 20 wird durch eine elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 50 gesteuert. Verschiedene Sensoren wie etwa ein Temperatursensor 51, ein Flüssigkeitspegelsensor 52 und ein Neigungswinkelsensor 53 sind mit der elektronischen Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 50 verbunden. Der Temperatursensor 51 erfasst die Temperatur der Harnstofflösung. Der Flüssigkeitspegelsensor 52 erfasst den Flüssigkeitspegel der Harnstofflösung. Der Neigungswinkelsensor 53 erfasst den Neigungswinkel des Fahrzeugs (im Folgenden der Neigungswinkel A des Fahrzeugs) bezüglich der horizontalen Ebene. Der Neigungswinkel A des Fahrzeugs ist positiv, wenn sich die Front des Fahrzeugs oberhalb des Hecks des Fahrzeugs befindet, und der Neigungswinkel A des Fahrzeugs ist negativ, wenn sich die Front des Fahrzeugs unterhalb des Hecks des Fahrzeugs befindet.
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In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 50, ob die Harnstofflösung in dem Tank 10 vollständig gefroren ist, und wenn die elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 50 bestimmt, dass die Harnstofflösung gefroren ist, taut die elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinheit 50 die Harnstofflösung auf, indem sie die Heizvorrichtung 20 bestromt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Bestromung der elektrischen Heizwicklung 22 so geregelt, dass die Wärmemenge, die der Harnstofflösung pro Zeiteinheit von der Heizvorrichtung 20 zugeführt wird, konstant ist. Wenn die Bestromung der Heizvorrichtung 20 beendet ist, wird bestimmt, dass die Harnstofflösung in dem Tank 10 aufgetaut worden ist, so dass die Zugabe von Harnstofflösung erlaubt ist, d. h. das Zugabeventil angesteuert werden darf.
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Übrigens gefriert die Harnstofflösung, wie es oben beschrieben ist, wenn das Fahrzeug an einer Steigung oder einem Gefälle steht und der Motor bei niedrigen Temperaturen ausgeschaltet bleibt, in einem Zustand, in dem der Tank bezüglich des Flüssigkeitspegels der Harnstofflösung geneigt ist, wie es in 2A gezeigt ist. In diesem Fall bleibt selbst dann, wenn das Fahrzeug zu einer ebenen Stelle bewegt wird, ein Zustand, in dem die Harnstofflösung in dem Tank 10 ungleichmäßig verteilt ist, so dass Wärme von der Heizvorrichtung 20 nicht in geeigneter Weise zu der Harnstofflösung transportiert wird, wie es in 2B gezeigt ist. In diesem Fall, wenn zum Beispiel eine Heizzeit α der Heizvorrichtung 20 unter der Annahme eingestellt ist, dass der Tank 10 nicht bezüglich des Flüssigkeitspegels der Harnstofflösung geneigt ist, tritt eine Situation ein, in der die Harnstofflösung nicht vollständig aufgetaut ist, selbst wenn das Heizen mit Hilfe der Heizvorrichtung 20 beendet ist. Somit ist es in Abhängigkeit von dem Neigungsgrad des Tanks 10 bezüglich der Harnstofflösung nicht möglich, die gefrorene Harnstofflösung angemessen aufzutauen.
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In der vorliegenden Ausführungsform wird die Heizzeit α der Heizvorrichtung 20, um das Auftreten einer solchen Schwierigkeit zu vermeiden, wenn Wärme durch die Heizvorrichtung 20 erzeugt wird, um die Harnstofflösung in dem Tank 10 aufzutauen, mit zunehmendem Neigungswinkel A des Fahrzeugs bezüglich der horizontalen Ebene verlängert.
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Nachfolgend ist das Verfahren zur Durchführung einer Routine zum Setzen eines Harnstofflösung-Zugabeerlaubnisflags mit Bezug auf 3 beschrieben. Die Routine wird bei jedem Start des Verbrennungsmotors durchgeführt. Wie es in 3 gezeigt ist, wird in einer Reihe von Prozessen bestimmt, ob ein Gefrierflag F1 „AN” ist (Schritt S1). Das Gefrierflag F1 ist ein Flag, das auf „AN” gesetzt ist, wenn bestimmt wird, dass die Harnstofflösung in dem Tank 10 vollständig gefroren ist.
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Hier ist das Verfahren zur Durchführung einer Routine zum Setzen des Gefrierflags F1 mit Bezug auf 4 beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Routine, während der Motor gestoppt ist, in vorbestimmten Zeitintervallen wiederholt wird. Ferner wird das Gefrierflag F1 anfangs auf „AUS” gesetzt.
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Wie es in 4 gezeigt ist, wird sofort nach dem Motorstopp zuerst ein Volumen VHarnstoff der Harnstofflösung geladen (Schritt S11). Das Volumen VHarnstoff der Harnstofflösung wird durch einen bekannten Modus auf der Grundlage eines durch den Flüssigkeitspegelsensor 52 erfassten Ergebnisses berechnet. Anschließend wird eine Temperatur THarnstoff der Harnstofflösung zu diesem Zeit geladen (Schritt S12).
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Wenn die Temperatur THarnstoff der Harnstofflösung auf diese Weise geladen ist, wird nachfolgend bestimmt, ob die Temperatur THarnstoff der Harnstofflösung niedriger als oder gleich hoch wie eine Gefriertemperatur Tgefrier ist (Schritt S13). Hier, wenn die Temperatur THarnstoff der Harnstofflösung nicht niedriger als oder gleich hoch wie die Gefriertemperatur Tgefrier ist (NEIN in Schritt S13), wird bestimmt, dass die Harnstofflösung nicht gefroren ist, und das Gefrierflag F1 bleibt „AUS”, woraufhin die Reihe von Prozessen sogleich beendet ist.
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Wenn hingegen die Temperatur THarnstoff der Harnstofflösung niedriger als oder gleich hoch wie die Gefriertemperatur Tgefrier ist (JA in Schritt S13), wird nachfolgend auf der Grundlage der Volumens VHarnstoff der Harnstofflösung und der Temperatur THarnstoff der Harnstofflösung unter Bezugnahme auf eine in 5 gezeigte Karte (KARTE1) eine Gefrierzeit β abgeleitet (Schritt S14). Die Gefrierzeit β ist eine Zeitspanne, die bis zum vollständigen Gefrieren der Harnstofflösung benötigt wird, und wenn das Volumen VHarnstoff der Harnstofflösung konstant ist (zum Beispiel V1), wie es in 5 gezeigt ist, wird die Gefrierzeit β auf einen umso kürzeren Wert eingestellt (β1 < β2 < β3) je niedriger die Temperatur der Harnstofflösung ist (T1 < T2 > T2). Die Korrelation zwischen einem Volumen VHarnstoff der Harnstofflösung, einer Temperatur THarnstoff der Harnstofflösung und einer Gefrierzeit β wird im Voraus experimentell oder dergleichen eingestellt.
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Wenn auf diese Weise die Gefrierzeit β abgeleitet ist, wird nachfolgend bestimmt, ob eine nach dem Stopp verstrichene Zeit Δtstp, die eine nach dem Abstellen des Motors verstrichene Zeit ist, länger als oder gleich lang wie die Gefrierzeit β ist (Schritt S15). Als Folge davon wird, wenn die nach dem Stopp verstrichene Zeit Δtstp nicht länger als oder gleich lang wie die Gefrierzeit β ist (NEIN in Schritt S15), bestimmt, dass die Harnstofflösung nicht vollständig gefroren ist, und das Gefrierflag F1 bleibt „AUS”, woraufhin die Reihe von Prozessen sogleich beendet ist.
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Wenn hingegen die nach dem Stopp verstrichene Zeit Δtstp länger als oder gleich lang wie die Gefrierzeit β ist (JA in Schritt S15), wird bestimmt, dass die Harnstofflösung vollständig gefroren ist, und woraufhin das Gefrierflag F1 auf „AN” gesetzt (Schritt S16) wird und die Reihe von Prozessen sogleich beendet ist.
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Wie es in 3 gezeigt ist, wird, wenn das Gefrierflag F1 nicht „AN” ist (NEIN in Schritt S1), bestimmt, dass es möglich ist, Harnstofflösung zuzugeben, woraufhin ein Zugabeerlaubnisflag F2 auf „AN” gesetzt wird (Schritt S7) und die Reihe von Prozessen sogleich beendet ist.
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Wenn hingegen das Gefrierflag F1 „AN” ist (Ja in Schritt S1), wird anschließend der Neigungswinkel A des Fahrzeugs geladen (Schritt S2). Daraufhin wird auf der Grundlage des Neigungswinkels A des Fahrzeugs und dem Volumen VHarnstoff der Harnstofflösung durch Bezugnahme auf eine in 6 gezeigte Karte (KARTE2) die Heizzeit α abgeleitet (Schritt S3). Wie es in 6 gezeigt ist, wird die Heizzeit α auf einen umso längeren Wert eingestellt, je größer der Absolutwert der Neigungswinkels A des Fahrzeugs ist. Bei gegebenem Neigungswinkel A des Fahrzeugs wird die Heizzeit α auf einen umso längeren Wert eingestellt, je größer das Volumen VHarnstoff der Harnstofflösung ist. Das heißt, die Gesamtwärmemenge, die der Harnstofflösung von der Heizvorrichtung 20 zugeführt wird, ist umso größer, je größer der Neigungsgrad des Fahrzeugs bezüglich der horizontalen Ebene ist und/oder je größer das Volumen VHarnstoff der Harnstofflösung ist. Die Korrelation zwischen einem Neigungswinkel A des Fahrzeugs, einem Volumen VHarnstoff der Harnstofflösung und einer Heizzeit α wird im Voraus experimentell oder dergleichen eingestellt.
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Wenn auf diese Weise die Heizzeit α abgeleitet ist, wird im Anschluss daran die Bestromung der elektrischen Heizwicklung 22 gestartet (Schritt S4), und es wird dann bestimmt, ob eine Bestromungszeit tp länger als oder gleich lang wie die Heizzeit α ist (Schritt S5). Wenn die Bestromungszeit tp nicht länger als oder gleich lang wie die Heizzeit α ist (NEIN in Schritt S5), wird bestimmt, dass das Auftauen der Harnstofflösung nicht ausreichend voranschreitet, und der Bestimmungsprozess von Schritt S5 wird wiederholt.
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Durch Wiederholen eines solchen Bestimmungsprozesses wird, wenn die Bestromungszeit tp nicht länger als oder gleich lang wie die Heizzeit α wird (JA in Schritt S5), bestimmt, dass die Harnstofflösung vollständig aufgetaut ist, woraufhin die Bestromung der elektrischen Heizwendel 22 gestoppt wird (Schritt S6). Danach wird bestimmt, dass es möglich ist, Harnstofflösung zuzugeben, woraufhin das Zugabeerlaubnisflag F2 auf „AN” gesetzt (Schritt S7) wird und die Reihe von Prozessen beendet ist.
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Nachfolgend ist die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Eine räumliche Beziehung zwischen der gefrorenen Harnstofflösung und der Heizvorrichtung 20 ist verschieden, je nachdem, ob das Fahrzeug bezüglich der horizontalen Ebene geneigt ist und die Harnstofflösung in einem Zustand gefroren ist, in dem der Tank 10 bezüglich des Flüssigkeitspegels der Harnstofflösung geneigt ist, oder ob die Harnstofflösung in einem Zustand gefroren, in dem der Tank 10 nicht bezüglich des Flüssigkeitspegels der Harnstofflösung geneigt ist. Das heißt, in einer Konfiguration, in der die Heizvorrichtung 20 in der Nähe der unteren Fläche 14 des Tanks 10 angeordnet ist, wird der Tank 10 umso stärker bezüglich des Flüssigkeitspegels der Harnstofflösung geneigt und wird der Abstand zwischen der Harnstofflösung und der Heizvorrichtung 20 umso größer, je größer der Absolutwert des Neigungswinkels A des Fahrzeugs bezüglich der horizontalen Ebene ist.
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Diesbezüglich wird mit größer werdendem Absolutwert des Neigungswinkels A des Fahrzeugs bezüglich der horizontalen Ebene, das heißt mit größer werdendem Abstand zwischen der Harnstofflösung und der Heizvorrichtung 20 und größerer werdender Wärmemenge, die zum Auftauen der Harnstofflösung erforderlich ist, die Heizzeit α des Heizvorrichtung 20 verlängert und so die Gesamtwärmemenge, die der Harnstofflösung zugeführt wird, vergrößert.
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Bei gegebenem Neigungswinkel A des Fahrzeugs verändert sich die räumliche Beziehung zwischen der gefrorenen Harnstofflösung und der Heizvorrichtung 20 in Abhängigkeit von dem Volumen VHarnstoff der Harnstofflösung in dem Tank 10. Aus diesem Grund wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Heizzeit α der Heizvorrichtung 20 auf der Grundlage nicht nur des Absolutwerts des Neigungswinkels A des Fahrzeugs, sondern auch des Volumens VHarnstoff der Harnstofflösung in dem Tank 10 verändert. Das heißt, die räumliche Beziehung zwischen der gefrorenen Harnstofflösung und der Heizvorrichtung 20, d. h. insbesondere der Entfernung zwischen der Harnstofflösung und der Heizvorrichtung 20, wird in geeigneter Weise aus sowohl dem Absolutwert des Neigungswinkels A des Fahrzeugs als auch dem Volumen VHarnstoff der Harnstofflösung in dem Tank 10 ermittelt, und die Heizzeit α wird auf der Grundlage dessen eingestellt, wie weit die gefrorene Harnstofflösung von der Heizvorrichtung 20 entfernt ist.
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Durch das Abgasregelungssystem für einen in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform werden die nachfolgenden vorteilhaften Aspekte gewonnen.
- (1) Das Abgasregelungssystem umfasst die Heizvorrichtung 20, die in dem Tank 10 angeordnet ist, in dem Harnstofflösung gespeichert ist, und die die Harnstofflösung erwärmt. Die Heizvorrichtung 20 ist in der Nähe der unteren Fläche 14 des Tanks 10 angeordnet. Wenn mit Hilfe der Heizvorrichtung 20 geheizt wird, ändert die elektronische Steuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung 50 den Heizmodus der Heizvorrichtung auf der Grundlage des Absolutwerts des Neigungswinkels A des Fahrzeugs. Insbesondere ist die Wärmemenge, die der Harnstofflösung pro Zeiteinheit von der Heizvorrichtung 20 zugeführt wird, konstant, und die Heizzeit α der Heizvorrichtung 20 wird mit größer werdendem Absolutwert des Neigungswinkels A des Fahrzeugs bezüglich der horizontalen Ebene verlängert. Mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es unabhängig von dem Neigungsgrad des Tanks 10 bezüglich der Harnstofflösung möglich, die gefrorene Harnstofflösung adäquat aufzutauen.
- (2) Die Heizzeit α der Heizvorrichtung 20 wird auf der Grundlage von sowohl dem Absolutwert des Neigungswinkels A des Fahrzeugs als auch des Volumens der Harnstofflösung in dem Tank 10 geändert. Mit der oben beschriebenen Konfiguration wird die Heizzeit α der Heizvorrichtung 20 auf der Grundlage nicht nur des Absolutwerts des Neigungswinkels A des Fahrzeugs, sondern auch des Volumens VHarnstoff der Harnstofflösung in dem Tank 10 geändert. Das heißt, es ist möglich, die räumliche Beziehung zwischen der gefrorenen Harnstofflösung und der Heizvorrichtung 20 angemessen zu ermitteln, d. h. insbesondere den Abstand zwischen der gefrorenen Harnstofflösung und der Heizvorrichtung 20, und zwar aus dem Absolutwert des Neigungswinkels A des Fahrzeugs und dem Volumen VHarnstoff in dem Tank 10.
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Das Abgasregelungssystem für einen in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die in der oben beschriebenen Ausführungsform dargestellte Konfiguration beschränkt. Der Aspekt der Erfindung kann zum Beispiel, je nach Notwendigkeit, auch in Form der folgenden alternativen Ausführungsformen implementiert sein.
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Das Gefrierflag F1 kann gesetzt werden, das heißt, die Gefrierbestimmung der Harnstofflösung kann erfolgen, auf der Grundlage nicht nur eines durch den Temperatursensor 51, der die Temperatur der Harnstofflösung direkt erfasst, erfassten Ergebnisses, sondern auch eines durch einen Umgebungssensor, der eine Umgebungstemperatur erfasst, erfassten Ergebnisses.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Konfiguration gezeigt, die die Heizregelung der Harnstofflösung mit Hilfe der Heizvorrichtung 20 durchführt, wenn die Harnstofflösung vollständig gefroren ist. Darüber hinaus ist es selbst dann, wenn die Harnstofflösung nur teilweise gefroren ist, möglich, die Heizregelung mit Hilfe der Heizvorrichtung durchzuführen. Insbesondere ist es möglich, dass ein Gefriergrad der Harnstofflösung aus einem Abweichungsbetrag zwischen der Gefrierzeit β und der nach dem Stoppen verstrichenen Zeit Δtstp geschätzt wird und dann die Heizzeit oder dergleichen umso kürzer eingestellt wird, je geringer der Gefriergrad ist. Auch in diesem Fall, ebenso wie in dem Fall der oben beschriebenen Ausführungsform, wird der Heizmodus der Heizvorrichtung 20 auf der Grundlage sowohl des Absolutwerts des Neigungswinkels A des Fahrzeugs als auch des Volumens der Harnstofflösung in dem Tank 10 geändert. Dadurch ist es möglich, vorteilhafte Effekte zu erreichen, ähnlich wie der Betrieb und die vorteilhaften Effekte der oben beschriebenen Ausführungsform.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform wird, wenn der Heizmodus der Heizvorrichtung 20 geändert wird, der Neigungsgrad des Fahrzeugs in der Längsrichtung des Fahrzeugs berücksichtigt; statt dessen ist es möglich, wenn zusätzlich der Neigungsgrad des Fahrzeugs in der Breitenrichtung berücksichtigt wird, die gefrorene Harnstofflösung weiter angemessen aufzutauen, und zwar unabhängig von dem Neigungsgrad des Tanks bezüglich der Harnstofflösung.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Konfiguration, dass die Bestromung der elektrischen Heizwendel 20 so gesteuert wird, dass die Wärmemenge, die der Harnstofflösung pro Zeiteinheit von der Heizvorrichtung 20 zugeführt wird, konstant ist, gezeigt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration beschränkt. In der Konfiguration, die dazu geeignet ist, die Wärmemenge zu ändern, die der Harnstofflösung pro Zeiteinheit von der Heizvorrichtung zugeführt wird, ist es möglich, die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit zugeführt wird, auf der Grundlage des Neigungsgrads des Fahrzeugs zu ändern. In diesem Fall ist es möglich, die Wärmemenge, die der Harnstofflösung von der Heizvorrichtung zugeführt wird, in geeigneter Weise zu regeln, ohne die Heizzeit wesentlich zu ändern.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Harnstofflösung als ein Beispiel eines flüssigen Reduktionsmittels dargestellt. Stattdessen kann die Harnstofflösung zu jeder Komponente geändert werden, solange es möglich ist, NOx in dem Katalysator zu reduzieren.
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Die Anordnung der Heizvorrichtung 20 ist nicht auf die in der oben beschriebenen Ausführungsform dargestellte zu beschränkten. Stattdessen kann die Heizvorrichtung 20 an jeder Position in dem Tank angeordnet sein.
