DE102013200445A1

DE102013200445A1 - Abgasregelungsvorrichtung für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102013200445A1
Application number: DE102013200445A
Authority: DE
Inventors: Hirohiko Ota
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-01-16
Also published as: DE102013200445B4; JP2013147982A; JP5787090B2

Abstract

Eine Abgasregelungsvorrichtung gibt über ein Zugabeventil eine flüssige wässrige Harnstofflösung in einen Abgaskanal eines Verbrennungsmotors hinzu, und zwar strömungsaufwärtsseitig eines Katalysators, der in dem Abgaskanal angeordnet ist, um so NOx aus Abgasen an dem Katalysator zu entfernen. In einem Tank, der die wässrige Harnstofflösung speichert, ist eine Heizvorrichtung angeordnet, die die wässrige Harnstofflösung erwärmt. Wenn die wässrige Harnstofflösung in dem Tank gefroren ist, führt eine elektronische Steuerungseinheit mit Hilfe der Heizvorrichtung eine Erwärmung durch, um so die wässrige Harnstofflösung aufzutauen. Wenn der Schätzwert der Gesamtmenge der nach dem Beginn des Heizvorgangs aufgetauten wässrigen Harnstofflösung größer als oder gleich groß wie der Schätzwert der Gesamtmenge der den Abgasen hinzugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist, dar das Zugabeventil angesteuert werden. Wenn hingegen der Schätzwert der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung kleiner als der Schätzwert der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist, ist die Ansteuerung des Zugabeventils verboten.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Abgasregelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, der Stickoxide aus Abgasen auf einem Katalysator, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist, größtenteils entfernt, indem sie strömungsaufwärtsseitig des Katalysators mit Hilfe eines Mittelzugabemechanismus ein flüssiges Reduktionsmittel hinzugibt.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es ist eine Abgasregelungsvorrichtung bekannt, die, wie es in 9 gezeigt ist, einen Katalysator 104 vom selektiv reduzierenden Typ (nachfolgend als ”Katalysator 104” bezeichnet), der in einem Abgaskanal 102 eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, und ein Mittelzugabeventil 144, das strömungsaufwärtsseitig des Katalysators 104 wässrige Harnstofflösung (d. h. eine wässrige Lösung von Harnstoff) als Reduktionsmittel in den Abgaskanal 102 in Richtung des Katalysators 104 hinzugibt (z. B. die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-71270 ( JP 2010-71270 A )). Die wässrige Harnstofflösung ist in einem dafür vorgesehenen Tank 110 gespeichert, der in einem Fahrzeug eingebaut ist. Eine Pumpe 142 ist in einem Zwischenabschnitt einer Versorgungsleitung 130 angeordnet, die den Tank 110 mit dem Mittelzugabeventil 144 verbindet. Die Pumpe 142 pumpt die wässrige Harnstofflösung von dem Tank 110 zu dem Mittelzugabeventil 144. Gemäß diesem Typ einer Abgasregelungsvorrichtung wird die wässrige Harnstofflösung von dem Zugabeventil 144 den Abgasen bei hoher Temperatur hinzugefügt, die wässrige Harnstofflösung wird in Ammoniak abgebaut, und anschließend werden die in den Abgasen enthaltenen NOx durch den Ammoniak an dem Katalysator 104 verringert und somit entfernt.
Die wässrige Harnstofflösung beginnt bei –7°C zu gefrieren. Daher ist eine Abgasregelungsvorrichtung vorgeschlagen worden, in der ein elektrischer Heizer 120 zum Erwärmen der wässrigen Harnstofflösung in dem Tank 110 angeordnet ist, und wenn die wässrige Harnstofflösung gefroren ist, wird der elektrische Heizer 120 bestromt, um die gefrorene Harnstofflösung aufzutauen (vgl. z. B. die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2008-115784 ( JP 2008-115784 A )). Der elektrische Heizer 120 in dem Tank 110 ist in der Nähe einer Stelle angeordnet, wo das Versorgungsrohr 130 angekoppelt ist.
Wenn der elektrische Heizer 120 beim Starten des Verbrennungsmotors zu heizen beginnt, wenn die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 110 vollständig gefroren ist, taut die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 110 allmählich auf, beginnend in der Umgebung des elektrischen Heizers 120. Wenn der Verbrennungsmotor nur kurze Zeit in Betrieb ist, das heißt, wenn die Heizzeit durch den elektrischen Heizer 120 kurz ist, taut die wässrige Harnstofflösung nur in der Umgebung des Heizers 120 auf. Daher besteht die Möglichkeit, wenn die Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung über das Zugabeventil 144 den Abgasen zugegeben wird und keine wässrige Harnstofflösung in flüssiger Form vorhanden ist, die den Abgasen zugegeben werden können, dass sich in dem Tank 110, in der Nähe der Verbindungsstelle mit dem Versorgungsrohr 130, ein Hohlraum bildet, wie es durch eine strichpunktierte Linie in 9 gezeigt ist. Wenn in einer solchen Situation die Ansteuerung oder der Betrieb einer Zugabemechnismus wie etwa die Pumpe 142, das Zugabeventil 144 etc fortgesetzt wird, das heißt, wenn ein Fehler bei der Zugabe wässriger Harnstofflösung auftritt, kann es sein, dass die wässrige Harnstofflösung nicht hinzugegeben werden kann und es kann leicht zu Abnutzungserscheinungen bewegender Abschnitte des Zugabemechanismus kommen.
Um ein solches Phänomen zu vermeiden, ist es denkbar, den Betrieb des Zugabemechanismus zu unterdrücken, bis die wässrige Harnstofflösung in dem Tank vollständig aufgetaut ist. Insbesondere wird eine Zeit, die zum vollständigen Auftauen der wässrigen Harnstofflösung erforderlich ist (nachfolgend als die erforderliche Zeit bezeichnet) im Voraus eingestellt, und die Ansteuerung oder der Betrieb des Mittelzugabemechanismus wird unterdrückt, bis die erforderliche Zeit verstrichen ist. Jedoch besteht in diesem Fall die Gefahr, dass die Zugabe des Reduktionsmittels zu den Abgasen nicht früh gestartet werden kann.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Das oben erwähnte Phänomen ist nicht auf Abgasregelungsvorrichtungen beschränkt, die die wässrige Harnstofflösung verwenden, sondern tritt wahrscheinlich auf ähnliche Weise in jeder Abgasregelungsvorrichtung auf, wenn die Vorrichtung ein flüssiges Reduktionsmittel verwendet, das bei niedrigen Temperaturen gefriert. Die Erfindung stellt eine Abgasregelungsvorrichtung bereit, die dazu geeignet ist, auf exakte Weise eine Abnutzung des Zugabemechanismus zu begrenzen und gleichzeitig dazu geeignet ist, die Zugabe des Reduktionsmittels zu den Abgasen früh zu beginnen, wenn das Reduktionsmittel in dem Tank gefroren ist.
Ein erster Aspekt der Erfindung ist eine Abgasregelungsvorrichtung, die über einen Zugabemechanismus ein flüssiges Reduktionsmittel in einen Abgaskanal eines Verbrennungsmotors zugibt, und zwar strömungsaufwärtsseitig eines Katalysators, der in dem Abgaskanal angeordnet ist, und die eine Heizvorrichtung umfasst, die in einem Tank angeordnet ist, in dem das Reduktionsmittel gespeichert ist, und die das Reduktionsmittel erwärmt. Wenn das Reduktionsmittel in dem Tank gefroren ist, wird durch die Heizvorrichtung ein Heizvorgang durchgeführt und die Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal durch den Zugabemechanismus ist eingeschränkt, wobei die Art und Weise der Einschränkung der Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal in Abhängigkeit von einer Gesamtmenge des nach dem Start des Heizvorgangs aufgetauten Reduktionsmittels geändert wird.
Gemäß dem oben beschriebenen Aspekt wird, wenn das Reduktionsmittel in dem Tank gefroren ist, der Heizvorgang durch die Heizvorrichtung durchgeführt, so dass das Reduktionsmittel auftaut. Danach wird das aufgetaute Reduktionsmittel (die wässrige Harnstofflösung in Ausführungen der Erfindung) strömungsaufwärtsseitig des Katalysators über den Zugabemechanismus in den Abgaskanal hinzugegeben. Gemäß dieser Konstruktion wird die Art und Weise der Einschränkung der Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal in Abhängigkeit von der Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels, das heißt der Gesamtmenge des nach dem Beginn des Aufheizens aufgetauten Reduktionsmittels, geändert. Insbesondere wird, wenn die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels groß ist und daher die Menge des in flüssiger Form vorliegenden Reduktionsmittels, die in den Abgaskanal geleitet werden kann, groß ist, die Einschränkung der Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal gelockert. Wenn hingegen die Gesamtmenge des Reduktionsmittels klein ist und daher die Menge des flüssigen Reduktionsmittels, die in den Abgaskanal geleitet werden kann, klein ist, die Einschränkung der Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal verstärkt. Daher kann gemäß der Erfindung, wenn das Reduktionsmittel in dem Tank gefroren ist, die Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal früh begonnen und gleichzeitig eine Abnutzung des Zugabemechanismus exakt verringert werden.
In der Abgasregelungsvorrichtung kann, wenn die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels relativ klein ist, der Zeitpunkt des Beginns der Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal später erfolgen als wenn die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels relativ groß ist.
Gemäß diesem Aspekt wird zum Beispiel dann, wenn die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels groß ist, wenn eine Anforderung zur Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Start des Motors ausgegeben wurde, der Zeitpunkt des Beginns der Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal, vorverlegt, da eine große Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels bedeutet, dass eine große Menge des flüssigen Reduktionsmittels vorhanden ist, das in den Abgaskanal geleitet werden kann. Wenn hingegen die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels klein ist und daher die Menge des flüssigen Reduktionsmittels, das in den Abgaskanal geleitet werden kann, klein ist, wird bestimmt, dass noch eine große Menge des Reduktionsmittels aufgetaut werden muss, bevor die Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal begonnen wird, so dass der Zeitpunkt des Starts der Zugabe des Reduktionsmittels verzögert ist. Daher kann die Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal früh und genau erfolgen.
In der oben beschriebenen Abgasregelungsvorrichtung kann, wenn die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels kleiner als eine Gesamtmenge des Reduktionsmittels ist, das in den Abgaskanal geleitet wird, die Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal verhindert werden.
Gemäß diesem Aspekt wird, wenn die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels kleiner als die Gesamtmenge des den Abgasen zugegebenen Reduktionsmittels ist, das heißt die Gesamtmenge des nach dem Start des Heizvorgangs in den Abgaskanal zugegebenen Reduktionsmittels, die Zugabe des Reduktionsmittels verhindert werden. Daher wird die Ansteuerung des Zugabemechanismus ohne Zugabe des Reduktionsmittels, das heißt der so genannte Zugabefehler, verhindert, und zwar selbst dann, wenn das flüssige Reduktionsmittel, das den Abgasen zugegeben werden kann, fehlt, da nur das Reduktionsmittel, das um die Heizvorrichtung vorhanden ist und während des vorherigen Betriebs des Motors aufgetaut wurde, und die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels verbraucht worden ist, das heißt den Abgasen zugegeben worden ist. Daher kann die Abnutzung des Zugabemechanismus noch weiter exakt begrenzt werden.
In der Abgasregelungsvorrichtung kann die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels auf der Grundlage eines bisherigen Verlaufs des Heizvorgangs der Heizvorrichtung geschätzt werden.
Wenn zum Beispiel die Wärmemenge, die die Heizvorrichtung dem Reduktionsmittel pro Zeiteinheit zuführt, konstant ist, nimmt die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels mit der Dauer des Heizvorgangs durch die Heizvorrichtung zu. Je größer die dem Reduktionsmittel von der Heizvorrichtung pro Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge ist, desto größer ist die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels, vorausgesetzt, dass die weiteren Bedingungen konstant sind. Daher wird es gemäß dem oben beschriebenen Aspekt möglich, die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels mit hoher Genauigkeit zu schätzen.
In der Abgasregelungsvorrichtung kann die Gesamtmenge des in den Abgaskanal zugegebenen Reduktionsmittels auf der Grundlage von wenigstens entweder des bisherigen Betriebsverlaufs des Verbrennungsmotors oder des bisherigen Fahrverlaufs des Fahrzeugs geschätzt werden.
Zum Beispiel wird die Gesamtmenge des zu den Abgasen hinzugegebenen Reduktionsmittels mit länger werdender Betriebsdauer des Verbrennungsmotors größer. Ferner wird die Gesamtmenge des den Abgasen hinzugegebenen Reduktionsmittels mit länger werdender Fahrstrecke größer. Daher ist es gemäß dem oben beschriebenen Aspekt möglich, die Gesamtmenge des den Abgasen zugegebenen Reduktionsmittels mit hoher Genauigkeit zu schätzen.
In der Abgasregelungsvorrichtung kann das Reduktionsmittel Stickoxide aus den Abgasen an dem Katalysator entfernen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
1 eine schematische Darstellung ist, das eine Gesamtkonstruktion einer Abgasregelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ein Flussdiagramm ist, das eine Ausführungsprozedur einer Routine zum Einschränken der Zugabe wässriger Harnstofflösung zu den Abgasen in der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ein Flussdiagramm ist, das eine Ausführungsprozedur einer Routine zum Setzen eines Gefrierflags in der ersten Ausführungsform zeigt;
4 eine Karte ist, die Beziehungen zwischen dem Volumen der wässrigen Harnstofflösung und dem Gefrierzeitpunkt, getrennt für verschiedene Temperaturen, definiert;
5 eine Karte ist, die eine Beziehung zwischen der Betriebsdauer des Verbrennungsmotors und dem Schätzwert der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung definiert;
6 eine Karte ist, die eine Beziehung zwischen der Fahrstrecke des Fahrzeugs und dem Schätzwert der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung definiert,
7 ein Flussdiagramm ist, das eine Ausführungsprozedur einer Routine zum Einschränken der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;
8 eine Karte ist, die eine Beziehung zwischen dem Schätzwert der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung und der Verzögerungszeit definiert; und
9 eine Schnittansicht ist, die eine Querschnittsstruktur eines Tanks zeigt, der in einer Abgasregelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor angeordnet ist, und zwar in einer Situation, in der die wässrige Harnstofflösung in dem Tank nur in der Umgebung eines elektrischen Heizers aufgetaut ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
<ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM>
Nachfolgend ist eine erste Ausführungsform der Abgasregelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist eine Abgasregelungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform mit einem Katalysator 4 vom selektiv reduzierenden Typ (nachfolgend als der Katalysator 4 bezeichnet), der in einem Abgaskanal 2 eines in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotors angeordnet ist, und einem Zugabeventil 44, das eine wässrige Harnstofflösung in flüssiger Form strömungsaufwärtsseitig des Katalysators 4 den Abgasen hinzugibt, ausgestattet. Die Ansteuerung des Zugabeventils 44 wird durch eine elektronische Steuerungseinheit 50 durchgeführt. Indem von dem Zugabeventil 44 wässrige Harnstofflösung den Abgasen hinzugegeben wird, werden Stickoxide (nachfolgend als NOx) bezeichnet, die in den Abgasen enthalten sind, an dem Katalysator 4 entfernt.
Die Abgasregelungsvorrichtung umfasst einen Tank 10, in dem die wässrige Harnstofflösung gespeichert ist. Eine Bodenfläche 14 des Tanks 10 (eine Oberfläche auf einer vertikal unteren Seite davon) weist einen Vertiefungsabschnitt 14a auf. Eine Versorgungsleitung 30 zur Förderung der wässrigen Harnstofflösung zu dem Zugabeventil 44 ist mit dem Vertiefungsabschnitt 14a verbunden. Eine Pumpe 42 zum Pumpen der wässrigen Harnstofflösung ist in einem Zwischenabschnitt der Versorgungsleitung 30 angeordnet. Die Ansteuerung der Pumpe 42 wird durch die elektronische Steuerungseinheit 50 durchgeführt.
Eine Heizvorrichtung 20, die die wässrige Harnstofflösung erwärmt, ist in dem Vertiefungsabschnitt 14a angeordnet. Die Heizvorrichtung 20 besitzt eine elektrische Heizwicklung 22, die heizt, wenn sie bestromt wird, und Metallelemente 24, die sich von zwei entgegengesetzten Enden der elektrischen Heizwicklung 22 erstrecken und sich entlang der Bodenfläche 14 des Tanks 10 erstrecken. Die Bestromungsregelung der elektrischen Heizwicklung 22, das heißt die Regelung der Heizung durch die Heizvorrichtung 20, wird durch die elektronische Steuerungsvorrichtung 50 durchgeführt.
Ein Temperatursensor 51, der die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung erfasst, ein Flüssigkeitspegelsensor 52, der den Flüssigkeitspegel der wässrigen Harnstofflösung erfasst, und diverse weitere Sensoren, die Betriebszustände des Verbrennungsmotors und Fahrzustände des Fahrzeugs erfassen, sind mit der elektronischen Steuerungsvorrichtung 50 verbunden.
In dieser Ausführungsform wird über die elektronische Steuerungseinheit 50 bestimmt, ob die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10 vollständig gefroren ist. Wenn bestimmt wird, dass die wässrige Harnstofflösung vollständig gefroren ist, wird die Heizvorrichtung 20 bestromt, um die wässrige Harnstofflösung aufzutauen. Die Bestromung der elektrischen Heizwicklung 22 wird so gesteuert, dass die der wässrigen Harnstofflösung von der Heizvorrichtung 20 pro Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge konstant ist.
Wie es oben beschrieben ist, taut die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10, wenn der Verbrennungsmotor gestartet wird, wenn die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10 vollständig gefroren ist und daher die Erwärmung durch die Heizvorrichtung durchgeführt wird, allmählich auf, und zwar beginnend in der Umgebung der Heizvorrichtung 20. Wenn die Betriebsdauer des Verbrennungsmotors, das heißt die Heizzeit durch die Heizvorrichtung 20, kurz ist, taut nur die wässrige Harnstofflösung in der Umgebung der Heizvorrichtung 20 auf. Daher werden, wenn die Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung über das Zugabeventil 44 den Abgasen zugegeben worden ist und keine wässrige Harnstofflösung in flüssiger Form vorhanden ist, die den Abgasen zugegeben werden kann, Hohlräume in der gefrorenen Harnstofflösung in dem Tank 10, in der Nähe der Verbindungsstelle mit der Versorgungsleitung 30, gebildet. Wenn in einer solchen Situation die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 fortgesetzt wird, das heißt, wenn eine Fehlzugabe auftritt, besteht die Möglichkeit, dass die wässrige Harnstofflösung den Abgasen nicht zugegeben werden kann, und darüber hinaus die Möglichkeit, dass Abrieb von bewegenden Abschnitten der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 leicht auftreten.
Um das Auftreten eines solchen Phänomens zu vermeiden, ist diese Ausführungsform wie folgt konzipiert. Das heißt, wenn die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10 gefroren ist, wird die Erwärmung durch die Heizvorrichtung 20 durchgeführt, um die wässrige Harnstofflösung aufzutauen, und die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 ist erlaubt, sofern ein Schätzwert VA der Gesamtmenge der nach dem Beginn des Heizvorgangs aufgetauten wässrigen Harnstofflösung größer als ein Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist. Wenn hingegen der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung kleiner als der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist, ist die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 verboten, um zu verhindern, dass das Reduktionsmittel den Abgasen zugegeben wird.
Eine Durchführungsprozedur einer Routine zur Begrenzung der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen ist nachfolgend mit Bezug auf 2 beschrieben. Diese Routine wird wiederholt zu jeder vorbestimmten Zeitspanne während des Betriebs des Verbrennungsmotors durchgeführt. Wie es in 2 gezeigt ist, wird in dieser Folge von Schritten zuerst bestimmt, ob ein Gefrierflag F1 „EIN” ist (Schritt S1). Das Gefrierflag F1 ist ein Flag, das in den „EIN”-Zustand gesetzt ist, wenn bestimmt wird, dass die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10 vollständig gefroren ist.
Eine Durchführungsprozedur einer Routine zur Einstellung des Gefrierflags F1 ist mit Bezug auf 3 beschrieben. Diese Routine wird wiederholt zu jeder vorbestimmten Zeitspanne während der Motor ausgeschaltet ist durchgeführt. Das Gefrierflag F1 ist anfangs auf „AUS” gesetzt.
Wie es in 3 gezeigt ist, wird in dieser Folge von Schritten zuerst das Volumen VHarnstoff der wässrigen Harnstofflösung unmittelbar nach dem Stopp des Motors eingelesen (Schritt S11). Das Volumen VHarnstoff der wässrigen Harnstofflösung wird auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses durch den Flüssigkeitspegelsensor 52 während eines Zustands, in dem die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10 vollständig aufgetaut ist, berechnet. Dann wird zu diesem Zeitpunkt die Temperatur THarnstoff der wässrigen Harnstofflösung eingelesen (Schritt S12).
Nachdem die Temperatur THarnstoff der wässrigen Harnstofflösung eingelesen ist, wird anschließend bestimmt, ob die Temperatur THarnstoff der wässrigen Harnstofflösung niedriger als oder gleich hoch wie der Gefrierpunkt Tfrz der wässrigen Harnstofflösung ist (Schritt S13). Wenn die Temperatur THarnstoff der wässrigen Harnstofflösung niedriger als oder gleich hoch wie der Gefrierpunkt Tfrz der wässrigen Harnstofflösung ist (NEIN in Schritt S13), wird bestimmt, dass die wässrige Harnstofflösung nicht gefroren ist, und diese Folge von Schritten endet vorübergehend, wobei das Gefrierflag F1 auf „AUS” gesetzt bleibt.
Wenn hingegen die Temperatur THarnstoff der wässrigen Harnstofflösung niedriger als oder gleich hoch wie der Gefrierpunkt Tfrz der wässrigen Harnstofflösung ist (JA in Schritt S13), wird auf der Grundlage des Volumens VHarnstoff der wässrigen Harnstofflösung und der Temperatur THarnstoff der wässrigen Harnstofflösung mit Bezug auf eine in 4 gezeigte Karte (KARTE 1) eine Gefrierzeit β abgeleitet (Schritt S14). Die Gefrierzeit β ist eine Zeit, die verstreicht, bevor die wässrige Harnstofflösung vollständig gefroren ist. Die Gefrierzeit β, wie es in 4 gezeigt ist, wird auf einen Wert eingestellt, der umso kleiner (β < β2 < β3) ist, je niedriger die Temperatur (T1 < T2 < T3) der wässrigern Harnstofflösung ist, sofern das Volumen VHarnstoff der wässrigen Harnstofflösung konstant ist (z. B. V1). Die Beziehungen des Volumens VHarnstoff der wässrigen Harnstofflösung und der Temperatur THarnstoff der wässrigen Harnstofflösung mit der Gefrierzeit β werden zuvor durch Experimente oder dergleichen eingestellt.
Nachdem die Gefrierzeit β auf die oben beschriebene Weise abgeleitet ist, wird bestimmt, ob eine nach dem Stoppen verstrichene Zeit Δtstp, die die Zeit ist, die nach dem Stopp des Betriebs des Motors verstrichen ist, länger als oder gleich lang wie die Gefrierzeit β ist (Schritt S15). Als Folge davon wird, wenn die nach dem Stoppen verstrichene Zeit Δtstp nicht länger als die Gefrierzeit β ist (NEIN in Schritt S15), bestimmt, dass die wässrige Harnstofflösung nicht vollständig aufgetaut ist, und diese Folge von Schritten endet vorübergehend, wobei das Gefrierflag F1 „AUS” gesetzt bleibt.
Wenn hingegen die nach dem Stoppen verstrichene Zeitspanne Δtstp länger als oder gleich lang wie die Gefrierzeit β ist (JA in Schritt S15), wird bestimmt, dass die wässrige Harnstofflösung vollständig aufgetaut ist. Dann wird das Gefrierflag F1 auf „EIN” gesetzt (Schritt S16), und diese Folge von Schritten endet vorübergehend.
Wie es in 2 gezeigt ist, wird, wenn das Gefrierflag F1 nicht „EIN” ist (NEIN in Schritt S1), bestimmt, das die wässrige Harnstofflösung den Abgasen zugegeben werden kann, und die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen ist erlaubt (Schritt S7). Danach endet die Folge von Schritten.
Wenn hingegen das Gefrierflag F1 „EIN” ist (JA in Schritt S1), wird die Bestromung der elektrischen Heizwicklung 22 gestartet (Schritt S2). Als nächstes wird der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten Harnstofflösung, das heißt der Gesamtmenge der auf den Start der Heizung folgend aufgetauten wässrigen Harnstofflösung auf der Grundlage der Dauer ΔtA des Betriebs des Verbrennungsmotors mit Bezug auf eine in 5 gezeigte Karte (KARTE 2) berechnet (Schritt S3).
Da die von der Heizvorrichtung 20 der wässrigen Harnstofflösung pro Zeiteinheit zugeführte Wärmemenge konstant ist, nimmt die Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung mit zunehmender Heizdauer durch die Heizvorrichtung 20 zu. Die Heizdauer durch die Heizvorrichtung 20 ist im Wesentlichen gleich der Dauer ΔtA des Betriebs des Verbrennungsmotors. Daher kann der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung mit hoher Genauigkeit auf der Grundlage der Dauer ΔtA des Betriebs berechnet werden. Die Beziehung zwischen der Dauer ΔtA des Betriebs des Motors und dem Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung wurde, wie es in 5 gezeigt ist, zuvor durch Experimente oder dergleichen eingestellt.
Nachfolgend wird der Schätzwert VB der Gesamtmenge der zu den Abgasen gegebenen wässrigen Harnstofflösung, das heißt der Gesamtmenge der den Abgasen nach dem Start des Heizvorgangs zugegebenen wässrigen Harnstofflösung, auf der Grundlage der Fahrstrecke D, die das Fahrzeug nach dem Start des Verbrennungsmotors fährt, mit Bezug auf eine in 6 gezeigte Karte (KARTE 3) berechnet.
Die Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung nimmt mit zunehmender Fahrstrecke D des Fahrzeugs zu. Daher kann der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung mit hoher Genauigkeit auf der Grundlage der Fahrstrecke D des Fahrzeugs berechnet werden. Die Beziehung zwischen der Fahrstrecke D des Fahrzeugs und dem Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung wurde, wie es in 6 gezeigt ist, zuvor durch Experimente oder dergleichen eingestellt.
Nachdem der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung und der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung berechnet worden sind, wird bestimmt, ob der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung kleiner als der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist (Schritt S5). Also Folge davon wird, wenn der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung nicht kleiner als der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist, das heißt, wenn der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung größer als oder gleich groß wie der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist (NEIN in Schritt S5), bestimmt, dass eine bestimmte Menge der wässrigen Harnstofflösung vorhanden ist, die den Abgasen zugegeben werden kann, und die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen wird erlaubt (Schritt S7). Danach endet die Folge von Schritten.
Wenn hingegen der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung niedriger als der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist (JA in Schritt S5), wird bestimmt, dass die momentane Situation so ist, dass die flüssige wässrige Harnstofflösung, die den Abgasen zugegeben werden kann, in dem Tank 10 fehlt, und die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen wird verboten (Schritt S6). Dann endet die Folge von Schritten.
Nachfolgend ist die Funktion der Ausführungsform beschrieben. Wenn die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10 gefroren ist, wird der Heizvorgang durch die Heizvorrichtung 20 durchgeführt, so dass die wässrige Harnstofflösung auftaut. Dann wird die aufgetaute wässrige Harnstofflösung über das Zugabeventil 44 strömungsaufwärtsseitig des Katalysators 4 den Abgasen zugegeben.
Wenn der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung kleiner als der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist, wird die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 verboten. Daher wird die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 ohne Zugabe der wässrigen Harnstofflösung, das heißt ein so genannter Zugabefehler, zum Beispiel in einer Situation vermieden, in der die wässrige Harnstofflösung in flüssiger Form, die den Abgasen zugegeben werden kann, fehlt, da nur die während des vorherigen Betriebs des Motors um die Heizvorrichtung 20 aufgetaute wässrige Harnstofflösung und die Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung verbraucht, das heißt den Abgasen zugegeben worden ist.
Wenn hingegen der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung größer als oder gleich groß wie der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist, wird die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 erlaubt. Daher wird die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen durchgeführt, wenn die wässrige Harnstofflösung in flüssiger Form, die den Abgasen zugegeben werden kann, erzeugt oder verfügbar wird, selbst wenn die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10 nicht vollständig aufgetaut ist.
Gemäß der Abgasregelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der Ausführungsform erhält man die folgenden Effekte. Wenn die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10 gefroren ist, wird der Heizvorgang durch die Heizvorrichtung 20 über die elektronische Steuerungseinheit 50 durchgeführt, um so die wässrige Harnstofflösung aufzutauen. Die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 wird erlaubt, wenn der Schätzwert VA der Gesamtmenge der nach dem Beginn des Heizvorgangs aufgetauten wässrigen Harnstofflösung größer als oder gleich groß wie der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist. Wenn hingegen der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung kleiner als der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist, wird die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 verboten. Daher ist es möglich, die Abnutzung des Zugabeventils 42 und der Pumpe 42 exakt zu beschränken, wenn die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen in einem Fall früh begonnen wird, in dem die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10 gefroren ist.
Der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung wird auf der Grundlage der Dauer ΔtA des Betriebs des Motors berechnet. Das heißt, der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung wird auf der Grundlage des bisherigen Verlaufs des Heizvorgangs durch die Heizvorrichtung 20 berechnet. Daher kann der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung leicht mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
Der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung wird auf der Grundlage der Fahrstrecke D, die das Fahrzeug nach dem Start des Betriebs des Verbrennungsmotors zurückgelegt hat, berechnet. Daher kann der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung leicht mit hoher Genauigkeit berechnet werden.
<ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM>
Nachfolgend ist eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der obigen ersten Ausführungsform wird, wenn der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung größer als oder gleich groß wie der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist, die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 erlaubt.
Wenn die Pumpe 42 und das Zugabeventil 4 unmittelbar nachdem die flüssige Harnstofflösung, die den Abgasen zugegeben werden kann, in geringen Mengen erzeugt ist, angesteuert werden, besteht die Gefahr, dass die wässrige Harnstofflösung in flüssiger Form, die den Abgasen zugegeben werden kann, bald aufgebraucht sein wird, so dass die Gefahr besteht, dass für eine bestimmte Zeitspanne die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen nicht fortgesetzt werden kann.
In dieser Ausführungsform bleibt, wenn die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 verboten ist, da der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung kleiner als der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist, die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 solange verboten, bis seit dem Beginn des Verbots eine vorbestimmte Zeit τ verstrichen ist. Nachdem die vorbestimmte Zeit τ verstrichen ist, wird die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 erlaubt.
Wenn die Pumpe 42 und das Zugabeventil 44 angesteuert werden darf und die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen erneut durchgeführt wird, variiert die erforderliche Art und Weise der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors und dem Fahrzustand des Fahrzeugs.
In der Ausführungsform wird die vorbestimmte Zeit τ auf der Grundlage des Betriebszustands des Verbrennungsmotors variabel eingestellt. Konkret wird die Strömungsrate der NOx aus der durch einen Luftmengenmesser gemessenen Ansaugluftmenge und der durch einen NOx-Sensor erfassten Konzentration der NOx erfasst, und anschließend eine Menge der wässrigen Harnstofflösung, die den Abgasen hinzugegeben werden muss, um die NOx zu entfernen (nachfolgend als „erforderliche Zugabemenge” bezeichnet). Eine Einstellung wird wie folgt durchgeführt. Das heißt, je größer die erforderliche Zugabemenge ist, desto länger wird die vorbestimmte Zeit τ eingestellt.
Gemäß der Abgasregelungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der obigen Ausführungsform können die folgenden Effekte sowie die oben beschriebenen Effekte der ersten Ausführungsform gewonnen werden.
Die Ansteuerung der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 wird erlaubt, nachdem die vorbestimmte Zeitspanne τ auf den Start des Verbots der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 aufgrund der Tatsache, dass der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung kleiner als der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung geworden ist, folgend verstrichen ist. Aufgrund dessen kann, wenn die Ansteuerung der Pumpe 42 und der Zugabeventils 44 erneut durchgeführt worden ist, die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu. den Abgasen in geeigneter Weise für eine bestimmte Zeitspanne fortgesetzt werden.
Die vorbestimmte Zeitspanne τ wird auf der Grundlage des Betriebszustands des Verbrennungsmotors und insbesondere der erforderlichen Zugabemenge der wässrigen Harnstofflösung eingestellt. Dies ermöglicht eine genaue Fortsetzung der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen.
<DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM>
Nachfolgend ist eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die 7 und 8 beschrieben. In der obigen ersten und zweiten Ausführungsform werden der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung und der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung verglichen, und wenn der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung kleiner als der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung ist, wird die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen verboten.
Im Gegensatz dazu wird in der dritten Ausführungsform der Zeitpunkt des Starts der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen verzögert, wenn der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung relativ klein ist, und nicht wenn er relativ groß ist. Nachfolgend sind hauptsächlich Unterschiede der dritten Ausführungsform gegenüber der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben.
In 7 ist eine Durchführungsprozedur einer Routine zum Einschränken der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen beschrieben. Diese Routine wird wiederholt in jeder vorbestimmten Zeitspanne während des Betriebs des Verbrennungsmotors durchgeführt. Wie es in 7 gezeigt ist, wird in dieser Folge von Schritten zuerst bestimmt, ob eine Verzögerungszeit Δtdly eingestellt worden ist (Schritt S21). Die Verzögerungszeit Δtdly wird in Schritt S26 eingestellt, der in der Routine später als Schritt S21 ausgeführt wird. Daher wird in dem Anfangsregelungszyklus in Schritt S21 bestimmt, dass die Verzögerungszeit Δtdly nicht eingestellt worden ist (NEIN in Schritt S21), und dann wird bestimmt, ob das Gefrierflag F1 „EIN” ist (Schritt S22).
Wenn das Gefrierflag F1 nicht „EIN” ist (NEIN in Schritt S22), wird die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen erlaubt (Schritt S29), woraufhin die Folge von Schritten endet. Wenn hingegen das Gefrierflag F1 „EIN” ist (JA in Schritt S22), wird die Bestromung der elektrischen Heizwicklung 22 gestartet (Schritt S23). Anschließend wird bestimmt, ob eine Anfrage zur Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen ausgegeben worden ist (Schritt S24). Wenn die Anfrage zur Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen nicht ausgegeben worden ist (NEIN in Schritt S24), wird die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen zunächst nicht benötigt, so dass bestimmt wird, dass die momentane Situation keine Einschränkung der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen erfordert. Dann endet die Folge von Schritten vorübergehend.
Wenn hingegen die Anfrage zur Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen ausgegeben worden ist (JA in Schritt S24), wird der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung auf der Grundlage der Dauer ΔtA des Betriebs des Verbrennungsmotors mit Bezug auf die in 5 gezeigte Karte (KARTE 2) berechnet (Schritt S25).
Als nächstes wird eine Verzögerungszeit Δtdly auf der Grundlage des Schätzwerts der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung VA mit Bezug auf eine in 8 gezeigte Karte (KARTE 4) eingestellt. Die Verzögerungszeit Δtdly ist eine Zeitspanne von der Ausgabe der Anfrage zur Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen bis zum tatsächlichen Beginn der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen, das heißt eine Zeitspanne zur Verzögerung des Zeitpunkts des Beginns der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen. In dieser Ausführungsform ist der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten Harnstofflösung umso kleiner, je größer der Wert der Verzögerungszeit Δtdly gemacht ist, wie es in 8 gezeigt ist. Das heißt, wenn der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung groß ist, wenn die Anfrage zur Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen ausgegeben wird, wird bestimmt, dass die wässrige Harnstofflösung in flüssiger Form, die den Abgasen zugegeben werden kann, mengenmäßig groß ist, so dass der Zeitpunkt des Beginns der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen vorgeschoben wird oder früher erfolgt. Wenn hingegen der Schätzwert VA des Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung klein ist, wenn die Anfrage zur Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen ausgegeben wird, wird bestimmt, dass eine große Menge der wässrigen Harnstofflösung aufgetaut werden muss, bevor die Zugabe des Harnstoffs zu den Abgasen gestartet wird, so dass der Zeitpunkt des Beginns der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen verzögert ist. Die Beziehung zwischen dem Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung und der Verzögerungszeit Δtdly, gezeigt in 8, wird zuvor durch Experimente oder dergleichen eingestellt.
Nachdem die Verzögerungszeit Δtdly wie oben beschrieben eingestellt ist, wird bestimmt, ob die Verzögerungszeit Δtdly auf die Zeit der Ausgabe der Anfrage zur Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen folgend verstrichen ist (Schritt S27). Als Folge davon wird, wenn die Verzögerungszeit Δtdly nicht verstrichen ist (NEIN in Schritt S27), die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung verboten (Schritt S28), und die Folge von Schritten endet vorübergehend.
Wenn hingegen in dem zweiten sind den späteren Regelungszyklen in Schritt S21 bestimmt wird, dass die Verzögerungszeit Δtdly eingestellt worden ist (JA in Schritt S21), fährt der Prozess mit Schritt S27 fort, in dem bestimmt wird, ob die Verzögerungszeit Δtdly verstrichen ist. Dann, wenn die Verzögerungszeit Δtdly (JA in Schritt S27), wird die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen erlaubt (Schritt S29), und die Folge von Schritten endet vorübergehend.
Gemäß der oben beschriebenen Abgasregelungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der Ausführungsform können die folgenden Effekte gewonnen werden. Wenn der Schätzwert VA der Gesamtmenge der wässrigen Harnstofflösung relativ klein ist, erfolgt der Zeitpunkt des Beginns der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen später als wenn der Schätzwert VA relativ klein ist. Gemäß der oben beschriebenen Struktur kann die Zugabe der wässrigen Harnstofflösung in einer früheren Zeitspanne begonnen werden und gleichzeitig kann ein Verschleiß der Pumpe 42 und des Zugabeventils 44 genau begrenzt werden, wenn die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 10 gefroren ist.
Die Abgasregelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Erfindung ist nicht auf die obigen Konstruktionen, dargestellt durch die Ausführungsformen, beschränkt, sondern kann auch in gegenüber den Ausführungsformen modifizierten Formen durchgeführt werden, zum Beispiel in einer Form, die nachfolgend beschrieben ist.
In der zweiten Ausführungsform wird die Strömungsrate der NOx auf der Grundlage des Betriebszustands des Motors gewonnen. Statt dessen kann die Strömungsrate der NOx auch indirekt auf der Grundlage des Fahrzustands des Fahrzeugs, zum Beispiel die Fahrzeuggeschwindigkeit oder dergleichen, gewonnen werden.
In der zweiten Ausführungsform ist die vorbestimmte Zeit τ variabel auf der Grundlage der erforderlichen Menge der Zugabe der wässrigen Harnstofflösung zu den Abgasen eingestellt. Statt dessen kann die vorbestimmte Zeit eine festgelegte Zeit sein. In diesem Fall kann eine Erhöhung der Rechenlast der elektronischen Regelungseinheit 50 in geeigneter Weise begrenzt sein.
In den obigen Ausführungsformen wird der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung auf der Grundlage der Fahrdistanz D, die das Fahrzeug nach dem Start des Verbrennungsmotors zurücklegt, berechnet werden. Statt dessen kann der Schätzwert VB der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung auf der Grundlage weiterer, mit dem bisherigen Fahrverlauf des Fahrzeugs in Beziehung stehender Parameter berechnet werden, wie zum Beispiel einer das Fahrzeug betreffenden Positionsinformation oder dergleichen, die von einem Fahrzeugnavigationssystem oder dergleichen gewonnen werden kann. Neben dem bisherigen Fahrverlauf des Fahrzeugs ist es auch erlaubt, die bisherigen Betriebsverlauf des Verbrennungsmotors wie etwa die Motordrehzahl, die Motorlast, etc. als eine Basis für die Berechnung des Schätzwerts der Gesamtmenge der den Abgasen zugegebenen wässrigen Harnstofflösung zu verwenden.
In den obigen Ausführungsformen wird die Bestromungsregelung der elektrischen Heizwicklung 22 so durchgeführt, dass die Wärmemenge, die die Heizvorrichtung 20 der wässrigen Harnstofflösung pro Zeit zuführt, konstant ist. Der Schätzwert VA der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung wird auf der Grundlage der Dauer ΔtA des Betriebs des Verbrennungsmotors berechnet. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Formen beschränkt. Zum Beispiel ist es möglich, eine Form zu verwenden, in der die der wässrigen Harnstofflösung von der Heizvorrichtung pro Zeit zugeführte Wärmemenge variabel ist. In diesem Fall genügt es, dass die Gesamtwärmemenge, die die Heizvorrichtung der wässrigen Harnstofflösung zuführt, durch Integration der Wärmemenge berechnet wird, die die Heizvorrichtung der wässrigen Harnstofflösung pro Zeiteinheit zuführt, und dass der Schätzwert der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung auf der Grundlage der Gesamtwärmemenge berechnet wird.
In den obigen Ausführungsformen und ihren Modifikationen wird der Schätzwert der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung aus der Gesamtwärmemenge berechnet, die die Heizvorrichtung der wässrigen Harnstofflösung zuführt. Wenn zusätzlich hierzu der Schätzwert der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung auf der Grundlage der durch einen Außenlufttemperatursensor erfassten Außenlufttemperatur berechnet wird, kann der Schätzwert der Gesamtmenge der aufgetauten wässrigen Harnstofflösung exakter berechnet werden.
Das Reduktionsmittel in Übereinstimmung mit der Erfindung ist nicht auf die wässrige Harnstofflösung beschränkt, sondern es kann jedes andere Reduktionsmittel anderer Zusammensetzung verwendet werden, sofern das Reduktionsmittel in den Abgasen enthaltene Stickoxide auf einem NOx-Katalysator entfernt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-71270 [0002]
JP 2010-71270 A [0002]
JP 2008-115784 [0003]
JP 2008-115784 A [0003]

Claims

Abgasregelungsvorrichtung, die umfasst: einen Zugabemechanismus, der ein flüssiges Reduktionsmittel in einen Abgaskanal eines Verbrennungsmotors strömungsaufwärtsseitig von einem Katalysator, der in dem Abgaskanal angeordnet ist, hinzugibt, und eine Heizvorrichtung, die in einem Tank angeordnet ist, in dem das Reduktionsmittel gespeichert ist, und die das Reduktionsmittel erwärmt, wobei die Abgasregelungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass wenn das Reduktionsmittel in dem Tank (10) gefroren ist, eine Erwärmung durch die Heizvorrichtung (20) durchgeführt wird und die Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal durch den Zugabemechanismus (44) beschränkt ist und die Art der Beschränkung der Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal entsprechend einer Gesamtmenge des nach dem Beginn des Heizvorgangs aufgetauten Reduktionsmittels geändert wird.
Abgasregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei: wenn die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels relativ klein ist, der Zeitpunkt des Beginns der Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal später erfolgt als wenn die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels relativ groß ist.
Abgasregelungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei wenn die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels kleiner als eine Gesamtmenge des in den Abgaskanal zugegebenen Reduktionsmittels ist, die Zugabe des Reduktionsmittels in den Abgaskanal verboten wird.
Abgasregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gesamtmenge des aufgetauten Reduktionsmittels auf der Grundlage eines bisherigen Verlaufs des Heizvorgangs durch die Heizvorrichtung geschätzt wird.
Abgasregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gesamtmenge des in den Abgaskanal hinzugegebenen Reduktionsmittels auf der Grundlage von wenigstens entweder dem bisherigen Betriebsverlauf des Verbrennungsmotors oder dem bisherigen Fahrverlauf des Fahrzeugs geschätzt wird.
Abgasregelungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Reduktionsmittel ein Stickoxid aus den Abgasen an dem Katalysator (4) entfernt.