DE102016101002A1

DE102016101002A1 - Abgasreinigungssystem für einen Motor

Info

Publication number: DE102016101002A1
Application number: DE102016101002.2A
Authority: DE
Inventors: Kazuhisa Hamabe; Hiroaki Umeda; Toru Kudo; Yasuhiro Horiuchi; Yoshiharu Nonoyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2016-08-18
Anticipated expiration: 2036-01-22
Also published as: DE102016101002B4; JP6379057B2; JP2016151241A

Abstract

Ein Abgasreinigungssystem (1) für einen Motor (2) weist einen Reduktionskatalysator (5) zum Reduzieren von in einem Abgas enthaltenen Stickoxiden (NOx) durch ein Reduktionsmittel auf. Ein Injektor (6) ist in einer Abgasleitung (3a) zum Einspritzen des Reduktionsmittels in die Abgasleitung an einer stromaufwärtigen Seite des Reduktionskatalysators (5) bereitgestellt. Eine Kollisionsoberfläche (7) ist in der Abgasleitung in einer Position vor dem Injektor (6) bereitgestellt, so dass das Reduktionsmittel gegen die Kollisionsoberfläche (7) prallt. Ein Steuermodus des Injektors (6) z. B. ein Einspritzdruck und eine Einspritzmenge des Reduktionsmittels oder ein Steuermodus des Motors wird abhängig von einer Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) geändert, um das Reduktionsmittel gleichmäßig dem Reduktionskatalysator (5) zuzuführen.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor mit dem Stickoxide (NOx) an einem Katalysator durch ein von einem Injektor in eine Abgasleitung des Verbrennungsmotors eingespritzt ist Reduktionsmittel reduziert werden.
Ein Harnstoff SCR-(Selektives Katalytisches Reduktions-)System ist im Fachgebiet als eines von Abgasreinigungssystemen für einen Verbrennungsmotor (im Nachfolgenden der Motor) bekannt. In einem solchen Harnstoff SCR-System ist ein selektiver NOx Reduktionskatalysator in einer Abgasleitung des Motors bereitgestellt, um selektiv in dem Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) zu reduzieren. Ein Injektor ist in der Abgasleitung an einer stromaufwärtigen Seite des selektiven NOx Reduktionskatalysators bereitgestellt, so dass er eine wässrige Harnstofflösung als Reduktionsmittel in die Abgasleitung einspritzt. Eine Reduktionsreaktion, bei der NOx durch Ammoniak, das aus der wässrigen Harnstofflösung erzeugt wird, an dem selektiven NOx Reduktionskatalysator zu Stickstoff und Wasser zersetzt wird.
In dem obigen Abgasreinigungssystem für den Motor ist es erforderlich, dass von dem Injektor eingespritzte Reduktionsmittel gleichmäßig einem Katalysatorbereich zuzuführen, um den Katalysatorbereich effektiv zu nutzen. Im Stand der Technik wird ein Betriebsverfahren für den Motor vorgeschlagen, bei dem durch eine Funktion für charakteristische Variablen die Abgasgeschwindigkeit, Abgasdruck, Abgastemperatur usw. ein Druck eines Ausgangsstoffes (des Reduktionsmittels) auf einem vorbestimmten Zieldruck des Ausgangsstoffes festgelegt wird. Nach dem vorgeschlagenen Betriebsverfahren soll der Ausgangsstoff die ganze Katalysatoroberfläche erreichen, die in dem Katalysatorbereich nutzbar ist.
Nach einem anderen Stand der Technik ist eine Kollisionsplatte an einer stromaufwärtigen Seite eines Katalysators vorgesehen, um von einem Injektor eingespritztes Reduktionsmittel zu verdampfen, wobei das von dem Injektor eingespritzte Reduktionsmittel auf die Kollisionsplatte prallt. Wenn die Kollisionsplatte verwendet wird, kann das Reduktionsmittel an der Kollisionsplatte haften und sich an dieser sammeln, wenn eine Temperatur der Kollisionsplatte gegen die das Reduktionsmittel prallt, gering ist. In einem solchen Fall führt die Gleichmäßigkeit des Reduktionsmittels in dem Katalysatorbereich verschlechtert.
Die vorliegende Offenbarung wird angesichts des obigen Problems vorgenommen. Es ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor zum Unterdrücken der Verschlechterung der Gleichverteilung des Reduktionsmittels bereit zu stellen, die durch das Reduktionsmittel verursacht werden kann, das einer Kollisionsplatte, die in einer Abgasleitung an einer stromaufwärtigen Seite eines Katalysators bereit gestellt ist, anhaftet und angesammelt ist.
Nach einem der Merkmale der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Abgasreinigungssystem (1) für einen Verbrennungsmotor (2);
einen Reduktionskatalysator (5), der in einer Abgasleitung (3, 3a) des Motors (2) bereitgestellt ist zum Reduzieren von in dem von dem Motor (2) ausgestoßenen Abgas enthaltenem Stickstoffdioxid (NOx) durch ein in die Abgasleitung (3a) zuzuführendes Reduktionsmittel;
eine Kollisionsoberfläche (7), die in der Abgasleitung (3a) an einer stromaufwärtigen Seite des Reduktionskatalysators (5) bereitgestellt ist;
einen Injektor (6), der in der Abgasleitung (3a) und für das Einspritzen des Reduktionsmittels in einer Richtung zu der Kollisionsoberfläche (7) bereitgestellt ist;
einen Temperaturschätzbereich (10, S2, S3, S32, S33) zum Schätzen der Temperatur der Kollisionsoberfläche (7); und
ein Steuermodusänderungsbereich (10, S9–S12, S17–S19, S38–S41) zum Ändern eines Steuermodus eines Motors (2) und/oder des Injektors (6) abhängig von der geschätzten Temperatur der Kollisionsoberfläche (7), wobei der Steuermodus einen Einfluss auf die Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) hat.
Nach dem obigen Merkmal der vorliegenden Offenbarung wird die Temperatur der Kollisionsoberfläche geschätzt und der Steuermodus mit dem Einfluss auf die Temperatur der Kollisionsoberfläche wird abhängig von der geschätzten Temperatur der Kollisionsoberfläche geändert. Im Verglich mit einem Fall, bei dem das Reduktionsmittel eingespritzt wird, ohne die Temperatur der Kollisionsoberfläche zu berücksichtigen, ist es mit der vorliegenden Offenbarung möglich, eine Temperaturabnahme der Kollisionsoberfläche zu verhindern. Als ein Ergebnis wird es möglich, eine Situation zu verhindern, bei der das Reduktionsmittel der Kollisionsoberfläche anhaftet und an dieser angesammelt ist und eine Gleichmäßigkeit des Zuführen des Reduktionsmittels zu dem Katalysator verschlechtert wird.
Das obige und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, die mit Bezugnahme auf die begleitenden Figuren vorgenommen wird. Zu den Figuren:
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Struktur eines Harnstoff SCR-Systems darstellt;
2 ist eine schematische Ansicht, die einen Flüssigkeitstropfen aus einer wässrigen Harnstofflösung darstellt, der gegen eine Rippe (eine Kollisionsoberfläche) prallt;
3 ist ein Graph, der eine Rippentemperatur, bezogen auf einen Einspritzdruck der wässrigen Harnstofflösung, darstellt;
4 ist ein Flussdiagramm, das ein durch eine elektrische Steuereinheit (die ECU) nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auszuführendes Verfahren darstellt;
5 ist ein Flussdiagramm, das auch ein durch die ECU in der ersten Ausführungsform auszuführendes Verfahren darstellt, wobei das Verfahren von 5 nach einer NEIN-Feststellung im Schritt S4 des Flussdiagramms von 4 durchgeführt wird;
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Berechnen einer Temperaturverteilung der Rippe darstellt;
7 ist eine schematische Ansicht, die eine Mehrzahl von Zellen darstellt, die durch ein virtuelles Einteilen einer Oberfläche der Rippe gebildet werden;
8 ist eine schematische Ansicht, die den Flüssigkeitstropfen aus der wässrigen Harnstofflösung darstellt, der gegen die Rippe prallt und die eine Übertragung von Wärme an einem Kollisionspunkt (einer Kollisionszelle der Rippe) darstellt;
9 ist eine Ansicht, die Rippentemperaturen an jeweiligen Positionen der Rippe darstellt (d. h. Temperaturverteilungen der Rippe);
10 ist eine Ansicht, die einen Betriebspuls für den Injektor darstellt;
11 ist ein Flussdiagramm, das ein durch die ECU nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchzuführendes Verfahren darstellt; und
12 ist eine Ansicht, die den Betriebspuls für den Injektor darstellt, wobei ein oberer Teil den Betriebspuls darstellt, wenn die wässrige Harnstofflösung durch eine Einspritzung eingespritzt wird (eine Einspritzmenge P10 durch eine Einspritzung) während ein unterer Teil die Betriebspulse darstellt, wenn die wässrige Harnstofflösung durch eine Mehrzahl an Einspritzungen eingespritzt wird (eine Einspritzmenge P11 für eine jeweilige Einspritzung).
(Erste Ausführungsform)
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf die Figuren erklärt. 1 stellt eine Struktur eines Harnstoff SCR-(Selektive Katalytische Reduktion)Systems 1 dar, das als ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor wirkt. In dem Harnstoff SCR-System 1 ist eine Abgasleitung 3 mit einem Dieselmotor 2 (nachfolgend der Motor 2) verbunden, so dass von dem Motor 2 ausgestoßenes Abgas durch die Abgasleitung 3 strömt und von einem Fahrzeug nach außen ausgestoßen wird.
Ein Oxidationskatalysator 4 (der DOC = Dieseloxidationskatalysator genannt wird) ist in der Abgasleitung 3 zum Oxidieren von HC (Kohlenwasserstoffen) und CO (Kohlenstoffmonoxid), die schädliche in dem Abgas enthaltene Komponenten sind, bereitgestellt. Der Oxidationskatalysator 4 weist eine Struktur auf, bei der katalytische Komponenten (wie Pt (Platin), Pd (Palladium) oder dergleichen) an z. B. einem keramischen Wabenkörper eines Durchstromtyps, einem Metallnetz usw. geträgert sind, so dass die Oxidationsreaktion durch die katalytischen Komponenten erleichtert wird.
Ein Aktivierungsniveau des Oxidationskatalysators 4 hängt in hohem Ausmaß von der Temperatur desselben ab. In anderen Worten wird die Oxidationsreaktion bei einer geringen Temperatur kaum durchgeführt. Der Oxidationskatalysator 4 ist in der Abgasleitung 3 an einer stromaufwärtigen Seite eines SCRF 5 (eines Selektiven Katalytischen Reduktionsfilters) bereitgestellt, d. h. an einer Position, die sich näher am Motor 2 befindet, so dass der Oxidationskatalysator 4 zu einem frühen Zeitpunkt nachdem der Motor 2 gestartet wird, aufgewärmt wird und die Oxidationsreaktion für HC und CO wird dadurch erleichtert. Der Oxidationskatalysator 4 steigert die Temperatur des Abgases durch die Oxidationsreaktion. Daher übernimmt der Oxidationskatalysator 4 auch eine Funktion zum Verbrennen und Entfernen partikulären Materials (PM), das sich in dem SCRF 5 durch das Abgas angesammelt hat, dessen Temperatur in dem Oxidationskatalysator 4 gesteigert wird. Die Temperatursteigerung des Abgases wird durch eine Treibstoffnacheinspritzung durchgeführt, die nach einer Haupttreibstoffeinspritzung zum Erzielen einer Antriebskraft für den Fahrzeugmotor von dem Motor 2 durchgeführt wird. Durch die Treibstoffnacheinspritzung erzeugter unverbrannter Treibstoff (wie HC) wird dem Oxidationskatalysator 4 zugeführt. Anderenfalls wird Treibstoff (HC) von einem Treibstoffinjektor (nicht dargestellt) eingespritzt, der in der Abgasleitung 3 an einer stromaufwärtigen Seite des Oxidationskatalysators 4 bereitgestellt ist und dem Oxidationskatalysator 4 zugeführt. Der unverbrannte Treibstoff (HC) von der Treibstoffnacheinspritzung oder der Treibstoff HC von dem Treibstoffinjektor wird in dem Oxidationskatalysator 4 verbrannt, so dass die Temperatur des Abgases gesteigert wird.
Der SCRF 5 ist in der Abgasleitung 3 an einer stromabwärtigen Seite des Oxidationskatalysators 4 bereitgestellt um in dem Abgas enthaltene NOx selektiv zu reduzieren. Der SCRF 5 umfasst einen SCR-Katalysator zum Erleichtern der selektiven Reduktionsreaktion für NOx und er weist eine Wirkung (eine DPF-Wirkung) zum Abfangen des in dem Abgas enthaltenen partikulären Materials (PM) auf. Der SCRF 5 weist z. B. eine Struktur auf, in welcher der SCR-Katalysator durch einen keramischen Wabenkörper eines Typs mit durchgehenden Wänden geträgert wird. Das Abgas strömt in einer Abwärtsrichtung wobei das Abgas die porösen Wände des SCRF 5 durchströmt, so dass das in dem Abgas enthaltene PM durch den SCRF 5 abgefangen wird.
Der in dem SCRF 5 umfasste SCR-Katalysator erleichtert die Reduktionsreaktion z. B. wie durch die folgenden Formeln 1, 2 und 3 angegeben, wobei die Reduktionsreaktion zwischen NOx und Ammoniak (NH3) abläuft, das aus der wässrigen Harnstofflösung erzeugt wird. Der SCR-Katalysator wird von einem Nicht-Edelmetalloxid, z. B. Vanadium, Molybdän, Tungsten, usw. gebildet. NOx wird wie in den folgenden Formeln 1, 2 und 3, während das Abgas den SCRF 5 durchströmt, zu Wasser und Stickstoff zersetzt (herausgereinigt). Ein normaler SCR-Katalysator, nämlich ein Katalysator mit keiner Funktion zum Abfangen des PM, aber mit einer Funktion zum Reduzieren von NOx kann anstelle des SCRF 5 ebenfalls verwendet werden. 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O (Formel 1) 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 3H2O (Formel 2) NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O (Formel 3)
Da der SCRF 5 den Ammoniak nicht unbegrenzt speichern kann, gibt es einen Maximalvorrat an Ammoniak, der durch den SCRF 5 gespeichert werden kann. Der Maximalvorrat an Ammoniak verändert sich abhängig von einer Temperatur des SCRF 5. Wenn eine Zufuhrmenge des Ammoniaks den Maximalvorrat an Ammoniak übersteigt, tritt ein Phänomen auf, das „Ammoniakschlupf” genannt wird, wobei das Ammoniak von dem SCRF 5 ausgestoßen wird.
Ein Teil eines Abgasdurchgangs 3a, der zwischen dem Oxidationskatalysator 4 und dem SCRF 5 angeordnet ist, ist als ein Wirbelströmungsdurchgang (der „Spiralmixer” genannt wird”) zum Erzeugen einer Wirbelströmung in dem Abgas geformt. Der Wirbelströmungsdurchgang des Abgasdurchgangs 3a verteilt die von dem Injektor 6 (im Folgenden erklärt) in das Abgas eingespritzte wässrige Harnstofflösung um einen Vermischungszustand zwischen der wässrigen Harnstofflösung und dem Abgas zu verbessern.
Eine Rippe 7 (eine Kollisionsplatte) ist in dem Abgasdurchgang 3a zwischen dem Oxidationskatalysator 4 und dem SCRF 5 auf solche Weise bereitgestellt, dass die von dem Injektor 6 eingespritzte wässrige Harnstofflösung gegen die Rippe 7 prallt. Die Rippe 7 ist an einer Position in einem Einlassbereich des Abgasdurchgangs 3a (des Wirbelströmungsdurchgangs 3a) bereitgestellt. Genauer gesagt ist die Rippe 7 in dem Abgasdurchgang 3a an einer Position bereitgestellt, die sich in der Nähe einer inneren Wandoberfläche des Abgasdurchgangs 3a und gegenüber einer anderen inneren Wandoberfläche des Abgasdurchgangs 3a befindet, an der der Injektor 6 bereitgestellt ist. Außerdem ist die Rippe 7 auf solche Weise angeordnet, dass die Rippe 7 nicht den Strom des Abgases in dem Abgasdurchgang 3a blockiert. Die Rippe 7 ist aus einer Metallplatte hergestellt (z. B. aus einem rostfreien Stahl), die eine erste und eine zweite Plattenoberfläche aufweist. Die erste Plattenoberfläche der Rippe 7 steht dem Injektor 6 gegenüber. Die erste Plattenoberfläche der Rippe 7, die dem Injektor 6 gegenübersteht, wirkt in der gegenwärtigen Ausführungsform als eine Kollisionsoberfläche.
Die Rippe 7 ist nicht immer unbedingt in dem Wirbelströmungsdurchgang 3a bereitgestellt. Die Rippe 7 kann in einem normalen Abgasdurchgang bereitgestellt sein, nämlich in dem Abgasdurchgang der keine Wirbelströmungserzeugende Wirkung aufweist. Außerdem kann ein Teil der Innenwandoberfläche des Wirbelströmungsdurchgangs 3a als ein Teil der Kollisionsoberfläche ausgeformt sein (wie die Rippe 7) gegen den die wässrige Harnstofflösung prallt.
Der Injektor 6 ist an einer Außenwand des Abgasdurchgangs 3a bereitgestellt, um die wässrige Harnstofflösung in den Abgasdurchgang 3a einzuspritzen. Der Injektor 6 ist an der Außenwand des Abgasdurchgangs 3a in einer Richtung im rechten Winkel zu einer Strömungsachse des Abgasdurchgangs 3a (einer Längs- oder einer Axialrichtung des Abgasdurchgangs 3a) oder in eine Richtung bereitgestellt, die zu einer stromabwärtigen Seite des Abgasdurchgangs 3a geneigt ist. Genauer gesagt, ist der Injektor 6 in einer Richtung zu der Rippe 7 angeordnet.
Der Injektor 6 weist die gleiche Struktur wie die eines Treibstoffinjektors zum Einspritzen von Treibstoff in einen Zylinder des Motors 2 auf. Der Injektor 6 wird von einem elektromagnetischen Ventil gebildet, das einen Antriebsbereich mit einer elektromagnetischen Spule, einen Fluiddurchgang durch den die wässrige Harnstofflösung durchlauft, eine zylindrische Düse, ein Ventilteil mit einer säulenförmigen Nadel zum Öffnen und/oder Schließen der zylindrischen Düse, usw. umfasst. Wenn von einer elektronischen Steuereinheit 10 (der ECU 10) elektrische Leistung der elektrischen Spule zugeführt wird, wird die Nadel in einer Ventilöffnungsrichtung angehoben, so dass sie ein Vorderende (eine Einspritzöffnung) der zylindrischen Düse öffnet. Dementsprechend wird die in der in dem Fluiddurchgang der zylindrischen Düse angesammelte wässrige Harnstofflösung aus der Einspritzöffnung in den Abgasdurchgang 3a eingespritzt.
Ein Kühlwasserdurchgang (nicht dargestellt) ist in einem Adapter (nicht dargestellt) zum Fixieren des Injektors 6 an den Abgasdurchgang 3a gebildet, wobei Kühlwasser durch den Kühlwasserdurchgang strömt um den Injektor 6 abzukühlen. Motorkühlwasser kann als das Kühlwasser für den Injektor 6 verwendet werden.
Die wässrige Harnstofflösung wird dem Injektor 6 von einem Tank 8 für die wässrige Harnstofflösung zugeführt. Der Tank 8 ist als ein abgedichtetes Gefäß mit einer Zufuhrkappe gebildet, so dass die wässrige Harnstofflösung mit einer vorbestimmten Konzentration in dem Tank 8 gespeichert wird.
Eine Zufuhrleitung 19, die z. B. aus Gummi hergestellt ist und einen Fluiddurchgang für die wässrige Harnstofflösung bildet, ist zwischen dem Tank 8 und dem Injektor 6 bereitgestellt. Ein Ende der Zufuhrleitung 19 ist mit dem Injektor 6 verbunden, während eine Ansaugöffnung zum Ansaugen der wässrigen Harnstofflösung an dem anderen Ende der Zufuhrleitung 19 gebildet ist. Die Ansaugöffnung ist in einem Zustand indem die wässrige Harnstofflösung in dem Tank 8 gespeichert wird, in die wässrige Harnstofflösung eingetaucht.
Eine Pumpe 9 ist in der Zufuhrleitung 19 bereitgestellt und wird von einem Elektromotor eines In-Line Typs (z. B. einem Dreiphasen Wechselstrommotor) gebildet, der durch ein Betriebssignal von der ECU 10 in Rotation versetzt wird. Der Elektromotor kann in beide Richtungen in Rotation versetzt werden (in einer Vorwärtsrichtung und in einer Rückwärtsrichtung). Wenn die Pumpe 9 in der Vorwärtsrichtung in Rotation versetzt wird, wird die wässrige Harnstofflösung aus dem Tank 8 angesaugt und zu dem Injektor 6 durch die Zufuhrleitung 19 herausgepumpt. Wenn andererseits die Pumpe 9 in der Rückwärtsrichtung in Rotation versetzt wird, wird die wässrige Harnstofflösung die in den Injektor 6 und die Zufuhrleitung 19 gefüllt würde, zurück in den Tank 8 gesaugt.
Die Pumpe 9 kann in einer solchen Position des Tanks 8 angeordnet sein, in der die Pumpe 9 in die wässrige Harnstofflösung des Tanks 8 eingetaucht ist. Die Pumpe 9 ist in der gegenwärtigen Ausführungsform in einer Position außerhalb des Tanks 8 angeordnet. Die Pumpe 9 steuert den Druck der von dem Injektor 6 einzuspritzenden wässrigen Harnstofflösung. In anderen Worten, kann die Pumpe 9 den Druck der wässrigen Harnstofflösung in der Pumpe 9 verändern.
Das Harnstoff SCR-System 1 weist verschiedene Typen von Sensoren auf. Zum Beispiel ist ein Drucksensor 12 in der Pumpe 9 bereitgestellt um den Druck der wässrigen Harnstofflösung in der Pumpe 9 zu erfassen. Ein Luftströmungsmesser 14 ist in einer Zuluftleitung 13 des Motors 2 bereitgestellt um eine Strömungsrate der Zuluft, die durch die Zuluftleitung 13 strömt, zu erfassen, d. h. einer dem Motor 2 zugeführten Zuluftmenge. Ein Abgastemperatursensor 15 ist in der Abgasleitung 3 (dem Abgasdurchgang 3a) bereitgestellt, um die Temperatur des Abgases zu erfassen. Der Abgastemperatursensor 15 kann an einem beliebigen Bereich der Abgasleitung 3 bereitgestellt sein. In der gegenwärtigen Ausführungsform allerdings ist der Abgastemperatursensor 15 an einer Position nahe dem Injektor 6 oder der Rippe 7 bereitgestellt. Außerdem sind ein Außenlufttemperatursensor 16 zum Erfassen der Temperatur außerhalb des Fahrzeugs, ein Lösungstemperatursensor 17 zum Erfassen der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung in der Pumpe 9 oder in dem Tank 8, und ein Wassertemperatursensor 18 zum Erfassen der Temperatur des Kühlwassers (des Motorkühlwassers) für den Injektor 6 bereitgestellt. Jeder der Erfassungswerte der Sensoren 12 und 14 bis 18 wird in die ECU 10 eingespeist.
Das Harnstoff SCR-System 1 weist die ECU 10 auf, die von einem gut bekannten Mikrocomputer zum Steuern einer Einspritzung der wässrigen Harnstofflösung (wie eines Einspritzzeitpunktes einer Einspritzmenge, eines Einspritzdrucks der wässrigen Harnstofflösung) basierend auf verschiedenen Typen von Erfassungswerten von den zuvor genannten Sensoren, während sich der Motor 2 im Betrieb befindet, gebildet wird. Die Einspritzsteuerung der wässrigen Harnstofflösung wird im Folgenden weitergehend erklärt. Die ECU 10 wird von einer ECU (einer Motor-ECU) zum Steuern eines Betriebs des Motors 2 oder einer sich von der Motor-ECU unterscheidenden ECU gebildet. Die ECU 10 umfasst durch die ECU 10 auszuführende Programme, und eine Speichervorrichtung 11 (wie ROM, RAM) zum Speichern verschiedener Typen von Informationen die für das Ausführen der Programme erforderlich sind.
In dem Harnstoff SCR-System 1 mit der zuvor genannten Struktur prallt ein großer Teil der von dem Injektor 6 eingespritzten wässrigen Harnstofflösung gegen die Rippe 7. Die gegen die Rippe 7 prallende wässrige Harnstofflösung nimmt die Wärme von der Rippe 7 auf und verdampft (zerstäubt) augenblicklich. Die gegen die Rippe 7 prallende und verdampfte Harnstofflösung wird durch die Wirbelströmung, die erzeugt wird, wenn das Abgas durch den Wirbelströmungsdurchgang 3a strömt, gleichmäßig in das Abgas verteilt. Als ein Ergebnis erreicht die wässrige Harnstofflösung gleich verteilt die Oberfläche des SCRF 5. Die wässrige Harnstofflösung wird durch Hydrolyse in dem SCRF 5 oder vor Erreichen des SCRF 5 zu Ammoniak (NH3) zersetzt. Floglich werden NOx in dem SCRF 5 durch die Reaktion zwischen dem Ammoniak und dem NOx reduziert.
Eine Gleichmäßigkeit der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung zu dem SCRF 5 kann sich abhängig von einem Betriebszustand des Motors 2 verändern. Genauer gesagt verändert sich, wenn der Betriebszustand des Motors 2 verändert wird, ein Zustand des Abgases (z. B. die Temperatur des Abgases, eine Strömungsrate des Abgases, usw.) entsprechend. Folglich verändert sich abhängig von der Veränderung des Zustandes des Abgases eine Kollisionseffizienz der wässrigen Harnstofflösung die von dem Injektor 6 eingespritzt wird und gegen die Rippe 7 prallt. Wenn die Kollisionseffizienz verändert wird, verändert sich eine Verteilungsqualität der wässrigen Harnstofflösung. Wie zuvor erwähnt, kann die Gleichmäßigkeit der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung zu den SCRF 5 sich verändern.
Außerdem verändert sich, wenn der Zustand des Abgases verändert wird, eine Temperatur der Rippe 7 ebenfalls. Die Verteilungsqualität der wässrigen Harnstofflösung (ein Grad der Verdampfung) wird durch die Veränderung der Temperatur der Rippe 7 ebenfalls verändert.
Es ist erforderlich die wässrige Harnstofflösung bei einem höheren Druck einzuspritzen, um die Kollisionseffizienz der wässrigen Harnstofflösung gegen die Rippe 7 zu steigern. Die Temperatur der Rippe 7 wird gesteigert, wenn die wässrige Harnstofflösung kontinuierlich mit dem höheren Druck eingespritzt wird. Folglich kann aufgrund der Abnahme der Temperatur der Rippe 7 der Grad der Verdampfung der wässrigen Harnstofflösung verringert werden. Außerdem kann die wässrige Harnstofflösung der Rippe 7 anhaften und an dieser angesammelt sein.
Wie in 2 dargestellt ist, entzieht die wässrige Harnstofflösung, wenn die wässrige Harnstofflösung der Rippe 7 anhaftet und an dieser angesammelt ist, der Rippe 7 Wärme, so dass die Temperatur der Rippe 7 (die Rippentemperatur) verringert wird. Eine durch die wässrige Harnstofflösung von der Rippe 7 entzogene Wärmemenge wird größer, wenn der Einspritzdruck der wässrigen Harnstofflösung höher wird. Wenn der Einspritzdruck gesteigert wird, wird eine Kollisionsgeschwindigkeit der wässrigen Harnstofflösung gegen die Rippe 7 gesteigert. Eine Form eines Flüssigkeitstropfens der wässrigen Harnstofflösung, die sich fast in einer sphärischen Form befindet, wird zerquetscht, wenn die wässrige Harnstofflösung gegen die Rippe 7 prallt. Wenn die Kollisionsgeschwindigkeit gesteigert wird, wird eine Deformierung des Flüssigkeitstropfens zu der zerquetschten Form ausgeprägter. Folglich wird eine Kontaktfläche zwischen dem Flüssigkeitstropfen der wässrigen Harnstofflösung und der Rippe 7 größer. Wie oben erwähnt, wird die Temperatur der Rippe 7 verringert, wenn der Einspritzdruck gesteigert wird.
Wie in 3 dargestellt ist, wird die Wärmemenge, die durch die wässrige Harnstofflösung von der Rippe 7 absorbiert wird, stärker gesteigert, wenn der Einspritzdruck höher wird. Die Rippentemperatur wird dementsprechend verringert. Wenn die Rippentemperatur niedriger wird als eine bestimmte Temperatur kann die wässrige Harnstofflösung der Rippe 7 anhaften und an dieser angesammelt vorliegen. Somit kann es schwierig werden die wässrige Harnstofflösung dem SCRF 5 gleichmäßig zuzuführen oder eine Effizienz der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung zu dem SCRF 5 kann verringert werden. Als ein Ergebnis kann eine Herausreinigungseffizienz des SCRF 5 für NOx verringert sein oder das „Ammoniakschlupf” Phänomen kann auftreten.
In der gegenwärtigen Ausführungsform schätzt die ECU 10 die Temperatur der Rippe 7 und steuert eine Einspritzleistung des Injektors 6 (einen Steuermodus des Injektors 6) basierend auf einer solchen geschätzten Temperatur um das oben genannte Problem zu lösen, das bei einer Temperaturabnahme der Rippe 7 auftreten kann.
Nachfolgend wird eine Steuerung der Einspritzung der wässrigen Harnstofflösung mit Bezug auf Flussdiagramme beschrieben die in den Figuren dargestellt sind. 4 und 5 sind durch die ECU 10 auszuführende Flussdiagramme. Ein Verfahren des Flussdiagramms von 4 wird gestartet, wenn der Motor 2 gestartet wird und in einem zyklischen Arbeitsablauf ausgeführt.
Zuerst (im Schritt S1 von 4) legt die ECU 10 eine Einspritzmenge der von dem Injektor 6 einzuspritzenden wässrigen Harnstofflösung fest. Genauer gesagt ruft die ECU 10 Erfassungswerte von NOx-Sensoren zum Erfassen der NOx-Dichte bzw. -Konzentration (die jeweils an einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des SCRF 5 bereitgestellt sind obgleich dies nicht in den Figuren dargestellt ist). Die ECU 10 schätzt eine in dem SCRF 5 verbrauchte Ammoniakmenge basierend auf einer in den SCRF 5 strömenden NOx-Menge und einer aus dem SCRF 5 strömenden NOx-Menge, die jeweils basierend auf den Erfassungswerten von den NOx-Sensoren (nicht dargestellt) berechnet werden. Die ECU 10 legt die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung basierend auf der verbrauchten Ammoniakmenge so fest, dass eine von dem SCRF 5 adsorbierte Ammoniakmenge näher an die maximale Ammoniakadsorptionsmenge kommt (den Maximalvorrat an Ammoniak).
Daraufhin, im Schritt S2 ruft die ECU 10 charakteristische Variablen (Motorbetriebsparameter) bezüglich der Temperaturverteilung der Rippe 7 ab. Genauer gesagt ruft die ECU 10 die charakteristischen Variablen ab, die die Temperatur des Abgases, eine Strömungsrate des Abgases, eine Außenlufttemperatur, einen vorangegangenen Wert (einen Wert eines vorangegangenen Zyklus) für den Einspritzdruck der wässrigen Harnstofflösung, einen vorangegangenen Wert (einen Wert eines vorangegangenen Zyklus) für die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung, die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung in dem Injektor 6, usw. erfassen. Der Erfassungswert des Abgastemperatursensors 15 wird als die Temperatur des Abgases verwendet. Der Erfassungswert des Luftströmungsmessers 14 wird als die Strömungsrate des Abgases verwendet, da die Strömungsrate des Abgases der Strömungsrate der Zuluft entspricht, die in den Motor 2 zugeführt wird. Der Erfassungswert des Außenlufttemperatursensors 16 wird als die Außenlufttemperatur verwendet. Ein Einspritzdruck, der durch die ECU 10 für eine vorangegangene Einspritzung festgelegt wurde, wird als der vorangegangene Wert für den Einspritzdruck der wässrigen Harnstofflösung verwendet. Eine Einspritzmenge, die durch die ECU 10 für die vorherige Einspritzung festgelegt wurde, wird als der vorangegangene Wert für die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung verwendet.
Die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung korreliert mit der Temperatur des Abgases, dem vorangegangenen Wert für die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung, der Temperatur des Kühlwassers für den Injektor 6 und einer Temperatur (einer Anfangstemperatur), der von dem Tank 8 zu dem Injektor 6 zugeführten wässrigen Harnstofflösung. Das Vorderende des Injektors 6 nimmt Wärme aus dem Abgas auf. Eine aus dem Abgas aufgenommene Wärmemenge wird größer, wenn die Temperatur des Abgases höher wird. Daher wird die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung höher, wenn die Temperatur des Abgases höher wird.
Die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung in dem Injektor 6 ist in einer Position, die dem Vorderende des Injektors 6 näher ist, höher da die Menge aus dem Abgas aufgenommener Wärme in der Position, die dem Vorderende desselben näher ist, größer wird. Wenn der vorangegangene Wert für die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung größer ist, bedeutet dies, dass eine größere Menge der wässrigen Harnstofflösung, die in dem Injektor 6 in der Position, die an dessen Vorderende angrenzt, in der vorherigen Einspritzung eingespritzt wurde. In anderen Worten wird die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung, die in dem Injektor 6 verbleibt, geringer als die in einem Fall, in dem der vorangegangene Wert für die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung kleiner ist. Wie zuvor erwähnt, wird die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung geringer, wenn der vorangegangene Wert für die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung größer ist.
Eine Menge von der wässrigen Harnstofflösung zu dem Kühlwasser abgestrahlter Wärme wird größer, wenn die Temperatur des Kühlwassers niedriger ist. Daher wird die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung in dem Injektor 6 niedriger, wenn die Temperatur des Kühlwassers niedriger ist. Außerdem wird die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung in dem Injektor 6 niedriger, wenn die Anfangstemperatur (die Anfangstemperatur) der wässrigen Harnstofflösung, die von dem Tank 8 dem Injektor 6 zugeführt wird, niedriger ist.
Die zuvor genannten Zusammenhänge der Temperatur der wässrigen Harnstofflösung in dem Injektor 6 mit der Temperatur des Abgases, den vorangegangenen Wert für die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung, der Temperatur des Kühlwassers und der Anfangstemperatur der wässrigen Harnstofflösung sind als eine Karte, eine Berechnungsformel oder dergleichen in der Speichervorrichtung 11 gespeichert. Die ECU 10 berechnet die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung basierend auf den zuvor genannten Zusammenhängen (der Karte oder der Berechnungsformel). Der Erfassungswert des Wassertemperatursensors 18 wird als die Temperatur des Kühlwassers verwendet. Der Erfassungswert des Lösungstemperatursensors 17 wird als die Anfangstemperatur der wässrigen Harnstofflösung verwendet.
Daraufhin, im Schritt S3 berechnet die ECU 10 die Temperaturverteilung der Rippe 7 (Temperaturen an jeweiligen Bereichen der Rippe 7) basierend auf den charakteristischen Variablen, die im Schritt S2 abgerufen wurden.
6 ist ein Flussdiagramm zum Durchführen des Schrittes S3 von 4 (ein Berechnungsverfahren für die Temperaturverteilung der Rippe 7). Ein Verfahren des Flussdiagramms von 6 wird erklärt.
In einem Schritt S21 identifiziert die ECU 10 einen Bereich (einen Kollisionspunkt) der Rippe 7, gegen den die wässrige Harnstofflösung von dem Injektor 6 prallt. Die wässrige Harnstofflösung prallt nicht immer gegen den gleichen Bereich der Rippe 7. In anderen Worten verändert sich der Kollisionspunkt der wässrigen Harnstofflösung an der Rippe 7, abhängig von dem Einspritzdruck der wässrigen Harnstofflösung von dem Injektor 6 und einer aus dem Abgas erfahrenen Kraft. Genauer gesagt, empfängt die wässrige Harnstofflösung, wenn der Einspritzdruck hoch ist, eine starke Kraft in einer Einspritzrichtung des Injektors 6. In den meisten dieser Fälle prallt die wässrige Harnstofflösung gegen den Kollisionspunkt, der sich an einem Kreuzungspunkt zwischen der Einspritzrichtung und einer Oberflächenrichtung der Rippe 7 befindet. Wenn die Strömungsrate des Abgases hoch ist, erfährt die wässrige Harnstofflösung eine starke Kraft von dem Abgas. Da die wässrige Harnstofflösung eine Tendenz hat, in eine Strömungsrichtung des Abgases zu strömen, prallt die wässrige Harnstofflösung gegen einen solchen Bereich der Rippe 7 (den Kollisionspunkt), der von dem zuvor genannten Kreuzungspunkt in der Abwärtsrichtung der Abgasrichtung 3a versetzt ist.
Eine Bewegungsgleichung kann, basierend auf dem Einspritzdruck und der Strömungsrate des Abgases, geschrieben werden, um abzuschätzen, wie sich die von dem Injektor 6 eingespritzte wässrige Harnstofflösung bewegt. Folglich kann der Kollisionspunkt auf der Rippe 7, basierend auf der Bewegungsgleichung, identifiziert werden. Andernfalls kann eine Mappe, die Kollisionspunkte in Bezug auf den Einspritzdruck und die Strömungsrate des Abgases zeigt, in der Speichervorrichtung 11 gespeichert sein, um basierend auf der Karte den Kollisionspunkt zu identifizieren. Wenn ein Sprühwinkel des Injektors 6 groß ist und die wässrige Harnstofflösung gegen eine umfangreiche Fläche der Rippe 7 prallt, gibt es mehrere Kollisionspunkte. In diesem Fall identifiziert die ECU 10 die mehreren Kollisionspunkte im Schritt S21.
In einem Schritt S22 liest die ECU 10 aus der Speichervorrichtung 11 die Temperaturverteilung für die Rippe 7 aus, die durch das Verfahren von 6 eines vorangegangenen Zyklus erhalten wird (die Temperaturverteilung des vorangegangenen Zyklus). In anderen Worten, eine Aufzeichnung (Werte des vorangegangenen Zyklus) für die Temperaturverteilung der Rippe 7, d. h. der Temperaturen in jeweiligen Zellen 7a (7) sind in der Speichervorrichtung 11 gespeichert.
9 stellt die Temperaturen der Rippe 7 (auf einer Vertikalachse) an jeweiligen Punkten (auf einer Horizontalachse) dar, die auf einer Ein-Punkt-Kettenlinie 100 (7) Linien, die durch einen Kollisionspunkt (7) des vorangegangenen Zyklus an der ersten Oberfläche der Rippe 7 (der Kollisionsoberfläche) verläuft. Eine durchgezogene Linie 101 in 9 stellt die Temperaturverteilung des vorangegangenen Zyklus der Rippe 7 dar. Wie durch die durchgezogene Linie des vorangegangenen Zyklus in 9 angegeben, ist die Temperatur an einem Punkt „a” niedriger als die Temperatur anderer Punkte. Dies zeigt, dass die wässrige Harnstofflösung in dem vorangegangenen Zyklus gegen den Punkt „a” prallte. Wie zuvor erwähnt, entspricht der Punkt „a” dem Kollisionspunkt 7b (7) des vorangegangenen Zyklus.
Wie in 7 dargestellt, ist die Oberflächenrippe 7 virtuell in einer Mehrzahl von Zellen 7a unterteilt, um die Temperatur in jeder der Zellen 7a zu berechnen. Daraufhin liegt die ECU 10 im Schritt S23 von 6 eine der Zellen 7a als eine Zielzelle für die Temperaturberechnung fest (nachfolgend die Berechnungszielzelle).
8 stellt eine Übertragung von Wärme in der Zelle dar, die den Kollisionspunkt 7b der Rippe 7 umfasst. Das Referenzzeichen 7b bezeichnet sowohl den Kollisionspunkt 7b als auch die Zelle, die den Kollisionspunkt 7b umfasst (nachfolgend Kollisionszelle 7b). Wie in 8 dargestellt, nimmt die Kollisionszelle 7b der Rippe 7 Wärme aus dem Abgas auf (eine erste Wärmeaufnahmemenge „Qe”). Die Kollisionszelle 7b der Rippe 7 nimmt ferner Wärme von benachbarten Zellen 7c auf, die mit der Kollisionszelle 7b benachbart sind (eine zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf”). Die Wärme wird von der Rippe 7 (von der Kollisionszelle 7b) an die wässrige Harnstofflösung abgestrahlt (eine Wärmeabstrahlungsmenge „Qu”). In den benachbarten Zellen 7c (die auch als Nicht-Kollisionszellen 7c bezeichnet werden) nimmt die Rippe 7 auf ähnliche Weise die Wärme aus den Abgas auf (die erste Wärmeaufnahmemenge „Qe”). Außerdem wird die Wärme (die zweite Wärmemenge „Qf”) von einer Nicht-Kollisionszelle 7c von den benachbarten Zellen aufgenommen und/oder von der einen Nicht-Kollisionszelle 7c zu den benachbarten Zellen abgestrahlt. In diesem Fall umfassen die benachbarten Zellen die Nicht-Kollisionszellen 7c und/oder die Kollisionszelle 7b abhängig von einer Position der einen Nicht-Kollisionszelle 7c. Zum Beispiel in 7 wird einerseits die Wärme von einer Nicht-Kollisionszelle 7c1 zu der Kollisionszelle 7b übertragen, während andererseits die Nicht-Kollisionszelle 7c1 die Wärme von der benachbarten Zelle (einer Nicht-Kollisionszelle 7c2) aufnimmt.
In der Nicht-Kollisionszelle 7c ist die direkt an die wässrige Harnstofflösung abzustrahlende Wärme null. Als ein Ergebnis wird eine Wärmemenge „Qfin”, die in die Rippe 7 (jeden der Zellen 7a) aufnimmt und/oder abstrahlt durch die folgende Formel 4 berechnet: Qfin = Qe + Qf – Qu (Formel 4)
Die Temperatur in jeder der Zellen 7a der Rippe 7 wird ferner durch eine Temperatur eines separaten Teils beeinflusst, mit dem die Rippe 7 verbunden ist, zum Beispiel dem Außenband des Abgasdurchgangs 3a. Außerdem wird die Temperatur des separaten Teils durch die Außentemperatur beeinflusst. Daher wird die Temperatur in jeder der Zellen 7a der Rippe 7 letztendlich durch die Außentemperatur beeinflusst. In anderen Worten, wird ein Teil der Wärme von den jeweiligen Zellen 7a der Rippe 7 nach außerhalb des Abgasdurchgangs 3a abgestrahlt. Dementsprechend wird die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” in jeder Zelle 7a letztendlich basierend auf einer Balance zwischen der Wärmeaufnahmemenge von den benachbarten Zellen und der Wärmeabstrahlungsmenge nach außerhalb der Rippe 7 bestimmt. Außerdem, da die Wärme möglicherweise von der Nicht-Kollisionszelle 7c zu den benachbarten Zellen abgestrahlt wird (z. B. zu der Kollisionszelle 7b) kann der Endwert der zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” in der Nicht-Kollisionszelle 7c ein negativer Wert werden. In einem solchen Fall gibt der Endwert der zweiten Wärmeaufnahmemenge „Qf” tatsächlich eine negative Wärmeaufnahmemenge an (das heißt, eine Wärmeabstrahlungsmenge).
In den folgenden Schritten S24 bis S26 von 6 berechnet die ECU 10 die jeweiligen Wärmemengen „Qe”, „Qf” und „Qu” um die Temperatur der Berechnungszielzelle zu erhalten. Genauer gesagt, berechnet die ECU 10 im Schritt S24 die erste Wärmeaufnahmemenge „Qe” in der Berechnungszielzelle aus dem Abgas basierend auf der folgenden Formel 5: Qe = he·Ae·ΔTe (Formel 5)
In der vorangestellten Formel 5 ist in „he” ein Wärmetransferkoeffizient für den Wärmetransfer aus dem Abgas zu der Rippe 7 (der Berechnungszielzelle der Rippe 7). Die Erfinder der vorliegenden Offenbarung wissen, dass der Wärmetransferkoeffizient „he” sich abhängig von der Strömungsrate des Abgases verändert. Ein Zusammenhang (z. B. eine Karte) zwischen der Strömungsrate des Abgases und den Wärmetransferkoeffizient „he” der/die vorab ermittelt wird, ist in der Speichervorrichtung 11 gespeichert. Der Wärmetransferkoeffizient „he” wird basierend auf dem Zusammenhang (der Karte) und einem gegenwärtigen Wert der Strömungsrate des Abgases erhalten. Wenn eine Sensitivität des Wärmetransferkoeffizient „he” in Bezug auf die Strömungsrate des Abgases klein ist, kann eine konstante Zahl als der Wärmeübertragungskoeffizient „he” verwendet werden.
In der vorangestellten Formel 5 ist „Ae” eine Kontaktfläche zwischen dem Abgas und der Rippe 7 (der Berechnungszielzelle). Eine vorbestimmte Konstante wird als die Kontaktfläche „Ae” für die Berechnungszielzelle verwendet.
In der vorangestellten Formel 5 ist „ΔTe” eine Temperaturdifferenz zwischen dem Abgas und der Berechnungszielzelle. Die ECU 10 ruft die Temperatur des Abgases im Schritt S2 (4) als eine der charakteristischen Variablen ab. Die Temperatur der Berechnungszielzelle in der Temperaturverteilung für die Rippe 7 des vorangegangen Zyklus, die im Schritt S20 abgerufen wird, wird als die Temperatur der Berechnungszielzelle zum Berechnen der Temperaturdifferenz „ΔTe” verwendet. Wenn zum Beispiel die Berechnungszielzelle sich an einem Punkt „b” in 9 befindet, entspricht ein Wert an einem Punkt 104 auf der durchgezogenen Linie 101 der Temperatur des vorangegangenen Zyklus für die Berechnungszielzelle.
Außerdem, erneuert die ECU 10 in Schritt S24 die Temperatur der Berechnungszielzelle von dem vorangegangenen Wert zu der neu berechneten Wärmeaufnahmemenge „Qe”. Genauer gesagt wird ein Ausmaß einer Temperaturveränderung „ΔT_Qe” der Berechnungszielzelle, das durch die erste Wärmeaufnahmemenge „Qe” bewirkt wird, durch Teilen der ersten Wärmeaufnahmemenge „Qe” durch eine Wärmekapazität ”C” der Rippe 7 erhalten. Es wird nämlich eine Berechnung von „ΔT_Qe = Qe/C” vorgenommen. Das Ausmaß der Temperaturveränderung „ΔT_Qe” wird zu dem vorangegangenen Wert für die Temperatur der Berechnungszielzelle addiert. Die Wärmekapazität „C” ist vorab in der Speichervorrichtung 11 gespeichert.
In 9 zeigt eine fett gepunktete Linie 102 eine Temperaturverteilung der Rippe 7 des gegenwärtigen Zyklus, die durch Addieren der Temperaturzunahme, die durch die erste Wärmeaufnahmemenge „Qe” bewirkt wird (d. h., des Ausmaßes der Temperaturveränderung „ΔT_Qe”) zu der Temperaturverteilung des vorangegangenen Zyklus (der durchgezogenen Linie 101) erhalten wird. Dementsprechend zeigt die fett gepunktete Linie 102 die Temperaturverteilung der Rippe 7 des gegenwärtigen Zyklus für die nur die erste Wärmeaufnahmemenge „Qe” aus dem Abgas berücksichtigt wird. Wenn sich die Berechnungszielzelle an dem Punkt „b” befindet, berechnet die ECU 10 im Schritt S24 die erste Wärmeaufnahmemenge „Qe” am Punkt „b” berechnet das Ausmaß der Temperaturveränderung „ΔT_Qe” abhängig von der ersten Wärmeaufnahmemenge „Qe” und addiert das Ausmaß der Temperaturveränderung „ΔT_Qe” zu dem Wert (der Temperatur) am Punkt 104 des vorangegangen Zyklus, sodass ein Punkt 105 erhalten wird. Die ECU 10 führt den Schritt S24 für die jeweiligen Zellen durch (für die jeweiligen Berechnungszielzellen) um eine Temperaturverteilung (die fett gepunktete Linie 102) der Rippe 7 des gegenwärtigen Zyklus zu erhalten. Da die erste Wärmeaufnahmemenge aus dem Abgas für jede der Zellen fast gleich ist, ähnelt die Temperaturverteilung 102 (die fett gepunktete Linie 102) einer Linie, die von der Temperaturverteilung 101 (der durchgezogenen Linie 101) in einer Richtung zu einer Temperaturzunahmeseite verlagert ist.
Wie zuvor erwähnt, werden im Schritt S24 die Strömungsrate des Abgases und die Temperatur des Abgases als die charakteristischen Variablen verwendet. Die Strömungsrate des Abgases wird nämlich für die Berechnung des Wärmetransferkoeffizienten „he” verwendet, während die Strömungsrate des Abgases für die Berechnung der Temperaturdifferenz „ΔTe” verwendet wird.
Im Schritt S25 berechnet die ECU 10 die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf”, die die Berechnungszielzelle aus den benachbarten Zellen oder die die Berechnungszielzelle an die benachbarten Zellen abstrahlt, basierend auf der folgenden Formel: Qf = λf·ΔTf (Formel 6)
In der vorangestellten Formel 6 ist „λf” ein Koeffizient der thermischen Leitfähigkeit der Rippe 7. Der Koeffizient „λf” der thermischen Leitfähigkeit ist eine mit einem Material (z. B., rostfreiem Stahl (SUS)) der Rippe in Zusammenhang stehende Konstante.
„ΔTf” ist eine Temperaturdifferenz zwischen der Berechnungszielzelle und der der Berechnungszielzelle benachbarten Zelle (nachfolgend der benachbarten Zelle). Wenn die Berechnungszielzelle sich an dem Kollisionspunkt befindet, entspricht die Temperaturdifferenz „ΔTf” einer Temperaturdifferenz zwischen der Kollisionszelle und der Nicht-Kollisionszelle. Die Temperatur der Berechnungszielzelle und die Temperatur der benachbarten Zelle werden aus der Temperaturverteilung 102 (der fett gepunkteten Linie 102) des gegenwärtigen Zyklus erhalten, die im Schritt S24 erhalten wird und für die nur die erste Wärmeaufnahmemenge „Qe” berücksichtigt wird. Es ist daher möglich, die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” des gegenwärtigen Zyklus durch Verwenden der Temperaturverteilung 102 des gegenwärtigen Zyklus genau zu berechnen. Andernfalls kann es auch möglich sein, die Temperaturdifferenz „ΔTf” basierend auf der Temperaturverteilung 101 (der durchgezogenen Linie 101) des vorangegangenen Zyklus zu berechnen.
Wenn die Berechnungszielzelle mit mehreren Zellen benachbart ist, wird die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” für jede Kombination der Berechnungszielzelle und einer jeweiligen der benachbarten Zellen berechnet. Eine Summe der jeweiligen zweiten Wärmeaufnahmemengen „Qf” wird als der Endwert der zweiten Wärmeaufnahmemenge „Qf” für die Berechnungszielzelle berechnet.
Wie zuvor erklärt, wird die Temperatur der jeweiligen Zelle der Rippe 7 durch die Außentemperatur beeinflusst. Daher ist es stärker bevorzugt, dass die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” abhängig von der Außentemperatur korrigiert wird. Genauer gesagt, wird die Temperatur der Rippe 7 niedriger, wenn die Außentemperatur niedriger ist, eine Korrekturmenge für die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” wird in einer Richtung des Verringerns der zweiten Wärmeaufnahmemenge „Qf” vergrößert, wenn die Außentemperatur niedriger ist. Wie zuvor erwähnt, wird es möglich, die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” durch Berücksichtigen der Außentemperatur genauer zu berechnen. Die Außentemperatur wird bereits im Schritt S2 von 4 als eine der charakteristischen Variablen abgerufen. Wenn eine Sensitivität der Temperatur der Rippe 7 in Bezug auf die Außentemperatur klein ist, kann die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” ohne Berücksichtigung der Außentemperatur berechnet werden.
Außerdem erneuert die ECU 10 im Schritt S25 die Temperatur der Berechnungszielzelle von der Temperatur, die aus der Temperaturverteilung 102 (der fett gepunkteten Linie 102) des gegenwärtigen Zyklus im Schritt S24 abgerufen wird, auf einen Wert, der basierend auf der zweiten Wärmeaufnahmemenge „Qf” berechnet wird. Genauer gesagt, wird ein Ausmaß einer Temperaturveränderung „ΔT_Qf” der Berechnungszielzelle, die durch die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” bewirkt wird, durch Teilen der zweiten Wärmeaufnahmemenge „Qf” durch die Wärmekapazität „C” der Rippe 7 erhalten. Es wird nämlich eine Berechnung von „ΔT_Qf = Qf/C” vorgenommen. Wenn die Wärmeaufnahmemenge größer ist als die Wärmeabstrahlungsmenge, wird der Wert „ΔT_Qf” eine positive Zahl. Wenn andererseits die Wärmeaufnahmemenge kleiner ist als die Wärmeabstrahlungsmenge, wird der Wert „ΔT_Qf” eine negative Zahl. Das Ausmaß der Temperaturveränderung „ΔT_Qf” wird zu der Temperatur der Berechnungszielzelle addiert, die aus der Temperaturverteilung 102 des gegenwärtigen Zyklus erhalten wird.
In 9 zeigt eine gepunktete Linie 103 eine Temperaturverteilung der Rippe 7 des gegenwärtigen Zyklus, die durch Addieren der Temperaturveränderung „ΔT_Qf”, die durch die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” bewirkt wird, zu der Temperaturverteilung 102 (der fett gepunkteten Linie 102) des gegenwärtigen Zyklus erhalten wird. Somit zeigt die gepunktete Linie 103 die Temperaturverteilung der Rippe 7 des gegenwärtigen Zyklus für die nicht nur die erste Wärmeaufnahmemenge „Qe” (aus dem Abgas) sondern auch die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” (aus den benachbarten Zellen) berücksichtigt wird. Wenn sich die Berechnungszielzelle am Punkt „b” befindet, berechnet die ECU 10 in Schritt S25 die zweite Wärmeaufnahmemenge „Qf” am Punkt „b” berechnet das Ausmaß der Temperaturveränderung „ΔT_Qf” abhängig von der zweiten Aufnahmemenge „Qf” und addiert das Ausmaß der Temperaturveränderung „ΔT_Qf” zu dem Wert (der Temperatur) am Punkt 105 des gegenwärtigen Zyklus, sodass ein Punkt 106 erhalten wird. Die ECU 10 führt den Schritt S25 für die jeweiligen Zellen (für die jeweiligen Berechnungszielzellen) durch, um dadurch die Temperaturverteilung 103 (die gepunktete Linie 103) der Rippe 7 zu erhalten.
Nach der Temperaturverteilung 103 nimmt die Zelle die den Punkt „a” umfasst (den Kollisionspunkt des vorangegangenen Zyklus) die Wärme von den benachbarten Zellen auf, sodass die Temperatur in der Zelle mit dem Punkt „a” (der Kollisionszelle) ausgehend von der Temperaturverteilung 102 (der fett gepunkteten Linie 102) gesteigert wird. Da andererseits die Wärme von den benachbarten Zellen (den Nicht-Kollisionszellen) zu der Zell mit dem Punkt „a” (der Kollisionszelle) abgestrahlt wird, wird die Temperatur der Nicht-Kollisionszellen ausgehend von der der Temperaturverteilung 102 verringert.
Wie zuvor erwähnt, werden im Schritt S25 die Strömungsrate des Abgases, die Temperatur des Abgases und die Außentemperatur als die charakteristischen Variablen verwendet. Der Wert (die Temperatur) der Temperaturverteilung 102 in 9 wird für die Berechnung der Temperaturdifferenz „ΔTf” verwendet und die Temperaturverteilung 102 wird basierend auf der Strömungsrate des Abgases mit der Temperatur des Abgases berechnet. Dementsprechend werden die Strömungsraten des Abgases und die Temperatur des Abgases zusätzlich zu der Außentemperatur als die charakteristischen Variablen verwendet.
Wenn die Berechnungszielzelle, die Zelle ist, die den Kollisionspunkt umfasst (die Kollisionszelle), der im Schritt S21 identifiziert wurde, berechnet die ECU 10 im Schritt S26 die Wärmeaufnahmemenge „Qu”, die von der Berechnungszielzelle (der Kollisionszelle) an die wässrige Harnstofflösung abgestrahlt wird, basierend auf der folgenden Formel 7. Wenn die Berechnungszielzelle der Zelle des Nicht-Kollisionspunkts entspricht (der Nicht-Kollisionszelle) wird unterstellt, dass die Wärmeabstrahlungsmenge „Qu” Null ist. Qu = Σ N / i=1hu Ai(D, v(p))ΔTu (Formel 7)
In der vorangestellten Formel 7 ist „N” eine Anzahl von Flüssigkeitstropfen der wässrigen Harnstofflösung, die gegen die Berechnungszielzelle (die Kollisionspunkte) der Rippe 7 prallt. Die Anzahl „N” wird stärker gesteigert, wenn eine Einspritzmenge „f” größer wird, während die Anzahl „N” stärker verringert wird, wenn ein Tropfenvolumen „V” des Flüssigkeitstropfens größer wird. Die Anzahl „N” ist ein Wert, der durch Teilen der Einspritzmenge „f” durch das Tropfenvolumen „V” berechnet wird. Es wird nämlich eine Berechnung für „N = f/V” vorgenommen. Das Tropfenvolumen „V” wird basierend auf einer Tropfengröße „D” berechnet.
Ein Wert, des vorangegangenen Zyklus für der Einspritzmenge der in Schritt S2 von 4 erhalten wird, wird als die Einspritzmenge „f” verwendet. Im Allgemeinen, wird die Tropfengröße „D” kleiner wenn der Einspritzdruck gesteigert wird. Wenn eine Sensitivität der Tropfengröße „D” in Bezug auf den Einspritzdruck klein ist, kann eine vorbestimmte Konstante als die Tropfengröße „D” verwendet werden. Wenn die Sensitivität der Tropfengröße „D” in Bezug auf den Einspritzdruck groß ist, wird vorab ein Zusammenhang zwischen dem Einspritzdruck und der Tropfengröße ermittelt und ein solcher Zusammenhang ist in der Speichervorrichtung 11 zum Beispiel als eine Karte gespeichert. Die Tropfengröße „D” wird basierend auf dem Zusammenhang erhalten, der in der Speichervorrichtung 11 gespeichert ist. Ein Wert des vorangegangenen Zyklus für den Einspritzdruck der in Schritt S2 von 4 erhalten wird, wird für die Berechnung der Tropfengröße „D” verwendet.
Wenn es mehrere Kollisionspunkte in der Rippe 7 gibt, prallt ein Teil der Flüssigkeitstropfen, die von dem Injektor 6 eingespritzt werden, gegen einen jeweiligen Kollisionspunkt. Daher wird, wenn alle der Flüssigkeitstropfen nicht immer gegen die gleiche Berechnungszielzelle der Rippe 7 prallen, ein Wert von „f/V” mit einem Koeffizient (kleiner als „< 1”) multipliziert, um die Anzahl „N” zu erhalten. Der zuvor genannte Koeffizient (kleiner als Eins „< 1”) wird abhängig von einer Anzahl der Kollisionspunkte bestimmt.
In der vorangestellten Formel 7 ist „hu” ein Wärmetransferkoeffizient für den Wärmetransfer von der Rippe 7 (der Berechnungszielzelle der Rippe 7) zu der wässrigen Harnstofflösung. Eine vorbestimmte Konstante wird als der Wärmetransferkoeffizient „hu” verwendet.
In der vorangestellten Formel 7 ist „Ai(D, v(p))” die Kontaktfläche zwischen der wässrigen Harnstofflösung und der Berechnungszielzelle (der Kollisionszelle). „D” ist die Tropfengröße der wässrigen Harnstofflösung, wie zuvor erklärt. „v(p)” ist eine Geschwindigkeit des Flüssigkeitstropfens der wässrigen Harnstofflösung. „p” ist der Einspritzdruck der wässrigen Harnstofflösung. Die Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” verändert sich abhängig von der Tropfengröße „D” und der Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens. Genauer gesagt, wird die Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” größer, wenn die Tropfengröße „D” gesteigert wird. Eine Deformation des Flüssigkeitstropfens, die durch die Kollision verursacht wird, wird größer, wenn die Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens gesteigert wird. In anderen Worten, wird die Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” noch größer, wenn die Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens gesteigert wird. Ferner wird die Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens größer, wenn der Einspritzdruck „p” der wässrigen Harnstofflösung gesteigert wird.
Ein Zusammenhang zwischen der Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” und der Tropfengröße „D” des Flüssigkeitstropfens und ein Zusammenhang zwischen der Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” und der Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens wird vorab untersucht und solche Zusammenhänge sind in der Speichervorrichtung 11 gespeichert um die Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” zu berechnen. Daraufhin wird die Tropfengröße „D” des Flüssigkeitstropfens und die Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens abgerufen.
Wie zuvor erklärt, wird im Allgemeinen die Tropfengröße „D” des Flüssigkeitstropfens kleiner wenn der Einspritzdruck „P” gesteigert wird. Wenn allerdings die Sensitivität der Tropfengröße „D” in Bezug auf den Einspritzdruck „P” klein ist, wird die vorbestimmte Konstante als die Tropfengröße „D” des Flüssigkeitstropfens verwendet. In diesem Fall wird die Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” eine Funktion, die die Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens als Variable aufweist. Wenn andererseits die Sensitivität der Tropfengröße „D” in Bezug auf den Einspritzdruck „P” groß ist, wird ein Zusammenhang zwischen dem Einspritzdruck „P” und der Tropfengröße „D” des Flüssigkeitstropfens vorab untersucht und ein solcher Zusammenhang wird in der Speichervorrichtung 11 gespeichert um die Tropfengröße „D” des Flüssigkeitstropfens basierend auf dem gespeicherten Zusammenhang (z. B. einer Karte) zu berechnen. Der Wert des vorangegangenen Zyklus für den Einspritzdruck „P” der im Schritt S2 von 4 erhalten wird, wird für die Berechnung der Tropfengröße „D” des Flüssigkeitstropfens verwendet.
Ein Zusammenhang zwischen dem Einspritzdruck „P” und der Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens wird vorab untersucht und ein solcher Zusammenhang ist in der Speichervorrichtung 11 gespeichert, um die Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens basierend auf dem gespeicherten Zusammenhang (z. B. einer Karte) zu berechnen. Der Wert des vorangegangen Zyklus für den Einspritzdruck „P” der in Schritt S2 von 4 erhalten wird, wird auf ähnliche Weise für die Berechnung der Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens verwendet.
Die Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” wird basierend auf dem Folgenden berechnet

i) dem Zusammenhang zwischen der Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” und der Tropfengröße „D” des Flüssigkeitstropfen und dem Zusammenhang zwischen der Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” und der Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens, die beide in der Speichervorrichtung 11 gespeichert sind, und
ii) der Tropfengröße „D” und der Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens, die beide, wie zuvor erwähnt, erhalten werden.

Andernfalls, kann die Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” nicht durch erhalten der Geschwindigkeit „v(p)” des Flüssigkeitstropfens, sondern direkt anhand des Einspritzdrucks „P” berechnet werden. In diesem Fall, wird ein Zusammenhang zwischen der Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” und der Tropfengröße „D” des Flüssigkeitstropfens und ein Zusammenhang zwischen der Kontaktfläche „Ai(D, v(p))” und dem Einspritzdruck „P” in der Speichervorrichtung 11 gespeichert.
In der Formel 7 ist „ΔTu” eine Temperaturdifferenz zwischen der wässrigen Harnstofflösung und der Berechnungszielzelle. Die ECU 10 erhält die Temperatur des Flüssigkeitstropfens der wässrigen Harnstofflösung in Schritt S2 (4) als eine der charakteristischen Variablen.
Der Wert (die Temperatur) der Temperaturverteilung 103 des gegenwärtigen Zyklus (der gepunkteten Linie 103 in 9), für den die erste und die zweite Aufnahmemenge „Qe” und „Qf” berücksichtigt werden und der im Schritt S25 von 6 erhalten wird, wird als die Temperatur der Berechnungszielzelle verwendet. Wenn zum Beispiel die Berechnungszielzelle der Zelle für den Punkt „b” entspricht, wird ein Wert an dem Punkt 106 der Temperaturverteilung 103 (das heißt, die Temperatur an dem Punkt „b”) als die Temperatur der Berechnungszielzelle für die Berechnung der Temperaturdifferenz „ΔTu” verwendet. Wie zuvor erwähnt, ist es möglich, die Wärmeabstrahlungsmenge „Qu” durch Verwenden der Temperaturverteilung 103 des gegenwärtigen Zyklus genau zu berechnen.
Andernfalls, kann die Temperaturdifferenz „ΔTu” durch Verwenden der Temperaturverteilung 101 (der durchgezogenen Linie 101 in 9) des vorangegangenen Zyklus erhalten werden.
Wie zuvor erwähnt, werden in Schritt S26 die folgenden fünf Parameter als die charakteristischen Variablen verwendet;

– der Wert des vorangegangenen Zyklus für die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung (der für die Berechnung der Anzahl „N” der Flüssigkeitstropfen verwendet wird);
– der Wert des vorangegangenen Zyklus für den Einspritzdruck „P” der wässrigen Harnstofflösung (der für die Berechnung der Kontaktfläche Ai(D, v(p))) verwendet wird;
– die Temperatur des Abgases;
– die Strömungsrate des Abgases; und
– die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung (die für die Berechnung der Temperaturdifferenz „ΔTu” verwendet wird).

Der Wert (der Temperatur) der Temperaturverteilung 103 von 9 wird für die Berechnung der Temperaturdifferenz „ΔTu” verwendet. Die Temperaturverteilung 103 wird aus der Temperaturverteilung 102 erhalten, die basierend auf der Temperatur des Abgases und der Strömungsrate des Abgases berechnet wird. Daher sind die Temperatur des Abgases und die Strömungsrate des Abgases in den charakteristischen Variablen, die in Schritt S26 verwendet werden, umfasst.
Daraufhin, in Schritt S27, berechnet die ECU 10 die aktuellste Temperatur der Berechnungszielzelle basierend auf der Wärmeaufnahmemenge „Qu”, die in Schritt S26 erhalten wird, und der Temperatur der Berechnungszielzelle der Temperaturverteilung 103, die in Schritt S25 erhalten wird (für die die erste Wärmeaufnahmemenge „Qe” und die zweite Aufnahmemenge „Qf” berücksichtigt werden.
Genauer gesagt, wird ein Ausmaß der Temperaturveränderung „ΔT_Qu” der Berechnungszielzelle, die durch die Wärmeaufnahmemenge „Qu” bewirkt wird, durch Teilen der Wärmeabstrahlungsmenge „Qu” durch die Wärmekapazität „C” der Rippe 7 erhalten. Es wird nämlich eine Berechnung von „ΔT_Qu = Qu/C” vorgenommen. Das Ausmaß der Temperaturveränderung „ΔT_Qu” wird von dem Wert (der Temperatur) der Temperaturverteilung 103 für die Berechnungszielzelle subtrahiert. Wenn zum Beispiel, der im Schritt S21 identifizierte Kollisionspunkt sich in der Zelle befindet, die in den Punkten „b” in 9 umfasst und die Zelle, die den Punkt „b” umfasst und die Zelle, die den Punkt „b” umfasst, die Berechnungszielzelle ist, berechnet die ECU 10 im Schritt S26 die Temperatur der Zelle durch Subtrahieren der Temperaturveränderung „ΔT_Qu” von der Temperatur an dem Punkt 106 in der Temperaturverteilung 103. Die ECU 10 berechnet nämlich den zuvor genannten subtrahierten Wert als die aktuellste Temperatur der Berechnungszielzelle. Wenn andererseits die Zelle, die den Punkt „b” umfasst, die Berechnungszielzelle ist, und diese Berechnungszielzelle, die Nicht-Kollisionszelle ist, wird die Temperatur des Punktes in der Temperaturverteilung 103, wie sie ist, als die aktuellste Temperatur der Berechnungszielzelle berechnet.
Im Schritt S27 wird die aktuellste Temperatur der Berechnungszielzelle basierend auf der Temperaturverteilung 103 berechnet, die aus den jeweiligen Temperaturveränderungen ”ΔT_Qe (= Qe/C)” und ”ΔT_Qf (= Qf/C)” erhalten wird. Mit anderen Worten, wird in Schritt S27 die aktuellste Temperatur der Berechnungszielzelle basierend auf den folgenden Formeln 8 und 9 berechnet: ΔTfin = Qfin/C (Formel 8) Tfin(n) = Tfin(n – 1) + ΔTfin (Formel 9)
In der vorangestellten Formel 8 ist „ΔTfin” ein Ausmaß der Temperaturveränderung der Rippe 7 (der Berechnungszielzelle), für die alle Wärmemengen „Qe”, „Qf” und „Qu” berücksichtigt werden. „Qfin” ist eine Summe der Wärmemengen „Qe”, „Qf” und „Qu”, wie in der Formel 4 angegeben. „C” ist die Wärmekapazität „C” der Rippe 7.
In der vorangestellten Formel 9 ist „Tfin(n)” eine Temperatur der Rippe 7 (der Berechnungszielzelle) des gegenwärtigen Zyklus (das heißt, die aktuellste Temperatur der Berechnungszielzelle). „Tfin(n – 1)” ist eine Temperatur der Rippe 7 (der Berechnungszielzelle) des vorangegangen Zyklus.
In einem Schritt S28 ermittelt die ECU 10, ob die Berechnung der Temperatur für alle Zellen vorgenommen wurde. Falls die Temperaturberechnung noch nicht für alle Zellen fertiggestellt wurde (NEIN im Schritt S28), kehrt das Verfahren zum Schritt S23 zurück, sodass eine neue Berechnungszielzelle von den verbleibenden Zellen festgelegt wird (für die die Temperaturberechnung noch nicht vorgenommen wurde) und das die Schritte S24 bis S27 für die neue Berechnungszielzelle durchgeführt werden. Wenn die Temperaturberechnung (Schritte S24 bis S27) für alle Zellen fertiggestellt ist, wird die Temperaturverteilung der Rippe 7 erhalten. Die Temperaturverteilung der Rippe 7 wird in der Speichervorrichtung 11 gespeichert, sodass sie für die Berechnung der Temperaturverteilung eines nächsten Zyklus verwendet wird. Wenn die Temperaturberechnung für alle Zellen fertig gestellt ist, wird das Verfahren von 6 beendet und das Verfahren von 4 geht zu einem Schritt S4 über.
In dem Verfahren von 6 werden die folgenden Parameter (die charakteristischen Variablen), die im Schritt S2 von 4 erhalten werden, für die Berechnung der Temperatur der Rippe 7 verwendet;

– die Temperatur des Abgases;
– die Strömungsrate des Abgases;
– die Außentemperatur
– der Wert des vorangegangenen Zyklus für den Einspritzdruck der wässrigen Harnstofflösung;
– der Wert des vorangegangenen Zyklus für die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung; und
– die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung.

Die Temperatur der Rippe 7 „Tfin” ist eine Funktion der zuvor genannten Parameter. Daher ist das Verfahren von 6 äquivalent zu einem Verfahren zum Berechnen der Temperatur der Rippe 7 „Tfin”, basierend auf der Funktion.
Wieder Bezug nehmend auf das Verfahren von 4 ermittelt die ECU 10 im Schritt S4, ob die Strömungsrate des Abgases, die im Schritt S2 erhalten wird, größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert „f0” oder nicht. Wenn die Strömungsrate des Abgases größer ist als der Schwellenwert „f0” (JA im Schritt S4), geht das Verfahren zu einem Schritt S5 über, in dem die ECU 10 ermittelt, ob die Temperatur am Kollisionspunkt (der Kollisionszelle) der Temperaturverteilung für die Rippe 7 (die im Schritt S3 berechnet wird), höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert „t0” oder nicht. Der Kollisionspunkt (Kollisionszelle) wird im Schritt S21 von 6 identifiziert. Der Schwellenwert „t0” wird als ein solcher Schwellenwert festgelegt (oder ein Wert in der Nähe des Schwellenwerts), der sich zwischen einer Temperatur, bei der die wässrige Harnstofflösung, die gegen die Rippe 7 prallt, verteilt wird und einer Temperatur befindet, bei der die wässrige Harnstofflösung der Rippe 7 anhaftet und sich an dieser ansammelt (der Temperatur an einer Linie 200 in 3). Der Schwellenwert „t0” im Schritt S5 wird auch als ein erster Schwellenwert, während der Schwellenwert „f0” im Schritt S4 als ein zweiter Schwellenwert bezeichnet wird.
Wenn die Temperatur in der Kollisionszelle höher ist als der Schwellenwert „t0” (JA im Schritt S5), geht das Verfahren zu einem Schritt S6 über, bei dem ein Zieleinspritzdruck des Injektors 6 auf einen Einspritzdruck „P1” festgelegt wird. Der Zieleinspritzdruck „P1” entspricht einem solchen hohen Druck, bei dem die wässrige Harnstofflösung die Rippe 7 erreichen kann, ohne durch das Abgas beeinflusst zu werden, sogar wenn die Strömungsrate des Abgases größer ist als der Schwellenwert „f0”.
Daraufhin, im Schritt S7 berechnet die ECU 10 einen Lastbetriebsanteil für den Injektor 6, basierend auf der Einspritzmenge des gegenwärtigen Zyklus, die im Schritt S1 festgelegt wurde und dem Zieleinspritzdruck „P1” des gegenwärtigen Zyklus, der im Schritt S6 festgelegt wurde. 10 zeigt einen Betriebspuls für den Injektor 6. Der Injektor 6 spritzt die wässrige Harnstofflösung in einem vorbestimmten Zyklus „T” (mit einer vorbestimmten Frequenz) ein. Im Schritt S7 berechnet die ECU 10 ein Verhältnis „T1/T” als den Betriebslastanteil, wobei „T1” eine Zeitspanne (eine Pulsbreite) zum Öffnen der Düse des Injektors 6 ist, während „T” der Zyklus bzw. die Zeitspanne der gegenwärtigen Einspritzung ist.
Die Zeitspanne „T1” (die Pulsbreite) zum Öffnen der Düse des Injektors 6 (nachfolgende eine Injektoröffnungszeitspanne „T1”) wird auf einen solchen Wert festgelegt, mit dem die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung, die im Schritt S1 festgelegt wurde, in dem gegenwärtigen Zyklus „T” eingespritzt werden kann. Dementsprechend wird die Injektoröffnungszeitspanne „T1” länger, wenn die Einspritzmenge gesteigert wird. In anderen Worten, wird der Betriebslastanteil gesteigert Außerdem wird die Injektoröffnungszeitspanne „T1” abhängig von einem Einspritzverhältnis (einer Einspritzmenge pro Einheit Zeit) bestimmt, die basierend auf den Zieleinspritzdruck „P1” berechnet wird, der im Schritt S6 festgelegt wird. Das Einspritzverhältnis wird gesteigert, wenn der Einspritzdruck gesteigert wird. Daher wird, wenn die wässrige Harnstofflösung mit dem Zieleinspritzdruck „P1” eingespritzt wird, die Injektoröffnungszeitspanne „T1” kürzer (der Betriebslastanteil wird kleiner), als die eines Falles, indem die wässrige Harnstofflösung mit einem anderen Zieleinspritzdruck „P2” („P2” < „P1”, wie im Folgenden in Verbindung mit einem Schritt S17 von 5 erklärt) eingespritzt wird, um die gleiche Menge der wässrigen Harnstofflösung einzuspritzen.
In einem Schritt S8 betreibt die ECU 10 den Injektor 6 mit dem im Schritt S7 berechneten Betriebslastanteil, sodass die wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird, deren Einspritzmenge im Schritt S1 festgelegt wird. Während des Betriebs des Injektors 6 wird der Druck, der von der Pumpe 9 ausgestoßenen wässrigen Harnstofflösung so gesteuert, dass der Erfassungswert des Drucksensors 12 (1), das heißt, der Druck der wässrigen Harnlösung in der Pumpe auf den Zieleinspritzdruck „P1” gehalten wird. Dementsprechend ist es möglich, die wässrige Harnstofflösung mit dem Einspritzdruck „P1” einzuspritzen, sodass die eingespritzte wässrige Harnstofflösung gegen die Rippe 7 prallt, ohne durch das Abgas mit der hohen Strömungsrate beeinflusst zu werden. Außerdem ist es möglich, die wässrige Harnstofflösung, die gegen die Rippe 7 prallt, effektiv zu verteilen (zu verdampfen), da die Temperatur der Rippe 7 auf einem hohen Wert gehalten wird. In anderen Worten ist es möglich, die wässrige Harnstofflösung gleichmäßig dem SCRF 5 zuzuführen, sodass die NOx-Herausreinigungsrate auf einem hohen Wert aufrechterhalten wird. Das Verfahren von 4 wird nach dem Schritt S8 beendet.
Wenn die Temperatur der Kollisionszelle niedriger ist als der Schwellenwert „t0” (NEIN im Schritt S5), geht das Verfahren zu einem Schritt S9 über, bei dem der Zieleinspritzdruck des Injektors 6 auf den Einspritzdruck „P1” festgelegt wird, was der gleiche Wert wie der des Schrittes S6 ist. Daraufhin korrigiert die ECU 10 im Schritt S10 die im Schritt S1 festgelegte Einspritzmenge in einer Richtung des Verringerns derselben. Zum Beispiel wird ein Verringerungsausmaß der Einspritzmenge vergrößert, wenn die Temperatur der Kollisionszelle niedriger wird, in anderen Worten, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Kollisionszelle und dem Schwellenwert „t0” größer wird. Andernfalls kann die im Schritt S1 festgelegte Einspritzmenge unabhängig von der Temperatur der Kollisionszelle, um eine konstante Menge reduziert werden.
Daraufhin berechnet die ECU 10 im Schritt S11 den Betriebslastanteil für den Injektor basierend auf der in Schritt S10 korrigierten Einspritzmenge und die im Schritt S9 festgelegten Zieleinspritzdruck „P1”. Eine Denkweise für die Berechnung des Betriebslastanteils im Schritt S11 ist die gleiche wie die im Schritt S7. Im Schritt S12 betreibt die ECU 10 den Injektor 6 mit dem Betriebslastanteil, der im Schritt S11 festgelegt wurde und dem Zieleinspritzdruck „P1”, der im Schritt S9 festgelegt wurde, sodass die wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird.
Mit dem zuvor beschriebenen Betrieb ist es möglich, die wässrige Harnstofflösung einzuspritzen, sodass die eingespritzte wässrige Harnstofflösung auf ähnliche Weise gegen die Rippe 7 prallt, ohne durch das Abgas mit der hohen Strömungsrate beeinflusst zu werden. Da die Temperatur der Kollisionszelle der Rippe 7 niedriger ist als der Schwellenwert „t0” (NEIN im Schritt S5) kann ein Teil der von dem Injektor 6 im Schritt 12 eingespritzte wässrigen Harnstofflösung der Rippe anhaften und sich an dieser ansammeln. Da allerdings im Schritt S10 die Einspritzmenge korrigiert (verringert) wird, kann die gegen die Rippe 7 prallende Menge wässriger Harnstofflösung verkleinert werden und/oder für die wässrige Harnstofflösung kann eine Kollisionszeit gegen die Rippe 7 verkürzt werden. Als ein Ergebnis kann eine Temperaturabnahme der Rippe 7 im Vergleich zu einem Fall, bei dem die wässrige Harnstofflösung ohne ein Korrigieren (ein Verringern) der Zieleinspritzmenge eingespritzt wird, verkleinert werden (in anderen Worten, die Temperatur der Rippe 7 kann gesteigert werden). Außerdem ist es möglich, eine Abnahme der NOx-Herausreinigungsrate und/oder das Auftreten des „Ammoniak-Schlupfs”, in dem SCRF 5 zu verhindern. Außerdem kann die wässrige Harnstofflösung in dem nächsten Einspritzzyklus effektiv verteilt werden, da die Temperaturabnahme der Rippe 7 verhindert wird.
Es ist außerdem möglich, eine Zunahme der wässrigen Harnstofflösung zu verhindern, die der Rippe 7 anhaften und/oder an dieser ansammeln würde, da die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung in der Richtung des Reduzierens derselben korrigiert wird. Es ist daher möglich, eine Gesamtmenge der zu Verwendenden wässrigen Harnstofflösung zu verringern. Wenn eine Korrekturmenge zum Verringern der Einspritzmengen der wässrigen Harnstofflösung vergrößert wird, wenn die Temperatur der Kollisionszelle niedriger wird, ist es möglich, die Temperaturabnahme der Rippe 7 und das an der Rippe 7 angesammelte Volumen wässriger Harnstofflösung entsprechend zu verringern. Das Verfahren von 4 wird nach dem Schritt S12 beendet.
Wenn die Strömungsrate des Abgases kleiner ist als der Schwellenwert „f0” (NEIN im Schritt S4) wird ein Verfahren in 5 durchgeführt. Im Schritt S13 ermittelt die ECU 10, ob die Temperatur in der Kollisionszelle der Rippe 7 höher ist als der vorbestimmte Schwellenwert „t0” oder nicht. Der Schwellenwert „t0” des Schrittes S13 ist der gleiche Wert wie der des Schrittes S5 von 4. Wenn die Temperatur in der Kollisionszelle höher ist als der vorbestimmte Schwellenwert „t0” (JA im Schritt S13), geht das Verfahren zu den Schritten S14 bis S16 über. Auf die gleiche Weise wie bei den Schritten S6 bis S8 (4) wird im Schritt 14 der Zieleinspritzdruck des Injektors 6 auf den Einspritzduck „P1” festgelegt. Im Schritt S15 wird der Betriebslastanteil für den Injektor 6 berechnet. Im Schritt S16 wird der Injektor 6 mit dem Betriebslastanteil und dem Zieleinspritzdruck „P1” betrieben.
Wie zuvor erwähnt, wird sogar wenn die Strömungsrate des Abgases kleiner ist als der Schwellenwert „f0” die wässrige Harnstofflösung mit dem Einspritzdurch „P1” eingespritzt, was der gleiche Druck ist wie der im Fall der hohen Strömungsrate des Abgases. Daher kann die wässrige Harnstofflösung mit einer höheren Sicherheit gegen die Rippe 7 prallen. Es ist außerdem möglich, die gegen die Rippe 7 prallende wässrige Harnstofflösung effektiv zu verteilen (zu verdampfen), da die Temperatur der Rippe 7 hoch ist. In anderen Worten, es ist möglich die wässrige Harnstofflösung gleichmäßig dem SCRF 5 zuzuführen. Das Verfahren von 5 wird nach dem Schritt S16 beendet.
Wenn die Temperatur der Kollisionszelle geringer ist als der Schwellenwert „t0” (NEIN im Schritt S13) geht das Verfahren zum Schritt S17 über. Im Schritt S17 wird der Zieleinspritzdruck des Injektors 6 auf einen Druck „P2” festgelegt, der niedriger ist als der Druck „P1” im Schritt S6, S9 oder S14. Ein Wert des Zieleinspritzdruckes „P2” wird verringert, wenn die Temperatur in der Kollisionszelle niedriger wird, in anderen Worten, wenn eine Differenz zwischen der Temperatur in der Kollisionszelle und dem Schwellenwert „t0” größer wird. Andererseits kann der Zieleinspritzdruck „P2” unabhängig von der Temperatur in der Kollisionszelle auf einen konstanten Wert festgelegt werden.
Daraufhin, im Schritt S18 berechnet die ECU 10 den Betriebslastanteil für den Injektor 6 basierend auf der Einspritzmenge, die im Schritt S1 (4) festgelegt wurde und dem Zieleinspritzdruck „P2”, der im Schritt S17 festgelegt wurde. Da der Zieleinspritzdruck „P2” geringer ist als der Zieleinspritzdruck „P1”, wird das Einspritzverhältnis bei dem Druck „P2” kleiner als das bei dem Druck „P1”. Daher wird wenn die gleiche Menge der wässrigen Harnstofflösung eingespritzt wird, der Betriebslastanteil, der im Schritt S18 berechnet wird, größer als der, der im Schritt S7, S11 oder S15 berechnet wird.
Im Schritt S19 betreibt die ECU 10 den Injektor 6 mit dem Zieleinspritzdruck „P2”, der im Schritt S17 festgelegt wurde und dem Betriebslastanteil der im Schritt S18 berechnet wurde, sodass die wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird, deren Menge im Schritt S1 (4) festgelegt wird.
Nach dem vorangegangenen Betrieb ist es möglich, die Kollisionsgeschwindigkeit der wässrigen Harnstofflösung gegen die Rippe 7 zu verringern, sodass eine Temperaturabnahme der Rippe 7 verhindert wird. In anderen Worten, wird die Temperatur der Rippe 7 im Vergleich mit dem Fall, bei dem die Einspritzung mit dem Zieleinspritzdruck „P1” vorgenommen wird, höher. Daher ist es möglich, die Menge der wässrigen Harnstofflösung, die der Rippe 7 anhaften und sich an dieser ansammeln würde, zu verringern und die wässrige Harnstofflösung gleichmäßig dem SSCRF 5 zuzuführen. Als ein Ergebnis ist es möglich, die NOx-Herausreinigungsrate auf einen hohen Wert aufrechtzuerhalten. Da die Strömungsrate des Abgases klein ist, ist es möglich, dass die wässrige Harnstofflösung gegen die Rippe 7 prallt, sogar wenn die wässrige Harnstofflösung mit dem Einspritzdruck „P2” eingespritzt wird, der niedriger ist als der Einspritzdruck „P1”.
Außerdem wird es, wenn der Zieleinspritzdruck „P2” auf einen kleineren Wert festgelegt wird, wenn die Temperatur der Kollisionszelle niedriger wird, möglich, mit höherer Sicherheit die Temperaturabnahme der Rippe 7 und die Zunahme der Menge wässriger Harnstofflösung, die der Rippe 7 anhaften und sich an dieser ansammeln würde, zu verändern. Das Verfahren von 5 wird nach dem Schritt S19 beendet.
Wie zuvor erklärt, wird nach der gegenwärtigen Ausführungsform die wässrige Harnstofflösung mit dem hohen Einspritzdruck „P1” eingespritzt, wenn die Strömungsrate des Abgases hoch ist, sodass die wässrige Harnstofflösung, die von dem Injektor 6 eingespritzt wird, mit Sicherheit gegen die Rippe 7 prallen kann, ohne durch das Abgas beeinflusst zu werden. Als ein Ergebnis ist es möglich, die wässrige Harnstofflösung gelichmäßig dem SCRF 5 zuzuführen.
Außerdem wird, wenn die Strömungsrate des Abgases hoch ist und die Temperatur der Rippe 7 niedrig ist, die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung in der Richtung des Reduzierens der Einspritzmenge korrigiert. Daher ist es möglich, die Temperatur der Rippe 7 im Vergleich mit dem Fall bei dem die Einspritzmenge nicht korrigiert (verringert) wird, anzuheben. Außerdem ist es möglich, die insgesamt zu verwendende Menge wässriger Harnstofflösung zu verringern.
Außerdem wird, wenn die Strömungsrate des Abgases niedrig ist und die Temperatur der Rippe 7 hoch ist, die wässrige Harnstofflösung mit dem Einspritzdruck „P1” eingespritzt, der gleich ist wie der für die Einspritzung im Fall der hohen Strömungsrate des Abgases. Dementsprechend kann die wässrige Harnstofflösung mit Sicherheit gegen die Rippe 7 prallen.
Außerdem wird, wenn die Strömungsrate des Abgases niedrig ist und die Temperatur der Rippe 7 niedrig ist, der Einspritzdruck in der Richtung des Verringerns desselben korrigiert. Es ist daher möglich, im Vergleich mit dem Fall, in dem der Einspritzdruck nicht korrigiert (verringert) wird, die Temperatur der Rippe 7 zu steigern. Dementsprechend ist es möglich, die wässrige Harnstofflösung dem SCRF 5 gleichmäßig zuzuführen und dadurch die Abnahme der NOx-Herausreinigungsrate zu verhindern und das Auftreten des „Ammoniakschlupfs” zu verhindern.
Nach der gegenwärtigen Ausführungsform identifiziert die ECU 10 die Zelle der Rippe 7 gegen die die wässrige Harnstofflösung prallen soll basierend auf dem Einspritzdruck und der Strömungsrate des Abgases. Daraufhin wird ein Einspritzsteuermodus (z. B. der Einspritzdruck) abhängig von der Temperatur der Kollisionszelle, die basierend auf der Temperaturverteilung der Rippe 7 identifiziert wird, verändert (korrigiert). Dementsprechend ist es möglich die Gleichmäßigkeit der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung zu dem SCRF 5 im Vergleich mit dem Fall bei dem der Einspritzsteuermodus abhängig von der Temperatur einer Zelle verändert wird, die nicht die Kollisionszelle sondern eine willkürlich ausgewählte andere Zelle ist, zu verbessern.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird mit Bezug auf 11 durch Fokussieren auf die Punkte, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden, erklärt. In der zweiten Ausführungsform führt die ECU 10 das Verfahren von 11 anstelle des Verfahrens von 4 und 5 für die erste Ausführungsform durch.
Das Verfahren von 11 beginnt, wenn der Motor 2 gestartet wird und das Verfahren wird in vorbestimmten Zyklen wiederholt durchgeführt. Wenn das Verfahren von 11 beginnt, legt die ECU 10 in Schritt S31 die von dem Injektor 6 einzuspritzende Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung auf die gleiche Weise fest wie im Schritt S1 von 4.
Daraufhin, in Schritt S32, ruft die ECU 10 die charakteristischen Variablen bezüglich der Temperaturverteilung der Rippe 7 auf die gleiche Weise ab wie in Schritt S2 von 4.
Im Schritt S33 berechnet die ECU 10 die Temperaturverteilung der Rippe 7 nach dem Verfahren von 6 auf die gleiche Weise wie im Schritt S3 von 4.
Im Schritt S34 ermittelt die ECU 10 auf die gleiche Weise wie in Schritt S5 von 4, ob die Temperatur in der Kollisionszelle höher ist als der vorbestimmte Schwellenwert „t0” oder nicht.
Wenn die Temperatur der Kollisionszelle höher ist als der Schwellenwert „t0” (JA in Schritt S34) geht das Verfahren zu den Schritten S35 bis S37 über. Auf die gleiche Weise, wie in den Schritten S6 bis S8 von 4, wird der Zieleinspritzdruck für den Injektor 6 auf den Einspritzdruck „P1” festgelegt (im Schritt S35), im Betriebslastanteil für den Injektor 6 wird berechnet (im Schritt S36) und der Injektor 6 wird mit dem Betriebslastanteil und dem Einspritzdruck „P1” betrieben (im Schritt S37). Das Verfahren von 11 wird nach dem Schritt S37 beendet.
Wenn die Temperatur in der Kollisionszelle geringer ist als der Schwellenwert „t0” (NEIN in Schritt S34) geht das Verfahren zu einem Schritt S38 über bei dem der Zieleinspritzdruck für den Injektor 6 auf den Einspritzdruck „P1” festgelegt wird, was der gleiche Wert ist wie der des Schrittes S35.
In einem Schritt S39 wird ein Betriebssteuermodus für den Motor 2 in eine Richtung zum Steigern der Temperatur des Abgases geändert. Genauer gesagt wird z. B. eine Belastung des Motors 2 gesteigert. In anderen Worten wird eine in den jeweiligen Zylinder des Motors 2 einzuspritzende Treibstoffmenge gesteigert. Der Einspritzung mit der gesteigerten Menge entsprechend wird die Verbrennung in dem Zylinder stärker wodurch sie die Temperatur des Abgases steigert. Anderenfalls kann eine andere Treibstoffeinspritzung (eine Nacheinspritzung) nach einer Haupttreibstoffeinspritzung vorgenommen werden, so dass die Oxidationsreaktion an dem Oxidationskatalysator 4 für unverbrannten Kraftstoff, der dem Oxidationskatalysator 4 zugeführt wird, durchgeführt wird und dadurch die Temperatur des Abgases gesteigert wird.
Daraufhin, in den Schritten S40 und S41 wird der Betriebslastanteil des Injektors 6 auf die gleiche Weise wie in Schritt S36 berechnet und dann wird der Injektor 6 mit dem Betriebslastanteil und dem Einspritzdruck „P1” auf die gleiche Weise wie in Schritt S37 betrieben. Das Verfahren von 11 wird nach dem Schritt S41 beendet.
Nach der zweiten Ausführungsform wird sogar, wenn die Temperatur der Rippe 7 niedrig ist (die Temperatur der Kollisionszelle geringer ist als der Schwellenwert „t0”), die wässrige Harnstofflösung mit dem Einspritzdruck „P1” eingespritzt, was der gleiche Wert ist, wie im Fall der hohen Temperatur der Rippe 7. Es ist daher möglich, dass die von dem Injektor 6 eingespritzte wässrige Harnstofflösung mit Sicherheit gegen die Rippe 7 prallt. Außerdem wird die Temperatur des Abgases gesteigert, wenn die Temperatur der Rippe 7 niedrig ist. Als ein Ergebnis ist es sogar, wenn die wässrige Harnstofflösung mit dem hohen Einspritzdruck „P1” eingespritzt wird, möglich, die Temperaturabnahme an der Rippe 7 zu verhindern. In anderen Worten ist es möglich, die Temperatur der Rippe 7 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Temperatur des Abgases nicht gesteigert wird, zu steigern. Wie zuvor erwähnt ist, ist es möglich zu verhindern, dass die wässrige Harnstofflösung der Rippe 7 anhaftet und sich an dieser ansammelt und dadurch eine Abnahme der Gleichmäßigkeit der Zufuhr der wässrigen Harnstofflösung zu dem SCRF 5 zu verhindern.
(Modifikationen)
In den zuvor genannten Ausführungsformen wird, wie im oberen Bereich von 12 dargestellt, eine Einspritzmenge „P10” der wässrigen Harnstofflösung, die im Schritt S1 von 4 oder im Schritt S31 von 1 festgelegt wird, in einer Einspritzung der gegenwärtigen Zykluslänge „T” der Laststeuerung eingespritzt.
Allerdings kann wie in einem unteren Bereich von 12 dargestellt, die Einspritzmenge „P10” in mehrere Einspritzungen aufgeteilt werden. In diesem Fall wird die Zykluslänge in dem Betriebspuls für den Injektor 6 verkleinert (die Frequenz wird vergrößert). In dem in 12 dargestellten Beispiel wird die Einspritzmenge „P10” in sechs Einspritzungen „P11” aufgeteilt und die Zykluslänge „T” wird zu einer kürzeren Zykluslänge „T” verändert. Die Frequenz „F = 1/T” wird zu einer größeren Frequenz „F' = 1/T'” verändert. Die Einspritzmenge „P11” wird durch Teilen der Einspritzmenge „P10” durch die Frequenz „F'” erhalten. Ein Wert der durch Teilen der Zykluslänge „T” durch die Anzahl der Einspritzungen (sechs in diesem Beispiel) erhalten wird, wird die Zykluslänge „T'” (T' = T/6).
Durch die aufgeteilten mehreren Einspritzungen wird es möglich die Temperaturaufnahme der Rippe 7 zu verhindern. Außerdem ist es möglich eine Abnahme der Effizienz des Zuführens der wässrigen Harnstofflösung zu dem SCRF 5 durch die kürzere Zykluslänge (die gesteigerte Frequenz) für die Injektion zu verhindern.
Außerdem ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die zuvor erwähnten Ausführungsformen und/oder die Modifikationen beschränkt, sondern sie kann auf verschiedene Weise weiter modifiziert werden, ohne vom Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Zum Beispiel können, wenn die Temperatur der Rippe 7 niedrig ist, die folgenden Schritte (alle derselben oder zwei derselben) ausgeführt werden;

– ein Schritt zum Verringern des Einspritzdruckes der wässrigen Harnstofflösung (entsprechend dem Schritt S17 von 5);
– ein Schritt zum Steigern der Temperatur des Abgases (entsprechend dem Schritt S39 von 11); und
– ein Schritt zum Teilen der Einspritzmenge in die mehreren kleinen Einspritzmengen (entsprechend 12).

Nach den obigen Schritten ist es möglich mit einer höheren Sicherheit die Abnahme der Rippentemperatur zu verhindern.
In der ersten Ausführungsform (in Schritt S14 von 5) wird sogar, wenn die Strömungsrate des Abgases klein ist (kleiner als der Schwellenwert „f0”), der Zieleinspritzdruck auf den hohen Einspritzdruck „P1” festgelegt, was der gleiche Wert ist wie der des Schrittes S6 oder S9 für den Fall der hohen Strömungsrate.
Allerdings kann der Zieleinspritzdruck auf einen anderen Druck „P3” festgelegt werden, der niedriger ist als der Druck „P1”. Nach einer solchen Modifikation ist es möglich im Vergleich mit dem Fall, bei dem die wässrige Harnstofflösung mit dem Druck „P1” eingespritzt wird, möglich mit einer höheren Sicherheit die Temperaturabnahme der Rippe zu verhindern.
In den zuvor genannten Ausführungsformen wird die Temperaturverteilung der Rippe basierend auf den charakteristischen Variablen berechnet, die umfassen;

– die Temperatur des Abgases;
– die Strömungsrate des Abgases;
– die Außentemperatur;
– den Wert des vorangegangenen Zyklus für den Einspritzdruck der wässrigen Harnstofflösung;
– den Wert des vorangegangenen Zyklus für die Einspritzmenge der wässrigen Harnstofflösung; und
– die Temperatur der wässrigen Harnstofflösung.

Allerdings können Temperatursensoren an manchen Bereichen der Rippe bereitgestellt sein, um die Temperaturverteilung der Rippe basierend auf den Erfassungswerten von diesen Temperatursensoren zu berechnen. Außerdem kann ein Temperatursensor an der Kollisionszelle bereitgestellt sein, um die Temperatur der Kollisionszelle abzurufen, wenn der Kollisionspunkt der wässrigen Harnstofflösung in gewissem Ausmaß auf die vorbestimmte Zelle beschränkt ist.
In den zuvor genannten Ausführungsformen wird die Temperatur der Rippe mit dem einzelnen Schwellenwert (t0) verglichen, um den Temperaturzustand in zwei Fälle aufzuteilen, einer ist der Fall der hohen Rippentemperatur und der andere ist der Fall der niedrigen Rippentemperatur. Der Einspritzsteuermodus der wässrigen Harnstofflösung wird abhängig von der Zwei-Stufen-Temperatur verändert.
Es kann allerdings möglich sein mehrere Schwellenwerte bereitzustellen, so dass der Temperaturzustand der Rippe in drei Fälle oder mehr als drei Fälle unterteilt werden kann und den Einspritzsteuermodus der wässrigen Harnstofflösung (den Einspritzdruck, die Einspritzmenge oder dergleichen) abhängig von der Rippentemperatur zu verändern. In diesem Fall wird der Einspritzdruck der wässrigen Harnstofflösung erhöht, wenn die Rippentemperatur höher wird. Wenn der Einspritzdruck und die Einspritzmenge, wie oben beschrieben geringfügig geändert werden, wird es viel einfacher beide Bedingungen des Verhinderns der Abnahme der Kollisionseffizienz der wässrigen Harnstofflösung gegen die Rippe und des Verhinderns der Abnahme der Rippentemperatur zu erfüllen.
Die vorliegende Offenbarung kann auf einen Benzinmotor angewendet werden, insbesondere auf ein Harnstoff SCR-System für einen Motor vom Magerverbrennungstyp. Die vorliegende Offenbarung kann ferner auf ein Abgasreinigungssystem angewendet werden für das ein Reduktionsmittel (z. B. eine Ammoniakumfassende wässrige Lösung) verwendet wird, das sich von der wässrigen Harnstofflösung unterscheidet.
In den zuvor genannten Ausführungsformen wird ein Teil der ECU 10, der die Schritte S2 und S3 von 4 über die Schritte S32 und S33 von 11 durchführt, auch als ein Schätzbereich bezeichnet.
Ein Teil der ECU 10, der die Schritte S9 bis S12 von 4, die Schritte S17 bis S19 von 5 oder den Schritt S39 von 11 ausführt, auch als Steuermodusänderungsbereich bezeichnet.
Der Luftströmungsmesser 14 und ein Bereich der ECU 10 zum Ausführen des Schrittes S2 von 4 werden auch als Bereich zum Erhalten der Strömungsrate bezeichnet.
Ein Teil der ECU 10 zum Ausführen des Schrittes S21 wird auch als ein Zellenidentifizierungsbereich bezeichnet.
Ein Teil der ECU 10 zum Ausführen der Schritte S22 bis S28 wird auch als ein Zellentemperaturschätzbereich bezeichnet.
Ein Teil der ECU 10 zum Ausführen des Schrittes S24 wird auch als ein erster Berechnungsbereich bezeichnet.
Ein Teil der ECU 10 zum Ausführen des Schrittes S25 wird auch als ein zweiter Berechnungsbereich bezeichnet.
Ein Teil der ECU 10 zum Ausführen des Schrittes S26 wird auch als ein dritter Berechnungsbereich bezeichnet.
Ein Teil der ECU 10 zum Ausführen des Schrittes S27 wird auch als ein Temperaturverteilungsberechnungsbereich bezeichnet.

Claims

Abgasreinigungssystem (1) für einen Verbrennungsmotor (2) umfassend: einen Reduktionskatalysator (5), der in einer Abgasleitung (3a) des Motors (2) bereitgestellt ist, um die Stickoxide (NOx), die in einem von dem Motor (2) ausgestoßenen Abgas enthalten sind, durch ein in die Abgasleitung (3a) zuzuführendes Reduktionsmittel zu reduzieren; eine Kollisionsoberfläche (7), die in der Abgasleitung (3a) an einer stromaufwärtigen Seite des Reduktionskatalysators (5) bereitgestellt ist; einen Injektor (6), der in der Abgasleitung (3a) und für das Einspritzen des Reduktionsmittels in einer Richtung zu der Kollisionsoberfläche (7) bereitgestellt ist; einen Temperaturschätzbereich (10, S2, S3, S32, S33) zum Schätzen der Temperatur der Kollisionsoberfläche (7); und einen Steuermodusänderungsbereich (10, S9–S12, S17–S19, S38–S41) zum Ändern des Steuermodus des Motors (2) und/oder des Injektors (6), der einen Einfluss auf die Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) ausübt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei der Steuermodusänderungsbereich (10, S9–S12, S17–S19, S38–S41) den Steuermodus in einer Richtung des Steigerns der Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) ändert, wenn die Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) niedriger ist als ein erster Schwellenwert (t0).
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Steuermodusänderungsbereich (10, S9–S12, S17–S19) den Steuermodus des Injektors (6) abhängig von der Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) ändert.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, wobei der Steuermodusänderungsbereich (10, S17–S19) einen Einspritzdruck des von dem Injektor (6) einzuspritzenden Reduktionsmittels abhängig von der Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) ändert.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend; einen Bereich zum Erhalten einer Strömungsrate (14, 10, S2) zum Erhalten einer Strömungsrate des Abgases, wobei der Steuermodusänderungsbereich (10, S17) einen Einspritzdruck des Reduktionsmittels verringert, wenn die Strömungsrate des Abgases kleiner ist als ein zweiter Schwellenwert (f0) und die Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) niedriger ist als der erste Schwellenwert (t0).
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5, wobei der Steuermodusänderungsbereich (10, S9–S12) eine Einspritzmenge des von dem Injektor (6) einzuspritzenden Reduktionsmittels verringert, wenn die Strömungsrate des Abgases größer ist als der zweite Schwellenwert (f11) und die Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) niedriger ist als der erste Schwellenwert (t0), und zugleich der Steuermodusänderungsbereich (10, S9–S12) den Einspritzdruck auf eifern Wert (P1) hält, der gleich wie ein Einspritzdruck in einem Einspritzmodus ist, der auszuführen ist, wenn die Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) höher ist als der erste Schwellenwert (t0).
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Steuermodusänderungsbereich (10, S39) den Steuermodus des Motors (2) abhängig von der Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) ändert, was einen Einfluss auf die Temperatur des Abgases ausübt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 7, wobei der Steuermodusänderungsbereich (10, S39) den Steuermodus des Motors (2) in einer Richtung des Steigerns der Temperatur des Abgases ändert, wenn die Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) niedriger ist als der erste Schwellenwert (t0).
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Temperaturschätzbereich (10, S2, S3, S32, S33) umfasst; einen Zellenidentifizierungsbereich (S21) zum Identifizieren einer Kollisionszelle an der Kollisionsoberfläche (7) basierend auf der Strömungsrate des Abgases und dem Einspritzdruck des Reduktionsmittels; und einen Zelltemperaturschätzbereich (S22–S28) zum Schätzen einer Temperatur der durch den Zellidentifizierungsbereich identifizierten Kollisionszelle basierend auf charakteristischen Variablen, die mit der Temperatur der Kollisionsoberfläche (7) in Zusammenhang stehen, wobei der Steuermodusänderungsbereich (10, S9–S12, S17–S19, S38–S41) den Steuermodus des Motors (2) und/oder des Injektors (6) abhängig von der Temperatur der Kollisionszelle ändert.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 9, wobei der Zelltemperaturschätzbereich (S22–S28) umfasst; einen ersten Berechnungsbereich (S24) zum Berechnen einer ersten Wärmeaufnahmemenge (Qe), die jede von jeweiligen Zellen der Kollisionsoberfläche (7) aus dem Abgas aufnimmt; einen zweiten Berechnungsbereich (S25) zum Berechnen einer zweiten Wärmeaufnahmemenge (Qf), die eine einen Kollisionspunkt umfassende Zelle von Nicht-Kollisionszellen aufnimmt, die den Kollisionspunkt nicht umfassen; einen dritten Berechnungsbereich (S26) zum Berechnen einer Wärmeabstrahlungsmenge (Qu), die von der den Kollisionspunkt umfassenden Zelle an das Reduktionsmittel abgegeben wird, das gegen die Kollisionsoberfläche (7) prallt; einen Temperaturverteilungsberechnungsbereich (S27) zum Berechnen einer Temperaturverteilung der Kollisionsoberfläche (7) basierend auf der ersten Wärmeaufnahmemenge (Qe), der zweiten Wärmeaufnahmemenge (Qf) und der Wärmeabstrahlungsmenge (Qu), wobei der Steuermodusänderungsbereich (10, S9–S12, S17–S19, S38–S41) den Steuermodus des Motors (2) und/oder des Injektors (6) abhängig von der Temperatur der Kollisionszelle in der Temperaturverteilung ändert.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die charakteristische Variable eine Temperatur des Abgases umfasst.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die charakteristische Variable eine Strömungsrate des Abgases umfasst.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die charakteristische Variable eine Außentemperatur umfasst.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die charakteristische Variable einen Wert eines vorangegangenen Zyklus für den Einspritzdruck des Reduktionsmittels umfasst.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die charakteristische Variable einen Wert eines vorangegangenen Zyklus für die Einspritzmenge des Reduktionsmittels umfasst.