DE102016200304A1

DE102016200304A1 - Steuergerät und Steuerungsverfahren für Reduktionsmitteleinspritzgerät

Info

Publication number: DE102016200304A1
Application number: DE102016200304.6A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Kikuchi
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2016-08-11
Also published as: JP6570255B2; JP2016145520A

Abstract

Ein Steuergerät und ein Steuerungsverfahren sind zu bieten, die bei der Steuerung der Abkühlung des Einspritzventils durch Einspritzen des Reduktionsmittels das Ausfließen des Reduktionswirkstoffs unterhalb des Reduktionskatalysators verhindern.
(Mittel zur Lösung der Aufgabe) Ein Steuergerät zur Steuerung des Reduktionsmitteleinspritzgerätes, bestehend aus einem Einspritzventiltemperaturberechnungsteil, das die Temperatur des Einspritzventils auf Grund der Information über die Temperatur des Einspritzventils berechnet, einem Einspritzventiltemperaturbeurteilungsteil, das beurteilt, ob die Temperatur des Einspritzventils einen vorgegebenen oberen Schwellenwert überschritten hat, einem Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung, das bei Überschreitung des oberen Schwellenwertes der Temperatur des Einspritzventils die NOx-Menge im Abgas des Verbrennungsmotors erhöht, und einem Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung, das bei Überschreitung des oberen Schwellenwertes der Temperatur des Einspritzventils die Einspritzung des Reduktionsmittels zum Abkühlen des Einspritzventils steuert.

Description

(Technisches Gebiet)
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät und ein Steuerungsverfahren zum Steuern des Reduktionsmitteleinspritzgerätes zur Zuführung des Reduktionsmittels zum Abluftkanal von Verbrennungsmotoren.
(Hintergrundtechnik)
Ein Abgas aus einem in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor wie Dieselmotor enthält NOx (Stickoxide). Als Vorrichtung zur Reinigung des Abgases wird das Harnstoff-SCR(Selektive Katalytische Reduktion)-System in der Praxis eingesetzt, welches NOx durch Reduktion in Stickstoff, Wasser u.a. zerlegt. Das Harnstoff-SCR-System ist ein System, das Harnstoffwasserlösung als Reduktionsmittel verwendet, und NOx im Abgas durch Reaktion mit Ammoniak zerlegt.
Solches Harnstoff-SCR-System weist einen im Abgaskanal angeordneten selektiven Reduktionskatalysator und ein Reduktionsmitteleinspritzgerät aus, welches die Harnstoffwasserlösung in den Abgaskanal am Oberlauf des selektiven Reduktionskatalysators einspritzt. Der selektive Katalysator ist ein Katalysator, der die Funktion hat, Ammoniak, das durch Zerlegung der Harnstoffwasserlösung erzeugt wird, zu adsorbieren, und die Reduktionsreaktion von NOx im einströmenden Abgas mit Ammoniak zu fördern. Das Reduktionsmitteleinspritzgerät weist eine Pumpe, die die im Speicherbehälter untergebrachte Harnstoffwasserlösung unter Druck fördert, ein Einspritzventil, das die mittels der Pumpe geförderte Harnstoffwasserlösung einspritzt, und ein Steuergerät auf, das die Pumpe und das Einspritzventil steuert.
Harnstoffwasserlösung, die im Harnstoff-SCR-System verwendet wird, hat je nach ihrer Konzentration unterschiedliche Gefriertemperatur. Aber ihre tiefste Gefriertemperatur beträgt ca. –11°C. Daher, um zu vermeiden, dass die Pumpe, das Einspritzventil und die Rohrleitung, durch die die Harnstoffwasserlösung fließt, durch das Gefrieren und die Volumenzunahme der Harnstoffwasserlösung während des Parkens beschädigt werden, wird bei stillstehendem Verbrennungsmotor die im Gerät verbleibende Harnstoffwasserlösung in den Speicherbehälter zurückgeführt. Die zurückgeführte Harnstoffwasserlösung wird beim nächsten Anlaufen des Verbrennungsmotors wieder in das Gerät gefüllt.
Im Harnstoff-SCR-System kann es, auch während des Betriebs des Verbrennungsmotors, wenn die Einspritzung von Harnstoffwasserlösung längere Zeit ausbleibt, vorkommen, dass die am Einspritzventil haftende Harnstoffwasserlösung durch die vom Abgasrohr übertragene Wärme erwärmt wird, und die Harnstoffwasserlösung, nach Verdunstung von Wasser, sich kristallisiert. Durch die Kristallisierung der Harnstoffwasserlösung wird der Ventilkörper des Eispritzventils festgeklebt, was zu Fehlfunktion des Einspritzventils führen kann. Daher wurde eine Technik vorgeschlagen, eine bestimmte Menge an Harnstoffwasserlösung vom Einspritzventil einspritzen zu lassen, und die Wärme des Einspritzventils in die Harnstoffwasserlösung zu verlagern, und dadurch das Einspritzventil abzukühlen.
Zum Beispiel ist im Patentdokument 1 ein SCR-System offenbart, welches aufgrund der Abgastemperatur zum Zeitpunkt des Stoppens des Motors die zum Abkühlen des Einspritzventils auf eine Temperatur, bei der die Harnstoffwasserlösung nicht mehr leicht veränderlich ist, benötigten Abkühlungszeit einstellt, und eine Abkühlung des Einspritzventils durch Einspritzen einer bestimmten Menge Harnstoffwasserlösung aus dem Einspritzventil vom Zeitpunkt des Stoppens des Motors bis zum Verstreichen der eingestellten Abkühlungszeit ausführt.
(Entgegenhaltungen)
(Patentdokumente)

(Patentdokument 1) Japanische offengelegte Patentanmeldung 2012-17687

(Überblick über die Erfindung)
(Zu lösende technische Aufgaben)
Im SCR-System wird die Einspritzmenge von Harnstoffwasserlösung so ermittelt, dass das durch Zersetzen der Harnstoffwasserlösung erzeugte Ammoniak nicht am Unterlauf des selektiven Reduktionskatalysators ausfließt. Die Einspritzmenge von Harnstoffwasserlösung wird zum Beispiel aus der der NOx-Menge im Abgas des Verbrennungsmotors entsprechenden Ammoniakmenge, der der Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators entsprechend adsorbierbaren Ammoniakmenge und der momentan am selektiven Reduktionskatalysator adsorbierten Amoniakmenge errechnet. Konkret wird z. B 70–80% der der Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators entsprechend adsorbierbaren Ammoniakmenge als Soll-Adsorbierrate gewählt, und die Adsorbiermenge des Reduktionsmittels wird so errechnet, dass die Ist-Adsorbierrate mit der Soll-Adsorbierrate übereinstimmt.
Jedoch, die Abkühlungssteuerung gemäß Patentdokument 1 erfolgt nur aufgrund der für die Senkung der Temperatur des Einspritzventils benötigten Abkühlungszeit. Daher besteht die Gefahr, dass über die maximal adsorbierbare Menge hinausgehende Menge von Ammoniak erzeugt wird, so dass Ammoniak am Unterlauf des selektiven Reduktionskatalysators ausfließt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Anbetracht des genannten Problems geschaffen, und hat das Ziel, ein Steuergerät und ein Steuerungsverfahren zu bieten, die bei der Steuerung der Abkühlung des Einspritzventils durch Einspritzen des Reduktionsmittels das Ausfließen von Reduktionsbestandteilen unterhalb des Reduktionskatalysators verhindern können.
(Mittel zur Lösung der Aufgaben)
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Steuergerät zum Steuern eines Reduktionsmitteleinspritzgerätes geboten, welches zur Steuerung eines Reduktionsmitteleinspritzgerätes, das über ein im Abgasrohr eines Verbrennungsmotors eingebautes Einspritzventil ein Reduktionsmittel zum Reinigen des im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen NOx am Oberlauf des im Abgaskanal angeordneten Reduktionskatalysators einspritzt, dient, bestehend aus einem Einspritzventiltemperaturberechnungsteil, das die Temperatur des Einspritzventils auf Grund der Information über die Temperatur des Einspritzventils berechnet, einem Einspritzventiltemperaturbeurteilungsteil, das beurteilt, ob die Temperatur des Einspritzventils einen vorgegebenen oberen Schwellenwert überschritten hat, einem Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung, das bei Überschreitung des oberen Schwellenwertes der Temperatur des Einspritzventils die NOx-Menge im Abgas des Verbrennungsmotors erhöht, und einem Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung, das bei Überschreitung des oberen Schwellenwertes der Temperatur des Einspritzventils das Einspritzen des Reduktionsmittels zum Abkühlen des Einspritzventils steuert.
Das Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung kann die Abkühlungseinspritzung nach Verstreichen einer voreingestellten Zeit seit der Ausführung der Erhöhung der NOx-Menge ausführen.
Der obere Schwellenwert kann ein niedrigerer Wert als der obere Grenzwert des zulässigen Temperaturbereichs für das Einspritzventils sein.
Das Einspritzventiltemperaturbeurteilungsteil kann zusätzlich beurteilen, ob die Temperatur des Einspritzventils einen voreingestellten Freigabeschwellenwert unterschritten hat, und das Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung wiederholt die Abkühlungseinspritzung so lange, bis die Temperatur des Einspritzventils den Freigabeschwellenwert unterschritten hat.
Der Freigabeschwellenwert kann ein kleinerer Wert als der obere Schwellenwert sein.
Das Reduktionsmitteleinspritzgerät kann zumindest ein Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung aufweisen, das die Einspritzmenge des Reduktionsmittels auf Grund der NOx-Menge im Abgas des Verbrennungsmotors ermittelt, und das Reduktionsmittel zum Reinigen von NOx im Abgas einspritzt, wobei das Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung nach Beendigung der Abkühlungseinspritzung die Einspritzmenge des Reduktionsmittels auf Grund der durch die Erhöhung von NOx-Menge erhöhten NOx-Menge und der mittels der Steuerung der Abkühlungseinspritzung eingespritzten Einspritzmenge des Reduktionsmittels ermitteln kann.
Das Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung kann, wenn der Reduktionskatalysator ein Katalysator ist, der den vom genannten Reduktionsmittel herrührenden Reduktionswirkstoff behält, und NOx im einströmenden Abgas mit diesem Reduktionswirkstoff reinigt, nach Beendigung der Steuerung der Abkühlungseinspritzung die Einspritzmenge des Reduktionsmittels mit Rücksicht auf die Differenz zwischen der Reduktionsmittelmenge, die der Menge des für die Reinigung der durch die Erhöhung von NOx-Menge erhöhten Menge an NOx benötigten Menge des Reduktionswirkstoffes entspricht einerseits, und der Einspritzmenge des mittels der Steuerung der Abkühlungseinspritzung eingespritzten Reduktionsmittels ermitteln.
Ein Steuerungsverfahren für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät zum Abkühlen des Einspritzventils bei einem Reduktionsmitteleinspritzgerät, das über ein im Abgasrohr eines Verbrennungsmotors eingebautes Einspritzventil ein Reduktionsmittel zum Reinigen des im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen NOx am Oberlauf des im Abgaskanal angeordneten Reduktionskatalysators einspritzt, bestehend aus einem Schritt, in dem beurteilt wird, ob die auf Grund der Information über die Temperatur des Einspritzventils ermittelte Temperatur des Einspritzventils den vorgegebenen oberen Schwellenwert überschritten hat, einem Schritt, in dem die NOx-Menge im Abgas des Verbrennungsmotors erhöht wird, wenn die Temperatur des Einspritzventils den oberen Schwellenwert überschritten hat, und einem Schritt, in dem die Abkühlungseinspritzung, d.h. Einspritzung des Reduktionsmittels zum Abkühlen des Einspritzventils, ausgeführt wird, wird geboten.
(Wirkungt der Erfindung)
Wie oben erläutert, kann erfindungsgemäß verhindert werden, dass beim Ausführen der Steuerung der Abkühlung des Einspritzventils durch Einspritzen des Reduktionsmittels Reduktionswirkstoff am Unterlauf des Reduktionskatalysators ausfließt.
(Kurzbeschreibung der Zeichnungen)
1 Eine schematische Darstellung des Abgasreinigungssystems mit einem Reduktionsmitteleinspritzgerät gemäß der ersten Ausführungsform.
2 Blockschema, das ein Anordnungsbeispiel des Steuergerätes des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß derselben Ausführungsform zeigt.
3 Flussdiagramm, das das Steuerungsverfahren des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß derselben Ausführungsform zeigt.
4 Zeitdiagramm, das das Steuerungsverfahren des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß derselben Ausführungsform erläutert.
5 Flussdiagramm, das das Steuerungsverfahren des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
(Ausführungsformen der Erfindung)
Im Folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Bauelemente, die im Wesentlichen dieselben Funktionen besitzen, werden in der Beschreibung und in den Zeichnungen dieselbe Bezugszeichen verwendet, um Wiederholungen zu vermeiden.
((1. Eine erste Ausführungsform))
(1-1. Gesamtaufbau des Abgasreinigungssystems)
Zuerst soll anhand der 1 der Gesamtaufbau des mit einem Reduktionsmitteleinspritzgerät 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehenen Abgasreinigungssystems 10 beschrieben werden. 1 ist eine schematische Darstellung des Abgasreinigungssystems 10. Das Abgasreinigungssystem 10 umfasst einen Partikelfilter 17, der partikuläres Material (PM: particculate material) im Abgas auffängt und ein Harnstoff-SCR-System, das NOx im Abgas reduziert. Das Harnstoff-SCR-System besteht aus einem Reduktionskatalysator 13 und einem Reduktionsmitteleinspritzgerät 20, das Reduktionsmittel am Oberlauf des Reduktionskatalysators 13 in das Abgaskanal einspritzt. Das genannte Abgasreinigungssystem 10 ist als ein System aufgebaut, das PM im Abgas auffängt, und gleichzeitig NOx im Abgas durch Reduktion reinigt.
(1-1-1. Partikelfilter)
Der Partikelfilter 17 fängt beim Durchfließen des Abgases durch den Partikelfilter 17 im Abgas enthaltenes PM wie Ruß auf. Solcher Filter 17 kann als wabenförmiger Filter aus Keramikmaterial ausgebildet sein, aber beschränkt sich nicht auf solche Filterarten, vielmehr lassen sich auch Filter bekannter Art verwenden. Im Filter 17 erfolgt zu geeigneten Zeiten der Regenerierungsprozess durch Verbrennen (Oxidieren) des PM, um zu verhindern, dass der Filter im Laufe der Zeit durch aufgefangenes PM verstopft wird.
Zum Beispiel kann der Regenerierungsprozess dann ausgeführt werden, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Oberlauf und Unterlauf des Partikelfilters 17 einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten hat, so dass man annimmt, dass die aufgefangene Menge an PM im Partikelfiter 17 die vorgegebene Menge erreicht hat. Der Regenerierungsprozess kann auch dann erfolgen, wenn man auf Grund des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 5 vermutet, dass die aufgefangene Menge an PM im Partikelfiter 17 die vorgegebene Menge erreicht hat. Ferner kann der Regenerierungsprozess auch bei der Außerbetriebsetzung des Fahrzeugs, nach dem Ausschalten des Zündschalters ausgeführt werden.
Der Regenerierungsprozess erfolgt durch durchfließen lassen von heißem Abgas durch den Partikelfilter 17 oder durch Erhitzen des Partikelfilters 17 mittels eines Elektroheizers oder eines Verbrenners. Jedoch gibt es für das Mittel zur Regenerierung keine Einschränkung. So kann man zum Beispiel das PM im Partikelfilter 17 auch dadurch verbrennen lassen, dass man mittels eines am Oberlauf des Partikelfilters 17 angeordneten Oxidationskatalysators 19 heißes Abgas durch den Partikelfilter 17 durchfließen lässt.
Konkret heißt es, dass für die Regenerierung des Partikelfilters 17 der Anteil an ungebranntem Teil des Kraftstoffs im Abgas dadurch erhöht wird, dass im Verbrennungsmotor 5 nach der Haupteinspritzung mit einer Zeitverzögerung eine Nacheinspritzung ausgeführt wird. Da der ungebrannte Teil des Kraftstoffs im Oxidationskatalysator 19 oxidiert wird, erhöht die dadurch entstehende Oxidationswärme die Abgastemperatur. Durch Einfließen dieses heißen Abgases in den Partikelfilter 17 wird im Partikelfilter 17 aufgefangenes PM verbrannt, so dass der Partikelfilter 17 regeneriert wird.
(1-1-2. Harnstoff-SCR-System)
Harnstoff-SCR-System ist ein System, das mittels Harnstoffwasserlösung als Reduktionsmittel NOx im Abgas reduziert und zersetzt. Harnstoffwasserlösung kann zum Beispiel eine Harnstoffkonzentration von 32,5% haben, bei der die Gefriertemperatur am niedrigsten ist. Die Gefriertemperatur ist dabei ca. –11°C. Es ist bekannt, dass sich solche Harnstoffwasserlösung durch Verdunstung von Wasser kristallisiert.
Der Reduktionskatalysator 13 reduziert mittels eines Reduktionsmittels im Abgas des Verbrennungsmotors 5 enthaltene NOx selektiv. In der vorliegenden Ausführungsform wird Ammoniak, welches durch Zersetzen der vom Reduktionsmitteleinspritzgerät 20 eingespritzten Harnstoffwasserlösung entsteht, vom Reduktionskatalysator 13 adsorbiert, und NOx, die im in den Reduktionskatalysator 13 einströmenden Abgas enthalten sind, werden durch Reaktion mit Ammoniak reduziert. Solcher Reduktionskatalysator 13 hat die Eigenschaft, dass dessen Ammoniakadsorbierbarkeit mit zunehmender Katalysatortemperatur sinkt. Der Reduktionskatalysator 13 hat weiterhin die Eigenschaft, dass dessen NOx-Reduktionseffizienz desto höher wird, je höher die tatsächliche Adsorbierrate des Ammoniaks gegenüber der Adsorbierbarkeit wird. Im Übrigen wird in der vorliegenden Beschreibung nicht nur die Harnstoffwasserlösung, die vom Einspritzventil 31 in den Abgaskanal eingespritzt wird, sondern auch Ammoniak, das durch Zersetzen der Harnstoffwasserlösung erzeugt wird, als „Reduktionsmittel“ bezeichnet.
Reduktionsmitteleinspritzgerät 20 spritzt Harnstoffwasserlösung als Reduktionsmittel in den Abgaskanal an der Stelle ein, die am Oberlauf des Reduktionskatalysators 13 liegt. Die Einspritzmenge der Harnstoffwasserlösung wird anhand der Konzentration der im Abgas enthaltenen Stickoxide und der an den Reduktionskatalysator 13 adsorbierbaren Menge von Ammoniak u.a. so geregelt, dass keine Stickoxide oder Ammoniak am Unterlauf des Reduktionskatalysators 13 ausfließen.
Im Abgasrohr 11 ist am Oberlauf des Reduktionskatalysators 13 ein Temperatursensor 15 zur Ermittlung der Abgastemperatur Tgas angebracht. Die Abgastemperatur Tgas, die mittels des Temperatursensors 15 ermittelt wird, wird auch zur Schätzung der Temperatur am Reduktionskatalysator 13 verwendet. Außerdem können im Abgasrohr 11 außer dem Temperatursensor 15 auch ein NOx-Konzentrationssensor, Ammoniakkonzentrationssensor o.ä. die hier nicht gezeigt sind, angeordnet sein.
(1-1-3. Konstruktionsbeispiel des Reduktionsmitteleinspritzgeräts)
Nun soll ein beispielhafter Gesamtaufbau des Reduktionsmitteleinspritzgerätes 20 näher beschrieben werden. Wie in 1 gezeigt, ist das Reduktionsmitteleinspritzgerät 20 mit einem Einspritzventil 31, das am Oberlauf des Reduktionskatalysators 13 am Abgasrohr 11 befestigt ist, und einer Pumpe 41, die die Harnstoffwasserlösung aus dem Speicherbehälter 50 zum Einspritzventil 31 fördert, enthält, versehen. Die Pumpe 41 und das Einspritzventil 31 werden über das Steuergerät 60 angesteuert. Das Steuergerät 60 ist in der Lage, Informationen über die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einspritzzeit des Verbrennungsmotors 5, Motordrehzahl u.a. zu erhalten.
Im Abgasreinigungssystem 10 gemäß 1 erhält das Steuergerät 60 die Informationen direkt vom Verbrennungsmotor 5, aber die Informationen können auch vom Steuergerät des Verbrennungsmotors 5 über Busleitungen wie z.B. CAN (Controller Area Network) erhalten werden.
Die Pumpe 41 ist z.B. eine elektrische Membranpumpe oder eine Motorpumpe. Die Leistung der Pumpe 41 wird mit dem vom Steuergerät 60 ausgegebenen Signal gesteuert. In der vorliegenden Ausführungsform steuert das Steuergerät 60 die Leistung der Pumpe 41 durch Rückkoppelung so, dass der anhand des hier nicht gezeigten Drucksensors ermittelte Druck der Harnstoffwasserlösung auf den Sollwert gehalten wird.
Als Einspritzventil 31 wird z.B. ein Magneteinspritzventil, das durch Einschaltsteuerung geöffnet und geschlossen wird, verwendet. Ein solches Einspritzventil 31 weist eine Spule auf, welche durch die Magnetkraft, die durch Beaufschlagung der Spule mit Strom entsteht, den Ventilkörper bewegt, und das Ventil öffnet. Wie oben beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform der Druck der dem Einspritzventil 31 zugeführten Harnstoffwasserlösung auf einer bestimmten Höhe gehalten, so dass das Steuergerät 60 die Ventilöffnungszeit entsprechend der Solleinspritzmenge der Harnstoffwasserlösung regelt. Bei diesem Einspritzventil 31 wird der Betriebstemperaturbereich eingeschränkt. Der Betriebstemperaturbereich kann zum Beispiel durch die Hitzebeständigkeit der Spule, die Hitzebeständigkeit des Harzes, das die Spule bedeckt, oder durch die Temperatur, bei der die Harnstoffwasserlösung verändert werden kann, u.a. eingeschränkt werden.
Aus diesem Grund wird das Einspritzventil 31 in einem hier nicht gezeigten Kühlungsmantel gehalten, durch den das Kühlwasser für den Verbrennungsmotor 5 durchfließen kann. Der Kühlwasserkanal im Kühlungsmantel bildet einen Teil des Kühlwasserumlaufkanals 35. Der Kühlwasserumlaufkanal 35 zweigt vom Kühlungskanal des Kühlungsgerätes für den Verbrennungsmotor 5 ab, verläuft über den Kühlungsmantel des Einspritzventils, und mündet wieder in den Kühlungskanal für den Verbrennungsmotor 5. Nach dem Starten des Verbrennungsmotors 5 fließt das Kühlungswasser ständig durch den Kühlwasserumlaufkanal 35. Daher, obwohl bei laufendem Verbrennungsmotor 5 das Einspritzventil 31 durch heißes Abgas erwärmt wird, unterdrückt das durch den Kühlwasserumlaufkanal 35 fließende Kühlwasser die Überhitzung des Einspritzventils 31.
Aber, während der Zeit, in der die Abgastemperatur erhöht wird, z.B. beim Regenerierungsprozess des Partikelfilters 17, kann es vorkommen, dass die Überhitzung des Einspritzventils 31 nicht allein durch das im Kühlwasserumlaufkanal 35 zirkulierende Kühlwasser unterdrückt werden kann. In solchen Fällen lässt das Steuergerät 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Einspritzventil 31 Harnstoffwasserlösung einspritzen, um durch bei dieser Abkühlungseinspritzung stattfindende Wärmeübertragung das Einspritzventil 31 abzukühlen. In der vorliegenden Ausführungsform wird der oben beschriebene Betriebstemperaturbereich durch die vom Steuergerät 60 geschätzte Temperatur des Einspritzventils 31 bestimmt.
(1-2. Steuergerät)
Nun soll ein Beispiel des Aufbaus des Steuergerätes 60, das zur Steuerung des Reduktionsmitteleinspritzgerätes 20 dient, beschrieben werden. 2 ist ein Blockschema, das die für die Abkühlungseinspritzung des Einspritzventils 31 relevanten Teils des Steuergerätes 60 zeigt. Solches Steuergerät 60 besteht hauptsächlich aus Mikrorechnern bekannter Art.
Das Steuergerät 60 umfasst ein Einspritzventiltemperaturberechnungsteil 101, ein Einspritzventiltemperaturbeurteilungsteil 103, ein Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung 105, ein Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung 107 und ein Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung 109. Diese Teile werden konkret durch Programmlaufen im Mikrorechner realisiert. In das Steuergerät 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden direkt oder über Busleitungen wie CAN die vom Temperatursensor 15 detektierten Signale und Informationen über den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 5 eingegeben. Das Steuergerät 60 ist außerdem mit hier nicht gezeigten Speicherelementen wie RAM (Random Access Memory) oder ROM (Read Only Memory) versehen. Diese Speicherelemente speichern die vom Mikrorechner auszuführenden Programme, Berechnungsergebnisse, Detektionsergebnisse o.ä.
(1-2-1. Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung)
Das Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung 109 führt die Einspritzung von Harnstoffwasserlösung zur NOx-Reinigung im Abgas des Verbrennungsmotors 5 aus. Im Folgenden wird ein Beispiel der Berechnung der Einspritzmenge des Reduktionsmittels beschrieben.
Das Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung 109 kann z.B. auf Grund der NOx-Menge im Abgas des Verbrennungsmotors 5 die für die Reduktion von NOx erforderliche Ammoniakmenge sowie fehlende bzw. überflüssige Menge an Ammoniak gegenüber der Ist-Adsorptionsmenge des Reduktionskatalysators 13 errechnen. Und die Menge von Harnstoffwasserlösung, die der Summe dieser Ammoniakmenge entspricht, lässt sich als Soll-Spritzmenge verwenden. Als NOx-Menge im Abgas lässt sich die NOx-Menge verwenden, die durch Multiplizieren der Abgasdurchflussmenge mit der auf Grund des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 5 geschätzten NOx-Konzentration Nu, oder mit der mittels des NOx-Sensors detektierten NOx-Konzentration Nu errechnet wird. Das Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung 109 berechnet dann die Ammoniakmenge, die der berechneten NOx-Menge entspricht.
Das Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung 109 berechnet anhand der geschätzten Katalysatortemperatur die momentan am Reduktionskatalysator 13 maximal adsorbierbare Ammoniakmenge, und bestimmt z.B. 70–80% der maximal adsorbierbaren Menge zur Soll-Adsorbiermenge. Das Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung 109 schätzt die Temperatur des Reduktionskatalysators 13 anhand des Temperatursensors 15 bzw. anhand eines anderen, hier nicht gezeigten Temperatursensors. Dadurch, dass 70–80% der maximal adsorbierbaren Menge zur Soll-Adsorbiermenge bestimmt wird, kann die Adsorbierrate relativ hoch gehalten werden, so dass die NOx-Reduktionseffizienz steigt; dadurch lässt sich auch vermeiden, dass, auch wenn die Katalysatortemperatur sehr schnell steigt, die maximal adsorbierbare Ammoniakmenge die momentan adsorbierte Menge von Ammoniak unterschreitet.
Das Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung 109 liest die anhand der bisher gemachten Additionen berechnete momentane Ammoniak-Adsorbiermenge ein, errechnet fehlende bzw. überflüssige Ammoniakmenge gegenüber der Soll-Adsorbiermenge, und addiert diese zur vorher berechneten Ammoniakmenge. Wenn die momentane Ammoniak-Adsorbiermenge die Soll-Adsorbiermenge unterschreitet, so hat die fehlende bzw. überflüssige Ammoniakmenge das negative Vorzeichen, und wenn die momentane Ammoniak-Adsorbiermenge die Soll-Adsorbiermenge überschreitet, so hat die fehlende bzw. überflüssige Ammoniakmenge das positive Vorzeichen.
Das Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung 109 bestimmt die Menge von Harnstoffwasserlösung, die der errechneten Ammoniakmenge entspricht, zur Soll-Einspritzmenge, und steuert das Einspritzventil 31 entsprechend an. Wie oben beschrieben, wird der Druck der zum Einspritzventil 31 zugeführten Harnstoffwasserlösung konstant gehalten, so dass das Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung 109 die Einspritzzeit entsprechend der Soll-Einspritzmenge regelt. Durch diese Einspritzung zur NOx-Reinigung wird das Ausfließen von Ammoniak am Unterlauf des Reduktionskatalysator 13 unterdrückt, die Ammoniak-Adsorbierrate am Reduktionskatalysator 13 hoch gehalten, und die Reduktionseffizienz von NOx verbessert.
Die Berechnungsart der Einspritzmenge bei der Einspritzung zur NOx-Reinigung beschränkt sich nicht auf die obigen Beispiele.
(1-2-2. Einspritzventiltemperaturberechnungsteil)
Das Einspritzventiltemperaturberechnungsteil 101 schätzt auf Grund der Information betreffend die Abgastemperatur Tg, die mittels des Temperatursensors 15 ermittelt wird, die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31. Das Einspritzventil 31 kann durch direkte oder indirekte Übertragung der Wärmemenge des Abgases erwärmt werden. Daher entspricht die vom Temperatursensor 15 ermittelte Information der Information über die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31. Die Relation zwischen der Abgastemperatur Tg und der Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 je nach der Anordnung des Einspritzventils 31 oder dem Verlauf der Abgasleitung 11 unterschiedlich. Die zu schätzende Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 kann z.B. die Temperatur der Spule des Einspritzventils 31 sein, der die Temperatur der Spitze des Einspritzventils 31 sein. Die Relation zwischen der mittels des Temperatursensors 15 detektierten Information und der Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 lässt sich z.B. anhand einer Simulation mit dem echten Gerät ermittelt werden.
Die Art und Weise der Schätzung der Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 beschränkt sich nicht auf die obigen Beispiele. Das Einspritzventiltemperaturberechnungsteil 101 kann anhand der mittels des Temperatursensors 15 detektierten Information die auf das Einspritzventil 31 übertragene Wärmemenge ermitteln, und dadurch die Temperatur Tdv schätzen. Falls der Temperatursensor an einer bestimmten Stelle des Einspritzventils 31 angebracht werden kann, kann das Einspritzventiltemperaturberechnungsteil 101 anhand der mittels dieses Temperatursensors detektierten Information die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 schätzen. Das Einspritzventiltemperaturberechnungsteil 101 kann auch auf Grund des Betriebszustands des Verbrennungsmotors 5 oder der Kühlwasserzirkulationsmenge die Temperatur des Einspritzventils 31 schätzen.
(1-2-3. Einspritzventiltemperaturbeurteilungsteil)
Das Einspritzventiltemperaturbeurteilungsteil 103 beurteilt, ob die durch das Einspritzventiltemperaturberechnungsteil 101 geschätzte Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 einen vorbestimmten oberen Schwellenwert Tthre_x überschritten hat. Der obere Schwellenwert Tthre_x lässt sich auf Grund des oben beschriebenen Betriebstemperaturbereichs für das Einspritzventil 31 einstellen. Der obere Schwellenwert Tthre_x ist ein Schwellenwert zur Beurteilung, ob die Abkühlungseinspritzung beginnen soll, und es ist vorteilhaft, diesen Wert niedriger als die obere Grenze des Betriebstemperaturbereichs einzustellen. Dadurch kann man erreichen, dass die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 auch dann den Betriebstemperaturbereichs nicht übersteigt, wenn der Zeitpunkt des Beginns der Abkühlungseinspritzung von dem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 beginnt zu sinken, abweicht.
(1-2-4. Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung)
Das Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung 105 lässt den NOx-Mengenerhöhungsprozess zur Erhöhung der NOx-Menge im Abgas des Verbrennungsmotors 5 ausführen, wenn die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den oberen Schwellenwert überschritten hat. Wird ein solcher NOx-Mengenerhöhungsprozess ausgeführt, so wird das am Reduktionskatalysator 13 adsorbierte Ammoniak zur Reduktion von NOx benutzt, so dass die Adsorptionsmenge von Ammoniak am Reduktionskatalysator 13 reduziert werden kann. Daher, auch wenn, bei der Abkühlungseinspritzung, Harnstoffwasserlösung zum Abkühlen des Einspritzventils 31 eingespritzt wird, wird das erzeugte Ammoniak an den Reduktionskatalysator 13 adsorbiert, und das Ausfließen von Ammoniak am Unterlauf der Reduktionskatalysators 13 unterdrückt.
Das Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung 105 kann z.B. dadurch die NOx-Menge im Abgas erhöhen, dass es an das Steuergerät des Verbrennungsmotors 5 Befehle sendet, damit den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 5 steuert, und die Verbrennungseffizienz steigert. Konkret kann das Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung 105 durch Steuern des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung oder Reduzieren der EGR-Gas-Rücklaufmenge die Verbrennungseffizienz steigern, und die NOx-Menge erhöhen. Für die Verfahren zur Erhöhung der NOx-Menge gibt es keine besondere Einschränkung.
Dabei kann man mit Rücksicht auf die momentane Ammoniak-Adsorbiermenge die zu erhöhende NOx-Menge annehmen, und den NOx-Mengenerhöhungsprozess ausführen. Auf diese Weise kann man verhindern, dass die Ammoniak-Adsorbiermenge zu Null wird, und dadurch NOx am Unterlauf des Reduktionskatalysators ausfließt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Einspritzung von Harnstoffwasserlösung zum Abkühlen des Einspritzventils 31 mit einer vorbestimmten Häufigkeit ausgeführt. Daher kann das Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung 105 den NOx-Mengenerhöhungsprozess so ausführen lassen, dass mehr NOx als die NOx-Menge, die mit dem bei der Abkühlungseinspritzung eingespritzten Harnstoffwasserlösung gereinigt wird, emittiert wird.
(1-2-5. Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung)
Das Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung 107 führt die Einspritzung von Harnstoffwasserlösung aus, wenn die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den oberen Schwellenwert Tthre_x überschritten hat, um das genannte Einspritzventil abzukühlen. Konkret, wie oben beschrieben, berechnet das Einspritzsteuerteil für die NOx-Reinigung 109 während der Zeit, in der die Abkühlungseinspritzung nicht stattfindet, die Soll-Einspritzmenge von Harnstoffwasserlösung, und führt die Einspritzsteuerung von Harnstoffwasserlösung aus, um NOx im Abgas zu reinigen. Das Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung 107 lässt, unabhängig von der Einspritzsteuerung für die NOx-Reinigung, Harnstoffwasserlösung einspritzen, um die Wärme des Einspritzventils 31 in die Harnstoffwasserlösung zu übertragen, so dass die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 gesenkt wird.
Bei der Einspritzsteuerung von Harnstoffwasserlösung durch das Einspritzsteuerteil für die NOx-Reinigung 109 führt die Zunahme der Ammoniakmenge durch die Abkühlungseinspritzung nicht sofort dazu, dass Ammoniak am Unterlauf des Reduktionskatalysators 13 ausfließt, weil die Absorbierrate von Ammoniak auf 70–80% eingestellt ist. Da auch die Einspritzsteuerung zur NOx-Mengenerhöhung beginnt, kann die am Reduktionskatalysator 13 adsorbierte Ammoiakmenge nach Verstreichen einer bestimmten Zeit abnehmen. Daher kann das Ausfließen von Ammoniak am Unterlauf des Reduktionskatalysators 13 auch bei Ausführung der Abkühlungseinspritzung unterdrückt werden.
Aber es ist auch möglich, das System so zu steuern, dass die Abkühlungseinspritzung nach Verstreichen einer bestimmten Zeit seit der Ausführung der NOx-Mengenerhöhung erfolgt, um zu erreichen, dass die Abkühlungseinspritzung dann erfolgt, wenn die am Reduktionskatalysator 13 adsorbierte Ammoniakmenge durch die NOx-Mengenerhöhung abgenommen hat. So kann mit dem Ammoniak, das von der bei der Abkühlungseinspritzung eingespritzten Harnstoffwasserlösung erzeugt wird, die am Reduktionskatalysator 13 adsorbierte Ammoiakmenge die maximale adsorbierbare Menge erreichen, so dass das Ausfließen von Ammoniak am Unterlauf des Reduktionskatalysators 13 unterdrückt wird. Die Zeit, um die das Ausführen der Abkühlungseinspritzung verzögert wird, kann z.B. mit Rücksicht auf die Zeit von der Ausgabe des Ausführungsbefehls zur NOx-Mengenerhöhung bis zum Beginn des Einfließens der erhöhten Menge an NOx in den Reduktionskatalysator 13 eingestellt werden. Die Zeit, um die das Ausführen der Abkühlungseinspritzung verzögert wird, kann z.B. 3–10 Sekunden betragen.
Die Temperatur des Einspritzventils 31, die durch Ausführung der Abkühlungseinspritzung sinkt, kann im Voraus z.B. durch Simulation mit dem echten Gerät ermittelt werden. Daher kann die Einspritzmenge die erforderlich ist, um die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 von einer Temperatur, die über dem oberen Schwellenwert Tthre_x liegt, auf eine Temperatur, die ausreichend niedriger als der obere Schwellenwert Tthre_x zu senken, lässt sich vorausberechnen. Aus diesem Grund führt das Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung 107 in der vorliegenden Ausführungsform die Einspritzung mit einer voreingestellten Zeitdauer mit einer voreingestellten Häufigkeit aus.
Das Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung 107 sendet die Information über die Einspritzmenge von Harnstoffwasserlösung bei der Abkühlungseinspritzung an das Einspritzsteuerteil für die NOx-Reinigung 109. Das Einspritzsteuerteil für die NOx-Reinigung 109 berechnet weiterhin die NOx-Menge, die bei der NOx-Mengenerhöhung emittiert wurde. Daher berechnet das Einspritzsteuerteil für die NOx-Reinigung 109 nach erfolgter Abkühlungseinspritzung aus der NOx-Menge, die durch die NOx-Mengenerhöhung zugenommen hat, und der Einspritzmenge von Harnstoffwasserlösung, die bei der Abkühlungseinspritzung eingespritzt wurde, die Einspritzmenge von Harnstoffwasserlösung. Das heißt, dass das Einspritzsteuerteil für die NOx-Reinigung 109 die Einspritzmenge von Harnstoffwasserlösung berechnet, damit die Differenz, die durch Subtrahieren der bei der Abkühlungseinspritzung eingespritzten Einspritzmenge von Harnstoffwasserlösung von der Menge von Harnstoffwasserlösung, die der für die Reinigung von durch die NOx-Mengenerhöhung erhöhten Menge an NOx benötigten Ammoniakmenge entspricht, erhalten wird, ergänzt werden kann. Somit kann auch nach erfolgter Abkühlungseinspritzung die Adsorbierrate von Ammoniak am Reduktionskatalysator 13 hoch gehalten werden, so dass Stickoxide effizient gereinigt werden können.
(1-3. Steuerungsverfahren des Reduktionsmitteleinspritzgerätes)
Nun soll mit Hilfe der 3 und der 4 das Steuerungsverfahren des Reduktionsmitteleinspritzgerätes, das vom Steuerteil 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform anhand eines Beispiels beschrieben werden. 3 ist ein Flussdiagramm, das das Steuerungsverfahren des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt, und 4 ist ein Zeitdiagramm, das die Veränderungen der NOx-Menge, der Temperatur des Einspritzventils 31 und der Ammoniakschlupfmenge bei der Ausführung des Steuerungsverfahrens des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. In 4 sind außerdem die Veränderungen der NOx-Menge und der Ammoniakschlupfmenge im Falle, dass das Steuerungsverfahren des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht ausgeführt wird, mit gebrochenen Linien eingezeichnet.
Zuerst beurteilt das Steuergerät 60 im Schritt S10, ob die geschätzte Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den voreingestellten oberen Schwellenwert Tthre_x überschritten hat. Liegt die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 unterhalb des oberen Schwellenwertes Tthre_x, so wiederholt das Steuergerät die Beurteilung der Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 (bis zum Zeitpunkt t1 in 4). Überschreitet die Temperatur Tdv zum Zeitpunkt t1 den oberen Schwellenwert Tthre_x (S10: Ja), so schreitet das Steuergerät 60 zum Schritt S20, und es befiehlt, die NO-Mengenerhöhung auszuführen. Es befielt z.B. dem Steuergerät des Verbrennungsmotors 5, den Betriebszustand so zu regeln, dass die Menge an NOx im Abgas erhöht wird. Anschließend beginnt das Steuergerät 60 im Schritt S30, die Abkühlungseinspritzung zur Senkung der Temperatur Tdv des Einspritzventils 31.
Nachdem die NOx-Mengenerhöhung begonnen wurde, erhöht sich, mit einer Zeitverzögerung, zum Zeitpunkt t2 die NOx-Menge im Abgas. Die Abkühlungseinspritzung beginnt zwar in der Zeit zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, aber solange die am Reaktionskatalysator 13 adsorbierte Ammoniakmenge nicht die maximale Adsorbierrate erreicht, fließt kein Ammoniak am Unterlauf des Reaktionskatalysators 13 aus. Daher nimmt die Ammoniakschlupfmenge auch nach dem Zeitpunkt t2 nicht sofort zu. Danach beginnt die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 durch die Wirkung der Abkühlungseinspritzung zu sinken.
In der vorliegenden Ausführung werden in der voreingestellten Zeit zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 die NOx-Mengenerhöhung und die Abkühlungseinspritzung ausgeführt. Zum Zeitpunkt t3, zu der diese Steuerungen beendet werden, ist die Temperatur des Einspritzventils 31 wieder relativ niedrig geworden. Deshalb kommt es am Einspritzventil 31 nicht zur Kristallisierung der Harnstoffwasserlösung.
Nun, wenn die NOx-Mengenerhöhung nicht erfolgt, und nur die Abkühlungseinspritzung ausgeführt wird, so sinkt zwar die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31, wie in 4 in gebrochenen Linien gezeigt, nach Beginn der Abkühlungseinspritzung, aber fließt Ammoniak am Unterlauf des Reaktionskatalysators 13 aus, nachdem die Ammoniakadsorbiermenge die maximal adsorbierbare Menge erreicht hat. Folglich hat die Ammoniakschlupfmenge zugenommen.
Wie oben beschrieben, erfolgt beim Steuergerät und dem Steuerungsverfahren des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß der ersten Ausführungsform, wenn die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den oberen Schwellenwert Tthre_x überschritten hat, neben der Abkühlungseinspritzung zum Abkühlen des Einspritzventils 31 auch die Erhöhung der NOx-Konzentration im Abgas. Folglich nimmt die am Reaktionskatalysator 13 adsorbierte Menge von Ammoniak durch dessen Verwendung zur Reduktion von zugenommenen Stickoxiden ab. Dadurch kann sicher verhindert werden, das wegen Ammoniak, das von der mit der Abkühlungseinspritzung zugeführten Harnstoffwasserlösung erzeugt wird, die Ammoniak-Adsorbiermenge am Reduktionskatalysator 13 die Adsorbierfähige Menge übersteigt.
((2. Eine zweite Ausführungsform))
Nun sollen das Steuergerät und das Steuerungsverfahren des Reduktionseinspritzgerätes gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben werden. Der Aufbau des Abgasreinigungssystems, für das das Steuergerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewendet werden kann, kann identisch mit dem Aufbau des Abgasreinigungssystems gemäß der ersten Ausführungsform sein. Während das Steuergerät gemäß der ersten Ausführungsform die Steuerung zur NOx-Mengenerhöhung und die Abkühlungseinspritzung innerhalb einer voreingestellten Zeit ausführt, wiederholt das Steuergerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform zumindest die Abkühlungseinspritzung, bis die Temmperatur Tdv des Einspritzventils 31 den Freigabe-Schwellenwert Tthre_y unterschreitet. Im Folgenden werden das Steuergerät 60 des Reduktionseinspritzgerätes 20 und das Steuerungsverfahren hauptsächlich im Hinblick auf die Punkte, die verschieden von der ersten Ausführungsform sind, beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform beurteilt das Einspritzventiltemperaturbeurteilungsteil 103 nach dem Beginn der Abkühlungseinspritzung, ob die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den vorgegebenen Freigabeschwellenwert Tthre_y unterschritten hat. Es ist vorteilhaft, wenn der Freigabeschwellenwert Tthre_y niedriger als der obere Schwellenwert Tthre_y gewählt wird. Dadurch kann beispielweise verhindert werden, dass die Abkühlungseinspritzung wiederholt ein- und ausgeschaltet wird, dadurch, dass die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den oberen Schwellenwert über- und unterschreitet, wenn die vom Temperatursensor 15 detektierte Abgastemperatur Tg mit extrem kurzen Zeitabständen schwankt. Die Differenz zwischen dem oberen Schwellenwert Tthre_x und dem Freigabeschwellenwert Tthre_y kann z.B. 10 betragen, aber die Differenz beschränkt sich nicht auf diesen Wert.
In der vorliegenden Ausführungsform kann das Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung 105 die Menge an NOx im Abgas so erhöhen, dass die Ammoniakabsorbierrate am Reduktionskatalysator 13 relativ stark sinkt. So wird es möglich, die Abkühlungseinspritzung wiederholt auszuführen, bis die Temperatur des Einspritzventils 31 sinkt, ohne die NOx-Menge zusätzlich zu erhöhen.
In der vorliegenden Ausführungsform führt das Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung 107 die Abkühlungseinspritzung wiederholt aus, bis die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den Freigabeschwellenwert Tthre_y unterschreitet. Jedoch, wenn eine bestimmte Menge von Harnstoffwasserlösung eingespritzt wird, die eine Menge von Ammoniak erzeugen kann, die die Ammoniakadsorbiermenge, die durch die NOx-Mengenerhöhung zugenommenen Stickoxide abgenommen hat, weit übersteigt, droht die Gefahr, dass Ammoniak am Unterlauf des Reduktionskatalysators 13 ausfließt. Daher, wenn die Einspritzmenge von Harnstoffwasserlösung bei der Abkühlungseinspritzung die Menge, die der durch die NOx-Mengenerhöhung abgenommenen Ammoniakadsorbiermenge entspricht, übersteigt, führt das Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung 107 vorteilhafterweise dann die Abkühlungseinspritzung aus, wenn die NOx-Mengenerhöhung zusätzlich ausgeführt wurde.
5 ist ein Flussdiagramm, das durch das Steuergerät 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführte Steuerungsverfahren des Reduktionsmitteleinspritzgerätes zeigt. Die Steuerungen vom Schritt S10 bis zum Schritt S30 gemäß diesem Flussdiagramm können in derselben Verfahrensweise beim Steuerungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt werden. In der vorliegenden Ausführungsform beurteilt das Steuergerät 60 im Schritt S40, nachdem die Abkühlungseinspritzung im Schritt S30 ausgeführt wurde, ob die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den Freigabeschwellenwert Tthre_y unterschritten hat.
Liegt die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 unterhalb des Freigabeschwellenwertes Tthre_y (S40: Ja), so kehrt die Steuerung zum Schritt S10 zurück, ohne die Abkühlungseinspritzung weiter auszuführen. Andererseits, wenn die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 oberhalb des Freigabeschwellenwertes Tthre_y liegt (S40:Nein), so kehrt das Steuergerät 60 zum Schritt S30 zurück, und wiederholt die Abkühlungseinspritzung solange, bis die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den Freigabeschwellenwert Tthre_y unterschreitet. Auch während dieser Zeit kann dank erhöhter NOx-Menge verhindert werden, dass die Ammoniakadsorbiermenge im Reduktionskatalysator 13 die Adsorbierfähige Menge überschreitet.
Wie aus dem Zeitdiagramm in 4 ersichtlich, wenn das Steuerungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewendet wird, wird die Abkühlungseinspritzung zum Zeitpunkt t4, zu dem die Temperatur Tdv des Einsprizventils 31 den Freigabeschwellenwert Tthre_y unterschritten hat, abgeschaltet. Daher, gegenüber dem Vorfahren, in dem die Abkühlungseinspritzung während einer voreingestellten Zeit ausgeführt wird, könnte die Einspritzmenge an Harnstoffwasserlösung zur Abkühlung reduziert werden.
Wie oben beschrieben, wird mit dem Steuergerät und dem Steuerungsverfahren für das Reduktionsmitteleinspritzgerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Steuerung so, dass, wenn die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den oberen Schwellenwert Tthre_x überschritten hat, neben der Abkühlungseinspritzung zum Abkühlen des Einspritzventils 31 die Erhöhung der NOx-Konzentration im Abgas ausgeführt. Folglich nimmt die am Reaktionskatalysator 13 adsorbierte Menge von Ammoniak durch dessen Verwendung zur Reduktion von zugenommenen Stickoxiden ab. Dadurch kann sicher verhindert werden, dass wegen Ammoniak, das von der mit der Abkühlungseinspritzung zugeführten Harnstoffwasserlösung erzeugt wird, die Ammoniak-Adsorbiermenge am Reduktionskatalysator 13 die Adsorbierfähige Menge übersteigt.
Bei dem Steuergerät und dem Steuerungsverfahren für das Reduktionsmitteleinspritzgerät gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die NOx-Mengenerhöhung und die Abkühlungseinspritzung eingestellt, wenn die Temperatur Tdv des Einspritzventils 31 den Freigabeschwellenwert Tthre_y unterschritten hat. Dadurch kann die Temperatur Tdv des Einsprizventils 31 sicher gesenkt werden, und die Einspritzmenge von Harnstoffwasserlösung kann eventuell reduziert werden.
Oben wurden vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich erläutert. Aber die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf diese Beispiele. Für einen Fachmann, der allgemeine Kenntnisse über das technische Gebiet, dem die vorliegende Erfindung gehört, besitzt, ist es naheliegend, dass man innerhalb der Kategorie der technischen Gedanken, die in den Patentansprüchen angegeben sind, verschiedene Änderungen oder Modifikationen zu entwickeln, und es wird davon ausgegangen, dass diese Änderungen und Modifikationen selbstverständlich dem technischen Bereich der vorliegenden Erfindung gehören.
Bezugszeichenliste

5: Motor
10: Abluftreinigungssystem
11: Abgasrohr
13: Reduktionskatalysator
15: Temperatursensor
17: Partikelfilter
19: Oxidationskatalysator
20: Reduktionsmitteleinspritzgerät
31: Einspritzventil
41: Pumpe
50: Speicherbehälter
60: Steuergerät
101: Einspritzventiltemperaturberechnungsteil
103: Einspritzventiltemperaturbeurteilungsteil
105: Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung
107: Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung
109: Einspritzsteuerteil für die NOx-Reinigung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012-17687 [0007]

Claims

Ein Steuergerät zum Steuern eines Reduktionsmitteleinspritzgerätes, welches zur Steuerung eines Reduktionsmitteleinspritzgerätes, das über ein im Abgasrohr eines Verbrennungsmotors eingebautes Einspritzventil ein Reduktionsmittel zum Reinigen des im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen NOx am Oberlauf des im Abgaskanal angeordneten Reduktionskatalysators einspritzt, dient, bestehend aus einem Einspritzventiltemperaturberechnungsteil, das die Temperatur des Einspritzventils auf Grund der Information über die Temperatur des Einspritzventils berechnet, einem Einspritzventiltemperaturbeurteilungsteil, das beurteilt, ob die Temperatur des Einspritzventils einen vorgegebenen oberen Schwellenwert überschritten hat, einem Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung, das bei Überschreitung des oberen Schwellenwertes der Temperatur des Einspritzventils die NOx-Menge im Abgas des Verbrennungsmotors erhöht, und einem Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung, das bei Überschreitung des oberen Schwellenwertes der Temperatur des Einspritzventils das Einspritzen des Reduktionsmittels zum Abkühlen des Einspritzventils steuert.
Steuergerät für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach Anspruch 1, bei dem das Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung die Abkühlungseinspritzung nach Verstreichen einer voreingestellten Zeit seit der Ausführung der Erhöhung der NOx-Menge ausführt.
Steuergerät für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der obere Schwellenwert ein niedrigerer Wert als der obere Grenzwert des zulässigen Temperaturbereichs für das Einspritzventils ist.
Steuergerät für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach einem der Ansprüche 1–3, bei dem das Einspritzventiltemperaturbeurteilungsteil zusätzlich beurteilt, ob die Temperatur des Einspritzventils einen voreingestellten Freigabeschwellenwert unterschritten hat, und das Steuerteil für die Abkühlungseinspritzung die Abkühlungseinspritzung so lange wiederholt, bis die Temperatur des Einspritzventils den Freigabeschwellenwert unterschritten hat.
Steuergerät für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach Anspruch 4, bei dem der Freigabeschwellenwert ein kleinerer Wert als der obere Schwellenwert ist.
Steuergerät für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach einem der Ansprüche 1–5, welches zumindest ein Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung aufweist, das die Einspritzmenge des Reduktionsmittels auf Grund der NOx-Menge im Abgas des Verbrennungsmotors ermittelt, und das Reduktionsmittel zum Reinigen von NOx im Abgas einspritzt, wobei das Steuerteil für die Einspritzung zur NOx-Reinigung nach Beendigung der Abkühlungseinspritzung die Einspritzmenge des Reduktionsmittels auf Grund der durch die Erhöhung von NOx-Menge erhöhte NOx-Menge und der mittels der Steuerung der Abkühlungseinspritzung eingespritzten Einspritzmenge des Reduktionsmittels ermittelt.
Steuergerät für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach Anspruch 6, bei dem das Steuerteil für die NOx-Mengenerhöhung, wenn der Reduktionskatalysator ein Katalysator ist, der den vom genannten Reduktionsmittel herrührende Reduktionswirkstoff behält, und NOx im einströmenden Abgas mit diesem Reduktionswirkstoff reinigt, nach Beendigung der Steuerung der Abkühlungseinspritzung die Einspritzmenge des Reduktionsmittels mit Rücksicht auf die Differenz zwischen der Reduktionsmittelmenge, die der Menge des für die Reinigung der durch die Erhöhung von NOx-Menge erhöhten Menge an NOx benötigten Menge des Reduktionswirkstoffes entspricht, einerseits, und der Einspritzmenge des mittels der Steuerung der Abkühlungseinspritzung eingespritzten Reduktionsmittels ermittelt.
Steuerungsverfahren für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät zum Abkühlen des Einspritzventils bei einem Reduktionsmitteleinspritzgerät, das über ein im Abgasrohr eines Verbrennungsmotors eingebautes Einspritzventil ein Reduktionsmittel zum Reinigen des im Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen NOx am Oberlauf des im Abgaskanal angeordneten Reduktionskatalysators einspritzt, bestehend aus einem Schritt, in dem beurteilt wird, ob die auf Grund der Information über die Temperatur des Einspritzventils ermittelte Temperatur des Einspritzventils den vorgegebenen oberen Schwellenwert überschritten hat, einem Schritt, in dem die NOx-Menge im Abgas des Verbrennungsmotors erhöht wird, wenn die Temperatur des Einspritzventils den oberen Schwellenwert überschritten hat, und einem Schritt, in dem die Abkühlungseinspritzung, d.h. Einspritzung des Reduktionsmittels zum Abkühlen des Einspritzventils, ausgeführt wird, umfasst.