DE102018119406B4

DE102018119406B4 - Reduktionsmittelzusetzsystem

Info

Publication number: DE102018119406B4
Application number: DE102018119406.4A
Authority: DE
Inventors: Daisuke Honda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2038-08-10
Also published as: DE102018119406A9; JP2019100202A; JP7013820B2; DE102018119406A1

Abstract

Reduktionsmittelzusetzsystem (20) umfassend:einen Tank (40), der ein flüssiges Reduktionsmittel speichert;eine Zufuhrleitung (42), die mit dem Tank (40) verbunden ist;ein Zusetzventil (50), das mit einem Oberendteil der Zufuhrleitung (42) verbunden ist;eine Pumpe (44), die in der Mitte der Zufuhrleitung (42) vorgesehen und umkehrbar rotierbar angeordnet ist;eine Abzweigungsleitung (54), die mit dem Tank (40) verbunden ist, und einen Abzweigungsteil (P), der in der Zufuhrleitung (42) an einer Stromabseite der Pumpe (42) liegt;ein Rückschlagventil (60), das in der Abzweigungsleitung (54) vorgesehen ist und geöffnet ist, wenn ein Druck in der Abzweigungsleitung (54) höher als ein vorbestimmter Referenzdruck ist; undeine Pumpensteuereinheit (70) zum Betreiben der Pumpe (44), sodass sie alternierend wiederholt in einer Normalrichtung und einer umgekehrten Richtung rotiert, während das Zusetzventil (50) in einem Zustand, in dem die Zufuhrleitung (42) mit Luft befüllt ist, geschlossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reduktionsmittelzusetzsystem, das Abgas durch Zusetzen eines Reduktionsmittels in die Abgasleitung eines Motors reinigt. In einem Motor (insbesondere einem Dieselmotor), der in einem Fahrzeug und dergleichen montiert ist, befindet sich in jüngerer Zeit ein Harnstoffwasser SCR (selektive katalytische Reduktion) System als ein Abgasreinigungssystem in Entwicklung, das NOx (Stickstoffoxid) in Abgas mit hoher Herausreinigungsrate herausreinigt.
Wie z. B. in dem Japanischen Patent Nr. JP 5546511 offenbart, umfasst ein Harnstoffwasser SCR System eine Pumpe und ein Harnstoffwasserzusetzventil. Die Pumpe fördert das Harnstoffwasser (die Harnstoffwasserlösung), die in einem Tank gespeichert ist, mit Druck als ein Reduktionsmittel in eine Zufuhrleitung. Das Zusetzventil setzt das mit Druck geförderte Harnstoffwasser durch die Zufuhrleitung in eine Abgasleitung eines Motors zu.
Wenn das Harnstoffwasser von dem Zusetzventil in die Abgasleitung zugesetzt wird, wird das Harnstoffwasser zusammen mit Abgas einem SCR Katalysator zugeführt und das Abgas wird durch die Reduktion des NOx in dem SCR Katalysator gereinigt. Wenn das NOx reduziert wird, wird das Harnstoffwasser durch die Abgaswärme hydrolysiert und Ammoniak (NH₃) wird erzeugt. Als ein Ergebnis der Reduktionsreaktion durch Ammoniak wird das NOx in dem Abgas selektiv reduziert und herausgereinigt.
Das als das Reduktionsmittel verwendete Harnstoffwasser friert z. B. bei -11°C. Wenn das Harnstoffwasser in der Zufuhrleitung friert, wird das Harnstoff SCR System außer Kraft gesetzt. Aus diesem Grund wird das in der Zufuhrleitung verbleibende Harnstoffwasser zur Motorstoppzeit in den Tank zurückgesaugt.
In dem zuvor beschriebenen Harnstoff SCR System muss Luft in der Zufuhrleitung ausgestoßen werden, da das Harnstoffwasser zur Motorstartzeit in die Zufuhrleitung gefüllt wird. Wenn die Luft durch Füllen der Zufuhrleitung mit dem Harnstoffwasser in einem Zustand, in dem das Zusetzventil offen ist, aus dem Zusetzventil ausgestoßen wird, leckt ein Teil des in die Zufuhrleitung gefüllten Harnstoffwassers in die Abgasleitung hinaus und Harnstoff kann sich ablagern. Wenn die Luft in einem Zustand, in dem das Zusetzventil geschlossen ist, von der Pumpe in den Tank ausgestoßen wird, muss die Zufuhrleitung evakuiert werden und mithin ist eine übermäßig hohe Leistungsfähigkeit der Pumpe erforderlich. Wie zuvor beschrieben, ist es erforderlich, die Luft, die in der Zufuhrleitung verbleibt, auszustoßen und die Zufuhrleitung auf geeignete Weise mit dem Reduktionsmittel zu füllen. Diese Technologie ist auch in Fällen erforderlich, in denen ein anderes Fluid als Harnstoffwasser als ein Reduktionsmittel verwendet wird.
EP 2 905 441 B1 offenbart eine Steuervorrichtung für ein Additiv-Zuführsystem, wobei das Additiv-Zuführsystem einen Tank (1), der ein Additiv in einer flüssigen Form speichert; ein Beigabeventil (6), durch das das Additiv in dem Tank (1) durch Einspritzung einem Katalysator (8) zugeführt wird, der sich in einem Abgastrakt (7) einer Verbrennungskraftmaschine befindet; eine Hauptleitung (2), durch die das Additiv in dem Tank (1) dem Beigabeventil (6) zugeführt wird; eine Pumpe (4), die sich in der Hauptleitung (2) befindet, wobei die Pumpe (4) das Additiv unter Druck zuführt; eine Rückführleitung (3), die von der Hauptleitung (2) abzweigt, um mit dem Tank (1) verbunden zu werden; und ein Rückschlagventil (5), das sich in der Rückführleitung (3) befindet, wobei das Rückschlagventil (5) ein Strömen des Additivs von der Rückführleitung (3) in die Hauptleitung (2) unterbindet, und wobei das Rückschlagventil (5) geöffnet wird, falls ein Druck in der Hauptleitung (2) gleich oder größer wird als ein vorgegebener Ventilöff-nungsdruck. Die Steuervorrichtung dabei so konfiguriert ist, dass sie in der Lage ist, eine Wiedergewinnungssteuerung auszuführen, bei der das Additiv in der Hauptleitung (2) zurück in den Tank (1) gezogen wird, indem die Pumpe (4) rückwärts gedreht wird. Die Stueervorrichtung zeichnet sich dabei dadurch aus, dass, wenn die Füllsteuerung ausgeführt wird, bei der die Hauptleitung (2) mit dem Additiv gefüllt wird, nachdem die Wiedergewinnungssteuerung ausgeführt wurde, die Steuervorrichtung die Pumpe (4) vorwärts dreht, während das Beigabeventil (6) geschlossen gehalten wird, und dann das Beigabeventil (6) öffnet und die Pumpe (4) vorwärts dreht, und, wenn die Steuervorrichtung die Füllsteuerung ausführt, je niedriger die Spanne ist, innerhalb deren sich der Druck in der Hauptleitung (2) ändert, die Periode umso länger wird, in der die Steuervorrichtung die Pumpe (4) antreibt, damit sie sich vorwärts dreht, während das Beigabeventil (6) geöffnet gehalten wird, nachdem sich die Pumpe (4) vorwärts dreht, während das Beigabeventil (6) geschlossen gehalten wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Reduktionsmittelzusetzsystem bereitzustellen, das in der Lage ist, eine Zufuhrleitung auf geeignete Weise mit Harnstoffwasser zu füllen. Nach der vorliegenden Erfindung umfasst ein Reduktionsmittelzusetzsystem einen Tank, der ein flüssiges Reduktionsmittel speichert, eine Zufuhrleitung, die mit dem Tank verbunden ist, ein Zusetzventil, das mit einem oberen Endteil der Zufuhrleitung verbunden ist, eine Pumpe, die in der Mitte der Zufuhrleitung bereitgestellt ist und die in beide Richtungen rotieren kann, eine Abzweigungsleitung, die den Tank und ein Abzweigungsteil verbindet, das sich an einer Stromabseite der Pumpe in der Zufuhrleitung befindet, ein Rückschlagventil, das in der Abzweigungsleitung bereitgestellt ist und geöffnet ist, wenn ein Druck in der Abzweigungsleitung höher ist als ein vorbestimmter Referenzdruck und eine Pumpensteuereinheit zum Betreiben der Pumpe, so dass sie wiederholt abwechselnd in einer Normalrichtung und einer umgekehrten Richtung rotiert, während das Zusetzventil in einem Zustand, in dem die Zufuhrleitung mit Luft gefüllt ist, geschlossen wird.

1 ist ein schematisches Diagramm, das eine allgemeine Ausgestaltung eines Abgasreinigungssystems eines Motors nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Ausstoßablauf zeigt, der in der ersten Ausführungsform ausgeführt wird;
3 ist eine Illustration, die Veränderungen von Harnstoffwasser in dem Ausstoßvorgang zeigt;
4 ist ein Zeitdiagramm, das eine Veränderung eines Pumpenbetriebs in dem Ausstoßvorgang zeigt;
5 ist ein Zeitdiagramm, das eine Veränderung eines erfassten Drucks zur Zeit der Rotation der Pumpe in umgekehrter Richtung zeigt;
6 ist ein Diagramm, das Veränderungen eines Harnstoffwassers in einem Einspritzvorgang zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Ausstoßvorgang zeigt, der an einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
8 ist ein Graph, der einen Zusammenhang zwischen einer Anzahl von Wiederholungen des Ausstoßvorgangs und einer verbleibenden Luftmenge zeigt; und
9 ist ein schematisches Diagramm, das eine allgemeine Ausgestaltung eines Abgasreinigungssystems eines Motors nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

(Erste Ausführungsform)
Mit Bezug auf 1 wird im Folgenden ein Abgasreinigungssystem 10 beschrieben, auf das ein Reduktionsmittelzusetzsystem 20 nach einer ersten Ausführungsform angewendet ist. Das Abgasreinigungssystem 10 ist zum Herausreinigen von NOx in Abgas durch Verwenden eines Katalysators mit selektiver katalytischer Reduktion (nachfolgenden als SCR Katalysator bezeichnet) bereitgestellt und als ein Harnstoff SCR System ausgestaltet. Das Abgasreinigungssystem 10 ist für verschiedene Typen von Fahrzeugen verwendbar, in denen ein Dieselmotor (nachfolgend als ein Motor bezeichnet) 30 montiert ist. Das Abgasreinigungssystem 10 ist auch bei Baumaschinen wie Kräne und landwirtschaftliche Maschinen wie Traktoren anwendbar.
In dem Abgasreinigungssystem 10 ist eine Abgasleitung 31, die einen Abgasdurchgang 31a bildet, mit dem Motor 30 verbunden. Ein DPF (Dieselpartikelfilter) 32 und ein SCR Katalysator 33 sind in der Abgasleitung 31 sequentiell von einer Abgasstromaufseite bzw. einer in Bezug auf das Abgas stromaufwärts gelegenen Seite bereitgestellt. Ferner ist zwischen dem DPF 32 und dem SCR Katalysator 33 in der Abgasleitung 31 ein Harnstoffwassereinspritzventil (nachfolgend als ein Einspritzventil bezeichnet) 50 bereitgestellt, um Harnstoffwasser (Harnstoffwasserlösung) als ein flüssiges Reduktionsmittel in die Abgasleitung 31a durch Einspritzung zuzusetzen. Das Einspritzventil 50 ist so befestigt, dass nur eine Oberendseite des Einspritzventils 50 sich in der Abgasleitung 31 befindet, um dadurch einen Einfluss von Wärme aus dem Abgas von hoher Temperatur (z. B. 600°C) so weit wie möglich zu verhindern. In der ersten Ausführungsform ist das Einspritzventil 50 ein Zusetzventil.
Der DPF 32 ist ein PM entfernender Filter, der PM (partikuläres Material bzw. Feinstaub) abfängt, das in dem Abgas des Motors 30 enthalten ist. Der DPF 32 trägt einen oxidierenden Katalysator des Platinsystems und entfernt HC und CO und auch eine lösliche organische Fraktion (SOF), die einer von PM Bestandteilen ist. Durch den DPF 32 abgefangene PMs sind verbrennbar und durch eine Nacheinspritzung entfernbar, die nach der Haupttreibstoffeinspritzung in den Motor 30 ausgeführt wird. Der DPF 32 ist somit kontinuierlich nutzbar.
Der SCR Katalysator 33 begünstigt die Reduktionsreaktion von NOx (Abgasfreilegungsreaktion). Zum Beispiel verringert der SCR Katalysator 33 NOx in dem Abgas durch Begünstigen der folgenden Reaktionen (1) bis (3), die wie folgt dargestellt werden können. 4NO+4NH₃+O₂ → 4N₂+6H₂O (1) 6NO₂+8NH₃+O₂ → 7N₂+12H₂O (2) NO+NO₂+2NH₃ → 2N₂+3H₂O (3)
In diesen Reaktionen wird Ammoniak (NH₃) durch eine Einspritzung als ein Reduktionsmittel für NOx durch das Einspritzventil 50 zugeführt, das an einer Stromaufseite des SCR Katalysators 33 bereitgestellt ist.
Ein Oxidationskatalysator kann als eine Ammoniakentfernungsvorrichtung an einer Stromabseite des SCR Katalysators 33 in der Abgasleitung 31 bereitgestellt sein. In dieser Ausgestaltung entfernt der Oxidationskatalysator Ammoniak (NH₃), d. h., überschüssigen Ammoniak, der von dem SCR Katalysator 33 ausgestoßen wird.
Als nächstes werden jeweilige Strukturen des Harnstoffwasserzusetzsystems 20, das durch Einspritzung Harnstoffwasser in die Abgasleitung 31a zusetzt, beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden jeweils in der Annahme, dass als ein Referenzfall das Harnstoffwasser von einem Harnstoffwassertank (nachfolgend einfach als Tank bezeichnet) 40 zu dem Eispritzventil 50 zugeführt wird, die Tank 40 Seite und die Einspritzventil 50 Seite der Einfachheit halber als eine Stromaufseite (stromaufwärts gelegene Seite) und eine Stromabseite (stromabwärts gelegene Seite) bezeichnet.
Der Tank 40 wird von dem luftdichten Container mit einer Fluidfüllkappe gebildet und speichert darin Harnstoffwasser von einer vorbestimmten Konzentration. In der ersten Ausführungsform beträgt die Harnstoffkonzentration 32,5%, wovon die Gefriertemperatur (der Verfestigungspunkt) am niedrigsten ist. Wenn die Harnstoffwasserkonzentration 32,5% beträgt, friert das Harnstoffwasser bei oder unterhalb von -11°C.
Der Tank 40 und das Einspritzventil 50 sind durch eine Zufuhrleitung 42 verbunden. Ein Stromaufseitenende der Zufuhrleitung 42 ist mit einem Boden des Tanks 40 verbunden, so dass das in dem Tank 40 gespeicherte Harnstoffwasser in die Zufuhrleitung 42 strömt.
Eine Harnstoffwasserpumpe (nachfolgend als Pumpe bezeichnet) 44 ist in der Mitte der Zufuhrleitung 42 bereitgestellt. Die Pumpe 44 ist eine elektrisch betriebene Pumpe vom Inline-Typ, die durch ein Betriebssignal von einer Pumpensteuereinheit so betrieben wird, dass sie rotiert.
Die Pumpe 44 weist ein Zahnrad 45 auf, das in sowohl einer Normal- als auch einer umgekehrten Richtung rotierbar ist. Umdrehungen des Zahnrads 45 in der Normalrichtung und der umgekehrten Richtung entsprechen j eweils einer Normalrotation und einer umgekehrten Rotation der Pumpe 44. Mit der Normalrotation der Pumpe 44 wird das Harnstoffwasser aus dem Tank 40 herausgesaugt. Mit der umgekehrten Rotation der Pumpe 44 wird das Harnstoffwasser zurück in den Tank 40 gesaugt. Die Pumpe 44 ist so ausgestaltet, dass sie durch Stoppen ihrer Rotation verhindert, dass das Harnstoffwasser in dem Tank 40 zu der Stromabseite der Pumpe 44 herausleckt.
Die Pumpe 44 ist mit einer Rotationserfassungsvorrichtung 46 versehen. Die Rotationserfassungsvorrichtung 46 erfasst eine Rotationsgeschwindigkeit, welche die Anzahl von Umdrehungen der Pumpe 44 pro Einheit zeigt angibt und erfasst zum Beispiel im Fall der umgekehrten Pumpenrotation die Anzahl der Umdrehungen der Pumpe 44 beim Saugen des Harnstoffwassers.
Die Zufuhrleitung 42 ist mit einer Druckerfassungsvorrichtung 48 versehen, die ein Drucksensor an einer Stromabseite der Pumpe 44 ist. Die Druckerfassungsvorrichtung 48 erfasst einen Druck in der Zufuhrleitung 42 und erfasst im Fall der Pumpennormalrotation zum Beispiel einen Ausstoß (Pumpdruck) des Harnstoffwassers beim Ausstoßen des Harnstoffwassers von dem Tank 40.
Das Einspritzventil 50 ist mit einem Stromabseitenendteil der Zufuhrleitung 42 verbunden. Das Einspritzventil 50 weist im Wesentlichen die gleiche Ausgestaltung auf wie ein herkömmliches Treibstoffeinspritzventil (Injektor) und wird im Folgenden einfach beschrieben. Das Einspritzventil 50 wird von einem Ein/Aus-Magnetventil gebildet, das eine Betriebseinheit wie eine elektromagnetische Spule und eine Ventileinheit mit einer Nadel 52 zum Öffnen und Schließen einer Oberseiteneinspritzöffnung umfasst. Das Einspritzventil 50 öffnet und schließt somit die Einspritzöffnung als Antwort auf ein Ein/Aus-Signal, das von der Pumpensteuereinheit 70 bereitgestellt wird. Das heißt, wenn die elektromagnetische Spule als Antwort auf das Ein-Signal mit Energie versorgt wird, bewegt sich als Antwort die Nadel in einer Ventilöffnungsrichtung. Mit dieser Bewegung der Nadel 52 wird die Oberseiteneinspritzöffnung geöffnet, so dass Harnstoffwasser eingespritzt wird. In der ersten Ausführungsform ist der Stromabseitenendteil der Zufuhrleitung 42 der Oberendteil der Zufuhrleitung 42.
Die Zufuhrleitung 42 ist mit einer Abzweigungsleitung 54 versehen. Die Abzweigungsleitung 54 verbindet den Tank 40 und eine Abzweigungsteil P, der sich an der Stromabseite der Pumpe 44 in der Zufuhrleitung 42 befindet. In der folgenden Beschreibung wird ein Teil zwischen der Pumpe 44 und dem Abzweigungsteil P in der Zufuhrleitung 42 als ein Stromaufseitenteil 56 und ein Teil zwischen dem Abzweigungsteil P und dem Einspritzventil 50 als ein Stromabseitenteil 58 bezeichnet. Die Druckerfassungsvorrichtung 48 ist an dem Stromaufseitenteil 56 bereitgestellt.
Ein Ende der Abzweigungsleitung 54 ist mit dem Boden des Tanks 40 verbunden. Ein Rückschlagventil 60 ist an einem Ende der Abzweigungsleitung 54 bereitgestellt. Das Rückschlagventil 60 schließt, wenn der Druck der Abzweigungsleitung 54 geringer ist als ein Referenzdruck, um zu verhindern, dass das in dem Tank 40 gespeicherte Harnstoffwasser in die Abzweigungsleitung 54 strömt. Das Rückschlagventil 60 öffnet, wenn der Druck in der Abzweigungsleitung 54 höher ist als der Referenzdruck, um zu gestatten, dass das Harnstoffwasser, das von der Zufuhrleitung 42 in die Abzweigungsleitung 54 geströmt ist, in den Tank 40 zurückkehrt.
Ein Wärmeerzeugungselement 62 ist in dem Tank 40 bereitgestellt. Das Wärmeerzeugungselement 62 ist zum Beispiel ein elektrischer Heizer, der das gefrorene Harnstoffwasser in dem Tank 40 enteist, wobei ein Stromfluss als Antwort auf ein Steuersignal von der Pumpensteuereinheit 70 bereitgestellt wird. Das Wärmeerzeugungselement 62 kann an einer beliebigen Position der näher einer Saugöffnung der Zufuhrleitung 42 bereitgestellt sein, solange es möglich ist, das gefrorene Harnstoffwasser zu enteisen.
Ein Wärmeerzeugungselement 64 ist um eine äußere Peripherie der Zufuhrleitung 42 bereitgestellt. Das Wärmeerzeugungselement 64 ist zum Beispiel ein elektrischer Heizer, der das gefrorene Harnstoffwasser in der Zufuhrleitung enteist, wobei ein Stromfluss als Antwort auf ein Steuersignal von der Pumpensteuereinheit 70 bereitgestellt wird.
Eine Temperaturerfassungsvorrichtung 66 ist in dem Tank 40 bereitgestellt. Die Temperaturerfassungsvorrichtung 66 ist zum Beispiel eine temperatursensitive Diode oder ein Thermistor, der eine Temperatur des Harnstoffwassers in dem Tank 40 misst. Ferner ist eine Umgebungstemperaturerfassungsvorrichtung 68 außerhalb des Tanks 40 bereitgestellt. Die Umgebungstemperaturerfassungsvorrichtung 68 ist zum Beispiel eine temperatursensitive Diode oder ein Thermistor, der an einer Position angeordnet ist, die von dem Tank 40 beabstandet ist und eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs, das den Motor 30 umfasst, misst.
Die Pumpensteuereinheit 70 ist eine ECU (elektronische Steuereinheit), die eine Abgasreinigungssteuerung ausführt und einen Mikrocomputer umfasst, der von CPU, ROM, RAM, Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle und dergleichen gebildet wird. Die Pumpensteuereinheit 70 akquiriert die Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe 44 von der Rotationserfassungsvorrichtung 46, den Druck in der Zufuhrleitung 42 von der Druckerfassungsvorrichtung 48 die Temperatur des Harnstoffwassers in dem Tank 40 von der Temperaturerfassungsvorrichtung 66 und die Umgebungstemperatur von der Umgebungstemperaturerfassungsvorrichtung 68. Die Pumpensteuereinheit 70 steuert den Teil des Harnstoffwasserzusetzsystems 20 basierend auf diesen akquirierten Erfassungswerten. Im Speziellen wird die Pumpe 44 mit dem Stromfluss versorgt, um drehend in der Normalrichtung betrieben zu werden, wenn das Harnstoffwasser mit Druck zu der Seite 50 des Einspritzventils gefördert werden soll. Somit wird das Harnstoffwasser in dem Tank 40 herausgesaugt und durch den Abzweigungsteil P zu der Stromabseite zugeführt. Das Harnstoffwasser wird mit Druck von der Pumpe 44 gefördert und dem Einspritzventil 50 zugeführt. Das überschüssige Harnstoffwasser wird durch die Abzweigungsleitung 54 in den Tank 40 zurückgeführt.
Wenn das Harnstoffwasser zu dem Tank 40 zurückgesaugt werden soll, wird die Pumpe 44 so betrieben, dass sie in der umgekehrten Richtung rotiert. Somit wird das Harnstoffwasser in der Zufuhrleitung 42 in den Tank 40 zurückgesaugt. Es ist daher möglich, zu verhindern, dass das Harnstoffwasser in der Zufuhrleitung 42 verbleibt, wenn das Fahrzeug ohne verwendet zu werden, verlassen wird, nachdem der Motor 30 gestoppt wurde und die Zufuhrleitung 42 wird vor einem Schaden geschützt, der andernfalls durch ein Frieren und eine Expansion des Harnstoffwassers in der Zufuhrleitung 42 verursacht werden könnte.
Wenn das Fahrzeug ungenutzt in einem Zustand zurückgelassen wird, in dem das Harnstoffwasser in der Zufuhrleitung 42 nach dem Stoppen des Motors 30 in den Tank zurückgesaugt wurde, wird die Zufuhrleitung 42 zur Zeit des Startens des Motors 30 erneut mit dem Harnstoffwasser gefüllt. Zum Füllen der Zufuhrleitung 42 mit dem Harnstoffwasser muss in der Zufuhrleitung 42 verbleibende Luft (nachfolgend als verbleibende Luft bezeichnet) ausgestoßen werden.
Wenn die Zufuhrleitung 42 mit Harnstoffwasser gefüllt wird, wobei das Einspritzventil 50 geöffnet ist, wird Luft aus dem Einspritzventil 50 in die Abgasleitung 31 ausgestoßen. In diesem Fall leckt auch ein Teil des Harnstoffwassers das in die Zufuhrleitung 42 gefüllt wird, zusammen mit der verbleibenden Luft in die Abgasleitung 31 und der Harnstoff lagert sich in der Abgasleitung 31 ab.
Wenn die Luft durch die Pumpe 44 in den Tank 40 ausgestoßen wird, wobei das Einspritzventil 50 geschlossen ist, muss im Wesentlichen die Zufuhrleitung 42 evakuiert werden. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die Pumpe 44 eine sehr hohe Leistungsfähigkeit aufweist.
Zum Lösen der zuvor beschriebenen Aufgaben führt die Pumpensteuereinheit 70 den Ausstoßvorgang in dem Harnstoffwasserzusetzsystem 20 nach der ersten Ausführungsform aus. Der Ausstoßvorgang wird dadurch ausgeführt, dass die Pumpe 44 so betrieben wird, dass sie in einem Zustand, in dem die Zufuhrleitung 42 mit Luft gefüllt ist in der Normalrichtung und der umgekehrten Richtung betrieben wird, während das Einspritzventil 50 geschlossen gehalten wird. Durch diesen Ausstoß der verbleibenden Luft in dem Tank 40 über das Rückleitventil 60 wird das Harnstoffwasser auf geeignete Weise in die Zufuhrleitung 42 gefüllt.
Der Ausstoßvorgang der ersten Ausführungsform ist in einer Flussdiagrammform in 2 gezeigt. Der Vorgang wird durch die Pumpensteuereinheit 70 zur Zeit des Startens des Motors 30 ausgeführt.
Wenn der Ausstoßvorgang begonnen wird, ermittelt die Pumpensteuereinheit 70 in Schritt S 10, ob das Harnstoffwasser gefroren ist, d. h., ob es unmöglich ist, das Harnstoffwasser in die Zufuhrleitung 42 zuzuführen. Ob das Harnstoffwasser gefroren ist wird basierend auf der Harnstoffwassertemperatur, die von der Temperaturerfassungseinheit 66 akquiriert wird und der Umgebungstemperatur, die von der Umgebungstemperaturerfassungseinheit 68 akquiriert wird, ermittelt. Im Fall einer positiven Ermittlung (JA), d. h. mindestens eine von der Harnstoffwassertemperatur und der Umgebungstemperatur ist gleich wie oder niedriger als -11°C, führt die Pumpensteuereinheit 70 Schritt S20 aus. In Schritt S20 gibt die Pumpensteuereinheit Steuersignale an die Wärmeerzeugungselemente 62 und 64 aus und führt Schritt S10 erneut aus. Somit werden die Wärmeerzeugungselemente 62 und 64 mit Strömen versorgt, so dass sie das Harnstoffwasser erwärmen und das gefrorene Harnstoffwasser in dem Tank 40 und der Zufuhrleitung 42 enteisen. In Schritt S10 nach dem Erwärmungsablauf kann die positive Ermittlung anhand einer Bedingung vorgenommen werden, dass das Harnstoffwasser für eine vorbestimmte Zeitspanne erwärmt würde, was z. B. eine feste Zeitspanne sein kann.
Im Fall einer negativen Ermittlung (NEIN) in Schritt S10, d. h. sowohl die Harnstoffwassertemperatur als auch die Umgebungstemperatur sind höher als -11°C oder das Harnstoffwasser wurde aus dem gefrorenen Zustand gebracht, führt die Pumpensteuereinheit 70 andererseits Schritt S30 aus.
In Schritt S30 gibt die Pumpensteuereinheit Betriebssignale zu der Pumpe 44 aus, so dass die Pumpe 44 so betrieben wird, dass sie in der Normalrichtung zum Pumpen des Harnstoffwassers aus dem Tank 40 zu dem Einspritzventil 50 rotiert. Im nächsten Schritt S40 ermittelt die Pumpensteuereinheit 70, ob der Druck des Harnstoffwassers, der durch die Druckerfassungsvorrichtung 48 erfasst wird (im Folgenden als ein erfasster Druck bezeichnet) einen vorbestimmten Normalrotationszieldruck Pre erreicht hat, der erzielt werden soll, wenn die Pumpe 44 so betrieben wird, dass sie in der Normalrichtung rotiert.
Wenn der erfasste Druck nicht den Normalrotationszieldruck Pre überschreitet, nimmt die Pumpensteuereinheit 70 eine Negativermittlung vor (NEIN) und führt Schritt S30 erneut aus. Wenn der erfasste Druck den Normalrotationszieldruck Pre erreicht hat, geht die Pumpensteuereinheit 70 andererseits zu Schritt S50 über. In den Schritten S30 und S40 steuert die Pumpensteuereinheit 70 die Rotation der Pumpe 44 durch Druckfeedbacksteuerung basierend auf dem erfassten Druck.
In Schritt S50 gibt die Pumpensteuereinheit 70 das Betriebssignal zu der Pumpe 44 aus, nachdem sie temporär den Betrieb der Pumpe 44 gestoppt hat und betreibt die Pumpe 44, so dass sie in der umgekehrten Richtung rotiert. Die Pumpensteuereinheit 70 führt eine Rotationsgeschwindigkeitsfeedbacksteuerung so aus, dass die durch die Rotationserfassungsvorrichtung 46 erfasste Rotationsgeschwindigkeit (nachfolgend als eine erfasste Rotationsgeschwindigkeit bezeichnet) eine vorbestimmte Zielrotationsgeschwindigkeit Qre erreicht.
Im nächsten Schritt S60 ermittelt die Pumpensteuereinheit 70, ob ein Stoppen des erfassten Drucks als ein Ergebnis der umgekehrten Rotation der Pumpe 44 aufgehört hat. Die Pumpensteuereinheit 70 nimmt eine Negativermittlung (NEIN) vor, sofern der erfasste Druck weiterhin fällt und führt Schritt S50 erneut aus. Die Pumpensteuereinheit 70 nimmt eine Positivermittlung (JA) vor, wenn der erfasste Druck aufgehört hat zu fallen und führt Schritt S70 aus.
In Schritt S70 während der umgekehrten Rotation der Pumpe 44 ermittelt die Pumpensteuereinheit 70 basierend auf dem erfassten Druck ob das Ausstoßen der verbleibenden Luft in der Zufuhrleitung 42, das durch die Normalrotation und die umgekehrte Rotation ausgeführt wird, gestoppt werden muss. Im Speziellen ermittelt die Pumpensteuereinheit 70, ob es möglich ist, den erfassten Druck für eine vorbestimmte Zeitspanne bei einem vorbestimmten Zieldruck für die umgekehrte Rotation Pin zu halten. Wenn es aufgrund einer vergleichsweise großen Menge verbleibender Luft nicht möglich ist, den erfassten Druck für die vorbestimmte Zeitspanne bei dem Zieldruck für die umgekehrte Rotation zu halten, nimmt die Pumpensteuereinheit 70 eine Negativermittlung (NEIN) vor und führt die Schritte S30 bis S70 erneut aus. Wenn es möglich ist, den erfassten Druck aufgrund einer hinreichend kleinen Menge verbleibender Luft für die vorbestimmte Zeitspanne bei dem Zieldruck für die umgekehrte Rotation zu halten, nimmt die Pumpensteuereinheit 70 die Positivermittlung vor (JA) und beendet den Ausstoßvorgang. Der Zieldruck für die umgekehrte Rotation Pin wird später detaillierter beschrieben.
Ein Beispiel des Ausstoßvorgangs ist in 3 und 4 gezeigt und 3 zeigt Veränderungen des Harnstoffwassers in dem Ausstoßvorgang. Hier zeigt 3(a) das Reduktionsmittelzusetzsystem 20 zur Zeit des Startens des Ausstoßvorgangs, 3(b) zeigt das Reduktionsmittelzusetzsystem 20 zur Zeit der ersten normalen Rotation der Pumpe, 3(c) zeigt das Reduktionsmittelzusetzsystem 20 zur Zeit der ersten umgekehrten Rotation der Pumpe, 3(d) zeigt das Reduktionsmittelzusetzsystem 20 zur Zeit der zweiten Normalrotation der Pumpe und 3(e) zeigt das Reduktionsmittelzusetzsystem 20 zur Zeit eines übermäßigen Saugens. In 3 und den folgenden Figuren ist das Harnstoffwasserzusetzsystem 20 in vereinfachter Weise dargestellt und die Beschreibung der Pumpensteuereinheit 70 und dergleichen ist vereinfacht.
Ferner zeigt 4 Veränderungen eines Rotationsbetriebs der Pumpe 44 in dem Ausstoßvorgang. Hier zeigt 4(a) eine Veränderung eines Rotationsbetriebs der Pumpe 44 und 4(b) zeigt Veränderungen der verbleibenden Luftmenge, was eine Menge an Luft ist, die in der Zufuhrleitung 42 verbleibt.
Wie in 3(a) gezeigt, sind zur Zeit des Beginnens des Ausstoßvorgangs die Stromabseite der Pumpe 44 in der Zufuhrleitung 42 und die Abzweigungsleitung 54 mit der verbleibenden Luft gefüllt. Aus diesem Grund ist wie in 4(b) gezeigt die Menge verbleibender Luft gleich einer Summe eines Volumens, das an der Stromabseite des Zufuhrleitung 42 liegt, d. h., eines Volumens Vup eines Stromaufseitenteils 56 und eines Volumens Vdn eines Stromabseitenteils 58 (s. 6).
In einem Zustand, in dem der Ausstoßvorgang zur Zeit t1 begonnen wird und die Luft in der Zufuhrleitung 42 verbleibt, die in 4(a) gezeigt, wird das Harnstoffwasser von der Pumpe 44 mit Druck zu der Zufuhrleitung 42 und der Abzweigungsleitung 54 gefördert, wenn die Pumpe 44 so betrieben wird, dass sie in der Normalrichtung rotiert (in Schritt S30), wobei das Einspritzventil 50 geschlossen ist. Somit wird wie in 3(b) gezeigt, die verbleibende Luft in den Stromabseitenteil 58 an der Stromabseite der Pumpe 44 in der Zufuhrleitung 42 gedrückt. Ein Teil der Luft, der in dem Stromaufseitenteil 56 verbleibt, tritt in die Abzweigungsleitung 54 ein und wird durch das Rückschlagventil 60 in den Tank 40 ausgestoßen. Im Speziellen wird durch das mit Druck Fördern (Pumpen) des Harnstoffwassers in die Zufuhrleitung 42 die in dem Stromaufseitenteil 56 verbleibende Luft an dem Abzweigungsteil P geteilt und in den Stromabseitenteil 58 und die Abzweigungsleitung 54 verschoben. Die verbleibende Luft, die sich in den Stromabseitenteil 58 bewegt hat, wird zusammen mit der in dem Stromabseitenteil 58 verbleibenden Luft in den Stromabseitenteil 58 gedrückt. Andererseits wird die Luft, die sich an die Abzweigungsleitung 54 bewegt hat, durch das Rückschlagventil 60 zusammen mit der Abzweigungsleitung 54 verbleibenden Luft in dem Tank 40 ausgestoßen. Als ein Ergebnis wird die in der Zufuhrleitung 42 verbleibende Luft um eine Menge ΔV1 verringert.
Die verbleibende Luft, die in den Stromabseitenteil 58 gedrückt wurde, wird durch den Ausstoßdruck (das Fördern mit Druck) der Pumpe 44 komprimiert und das Volumen wird verringert. Mit dieser Kompression steigt der Druck der verbleibenden Luft. Wenn der erfasste Druck die Normalrotationszieldruck Pre erreicht (Schritt S40: JA) stoppt die Pumpensteuereinheit 70 temporär den Rotationsbetrieb der Pumpe 44 zur Zeit t2 und schaltet die Richtung des Rotationsbetriebs der Pumpe 44 von der Normalrichtung zu der umgekehrten Richtung um. Der Druck des Harnstoffwassers ist gleich wie der Druck der verbleibenden Luft.
Dann, wenn die Pumpe 44 so betrieben wird, dass sie in der umgekehrten Richtung rotiert (Schritt S50) während das Einspritzventil 50 in dem geschlossenen Zustand gehalten wird, wird das Harnstoffwasser, das durch die Pumpe 44 in die Zufuhrleitung 42 gefüllt wurde, durch die Pumpe 44 in dem Tank 40 zurückgeführt. Somit nimmt, wie in 3(c) gezeigt, das Volumen der verbleibenden Luft, die in den Stromabseitenteil 58 der Zufuhrleitung 42 gedrückt wurde, zu, und ein Teil der verbleibenden Luft bewegt sich in den Stromaufseitenteil 56. Als ein Ergebnis erreicht die verbleibende Luft die Pumpe 44. Wenn das Zahnrad 45 in Luft von geringer Viskosität durchdreht und der erfasste Druck aufhört zu fallen (Schritt S60: JA) ermittelt die Pumpensteuereinheit 70 ob es möglich ist, den erfassten Druck für die bestimmte Zeitspanne bei dem Zieldruck für die umgekehrte Rotation zu halten. Wenn es nicht möglich ist (Schritt S70: NEIN), stoppt die Pumpensteuereinheit 70 temporär den Rotationsbetrieb der Pumpe 44 zur Zeit t4 und schaltet die Richtung der Rotation wieder zu der Normalrichtung um.
Daraufhin tritt, wenn die Pumpe 44 drehend in der Normalrotationsrichtung betrieben wird, zur Zeit t5 während das Einspritzventil 50 in dem geschlossenen Zustand gehalten wird (Schritt S30) einen Teil der verbleibenden Luft der sich in den Stromaufseitenteil 56 bewegt hat, in die Abzweigungsleitung 54 ein und wird durch das Rückschlagventil 60 in den Tank 40 ausgestoßen. Als ein Ergebnis, wird die Menge der verbleibenden Luft um eine Menge ΔV2 verringert. Wie in 3(d) gezeigt, wird an der Stromabseite der Pumpe 44 in der Zufuhrleitung 42 mehr Harnstoffwasser in den Stromabseitenteil 58 gefüllt als in einem Fall in dem die Pumpe 44 zum ersten Mal so betrieben wird, dass sie in der normalen Richtung rotiert.
Wenn die Pumpe 44 weiter so betrieben wird, dass sie die Normalrotation und die umgekehrte Rotation wiederholt, wobei das Einspritzventil 50 geschlossen ist, wird verbleibende Luft wiederholt durch den Stromaufseitenteil 56 in den Tank 40 ausgestoßen. Die verbleibende Luft wird somit in den Tank 40 ausgestoßen und die Zufuhrleitung 42 wird auf geeignete Weise mit dem Harnstoffwasser gefüllt.
Die Abnahmemenge ΔV2 der verbleibenden Luft zur Zeit des zweiten drehenden Betreibens der Pumpe 44 der Normalrichtung kleiner als die Abnahmemenge ΔV1 der verbleibenden Luft zur Zeit des ersten drehenden Betreibens in der Normalrichtung. Es wird festgestellt, dass das Volumen der verbleibenden Luft zur Zeit der ersten umgekehrten Rotation der Pumpe 44 gesteigert ist. Die in dem Stromaufseitenteil 56 existierende Menge verbleibender Luft zur Zeit des Beginnens des zweiten Betreibens der Pumpe 44 der Normalrotationsrichtung ist verringert gegenüber der verbleibenden Luftmenge, die in dem Stromaufseitenteil 56 zur Zeit des Beginnens des ersten Betreibens der Pumpe 44 in der Normalrotationsrichtung existiert. Aus diesem Grund nimmt, wenn die Anzahl der Betriebe der Pumpe 44 in der Normalrichtung zunimmt (Zählergebnis N: Null oder natürliche Zahl) eine Abnahmemenge der verbleibenden Luft (ΔVN) zur Zeit des Nten Betriebs der Pumpe 44 ab.
Ein Ablauf des Ermittelns eines Stoppens des Ausstoßvorgangs zur Zeit der umgekehrten Pumpenrotation wird als nächstes mit 5 beschrieben. 5 zeigt den erfassten Druck zur Zeit der umgekehrten Rotation der Pumpe. Hier zeigt 5(a) eine Veränderung des drehenden Betriebs der Pumpe 44, 5b zeigt eine Veränderung des erfassten Drucks, 5(c) zeigt eine Veränderung einer Saugfertigstellungsermittlungsflagge, 5(d) zeigt eine Veränderung einer vorläufigen Stoppermittlungsflagge, 5(e) zeigt eine Veränderung eines Stoppermittlungszielwerts und 5(f) zeigt eine Veränderung einer Stoppermittlungsflagge. In 5(a), 5(b), 5(d), 5(e) und 5(f) bezeichnet F1 (gepunktete Linie) eine Veränderung, wenn die verbleibende Luftmenge groß ist und F2 (durchgezogene Linie) bezeichnet eine Veränderung, wenn die verbleibende Luftmenge klein ist.
Wie in 5(a) gezeigt, wird wenn die Pumpe 44 so betrieben wird, dass sie zur Zeit t11 in der umgekehrten Richtung rotiert, das Harnstoffwasser das in die Zufuhrleitung 42 gefüllt wurde, in den Tank 40 zurückgeführt und der erfasste Druck fällt. Der Zeitpunkt t11 ist eine Startzeit der umgekehrten Rotation der Pumpe 44 und entspricht einer Zeit t3 und dergleichen in 4.
Wie in 3(e) gezeigt, wird zur Zeit der umgekehrten Rotation der Pumpe 44 ein Teil der verbleibenden Luft temporär übermäßig durch Trägheit in die Zufuhrleitung 42 gesaugt, was an der Stromaufseite der Pumpe 44 ist, nachdem das in die Zufuhrleitung 42 gefüllte Harnstoffwasser in den Tank 40 zurückgeführt wurde. Die Pumpe 44 in dieser ersten Ausführungsform weist keine Funktion des Ausstoßens der verbleibenden Luft in den Tank 40 durch die Pumpe 44 auf. Als ein Ergebnis kehrt die verbleibende Luft, die in Übermaß gesaugt wurde, danach zu der Zufuhrleitung 42 zurück, was an der Stromabseite der Pumpe 44 ist.
Wie in 5(b) gezeigt, fällt der erfasste Druck weiterhin sogar in einer Zeitspanne in der die verbleibende Luft im Übermaß gesaugt wird, und erreicht einen Minimumwert Pmin zur Zeit t13 zu welcher die im Übermaß gesaugte Luft beginnt in die Zufuhrleitung 42 zurückzukehren, die sich an der Stromabseite der Pumpe 44 befindet. Wenn der erfasste Druck aufhört zu fallen, das heißt, wenn der erfasste Druck den Minimumwert Pmin erreicht, ermittelt die Pumpensteuereinheit 70 das anders in die Zufuhrleitung 42 gefüllte Harnstoffwasser in den Tank 40 zurückgeführt wurde (Schritt S60: JA) und setzt die Saugfertigstellungsermittlungsflagge auf EIN wie in 5(c) gezeigt.
Nach dem Setzen der Saugfertigstellungsermittlungsflagge auf EIN ermittelt die Pumpensteuereinheit 70 ob es möglich ist, den erfassten Druck für die festgelegte Zeitspanne bei dem Zieldruck für die umgekehrte Rotation Pin zu halten (Schritt S70). Im Speziellen ermittelt die Pumpensteuereinheit 70, wie in 5(d) bis 5(f) gezeigt, ob es möglich ist die vorläufige Stoppermittlungsflagge für eine vorbestimmte Ermittlungszeitspanne Tj beizubehalten, die zur Zeit t12 vor der Zeit t13 als ein Ergebnis des Fallens des Drucks der verbleibenden Luft auf weniger als den Zieldruck der umgekehrten Rotation Pin auf EIN gesetzt wurde. Die Pumpensteuereinheit 70 beginnt mit einem Stoppermittlungszähler von der Zeit t12 zu zählen zu der die vorläufige Stoppermittlungsflagge auf EIN gestellt wurde. Wenn der Druck der verbleibenden Luft den Zieldruck der umgekehrten Rotation Pin zur Zeit t14 nach der Zeit t13 erreicht hat und die vorläufige Stoppermittlungsflagge auf AUS gestellt wurde (angezeigt als F 1) bevor die Ermittlungszeitspanne Tj von der Zeit t12 verstrichen ist, ermittelt die Pumpensteuereinheit 70, dass es nicht möglich ist, den erfassten Druck für die festgelegte Zeitspanne bei dem Zieldruck für die umgekehrte Rotation Pin zu halten (Schritt S70: NEIN). In diesem Fall stoppt die Pumpensteuereinheit 70 den Betrieb der Pumpe 44 zur Zeit t14 temporär während die Stoppermittlungsflagge auf AUS belassen wird.
Wenn andererseits der Druck der verbleibenden Luft während der Ermittlungszeitspanne Tj vom Beginn des Zählens durch den Stoppermittlungszähler nicht gestiegen ist, sodass er den Zieldruck für die umgekehrte Rotation Pin überschreitet (angezeigt als F2) ermittelt die Pumpensteuereinheit 70, dass es möglich ist, den erfassten Druck für die festgelegte Zeitspanne bei dem Zieldruck für die umgekehrte Rotation Pin zu halten (Schritt S70: JA). In diesem Fall stellt die Pumpensteuereinheit 70 die Stoppermittlungsflagge zur Zeit t15 was nach der Ermittlungszeitspanne Tj ab der Zeit t12 ist, auf EIN und stoppt temporär den Betrieb der Pumpe 44.
Nach dem Ausstoßvorgang führt die Pumpensteuereinheit 70 einen Druckzufuhrvorgang aus, der vor dem Einspritzbeginnzeitpunkt des Harnstoffwassers das Harnstoffwasser mit Druck der Zufuhrleitung 42 und dem Einspritzventil 50 zuführt.
6 zeigt Veränderungen des Harnstoffwassers nach dem Stoppen des Druckzufuhrvorgangs. Hier zeigt 6(a) das Harnstoffwasserzusetzsystem 20 in einer Zeitspanne, die direkt nach dem Stoppen des Ausstoßvorgangs und vor dem Druckzufuhrvorgang ist und 6(b) zeigt das Harnstoffwasserzusetzsystem 20 nach dem Druckzufuhrvorgang.
Wie in 6(a) gezeigt, ist in der Zeitspanne von direkt nach dem Stoppen des Ausstoßvorgangs bis zum Druckzufuhrvorgang der erfasste Druck niedriger als der Zieldruck der umgekehrten Rotation Pin. In der folgenden Beschreibung wird der erfasste Druck vor dem Zuführen mit Druck als ein Startdruck Pst bezeichnet. Hier wird der Zieldruck für die umgekehrte Rotation Pin basierend auf einem Volumenverhältnis Rv festgelegt, das ein Verhältnis eines Gesamtvolumens einer Summe von drei Volumen Vup+Vdn+Vij in Relation zu einem Volumen Vij des Einspritzventils 50 ist. Vup, Vdn und Vij bezeichnen jeweils ein Volumen des Stromaufseitenteils 56 des Stromabseitenteils 58 und des Einspritzventils 50. Im Speziellen wird der Zieldruck für die umgekehrte Rotation Pin so festgelegt, dass er ein Produkt des Normalrotationszieldrucks Pre und des Volumenverhältnisses Rv ist. $Rv = Vij/ (Vup + Vdn + Vij)$
$Pst < Pin = Rv \times Pre$
Aus diesem Grund nimmt, wie in 6(b) gezeigt, das Volumen der verbleibenden Luft ab, sodass es kleiner wird als das Volumen Vij des Einspritzventils 50. In der folgenden Beschreibung wird das Volumen der verbleibenden Luft nach dem Druckzufuhrvorgang als ein Endvolumen Ven bezeichnet. $Ven = (Vup + Vdn + Vij) /Pre \times Pst$
$Ven < (Vup + Vdn + Vij) /Pre \times Pin = Vij$
Da das Endvolumen Ven kleiner wird als das Volumen Vij des Einspritzventils 50 erreicht das Harnstoffwasser nach dem Zuführen mit Druck teilweise das Einspritzventil 50. Aus diesem Grund werden sogar wenn das Einspritzventil 50 geschlossen bleibt, wobei Harnstoffablagerungen fest dem Einspritzventil 50 anhaften, solche Ablagerungen zum Beispiel durch das dorthin strömende Harnstoffwasser gelöst. Als ein Ergebnis werden sogar wenn die Ablagerungen dem Einspritzventil 50 zur Zeit des Beginnens des Einspritzvorgangs fest anhaften, die Harnstoffwasserablagerungen graduell gelöst und das Harnstoffwasser wird von dem Einspritzventil 50 auf geeignete Weise in den Abgasdurchgang eingespritzt.
Die gegenwärtige Ausführungsform, die zuvor beschrieben wurde, bietet die folgenden Vorteile.
Das Harnstoffwasserzusetzsystem 20 stößt die verbleibende Luft in der Zufuhrleitung 42 durch das Rückschlagventil 60 durch wiederholtes Alternieren des Ausführen der Normalrotation und der umgekehrten Rotation der Pumpe 44 während das Einspritzventil 50 in einem Zustand in dem die Zufuhrleitung 42 mit Luft gefüllt ist, in einem geschlossenen Zustand gehalten wird, aus. Es ist somit möglich, die Zufuhrleitung 42 auf geeignete Weise mit dem Harnstoffwasser zu füllen.
Im Speziellen führt die Pumpensteuereinheit 70 eine Feedbacksteuerung der Pumpe 44 basierend auf dem Druck der Zufuhrleitung 42 aus, wobei das Einspritzventil 52 zur Zeit der Normalrotation der Pumpe in dem geschlossenen Zustand gehalten wird. Durch Schließen der Einspritzventils 50 und betreiben der Pumpe 44, sodass sie in der Normalrichtung rotiert, wird die verbleibende Luft in die Nähe des Einspritzventils 50 in der Zufuhrleitung 42 gedrückt und die Luft in der Abzweigungsleitung 54 wird in den Tank 40 ausgestoßen. Somit steigt der erfasste Druck. Durch Feedbacksteuerung der Pumpe 44 basierend auf dem Druck, ist es möglich eine Fertigstellung eines Ausstoßens der verbleibenden Luft zu bestätigen, was ein Teil der verbleibenden Luft in der Zufuhrleitung 42 ist und durch die Normalrotation durch die Pumpe 44 ausgestoßen wird und die Pumpe 44 so zu betreiben, dass sie für eine geeignete Zeitspanne in der Normalrichtung rotiert.
Zum Beispiel ist es während der Normalrotation der Pumpe 44 möglich eine Zeitspanne des kontinuierlichen Betreibens der Pumpe 44, sodass sie in der Normalrichtung rotiert, zu steuern, bis eine vorbestimmte feste Zeitspanne verstreicht, anstatt den Druck der Pumpe 44 durch Feedback zu steuern. Allerdings nimmt, wie zuvor beschrieben, die Abnahmemenge ΔVN der verbleibenden Luft zur Zeit des Nten Betreibens der Pumpe 44 in der Normalrotationsrichtung ab, während die Anzahl der Wiederholungen (Zielergebnis N) des Betreibens der Pumpe 44 in der Normalrotationsrichtung steigt. Das heißt, die für das Ausstoßen der verbleibenden Luft benötigte Zeitspanne ist nicht fest. Aus diesem Grund wird, wenn die Zeitspannensteuerung ausgeführt wird, wenn die Abnahmemenge ΔVN der verbleibenden Luft vergleichsweise klein ist, die Pumpe 44 kontinuierlich so betrieben, dass sie in der Normalrichtung rotiert, sogar nachdem ein Ausstoß der verbleibenden Luft die durch drehendes Betreiben der Pumpe 44 in der Normalrichtung ausgestoßen wird, vollendet wurde. Als ein Ergebnis steigt die für den Ausstoßvorgang erforderliche elektrische Leistung nachteilhaft.
Nach der ersten Ausführungsform ist es durch Feedbacksteuern der Pumpe 44 basierend auf dem Druck in der Zufuhrleitung 42 möglich, die Pumpe während einer geeigneten Zeitspanne in der Normalrotationsrichtung zu betreiben, wodurch das zuvor beschriebene Problem vermieden wird.
Die Pumpensteuereinheit 70 steuert ferner die Pumpe 44 durch Feedback basierend auf der Rotationsgeschwindigkeit der Pumpe 44 während das Einspritzventil 50 zur Zeit des Betreibens der Pumpe 44, sodass sie in der umgekehrten Richtung rotiert, geschlossen wird. Wenn die Pumpe 44 so betrieben wird, sodass sie nach einer Rotation in der Normalrichtung in der umgekehrten Richtung rotiert, wird die verbleibende Luft in der Nähe des Einspritzventils 50 in die Zufuhrleitung 42 gedrückt wurde, zurück zu der Pumpen-44-Seite gesaugt. Wenn die verbleibende Luft die Pumpe 44 erreicht, rotiert das Zahnrad 45 leer und der erfasste Druck hört auf zu fallen. Die Pumpendrehzahl steigt. Durch Feedbacksteuern der Drehzahl der Pumpe 44 und ein Erfassen des Stoppens des Fallens des erfassten Drucks während der Feedbackzeitspanne ist es möglich zu bestätigen, dass die verbleibende Luft in der Zufuhrleitung 42 zu der Pumpe 44 rückgeführt wurde und die Pumpe 44 so zu betreiben, dass sie in der geeigneten Zeitspanne der umgekehrten Richtung rotiert.
Zum Beispiel ist es zur Zeit des Betreibens der Pumpe in der umgekehrten Rotationsrichtung möglich, anstelle eines Verfahrens eines Erfassens eines Stoppens der Abnahme des erfassten Drucks in der Feedbacksteuerung der Drehzahl möglich, eine Zeitspannensteuerung auszuführen, bei der die Pumpe 44 kontinuierlich so betrieben wird, dass sie in der umgekehrten Richtung rotiert, bis eine feste Zeitspanne verstreicht. Allerdings steigt, wie zuvor beschrieben, die Anzahl der Wiederholungen (Zählereignisse N) des Betreibens der Pumpe 44 der Normalrotationsrichtung steigt die Menge des Harnstoffwassers, das beim Nten Betreiben der Pumpe 44 in der Normalrotationsrichtung in die Zufuhrleitung 42 gefüllt wird. Das heißt, die Zeitspanne, die für das Saugen des Harnstoffwassers erforderlich ist, ist nicht fest. Aus diesem Grund wird, wenn die Zeitspannensteuerung ausgeführt wird, die Pumpe 44 kontinuierlich so betrieben, dass sie in der umgekehrten Richtung rotiert, wenn die Menge des Harnstoffwassers, das zur Zeit des Betreibens der Pumpe 44 in der Normalrotationsrichtung in die Zufuhrleitung 42 gefüllt wird, vergleichsweise gering ist, obgleich das durch die umgekehrte Rotation der Pumpe 44 in die Zufuhrleitung 42 gefüllte Harnstoffwasser schon zurückgeführt wurde. Als ein Ergebnis steigt die für den Ausstoßvorgang erforderliche Leistung.
Nach der ersten Ausführungsform ist es möglich, die Pumpe 44 durch Feedbacksteuern der Pumpe 44 basierend auf dem Druck in der Zufuhrleitung 42 und Erfassen des Stoppens des Fallens des erfassten Drucks so zu steuern, dass während der geeigneten Zeitspanne in der umgekehrten Richtung rotiert. Somit ist es möglich, das zuvor beschriebene Problem zu vermeiden.
Ferner ist es möglich, ein Ausstoßen der verbleibenden Luft bei der nächsten Normalrotation der Pumpe 44 durch Feedbacksteuern der Drehzahl der Pumpe 44 und Bestätigen des Rückführens der verbleibenden Luft in der Zufuhrleitung 42 zu der Pumpe 44 auf geeignete Weise auszuführen.
Die Pumpensteuereinheit 70 stoppt die Pumpe 44 beim Rotieren in der Normalrichtung und der umgekehrten Richtung basierend auf dem Abfall des erfassten Drucks auf den Zieldruck für die umgekehrte Rotation Pin zur Zeit der umgekehrten Rotation der Pumpe 44. Mit dem Fall des erfassten Drucks auf den Zieldruck für die umgekehrte Rotation Pin ist es möglich, in dem Harnstoffwasser ein Erreichen des Einspritzventils 50 in dem nachfolgenden Einspritzvorgang zu ermöglichen. Aus diesem Grund ist es sogar, wenn das Einspritzventil 50 geschlossen bleibt, da der Harnstoff sich ablagert und das Einspritzventil 50 nicht geöffnet werden kann, möglich, die Harnstoffablagerungen durch das Harnstoffwasser in das dorthin vordringt zu lösen und das Einspritzventil 50 zu betreiben, so dass es sich öffnet und das Harnstoffwasser in dem Einspritzvorgang auf geeignete Weise in den Abgasdurchgang 31a einspritzt.
(Zweite Ausführungsform)
Ein Reduktionsmittelzusetzsystem 20 nach einer zweiten Ausführungsform wird als nächstes mit Bezug auf 7 und 8 beschrieben. Das Reduktionsmittelzusetzsystem 20 nach der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Harnstoffwasserzusetzsystem 20 nach der ersten Ausführungsform in dem Ausstoßvorgang. Der Ausstoßvorgang, der in der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird, wird im Folgenden beschrieben.
Wie in 7 gezeigt, unterscheidet sich der Ausstoßvorgang der zweiten Ausführungsform von dem der ersten Ausführungsform in Bezug auf eine Fertigstellungsbedingung des Ausstoßvorgangs. In 7 werden die gleichen Inhalte, die zuvor mit Bezug auf 2 beschrieben wurden, nicht erneut beschrieben.
Nach dem Beginnen des Ausstoßvorgangs setzt die Pumpensteuereinheit 70 die Anzahl der Wiederholungen (Zählereignis N) des Betreibens der Pumpe 44 in der Normalrichtung im Schritt S 110 auf 0. Die Anzahl der Wiederholungen N des Betreibens der Pumpe 44 in der Normalrichtung ist gleich wie die Anzahl der Wiederholungen N des Betreibens der Pumpe 44 in der umgekehrten Richtung.
Im Fall einer positiven Ermittlung (JA) im Schritt S60 setzt die Pumpensteuereinheit 70 den ZählwertN im Schritt S120 herauf und führt Schritt S130 aus. Im Schritt S130 ermittelt die Pumpensteuereinheit 70, ob der Zählwert N einen vorbestimmten Zielzählwert Ntg erreicht hat. Wenn der Zählwert N den Zielzählwert Ntg noch nicht erreicht hat, nimmt die Pumpensteuereinheit 70 eine Negativermittlung (NEIN) vor und führt die Schritte S30 bis S120 erneut aus. Wenn der Zählwert N den Zielzählwert Ntg übersteigt, nimmt die Pumpensteuereinheit 70 eine Positivermittlung vor (JA) und stoppt den Ausstoßvorgang.
8 zeigt einen Zusammenhang zwischen dem Zählwert N in dem Ausstoßvorgang und der Menge der verbleibenden Luft. Wie in 8 gezeigt, nimmt die Menge der verbleibenden Luft ab, wenn der Zählwert N steigt. Aus diesem Grund ist es durch Festlegen des Zielzählwerts Ntg auf einen vorbestimmten Zählwert, was die Menge der verbleibenden Luft kleiner als das Volumen Vij des Einspritzventils 50 macht möglich basierend auf dem Zielzählwert Ntg zu ermitteln, dass der Druck der verbleibenden Luft so gefallen ist, dass er niedriger ist als der Zieldruck der umgekehrten Rotation Pin.
(Dritte Ausführungsform)
Ein Reduktionsmittelzusetzsystem 20 nach einer dritten Ausführungsform wird als nächstes mit Bezug auf 9 beschrieben. Das Reduktionsmittelzusetzsystem 20 nach der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Reduktionsmittelzusetzsystem 20 nach der ersten Ausführungsform in Bezug auf Formen der Zufuhrleitung 42 und der Abzweigungsleitung 54. Aus diesem Grund wird die dritte Ausführungsform in Bezug auf die Zufuhrleitung 42 und die Abzweigungsleitung 54 beschrieben. In 9 werden die gleichen Inhalte, wie sie mit Bezug auf 1 beschrieben sind, hier nicht erneut beschrieben.
Wie in 9 gezeigt, ist das Volumen von Vup der Zufuhrleitung 42 in der dritten Ausführungsform größer als das der Zufuhrleitung 42 in der ersten Ausführungsform. Im Speziellen ist der Stromaufseitenteil 56 zu der Abzweigungsteil 54 Seite gebogen und ein vergrößerter Teil 80 ist nahe des Abzweigungsteils P bereitgestellt. Der vergrößerte Teil 80 weist eine offene Querschnittsfläche auf, die größer ist als die des Stromabseitenteils 58. In der ersten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform sind die Längen in der Strömungsrichtung des Harnstoffwassers miteinander gleich und die Querschnittsflächen sind mit Ausnahme des vergrößerten Teils 80 auch miteinander gleich.
Die Abzweigungsleitung 54 in der dritten Ausführungsform weist eine gerade Form auf und ihre Achse zeigt nach oben. In mehr Detail erstreckt sich die Abzweigungsleitung 54 in der Vertikalrichtung von dem Abzweigungsteil P der Zufuhrleitung 42 nach oben. Der Winkel der Abzweigungsleitung 54 in Relation zu der Horizontalrichtung ist nicht unbedingt auf 90° beschränkt, sondern kann ein anderer Winkel sein, solange er zumindest über eine Länge von einem Endteil der Abzweigungsteil P Seite zu einem Endteil der Tank 40 Seite in der Abzweigungsleitung 54 aufwärts zeigt. Die Zufuhrleitung 42 andererseits ist in der Vertikalrichtung an dem Abzweigungsteil P nach unten gebogen und der Stromabseitenteil 58 erstreckt sich in der Vertikalrichtung von dem Abzweigungsteil P abwärts. Der Winkel des Stromabseitenteils 58 in Relation zu der Horizontalrichtung ist nicht unbedingt auf 90° beschränkt, sondern kann ein anderer Winkel sein, solange er zumindest über eine Länge von dem Endteil der Abzweigungsteil P Seite zu dem Endteil des Einspritzventils 50 in dem Stromabseitenteil 58 abwärts zeigt. Die offene Querschnittsfläche der Abzweigungsleitung 54 ist größer als die des Stromabseitenteils 58.
In der dritten Ausführungsform ist es, da der vergrößerte Teil 80 in dem Stromaufseitenteil 56 bereitgestellt ist, möglich, das Volumen Vup des Stromaufseitenteils 56 zu vergrößern. Aus diesem Grund ist es möglich, mehr verbleibende Luft nahe zu der Pumpe 44 zu saugen und die Ausstoßmenge der verbleibenden Luft zu vergrößern, die durch die Abzweigungsleitung 54 in den Tank 40 ausgestoßen wird, wenn die Pumpe 44 direkt nach dem Zurücksaugen der verbliebenen Luft in der Normalrotationsrichtung betrieben wird.
Die Abzweigungsleitung 54 erstreckt sich von dem Abzweigungsteil P der Zufuhrleitung 42 in der Vertikalrichtung aufwärts. Aus diesem Grund ist es möglich, die verbleibende Luft, die nahezu der Pumpe 44 zurückgesaugt wurde, von dem Abzweigungsteil P durch Zuführen des Harnstoffwassers mit Druck zur Zeit der Normalrotation der Pumpe 44 in die Abzweigungsleitung 54 zu bewegen. Es ist somit möglich, die verbleibende Luft, die in die Zufuhrleitung 42 gefüllt wurde, effizient zu der Seite 40 des Tanks auszustoßen.
Die offene Querschnittsfläche der Abzweigungsleitung 54 ist größer als die des Stromabseitenteils 58. Aus diesem Grund ist es möglich, die verbleibende Luft, die nahezu der Pumpe 44 zurückgesaugt wurde, durch Zuführen des Harnstoffwassers mit Druck zur Zeit der Normalrotation der Pumpe 44 näher zu der Abzweigungsleitung 54 als zu dem Stromabseitenteil 58 zu bewegen. Es ist somit möglich, die verbleibende Luft, die in die Zufuhrleitung 42 befüllt wurde, effizient zu der Tank 40 Seite auszustoßen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann wie folgt modifiziert werden.
Die Zufuhrleitung 42 ist beispielsweise geformt wie in 2 und 9 gezeigt. Ohne auf diese Formen beschränkt zu sein, kann die Zufuhrleitung 42 zu einer herkömmlichen Form geformt sein.
Das flüssige Reduktionsmittel ist nicht auf das Harnstoffwasser beschränkt, sondem es kann z. B. eine von Ammoniak abgeleitete Verbindung sein, die sich von dem Harnstoffwasser unterscheidet.
Das Verfahren des Steigerns des Volumens Vup des Stromaufseitenteils 56 ist nicht auf den vergrößerten Teil 80 beschränkt. Zum Beispiel kann das Volumen Vup des Stromaufseitenteils 56 durch Steigern der Länge des Stromaufseitenteils 56 in der Strömungsrichtung gesteigert werden.
Die Rotationserfassungsvorrichtung 46 kann integral mit der Pumpe 44 ausgestaltet sein, solange sie ein Rotationsensor sein kann, der von der Pumpe 44 separat ist. Zum Beispiel kann die Drehzahl der Pump 44 durch Erfassen einer elektromotorischen Gegenkraft erfasst werden, die durch eine Spule erzeugt wird, die einen Motor der Pumpe 44 bildet.
Bezugszeichenliste

10: Abgasreinigungssystem
20: Reduktionsmittelzusetzsystem/Harnstoffwasserzusetzsystem
30: Dieselmotor/Motor
31: Abgasleitung
31a: Abgasdurchgang
32: DPF (Dieselpartikelfilter)
33: SCR Katalysator
40: Harnstoffwassertank/Tank
42: Zufuhrleitung
44: Harnstoffwasserpumpe/Pumpe
45: Zahnrad
46: Rotationserfassungsvorrichtung
48: Druckerfassungsvorrichtung
50: Harnstoffwassereinspritzventil/Einspritzventil
52: Nadel
54: Abzweigungsleitung
56: Stromaufseitenteil
58: Stromabseitenteil
60: Rückschlagventil
62: Wärmeerzeugungselement
64: Wärmeerzeugungselement
66: Temperaturerfassungsvorrichtung
68: Umgebungstemperaturerfassungsvorrichtung
70: Pumpensteuereinheit
80: vergrößerter Teil
P: Abzweigungsteil

Claims

Reduktionsmittelzusetzsystem (20) umfassend: einen Tank (40), der ein flüssiges Reduktionsmittel speichert; eine Zufuhrleitung (42), die mit dem Tank (40) verbunden ist; ein Zusetzventil (50), das mit einem Oberendteil der Zufuhrleitung (42) verbunden ist; eine Pumpe (44), die in der Mitte der Zufuhrleitung (42) vorgesehen und umkehrbar rotierbar angeordnet ist; eine Abzweigungsleitung (54), die mit dem Tank (40) verbunden ist, und einen Abzweigungsteil (P), der in der Zufuhrleitung (42) an einer Stromabseite der Pumpe (42) liegt; ein Rückschlagventil (60), das in der Abzweigungsleitung (54) vorgesehen ist und geöffnet ist, wenn ein Druck in der Abzweigungsleitung (54) höher als ein vorbestimmter Referenzdruck ist; und eine Pumpensteuereinheit (70) zum Betreiben der Pumpe (44), sodass sie alternierend wiederholt in einer Normalrichtung und einer umgekehrten Richtung rotiert, während das Zusetzventil (50) in einem Zustand, in dem die Zufuhrleitung (42) mit Luft befüllt ist, geschlossen ist.
Reduktionsmittelzusetzsystem (20) nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Druckerfassungsvorrichtung (48) zum Erfassen eines Drucks in der Zufuhrleitung (42), wobei die Pumpensteuereinheit (70) den Betrieb der Pumpe (42) basierend auf dem Druck, der durch die Druckerfassungsvorrichtung (48) zur Zeit der Rotation der Pumpe (44) in der Normalrichtung erfasst wird, über Feedback steuert.
Reduktionsmittelzusetzsystem (20) nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine Rotationserfassungsvorrichtung (46) zum Erfassen einer Pumpendrehzahl der Pumpe (44); wobei die Pumpensteuereinheit (70) den Betrieb der Pumpe (42) basierend auf der Pumpendrehzahl, die durch die Rotationserfassungsvorrichtung (46) zur Zeit der Rotation der Pump (44) in der umgekehrten Richtung erfasst wird, über Feedback steuert.
Reduktionsmittelzusetzsystem (20) nach Anspruch 3, wobei: die Pumpensteuereinheit (70) ein Ausstoßen der Luft in der Zufuhrleitung (42), was durch eine Rotation der Pumpe (44) in der Normalrichtung und der umgekehrten Richtung durchgeführt wird, basierend auf dem Druck, der durch die Druckerfassungsvorrichtung (46) zur Zeit der Rotation der Pumpe (44) in der umgekehrten Richtung erfasst wird, stoppt.
Reduktionsmittelzusetzsystem (20) nach Anspruch 4, wobei: die Pumpensteuereinheit (70) den Betrieb der Pumpe (44) derart regelt, dass, zur Zeit der Rotation der Pumpe (44) in der Normalrichtung, der Druck, der durch die Druckerfassungsrichtung (46) erfasst wird, auf einen vorbestimmten Normalrotationszieldruck (Pre) gesteigert wird; und die Pumpensteuereinheit (70) das Ausstoßen der Luft in der Zufuhrleitung (42), das durch ein Betreiben der Pumpe (44), dass diese in der Normalrichtung und der umgekehrten Richtung rotiert, ausgeführt wird, zur Zeit der Rotation der Pumpe (44) in der umgekehrten Richtung stoppt, wenn der durch die Druckerfassungsvorrichtung (46) erfasste Druck auf einen Zieldruck für die umgekehrte Rotation (Pin) fällt, von dem ermittelt wurde, dass er ein Produkt des Normalrotationszieldrucks und eines Volumenverhältnisses ist, das durch Teilen eines Volumens des Zusetzventils (50) durch eine Summe des Volumens des Zusetzventils (50) und eines Volumens einer Stromabseite der Zufuhrleitung (42) von der Pumpe (44) ermittelt wird.
Reduktionsmittelzusetzsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die Zufuhrleitung (42) einen vergrößerten Teil (80) aufweist, der in einem Stromaufseitenteil (56) zwischen der Pumpe (44) und dem Abzweigungsteil (P) vorgesehen ist, und der eine offene Querschnittsfläche aufweist, die größer ist als diejenige des Stromabseitenteils (58) zwischen dem Abzweigungsteil (P) und dem Zusetzventil (50).
Reduktionsmittelzusetzsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Abzweigungsleitung (54) sich in einer Vertikalrichtung von dem Abzweigungsteil (P) aufwärts erstreckt.
Reduktionsmittelzusetzsystem (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Pumpensteuereinheit (70) eine Anzahl von Wiederholungen eines Betreibens der Pumpe (44) in der Normalrichtung zählt; und die Pumpensteuereinheit (70) das Ausstoßen der Luft in der Zufuhrleitung (42), das durch das Betreiben der Pumpe (44) derart, dass sie in der Normalrichtung und der umgekehrten Richtung rotiert, zur Zeit der Rotation der Pumpe (44) in der umgekehrten Richtung stoppt, wenn ein Zielwert, der die Anzahl der Wiederholungen des Betreibens der Pumpe (44) angibt, einen vorbestimmten Zählwert erreicht, der entsprechend eines Volumens des Zusetzventils ermittelt wird.