Die vorliegende Erfindung wurde in
Hinsicht auf den vorstehend erläuterten
Stand der Technik getätigt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik
zu schaffen, die ein effizientes Kühlen der Einspritzdüse der Reduktionsmittelzuführvorrichtung
ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale
des Vorrichtungsanspruch 1 beziehungsweise durch die Merkmale des
Verfahrensanspruchs 8 gelöst.
Die vorstehend angezeigte technische
Aufgabe kann gemäß einem
ersten Gesichtspunkt dieser Erfindung gelöst werden, wonach eine Abgasemissionsreinigungsanlage
für eine
Brennkraftmaschine vorgesehen ist, die folgendes aufweist:
einen
Abgasemissionsreinigungskatalysator, der in einem Abgasdurchlass
der Brennkraftmaschine angeordnet ist und der in der Lage ist, einen
Abgasemissionsreinigungsvorgang durchzuführen, um eine Abgasemission
von der Brennkraftmaschine zu reinigen, so dass der Abgasemissionsreinigungsvorgang durch
ein in die Abgasemission eingespritztes Reduktionsmittel gefördert wird;
eine
Einspritzdüse,
die an einem Abschnitt des Abgasdurchlasses stromaufwärts des
Abgasemissionsreinigungskatalysators angeordnet ist und die so betätigbar ist,
dass das Reduktionsmittel in die in den Abgasemissionsreinigungskatalysator
strömende Abgasemission
eingespritzt werden kann, um die Abgasemissionsreinigungsbetätigung zu
fördern;
und
Steuereinrichtungen zum Steuern von Öffnungsvorgängen der Einspritzdüse, dadurch
gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung die Öffnungsvorgänge der
Einspritzdüse
steuert, um ein Düsenkühlmuster
des Einspritzens des Reduktionsmittels in die Abgasemission zum
Kühlen
des Einspritzventils zu bewirken, um so einen übermäßigen Anstieg einer Temperatur
der Einspritzdüse
als ein Ergebnis des Kontakts der Einspritzdüse mit der Abgasemission zu
verhindern, so dass sich das Düsenkühlmuster
des Einspritzens von einem Emissionsreinigungsförderungsmuster des Einspritzens
zum Fördern
des Abgasemissionsreinigungsvorgangs unterscheidet.
Die vorstehend angezeigte Aufgabe
kann zudem gemäß einem
anderen Gesichtspunkt dieser Erfindung gelöst werden, wonach ein Verfahren
zum Reinigen einer Abgasemission von einer Brennkraftmaschine vorgesehen
ist, in dem eine Abgasemissionsreinigungsanlage folgendes aufweist:
(a) einen Abgasemissionsreinigungskatalysator, der in einem Abgasdurchlass
der Brennkraftmaschine angeordnet ist und der in der Lage ist, einen
Abgasemissionsreinigungsvorgang durchzuführen, um eine Abgasemission
von der Brennkraftmaschine zu reinigen, so dass der Abgasemissionsreinigungsvorgang
durch ein in die Abgasemission eingespritztes Reduktionsmittel gefördert wird,
und (b) eine Einspritzdüse,
die an einem Abschnitt des Abgasdurchlasses stromaufwärts des
Abgasemissionsreinigungskatalysators angeordnet ist und die so betätigbar ist,
dass Öffnungsvorgänge der
Einspritzdüse
so gesteuert werden, dass das Reduktionsmittel in die in den Abgasemissionsreinigungskatalysator
strömende
Abgasemission eingespritzt wird, um den Abgasemissionsreinigungsvorgang
zu fördern,
dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsvorgänge der Einspritzdüse so gesteuert
werden, dass sie ein Düsenkühlmuster
der Einspritzung des Reduktionsmittels in die Abgasemission zum
Kühlen
des Einspritzventils bewirken, um so einen übermäßigen Anstieg einer Temperatur der
Einspritzdüse
als ein Ergebnis aus dem Kontakt der Einspritzdüse mit der Abgasemission zu
verhindern, so dass sich das Düsenkühlmuster
der Einspritzung von einem Abgasreinigungsförderungsmuster des Einspritzens
zum Fördern
des Abgasemissionsreinigungsvorgang unterscheidet.
Bei der Abgasemissionsreinigungsanlage und
dem Verfahren für
eine Brennkraftmaschine, die beide vorstehend beschrieben wurden,
werden die Öffnungsvorgänge der
Einspritzdüse
so gesteuert, dass das Düsenkühlmuster
der Einspritzung des Reduktionsmittels in die Abgasemission zum
Kühlen des
Einspritzventils bewirkt wird, um so einen übermäßigen Anstieg der Temperatur
der Einspritzdüse als
ein Ergebnis des Kontakts der Einspritzdüse mit der Abgasemission zu
verhindern. Das Düsenkühlmuster
der Einspritzung unterscheidet sich von dem Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung zum Fördern
des Abgasemissionsreinigungsvorgangs des Abgasemissionsreinigungskatalysators.
Das Düsenkühlmuster
der Einspritzung des Reduktionsmittels wird bewirkt, wenn es wahrscheinlich ist,
dass die Einspritzdüse
durch Wärme
der Abgasemission überhitzt
wird.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Abgasemissionsreinigungsanlage der vorliegenden Erfindung hat
die Steuereinrichtung eine Betriebszustandserfassungseinrichtung
zum Erfassen eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine und bewirkt das Düsenkühlmuster der Einspritzung, wenn
auf der Grundlage des durch die Betriebszustandserfassungseinrichtung
erfassten Betriebszustands bestimmt wird, dass das Kühlen der
Einspritzdüse
notwendig ist, um den übermäßigen Anstieg
der Temperatur zu verhindern.
Bei der vorstehend angezeigten bevorzugten Ausbildungsform
der Anlage, wird der Betriebszustand der Brennkraftmaschine, der
sich auf das Überhitzen
der Einspritzdüse
bezieht, durch die Betriebszustandserfassungseinrichtung überwacht
und das Düsenkühlmuster
der Einspritzung des Reduktionsmittels wird bewirkt, wenn der überwachte
Betriebszustand der Kraftmaschine anzeigt, dass es wahrscheinlich
ist, dass die Einspritzdüse überhitzt.
Das Einspritzen des Reduktionsmittels wird nämlich auf geeignete Weise zwischen
die dem Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung und dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung in Abhängigkeit von
dem erfassten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, der sich auf
eine Änderung
in der Temperatur der Einspritzdüse
bezieht oder diese wiedergibt, umgeschalten, so dass die Einspritzdüse bei einer geeigneten
Zeitgebung gekühlt
werden kann.
Gemäß bevorzugten Ausführungen
der Abgasemissionsreinigungsanlage und des Verfahrens der Erfindung
werden die Öffnungsvorgänge des
Einspritzventils zum Einspritzen des Reduktionsmittels bei einer
vorbestimmten Gesamtmenge gesteuert, so dass das Reduktionsmittel
bei jedem Einspritzvorgang der Einspritzdüse in dem Düsenkühlmuster der Einspritzung bei
einer kleineren Menge und mit einer höheren Frequenz als in dem Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung eingespritzt wird.
Bei den vorstehend beschriebenen
bevorzugten Ausbildungen der Anlage und des Verfahrens werden die Öffnungsvorgänge der
Einspritzdüse
zum Einspritzen der vorbestimmten Gesamtmenge des Reduktionsmittels
so gesteuert, dass das Reduktionsmittel bei jedem Einspritzvorgang
in dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung bei einer kleineren Menge und bei einer höheren Frequenz
als in dem Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung eingespritzt wird. Das Düsenkühlmuster der Einspritzung ist
nämlich
unterschiedlich von dem Emissionsreinigungsförderungsmuster der Einspritzung
formuliert, so dass eine vergleichsweise geringe Menge des Reduktionsmittels
bei einer vergleichsweise großen
Anzahl eingespritzt wird, um so die Kühlwirkung der Einspritzdüse zu verbessern
und die Durchschnittstemperatur der Einspritzdüse zu verringern, wodurch eine
unnötig
große
Verbrauchsmenge des Reduktionsmittels vermieden wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausbildung der Emissionsreinigungsanlage der Erfindung kann die
Steuereinrichtung so betätigt
werden, dass das
Düsenkühlmuster
der Einspritzung zum Kühlen
der Einspritzdüse
bewirkt wird, während
das Emissionsreinigungsförderungsmuster
zum Einspritzen bewirkt wird, um den Abgasemissionsreinigungsvorgang
des Abgasemissionsreinigungskatalysators zu fördern.
Die Temperatur der Einspritzdüse kann selbst
dann erhöht
werden, während
die Einspritzung des Reduktionsmittels zum Fördern des Abgasemissionsreinigungsvorgangs
des Katalysators nötig
ist. Bei der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausbildung der
Anlage ist es möglich,
das Düsenkühlmuster
der Einspritzung zusätzlich
oder gleichzeitig mit dem Emissionsreinigungsförderungsmuster der Einspritzung
zu bewirken, wodurch es möglich
wird, den Abgasemissionsreinigungsvorgang zu fördern, während die Einspritzdüse gekühlt wird.
Gemäß einer weiteren Ausbildung
der Abgasemissionsreinigungsanlage und des Verfahrens der Erfindung
werden die Öffnungsvorgänge der
Einspritzdüse
so gesteuert, dass eine Öffnungszeit
der Einspritzdüse
für zumindest
einen Öffnungsvorgang in
dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung länger
als eine Öffnungszeit
für die
anderen Öffnungsvorgänge in dem
Düsenkühlmuster
gemacht ist.
In der vorstehend beschriebenen Anlage
und dem Verfahren ist die Öffnungszeit
der Einspritzdüse für zumindest
einen Öffnungsvorgang
in dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung mit Bezug auf die Öffnungszeit für die anderen Öffnungsvorgänge in dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung verlängert,
um eine Durchdringungskraft des Reduktionsmittels zu erhöhen, d. h.,
eine Kraft, durch die eine sich an der Einspritzdüse angesammelte
Ablagerung (d. h. Ruß) mit dem
eingespritzten Reduktionsmittel weggeblasen wird, um so die Menge
der Ablagerung während dem
Düsenkühlmuster
der Einspritzung zu minimieren.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale,
Vorteile und technische und industrielle Merkmale dieser Erfindung
werden durch ein Studium der nachstehenden ausführlichen Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
der Erfindung unter Berücksichtigung
der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, in denen:
1 eine
schematische Ansicht ist, die eine Abgasemissionsreinigungsanlage
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung veranschaulicht;
2 eine
Ansicht ist, die einen inneren Aufbau eines Partikelfilters zeigt,
der in der Abgasemissionsreinigungsanlage aus 1 vorgesehen ist;
3 eine
Ansicht ist, die eine Wellenform oder ein Muster der Einspritzung
eines Reduktionsmittels durch eine Einspritzdüse zum Fördern eines Abgasemissionsreinigungsvorgangs
der Abgasemissionsreinigungsanlage aus 1 anzeigt;
4 eine
Ansicht ist, die eine Wellenform oder ein Muster des Einspritzens
des Reduktionsmittels zum Kühlen
der Einspritzdüse
in der Abgasemissionsreinigungsanlage aus 1 veranschaulicht;
5 ein
Graph ist, der Verhältnisse
zwischen der Temperatur der Einspritzdüse und der Einspritzfrequenz
des Reduktionsmittels anzeigt;
6 ein
Graph ist, der Verhältnisse
zwischen der Einspritzanzahl des Reduktionsmittels und der Temperatur eines
in der Anlage aus 1 vorgesehenen
Abgasemissionsreinigungskatalysators anzeigt;
7 eine
schematische Ansicht ist, die ein Datenkennfeld zeigt, das verwendet
wird, um einen Modus aus verschiedenen Reduktionsmitteleinspritzmodi
in der Anlage aus 1 zu
zeigen;
8 eine
Ansicht ist, die ein Beispiel einer Reduktionsmitteleinspritzwellenform
zeigt, wenn Emissionsreinigungsförderungseinspritzung
und Einspritzdüsenkühleinspritzung
in der Anlage aus 1 wechselweise
ausgeführt
werden;
9 eine
Ansicht ist, die eine Wellenform oder ein Muster der Einspritzdüsenkühleinspritzung zeigt,
wenn die Durchdringungskraft der Einspritzung in der Anlage aus 1 zeitweise erhöht ist;
und
10 ein
Graph ist, der ein Verhältnis
zwischen der Durchdringungskraft der Einspritzung und einer Öffnungszeit
eines Ventils der Einspritzdüse zeigt.
Nun wird unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen ein erklärendes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ausführlich
beschrieben.
Eine Abgasemissionsreinigungsanlage
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
der Erfindung hat einen in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine 1 einer
Magerverbrennungsbauart, wie zum Beispiel einer Dieselkraftmaschine,
angeordneten katalytischen Wandler 50 und eine Reduktionsmittelzuführvorrichtung 20.
Der katalytische Wandler 50 hat
ein Gehäuse 51 und
zwei Abgasemissionsreinigungskatalysatoren 52a, 52b,
die in dem Gehäuse 51 angeordnet sind.
Der katalytische Wandler 50 führt einen Abgasemissionsreinigungsvorgang
durch, um in einer Abgasemission, die von einer Brennkraftmaschine 1 abgegeben
wird, enthaltene schädliche
Substanzen zu reinigen. Ausführlich
beschrieben, ist das Gehäuse 51 des
katalytischen Wandlers 50 stromabwärts eines Turbinengehäuses 4 der
Brennkraftmaschine 1 angeordnet und nimmt die Abgasemissionsreinigungskatalysatoren
in der Form von NOx-Katalysatoren 52a der
Einschluss-Reduktionsbauweise und den Partikelfilter 52b auf,
die in der Reihenfolge der Beschreibung in der Stromabwärtsrichtung
der Abgasemission angeordnet sind.
Der NOx Katalysator 52a der
Einschluss-Reduktionsbauweise, der ein typisches Beispiel eines Mager-NOx-Katalysators
ist, der in dem Abgassystem einer mager verbrennenden Brennkraftmaschine anzuordnen
ist, führt
einen Abgasemissionsreinigungsvorgang durch, um hauptsächlich Stickstoffoxide
(NOx) in der Abgasemission zu entfernen.
Ausführlicher erläutert, führt der
NOx-Katalysator 52a der Einschluss-Reduktionsbauweise einen Abgasemissionsreinigungsvorgang
durch, um die Stickstoffoxide (NOx) in der Abgasemission einzuschließen, wenn
die Abgasemission eine vergleichsweise hohe Sauerstoffkonzentration
hat, und verursacht eine Reaktion der eingeschlossenen Stickstoffoxide
(NOx) mit in der Abgasemission enthaltenen unverbrannten Komponenten
(CO und HC), um dadurch die Stickstoffoxide (NOx) in unschädliches Stickstoff
(N2) zu reinigen, wenn die Abgasemission eine vergleichsweise niedrige
Sauerstoffkonzentration aufweist, dass heißt, wenn die in den Katalysator strömende Abgasemission
ein vergleichsweise niedriges Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat.
Der NOx Katalysator 52a der
Einschluss-Reduktionsbauweise besteht aus einem aus Aluminium (Al2O3) ausgebildeten
Träger, einem
Edelmetall wie z. B. Platin (Pt) und
zumindest einer Substanz, die aus einer Gruppe ausgewählt ist,
die aus Alkalimetallen wie z. B. Kalium
(K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Cesium (Cs); Alkalierdmetallen
wie z. B. Barium (Ba) und Kalzium (Ca)
und seltenen Erdmetallen wie z. B.
Lanthan (La) und Yttrium (Y) besteht. Das Edelmetall und die zumindest
eine vorstehend angezeigte Substanz werden auf dem Aluminiumträger getragen.
In der mit der Abgasemissionsreinigungsanlage
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel versehene
mager verbrennende Brennkraftmaschine 1 findet die Verbrennung
eines Kraftstoffs im Allgemeinen in einem Zustand mit Sauerstoffüberschuss statt,
in dem die Sauerstoffkonzentration der als ein Ergebnis der Verbrennung
erzeugten Abgasemission nicht dazu neigt, auf ein Niveau gesenkt
zu werden, bei dem die Stickstoffoxide in Stickstoff reduziert werden
können,
wie dies vorstehend beschrieben ist. Es wird auch angemerkt, dass
die in dem Sauerstoffüberschusszustand
erzeugte Abgasemission nur Spurenmengen von unverbrannten Komponenten
(CO, HC) enthält.
Dementsprechend ist die Abgasemissionsreinigungsanlage
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
mit der Reduktionsmittelzuführvorrichtung 20 versehen,
die so betätigt
werden kann, dass Reduktionsmittel in der Form von Kraftmaschinenkraftstoff
(HC) in die Abgasemission eingeführt
wird, um die Sauerstoffkonzentration der Abgasemission zu verringern
und um die Abgasemission mit Kohlenwasserstoff (HC) als die unverbrannte
Komponente zu versorgen, um dadurch den Abgasemissionsreinigungsvorgang
des NOx Katalysators 52a der Einschluss-Reduktionsbauweise
zu fördern.
Die Reduktionsmittelzuführvorrichtung 20 wird
ausführlich
beschrieben.
Andererseits ist der Partikelfilter 52b eine
Art eines Abgasemissionsreinigungskatalysator, der durch Wirkung
des katalytischen Materials in der Lage ist, Partikelteile, wie
z. B. in der Abgasemission enthaltenen
Ruß, zu
verbrennen. Ausführlich
beschrieben, ist der Partikelfilter 52b mit dem katalytischen
Material in der Form eines Filtersubstrats 58 versehen,
das ein Mittel zum Lösen
eines aktivierten Sauerstoffs trägt,
so dass die an dem Filtersubstrat 58 angesammelten oder
gefangenen Partikelteile durch einen Oxidationsvorgang des aktivierten
Sauerstoffs oxidiert und verbrannt werden, wodurch die Partikelteile
entfernt werden.
Das Filtersubstrat 58 hat
eine Bienenwabenstruktur, die aus Cordierit oder einem anderem porösem Material
gefertigt ist und hat eine Vielzahl von sich parallel zu einander
erstreckenden Durchlässen 55, 56,
wie dies in 2 gezeigt
ist. Noch ausführlicher
beschrieben, hat die Bienenwabenstruktur des Filtersubstrats 58 durch
Stecker 55a an ihren stromabwärts liegenden Enden verschlossene
Einlassdurchlässe 55 und
durch Stecker 56a an ihren stromaufwärts liegenden Enden verschlossene
Auslassdurchlässe 56.
Die Einlass- und Auslassdurchlässe 55, 56 sind
in dünnen
Trennwänden 57 definiert
und in der Längs-
und Querrichtung des Filtersubstrats 85 angeordnet.
Die Trennwände 57 haben aus einem
geeigneten Material, wie z. B. Aluminium
(Al2O3), an ihren Außenflächen und
ihren Innenporen ausgebildete Trägerschichten.
Die Trägerschichten
tragen einen Edelmetallkatalysator wie z. B.
Platin (Pt) und das Lösungsmittel
für aktivierten
Sauerstoff, das Sauerstoff in der Umgebungsatmosphäre mit einem
vergleichsweise hohen Sauerstoffkonzentration einschließt und den
eingeschlossenen Sauerstoff als aktivierten Sauerstoff freigibt,
wenn die Sauerstoffkonzentration der Umgebungsatmosphäre gesenkt
ist.
Das Lösungsmittel für aktivierten
Sauerstoff kann zumindest eine der aus einer Gruppe ausgewählten Substanzen
aufweisen, wobei die Gruppe aus folgenden Elementen besteht: Alkalimetallen
wie z. B. Kalium (K), Natrium (Na),
Lithium (Li), Cesium (Cs) und Rubidium (Rb); alkalische Erdmetalle
wie z. B. Barium (Ba), Kalzium (Ca)
und Strontium (Sr); seltene Erdmetalle, wie z. B.
Lanthan (La) und Yttrium (Y); und Übergangsmetallen, wie z. B.
Cer (Ce) und Zinn (Sn).
Bevorzugter Weise hat das Lösungsmittel
für aktivierten
Sauerstoff zumindest ein Alkalimetall und/oder Alkalierdmetall mit
einer höheren
Ionisationsneigung als Kalzium (Ca), dass heißt, zumindest eines aus Kalium
(K), Lithium (Li), Cesium (Cs), Rubidium (Rb), Barium (Ba) und Strontium
(Sr).
In dem wie vorstehend beschrieben
aufgebauten Partikelfilter 52b strömt die Abgasemission durch
die Einlassdurchlässe 55,
Trennwände 57 und Aunlassdurchlässe 56 in
dieser Reihenfolge der Beschreibung, wie dies durch den Pfeil "a" aus 2 angezeigt
ist, so dass die in der Abgasemission enthaltenen Partikelteile,
wie z. B. Ruß, an den Außenflächen und
den Poren der Trennwände 57 gefangen werden,
wenn die Abgasemission durch die Trennwände 57 strömt. Die
von den Trennwänden 57 gefangenen
Partikelteile werden durch aktivierten Sauerstoff oxidiert, dessen
Menge durch Ändern
einer Anzahl, mit der sich die Sauerstoffkonzentration des durch
die Trennwände 57 hindurchströmenden Abgasemission ändert, ansteigt,
wodurch die Partikelteile aus dem Filtersubstrat 58 verbrannt
werden, ohne dabei eine Flamme zu erzeugen.
Bei der Abgasemissionsreinigungsanlage der
vorliegenden Erfindung sind sowohl der Partikelfilter 52b als
auch der NOx Katalysator 52a der Einschluss-Reduktionsbauweise
mit dem Reduktionsmittel in der Form des Kraftmaschinenkraftstoffs (Kohlenwasserstoff:
HC) versehen, indem das Reduktionsmittel in die Abgasemission eingeführt wird, um
dadurch die Sauerstoffkonzentration des in den Partikelfilter 52b hineinströmenden Abgases
zu ändern.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der katalytische Wandler 50, in den der NOx Katalysator 52a der
Einschluss-Reduktionsbauweise und der Partikelfilter 52b eingegliedert
sind, in einem Abgasrohr 11 angeordnet, um die Stickstoffoxide
(NOx) und in der Abgasemission enthaltene Partikelteile, wie z. B.
Ruß, zu
reinigen. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden der NOx
Katalysator 52a der Einschluss-Reduktionsbauweise und der
Partikelfilter 52b einen Abgasemissionsreinigungskatalysator.
Nun wird als nächstes die Reduktionsmittelzuführvorrichtung
20 beschrieben, die zum Fördern des
Abgasemissionsreinigungsvorgangs des NOx Katalysators 52a der
Einschluss-Reduktionsbauweise und des Partikelfilters 52b,
die schon beschrieben wurden, vorgesehen ist.
Die Reduktionsmittelzuführvorrichtung 20 hat
eine Einspritzdüse 21,
die an einem an Auslassöffnungen
(nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 1 verbundenen Auslasskrümmer 12 angebracht
ist und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 22, die
dazu vorgesehen ist, die Brennkraftmaschine 1 zu steuern.
Die Einspritzdüse 21 hat die Form
eines elektromagnetischen Absperrventils, das gemäß einem
in der elektronischen Steuereinheit 22 gespeicherten vorbestimmten
Reduktionsmittelzuführprogramm
gesteuert wird, um eine geeignete Menge von Reduktionsmittel bei
einer geeigneten Zeitgebung in die Abgasemission einzuspritzen.
Die Einspritzdüse 21 ist
an eine Kraftstoffzuführquelle
der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen, so dass der von
der Kraftstoffzuführquelle
zugeführte
Kraftmaschinenkraftstoff als das Reduktionsmittel durch die Einspritzdüse 21 zu
dem katalytischen Wandler 50 zugeführt wird.
Die elektronische Steuereinheit 22 ist
zum Berechnen der erforderlichen Menge und Zeitgebung der Einspritzung
des Reduktionsmittels in die Abgasemission vorgesehen, und zwar
auf der Grundlage einer Ausgabe eines Luft-Kraft-Verhältnissensors 23, der
stromabwärts
des katalytischen Wandlers 50 angeordnet ist, Ausgaben
von Abgasemissionstemperatursensoren 24a, 24b,
die stromaufwärts
bzw. stromabwärts
des katalytischen Wandlers 50 angeordnet sind und verschiedenen
Betriebshysteresewerten, die sich während einem Betrieb der Brennkraftmaschine ändern. Die
elektronische Steuereinheit 22 steuert einen Öffnungsvorgang
der Einspritzdüse 21 gemäß der berechneten
Menge und Zeitgebung zum Einspritzen des Reduktionsmittels. Eine Betätigung zum
Steuern des Öffnungsvorgangs
der Einspritzdüse 21 zum
Steuern der Einspritzung des Reduktionsmittels wird nun ausführlich beschrieben. In
dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
bildet die elektronische Steuereinheit 22 Steuereinrichtungen zum
Steuern des Öffnungsvorgangs
der Einspritzdüse 21.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel
ist dazu angeordnet, die Reduktionsmittelzuführvorrichtung 20 zum
Einspritzen des Kraftmaschinenkraftstoffs als das Reduktionsmittel
in die Abgasemission zu betätigen,
mit dem Zweck, die Abgasemissionsreinigungsvorgänge des NOx Katalysators 52a der
Einschluss-Reduktionsbauweise und des Partikelfilters 52b,
die schon beschrieben wurden, zu fördern.
Die Einspritzdüse 21 ist so an dem
Abgaskrümmer 12 angebracht,
dass die Einspritzdüse 21 an
ihrem Einspritzendabschnitt in den Abgaskrümmer 12 vorsteht,
so dass das offene Einspritzende der Einspritzdüse 21 der Abgasemission
einer hohen Temperatur ausgesetzt ist. Wenn die Temperatur der Abgasemission
ansteigt, werden die in der Abgasemission und dem Kraftmaschinenkraftstoff
(der als Reduktionsmittel eingespritzt wurde) enthaltenen Partikel
an dem offenen Einspritzende der Düse gesammelt und verfestigt,
wodurch ein Risiko ansteigt, dass das offene Ende verstopft, sich
die Sprühform des
durch die Düse
eingespritzten Kraftmaschinenkraftstoffs verschlechtert und sich
andere Nachteile ergeben.
Aus Sicht der vorstehenden Nachteile
ist die Abgasemissionsreinigungsanlage gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
so angeordnet, dass sie die Einspritzdüse 21 an sich kühlt, indem
das Reduktionsmittel durch die Einspritzdüse 21 eingespritzt wird,
wobei deren Öffnungsvorgang
in einem Einspritzdüsenkühlmuster
gesteuert wird, welches sich von einem Einspritzemissionsreinigungsmuster
unterscheidet, das verwendet wird, um den Abgasemissionsreinigungsvorgang
des katalytischen Wandlers 50 zu fördern. Das heißt, wenn
es notwendig wird, die Einspritzdüse 21 zu kühlen, wird
die Einspritzdüse 21 geöffnet, um
das Reduktionsmittel mit einer Temperatur (Umgebungstemperatur)
einzuspritzen, die beträchtlich
geringer als die der Abgasemission ist, so dass die Einspritzdüse 21 durch
das Reduktionsmittel gekühlt
wird.
Das Düsenkühlmuster zum Einspritzen des Reduktionsmittels
wird beschrieben, wobei Unterschiede dieses Düsenkühlmusters mit Bezug auf das Emissionsreinigungsförderungsmuster
klargestellt werden. Das Einspritzen des Reduktionsmittels in dem
Emissionsreinigungsförderungsmuster
zum Fördern
der Abgasemissionsreinigungsvorgänge wird
einfach als "Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung" bezeichnet,
wenn dies geeignet ist, während
das Einspritzen des Reduktionsmittels in dem Düsenkühlmuster zum Kühlen der Einspritzdüse 21 zur
Vereinfachung als "Düsenkühlmuster
der Einspritzung" bezeichnet
wird, wenn dies geeignet ist.
Bevor das Düsenkühlmuster der Einspritzung erklärt wird,
wird das Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung zum Fördern
der Abgasemissionsförderungsvorgänge des
NOx Katalysators 52a der Einschluss-Reduktionsbauweise und
des Partikelfilters 52b beschrieben.
Bei dem Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung wird die Einspritzdüse 21 wiederholtermaßen mehrfach
geöffnet
(alternierend geöffnet
und geschlossen), um eine geeignete Menge des Reduktionsmittels
in die Abgasemission einzuspritzen, und zwar in jedem Einspritzdurchlauf,
wie dies in 3 gezeigt
ist. Dieser Einspritzdurchlauf wird bei einem vorbestimmten Zeitintervall
von mehreren Sekunden bis mehreren Dutzend Sekunden wiederholt.
Zum Fördern der Abgasemissionsreinigungsvorgänge des
Emissionsreinigungskatalysators 52 ist es notwendig, die
Sauerstoffkonzentration des in den Emissionsreinigungskatalysators 52 hineinströmenden Abgases
an lokalen Abschnitten eines Abgasemissionsstroms zu verringern.
Zu diesem Zweck ist die vorliegende Emissionsreinigungsanlage so
angeordnet, dass eine vergleichsweise große Menge des Reduktionsmittels
in den Abgasemissionsstrom in jedem Einspritzdurchlauf eingespritzt wird,
so dass die Sauerstoffkonzentration der Abgasemission an den lokalen
Abschnitten des Stroms niedrig gemacht wird. Um die Sauerstoffkonzentration
der Abgasemission wirkungsvoll zu senken, ist es vorzuziehen, die
Einspritzdüse 21 in Übereinstimmung
mit einem Pulsieren der Abgasemission, welches in dem Abgasrohr 11 stattfindet,
zu öffnen.
Bei dem Düsenkühlmuster der Einspritzung wird
andererseits das Reduktionsmittel öfter bei einer höheren Frequenz
mit einer geringeren Menge in jedem Einspritzvorgang der Einspritzdüse 21 eingespritzt,
wie dies in 4 gezeigt
ist, als in dem Emissionsreinigungsförderungsmuster der Einspritzung, in
dem die Einspritzdüse 21 mehrmals
in jedem Einspritzdurchlauf geöffnet
ist. Das heißt,
die Einspritzmenge des Reduktionsmittels bei jedem Einspritzvorgang
der Einspritzdüse 21 in
dem in 4 gezeigten Düsenkühlmuster
der Einspritzung ist ausreichend kleiner als eine Einspritzgesamtmenge
des Reduktionsmittels in jedem Einspritzdurchlauf in dem in 3 gezeigten Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung. Außerdem
ist die höhere Frequenz
der Einspritzung in dem Düsenkühlmuster der
Einspritzung so zu interpretieren, dass das Zeitintervall zwischen
den angrenzenden Öffnungsvorgängen der
Einspritzdüse 21 in
dem Düsenkühlmuster der
Einspritzung ausreichend kürzer
als das Zeitintervall (mehrere Sekunden bis mehrere zig Sekunden)
zwischen den angrenzenden Einspritzdurchläufen in dem Emissionsreinigungsfördermuster
der Einspritzung ist. Das heißt,
das Düsenkühlmuster
der Einspritzung wird ausgeführt,
um das Reduktionsmittel bei einer vergleichsweise hohen Frequenz
mit einer vergleichsweise geringen Menge in jedem Einspritzvorgang
der Einspritzdüse 21 einzuspritzen,
um die Einspritzdüse 21 zu
kühlen.
Die Anzahl der Öffnungsvorgänge der Einspritzdüse 21 (Einspritzfrequenz
des Reduktionsmittels) in dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung wird gemäß einem
Verhältnis
aus 5 zwischen der Temperatur
der Einspritzdüse 21 und
der Einspritzfrequenz optimiert, welches durch Versuche erhalten wurde,
die bei unterschiedlichen Einspritzfrequenzwerten bei einer vorbestimmten
konstanten Reduktionsmitteleinspritzgesamtmenge durchgeführt wurden.
Unter Bezugnahme auf 5 wird die Bestimmung der Anzahl der Öffnungsvorgänge der
Einspritzdüse 21 beschrieben.
In einem Koordinatensystem aus 5 ist
die Temperatur der Einspritzdüse 21 entlang
der Ordinate aufgetragen während
die Anzahl der Öffnungsvorgänge (Einspritzfrequenz)
entlang der Abszisse aufgetragen ist. Die Anzahl der Öffnungsvorgänge steigt
mit einer Abnahme der Einspritzmenge in jedem Einspritzvorgang nach
rechts an, wie dies in dem Graph aus 5 zu
sehen ist. Eine Kurve in dem Graph gibt die Temperatur der Einspritzdüse 21 wieder,
die mit der Anzahl ihrer Öffnungsvorgänge variiert.
Es kann verstanden werden, dass der Verringerungsbetrag der Temperatur
der Einspritzdüse 21 mit
einer Abnahme der Temperatur ansteigt, wie dies durch die Kurve
wiedergegeben wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anzahl
der Öffnungsvorgänge (Einspritzfrequenz)
in dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung auf einen optimalen Wert gesetzt (der in 5 durch Punkt A angezeigt
ist), bei dem der Temperaturabsenkungsbetrag der Einspritzdüse 21 in
dem Versuch als am größten gefunden
wurde.
Es wird angemerkt, dass die vergleichsweise kleine
Anzahl von Öffnungsvorgängen in
jedem Einspritzdurchlauf in dem Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung durch den in 5 angezeigten
Punkt B wiedergegeben wird, bei dem die Einspritzmenge des Reduktionsmittels
vergleichsweise groß ist.
Das Reduktionsmittel wird nämlich
in dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung bei einer höheren
Frequenz als in dem Emissionsreinigungsförderungsmuster der Einspritzung
eingespritzt.
Wie aus dem Graph aus 5 ersichtlich ist, nimmt
die Kühlwirkung
der Einspritzdüse 21 durch die
Einspritzung des Reduktionsmittels ab, wenn die Anzahl der Öffnungsvorgänge der
Einspritzdüse 21 von
dem Optimalwert (durch Punkt A angezeigt) ansteigt. Dieses Phänomen tritt
aufgrund einer durch einen ungeeigneten Öffnungsvorgang der Einspritzdüse 21 bei
einem übermäßig kurzen
Einspritzzeitintervall (bei einer außergewöhnlich hohen Einspritzfrequenz)
verursachten Unzulänglichkeit
in der Reduktionsmitteleinspritzmenge auf. Das heißt, die
Anzahl der Öffnungsvorgänge der
Einspritzdüse 21 wird
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ebenso unter Berücksichtigung
der mechanischen Kennzeichen (dynamischen Kennzeichen) der Einspritzdüse 21 bestimmt.
Bei dem Düsenkühlmuster der Einspritzung, bei
dem die Anzahl der Reduktionsmitteleinspritzungen wie vorstehend
beschrieben bestimmt wird, wird das Reduktionsmittel bei einem vorbestimmten
Zeitintervall eingespritzt. Das heißt, die Öffnungsvorgänge der Einspritzdüse 21 werden
mit dem Pulsieren der Abgasemission in dem Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung synchronisiert, während andererseits die Öffnungsvorgänge in dem
Düsenkühlmuster
der Einspritzung so gesteuert werden, dass sie bei einem vorbestimmten
Zeitintervall stattfinden, ohne dabei mit dem Pulsieren der Abgasemission
synchronisiert zu werden. Somit wird das Düsenkühlmuster der Einspritzung so
bestimmt, dass das Reduktionsmittel vergleichsweise oft mit einer
vergleichsweise geringen Menge in jedem Einspritzvorgang der Einspritzdüse 21 eingespritzt
wird, um die Wirksamkeit der Temperaturverringerung der Einspritzdüse 21 zu
verbessern.
Das bestimmte Düsenkühlmuster der Einspritzung wird
auch in Hinsicht auf eine Notwendigkeit zum Verhindern des Überhitzens
(thermischer Verschlechterung) des Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 benötigt.
Für
den alleinigen Zweck, die Einspritzdüse 21 zu kühlen, kann
die Einspritzdüse 21 in
dem Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung gekühlt
werden. Jedoch würden
wiederholte Einspritzungen des Reduktionsmittels zum Fördern der
Abgasemissionsreinigungsvorgänge
während
dem Verhindern des Überhitzens der
Einspritzdüse 21 einen übermäßigen Anstieg
der Temperatur des Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 aufgrund
der durch eine Reaktion zwischen dem Reduktionsmittel und dem katalytischen
Material verursachen, und zwar als ein Ergebnis aus der Einspritzung
einer relativ großen
Zuführmenge
des Reduktionsmittels zu dem Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 bei einer
hohen Einspritzfrequenz.
Das Düsenkühlmuster der Einspritzung,
in dem das Reduktionsmittel relativ oft mit einer vergleichsweise
geringen Menge in jedem Einspritzvorgang eingespritzt wird, verursacht
keinen übermäßig großen Variationsbetrag
der Sauerstoffkonzentration der Abgasemission und ergibt keine Förderung
der Abgasemissionsreinigungsvorgänge
des Abgasemissionsreinigungskatalysators 52. Daher ermöglicht das
Düsenkühlmuster
der Einspritzung das Kühlen der
Einspritzdüse 21,
während
ein übermäßiger Temperaturanstieg
des Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 verhindert wird, wie
dies in 6 gezeigt ist.
Die Temperatur des Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 ist
als ein Ergebnis eines Temperaturanstiegs der Abgasemission insbesondere
während einem
Betrieb der Brennkraftmaschine 1 bei einem Hochlastzustand
beträchtlich
erhöht.
In diesem Fall erfüllt
das Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung alleine nicht einen Bedarf zum Kühlen der
Einspritzdüse 21.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ermöglicht
jedoch das Düsenkühlmuster
der Einspritzung die Kühlung
der Einspritzdüse 21 während ein übermäßiger Temperaturanstieg
des Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 verhindert
wird. Dem entsprechend ist das Düsenkühlmuster
der Einspritzung zum Kühlen
der Einspritzdüse 21 vorteilhaft,
um so die thermische Verschlechterung des Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 über einen
relativ breiten Betriebszustandsbereich der Brennkraftmaschine 1 zu
minimieren.
Nun wird ein Umschalten zwischen
dem Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung und dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung beschrieben.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel speichert
die elektronische Steuereinheit 22 ein Datenkennfeld, das
vorbereitet wurde, um einen aus verschiedenen Reduktionsmitteleinspritzmodi
auszuwählen,
und zwar in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1, der sich
auf das Überhitzen
der Einspritzdüse 21 bezieht.
Wenn es notwendig wird, die Einspritzdüse 21 in dem gegenwärtigen Betriebszustand
der Brennkraftmaschine 1 zu kühlen, wird wahlweise einer
der Modi aufgestellt, der das Düsenkühlmuster
der Einspritzung verwendet.
7 zeigt
das vorstehend erwähnte
Datenkennfeld, das zur Auswahl eines der unterschiedlichen Reduktionsmitteleinspritzmodi
verwendet wird. Dieses Datenkennfeld verwendet die Betriebsdrehzahl
und das Achsendrehmoment (Ausgabe) der Brennkraftmaschine 1 als
Betriebsparameter der Kraftmaschine 1, die sich auf das Überhitzen
der Einspritzdüse 21 beziehen
und aufgrund dessen der geeignete Einspritzmodus gewählt wird.
Um den zu dem bestimmten Betriebszustand der Kraftmaschine 1 passenden
Einspritzmodus auszuwählen,
berechnet die elektronische Steuereinheit 22 die gegenwärtige Betriebsdrehzahl
und das Axialdrehmoment der Kraftmaschine 1 auf Grundlage
von Ausgabesignalen verschiedener Sensoren (beispielsweise Kurbelwellenpositionssensor,
Lastsensor), die an der Kraftmaschine 1 vorgesehen sind
und auf der Grundlage von Betriebshysteresewerten (beispielsweise
Kraftstoffverbrauchsverhältnis),
die in der elektronischen Steuereinheit 22 gespeichert
sind. Die elektronische Steuereinheit 22 wählt den
für den
gegenwärtig
ausgewählten
Betriebszustand der Kraftmaschine 1 geeigneten Einspritzmodus
auf der Grundlage der berechneten Drehzahl und des berechneten Drehmoments
der Kraftmaschine 1 und gemäß dem Datenkennfeld aus 7 aus.
Wie in 7 gezeigt
ist, definiert das Datenkennfeld drei Einspritzmodi entsprechend
jeweiligen Bereichen A, B und C in dem Koordinatensystem, in dem
das Kraftmaschinendrehmoment entlang der Ordinate abgetragen ist,
während
die Kraftmaschinendrehzahl entlang der Abszisse abgetragen ist. Die
Bereiche A, B und C werden als "Niederlastbereich
A", "Mittel-/Hochlastbereich
B" bzw. "Hochlastbereich C" bezeichnet.
In dem Niederlastbereich A, in dem
das Drehmoment und die Drehzahl der Kraftmaschine 1 klein
und gering sind, ist die Temperatur der Abgasemission vergleichsweise
niedrig und der Betrag des Temperaturanstiegs der Einspritzdüse 21 ist
nicht so groß.
Während
sich der Betriebszustand der Kraftmaschine 1 in diesem
Niederlastbereich A befindet, wird daher lediglich das Emissionsreinigungsfördermuster
der Einspritzung ausgeführt,
um die Abgasemissionsreinigungsvorgänge des Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 zu
fördern.
In dem Mittel-/Hochlastbereich B,
ist die Temperatur der Einspritzdüse 22 als ein Ergebnis
aus einem Temperaturanstieg der Abgasemission relativ beträchtlich
erhöht.
Daher werden in diesem Mittel-/Hochlastbereich B sowohl das Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung als auch das Düsenkühlmuster
der Einspritzung ausgeführt, um
die Einspritzdüse 21 zu
kühlen,
während
die Abgasemissionsreinigungsvorgänge
gefördert
werden. Diese beiden Einspritzmuster können beispielsweise in einer
in 8 gezeigten Art und
Weise ausgeführt werden.
Bei diesem bestimmten Beispiel aus 8 ist
die Düsenkühleinspritzung
zwischen den benachbarten Durchläufen
der Emissionsreinigungsförderungseinspritzung
d. h., während jedem Zeitintervall (in
diesem Ausführungsbeispiel
mehrere Sekunden bis zu mehreren Dutzend Sekunden) angeordnet, in dem
die Emissionsreinigungsförderungseinspritzung nicht
ausgeführt
wird.
In dem Hochlastbereich C ist die
Temperatur des Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 als ein
Ergebnis eines beträchtlichen
Temperaturanstiegs der Abgasemission beträchtlich angestiegen. In diesem
Hochlastbereich C wird daher das Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung nicht ausgeführt
oder wird beendet, um die thermische Verschlechterung des Katalysators 52 zu
verhindern und es wird lediglich das Düsenkühlmuster der Einspritzung ausgeführt, um
die Einspritzdüse 21 zu
kühlen.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist
die vorliegende Abgasemissionsreinigungsanlage angeordnet, um die
Einspritzdüse 21 durch
Auswählen
eines der den Bereichen B und C entsprechenden Einspritzmodi zu
kühlen,
welche das Düsenkühlmuster der
Einspritzung enthalten, wenn es notwendig ist, die Düse 21 zu
kühlen,
d. h., das Überhitzen der Einspritzdüse 21 zu
verhindern.
Die vorliegende Abgasemissionsreinigungsanlage
ist ferner so angeordnet, dass die Öffnungszeit der Einspritzdüse 21 für zumindest
einen Öffnungsvorgang
des Düsenkühlmusters
der Einspritzung länger
als die Öffnungszeit
für die
anderen Öffnungsvorgänge des
Düsenkühlmusters
eingestellt ist, wie dies beispielsweise in 9 gezeigt ist.
Ausführlich beschrieben, wird die
Einspritzdüse 21 für eine vergleichsweise
lange Zeit an zumindest einer ausgewählten Gelegenheit des Düsenkühlmusters
der Einspritzung offengehalten, um eine Durchdringungskraft des
Reduktionsmittels, d. h. eine Kraft,
mit der eine Ablagerung (beispielsweise Ruß), die sich an der Einspritzdüse 21 gesammelt hat,
mit dem eingespritzten Reduktionsmittel weggeblasen wird, zu erhöhen, um
somit die Ablagerungsmenge während
dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung zu minimieren. Der Graph aus 10 zeigt ein Verhältnis zwischen der Öffnungszeit
der Einspritzdüse 21 und
der Durchdringungskraft der Reduktionsmittels. Von dem Graph aus 10 soll verstanden werden,
dass die Durchdringungskraft mit einer Zunahme der Öffnungszeit
der Einspritzdüse 21 ansteigt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist der Öffnungsvorgang
der Einspritzdüse 21,
der jedem für
die verlängerte Öffnungszeit
beibehaltenden Öffnungsvorgang
folgt, verzögert,
um den unnötigen Verbrauch
des Reduktionsmittels zu verringern, wie dies ebenso in 9 angezeigt ist. Das heißt, es wird als
ein Ergebnis jedes Öffnungsvorgangs
für die
verlängerte Öffnungszeit
eine Reduktionsmenge eingespritzt, die größer als die Menge ist, die
als eine Ergebnis der anderen oder normalen Öffnungsvorgänge eingespritzt wird, so dass
die Temperatur der Einspritzdüse 21 zeitweise
verringert ist, wie dies erforderlich ist, so dass ein weiteres
Kühlen
der Einspritzdüse 21 für eine relativ
lange Zeit nach dem Öffnungsvorgang
für die
verlängerte Öffnungszeit
nicht notwendig ist. Aus diesem Grund ist eine relativ lange einspritzfreie
Zeit nach jeder verlängerten Öffnungszeit
der Einspritzdüse 21 vorgesehen,
um den unnötigen
Verbrauch des Reduktionsmittels zu verringern.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist
die vorliegende Abgasemissionsreinigungsanlage so angeordnet, um
die Einspritzdüse 21 durch
Steuern der Öffnungsvorgänge in dem
vorbestimmten Düsenkühlmuster
der Einspritzung effizient zu kühlen,
welches sich von dem Emissionsreinigungsförderungsmuster der Einspritzung
unterscheidet. Ferner ist das Düsenkühlmuster
der Einspritzung so formuliert, dass eine kleinere Reduktionsmittelmenge
bei einer höheren
Frequenz als in dem Emissionsreinigungsförderungsmuster der Einspritzung eingespritzt
wird, so dass die Einspritzdüse 21 gekühlt werden
kann, während
die Reduktionsmittelverbrauchsmenge minimiert wird und ein übermäßiger Temperaturanstieg des
Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 über einen
breiten Betriebszustandsbereich der Brennkraftmaschine 1 verhindert
wird.
Die vorliegende Erfindung ist so
zu verstehen, dass sie nicht auf die Details des vorstehend lediglich
für veranschaulichende
Zwecke beschriebenen Ausführungsbeispiel
begrenzt ist, sondern innerhalb unterschiedlicher Änderungen
ausgeführt
werden kann.
Während
die Einspritzfrequenz in dem dargestellten Düsenkühlmuster der Einspritzung auf
den in 5 angezeigten
optimalen Wert eingestellt ist, ändert
sich die optimale Einspritzfrequenz tatsächlich auf eine gewisses Ausmaß in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand der Kraftmaschine 1. Dementsprechend
kann die Einspritzfrequenz durch eine auf der Grundlage des erfassten
Betriebszustands der Kraftmaschine 1 erfassten geeigneten
Menge und gemäß eines
vorbereiteten Datenkennfelds, das ein Verhältnis zwischen dem Betriebszustand
und der optimalen Einspritzfrequenz repräsentiert, angepasst oder kompensiert
werden.
Die optimale Einspritzmenge des Reduktionsmittels
in dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung variiert von Zeit zu Zeit in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand der Kraftmaschine 1. Dementsprechend
kann, wie auch die Einspritzfrequenz, die Einspritzmenge durch eine
auf der Grundlage des erfassten Kraftmaschinenbetriebszustands bestimmten
geeigneten Menge und gemäß einem
vorbereiteten Datenkennfeld, das ein Verhältnis zwischen dem Betriebszustand
und der optimalen Einspritzmenge wiedergibt, angepasst oder kompensiert
werden, so dass die Einspritzdüse 21 durch
die in Abhängigkeit von dem
Kraftmaschinenbetriebszustand bestimmten optimalen Reduktionsmitteleinspritzmenge
gekühlt
wird.
In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
wird die Bestimmung, ob die Einspritzdüse 21 gekühlt werden
sollte oder nicht gemäß dem Datenkennfeld
bewirkt, welches die Betriebsparameter der Kraftmaschine 1 verwendet,
die sich auf die Temperatur der Einspritzdüse 21 beziehen. Das
Düsenkühlmuster
der Einspritzung kann jedoch auch auf der Grundlage einer Ausgabe
eines Temperatursensors gewählt
werden, der an der Einspritzdüse 21 zum
Erfassen seiner Temperatur angebracht ist. Das heißt, der
Einspritzmodus zum Kühlen
der Einspritzdüse 21 wird
ausgewählt,
wenn durch den Temperatursensor ein Temperaturanstieg der Einspritzdüse 21 über einen
vorbestimmten oberen Grenzwert erfasst wird. Die in der Abgasemissionsreinigungsanlage
erhältlichen
Einspritzmodi sind nicht auf die drei in 7 gezeigten Modi begrenzt und können durch
andere Kombinationen von unterschiedlichen Einspritzmodi ersetzt
werden, wie dies erforderlich scheint. In diesem Fall kann die Frequenz
und Menge der Einspritzung auf der Grundlage der Ausgabe des Temperatursensors
wie erforderlich angepasst oder kompensiert werden.
In dem veranschaulichtem Ausführungsbeispiel
ist das Emissionsreinigungsförderungsmuster der
Einspritzung zum Fördern
der Abgasemissionsreinigungsvorgänge
des Katalysators 52 so angeordnet, dass die Einspritzdüse 21 in
jedem Einspritzdurchlauf mehrfach geöffnet wird und dieser Durchlauf
wird bei einem vorbestimmten Zeitintervall wiederholt, wie in 3 gezeigt ist, um so die
Sauerstoffkonzentration an lokalen Abschnitten des Abgasemissionsstroms
zu senken. Die Emissionsreinigungsfördereinspritzung ist jedoch
nicht auf die aus 3 begrenzt,
sondern kann unter der Voraussetzung, dass eine relativ große Menge
des Reduktionsmittels für
eine relativ kurze Zeitspanne eingespritzt wird, auf andere Art
und Weise bewirkt werden.
Das Düsenkühlmuster der Einspritzung ist nicht
auf das des veranschaulichten Ausführungsbeispiels beschränkt, in
dem die Zeitgebung der Öffnungsvorgänge der
Einspritzdüse 21 für die Düsenkühleinspritzung
durch das Emissionsreinigungsfördermuster
der Einspritzung bestimmt sind, wie in 9 gezeigt ist. Das heißt, das
Düsenkühlmuster der
Einspritzung kann auf andere Weise formuliert werden, um die Einspritzdüse 21 ungeachtet
des Emissionsreinigungsfördermusters
der Einspritzung zu kühlen.
Während
die Einspritzdüse 21 durch
Zirkulieren eines Kühlmittels,
das mit der Einspritzdüse
in Kontakt ist, gekühlt
werden kann. Die Verwendung des Reduktionsmittels zum Kühlen der
Einspritzdüse 21 gemäß dem Prinzip
der vorliegenden Erfindung ist jedoch darin vorteilhaft, dass die
in der herkömmlichen
Abgasemissionsreinigungsanlage existierende Vorrichtung verwendet
wird.
Vorrichtung und Verfahren zum Reinigen
einer Abgasemission von einer Brennkraftmaschine (1), mit
einem Abgasemissionsreinigungskatalysator (52), der in
einem Auslassdurchlass (11) der Brennkraftmaschine (1)
angeordnet ist und der in der Lage ist, einen Abgasemissionsreinigungsvorgang
zum Reinigen der Abgasemission von der Kraftmaschine durchzuführen, so
dass der Abgasemissionsreinigungsvorgang durch ein Reduktionsmittel
gefördert wird,
das in die Abgasemission durch eine Einspritzdüse (21) eingespritzt
wird, die an einem Abschnitt des Auslassdurchlasses stromaufwärts des
Katalysators angeordnet ist und die so betätigt werden kann, dass das
Reduktionsmittel in die in den Katalysator strömende Abgasemission eingespritzt
werden kann, um den Abgasemissionsreinigungsvorgang zu fördern, wobei Steuerungseinrichtungen
(22) zum Steuern der Öffnungsvorgänge der
Einspritzdüse zum
Bewirken eines Düsenkühlmusters
der Einspritzung des Reduktionsmittels in die Abgasemission vorgesehen
ist, um das Einspritzventil zu kühlen,
um so einen übermäßigen Temperaturanstieg
der Einspritzdüse
als ein Ergebnis eines Kontakts der Einspritzdüse mit der Abgasemission zu
verhindern, so dass sich das Düsenkühlmuster
der Einspritzung von einem Emissionsreinigungsförderungsmuster der Einspritzung
zum Fördern
des Abgasemissionsreinigungsvorgangs unterscheidet, wodurch die
Einspritzdüse
(21) wirksam gekühlt
wird.