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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Abgasreinigungsanlage
und ein Verfahren für
eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Abgasreinigungsanlage,
die mit einer Einspritzdüse
zum Einspritzen eines Reduktionsmittels auf einen in einem Abgasdurchlass
angeordneten Abgasreinigungskatalysator versehen ist und auf ein
durch eine solche Anlage ausgeübtes
Abgasreinigungsverfahren.
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Unterschiedliche
Maßnahmen
werden ergriffen, um die Emissionsmenge von Stickstoffoxiden (NOx)
und anderen schädlichen
Komponenten von einer mager verbrennenden Brennkraftmaschine, wie
zum Beispiel einer Dieselbrennkraftmaschine, zu verringern. Eine
dieser technischen Maßnahmen
zur Abgasreinigung ist die Verwendung einer Abgasreinigungsanlage,
die mit einem Mager-NOx-Katalysator und einer Reduktionsmittelzuführvorrichtung
versehen ist.
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Der
Mager-NOx-Katalysator ist ein Abgasreinigungskatalysator, der in
der Lage ist, hauptsächlich in
dem Abgas enthaltene Stickstoffoxide (NOx) zu entfernen. Ausführlicher
beschrieben, führt
der Mager-NOx-Katalysator einen Abgasreinigungsvorgang durch, um
die Stickstoffoxide (NOx) in dem Abgas einzuschließen, wenn
die Abgasemission eine vergleichsweise hohe Sauerstoffkonzentration
hat, und er verursacht eine Reaktion der eingeschlossenen Stickstoffoxide
(NOx) mit den 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,
d.h., wenn die in den Katalysator hinein strömende Abgasemission ein vergleichsweise
niedriges Luft-Kraftstoff-Verhältnis
hat.
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Andererseits
ist die Reduktionsmittelzuführvorrichtung
für gewöhnlich in
einer mager verbrennenden Brennkraftmaschine vorgesehen, die in
einem Zustand von übermäßigen Sauerstoff
betreib bar ist, um ein Reduktionsmittel in der Form eines Brennkraftmaschinenkraftstoffs
in die von der Kraftmaschine ausgelassene Abgasemission einzuführen, um die
Sauerstoffkonzentration der Abgasemission zu verringern und um zur
selben Zeit den Mager-NOx-Katalysator mit einer unverbrannten Komponente
in der Form von Kohlenwasserstoff (HC) zu versorgen, um den Abgasemissionsreinigungsvorgang
des Mager-NOx-Katalysators
zu beschleunigen.
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Ausführlicher
beschrieben ist in einem Abschnitt eines Abgasrohrs stromaufwärts des
Mager-NOx-Katalysators eine Einspritzdüse angeordnet. Um die Abgasemissionsreinigungsbetätigung des
Mager-NOx-Katalysators zu beschleunigen, wird der Brennkraftmaschinenkraftstoff
als das Reduktionsmittel durch die Einspritzdüse in die Abgasemission eingespritzt.
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Übrigens
ist die Einspritzdüse
so angeordnet, dass die Düse
teilweise in das Abgasrohr vorsteht, so dass das offene Einspritzende
der Düse
der Abgasemission mit einer hohen Temperatur ausgesetzt ist. Da
die Temperatur der Abgasemission erhöht ist, werden in der Abgasemission
und dem Brennkraftmaschinenkraftstoff (welcher als Reduktionsmittel
eingespritzt wurde) enthaltene Partikel an dem offenen Einspritzende
der Düse
angesammelt und verfestigt, wodurch das Risiko ansteigt, dass das offene
Ende verstopft, sich die Einsprühform
des durch die Düse
eingespritzten Kraftmaschinenkraftstoffs verschlechtert und sich
andere Nachteile ergeben können.
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Das
heißt,
ein Anstieg der Temperatur der Einspritzdüse verursacht verschiedene
Nachteile, wie dies vorstehend beschrieben ist. In der mit der Einspritzdüse zum Einspritzen
von Reduktionsmittel versehenen Reduktionsmittelzuführvorrichtung
ist es daher erforderlich, die Einspritzdüse zu kühlen, wenn dies nötig ist.
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Ein
Kraftstoffeinspritzsystem mit durch Kraftstoff kühlbaren Einspritzdüsen ist
in der Offenlegungsschrift
DE
198 47 388 A1 offenbart. Dabei erfolgt eine Kühlung der
Einspritzdüsen
mit einem in Abhängigkeit
der Motorbetriebsparameter geregelten Kraftstoffvolumenstrom.
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Die
vorliegende Erfindung wurde in Hinsicht auf den vorstehend erläuterten
Stand der Technik getätigt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Technik zu schaffen, die ein effizientes Kühlen der Einspritzdüse der Reduktionsmittelzuführvorrichtung
ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Vorrichtungsanspruch 1 beziehungsweise
durch die Merkmale des Verfahrensanspruchs 8 gelöst.
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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, wobei 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
eine Steuereinrichtung 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.
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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, wobei 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.
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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.
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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.
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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
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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1 eine
schematische Ansicht ist, die eine Abgasemissionsreinigungsanlage
gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung veranschaulicht;
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2 eine
Ansicht ist, die einen inneren Aufbau eines Partikelfilters zeigt,
der in der Abgasemissionsreinigungsanlage aus 1 vorgesehen
ist;
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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;
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4 eine
Ansicht ist, die eine Wellenform oder ein Muster des Einspritzens
des Reduktionsmittels zum Kühlen
der Einspritzdüse
in der Abgasemissionsreinigungsanlage aus 1 veranschaulicht;
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5 ein
Graph ist, der Verhältnisse
zwischen der Temperatur der Einspritzdüse und der Einspritzfrequenz
des Reduktionsmittels anzeigt;
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6 ein
Graph ist, der Verhältnisse
zwischen der Einspritzanzahl des Reduktionsmittels und der Temperatur eines
in der Anlage aus 1 vorgesehenen Abgasemissionsreinigungskatalysators
anzeigt;
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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;
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8 eine
Ansicht ist, die ein Beispiel einer Reduktionsmitteleinspritzwellenform
zeigt, wenn Emissionsreinigungsförderungseinspritzung
und Einspritzdüsenkühleinspritzung
in der Anlage aus 1 wechselweise ausgeführt werden;
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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
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10 ein
Graph ist, der ein Verhältnis
zwischen der Durchdringungskraft der Einspritzung und einer Öffnungszeit
eines Ventils der Einspritzdüse zeigt.
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Nun
wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ein erklärendes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ausführlich
beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Reduktionsmittelzuführvorrichtung 20 hat
eine Einspritzdüse 21,
die an einem an Auslassöffnungen
(nicht gezeigt) der Brennkraftmaschine 1 verbundenen Auslasskrümmer 12 angebracht
ist und eine als Steuereinrichtung dienende elektronische Steuereinheit
(ECU) 22, die dazu vorgesehen ist, die Brennkraftmaschine 1 zu
steuern.
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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.
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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 katalytischer. 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 als Abgasdurchlass
dienenden Abgasrohr 11 stattfindet, zu öffnen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das
bestimmte Düsenkühlmuster
der Einspritzung wird auch in Hinsicht auf eine Notwendigkeit zum
Verhindern des Überhitzens
(thermischer Verschlechterung) des Abgasemissionsreinigungskatalysators 52 benötigt.
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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.
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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.
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Nun
wird ein Umschalten zwischen dem Emissionsreinigungsförderungsmuster
der Einspritzung und dem Düsenkühlmuster
der Einspritzung beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.