DE112015003782T5

DE112015003782T5 - Steuervorrichtung und Steuerverfahren für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät sowie ein Reduktionsmitteleinspritzgerät

Info

Publication number: DE112015003782T5
Application number: DE112015003782.9T
Authority: DE
Inventors: Fumiyasu Kurogi; Wataru Domon; Atsushi Kikuchi; Akira Kunishima; Syogo Tashiro; Eiji Nakao; Hiroyuki Watanabe
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2014-10-23
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2017-05-11
Also published as: AU2015334175A1; US10240504B2; JPWO2016063697A1; JP6274698B2; CN107076001B; AU2015334175B2; CN107076001A; WO2016063697A1; US20170321582A1

Abstract

Durch effizientes Erwärmen des Einspritzventils den kristallisierten Harnstoff schnell schmelzen, damit der Stromverbrauch von Batterie reduziert, und eine Verschlechterung der Spule unterdrückt werden kann. Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät, welche die Steuerung so ausführt, dass ein Reduktionsmittel beim Anlassen eines Verbrennungsmotors in das Reduktionsmitteleinspritzgerät gefüllt wird, und mittels eines Einspritzventils das Reduktionsmittel in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, wobei die Steuervorrichtung weist ein Bestromungssteuerteil auf, welches die Bestromung so steuert, dass die Spule des Einspritzventils während einer vorgegebenen Zeitdauer bestromt wird, nachdem die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat, um das Einspritzventil zu erwärmen, damit das Schmelzen des im Einspritzventil kristallisierten Reduktionsmittels beschleunigt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren zur Steuerung des Reduktionsmitteleinspritzgeräts zum Einspritzen von Reduktionsmittel in den Abgaskanal eines Verbrennungsmotors sowie ein Reduktionsmitteleinspritzgerät.
Hintergrundtechnik
Ein Abgas aus einem in einem Fahrzeug eingebauten Verbrennungsmotor wie Dieselmotor enthält NOx (Stickoxide). Als Vorrichtung zur Reinigung des Abgases wird das Harnstoff-SCR(Selektive Katalytische Reduktion)-System in der Praxis eingesetzt, welches NOx durch Reduktion in Stickstoff, Wasserdampf u.a. zerlegt. Im Harnstoff-SCR-System wird Harnstoffwasserlösung als Reduktionsmittel verwendet, und NOx im Abgas wird durch Reaktion mit Ammoniak zerlegt.
Solches Harnstoff-SCR-System weist einen im Abgaskanal angeordneten selektiven Reduktionskatalysator und ein Reduktionsmitteleinspritzgerät aus, welches die Harnstoffwasserlösung in den Abgaskanal am Oberlauf des selektiven Reduktionskatalysators einspritzt. Der selektive Katalysator hat die Funktion, Ammoniak, das durch Zerlegung der Harnstoffwasserlösung erzeugt wird, zu adsorbieren, und die Reduktionsreaktion von NOx im einströmenden Abgas mit Ammoniak zu fördern. Das Reduktionsmitteleinspritzgerät weist eine Pumpe, die die im Speicherbehälter untergebrachte Harnstoffwasserlösung unter Druck fördert, ein Einspritzventil, das die mittels der Pumpe geförderte Harnstoffwasserlösung einspritzt, und ein Steuergerät, das die Pumpe und das Einspritzventil steuert, auf.
Harnstoffwasserlösung, die im Harnstoff-SCR-System verwendet wird, hat je nach ihrer Konzentration unterschiedliche Gefriertemperatur. Aber ihre tiefste Gefriertemperatur beträgt ca. –11°C. Daher, um zu vermeiden, dass die Harnstoffwasserlösung während des Parkens gefriert, so dass das Volumen wächst, und die Pumpe, das Einspritzventil oder die Rohrleitung, durch die die Harnstoffwasserlösung fließt, beschädigt werden, wird bei stillstehendem Verbrennungsmotor die im Gerät verbleibende Harnstoffwasserlösung in den Speicherbehälter zurückgeführt. Die zurückgeführte Harnstoffwasserlösung wird beim nächsten Anlaufen des Verbrennungsmotors wieder in das Gerät gefüllt.
Bei einem SCR-System kann es vorkommen, dass Wasser verdampft und der Harnstoff sich kristallisiert, wenn bei stillstehendem Verbrennungsmotor die im Einspritzventil verbleibende Harnstoffwasserlösung durch die von der Abgasleitung übertragene Wärme erwärmt wird. Konkret heißt dies, dass durch Verdampfung des Wassers der Harnstoff sich kristallisiert, oder wenn das Einspritzventil, nachdem die Konzentration der Harnstoffwasserlösung durch Verdampfung des Wassers erhöht wurde, auf die Außenlufttemperatur abgekühlt wird, das Harnstoffanteil, das nicht in die Wasserlösung gelöst werden kann, sich kristallisiert. Wenn sich der Harnstoff kristallisiert, wird der Ventilkörper des Einspritzventils festgeklebt, und es kann zu einem Funktionsfehler des Einspritzventils beim nächsten Anlassen des Verbrennungsmotors führen.
Jedoch, da sich der kristallisierte Harnstoff leicht in Wasser lösen lässt, wird der Funktionsfehler des Einspritzventils durch Zuführung der Harnstoffwasserlösung beseitigt. Außerdem schmelzt ein solcher Kristall bei hoher Temperatur, so dass der Funktionsfehler des Einspritzventils durch die Wärme, die bei erhöhter Abgastemperatur über die Abgasleitung übertragen wird, beseitigt. Aber, da der kristallisierte Harnstoff auch während des Anlassens des Verbrennungsmotors in die Harnstoffwasserlösung gelöst wird, und das Abgas auch während der Zeit, in der der kristallisierte Harnstoff durch Abgaswärme gechmolzen wird, entsteht, ist es wünschenswert, den Harnstoffkristall rasch zu schmelzen.
Es ist eine Technik bekannt, die zwar keine Technik zum Schmelzen des kristallisierten Harnstoffs ist, aber dazu dient, die im Einspritzventil gefrorene Harnstoffwasserlösung aufzutauen, indem die Spule des Einspritzventils bestromt wird und Wärme erzeugt. Zum Beispiel ist im Patentdokument 1 eine Technik offenbart, die Spule des Einspritzventils mit Strom, der nicht ausreicht, Harnstoffwasserlösung einzuspritzen, zu versorgen, um die Spule Wärme erzeugen zu lassen, wenn die Temperatur der Harnstoffwasserlösung im Speicherbehälter eine vorgegebene untere Grenze unterschreitet.
Stand der Technik betreffende Dokumente
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische offenlegungte Patentanmeldung 2013-221425

Übersicht über die Erfindung
Zu lösende technische Aufgaben
Aber die im Patentdokument 1 beschriebene Technik hat den Zweck, gefrorene Harnstoffwasserlösung aufzutauen, und ist keine Technik zum Schmelzen des im Einspritzventil kristallisierten Harnstoffs. Außerdem wird in der im Patentdokument 1 beschriebenen Technik die Spule dann bestromt, wenn die Temperatur der Harnstoffwasserlösung im Speicherbehälter die untere Grenze ünterscreitet. Da der Harnstoffkristall auch bei der Temperatur der aufgetauten Harnstoffwasserlösung existieren kann, beabsichtigt die im Patentdokument 1 beschriebene Technik nicht, den Harnstoffkristall zu schmelzen.
Sollte die im Patentschrift 1 beschriebene Technik zum Schmelzen des kristallisierten Harnstoffs angewendet werden, könnten folgende Probleme auftreten: Wenn beim Anlassen des Verbrennungsmotors die Spule gleich nach dem Anlassen bestromt wird, wird die von der Spule entstehende Wärme von den Bauteilen in der Umgebung geraubt, da auch die an das Einspritzventil angrenzenden Bauteile wie die Abgasleitung kalt sind. Daher besteht die Gefahr, dass der Stromverbrauch von Batterie groß wird, weil die Spule längere Zeit bestromt wird, bis der kristallisierte Harnstoff schmelzt. Außerdem ist es zu befürchten, dass sich die Spule infolge der durch langzeitige Bestromung entstehenden Hitze verschlechtert.
Die vorliegende Erfindung wurde im Angesicht der genannten Probleme geschaffen, und hat das Ziel, eine Steuervorrichtung und ein Steuerverfahren für ein neuartiges und verbessertes Reduktionsmitteleinspritzgerät, welches durch eine kurzzeitige Bestromung der Spule des Einspritzventils beim Anlassen des Verbrennungsmotors das Einspritzventil effizient erwärmen und den kristallisierten Harnstoff schnell zu schmelzen, sowie das Reduktionseinspritzgerät zu bieten.
Mittel zur Lösung der Aufgaben
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät geboten, welche die Steuerung so ausführt, dass ein Reduktionsmittel beim Anlassen eines Verbrennungsmotors in das Reduktionsmitteleinspritzgerät gefüllt wird, und mittels eines Einspritzventils das Reduktionsmittel in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung ein Bestromungssteuerteil aufweist, welches die Bestromung so steuert, dass die Spule des Einspritzventils während einer vorgegebenen Zeitdauer bestromt wird, nachdem die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat, um das Einspritzventil zu erwärmen, damit das Schmelzen des im Einspritzventil kristallisierten Reduktionsmittels beschleunigt wird.
Es kann ein Auftauzeitschätzungsteil vorgesehen werden, welches die zum Auftauen des gefrorenen Reduktionsmittels benötigte Zeit schätzt, und das Bestromungssteuerteil kann, wenn die geschätzte Auftauzeit nicht gleich Null ist, das Bestromen der Spule des Einspritzventils beginnt, bevor die geschätzte Auftauzeit verstreicht, nachdem die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat.
Das Bestromungssteuerteil kann das Bestromen der Spule dann beginnen, wenn die Auftauausführungszeit einen Schwellenwert erreicht hat, welcher durch Substrahieren der vorgegebenen Zeit von der geschätzten Auftauzeit berechnet wird.
Das Bestromungssteuerteil kann, wenn die geschätzte Auftauzeit gleich Null ist, das Bestromen der Spule dann beginnen, wenn die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors den vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat.
Die vorgegebene Zeit kann ein voreingestellter Wert sein.
Die vorgegebene Zeit kann ein Wert sein, der zumindest aufgrund der Außenlufttemperatur bestimmt wird.
Die vorgegebene Zeit kann ein Wert sein, der zusätzlich aufgrund der Versorgungsspannung des Einspritzventils bestimmt wird.
Das Auftauzeitschätzungsteil kann zumindest aufgrund der Temperatur des Reduktionsmittels die geschätzte Auftauzeit berechnen.
Das Bestromungsteil kann die Ausführung der Einspritzsteuerung für das Reduktionsmittel nach Verstreichen der vorgegebenen Zeit zulassen.
Es kann ein Kristallisationsschätzungsteil vorgesehen werden, welches einschätzt, ob während der letzten Stillstandzeit des Verbrennungsmotors eine Kristallisation im Einspritzventil aufgetreten ist, und das Bestromungssteuerteil kann die Bestromungssteuerung der Spule dann ausführen, wenn eine Kristallisation vermutet wird.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Steuerverfahren für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät geboten, welches die Steuerung so ausführt, dass ein Reduktionsmittel beim Anlassen eines Verbrennungsmotors in das Reduktionsmitteleinspritzgerät gefüllt wird, und mittels eines Einspritzventils das Reduktionsmittel in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerverfahren einen Arbeitsschritt aufweist, bei dem die Bestromung so gesteuert wird, dass die Spule des Einspritzventils während einer vorgegebenen Zeitdauer bestromt wird, nachdem die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat, um das Einspritzventil zu erwärmen, damit das Schmelzen des im Einspritzventil kristallisierten Reduktionsmittels beschleunigt wird.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Reduktionsmitteleinspritzgerät geboten, welches eine oder mehrere der obenbeschriebenen Steuervorrichtungen, eine Pumpe, die das Reduktionsmittel im Speicherbehälter mit Druck fördert, ein Einspritzventil, das das Reduktiosmittel in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors einspritzt, aufweist.
Wirkungt der Erfindung
Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß beim Anlassen des Verbrennungsmotors, durch eine kurzzeitige Bestromung der Spule des Einspritzventils nachdem die Abgastemperatur den voreingestellten Schwellenwert überschritten hat, das Einspritzventil effizient erwärmt werden, so dass der kristallisierte Harnstoff schnell schmelzen kann. Daher kann der Stromverbrauch von Batterie reduziert werden, und eine Verschlechterung der Spule kann unterdrückt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
(1) Eine schematische Darstellung des gesamten SCR-Systems, welches mit einem Reduktionsmitteleinspritzgerät gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung versehen ist.
(2) Eine schematische Darstellung eines Konstruktionsbeispiels eines mit einer Elektroheizung versehenen Reduktionsmitteleinspritzgerätes.
(3) Ein Blockdiagramm, das die Anordnung der Steuervorrichtungen des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß der Ausführungsform zeigt.
(4) Ein Zeitdiagramm zur Erklärung des Steuerverfahrens des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
(5) Ein Flussdiagramm zur Erklärung des Steuerverfahrens des Reduktionsmitteleinspritzgerätes gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
(6) Ein Flussdiagramm zur Erklärung der Bestromungssteuerung des Einspritzventils.
Ausführungsformen der Erfindung
Im Folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert. Für Bauelemente, die im Wesentlichen dieselben Funktionen besitzen, werden in der Beschreibung und in den Zeichnungen dieselbe Bezugszeichen verwendet, um Wiederholungen zu vermeiden.
(1. Ein beispielhafter Gesamtaufbau des SCR-Systems)
Zuerst soll anhand der 1 ein beispielhafter Gesamtaufbau des Harnstoff-SCR-Systems 10, die mit einem Reduktionsmitteleinspritzgerät 20 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist, erläutert werden. 1 ist eine schematische Darstellung des Harnstoff-SCR-Systems 10. Das Harnstoff-SCR-System 10 weist als Hauptbauelemente einen Reduktionskatalysator 13 und ein Reduktionsmittelzuführgerät 20 auf.
Das Harnstoff-SCR-System 10 ist ein System, das mittels Harnstoffwasserlösung als Reduktionsmittel NOx im Abgas reduziert und zersetzt. Harnstoffwasserlösung kann zum Beispiel eine Harnstoffkonzentration von 32,5% haben, bei der die Gefriertemperatur am niedrigsten ist. Die Gefriertemperatur ist dabei ca. –11°C.
Der Reduktionskatalysator 13 wird an einer Stelle des an den Moter 5 angeschlossenen Abgasrohrs 11 angeordnet, und hat die Funktion, im Abgas aus dem Motor 5 enthaltene NOx selektiv zu reduzieren. In der vorliegenden Ausführungsform wird Ammoniak, welches durch Zersetzen der vom Reduktionsmitteleinspritzgerät eingespritzen Harnstoffwasserlösung entsteht, vom Reduktionskatalysator 13 adsorbiert, und NOx, die im in den Reduktionskatalysator 13 einströmenden Abgas enthalten sind, wird durch Ammoniak selektiv reduziert.
Reduktionsmittelzuführgerät 20 spritzt Harnstoffwasserlösung als Reduktonsmittel in das Abgasrohr 11 an der Stelle ein, die am Oberlauf des Reduktionskatalysators 13 liegt. Die Einspritzmenge der Harnstoffwasserlösung wird anhand der Konzentration von im Abgas enthaltenen Stickoxiden und der an den Reduktionskatalysator 13 adsorbierbaren Menge von Ammoniak u.a. so geregelt, dass keine Stickoxide oder Ammoniak am Unterlauf des Reduktionskatalysators 13 ausfließen..
Im Abgasrohr 11 am Oberlauf des Reduktionsmittelzuführgeräts 13 ist ein Temperatursensor 15 zur Ermittlung der Abgastemperatur Tgas angebracht. Die Abgastemperatur Tgas, die mittels des Temperatursensors 15 ermittelt wird, wird auch zur Schätzung der Temperatur am Reduktionskatalysator 13 verwendet. Außerdem können im Abgasrohr 11 außer dem Temperatursensor 15 auch ein NOx-Konzentrationssensor, Ammoniakkonzentrationssensor o.ä. die hier nicht gezeigt sind, angeordnet sein.
(2. Konstruktionsbeispiel des Reduktionsmittelzuführgeräts)
Nun im Folgenden wird der Aufbau des Reduktionsmittelzuführgeräts 20 ausführlich beschrieben. Wie in der 1 gezeigt, ist das Reduktionsmittelzuführgerät 20 mit einem Einspritzventil 31, das am Oberlauf des Reduktionskatalysators 13 am Abgasrohr 11 befestigt ist, und einem Pumpenmodul 40, welches eine Pumpe 41, die die Harnstoffwasserlösung aus dem Speicherbehälter 50 zum Einspritzventil 31 fördert, enthält, versehen.
Das Einspritzventil 31 und das Pumpenmodul 40 sind über den ersten Versorgungskanal 57 verbunden. Der erste Versorgungskanal 57 ist mit einem Drucksensor 43 zur Ermittlung des Drucks der dem Einspritzventil 31 zugeführten Harnstoffwasserlösung versehen. Der Speicherbehälter 50 und das Pumpenmodul 40 sind über den zweiten Versorgungskanal 58 verbunden. Das Pumpenmodul 40 und der Speicherbehälter 50 sind außerdem über den Umlaufkanal 59 verbunden. Der Umlaufkanal 59 zweigt vom ersten Versorgungskanal 57 ab, und an den Speicherbehälter 50 angeschlossen. Der Umlaufkanal 59 ist an einer Stelle mit einer Blende 45 versehen. Die Blende 45 erhält einerseits den Druck im ersten Versorgungskanal 57 aufrecht, hat andererseits die Funktion, überflüssige Harnstoffwasserlösung auf die Seite des Speicherbehälters 50 durchzulassen.
Das Harnstoff-SCR-System 10 ist mit einem Steuergerät 100 versehen, das die Steuerung der einzelnen Steuerelemente des Reduktionsmitteleinspritzgerätes 20 ausführt. Das Steuergerät 100 kann über das nicht gezeigte CAN (Controller Area Network) Informationen über das Motorsteuergerät 70 erhalten. Das Steuergerät 100 kann Informationen über den Betriebszustand des Motors 5, wie z.B. Kraftstoffeinspritzmenge, Einspritzzeiten oder Motordrehzahl erhalten. Beim Harnstoff-SCR-System 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind das Steuergerät 100 und das Motorsteuergerät 70 separate Steuervorrichtungen, aber sie können auch als ein Steuergerät aufgebaut sein.
Die Pumpe 41, die im Pumpenmodul 40 eingebaut ist, ist z.B. eine elektrische Membranpumpe oder eine Motorpumpe. Die Leistung der Pumpe 41 wird mit dem Steuersignal vom Steuergerät 100 gesteuert. In der vorliegenden Ausführungsform steuert das Steuergerät 100 die Leistung der Pumpe 41 durch Rückkoppelung so, dass der anhand des Drucksensors 43 ermittelte Druck der Harnstoffwasserlösung auf einen vorgegebenen Sollwert gehalten wird. Wenn beim Anlassen des Motors 5 die Harnstoffwasserlösung gefroren ist, wird die Pumpe 41 erst nach Abwarten des Auftauens der Harnstoffwasserlösung in Betrieb gesetzt.
Als Einspritzventil 31 wird ein Magneteinspritzventil, das durch Einschaltsteuerung geöffnet und geschlossen wird, verwendet. Ein solches Einspritzventil 31 weist eine Spule auf, welche durch die Magnetkraft, die durch Bestromen der Spule entsteht, den Ventilkörper bewegt, und das Ventil öffnet. Wie oben beschrieben, wird der Druck der dem Einspritzventil 31 zugeführten Harnstoffwasserlösung auf eine vorgegebene Höhe gehalten, und das Steuergerät 100 regelt die Ventilöffnungszeit entsprechend der Solleinspritzmenge der Harnstoffwasserlösung.
Das Pumpenmodul 40 ist mit einem Fließwegumschaltventil 71 versehen. Das Fließwegumschaltventil 71 schaltet die Fließrichtung der Harnstoffwasserlösung, die von der Pumpe 41 unter Druck gefördert wird. Beim Einspritzen der Harnstoffwasserlösung in den Abgaskanal schaltet das Fließwegumschaltventil 71 so, dass die Harnstoffwasserlösung von der Seite des Speicherbehälters 50 zur Seite des Einspritzventils 31 fließt. Dabei wird die Einlassöffnung der Pumpe 41 mit dem zweiten Versorgungskanal 58 verbunden, und die Auslassöffnung der Pumpe 41 wird mit dem ersten Versorgungskanal 57 verbunden. Beim Zurückführen der Harnstoffwasserlösung in den Speicherbehälter 50 schaltet das Fließwegumschaltventil 71 so, dass die Harnstoffwasserlösung von der Seite des Einspritzventils 31 zur Seite des Speicherbehälters 50 fließt. Dabei wird die Einlassöffnung der Pumpe 41 mit dem ersten Versorgungskanal 57 verbunden, und die Auslassöffnung der Pumpe 41 wird mit dem zweiten Versorgungskanal 58 verbunden.
Jedoch ist das Mittel zur Rückführung der Harnstoffwasserlösung in den Speicherbehälter 50 nicht auf die oben beschriebene Anordnung beschränkt. Zum Beispiel kann man für die Rückführung der Harnstoffwasserlösung eine in ihrer Förderrichtung umkehrbare Pumpe als Pumpe 41 verwenden. Oder für die Rückführung der Harnstoffwasserlösung eine spezielle Pumpe und einen speziellen Kanal vorsehen.
Das Reduktionsmittelzuführgerät 20 ist ferner mit einem ersten Kühlwasserkanal 85 und einem zweiten Kühlwasserkanal 87, die so konstruiert sind, dass das Kühlwasser für den Motor 5 zirkulieren kann, versehen. Der erste Kühlwasserkanal 85 und der zweite Kühlwasserkanal 87 zweigt vom Kühlwasserkanal 86 des im Motor 5 vorgesehenen Motorkühlgeräts 60 ab, und kommen wieder im Kühlwasserkanal 86 zusammen. Der erste Kühlwasserkanal 85 wird durch das Innere des Speicherbehälters 50 und des Pumpenmoduls 40 geführt. In der vorliegenden Ausführungsform wird der erste Kühlwasserkanal 85 auch entlang des ersten Versorgungskanals 57 und des zweiten Versorgungskanals 58 verlegt.
Der zweite Kühlwasserkanal 87 wird um das Einspritzventil 31 herum geführt. Zwischen der Stelle des ersten Kühlwasserkanals 85, an der der zweite Kühlwasserkanal 87 abzweigt, und dem Speicherbehälter 50 ist ein Schaltventil 81 angeordnet. Das Schaltventil 81 wird durch das Steuergerät 100 umgeschaltet, um das Öffnen/Schließen des ersten Kühlwasserkanals 85 zu bewirken. Der Speicherbehälter 50 und das Pumpenmodul 40 sind mit den Temperatursensoren 51 und 52 zur Ermittlung der Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea versehen.
Nach Anlassen des Motors 5 fließt Kühlwasser durch den zweiten Kühlwasserkanal 87. Wird aufgrund der Werte, die von den Temperatursensoren 51 und 52, oder vom Temperatursensor für die Außenlufttemperatur ermittelt werden, vermutet, dass die Harnstoffwasserlösung gefroren ist, wird das Schaltventil 81 geöffnet, und Steuerung zum Auftauen der Harnstoffwasserlösung ausgeführt. Die Auftauzeit kann aufgrund der von den Temperatursensoren ermittelten Werte auf eine angemessene Zeitdauer eingestellt werden. Ferner kann auch dann, wenn während des Betriebs des Motors 5 aufgrund der von den Temperatursensoren ermittelten Werte vermutet wird, dass die Harnstoffwasserlösung wieder eingefroren ist, das Schaltventil 81 geöffnet, und die Steuerung zur Aufrechterhaltung der Temperatur ausgeführt werden.
Nach Anlassen des Motors 5 fließt das Kühlwasser ständig durch den Kühlwasserkanal 87. Daher fließt das Kühlwasser während des Betriebs des Motors 5, wenn das Einspritzventil 31 durch Abgaswärme von hoher Temperatur erwärmt wird, durch den Kühlwasserkanal 87, und kann das Einspritzventil 31 abkühlen.
Außerdem kann, wie in 2 gezeigt, für das Auftauen der Harnstoffwasserlösung im Pumpenmodul 40 und im ersten und zweiten Versorgungskanal 57, 58 außer dem Kühlwasser für den Motor 5 auch eine Elektroheizung 92 verwendet werden. In diesem Fall erfolgt die Steuerung des Schaltventils 81 aufgrund der vom im Speicherbehälter 50 angeordneten Temperatursensor 51 ermittelten Werte, und das Ein-/Ausschalten der Elektroheizung 92 erfolgt aufgrund der vom im Pumpenmodul 40 angeordneten Temperatursensor 52. Bestromen und Nichtbestromen der Elektroheizung 92 wird durch das Steuergerät 100 gesteuert.
Wenn beim Anlassen des Motors 5 die vom Temperatursensor 52 ermittelte Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea unterhalb der Gefriertemperatur Tfr liegt, wird die Elektroheizung 92 bestromt, und das Auftauen der gefrorenen Harnstoffwasserlösung wird gefördert. Wenn die Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea den voreingestellten Schwellenwert Thre_turea überschreitet, bleibt de Elektroheizung 92 unbestromt. Jedoch beschränken sich Vorrichtungen zum Erwärmen der Harnstoffwasserlösung nicht auf die Elektroheizung 92.
Außerdem können Heizgeräte wie eine Elektroheizung zum Auftauen der gefrorenen Harnstoffwasserlösung an geeigneten Stellen im Pumpenmodul 40, im ersten Versorgungskanal 57 oder im zweiten Versorgungskanal 58 angeordnet sein. Allerdings weist das Einspritzventil 31 beim Reduktionsmitteleinspritzgerät 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform keine andere Kühlvorrichtung als den Kühlwasserkanal 87 auf.
(3. Steuergerät)
Im Folgenden wird ein beispielhafter Aufbau des Steuergerätes 100, welches zur Steuerung des Reduktionsmitteleinspritzgeräts 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, beschrieben. 3 ist ein Blockdiagramm, das den Teil des Steuergerätes 100, der mit der Steuerung zur Förderung der Auftauung des kristallisierten Harnstoffs im Einspritzventil 31 zusammenhängt, funktionell aufzeigt. Ein solches Steuergerät 100 weist als Hauptbestandteil einen bekannten Mikrorechner auf. Das im Folgenden beschriebene Steuergerät 100 ist ein Beispiel einer Steuervorrichtung, die zur Steuerung eines mit einer in 2 gezeigten Elektroheizung versehenen Reduktionsmitteleinspritzgerätes 20 verwendet wird.
Das Steuergerät 100 weist ein Auftausteuerteil 101, ein Auftauzeitschätzungsteil 103, ein Bestromungszeiteinstellteil 105, ein Kristallisationsschätzungsteil 107 und ein Bestromungssteuerteil 110 auf. Diese Teile werden konkret durch Ausführen von Programmen durch den Mikrorechner realisiert. Außerdem kann das Steuergerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform Informationen der Außenlufttemperatur Ta, Informationen der Abgastemperatur Tgas, Informationen der Kühlwassertemperatur Tcol, Informationen der Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea im Speicherbehälter 50 und Informationen der Versorgungsspannung Vbat des Einspritzventils 31 einlesen.
Das Auftausteuerteil 101 öffnet das Schaltventil 81 und bestromt die Elektroheizung 92, wenn beim Anlassen des Verbrennungsmotors anhand der von den Temperatursensoren 51, 52 oder vom Temperatursensor zur Messung der Außenlufttemperatur ermittelten Werten vermutet wird, dass die Harnstoffwasserlösung eingefroren ist. Das Auftausteuerteil 101 öffnet das Schaltventil 81 und bestromt die Elektroheizung 92, wenn zum Beispiel der von den vorgenannten Temperatursensoren ermittelte Wert unterhalb der Gefriertemperatur der Harnstoffwasserlösung Tfr liegt. Die Auftauzeit kann anhand von verschiedenen Temperatursensor ermittelten Werten auf eine angemessene Zeitdauer eingestellt werden.
Die Auftausteuerung kann auch dann beendet werden, wenn die Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea einen voreingestellten Schwellenwert Thre_turea überschritten hat. Der Schwellenwert Thre_turea wird auf einen angemessenen Wert innerhalb eines Bereichs, innerhalb dessen keine Gefahr besteht, dass die Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea danach die Gefriertemperatur Tfr wieder unterschreitet. Jedoch, wenn der Schwellenwert Thre_turea zu hoch eingestellt wird, nimmt der Stromverbrauch der Batterie zu. Daher kann der Schwellenwert Thre_turea zum Beispiel auf die Gefriertemperatur Tfr +20 C eingestellt werden.
Aber die Auftausteuerung durch das Auftausteuerteil 101 beschränkt sich nicht auf die oben gezeigten Beispiele. Zum Beispiel kann ein anderes Heizgerät als die Elektroheizung 92 betrieben werden. Das Auftausteuerteil 101 kann auch so ausgeführt werden, dass sie auch, wenn während des Betriebs des Motors 5 anhand der von verschiedenen Sensoren ermittelten Werte ein Wiedereinfrieren der Harnstoffwasserlösung vermutet wird, das Schaltventil 81 öffnet und die Elektroheizung 92 bestromt, um die Temperatur aufrechtzuerhalten.
Das Kristallisationsschätzungsteil 107 schätzt beim Anlassen des Motors 5 anhand der Kristallisation des Harnstoffs im Einspritzventil 31 ein, ob der Ventilkörper des Einspritzventils 31 festgeklebt ist oder nicht. Es ist zwar keine besondere Einschätzungsmethode für die Kristallisation des Harnstoffs definiert, aber zum Beispiel kann aufgrund der Situation des letzten Stillstands des Motors 5 eingeschätzt werden, ob der Harnstoff im Einspritzventil 31 kristallisiert ist oder nicht. Im Folgenden wird eine beispielhafte Einschätzungsmethode für die Kristallisation des Harnstoffs in groben Zügen beschrieben.
Das Kristallisationsschätzungsteil 107 zum Beispiel zeichnet während des Betriebs des Motors 5 geschätzte Wärmeaufnahme und Wärmeausgabe des Einspritzventils 31 kontinuierlich auf. Auch bei stillstehendem Motor 5 zeichnet das Kristallisationsschätzungsteil 107 die Wärmemenge, die das Einspritzventil 31 in diesem Zeitpunkt besitzt, auf. Beim Anlassen des Motors 5 liest das Kristallisationsschätzungsteil 107 die gespeicherte Wärmemenge des Einspritzventils 31 aus, und vergleicht sie mit dem voreingestellten Schwellenwert. Wenn die Wärmemenge des Einspritzventils 31 oberhalb des Schwellenwerts liegt, schließt das Kristallisationsschätzungsteil 107 daraus, dass eine Kristallisation des Harnstoffs im Einspritzventil 31 eingetreten sein kann.
Das Auftauzeitschätzungsteil 103 berechnet die für das Auftauen der gefrorenen Harnstoffwasserlösung erforderliche geschätzte Auftauzeit Tdef. Das Auftauzeitschätzungsteil 103 kann zum Beispiel so ausgeführt werden, dass es eine voreingestellte geschätzte Auftauzeit Tdef aufgrund der Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea im Speicherbehälter 50 oder im Pumpenmodul 40 berechnet. Beim Steuergerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform entscheidet das Auftausteuerteil 101 anhand der Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea, ob die Elektroheizung 92 betrieben werden soll oder nicht; daher kann die geschätzte Auftauzeit Tdef, die der Temperatur Turea der Harnstoffwasserlösung entspricht, im Voraus mittels einer Simulation o.ä. berechnet werden.
Daher, wenn Information über die eingestellte geschätzte Auftauzeit Tdef für jede Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea im Steuergerät 100 gespeichert wird, lässt sich die geschätzte Auftauzeit Tdef mit Hilfe dieser Information ermitteln. Die geschätzte Auftauzeit Tdef kann auch gleich Null sein: Dies besagt, dass sich die Harnstoffwasserlösung in aufgetautem Zustand befindet. Allerdings beschränkt sich die Berechnungsmethode für die geschätzte Auftauzeit Tdef nicht auf die oben gezeigten Beispiele; man kann auch mit anderen geeigneten Methoden die geschätzte Auftauzeit Tdef berechnen; man kann dabei neben der Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea auch Außenlufttemperatur u.a. berücksichtigen.
Das Bestromungszeiteinstellteil 105 stellt die Zeitdauer ein, während der die Spule des Einspritzventils 31 bestromt wird, um den im Einspritzventil 31 kristallisierten Harnstoff schnell zu schmelzen. Das Bestromungszeiteinstellteil 105 kann zum Beispiel so ausgeführt werden, dass es aufgrund der Außenlufttemperatur Ta die Bestromungszeit T2 einstellt. Die Bestromung der Spule des Einspritzventils 31 dient dazu, die Spule Wärme erzeugen zu lassen, um das Schmelzen des kristallisieren Harnstoffs im Einspritzventil 31 zu beschleunigen. Aber die Wärmemenge, die das Einspritzventil 31 nach Anlassen des Motors 5 von der Wärme aus der Spule und der Abgaswärme erhält, vorausberechnet werden. Daher lässt sich die Zeit, die benötigt wird, bis die Temperatur des Einspritzventils 31 eine vorgegebene Temperatur erreicht, entsprechend der Außenlufttemperatur Ta, die als Temperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Erwärmung des Einspritzventils 31 angesehen werden kann, vorausberechnen.
Die einzustellende Bestromungszeit T2 kann als die Zeit, die benötigt wird, bis die Temperatur des Einspritzventils 31 den Schmelzpunkt des kristallisierten Harnstoffs erreicht, eingestellt werden, aber sie kann auch kürzer als diese Zeit sein. Nach Auftauen der Harnstoffwasserlösung wird das Einspritzventil 31 mit der Harnstoffwasserlösung versorgt. Es hat sich herausgestellt, dass der kristallisierte Harnstoff desto leichter löslich in Harnstoffwasserlösung wird, je höher dessen Temperatur wird. Daher ist es, in der vorliegenden Ausführungsform, für die Beschleunigung des Schmelzens des kristallisierten Harnstoffs nicht nur das Schmelzen des kristallisierten Harnstoffs mit hoher Temperatur, sondern auch die Erwärmung des Einspritzventils zur Förderung der Löslichkeit des kristallisierten Harnstoffs in Harnstoffwasserlösung erforderlich.
Jedoch beschränkt sich die Einstellungsmethode nicht auf die obigen Beispiele. Zum Beispiel kann die Bestromungszeit T2 anstelle der Außenlufttemperatur Ta, oder zusätzlich zur Außenlufttemperatur Ta, aufgrund der Kühlwassertemperatur Tcol des Motors 5 eingestellt werden, da auch die Kühlwassertemperatur Tcol ein Wert ist, der mit der Temperatur zum Zeitpunkt des Beginns der Erwärmung des Einspritzventils 31 korreliert.
Ferner kann beim Einstellen der Bestromungszeit T2 die Versorgungsspannung Vbat des Einspritzventils 31 berücksichtigt werden. Zum Beispiel, wenn die Spannung Vbat gesunken ist, kann die Bestromungszeit T2 kürzer eingestellt werden, oder die Bestromung gestoppt werden. Beim Einstellen der Bestromungszeit T2 mit Rücksicht auf die Spannung Vbat kann der Einstellwert mit einem dem Spanungwert Vbat entsprechenden Faktor multipliziert werden, oder aber entsprechend dem Spannungwert Vbat kann die Bestromungszeit T2 subtrahiert werden.
Die Bestromungszeit T2 muss nicht jedesmal neu eingestellt werden, sondern kann als ein fester Wert festgelegt werden. In diesem Fall kann das Steuergerät 100 als eine Anordnung ohne Bestromungszeiteinstellteil 105 ausgebildet werden. Auch wenn die Bestromungszeit T2, ohne die Außenlufttemperatur Ta u.a. zu berücksichtigen, als ein fester Wert festgelegt wird, kann die Temperatur des Einspritzventils 31 durch eine kurzzeitige Bestromung erhöht werden, so dass das Schmelzen des kristallisierten Harnstoffs beschleunigt werden kann.
Das Bestromungssteuerteil 110 bestromt das Einspritzventil 31 dann, wenn die Abgastemperatur Tgas oberhalb des vorgegebenen erten Schwellenwerts Thre_tgas_1 liegt. Daher befindet sich das Abgasrohr 11 bei Beginn der Bestromung des Einspritzventils 31 im durch die Abgaswärme erwärmten Zustand, und der Anteil der durch die Spule erzeugten Wärmemenge, der von anderen Teilen als dem Ventilkörper im Einspritzventil 31 oder vom Abgasrohr 11 geraubt wird, kann weiter reduziert werden. Der erste Schwellenwert Thre_tgas_1 kann, auf eine Temperatur, die zum Beispiel um einige bis einige zig Grade niedriger als der zweite Schwellenwert Thre_tgas_2 zum Zulassen des Betriebs des Harnstoff-SCR-Systems 10 eingestellt werden.
Außerdem bestromt das Bestromungssteuerteil 110 die Spule des Einspritzventils 31 vor Verstreichen der vom Auftauzeitschätzungteil 103 geschätzten Auftauzeit Tdef während einer Bestromungszeit T2, wenn eine Kristallisation des Harnstoffs vermutet wird, und der Ventilkörper des Einspritzventils 31 festgeklebt ist. Dadurch erzeugt die Spule Wärme, und das Einspritzventil 31 lässt sich erwärmen. Damit kann das Schmelzen des im Einspritzventil 31 kristallisierten Harnstoffs beschleunigt werden. Dabei ist es vorteilhaft, den dem Einspritzventil 31 zugeführten Strom auf eine Stromstärke zu halten, die nicht ausreicht, den Ventilkörper des Einspritzventil 31 heben. Dies deshalb, weil die Bestromungssteuerung vor der Zuführung der Harnstoffwasserlösung zum Einspritzventil 31 erfolgt, und wenn der Ventilkörper sich hebt, der Ventilkörper auf den Ventilsitz stößt, und dadurch der Ventilkörper oder der Ventilsitz verschleißen kann.
Ferner bestromt das Bestromungssteuerteil 110 das Einspritzventil 31 so, dass der Endzeitpunkt der geschätzten Auftauzeit Tdef mit dem Endzeitpunkt der Bestromungszeit T2 übereinstimmen. Konkret legt das Bestromungssteuerteil 110 die Zeit, die sich durch Substraktion der Bestromungszeit T2 von der geschätzten Auftauzeit Tdef ergibt, als den Schwellenwert T1 fest, und beginnt das Bestromen des Einspritzventils 31 dann, wenn die Ausführungszeit der Auftausteuerung (Auftauausführungszeit) durch das Auftausteuerteil 101 den Schwellenwert T1 erreicht hat.
Dadurch lässt sich vermeiden, dass die Zufuhr der Harnstoffwasserlösung nach Beendigung des Auftauens der Harnstoffwasserlösung durch die Pumpe 41 zu spät begonnen wird. Außerdem kann man dadurch, dass die Zeit der Bestromung des Einspritzventils 31 verzögert wird, die Spule des Einspritzventils 31 erst dann Wärme erzeugen lassen, wenn die Temperatur im Einspritzventil 31 oder im Abgasrohr 11 u.a. in der Umgebung des Einspritzventils bereits gestiegen ist. Daher kann die Wärmemenge, die von anderen Teilen als dem Ventilkörper im Einspritzventil 31 oder vom Abgasrohr 11 geraubt wird, reduziert werden, so dass die Erwärmungseffizienz für den Ventilkörper gesteigert werden kann. Dadurch lässt sich die Bestromungszeit, die benötigt wird, um den Bereich, in dem eine Kristallisation eintrat, um dasselbe Ausmaß zu erwärmen, verkürzen und der Stromverbrauch reduzieren. Verkürzung der Bestromungszeit kann außerdem zur Unterdrückung der wärmebedingten Verschlechterung der Spule beitragen.
Das Bestromungssteuerteil 110 gibt nach Verstreichen einer Bestromungszeit T2 vom Beginn der Bestromung des Einspritzventils 31 durch Setzen eines Flags u.ä. das Harnstoff-SCR-System 10 zum Betrieb frei. In diesem Fall wird dann, wenn die Auftausteuerung der Harnstoffwasserlösung auch beendet ist, und die Abgastemperatur Tgas den zweiten Schwellenwert Thre_tgas_2 überschritten hat, wird die Pumpe 41 gestartet, und die Harnstoffwasserlösung wird in das Reduktionsmitteleinspritzgerät 20 gefüllt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Einspritzventil 31 erwärmt, und der im Einspritzventil 31 kristallisierte Harnstoff ist geschmolzen, oder wird durch Zuführen der Harnstoffwasserlösung rasch schmelzen. Daher kann die Einspritzsteuerung der Harnstoffwasserlösung durch das Einspritzventil 31 schnell begonnen werden.
Das Bestromungssteuerteil 110 gibt das Harnstoff-SCF-System 10 sofort zum Betrieb frei, wenn keine Kristallisation des Harnstoffs vermutet ist, und der Ventilkörper des Einspritzventils 31 nicht festgeklebt ist. In diesem Fall wird die Pumpe 41 erst dann gestartet, und die Harnstoffwasserlösung wird in das Reduktionsmitteleinspritzgerät 20 gefüllt, wenn die Auftausteuerung der Harnstoffwasserlösung beendet wurde, und die Abgastemperatur Tgas den zweiten Schwellenwert Thre_tgas_2 überschritten ist.
(4. Steuerverfahren des Reduktionsmitteleinspritzgerätes)
Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen 4–6 die Schmelzbeschleunigungssteuerung des kristallisierten Harnstoffs beim Anlassen des Motors 5 als Steuerverfahren des Reduktionseinspritzgerätes, das vom Steuergerät 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das ausgeführt wird, beschrieben. Die Routine des im Folgenden beschriebenen Steuerverfahrens kann auch so organisiert werden, dass sie bei jedem Anlassen des Motors 5 ausgeführt werden.
4 zeigt ein Zeitdiagramm zur Erklärung der Schmelzbeschleunigungssteuerung des kristallisierten Harnstoffs und 5 zeigt ein Flussdiagramm zur Erklärung der Schmelzbeschleunigungssteuerung des kristallisierten Harnstoffs. 6 zeigt ein Flussdiagramm zur näheren Beschreibung der Bestromungssteuerung. In der folgenden Beschreibung wird auch auf 1 und 3 Bezug genommen.
Wird der Zündschalter eingeschaltet (t0 in 1) liest das Kristallisationsschätzungsteil 107 des Steuergeräts 100 den beim letzten Stillstand des Motors 5 gespeicherten Stand ein, und beurteilt im Schritt S10, ob ein Festkleben des Einspritzventils 31 infolge einer Kristallisation des Harnstoffs vorgekommen ist. Wenn kein Festkleben des Einspritzventils 31 infolge einer Kristallisation des Harnstoffs vorgekommen ist (Schritt S10: Nein), gibt das Steuergerät 100 das Harnstoff-SCR-System 10 zum Betrieb frei. In diesem Fall wartet das Steuerteil 100 ab, bis die Auftausteuerung der Harnstoffwasserlösung beendet wird, und die Abgastemperatur Tgas den zweiten Schwellenwert Thre_tgas_2 erreicht, und dann startet die Pumpe 41, und beginnt die Einspritzsteuerung der Harnstoffwasserlösung.
Andererseits, wenn das Festkleben des Einspritzventils aufgetreten ist (Schritt S10: Ja), berechnet im Schritt S20 das Auftauzeitschätzungteil 103 des Steuergerätes 100 die geschätzte Auftauzeit Tdef. Das Auftauzeitschätzungsteil 103 errechnet, wie oben beschrieben, die geschätzte Auftauzeit Tdef zum Beispiel aufgrund der Temperatur der Harnstoffwasserlösung Turea im Speicherbehälter 50. Das Steuergerät 100 führt anschließend im Schritt S30 die Bestromungssteuerung aus.
Die Bestromungssteuerung wird zum Beispiel wie in 6 ausgeführt. Zuerst im Schritt S41 beurteilt das Bestromungssteuerteil 110 des Steuergerätes 100, ob die Abgastemperatur Tgas oberhalb des ersten Schwellenwerts Thre_tgas_1 liegt oder nicht. Wenn die Abgastemperatur Tgas niedriger als der erste Schwellenwrt Thre_tgas_1 ist (Schritt S41: Nein), wartet das Bestromungssteuerteil 110, bis die Abgastemperatur Tgas den ersten Schwellenwert Thre_tgas_1 überschreitet.
Wenn die Abgastemperatur Tgas den ersten Schwellenwert Thre_tgas_1 überschritten hat (Schritt S41: Ja), beurteilt das Bestromungssteuerteil 110 im Schritt S42, ob die Auftausteuerung gerade ausgeführt wird. Wenn die Auftausteuerung gerade ausgeführt wird (Schritt S42: Ja), beurteilt das Bestromungssteuerteil 110 im Schritt S43, ob die bereits verstrichene Auftauausführungszeit den Schwellenwert T1 überschritten hat. Der Schwellenwert T1 wird durch Subtrahieren der Bestromungszeit T2 von der im Schritt S20 errechneten geschätzten Auftauzeit Tdef gebildet. Die Bestromungszeit T2 wird vom Bestromungszeiteinstellteil 105 aufgrund der Außenlufttemperatur Ta, der Kühlwassertemperatur Tcol, der Versorgungsspannung Vbat des Einspritzventils 31 u.a. eingestellt.
Wenn die bereits verstrichene Auftauausführungszeit unterhalb des Schwellenwerts T1 liegt (Schritt S43: Nein), geht man zum Schritt S41, und das Steuergerät 100 wiederholt alle Schritte bis dahin. Wenn hingegen die bereits verstrichene Auftauausführungszeit oberhalb des Schwellenwerts T1 liegt (Schritt S43: Ja), beginnt das Bestromungssteuerteil 110 im Schritt S44 die Bestromung der Spule des Einspritzventils 31 (t1 in 4). Falls im Schritt S42 die Auftausteuerung nicht erforderlich ist (einschließlich des Falls, dass die Auftauausführungszeit gleich Null ist), oder die Auftausteuerung bereits beendet ist (Schritt S42: Nein), geht man zu diesem Zeitpunkt zum Schritt S44, und das Bestromungssteuerteil 110 beginnt die Bestromung der Spule des Einspritzventils 31.
Der zum Einspritzventil 31 zugeführten Strom soll in einem Bereich liegen, in dem er noch nicht ausreicht, den Ventilkörper des Einspritzventils 31 zu heben. Nach Beginn der Bestromung der Spule des Einspritzventils 31 beurteilt das Bestromungssteuerteil 110 im Schritt S45 wiederholt (im Zeitraum von t1 bis t2 in 4), ob die Bestromungszeit den Schwellenwert T2 erreicht hat. Wenn die Bestromungszeit den Schwellenwert T2 erreicht hat (Schritt S45: Ja), beendet das Bestromungssteuerteil 110 die Bestromung der Spule des Einspritzventils 31. Dadurch wird die Bestromungssteuerung der Spule des Einspritzventils 31 beendet (t2 in 4).
Wenn die Bestromungssteuerung beendet wird, geht man zum Schritt S40 in 5 und das Bestromungssteuerteil 110 gibt das Harnstoff-SCR-System 10 zum Betrieb frei. In diesem Fall, da die Auftausteuerung der Harnstoffwasserlösung bereits beendet ist, und die Abgastemperatur Tgas den zweiten Schwellenwert Thre_tgas_2 erreicht hat, beginnt das Steuergerät 100 sofort den Betrieb der Pumpe 41, und beginnt die Einspritzsteuerung der Harnstoffwasserlösung. Dabei ist das Einspritzventil 31 erwärmt, und der im Einspritzventil 31 kristallisierte Harnstoff ist entweder bereits geschmolzen, oder wird durch die Harnstoffwasserlösung rasch geschmolzen.
Beim Reduktionsmitteleinspritzgerät 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Bestromung der Spule des Einspritzventils 31 dann, wenn die Abgastemperatur Tgas den ersten Schwellenwert Thre_tgas_1 überschritten hat. Das genannte Reduktionsmitteleinspritzgerät 20 berechnet zuerst die erforderliche Bestromungszeit T2, und führt dann die Bestromung der Spule so aus, dass die Bestromungszeit T2 in Übereinstimmung mit der Beendigungszeit der geschätzten Auftauzeit, während der die eingefrorene Harnstoffwasserlösung auftauen soll, endet. Daher, dadurch, dass die Spule möglichst kürzeste Bestromungszeit T2 bestromt wird, wenn das Abgasrohr 11 und das Einspritzventil 31 bereits einigermaßen erwärmt sind, wird das Einspritzventil 31 effizient erwärmt. Dadurch wird der Stromverbrauch der Batterie reduziert, und wärmebedingte Verschlechterung der Spule kann unterdrückt werden.
Oben wurden vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich erläutert. Aber die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf diese Beispiele. Für einen Fachmann, der allgemeine Kenntnisse über das technische Gebiet, dem die vorliegende Erfindung gehört, besitzt, ist es naheliegend, dass man innerhalb der Kategorie der technischen Gedanken, die in den Patentansprüchen angegeben sind, verschiedene Änderungen oder Modifikationen zu entwickeln, und es wird davon ausgegangen, das diese Änderungen und Modifikationen selbstverständlich dem technischen Bereich der vorliegenden Erfindung gehören.

Claims

Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät, welche die Steuerung so ausführt, dass ein Reduktionsmittel beim Anlassen eines Verbrennungsmotors in das Reduktionsmitteleinspritzgerät gefüllt wird, und mittels eines Einspritzventils das Reduktionsmittel in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung ein Bestromungssteuerteil aufweist, welches die Bestromung so steuert, dass die Spule des Einspritzventils eine während einer vorgegebenen Zeitdauer bestromt wird, nachdem die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat, um das Einspritzventil zu erwärmen, damit das Schmelzen des im Einspritzventil kristallisierten Reduktionsmittels beschleunigt wird.
Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Auftauzeitschätzungsteil vorgesehen ist, welches die zum Auftauen des gefrorenen Reduktionsmittels benötigte Zeit schätzt, und dass das Bestromungssteuerteil, wenn die geschätzte Auftauzeit nicht gleich Null ist, das Bestromen der Spule des Einspritzventils beginnt, bevor die geschätzte Auftauzeit verstreicht, nachdem die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat.
Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestromungssteuerteil das Bestromen der Spule dann beginnt, wenn die Auftauausführungszeit einen Schwellenwert erreicht hat, welcher durch Substrahieren der vorgegebenen Zeit von der geschätzten Auftauzeit berechnet wird.
Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestromungssteuerteil, wenn die geschätzte Auftauzeit gleich Null ist, das Bestromen der Spule dann beginnt, wenn die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors den vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat.
Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeit ein voreingestellter Wert ist.
Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeit ein Wert ist, der zumindest aufgrund der Außenlufttemperatur eingestellt wird.
Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeit ein Wert ist, der zusätzlich aufgrund der Netzspannung des Einspritzventils eingestellt wird.
Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach einem der Ansprüche 2–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftauzeitschätzungsteil zumindest aufgrund der Temperatur des Reduktionsmittels die geschätzte Auftauzeit berechnet.
Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestromungsteil die Ausführung der Einspritzsteuerung für das Reduktionsmittel nach Verstreichen der vorgegebenen Zeit zulässt.
Steuervorrichtung für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kristallisationsschätzungsteil vorgesehen ist, welches einschätzt, ob während der letzten Stillstandzeit des Verbrennungsmotors eine Kristallisation im Einspritzventil aufgetreten ist, und dass das Bestromungssteuerteil die Bestromunsgssteuerung der Spule dann ausführt, wenn eine Kristallisation vermutet wird.
Steuerverfahren für ein Reduktionsmitteleinspritzgerät, welches die Steuerung so ausführt, dass ein Reduktionsmittel beim Anlassen eines Verbrennungsmotors in das Reduktionsmitteleinspritzgerät gefüllt wird, und mittels eines Einspritzventils das Reduktionsmittel in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerverfahren einen Arbeitsschritt aufweist, bei dem die Bestromung so gesteuert wird, dass die Spule des Einspritzventils während einer vorgegebenen Zeitdauer bestromt wird, nachdem die Abgastemperatur des Verbrennungsmotors einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat, um das Einspritzventil zu erwärmen, damit das Schmelzen des im Einspritzventil kristallisierten Reduktionsmittels beschleunigt wird.
Reduktionsmitteleinspritzgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1–10, eine Pumpe, die das Reduktionsmittel im Speicherbehälter mit Druck fördert, und ein Einspritzventil, das das Reduktiosmittel in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors einspritzt, aufweist.