DE60117314T2

DE60117314T2 - Abgasemissions-Steuerungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60117314T2
Application number: DE60117314T
Authority: DE
Inventors: Yukihiro Toyota-shi Aichi-ken Tsukasaki; Souichi Toyota-shi Aichi-ken Matsushita; Kotaro Toyota-shi Aichi-ken Hayashi; Shinobu Toyota-shi Aichi-ken Ishiyama; Takahiro Toyota-shi Aichi-ken Oba; Jun Toyota-shi Aichi-ken Tahara; Daisuke Toyota-shi Aichi-ken Shibata; Akihiko Toyota-shi Aichi-ken Negami; Motoshiro Toyota-shi Aichi-ken Endo; Michihiko Toyota-shi Aichi-ken Masuda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2021-03-29
Also published as: KR100403684B1; KR20010095199A; DE60117314D1; EP1138891B8; EP1138891B1; EP1138891A2; EP1138891A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Abgasemissionssteuersystem zum Reinigen von giftigen Bestandteilen aus einem von einer Brennkraftmaschine ausgestoßenen Abgas und insbesondere ein Abgasemissionssteuersystem einer Brennkraftmaschine zum Zuführen eines Reduktionsmittels zu einer stromaufwärtigen Seite eines Reduktionskatalysators, der in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, die zur Durchführung einer mageren Verbrennung fähig ist, und zum Fördern der Reinigung der giftigen Bestandteile aus dem Abgas.
Bei einem Dieselverbrennungsmotor und einem Benzinverbrennungsmotor für die Durchführung einer mageren Verbrennung wird ein großer Anteil eines gesamten Betriebsbereichs in einem Betriebsabschnitt eingenommen, in dem ein Verbrennungsmotor durch Zuführen eines Gemischs arbeitet, der ein hohes Luftkraftstoffverhältnis (eine magere Atmosphäre) für die Verbrennung zeigt. Bei dieser Bauart des Verbrennungsmotors (Brennkraftmaschine) ist ein Abgassystem im Allgemeinen mit einem NOx-Absorptionsmittel (einem Katalysator) zum Absorbieren von Stickstoffoxid (NOx) bei Anwesenheit von Sauerstoff versehen.
Als typischer NOx-Katalysator kann bekannter Weise beispielsweise ein NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart und ein NOx-Katalysator der selektiven Reduktionsbauart eingesetzt werden.
Der NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart hat eine Charakteristik zum Absorbieren von NOx-Katalysator unter der Bedingung, dass eine Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas hoch ist, und zum Abführen von NOx-Katalysator unter der Bedingung, dass die Konzentration des Sauerstoffs im Abgas gering ist. In das Abgas abgeführtes NOx reagiert dann, wenn reduzierende Bestandteile, wie zum Beispiel Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) in dem Abgas vorhanden sind, bald mit diesen reduzierenden Bestandteilen und wird zu Stickstoff (N₂) reduziert. Ferner absorbiert der NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart, wenn er als vorbestimmte Grenzmenge von NOx absorbiert und den Zustand (die Absorption) aufrecht hält, kein weiteres NOx unter der Bedingung, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist. Dann ist es gemäß der Brennkraftmaschine mit dem Abgassystem, das mit dem NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart versehen ist, wie vorstehend beschrieben ist, bevor eine NOx-Absorptionsmenge für den gleichen Katalysator eine Grenzmenge erreicht, allgemein bekannt, dass in dem Katalysator absorbiertes NOx abgeführt wird und durch Hinzugeben eines Reduktionsmittels in dem Abgassystem reduzierend gereinigt wird, und wird die Steuerung zum Wiederherstellen einer NOx-Absorptionsfähigkeit des Katalysators bei einem vorbestimmten Intervall wiederholt.
Dagegen hat der NOx-Katalysator der selektiven Reduktionsbauart eine Charakteristik einer Reaktion der reduzierenden Bestandteile und des NOx miteinander, die in dem Abgas vorhanden sind, unter der Bedingung, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist und die reduzierenden Bestandteile, wie zum Beispiel Kohlenwasserstoff (HC) vorhanden sind, und zum Reinigen des Abgases zu Stickstoff (N₂), Wasser (H₂O) und zu Kohlendioxid (CO₂). Daher ist es bei der Brennkraftmaschine, die mit dem NOx-Katalysator der selektiven Reduktionsbauart in dem Abgas versehen ist, allgemeine Praxis, dass in dem Abgas vorhandenes NOx in diesem durch kontinuierliches Hinzugeben des Reduktionsmittels in das Abgassystem während eines Betriebs des Verbrennungsmotors gereinigt wird.
Gemäß der Brennkraftmaschine, bei der NOx reduziert und von dem Abgas durch Annehmen des NOx-Katalysators gereinigt wird, ob nun der NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart oder der NOx-Katalysator der selektiven Reduktionsbauart angenommen wird, ist es erforderlich, dass eine vorbestimmte Menge des Reduktionsmittels zu der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators in dem Abgassystem mit einer erwünschten Zeitabstimmung zugeführt wird.
Beispielsweise nimmt ein in der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-74022 offenbartes System eine derartige Konstruktion an, dass das Reduktionsmittel, das über einen vorbestimmten Durchgang in das Abgas unter Druck zugeführt wird, das in den NOx-Katalysator strömt, mit einer erwünschten Menge durch die Verwendung eines öffnungs-/schließsteuerbaren Einspritzventils unter Einspritzen zugeführt wird.
Wie bei dem Fall des in der vorstehend genannten Offenlegungsschrift offenbarten Systems gibt es für das System, das zum Steuern der Funktion des NOx-Katalysators durch angemessenes Zuführen unter Einspritzen des Reduktionsmittels in das Abgas aufgebaut ist, keine Alternative, außer einen Systemaufbau anzunehmen, bei dem der Einspritzanschluss für das Reduktionsmittel direkt zu dem Abgasdurchgang freigelegt ist. Daher werden der gleiche Einspritzanschluss und ein Reduktionsmittelströmungspfad in der Umgebung des Einspritzanschlusses einfach durch ein Hochtemperaturabgas aufgeheizt.
Daher wird das aufgeheizte Reduktionsmittel hinreichend verkohlt, um ein Verstopfen des Einspritzanschlusses für das Reduktionsmittel zu verursachen oder das Einspritzventil mit der Folge zu blockieren, so dass das Reduktionsmittel nicht ausgesprüht werden kann oder eine Einspritzmenge und eine Einspritzzeitabstimmung in manchen Fällen nicht gesteuert werden können.
Andererseits gibt es eine Abgaszirkulationsvorrichtung (die im folgenden als EGR-Vorrichtung abgekürzt wird) als eine der Vorrichtungen zum Verringern von NOx, das in dem Abgas enthalten ist, das von der Brennkraftmaschine ausgestoßen wird. Die EGR-Vorrichtung funktioniert, indem sie das Auftreten von NOx durch Rezirkulieren von ein wenig des Abgases zurück zu einen Einlasssystem verringert, die thermische Kapazität eines Basisinhalt einer Brennkammer mit einer Einführung eines Erdgases zu erhöht und eine maximale Verbrennungstemperatur absenkt.
Anders als die NOx-Katalysatorfunktion zum Reinigen des erzeugten NOx hat die EGR-Vorrichtung eine Funktion zum Beschränken des Auftretens von NOx selbst.
Dann wird zum Erhalten einer effektiveren Verringerung des NOx, das in dem Abgas enthalten ist, das von dem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, wie es der Fall des Systems, das beispielsweise der Japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 6-74022 offenbart ist, ein Abgasemissionssteuersystem angenommen, das durch Kombinieren des NOx-Katalysators mit der EGR-Vorrichtung aufgebaut wird. Das in der vorstehend genannten Offenlegungsschrift offenbarte System nimmt eine solche Durchgangsgeometrie an, bei der Abgasabzweigrohre, die mit Abgasanschlüssen der jeweiligen Zylinder eine Vierzylinderverbrennungsmotors verbunden sind, stromabwärts zu einem einzigen Abgasrohr vereinigt werden und somit zu dem NOx-Katalysator geführt werden. Dann werden nur drei Längen der Abzweigrohre aus diesen vier Längen der Abgasabzweigrohre mit einem EGR-Rohr (EGR-Durchgang) verbunden. Andererseits ist eine Reduktionsmittelzugabedüse an einem Auslassanschluss entsprechend dem verbleibenden Abgasabzweigrohr gepasst. Wenig von dem Abgas, das nur aus den drei Zylindern gewonnen wird, wird nämlich zurück zu dem Einlassrohr über das EGR-Rohr einerseits zurückgeführt und das Abgas, das von dem verbleibenden Zylinder gewonnen wird, wird direkt in den NOx-Katalysator, der stromabwärts angeordnet ist, und nicht durch das EGR-Rohr eingeführt. Ferner wird der Kraftstoff (das Reduktionsmittel) nur in das Abgas zugegeben, das direkt in dem NOx-Katalysator, der stromabwärts angeordnet ist, nicht über das EGR-Rohr eingeführt wird. Gemäß der vorstehend beschriebenen Systemarchitektur wird das Reduktionsmittel, das von der Reduktionsmittelzugabedüse zugegeben wird, in das Einlasssystem über das EGR-Rohr aufgenommen, woraus sich ergibt, dass kein Einfluss auf einen Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors ausgeübt wird und die Abgascharakteristik vorzugsweise gehalten werden kann.
Bei dem in der gleichen Offenlegungsschrift offenbarten Verbrennungsmotor ist jedoch das EGR-Rohr mit den drei (mehreren) Längen der Abzweigrohre verbunden und werden normalerweise die Verbindungen dazwischen durch Schweißen als Verbindungsverfahren erstellt. Dieses Verfahren hat jedoch Nachteile bezüglich der Tatsache, dass es mehrere der Schweißabschnitte mit einer Erhöhung der Kosten und einer geringeren Haltbarkeit auf Grund einer höheren Wahrscheinlichkeit der Beschädigung mit sich bringt.
Wenn ferner eine große Anzahl von Abzweigrohren mit dem EGR-Rohr verbunden wird, hat das einen großen Einfluss auf einen Abgasimpuls mit Bezug auf eine Strömung des EGR-Gases, und liegt der Nachteil darin, dass es schwierig ist, eine EGR-Gasdurchflussrate genau zu steuern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasemissionssteuersystem einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das fähig ist, eine Funktion eines NOx-Katalysators durch Zuführen unter Einspritzung eines Reduktionsmittels direkt in das Abgassystem der Brennkraftmaschine zu steuern und stabil eine gewünschte Menge des Reduktionsmittels bei einer gewünschten Zeitabstimmung zuzuführen, ohne durch die vor dem Abgas entnommene Wärme beeinflusst zu werden.
Die vorliegende Erfindung zielt weitergehend darauf ab, ein Abgasemissionssteuersystem einer Brennkraftmaschine einschließlich einer EGR-Vorrichtung und des NOx-Katalysators zu schaffen, das fähig ist zu verhindern, dass das für den NOx-Katalysator zugegebene Reduktionsmittel in einem EGR-Durchgang herumströmt, auf die Haltbarkeit verbessert und die Kosten verringert.
Die Druckschrift DE 199 19 426 C1 offenbart ein Abgasemissionssteuersystem einer Brennkraftmaschine, das an einem Zylinderkopf vorgesehen ist, der mit einem Auslassanschluss der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, und das eine Reduktionsmitteleinspritzdüse zum Einspritzen eines Reduktionsmittels hat. Ferner weist das System eine Temperaturanstiegsbeschränkungseinrichtung zum Beschränken eines Anstiegs der Temperatur eines Durchgangs für das Reduktionsmittel auf, der sich durch das Innere der Reduktionsmitteleinspritzdüse von einem Einspritzanschluss erstreckend ausgebildet ist. Auf diesem Weg ist es möglich, das Reduktionsmittel herunterzukühlen und zu verhindern, dass das Reduktionsmittel sich auf Grund der hohen Temperatur chemisch ändert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zum Lösen der vorstehend genannten Aufgabe offenbart die vorliegende Erfindung ein Abgasemissionssteuersystem gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Abgasemissionssteuersystem einer Brennkraftmaschine mit einem Außenhüllenelement versehen, das mit einem Auslassanschluss der Brennkraftmaschine ausgebildet ist, und hat eine Reduktionsmitteleinspritzdüse zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in dem Auslassanschluss. Das Abgasemissionssteuersystem weist ein Temperaturanstiegsbeschränkungselement zum Beschränken eines Anstiegs der Temperatur eines Durchgangs für das Reduktionsmittel auf, der sich durch einen Innenraum der Reduktionsmitteleinspritzdüse von dessen Einspritzanschluss erstreckend ausgebildet ist.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine Verstopfung des Einspritzanschlusses der Reduktionsmitteleinspritzdüse an dem inneren Durchgang beschränkt, was auf Grund einer thermischen Denaturierung des Reduktionsmittels verursacht wird, und eine Verschlechterung eines Ventilaufbaus innerhalb der Reduktionsmitteleinspritzdüsen. Daher kann die Funktion der Reduktionsmitteleinspritzdüse zum Zuführen unter Einspritzen einer gewünschten Menge des Reduktionsmittels bei der gewünschten Zeitabstimmung mit einer hohen Genauigkeit über eine lange Zeitdauer aufrechterhalten werden.
Das Temperaturanstiegsbeschränkungselement weist vorzugsweise ein Strukturelement auf, das ein Teil des Außenhüllenelements ausbildet, das zumindest einen Teil des zu dem Auslassanschluss freigelegten Abschnitts der Reduktionsmitteleinspritzdüse abdeckt und einen Durchgang bildet, der zwischen dem Einspritzanschluss der Reduktionsmitteleinspritzdüse und dem Auslassanschluss eine Verbindung herstellt.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Reduktionsmitteleinspritzdüse nicht innerhalb des Auslassanschlusses freigelegt, und daher wird die Wärme des Abgases nicht direkt zu der Reduktionsmitteleinspritzdüse geleitet, wodurch ein Anstieg der Temperatur des Innenraums der Reduktionsmitteleinspritzdüse vorzugsweise beschränkt wird.
Ferner wird eine Strömung des Abgases innerhalb des Auslassanschlusses in einen stabilen Zustand gehalten, ohne die Strömung des Abgases durch einen Vorsprung des vorderen Endelements der Reduktionsmittelzugabedüse in den Abgasanschluss zu stören.
Es ist ebenso vorzuziehen, dass zumindest ein Teil des Temperaturanstiegsbeschränkungselement aus einem Werkstoff besteht, der einen höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten als ein Werkstoff des Außenhüllenelements hat, das den Auslassanschluss bildet, und zumindest einen Teil der Außenfläche der Reduktionsmitteleinspritzdüse abdeckt.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung absorbiert ein Teil des Temperaturanstiegsbeschränkungselements, das aus dem Werkstoff besteht, der den höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten als der Werkstoff des Außenhüllenelements zeigt, das den Auslassanschluss ausbildet, wirksam die Wärme, die in Richtung auf den Außenrand der Reduktionsmitteleinspritzdüse von dem Auslassanschluss übertragen wird, und gibt Wärme in einen Umfangsbereich ab, um dadurch vorzugsweise eine Wärmeaufnahmemenge der Reduktionsmitteleinspritzdüse zu verringern.
Es ist vorzuziehen, dass das Temperaturanstiegsbeschränkungselement einen Durchgang für ein Kühlmedium in der Umgebung eines Abschnitts aufweist, der aus einem Werkstoff besteht, der einen höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten als denjenigen des Werkstoffs des Außenhüllenelements aufweist, das den Auslassanschluss bildet, und dass das Kühlmedium die in dem Abschnitt, der aus dem Werkstoff besteht, der den höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten hat, enthaltene Wärme absorbiert.
Es ist anzumerken, dass eine Projektionsebene (ein Bereich) des Durchgangs, der sich in Richtung auf den axialen Kern der Reduktionsmitteleinspritzdüse erstreckt, vorzugsweise im Wesentlichen eine Position einschließt, die am nächsten zu dem Durchgang zu dem Kühlmedium liegt, von einem Abschnitt, der aus dem Werkstoff besteht, der den höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten als der Werkstoff des Außenhüllenelements zeigt, das mit dem Auslassanschluss ausgebildet ist.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung absorbiert das Kühlmedium innerhalb des Durchgangs vorzugsweise die Wärme der Reduktionsmitteleinspritzdüse oder die Wärme in dessen Umgebung durch den Abschnitt, der aus dem Werkstoff besteht, der den höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten hat, um dadurch den Anstieg der Temperatur der Reduktionsmitteleinspritzdüse vorzugsweise zu beschränken.
Das Temperaturanstiegsbeschränkungselement weist vorzugsweise einen Durchgang für das Kühlmedium auf, der derart ausgebildet ist, dass ein Teil der äußeren Umfangsfläche der Reduktionsmitteleinspritzdüse einen Teil einer Innenwand des Durchgangs bildet.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den gesamten oder örtlichen Bereich innerhalb der Reduktionsmitteleinspritzdüse von ihrer Umfangsfläche effizient abzukühlen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung weist ein Abgasemissionssteuersystem einer Brennkraftmaschine einen Abgaskrümmer, der mit einem Abgasanschluss von jedem Zylinder einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine verbunden ist, die zu einer mageren Verbrennung fähig ist, ein Abgaszusammenführungsrohr zum Verbinden des Abgaskrümmers mit einem Abgasrohr, einer Abgasrezirkulationsvorrichtung zum Rezirkulieren eines Teils des Abgases zu einem Einlasssystem zum Verbinden des Abgaskrümmers mit dem Einlasssystem der Brennkraftmaschine, einen NOx-Katalysator, der in dem Abgasrohr vorgesehen ist, und eine Reduktionsmittelzugabevorrichtung zum Zugeben eines Reduktionsmittels in ein Abgassystem auf, die weiter stromaufwärts als der NOx-Katalysator angeordnet ist. Bei diesem Steuersystem ist ein stromaufwärtiges Ende des Abgaszusammenführungsrohrs mit einem Ende des Abgaskrümmers verbunden, ist ein Zugabeanschluss der Reduktionsmittelzugabevorrichtung zu dem Auslassanschluss des Zylinders weisend vorgesehen, der in nächster Nähe zu einem Ende des Abgaskrümmers positioniert ist, und ist ein Abgaseinlassanschluss der Abgasrezirkulationsvorrichtung an der Seite des anderen Endes des Abgaskrümmers vorgesehen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind der Verbindungspunkt des Abgaszusammenführungsrohrs mit Bezug auf den Abgaskrümmer und der Verbindungspunkt des Abgaseinlassanschlusses der Abgasrezirkulationsvorrichtung voneinander beabstandet. Ferner ist der Zugabeanschluss der Reduktionsmittelzugabevorrichtung zu dem Auslassanschluss weisend in der Umgebung des Verbindungspunkts des Abgaszusammenführungsrohrs mit Bezug auf den Abgaskrümmer positioniert. Es ist daher möglich zu verhindern, dass das Reduktionsmittel, das durch die Reduktionsmittelzugabevorrichtung zugegeben wird, in dem Einlasssystem durch die Abgasrezirkulationsvorrichtung herumströmt. Daher kann die Emission von Rauch verhindert werden. Darüber hinaus ist der Abgabekrümmer an einem Punkt mit dem Abgas verbunden, um dadurch die Haltbarkeit zu verbessern und die Kosten zu verringern.
Es ist ebenso vorzuziehen, dass der Auslassanschluss des Zylinders, der mit dem Zugabeabschnitt der Reduktionsmittelzugabevorrichtung gepasst ist, sich hinsichtlich seines Schnitts an einem Abschnitt verengt, der mit dem Zugabeanschluss versehen ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Strömung des Abgases, das durch den Auslassanschluss strömt, beschleunigt und wird eine Erzielung von feinen Partikeln des Reduktionsmittels, das von der Reduktionsmittelzugabevorrichtung zugegeben wird, gefördert. Daher wird eine Reinigungseffizienz des NOx-Katalysators verbessert.
Vorzugsweise wird das Reduktionsmittel von dem Zugabeabschnitt der Reduktionsmittelzugabevorrichtung während einer Ventilöffnungsdauer des Auslassventils des Zylinders zugegeben, der in nächster Nähe zu einem Ende des Auslasskrümmers positioniert ist.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann beschränkt werden, dass das von der Reduktionsmittelzugabevorrichtung zugegebene Reduktionsmittel in dem Abgaskrümmer anhaftet, und kann beschränkt werden, dass der an dem Abgaskrümmer anhaftender Kraftstoff in dem Einlasssystem durch die Abgasrezirkulationsvorrichtung herumströmt.
Was den Zylinder betrifft, der mit dem Zugabeanschluss der Reduktionsmittelzugabevorrichtung versehen ist, kann nach dem Ausführen einer Haupteinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs zum Erhalten einer Verbrennungsmotorabgabe von einem Kraftstoffeinspritzventil die Steuerung vorgenommen werden, um eine Hilfseinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffeinspritzventil bei einem Expansionstakt oder einem Auslasstakt auszuführen.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung erhöht der durch die Hilfseinspritzung zugeführte Kraftstoff die Temperatur des Abgases, um dadurch die feinen Partikel des Kraftstoffs, der von der Reduktionsmittelzugabevorrichtung zugegeben wird, und deren Verdampfung zu fördern.
Das Abgasemissionssteuersystem kann ferner einen Turbolader aufweisen, der stromabwärts des Abgaszusammenführungsrohrs vorgesehen ist, um Ansaugluft mit Luft zu beaufschlagen, und einen Umgehungsdurchgang zum Führen des Abgases zu dem NOx-Katalysator, um den Turbolader zu umgehen, wenn die Reduktionsmittelzugabevorrichtung das Reduktionsmittel unter Bedingungen niedriger Last zugibt.
Wenn das Abgas, das in einem Betriebsbereich mit geringer Last erzeugt wird, in dem die Temperatur des Abgases normalerweise niedrig ist, durch den Turbolader strömt, wird die Temperatur des Abgases viel niedriger, was ein Hindernis für die Verdampfung und das Erhalten von feinen Partikeln des Reduktionsmittels sein kann, das von der Reduktionsmittelzugabevorrichtung zugegeben wird. Wenn diese Vorrichtung angewendet wird, wird dann, wenn das Abgas zu dem Umgehungsdurchgang strömt, um den Turbolader zu umgehen, und zu dem NOx-Katalysator geleitet wird, eine Verringerung der Temperatur auf Grund der Wirkung des Turboladers nicht auf und verschwindet daher das Hindernis gegenüber der Erhaltung der feinen Partikel des Reduktionsmittels und dessen Verdampfung, wodurch sich die NOx-Reinigungsrate verbessert.
Eine zweite Reduktionsmittelzugabevorrichtung zum Zuführen des Reduktionsmittels zu dem NOx-Katalysator, wenn der NOx-Katalysator von einer Schwefelvergiftung wieder hergestellt wird, kann stromaufwärts von dem NOx-Katalysator vorgesehen sein.
Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung strömt das Reduktionsmittel, das von der zweiten Reduktionsmittelzugabevorrichtung zugegeben wird, nicht in dem Einlasssystem durch die Abgasrezirkulationsvorrichtung herum, und es ist daher möglich, die Emission von Rauch auf Grund der Zugabe des Reduktionsmittels für einen Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess zu verhindern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHUNGEN
1 ist ein Diagramm, das den Überblick eines Dieselverbrennungsmotorsystems in einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Teilschnittansicht, die schematisch eine Kraftstoffzugabedüse zeigt, die an einen Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors in dem ersten Ausführungsbeispiel angepasst ist, und die ebenso einen Schnittaufbau ihres Umfangsabschnitts zeigt;
3 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die Details eines inneren Aufbaus der Kraftstoffzugabedüse zeigt;
4 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Kraftstoffzugabedüse, die an den Zylinderkopf gepasst ist, Kraftstoff in Richtung auf einen Auslassanschluss in dem ersten Ausführungsbeispiel sprüht;
5 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in die Kraftstoffzugabedüse, die an den Zylinderkopf gepasst ist, den Kraftstoff in Richtung auf den Auslassanschluss sprüht, in einem abgewandelten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels;
6 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand, in dem die Kraftstoffzugabedüse, die an den Zylinderkopf gepasst ist, den Kraftstoff in Richtung auf den Auslassanschluss sprüht, in einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
7 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand, in dem die Kraftstoffzugabedüse, die an den Zylinderkopf gepasst ist, den Kraftstoff in Richtung auf den Auslassanschluss sprüht, in einem abgewandelten Beispiel des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
8 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand, in dem die Kraftstoffzugabedüse, die an den Zylinderkopf gepasst ist, den Kraftstoff in Richtung auf den Auslassanschluss sprüht, in einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 ist ein Diagramm, das einen Überblick einer Konfiguration eines Dieselverbrennungssystems in einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine Schnittansicht, die die Umgebung des Auslassanschlusses des Verbrennungsmotors in einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Kraftstoffzugabesteuerverlauf in dem fünften Ausführungsbeispiel zeigt;
12 ist ein Diagramm, das den Überblick einer Konfiguration des Dieselverbrennungsmotorsystems in einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Abgasumgehungssteuerverlauf in dem sechsten Ausführungsbeispiel zeigt;
14 ist ein Diagramm, das einen Überblick einer Konfiguration des Dieselverbrennungsmotorsystems in einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
15 ist ein Ablaufdiagramm, das einen SOx-Entgiftungsverlauf in dem siebten Ausführungsbeispiel zeigt;
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
(Ausführungsbeispiel 1)
Ein Abgasemissionssteuersystem der Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden über ein erstes Ausführungsbeispiel beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung auf ein Dieselverbrennungssystem angewendet ist.
Unter Bezugnahme zunächst auf 1 kann eine Brennkraftmaschine (wie im Folgenden einfach Verbrennungsmotor genannt wird) 100 als Reihenvierzylinderdieselverbrennungsmotorsystem klassifiziert werden, das hauptsächlich aus einem Kraftstoffzufuhrsystem 10, einer Brennkammer 20, einem Einlasssystem 30 und einem Auslasssystem 40 aufgebaut ist.
Zunächst ist das Kraftstoffzufuhrsystem 10 aus einer Kraftstoffpumpe 11, einer Drucksammelkammer 12, einem Kraftstoffeinspritzventil 13, einem Abschaltventil 14, einem Steuerventil 16, einer Kraftstoffzugabedüse 16, einem Verbrennungsmotorkraftstoffdurchgang P1 und einem Zugabekraftstoffdurchgang P2 aufgebaut.
Die Kraftstoffpumpe 11 pumpt Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) heraus und führt nach dem Hochdruckbeaufschlagen des so herausgepumpten Kraftstoffs den Hochdruckkraftstoff zu der Drucksammelkammer 12 über den Verbrennungsmotorkraftstoffdurchgang P1. Die Drucksammelkammer 12 hat die Funktion zum Aufrechterhalten des Hochdruckkraftstoffs, der von der Kraftstoffpumpe 11 zugeführt wird, auf einem vorbestimmten Druck (Drucksammlung) und verteilt den Druck gesammelten Kraftstoff auf jedes der Kraftstoffeinspritzventile 13. Das Kraftstoffeinspritzventil 13 wird als Elektromagnetventil klassifiziert, das einen elektromagnetischen Solenoid (nicht dargestellt) enthält, und öffnet sich geeignet, um den Kraftstoff durch eine Einspritzung in einen Innenraum der Brennkammer 20 zuzuführen.
Andererseits führt die Kraftstoffpumpe 11 der Kraftstoffzugabedüse (einer Reduktionsmitteleinspritzdüse) 17 einen Teil des aus dem Kraftstofftank herausgepumpten Kraftstoffs über den Zugabekraftstoffdurchgangsweg P2. Das Abschaltventil 14 und das Steuerventil 16 sind sequentiell von der Kraftstoffpumpe 11 in Richtung auf die Kraftstoffzugabedüse 17 entlang dem Zugabekraftstoffdurchgangsweg P2 angeordnet. Das Abschaltventil 14 schaltet den Zugabekraftstoffdurchgangsweg P2 ab, wenn ein Notfall auftritt, um dadurch die Kraftstoffzufuhr anzuhalten. Das Steuerventil 16 steuert einen Druck des Kraftstoffs (einen Kraftstoffdruck), der zu der Kraftstoffzugabedüse 17 zugeführt wird. Die Kraftstoffzugabedüse 17 ist ein mechanisches Schaltventil, das sich öffnet, wenn Kraftstoffdruck gleich oder höher als ein vorbestimmter Druck ist (beispielsweise 0,2 MPa), führt den Kraftstoff durch Einspritzen in das Abgassystem 40 (einen Auslassanschluss 40a) zu. Das Steuerventil 16 steuert nämlich den Kraftstoffdruck, der stromaufwärts von der Kraftstoffzugabedüse 17 vorhanden ist, um durch die Einspritzzufuhr (die Zugabe) des gewünschten Kraftstoffs aus der Kraftstoffzugabedüse 17 bei einer geeigneten Zeitabstimmung vorzunehmen.
Das Einlasssystem 30 bildet einen Durchgang für Einlassluft aus (der Einlassdurchgang genannt ist), die in jede der Brennkammern 20 zugeführt wird. Andererseits ist das Abgassystem 40 aus einer Vielzahl von Durchgangselementen, wie zum Beispiel einem Auslassanschluss 40a, einem Auslasskrümmer 40b, einem stromaufwärtigen Katalysatordurchgang 40c und einem stromabwärtigen Katalysatordurchgang 40c aufgebaut, die in einer Folge von einer stromaufwärtigen Seite in eine stromabwärtigen Seite verbunden sind, um somit einen Durchgang für Abgas auszubilden (der Abgasdurchgang genannt ist), das von jeder der Brennkammern 20 ausgestoßen wird.
Ferner ist der Verbrennungsmotor 100 einer gut bekannten Ladevorrichtung (einem Turbolader) 40 versehen. Der Turbolader 50 weist zwei Turbinenräder 52, 53 auf, die miteinander mit einer Welle 51 verbunden sind. Andererseits ist das Turbinenrad (das einlassseitige Turbinenrad) 52 der Ansaugluft innerhalb des Einlasssystems 30 ausgesetzt, während das Turbinenrad (das auslassseitige Turbinenrad) 53 der Ansaugluft innerhalb des Abgassystems 40 ausgesetzt ist. Der so aufgebaute Turbolader 50 dreht das einlassseitige Turbinenrad 52 durch Anbindung einer Abgasströmung (eines Abgasdrucks), die das auslassseitige Turbinenrad 53 aufnimmt, um dadurch eine sogenannte Aufladung zum Verstärken des Einlassdrucks vorzunehmen.
Bei dem Einlasssystem 30 ist ein Zwischenkühler 31 für den Turbolader 50 vorgesehen, der erzwungen die Ansaugluft abkühlt, deren Temperatur durch Aufladen angehoben wird. Das Drosselventil 32, das weiter stromabwärts als der Zwischenkühler 31 vorgesehen ist, wird als elektronisches Steuerschaltventil eingeteilt, das zu einer stufenlosen Einstellung seiner Öffnung fähig ist. Das Drosselventil 32 enthält eine Funktion zum Einstellen (Verringern) einer Menge einer Zufuhr der Ansaugluft durch Drosseln einer Strömungsfläche der Ansaugluft unter einer vorbestimmten Bedingung.
Ferner ist der Verbrennungsmotor 100 mit einem Abgasrezirkulationsdurchgang (EGR-Durchgang) 60 zum Umgehen der stromaufwärtigen Route (des Einlasssystems 30) und der stromabwärtigen Route (des Auslasssystems 40) der Brennkammer 20 ausgebildet. Dieser EGR-Durchgang 60 hat eine Funktion zum geeigneten Zirkulieren eines Teils des Abgases zurück zu dem Einlasssystem 30. Der EGR-Durchgang 60 ist mit einem EGR-Ventil 61 und einem EGR-Kühler 62 versehen. Das EGR-Ventil 61 ist zur Steuerung einer Durchflussrate des Abgases fähig, das durch den EGR-Durchgang 60 strömt. Der EGR-Kühler 62 dient dazu, das Abgas abzukühlen, das durch den EGR-Durchgang 60 tritt (rezirkuliert).
Darüber hinaus ist bei dem Abgassystem 40 eine Katalysatoreinfassung 42, die einen NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart (der im Folgenden einfach Katalysator genannt wird) 41 einfasst, stromabwärts (zwischen dem stromaufwärtigen Katalysatordurchgang 40c und dem stromabwärtigen Katalysatordurchgang 40d) des auslassseitigen Turbinenrads 53 vorgesehen. Der Katalysator 41, der in der Katalysatoreinfassung 42 eingefasst ist, ist so aufgebaut, dass beispielsweise ein Aluminiumoxid (AL₂O₃) als Träger verwendet wird und Alkalimetalle, wie zum Beispiel Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Cäsium (Cs), Erdalkalimetalle, wie zum Beispiel Barium (Ba) und Kalzium, Seltenerdmetalle, wie zum Beispiel Lanthan (La), Yttrium (Y), und Edelmetalle, wie zum Beispiel Platin (Pt), an diesem Träger geträgert sind.
Der Katalysator 41 absorbiert NOx in einen Zustand, in dem das Abgas eine große Menge Sauerstoff enthält. In einem Zustand, in dem die Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas niedrig ist und eine große Menge von Reduktionsbestandteilen (beispielsweise unverbrannten Bestandteilen (HC des Kraftstoffs) vorhanden ist, reduziert der Katalysator 41 NOx zu NO₂ oder NO, somit diesen Bestandteil abführt. NOx, das in der Form von NO₂ oder NO abgeführt wird, reagiert spontan mit HC und CO, die in dem Abgas vorhanden sind, und wird daher weitergehend zu N₂ reduziert. HC und CO werden, wenn NO₂ und NO reduziert werden, selbst zu H₂O und CO₂ oxidiert. Es folgt nämlich, dass das Abgas von HC, CO und NOx durch geeignetes Einstellen des HC-Bestandteils und der Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas gereinigt werden kann, das die Katalysatoreinfassung 42 (den Katalysator 41) eingeführt wird.
Bei dem Verbrennungsmotor 100 werden eine Zugabemenge des Kraftstoffs der zu der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 51 in dem Abgassystem 40 durch die Kraftstoffzugabedüse 17 zugegeben wird, und eine Zugabezeitabstimmung gesteuert, um dadurch den HC-Bestandteil und die Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas einzustellen, das in dem Katalysator 41 eingeführt wird. Gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 wirken nämlich der Katalysator 41, der in dem Abgassystem 40 vorgesehen ist, die Kraftstoffzugabedüse 17 zum Steuern der Bestandteile in dem Abgas, das in dem Katalysator 41 eingeführt wird, und ferner das Kraftstoffzufuhrsystem 10 zum Druckzuführen des Kraftstoffs mit der Unterstützung dieser Kraftstoffzugabedüse 17 zusammen, um als Abgasemissionssteuersystem zum Reinigen des Abgases des Verbrennungsmotors 100 zu funktionieren.
Andererseits sind verschiedenartige Sensoren an den jeweiligen Bauteilen des Verbrennungsmotors 100 angebracht und geben diese Signale ab, die sich auf Umgebungsbedingungen dieser Vorteile und auf Betriebszustände des Verbrennungsmotors 100 beziehen.
Genauer gesagt gibt ein Leitungsdrucksensor 70 ein Erfassungssignal entsprechend einem Kraftstoffdruck ab, der in der Drucksammelkammer 12 gesammelt wird. Ein Kraftstoffdrucksensor 71 gibt ein Erfassungssignal entsprechend einem Druck (einem Kraftstoffdruck) Pg des Kraftstoffs ab, der in das Steuerventil 16 eingeführt wird. Ein Luftdurchflussmessgerät 72 gibt ein Erfassungssignal entsprechend einer Durchflussrate (einer Einlassmenge) der Ansaugluft ab, die stromabwärts von dem Drosselventil 32 in den Einlasssystem 30 strömt. Ein Luftkraftstoffverhältnissensor (A/F-Sensor) 73 gibt ein Erfassungssignal, das sich entsprechend der Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas fortlaufend ändert, das stromabwärts von der Katalysatoreinfassung 42 in dem Abgassystem 40 vorhanden ist. Ein Abgastemperatursensor 74 gibt in ähnlicher Weise ein Erfassungssignal entsprechend einer Temperatur (einer Abgastemperatur) Te des Abgases ab, das stromabwärts von der Katalysatoreinfassung 42 in dem Abgassystem 40 strömt.
Ferner ist ein Beschleunigerabweichungssensor 75 an einem Beschleunigerpedal (nicht dargestellt) angebracht und gibt ein Erfassungssignal entsprechend einer Pedalbetätigungsgröße Acc ab. Ein Kurbelwinkelsensor 76 gibt ein Erfassungssignal (einem Impuls) jedes Mal dann ab, wenn eine Ausgangswelle (Kurbelwelle) des Verbrennungsmotors 100 sich um einen vorbestimmten Winkel dreht. Diese Sensoren 70–76 sind elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 80 verbunden.
Die ECU 80 weist eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 81, einen Nur-Lese-Speicher (ROM) 82, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 83, einen Sicherungs-RAM 84 und einen Zeitzähler 85 sowie des Weiteren einen logischen Arithmetikschaltkreis auf. Diese Bauteile 81–85, ein externer Eingabeschaltkreis 86 mit einem A/D-Wandler, und ein externer Ausgabeschaltkreis 87 sind miteinander über einen bidirektionalen Bus 88 verbunden, um dadurch den vorstehend genannten logischen Arithmetikschaltkreis zu bilden.
Die so aufgebaute ECU 80 gibt die Erfassungssignale der verschiedenartigen Sensoren über den externen Eingabeschaltkreis ein und führt auf der Grundlage dieser Signale die Basissteuerung des Verbrennungsmotors 100, zum Beispiel die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und so weiter aus. Zusätzlich führt die ECU 80 verschiedenartige Steuerungen des Betriebs des Verbrennungsmotors 100 aus, wie zum Beispiel die Steuerung einer Zugabe des Reduktionsmittels (des Kraftstoffs) unter Bezugnahme auf Bestimmungen der Zugabezeitabstimmung zur Zugabe des Reduktionsmittels (welches der Kraftstoff ist, der als das Reduktionsmittel funktioniert) und einer Zufuhrmenge und so weiter.
Als nächstes wird der Überblick des Grundprinzips der Kraftstoffzugabe, die durch die ECU 80 ausgeführt wird, erklärt werden.
Im Allgemeinen ist ein Gemisch des Kraftstoffs und der Luft, die zum Verbrennen in der Brennkammer zugeführt werden, in fast allen Betriebsbereichen hoch.
Normalerweise gibt die Sauerstoffkonzentration des Gemischs, das zu der Brennkammer zugeführt wird, mit einer Subtraktion des Sauerstoffs, der für die Verbrennung zugeführt wird, direkt eine Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas wieder. Wenn die Abgaskonzentration (das Luftkraftstoffverhältnis) in dem Gemisch hoch ist, ist die Sauerstoffkonzentration (das Luftkraftstoffverhältnis) in dem Abgas grundsätzlich ähnlich hoch. Andererseits hat, wie vorstehend diskutiert ist, der NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart eine Charakteristik zum Absorbieren von NOx, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, und wenn sie niedrig ist, zum Reduzieren von NOx zu NO₂ oder NO und um dieses somit abzuführen. Daher absorbiert der Katalysator NOx, soweit der Sauerstoff in dem Abgas im Zustand hoher Konzentration verbleibt. Es gibt eine Grenze einer NOx-Absorptionsmenge des Katalysators, und in einem Zustand, in dem der gleiche Katalysator eine Grenzmenge des NOx absorbiert, folgt daraus, dass NOx in dem Abgas nicht absorbiert wird sondern unverändert durch die Katalysatoreinfassung tritt.
In einem solchen Fall wird bei der Brennkraftmaschine mit der Kraftstoffzugabedüse 17, wie in dem Fall des Verbrennungsmotors 100 die Sauerstoffkonzentration zeitweilig verringert und wird die Reduktionsbestandteilmenge (von HC und so weiter) durch Zugeben des Kraftstoffs zu der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 41 in dem Abgassystem 40 durch die Kraftstoffzugabedüse 17 bei einer geeigneten Zeitabstimmung erhöht. Dann reduziert der Katalysator 41 NOx, das soweit absorbiert wurde, zu NOx und NO und führt diese Substanz ab, so dass er dadurch seine eigene NOx-Absorptionsfähigkeit wieder herstellt (zurücknimmt). Wie vorstehend beschrieben ist, reagiert NO₂ oder NO, die abgeführt werden, unmittelbar mit HC und CO und wird dadurch zu NO₂ reduziert.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Reduktionsreinigungseffizienz des Katalysators 41 zum Reduktionsreinigen von NOx, das durch diesen selbst absorbiert wurde, während er die reduzierte Substanz auf die vorstehend beschriebene Art und Weise abführt, durch die Sauerstoffkonzentration (das Luftkraftstoffverhältnis) und die Reduktionsbestandteilmenge (die Konzentration des Sauerstoffs) in dem Abgas bestimmt, das in die Katalysatoreinfassung 42 strömt.
Dann wird bei dem Verbrennungsmotor 100 die Kraftstoffzugabe (Kraftstoffzugabesteuerung) zu dem Abgassystem 40 so durchgeführt, dass die optimale Reduktionsbestandteilmenge in dem Abgas und das optimale Luftkraftstoffverhältnis stabil erhalten werden kann.
Als nächstes wird die Kraftstoffzugabedüse 17, die an dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 100 angebracht ist, zum geeigneten Einspritzzuführen des Kraftstoffs, der über den Zugabekraftstoffdurchgang P2 gefördert wird, in das Abgassystem 40 (den Auslassanschluss 40a) des Verbrennungsmotors 100 genauer gemeinsam mit einem Aufbau des Umfangsabschnitts erklärt.
2 ist eine Teilabschnittansicht, die schematisch die Kraftstoffzugabedüse 17 zeigt, die an dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors 100 angebracht ist, zusammen mit einem Schnittaufbau ihres Umfangsabschnitts.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Auslassanschluss 40a, der als am weitesten stromaufwärts gelegenes Element des Abgassystems 40 dient, innen durch den Zylinderkopf (ein Außenhüllenelement) 1a des Verbrennungsmotors 100 ausgebildet. Ein sich öffnendes Ende, das stromaufwärts angeordnet ist, des Auslassanschlusses 40a steht in Verbindung mit der Brennkammer 20 (siehe 1). Ein sich öffnendes Ende, das stromabwärts angeordnet ist, des gleichen Anschlusses 40a steht in Verbindung mit einem stromaufwärtigen sich öffnenden Ende des Auslasskrümmers 40b. Die Kraftstoffzugabedüse 10 ist in eine Passbohrung 101 gepasst, die in dem Zylinderkopf 1a ausgebildet ist, und wird somit derart gepasst, dass ihr Kraftstoffeinspritzloch 17a in Richtung auf das Innere des Auslassanschlusses 40a gerichtet ist.
Die Kraftstoffzugabedüse 17 nimmt einen derartigen Aufbau an, dass ein zylindrisches Trommelelement 17b und ein zylindrisches Vorderendelement 17c, das einen Außendurchmesser hat, der kleiner als derjenige des Trommelelements 17b ist, koaxial durchgehend ausgebildet sind. Das Vorderendelement 17c hat eine geneigte Fläche, die durch Abschneiden eines Teils dieses Elements 17c von seiner Bodenfläche (an der Seite des Auslassanschlusses) in Richtung auf seine Seitenumfangsfläche ausgebildet wird. Eine Öffnung des Einspritzanschluss, insbesondere das Einspritzloch 17a zum Einspritzen des Kraftstoffs ist in dieser geneigten Fläche ausgebildet. Ferner ist die Kraftstoffzugabedüse 17 in die Passbohrung 101 in einem Zustand gepasst, in dem eine geringförmige Dichtung 17d mit einem Außendurchmesser, der im Wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Trommelelements 17b ist, und einen Innendurchmesser, der geringfügig größer als ein Außendurchmesser des Vorderendelement 17b ist, ringförmig an einen Außenumfang des Vorderendelements 17c gepasst ist. Die Dichtung 17d besteht aus einem Werkstoff, der einen relativ betrachtet höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten, wie zum Beispiel Kupfer oder eine Kupferlegierung, als derjenige des Zylinderkopfes 100a (der beispielsweise aus Gusseisen besteht) und der Kraftstoffzugabedüse 17 (die beispielsweise aus Edelstahl besteht). Ein Innenflächenaufbau der Passbohrung 101 ist im Wesentlichen eine Außengestalt, die sich von dem Vorderendelement 17c der Kraftstoffzugabedüse 17 zu der Umgebung einer Mitte des Trommelelements 17b erstreckt. Genauer gesagt ist die Innenfläche der Passbohrung 101 derart aufgebaut, dass ein zylindrisches Loch 101a mit einem relativ großen Durchmesser und ein mit einem Boden versehenes zylindrisches Loch 101b, das einen kleinen Durchmesser hat, koaxial durchgehend ausgebildet sind.
Das mit einem Boden versehene zylindrische Loch 101b, das an einer tiefen Seite des Passlochs 101 ausgebildet ist, ist mit einem Einspritzdurchgang 101c ausgebildet, der sich mit dem Auslassanschluss verbindet, so dass er sich stromabwärts von dem Auslassdurchgang erstreckt. Das Einspritzloch 17a der Kraftstoffzugabedüse 17 weist in dem Zustand, in dem die Kraftstoffzugabe 17 in die Passbohrung 101 gepasst ist, zu dem Auslassanschluss 40a über den Einspritzdurchgang 101c.
Die Kraftstoffzugabedüse 17 liegt nämlich in einem Zustand vor, in dem die in dem Zylinderkopf 100a eingebettet ist, wobei eine Wand 102 (ein Strukturelement), das eine gewisse Dicke hat, zwischen die Bodenfläche des Vorderelement 17c und die Innenfläche des Auslassanschluss 70a zwischengesetzt ist. Außerdem nimmt die Kraftstoffzugabedüse 17 eine derartige Struktur an, dass das Einspritzloch 17a des Vorderelements 17b mit dem Auslassanschluss 40a über den Einspritzdurchgang 101c in Verbindung steht, der in dem Zylinderkopf 100a ausgebildet ist.
Andererseits ist ein Teil (der im Folgenden als Wassermantel bezeichnet wird) 110 des Durchgangs für das Kühlwasser, das durch den Zylinderkopf 100a zirkuliert, an einer Position in der Nähe zu einem Außenrand der Dichtung 17d ausgebildet. Während eines Betriebs des Verbrennungsmotors 100 zirkuliert das Kühlwasser innerhalb des Wassermantels 110 angemessen entlang einem Wärmetauscher (nicht gezeigt), der eine Wärmetauscherfunktion hat, um dadurch das Kühlwasser im Wesentlichen auf einer feststehenden Temperatur (Kühlwassertemperatur) zu halten.
Als nächstes wird ein grundlegender innerer Aufbau der Kraftstoffzugabedüse 17 und ihre Betriebsart in Relation zu dem Umfangsabschnitt erklärt.
3 ist eine Schnittansicht, die einige der Bauteile von 2 vergrößert zeigt und ebenso Details des inneren Aufbaus insbesondere der Kraftstoffzugabedüse 17 zeigt.
Wie in 3 dargestellt ist, sind bei dem Verbrennungsmotor 100 mit dem Ausführungsbeispiel 1 der Auslassanschluss 40a, der Wassermantel 110 und die Kraftstoffzugabedüse 17 mit der folgenden Beziehung angeordnet.
Der Wassermantel 110 ist nämlich in nächster Nähe zumindest einem Teil eines äußeren Rands einer inneren Fläche (die im folgenden Düsensitz genannt wird) 103 des Zylinderkopfs 100a angeordnet, die zu der Bodenfläche der Dichtung 17d weist, wodurch die in der Dichtung 17d an dem Düsensitz 103 enthaltene Wärmeeffizient auf das Kühlwasser innerhalb des Wassermantels 110 übertragen wird.
Ferner wird in der Annahme, dass eine nächstgelegene Position zu dem Wassermantel 110 des Außenrands des Düsensitzes 102 als Punkt T gesetzt wird, eine Geometrie zwischen dem Düsensitz 103 und dem Wassermantel 110 so eingerichtet, dass der Punkt P in einer Projektionsebene (einem Bereich) d einer gegenüberliegenden Fläche 110a enthalten isst, die zu den axialen Kern der Kraftstoffzugabedüse 17 gerichtet ist. Es ist anzumerken, dass die Projektionsebene (der Bereich) d vorzugsweise im wesentlichen die äußere Umfangsfläche der Dichtung 17d umfasst, die zu dem Wassermantel 110 weist. Die gegenüberliegende Fläche 110a zu der Kraftstoffzugabedüse 17 des Wassermantels, der mit Kühlwasser gefüllt ist, kann als wirksame Wärmeaufnahmefläche zum effizienten Aufnehmen der Wärme definiert werden, wenn die Wärme auf den Wassermantel 110 von der Kraftstoffzugabedüse 17 und der Dichtung 17d ebenso übergeht. Daher wird die geometrische Beziehung, die vorstehend beschrieben ist, zwischen den Düsensitz 103 und den Wassermantel 110 angewandt, um dadurch eine Wärmeübertragungseffizienz der Wärme zu optimieren, die auf das Kühlwasser in dem Wassermantel 110 von der Dichtung 103 übertragen wird.
Ferner wird ein Abstand zwischen dem Düsensitz 103 und der Innenfläche des Auslassanschluss 40a klein genug eingerichtet, um eine Geschwindigkeit (eine Effizienz), mit der die in dem Abgas in dem Auslassanschluss 40a enthaltene Wärme durch das Kühlwasser in dem Wassermantel 110 durch die Dichtung 103 aufgenommen wird, höher als eine Geschwindigkeit (eine Effizienz) zu machen, bei der die Wärme durch das vordere Endelement 17b durch die Wand 102 und den Einspritzdurchgang 101c aufgenommen wird.
Andererseits ist ein innerer Durchgang zum Leiten des Kraftstoffs, der durch den Zugabekraftstoffdurchgang P2 unter Druck gefördert wird, zu dem Einspritzloch 17a in dem Inneren der Kraftstoffzugabedüse 17 ausgebildet. Dieser innere Durchgang ist aus mehreren Segmenten rohrartiger Durchgänge, wie zum Beispiel einem ersten Segment des rohrartigen Durchgangs 17e, der direkt mit dem Zugabekraftstoffdurchgang P2 in Verbindung steht, einem zweiten Segment eines rohrartigen Durchgangs 17f, der einen Durchmesser hat, der größer als der Durchmesser des ersten rohrartigen Durchgangs 17e ist, einem dritten Segment eines rohrartigen Durchgangs 17g, der einen Durchmesser hat, der kleiner als derjenige des zweiten Segments des rohrartigen Durchgangs 17f ist, und einem vierten Segment eines rohrartigen Durchgangs 17a, ausgebildet, der einen Durchmesser hat, der viel kleiner als derjenige des dritten Segments des rohrartigen Durchgangs 17g ist, wie sequentiell durchgehend angeordnet sind. Das zweite Segment des rohrartigen Durchgangs 17f nimmt eine Metallkugel (einer Rückschlagkugel) 17i auf, die einen Durchmesser hat, der größer als das erste Segment des rohrartigen Durchgangs 17e ist. Ferner spannt eine Feder 17j, die in dem vierten Segment des rohrartigen Durchgangs 17g untergebracht ist, die Rückschlagkugel 17i gegen die Druckförderrichtung des Kraftstoffs vor, wodurch die Rückschlagkugel 17i einen Grenzraum zwischen den ersten und zweiten rohrartigen Durchgängen 17e und 17f schließt.
Wenn der Kraftstoffdruck in dem ersten Segment des rohrartigen Durchgangs 17e höher als ein vorbestimmter Druck wird, wie in 4 gezeigt ist, schiebt der Kraftstoff in dem gleichen Durchgang 17e die Rückschlagkugel 17i, so dass diese sich in eine Pfeilrichtung α bewegt. Der Kraftstoff kann somit in Richtung auf das zweite Segment des rohrartigen Durchgangs 17f von dem ersten Segment des rohrartigen Durchgangs 17e strömen, um dadurch den Kraftstoff aus dem Einspritzloch 17a zu sprühen. Die Sprühnebel des Kraftstoffs erreichen den Auslassanschluss 40a über den Einspritzdurchgang 101c. Die Sprühnebel des Kraftstoffs, die den Auslassanschluss 40a erreichen, werden bald in dem Hochtemperaturabgas verdampft, das in eine Pfeilrichtung β innerhalb des Auslassanschlusses 40a strömt, und werden in einer Diffusion zu dem Katalysator 41 überführt, der stromabwärts in dem Abgassystem 40 angeordnet ist.
Hier wird der flüssige Kraftstoff unmittelbar unter einer Hochtemperaturbedingung verdampft, und daher ist es vorzuziehen, dass der einmal aus der Kraftstoffzugabedüse 17 gestrahlte Kraftstoff dem Hochtemperaturabgas innerhalb des Abgassystem 40 (dem Auslassanschluss 40a) ausgesetzt wird. Wenn dagegen die Kraftstoffzugabedüse 17 selbst eine hohe Temperatur erreicht, wird der Kraftstoff, der durch das Innere der Düse 17 strömt, ausreichend verkohlt, so dass er an der Innenfläche des Durchgangs hängen bleibt, oder ausreichend, um eine Alterung der Feder 17j zu vereinfachen. Insbesondere in dem Fall, die in der Diskussion des Stands der Technik gezeigt ist, dass ein solcher Systemaufbau herangezogen wird, bei dem der Einspritzanschluss für das Reduktionsmittel direkt dem Abgasdurchgang ausgesetzt wird, wenn der Kraftstoff (das Reduktionsmittel) in das Abgassystem durch die Kraftstoffzugabedüse unter Einspritzen zugeführt wird, beispielsweise eine solche Systemgeometrie, bei der das vordere Endelement der Kraftstoffzugabedüse in das Abgassystem vorsteht, steigt die Temperatur der Kraftstoffzugabedüse 17 merklich an.
Hinsichtlich dieses Punkts wird bei dem Verbrennungsmotor 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 die in dem Abgas enthaltende Wärme, das durch das Innere des Auslassanschlusses 40a strömt, durch die Wand 102 blockiert, und diese wird daher nicht direkt auf die Bodenfläche von dem vorderen Endelement 17c der Kraftstoffzugabedüse 17 in nahezu allen Fällen übertragen. Ferner stehen das Einspritzloch 17a und die geneigte Fläche des vorderen Endelements 17c, das in dem gleichen Einspritzloch 17a ausgebildet ist, mit dem Innenraum des Auslassanschlusses 40a in Verbindung, nichts desto trotz wird die Wärmeaufnahmemenge von der Hochtemperaturabgasströmung (von der heißen Luft) durch den Einspritzdurchgang 101c verringert. Darüber hinaus werden die Wärme, die zu dem Einspritzdurchgang 101c und die Wand 101 von dem Abgas innerhalb des Auslassanschlusses 40a geleitet wird, und die Wärme, obwohl diese nicht groß ist, die durch das vordere Element 17c der Kraftstoffzugabedüse 17 aufgenommen wird, auf die Dichtung 17d über den Spalt zwischen dem vorderen Endelement 17c und dem Zylinderkopf 100a übertragen und wird ferner durch das Kühlwasser in dem Wassermantel 101 aufgenommen.
Die Verringerungswirkung der Wärmeaufnahmemenge, die durch den Durchgang 101c und die Wand 102 erzeugt wird, die das Strukturelement zum Bedecken des freigelegten Abschnitts der Kraftstoffzugabedüse 17 mit Bezug auf den Auslassanschluss 40a ausbilden, und die Wärmeabgabewirkung auf das Kühlwasser durch die Dichtung 17b, die einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten hat, funktionieren als Multiplikation, um dadurch vorzugsweise den Anstieg der Temperatur der Kraftstoffzugabedüse 17 zu beschränken (insbesondere ihres vorderen Endelements 17c).
Wie vorstehend diskutiert ist, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 ein Teil der Kraftstoffzugabe 17 unter der Innenfläche des Auslassanschlusses 40a eingebettet, ohne von dieser Innenfläche vorzustehen, wodurch die Kraftstoffzugabedüse 17 nicht direkt das Hochtemperaturabgas aufnimmt, das innerhalb des Auslassanschlusses folgt. Ferner führt die Existenz der Wand 102 zu einer weitergehenden Verringerung der Wärmeaufnahmemenge der Kraftstoffzugabedüse 17.
Daher kommt es niemals vor, dass der Kraftstoff, der an dem Einspritzloch und in dem Innendurchgang der Kraftstoffzugabedüse 17, insbesondere in dem Innendurchgang innerhalb des vorderen Endelements 17c stehen bleibt, ausreichend verkohlt wird, um eine Verstopfung dieser Abschnitte zu verursachen oder die Feder 17j zu verschlechtern, die als das Bauteil der Ventilstruktur bei der Kraftstoffzugabedüse 17 dient, und einen Ventilöffnungsdruck abzusenken. Ferner besteht keine Möglichkeit, bei der der vorstehende Abschnitt der Kraftstoffzugabedüse von der Innenfläche des Auslassanschlusses 40a eine Störung der Strömung des Abgases in dem Auslassanschluss 40a verursachen können.
Außerdem stellt der Einspritzdurchgang 101c, der zwischen dem Einspritzloch 17a und dem Auslassanschluss 40a verbindet, vorzugsweise den Kraftstoffströmungspfad und die Betriebsart des Kraftstoffs sicher, der versprüht wird und somit unter Einspritzen in den Auslassanschluss 40a über das Einspritzloch 14a zugeführt wird.
Darüber hinaus wird mit dem Aufbau, bei dem der Düsensitz 103 (die Dichtung 17d) und die Innenfläche des Auslassanschluss 40a ausreichend nah aneinander liegen, und der Düsensitz 103 (die Dichtung 17d) und der Wassermantel 110 in ähnlicher Weise ausreichend nah aneinander liegen, die in dem Abgas enthaltende Wärme, das in dem Auslassanschluss 40a strömt, ohne dass es durch die Kraftstoffzugabedüse 17 (insbesondere das vordere Endelement 17c von dieser) aufgenommen wird, oder auch wenn es aufgenommen wird, wirksam in das Kühlwasser in dem Wassermantel 110 durch die Dichtung 17d abgeführt, die einen hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten hat. Dann wird der Anstieg der Temperatur der Kraftstoffzugabedüse 17 (insbesondere des vorderen Endelements 17c von dieser) vorzugsweise beschränkt.
Dem gemäß wird die Funktion der Kraftstoffzugabedüse zum Einspritzuführen einer gewünschten Menge des Kraftstoffs zu dem Auslassanschluss 40a bei einer gewünschten Zeitabstimmung vorzugsweise sichergestellt, und wird außerdem ihre Haltbarkeit verbessert.
Es ist anzumerken, dass die Konfigurationen des Einspritzdurchgangs 101c und der Wand 102 wie in dem Fall von beispielsweise einem Einspritzdurchgang 101c und einer Wand 102a umgewandelt werden können, wie in 5 gezeigt ist. Die Wandfläche der Wand 102a ist nämlich kleiner als die Wandfläche der Wand 102 eingerichtet, wodurch ein Durchgangsraum des Einspritzdurchgangs 101c größer als der Durchgangsraum des Einspritzdurchgangs 101 ausgebildet wird.
Mit diesen Konfigurationen wird der Abschnitt, der zu dem Auslassanschluss 40a freigelegt ist, des vorderen Endelements 14c der Kraftstoffzugabedüse 17 vergrößert und vergrößert sich die Kontaktfläche (die Wärmeaufnahmefläche des vorderen Endelements 17c) des vorderen Endelements 17c mit dem Abgas geringfügig, wobei sich jedoch die Wärmeabgabeeffizienz von dem vorderen Endelement 17c vergrößert, und wird die Funktion zum Beschränken des Anstiegs der Temperatur der Kraftstoffzugabedüse 17 (insbesondere des vorderen Endelements 17c von dieser) ausreichend sichergestellt. Die selbe oder im Wesentlichen die selbe Wirkung wie in den in 3 oder 4 gezeigten Aufbau kann nämlich bewirkt werden. Ferner wird beim Bearbeiten des Zylinderkopfs 100a zum Ausbilden der Passbohrung 101 dessen Bearbeitung eher verbessert.
(Ausführungsbeispiel 2)
Als nächstes wird eine Diskussion des Abgasemissionssteuersystems der Brennkraftmaschine in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf Punkte gerichtet, die von dem vorstehend diskutiertem ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind.
Es ist anzumerken, dass der grundlegende Aufbau des Verbrennungsmotors 1, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird, und die grundlegende Hardwarearchitektur der ECU 80 in dem zweiten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen sind, die in dem vorstehend diskutierten ersten Ausführungsbeispiel erklärt sind. Daher sind die Bauteile, die die gleichen Konfigurationen und Funktionen haben, diejenigen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel angewendet werden, mit den gleichen Bezugszeichen markiert und werden ihre wiederholten Erklärungen an dieser Stelle weggelassen.
6 ist eine Schnittansicht, die den prinzipiellen Innenaufbau der Kraftstoffzugabedüse zeigt, die an dem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors in dem zweiten Ausführungsbeispiel angebracht ist, gemeinsam mit ihrem Umfangsabschnitt. Ähnlich wie in 4 zeigt 6 einen Zustand, in dem die Kraftstoffzugabedüse den Kraftstoff in Richtung auf den Auslassanschluss strahlt, um somit den Kraftstoff zuzuführen.
Wie in 6 gezeigt ist, ist das, was bei dem Verbrennungsmotor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel als Ersatz für die Passbohrung 101 ausgebildet ist, die in dem Zylinderkopf 100a in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, das vorstehend diskutiert ist, ein Durchgangsloch (ein Passloch) 104 mit einem zylindrischen Loch 14a, das einen relativ großen Durchmesser hat, und einem zylindrischen Loch 104b, das einen relativ kleinen Durchmesser hat, die im Wesentlichen koaxial zu einander durchgehend in Richtung auf den Auslassanschluss 40a von der oberen Fläche des Zylinderkopfs 100b ausgebildet sind.
Der gleiche Düsensitz 103 wie in dem ersten Ausführungsbeispiel ist an einer Grenze zwischen den zylindrischen Löchern 104a und 104b vorgesehen. Ferner ist ein Deckel 17k vorgesehen, der eine äußere Form hat, die im Wesentlichen mit der inneren Konfiguration, die sich von dem Seitenende f des Auslassanschlusses 40a zu einem Öffnungsende des zylindrischen Lochs 104b erstreckt, des zylindrischen Lochs 104a des Passlochs 104 übereinstimmt und im Wesentlichen das Öffnungsende an der Seite des Auslassanschlusses 40a des Passlochs 104 schließt. Der Deckel 17k ist an dem vorderen Endelement 17b der Kraftstoffzugabedüse gepasst, die mit der Dichtung 17d montiert ist. Der Deckel 17k deckt den Abschnitt, der von der Dichtung 17b vorsteht, des vorderen Endelements 17b mit einer derartigen Form ab, das nur die schräge Fläche, die mit dem Einspritzloch 17a ausgebildet ist, freigelegt wird. Der Deckel 17k ist, wie die Dichtung 17d, aus dem Werkstoff zusammengesetzt, der einen relativ hohen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten als diejenigen des Zylinderkopfs 100a und der Kraftstoffzugabedüse 17 hat, wie zum Beispiel Kupfer oder einer Kupferlegierung und so weiter.
Außerdem ist ebenso in dem Ausführungsbeispiel 2 unter der Annahme, dass eine nächstgelegene Position zu dem Wassermantel 110 des äußeren Rands des Düsensitzes 103 als Punkt P gesetzt wird, eine Geometrie zwischen dem Düsensitz 103 und der Wassermantel 110 so eingerichtet, dass der Punkt P innerhalb der Projektionsebene (den Bereich) d der gegenüberliegenden Fläche 110a enthalten ist, zu dem axialen Kern der Kraftstoffzugabedüse 17 gerichtet ist. Hier ist es vorzuziehen, dass die Projektionsebene (der Bereich) d im Wesentlichen einen Abschnitt, der zu dem Wassermantel 110 weist wie auch zu zumindest der inneren Umfangsfläche des zylindrischen Lochs 104a weist, der äußeren Umfangsflächen der Dichtung 17d und des Deckels 17a umfasst.
Wie vorstehend diskutiert ist, nimmt das zweite Ausführungsbeispiel als Ersatz für die Wand 101 in dem ersten Ausführungsbeispiel, das vorstehend diskutiert ist, die Konfiguration an, bei der der Deckel 17k das vordere Endelement 17c der Kraftstoffzugabedüse 17 abdeckt, wodurch, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, der Teil der Kraftstoffzugabedüse 17 unter der Innenfläche des Auslassanschlusses 40a eingebettet ist, ohne von der selben Innenfläche vorzustehen, und nimmt die Kraftstoffzugabedüse 17 daher nicht direkt das Hochtemperaturabgas auf, das innerhalb des Auslassanschlusses strömt.
Ferner wird hinsichtlich der Wärme, die auf die Kraftstoffzugabedüse 17 von dem Auslassanschluss 40a übergeht, die Wärmeabgabewirkung zu dem Kühlwasser weitergehend durch die Existenz des Deckels 17k verbessert, der Effizienz als ein Auslauf zu einem anderen Element (Wassermantel) funktioniert, und folgt daraus, dass die Wärmeaufnahmemenge der Kraftstoffzugabedüse 17 vorzugsweise verringert wird.
Daher kommt es niemals vor, dass der Kraftstoff, der an dem Einspritzloch und in dem inneren Durchgang der Kraftstoffzugabedüse 17, insbesondere in dem inneren Durchgang innerhalb des vorderen Endelements 17b stehen bleibt, ausreichend verkohlt wird, um ein Verstopfen dieser Abschnitte zu verursachen, oder um die Feder 17j, die als Bauteil der Ventilstruktur bei der Kraftstoffzugabedüse 17 dient, zu verschlechtern und einen Ventilöffnungsdruck abzusenken. Ferner besteht keine Möglichkeit, bei der der vorstehende Abschnitt der Kraftstoffzugabedüse von der Innenfläche des Auslassanschlusses 40a eine Störung der Strömung des Abgases in dem Auslassanschluss 40a verursachen könnte.
Darüber hinaus wird mit dem Aufbau, bei dem der Düsensitz 103 (die Dichtung 17d) und die Innenfläche des Auslassanschlusses 40a ausreichend nah aneinander liegen, und der Düsensitz 103 (die Dichtung 17b) und der Wassermantel 110 in ähnlicher Weise ausreichend nah aneinander liegen, in dem Abgas enthaltene Wärme, das innerhalb des Auslassanschluss 40a strömt, ohne dass sie durch die Kraftstoffzugabedüse 17 (insbesondere das vordere Endelement 17c von dieser) aufgenommen wird, oder auch wenn es aufgenommen wird, wirksam in das Kühlwasser in dem Wassermantel 110 durch den Deckel 17k und die Dichtung 17d abgegeben, die alle den höheren Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten haben. Dann wird der Anstieg der Temperatur der Kraftstoffzugabedüse 17 (insbesondere des vorderen Endelements 17c von dieser (vorzugsweise) beschränkt.
Dem gemäß wird die Funktion der Kraftstoffzufuhrdüse 17 zum Einspritzzuführen einer gewünschten Menge des Kraftstoffs zu dem Auslassanschluss 40a bei einer gewünschten Zeitabstimmung vorzugsweise sichergestellt und wird außerdem ihre Haltbarkeit verbessert.
Es ist anzumerken, dass die Dichtung 17d, wie in 7 gezeigt ist, entfernt ist, die thermische Leitung zu der Kraftstoffzugabedüse 17 (insbesondere dem vorderen Endelement 17c) von dem Abgas in dem Auslassanschluss 40a durch die Verwendung von nur dem Deckel 17k einerseits beschränkt wird und dem Kühlwasser in dem Wassermantel 110 die Funktion zum Abführender Wärme und das vordere Endelement 17c gegeben werden kann.
(Ausführungsbeispiel 3)
Als nächstes wird eine Diskussion des Abgasemissionssteuersystems der Brennkraftmaschine in einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auf Punkte gerichtet, die von dem vorstehend diskutierten ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich sind.
Es ist anzumerken, dass der grundlegende Aufbau des Verbrennungsmotors 1, auf den die vorliegende Erfindung angewendet wird, und die grundlegende Hardwarearchitektur der ECU 80 ebenso in dem dritten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen sind, die in dem vorstehend diskutierten Ausführungsbeispiel erklärt sind. Daher werden die Bauteile, die die gleichen Konfigurationen und Funktionen haben, wie diejenigen, die in dem ersten Ausführungsbeispiel angewendet werden, mit den selben Bezugszeichen markiert und werden ihre wiederholten Erklärungen an dieser Stelle weggelassen.
8 ist eine Schnittansicht, die den prinzipiellen Innenaufbau der Kraftstoffzugabedüse, die an dem Hinterkopf des Verbrennungsmotors angebracht ist, in dem dritten Ausführungsbeispiel gemeinsam mit ihrem Umfangsabschnitt zeigt. Ähnlich wie in 4 zeigt 8 einen Zustand, in dem die Kraftstoffzugabedüse den Kraftstoff in Richtung auf den Auslassanschluss strahlt, um somit den Kraftstoff zuzuführen.
Wie in 8 gezeigt ist, verbindet indem dritten Ausführungsbeispiel ein Wassermantel 111, der an dem Zylinderkopf 101c des Verbrennungsmotors ausgebildet ist, sich mit der Passbohrung 105 der Kraftstoffzugabedüse 17, und dient eine äußere Umfangsfläche des Trommelelement 17b der Kraftstoffzugabedüse 17, die in die Passbohrung 105 gepasst ist, als ein Teil der Innenwand des Wassermantels 111.
Ein Paar O-Ringe 18, 19 sind ringförmig, wobei ein Abschnitt, der die Innenwand des Wassermantels 111 ausbildet, dazwischen gesetzt ist, in Spalten zwischen die äußere Umfangsfläche des Trommelelements 17b der Kraftstoffzugabedüse 17 und die innere Umfangsfläche der Passbohrung 105 gepasst, um dadurch diese Spalten abzudichten, um zu verhindern, dass das Kühlwasser an der Seite der oberen Flächen des Zylinderkopfes 101c oder des Auslassanschlusses 40a ausläuft.
Auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Konfiguration kann die gesamte oder eine örtliche Fläche innerhalb der Kraftstoffzugabedüse 17 erzeugen effizient von der äußeren Umfangsfläche des Trommelelements 17b der Kraftstoffzugabedüse 17 gekühlt werden.
Es ist anzumerken, dass der Aufbau des Durchgangs des Wassermantels und seine Positionsbeziehung zu der Kraftstoffzugabedüse 17 nicht auf die Geometrie beschränkt ist, bei der der in der Umgebung der einseitigen Umfangsfläche der Kraftstoffzugabedüse 17 wie in dem Fall des Wassermantels 110 vorgesehen ist, der in den ersten bis dritten Ausführungsbeispielen dargestellt ist. Der Wassermantel kann so vorgesehen sein, dass er sich in die Umgebungen der Umfangsflächen an beiden Seiten erstreckt, oder so vorgesehen werden, dass er die gesamte Umfangsfläche umliegt. Ferner ist wie in dem Fall des in dem dritten Ausführungsbeispiel gezeigten Wassermantels 111 die vorliegende Erfindung nicht auf die Konfiguration beschränkt, bei der der Wassermantel so vorgesehen ist, dass ein Teil der einseitigen Umfangsfläche als Innenwand ausgebildet ist, und kann das Anwenden eines Aufbaus, bei dem die Kraftstoffzugabedüse den Wassermantel durchdringt, oder eine Positionsbeziehung zwischen dem Wassermantel und der Kraftstoffzugabedüse mit sich bringt.
Ferner sind die Werkstoffe der Dichtung 17d, die in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel angewendet wird, und dessen Deckel 17k, der in dem zweiten Ausführungsbeispiel angewendet wird, nicht auf Kupfer und Kupferlegierung beschränkt und können die Verwendung anderer Werkstoffe umfassen, wenn sie eine höhere thermische Leitfähigkeit (deren Koeffizient) bis zu einem gewissen Ausmaß als Werkstoffe des Zylinderkopfs und der Kraftstoffzugabedüse und eine vorbestimmte Festigkeit sowie Haltbarkeit zeigen.
(Ausführungsbeispiel 4)
Das Abgasemissionssteuersystem der Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mittels eines vierten Ausführungsbeispiels beschrieben, in dem die vorliegende Erfindung auf das Dieselverbrennungsmotorsystem angewendet wird.
Unter Bezugnahme auf 9 kann eine Brennkraftmaschine (wie im Folgenden einfach Verbrennungsmotor genannt wird) 200 als Reihenvierzylinderdieselverbrennungsmotorsystem klassifiziert werden. Die Ansaugluft wird über einen Einlasskrümmer 202 und ein Einlassrohr (einen Einlassdurchgang) oder 3 in die Brennkammer eingeführt, die in jedem der Zylinder des Verbrennungsmotors 200 ausgebildet ist. Ein Luftreiniger 204 ist an einem beginnenden Ende des Einlassrohrs 203 vorgesehen. Ein Luftdurchflussmessgerät 203, ein Turbolader 206, eine einlassseitige Turbine 206a, ein Zwischenkühler 207, und ein Drosselventil 208 sind entlang des Einlassrohr 203 vorgesehen.
Das Luftdurchflussmessgerät 205 gibt an eine elektronische Steuereinheit (ECU) 209 ein Ausgangssignal entsprechend einer Menge Frischluft ab, die in das Einlassrohr 203 über den Luftreiniger 204 strömt. Die ECU 209 berechnet eine Ansaugluftmenge auf der Grundlage des Ausgangssignals von dem Luftdurchflussmessgerät 205.
Ferner strahlt jedes der Kraftstoffeinspritzventile 210 den Kraftstoff (leichtes Öl) in die Brennkammer jedes Zylinders des Verbrennungsmotors 200. Der Kraftstoff wird durch eine Kraftstoffpumpe 212 von einem nicht dargestellten Kraftstofftank hochgepumpt und dem Kraftstoffeinspritzventil 210 über eine Drucksammelkammer 211 zugeführt. Es ist anzumerken, dass die Kraftstoffpumpe 212 durch eine nicht dargestellte Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 212 betrieben wird. Die Ventilzeitabstimmung und eine Ventilöffnungsdauer jedes Kraftstoffeinspritzventils 210 werden durch die ECU 209 gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 200 gesteuert.
Ferner wird das Abgas, das in der Brennkammer jedes Zylinders des Verbrennungsmotors 200 erzeugt wird, von einem Auslassanschluss 213 des Zylinders in einen Auslasskrümmer 114 ausgestoßen. Hier wird zur Annehmlichkeit der Erklärung hinsichtlich der Zylindernummern des Verbrennungsmotors 200 in dem Zylinder, der an dem rechten Ende in 9 angeordnet ist, die Nummer 1 gegliedert und denjenigen die Nummer 2, Nummer 3 gegeben, die in der Folge nach links zugeordnet sind mit dem letzten Zylinder, der an dem linken Ende in 9 angeordnet ist, die Nummer 4 gegeben. Ein Abgaszusammenführungsrohr 215 zum Führend des Abgases zu der Abgasturbine 206d des Turboladers 206 ist mit einem Abschnitt, der zu dem Zylinder Nummer 4 weist, des Auslasskrümmers 214 verbunden. Die Abgasturbine 206b wird durch das Abgas betätigt und die Einlassturbine 206a, die mit der Abgasturbine 206b verknüpft ist, wird dadurch betätigt, um somit den Druck der Ansaugluft zu verstärken.
Das Abgas wird in das Abgasrohr (Abgasdurchgang) 216 von der Abgasturbine 206b ausgestoßen und in die Atmosphäre über einen nicht dargestellten Schalldämpfer abgelassen. Eine Einfassung 218, die einen NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart (ein NOx-Katalysator) 217 einfasst, ist auf halben Weg des Abgasrohrs 216 vorgesehen. Der NOx-Katalysator 217 der Speicherreduktionsbauart wird später genauer erklärt.
Eine Kraftstoffzugabedüse (ein Zugabeanschluss einer Reduktionsmittelzugabevorrichtung) ist zu dem Auslassanschluss 213 des Zylinders Nummer 4 weisend an dem Zylinderkopf 230 des Verbrennungsmotors 200 gepasst. Der Kraftstoffzugabedüse 219 kann Kraftstoff, der durch die Kraftstoffpumpe 212 hochgepumpt wird, durch einen Zugabekraftstoffdurchgang (einschließlich eines Kraftstoffrohrs 220 und eines Kraftstoffdurchgangs 221, der in dem Zylinderkopf 230 vorgesehen ist) zugeführt werden. Eine Zugabemenge des Kraftstoffs wird durch ein Steuerventil 222 gesteuert, das auf halbem Weg des Kraftstoffrohrs 220 vorgesehen ist. Es ist anzumerken, dass das Umschalten (Öffnen/Schließen) und eine Öffnung des Steuerventils 222 durch die ECU 209 gesteuert werden. Die Kraftstoffzugabedüse 219 wird auf eine Art und Weise angepasst, dass sie in Richtung auf das Abgaszusammenführungsrohr 215 ausstrahlt. Es ist anzumerken, dass die Kraftstoffpumpe 212, die Kraftstoffzugabedüse 219, das Kraftstoffrohr 220, der Kraftstoffdurchgang 221 und das Steuerventil 222 die Reduktionsmittelzugabevorrichtung in dem vierten Ausführungsbeispiel bilden.
Ein Ende eines Abgasrezirkulationsrohrs (das im Folgenden als EGR-Rohr abgekürzt wird) 223 ist mit einem Abschnitt, der zu dem Zylinder Nummer 1 weist, des Abgaskrümmers 214 verbunden. Das andere Ende dieses EGR-Rohrs ist mit dem Einlassrohr 202 verbunden. Das EGR-Rohr bildet den Abgasrezirkulationsdurchgang zum Rezirkulieren von einem Teil des Abgases zurück zu dem Einlasssystem. Ein EGR-Kühler 224 und ein EGR-Ventil 225 sind auf halbem Weg von dem EGR-Rohr 223 vorgesehen. Eine Öffnung des EGR-Ventils 225 wird durch die ECU 209 gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 200 gesteuert, um dadurch eine Abgasrezirkulationsmenge zu steuern. Das EGR-Rohr 223, der EGR-Kühler 224 und das EGR-Ventil 225 bilden die Abgasrezirkulationsvorrichtung (die EGR-Vorrichtung).
Ferner ist ein Abgastemperatursensor 229 zum Abgeben eines Ausgangssignals entsprechend einer Temperatur des Abgases, das aus der Einfassung 218 strömt, in dem Abgasrohr 216 gerade stromabwärts von der Einfassung 21 vorgesehen.
Die Digitalcomputer basierte ECU 209 weist einen ROM (einen Nur-Lese-Speicher), einen RAM (einen Direktzugriffsspeicher), eine CPU (zentrale Prozesseinheit), einen Eingabeanschluss und einen Ausgabeanschluss auf, die miteinander über einen bidirektionalen Bus verbunden sind. Die ECU 209 führt die Basissteuerung des Verbrennungsmotors 200, wie zum Beispiel die Steuerung der Kraftstoffeinspritzmenge und so weiter aus.
Zum Erhalten der Basissteuerung werden ein Eingangssignal von einem Beschleunigerabweichungssensor 226 und ein Eingangssignal von einem Kurbelwinkelsensor 227 zu dem Eingangsanschluss der ECU 209 eingegeben. Der Beschleunigerabweichungssensor 226 gibt an die ECU 209 eine Ausgangsspannung ab, die proportional zu einer Öffnung des Drosselventils 208 ist. Die ECU 209 berechnet eine Verbrennungsmotorlast auf der Grundlage des Ausgangssignals des Beschleunigerabweichungssensors 226. Kurbelwinkelsensor 227 gibt an die ECU 209 einen Ausgangsimpuls jedes Mal dann ab, wenn sich die Kurbelwelle um einen vorbestimmten Winkel dreht. Die ECU 209 berechnet eine Verbrennungsmotordrehzahl auf der Grundlage dieses Ausgangsimpulses. Die ECU 209 beurteilt einen Verbrennungsmotorbetriebszustand aus der Verbrennungsmotorlast und der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit. Die ECU 209 steuert dadurch die Ventilöffnungszeitabstimmung und die Ventilöffnungsdauer des Kraftstoffeinspritzventil 210 entsprechend dem Verbrennungsmotorbetriebszustand.
Der NOx-Katalysator der Speicherreduktionsbauart (der im Folgenden in manchen Fällen NOx-Katalysator genannt wird) 217, der durch die Einfassung 218 eingefasst ist, ist so aufgebaut, dass beispielsweise Aluminiumoxid (AL₂O₃) als Träger verwendet wird und zumindest eine ausgewählte Substanz aus Alkalimetallen, wie zum Beispiel Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Cäsium (Cs), Erdalkalimetallen, wie zum Beispiel Barium (Ba) und Kalzium (seltenen Erden, wie zum Beispiel Lanthan (La), Yttrium (Y), und ein Edelmetall wie zum Beispiel Platin (Pt) an diesem Träger geträgert ist.
Der NOx-Katalysator 217 wird eine NOx-Absorption-/Abfuhrwirkung durch zum Absorbieren NOx, wenn ein Luftkraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases (das im Folgenden ein Abgasluftkraftstoffverhältnis genannt wird) magerer als ein stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis ist, und zum Abführen von absorbiertem NOx als NO₂ oder NO, wenn das Abgasluftkraftstoffverhältnis gleich wie oder fetter als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis wird, mit einer Folge, dass die Sauerstoffkonzentration in den einströmenden Abgases verringert. Dann reagiert NOx (NO₂ oder NO) das von dem NOx-Katalysator 217 abgeführt wird, unmittelbar mit unverbranntem HC und CO, die in dem Abgas vorhanden sind, und wird somit zu N₂ reduziert.
Wenn gemäß das Abgasluftkraftstoffverhältnis geeignet gesteuert wird, folgt daraus, dass HC, CO, NOx aus dem Abgas gereinigt werden können.
Es ist anzumerken, dass das Abgasluftkraftstoffverhältnis hier ein Verhältnis einer Gesamtmenge der Luft, die zu dem Abgasdurchgang, der stromaufwärts von dem NOx-Katalysator 217 angeordnet ist, der Verbrennungsmotorbrennkammer und dem Einlassdurchgang zugeführt wird, zu einer Gesamtmenge des Kraftstoffs (des Kohlenwasserstoffs) impliziert. Wenn dem gemäß weder Kraftstoff noch das Reduktionsmittel und auch nicht Luft in den Abgasdurchgang zugeführt wird, der weiter stromaufwärts als der NOx-Katalysator 217 angeordnet ist, stimmt das Abluftkraftstoffverhältnis mit einem Luftkraftstoffverhältnis des Gasgemischs überein, das in die Verbrennungsmotorbrennkammer zugeführt wird.
In dem Fall des Dieselverbrennungsmotors findet die Verbrennung in einem weitaus mageren Bereich als einem stöchiometrischen Verhältnis statt (stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis (A/F) = 14 ≈ 15), und daher ist das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in dem NOx-Katalysator 217 strömt, der mager in einem normalen Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Dabei wird NOx in dem Abgas durch den NOx-Katalysator 217 absorbiert und ist eine Menge von NOx, das von dem NOx-Katalysator 217 abgeführt wird, extrem gering.
Ferner wird in dem Fall des Benzinverbrennungsmotors das in die Brennkammer zugeführte Gemisch auf ein stöchiometrisches Verhältnis oder ein fettes Luftkraftstoffverhältnis eingestellt, wodurch das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis oder das Fettluftkraftstoffverhältnis wird. Dann wird die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringert und kann das NOx, das durch den NOx-Katalysator 217 absorbiert wird, von diesem abgeführt. Wenn jedoch in dem Fall des Dieselverbrennungsmotors das in die Brennkammer zugeführte Gemisch auf das stöchiometrische Verhältnis oder ein fettes Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wird, ergibt sich ein Problem, dass Ruß erzeugt wird, wenn es verbrannt wird, und kann daher diese Betriebsart nicht angenommen werden.
Dem gemäß ist es in dem Fall des Dieselverbrennungsmotors erforderlich, dass das Reduktionsmittel in das Abgas bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung zugeführt wird, bevor die NOx-Absorptionskapazität des NOx-Katalysators 217 gesättigt wird, die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringert wird und das NOx, das durch den NOx-Katalysator 217 absorbiert wird, abgeführt und reduziert wird. Es ist anzumerken, dass im Allgemeinen das Leichtöl, das als Kraftstoff des Dieselverbrennungsmotors dient, oft als das vorstehend beschriebene Reduktionsmittel verwendet wird.
Daher schätzt in dem vierten Ausführungsbeispiel die ECU 209 die Menge des NOx, die von dem NOx-Katalysator 217 absorbiert wird, aus einer Hysterese der Betriebszustände des Verbrennungsmotors 200. Wenn die so geschätzte NOx-Menge einen vorbestimmten Wert erreicht, wird das Steuerventil 222 für nur eine vorbestimmte Zeit angehalten, um dadurch eine vorbestimmte Menge des Kraftstoffs in das Abgas aus der Kraftstoffzugabedüse 219 einzuspritzen. Die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das in den NOx-Katalysator 217 strömt, wird dadurch verringert, und das NOx, das durch den NOx-Katalysator absorbiert wird, wird abgeführt und somit zu N₂ reduziert.
Hier strahlt die Kraftstoffzugabedüse 219 den Kraftstoff in Richtung auf das Abgaszusammenführungsrohr 215 aus, und daher strömt der zugegebene Kraftstoff problemlos zu dem Abgaszusammenführungsrohr 215. Dabei ist die Kraftstoffzugabedüse 219 an den Auslassanschluss 213 des Zylinders Nummer 4 angepasst. Andererseits liegt eine Position, an der das EGR-Rohr 223 mit dem Abgaskrümmer 214 verbunden ist, in nächster Nähe zu dem Zylinder Nummer 1, und daher verteilt sich der aus der Kraftstoffzugabedüse 216 zugegebene Kraftstoff nicht in das EGR-Rohr 223.
Darüber hinaus ist das EGR-Rohr 223 an einem Punkt mit dem Abgaskrümmer 214 verbunden, so dass die Haltbarkeit verbessert wird und die Kosten ebenso verringert werden können. Ferner ist der Verbindungspunkt mit dem EGR-Rohr 223 an einem Abschnitt des Abgaskrümmers 214 vorgesehen, an dem die einströmenden Abgase von den jeweiligen Zylindern zusammenströmen, und daher wird das durch das EGR-Rohr 223 strömende Abgas kaum durch einen Auslassimpuls beeinflusst. Dabei kann die EGR-Menge genau gesteuert werden.
(Ausführungsbeispiel 5)
Das Abgasemissionssteuersystem der Brennkraftmaschine in einem fünften Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschrieben.
10 ist eine Schnittansicht, die einen Auslassanschluss 213 des Zylinders Nummer 4, der mit der Kraftstoffzugabedüse 219 angepasst ist, und einen Umfangsabschnitt davon zeigt. An dem Auslassanschluss 213 des Zylinders Nummer 4 ist eine Schwellung 231 ausgebildet, die an einem Abschnitt geschwollen ist, an dem die Kraftstoffzugabedüse 219 angepasst wird. Der Auslassanschluss 213 verengt sich nach unten bezüglich des Schnitts auf Grund dieser Schwellung 231 mit dieser Konfiguration, wenn das Abgas aus der Brennkammer 233 durch Öffnen des Auslassventils 232 ausgestoßen wird, wobei eine Strömung des Abgases, das durch die Schwellung 231 tritt, beschleunigt wird. Dabei wird gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel die Zeitabstimmung der Zugabe des Kraftstoffs aus der Kraftstoffzugabedüse 219 mit der Ventilöffnungszeitabstimmung des Auslassventils 232 des Zylinders Nummer 4 synchronisiert. Der Kraftstoff wird dadurch aus der Kraftstoffzugabedüse 219 in das Abgas zugegeben, das mit einer hohen Geschwindigkeit durch die Schwellung 231 des Abgasanschlusses 213 strömt, und somit die feinen Partikel des Kraftstoffs zu fördern. Darüber hinaus wird der aus der Kraftstoffzugabedüse 219 zugegebene Kraftstoff problemlos entlang der Strömung des Abgases in Richtung auf das Abgaszusammenführungsrohr 215 über den Auslasskrümmer 214 gefördert. Mit ihrer Multiplikationswirkung wird es schwierig, dass aus der Kraftstoffzugabedüse 219 zugegebene Kraftstoff an dem Auslasskrümmer 214 anhaftet.
Wenn der Verbrennungsmotor 200 sich in dem Betriebszustand mit einer geringen Umdrehung und Last befindet, ist die Abgasdurchflussrate gering und ist die Temperatur des Abgases ebenso niedrig. Wenn daher die Schwellung 231 nicht in dem Abgasanschluss 213 vorgesehen ist, ist es einfach, dass der Kraftstoff, der aus der Kraftstoffzugabedüse 219 hinzugegeben wird, an dem Auslasskrümmer 214 anhaftet mit der Folge, dass die Zufuhr des Reduktionsmittels zu dem NOx-Katalysator 217 verzögert wird. Ferner ist es einfacher dass der an dem Abgaskrümmer 214 anhaftende Kraftstoff in dem Einlasssystem über das EGR-Rohr (den EGR-Durchgang) umherströmt, und kann sich eine Verschlechterung von Rauch ergeben.
In dem fünften Ausführungsbeispiel ist jedoch, wie vorstehend beschrieben ist, der Auslassanschluss 213 mit der Schwellung 231 versehen, wobei die Kraftstoffzugabe aus der Kraftstoffzugabedüse 219 sich mit der Ventilöffnungszeitabstimmung des Auslassventils 232 synchronisiert. Auch wenn daher der Verbrennungsmotor sich in einem derartigen Betriebszustand befindet, dass sowohl die Drehzahl als auch die Lasten niedrig sind, ist es schwierig, dass der Kraftstoff an dem Abgaskrümmer 214 anhaftetet, und kann verhindert werden, dass der zugegebene Kraftstoff in dem Einlasssystem umherströmt. Ferner kann die Erzeugung von Rauch beschränkt werden. Darüber hinaus kann der zugegebene Kraftstoff verringert werden, um dadurch die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
Es ist anzumerken, dass das Bezugszeichen 234 einen Zylinderblock darstellt und 235 einen Kolben in 10 bezeichnet. Andere Konfigurationen sind die gleichen wie diejenigen in dem vierten Ausführungsbeispiel und daher werden die wiederholten Erklärungen weggelassen.
Die ECU 209 steuert auf der Grundlage einer Schätzung des Kurbelwinkels aus der Ventilöffnungszeitabstimmung des Auslassventils 232 die Kraftstoffzugabezeitabstimmung der Kraftstoffzugabedüse 219, insbesondere die Ventilöffnungszeitabstimmung des Steuerventils 222 auf der Grundlage der Betätigungszeitabstimmung des Kraftstoffeinspritzventils 210 des Zylinders Nummer 4.
11 zeigt eine Kraftstoffzugabesteuerroutine in dem fünften Ausführungsbeispiel. Die Kraftstoffzugabesteuerroutine wird im voraus in dem ROM der ECU 209 gespeichert und durch die CPU wiederholt ausgeführt.
<Schritt 1001>
Am Beginn beurteilt die ECU 209 in dem Schritt 1001, ob eine Reduktionsmittelzugabebedingung gebildet ist oder nicht. Hier besteht ein Erfordernis zum Bilden der Reduktionsmittelzugabebedingung darin, dass eine Katalysatortemperatur des NOx-Katalysators 217 eine aktive Temperatur ist und eine Zeit vorliegt, wenn das NOx, das sich den NOx-Katalysator 217 absorbiert wird, abgeführt und reduziert werden sollte.
Wenn in Schritt 1001 negativ beurteilt wird, beendet die ECU 209 zeitweilig die Ausführung dieser Routine.
<Schritt 1002>
wenn in Schritt 1001 zustimmend beurteilt wird, führt die ECU 209 den Prozess zu Schritt 1002 weiter und beurteilt, ob das Auslassventil 232 des Zylinders Nummer 4 die Ventilöffnungszeitabstimmung erreicht. Wenn die Ventilöffnungszeitabstimmung des Auslassventils 232 erreicht ist, wird aus dem Kurbelwinkel bis zur gegenwärtigen Zeit beurteilt, seit das Kraftstoffeinspritzventil 210 des Zylinders Nummer 4 betätigt wurde.
Wenn in Schritt 1002 negativ beurteilt wird, beendet die ECU 209 zeitweilig die Ausführung dieser Routine.
<Schritt 1003>
Wenn in Schritt 1003 zustimmend beurteilt wird, läuft die ECU 209 zu Schritt 1003 und öffnet das Steuerventil 222 mit einer vorbestimmten Öffnung für eine vorbestimmte Zeit. Eine vorbestimmte Menge Kraftstoff wird in das Abgas aus der Kraftstoffzugabedüse 219 zugegeben.
(Ausführungsbeispiel 6)
Als nächstes wird das Abgasemissionssteuersystem der Brennkraftmaschine in einem sechsten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 11 und 13 erklärt.
Bei dem Abgasemissionssteuersystem in dem vorstehend diskutierten vierten Ausführungsbeispiel wird dann, wenn sich der Verbrennungsmotor in dem Betriebszustand befindet, der eine geringe Last zeigt, die Abgasdurchflussrate klein und ist die Temperatur des Abgases niedrig. Daher können die ausreichend feinen Partikel des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffzugabedüse 219 zugeführt wird, nicht erhalten werden. Auch wenn ferner die feinen Partikel des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffzugabedüse 219 zugegeben wird, erhalten werden, werden die feinen Partikel des Kraftstoffs darauf die abgasseitige Turbine 206b gekühlt und können die feineren Farbstoffpartikel und ihre Verdampfung an der abgasseitigen Turbine 206b nicht gefördert werden. Als Folge kann die Möglichkeit bestehen, dass NOx, das durch den NOx-Katalysator 217 absorbiert wird, nicht ausreichend abgeführt und reduziert werden kann.
Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel wird die folgende Architektur des Weiteren zu dem Abgasemissionssteuersystem in dem vierten Ausführungsbeispiel hinzugefügt, um diese Situation nicht zu ermöglichen.
Ein Umgehungsrohr (Umgehungsdurchgang) 240 stellt eine Verbindung zwischen einem Abschnitt, der angrenzend an dem Verbindungspunkt mit dem Abgaszusammenführungsrohr 215 ist, des Abgaskrümmers 214, der abgasseitigen Turbine 206b an dem Abgasrohr 216 und der Einfassung 218 her. Die Einfassung 242, die einen Oxidationskatalysator 241 einfasst, ist auf halben Weg von dem Umgehungsrohr 240 vorgesehen.
Ferner ist der Abgaskrümmer 214 mit einem Durchflusspfadschaltventil 243 zum Öffnen/Schließen des Umgehungsrohrs 240 ebenso wie zum Öffnen/Schließen des Abgaszusammenführungsrohrs 215 versehen. Das Durchflusspfadschaltventil 243 wird durch die ECU 209 gesteuert. Dieses Durchflusspfadschaltventil 243 wird so gesteuert, dass das gleiche Ventil 243 normalerweise das Umgehungsrohr 240 schließt und das Abgaszusammenführungsrohr 215 öffnet, um das Abgas zu der abgasseitigen Turbine 206b über das Abgaszusammenführungsrohr 215 zu führen. Was den vorbestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors betrifft, wird das Schaltventil 243, die später erklärt werden wird, gesteuert, um das Abgaszusammenführungsrohr 215 zu schließen und das Umgehungsrohr 240 zu öffnen, wodurch das Abgas in das Umgehungsrohr 240 strömt.
Ferner wird bei dem Abgasemissionssteuersystem in dem sechsten Ausführungsbeispiel mit Bezug auf nur den Zylinder, der der Kraftstoffzugabedüse 219 versehen ist, insbesondere die Zylinder Nummer 4, das Schaltventil 243 so gesteuert, dass eine Hilfseinspritzung der Kraftstoffeinspritzung aus dem Kraftstoffeinspritzventil 210 bei einem Expansionstakt oder einem Auslasstakt des Zylinders Nummer 4 getrennt von der Kraftstoffeinspritzung zum Erhalten der Verbrennungsmotorabgabe ausgeführt wird, soweit der Fall vorliegt, in dem der Verbrennungsmotor mit der geringen Last betrieben wird. Der Kraftstoff, der aus dem Kraftstoffeinspritzventil 210 hilfsweise eingespritzt wurde, wird darauf bei dem Expansionstakt bei dem Auslasstakt verbrannt, und die Temperatur des Abgases steigt an.
Ferner wird gemäß dem Abgasemissionssteuersystem in dem sechsten Ausführungsbeispiel in Übereinstimmung mit der Ausführung der Hilfseinspritzung bei den Zylindern Nummer 4, insbesondere soweit der Fall vorliegt, in dem der Verbrennungsmotor mit der geringen Last betrieben wird, das Durchflusspfadschaltventil 243 gesteuert, um das Abgaszusammenführungsrohr 215 zu schließen und das Umgehungsrohr 240 zu öffnen. Der Durchflusspfad des Abgases wird dadurch umgeschaltet und das Abgas wird zu dem Umgehungsrohr 240 geführt. Das Abgas tritt nicht durch die abgasseitige Turbine 206 sondern umgeht diese Turbine und wird über den Oxidationskatalysator 241 und dem NOx-Katalysator 217 ausgestoßen.
Bei dem Abgasemissionssteuersystem in dem sechsten Ausführungsbeispiel wird, wenn der Verbrennungsmotor mit einer geringen Last arbeitet, die Hilfseinspritzung des Kraftstoffs in dem Zylinder Nummer 4 ausgeführt, wobei die Temperatur des aus der Brennkammer des Zylinders Nummer 4 ausströmenden Abgas dadurch angehoben wird. Dann werden die feinen Partikel des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffzugabedüse 219 zugegeben wird, und deren Verdampfung gefördert. Zum Erhalten dieses Zwecks wird ebenso in dem sechsten Ausführungsbeispiel, wenn der Verbrennungsmotor mit der geringen Last arbeitet, die Kraftstoffzugabezeitabstimmung der Kraftstoffzugabedüse 219 mit der Ventilöffnungsdauer des Auslassventils des Zylinders Nummer 4 synchronisiert.
Dann wird der Durchflusspfad durch Steuern des Durchflusspfadschaltventils 243 entsprechend der Hilfseinspritzung des Kraftstoffs umgeschaltet, wodurch das Abgas in das Umgehungsrohr 240 strömt und somit die abgasseitige Turbine 206b umgeht. Das macht es einfach zu verhindern, dass das Abgas in der abgasseitigen Turbine 206b gekühlt wird, und einen Faktor zum Verschlechtern der Verdampfung und der feinen Partikel des zugegebenen Kraftstoffs zu beseitigen.
Außerdem ist der Oxidationskatalysator 241 auf halbem Weg des Umgehungspfads 240 in dem sechsten Ausführungsbeispiel vorgesehen, und wenn daher das Abgas durch den Oxidationskatalysator 241 strömt, und ein Teil des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffzugabedüse 219 zugegeben wird, oxidiert und verursacht die Reaktionswärme davon einen Anstieg der Temperatur des Abgases. Dann wird die Temperatur des NOx- Katalysators 217, der stromabwärts angeordnet ist, angehoben, um dadurch eine NOx-Reinigungsrate zu verbessern.
Ferner werden gemäß dem Abgasemissionssteuersystem in dem sechsten Ausführungsbeispiel, wie vorstehend erklärt ist, die feinen Partikel des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffzugabedüse 219 zugegeben wird, und deren Verdampfung gefördert, und wird daher die HC-Vergiftung (die ebenso SOF-Vergiftung genannt werden kann) beschränkt.
Darüber hinaus wird die Hilfseinspritzung nur in dem Zylinder Nummer 4 vorgenommen, der am weitesten von dem Verbindungspunkt des EGR-Rohrs 223 zu dem Abgas, 214 beabstandet ist, und ist es daher einfach zu verhindern, dass der hilfsweise eingespritzte Kraftstoff in dem Einlasssystem über das EGR-Rohr (den EGR-Durchgang) umherströmt, und zu verhindern, dass Rauch auf Grund dieses Umherströmens des Kraftstoffs imitiert wird.
13 zeigt eine Abgasumgehungssteuerroutine in dem sechsten Ausführungsbeispiel. Diese Abgasumgehungssteuerroutine wird im voraus in dem ROM der ECU 209 gespeichert und wiederholt durch die CPU ausgeführt.
<Schritt 2001>
Zuerst liest die ECU 209 den gegenwärtigen Betriebszustand des Verbrennungsmotors ein, wie zum Beispiel das Einlesen einer Verbrennungsmotordrehzahl, einer Verbrennungsmotorlast und so weiter.
<Schritt 2002>
Als nächstes läuft die ECU 209 zu dem Schritt 2002 und beurteilt, ob der Verbrennungsmotor 200 sich in einem vorbestimmten Niedriglastbetriebszustand befindet oder nicht. Der „vorbestimmte Niedriglastbetriebszustand", der hier angegeben ist, ist ein Betriebszustand, in dem die Hilfseinspritzung des Kraftstoffs in dem Zylinder Nummer 4 benötigt wird, und ein Beurteilungskriterium wird im voraus in dem ROM der ECU 209 gespeichert.
Wenn in Schritt 2002 negativ beurteilt wird, beendet die ECU 209 zeitweilig die Ausführung dieser Steuerroutine.
<Schritt 2003>
Wenn in Schritt 2002 zustimmend beurteilt wird, schreitet die ECU 209 zu Schritt 2003 weiter und wird die Hilfseinspritzungssteuerung für den Kraftstoff mit Bezug auf den Zylinder Nummer 4 ausgeführt.
<Schritt 2004>
Als nächstes läuft die ECU 209 zu Schritt 2004 und betätigt das Durchflusspfadschaltventil 241, um das Abgaszusammenführungsrohr 215 zu schließen und das Umgehungsrohr 240 zu öffnen, um somit den Auslassströmungspfad umzuschalten. Mit dieser Umschaltung umgeht das Abgas die abgasseitige Turbine 206b und wird zu den NOx-Katalysator 217 über das Umgehungsrohr 240 geführt.
(Ausführungsbeispiel 7)
Als nächstes wird das Abgasemissionssteuersystem der Brennkraftmaschine in einem siebten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 14 und 15 erklärt.
Der NOx-Katalysator 217 der Speicherreduktionsbauart leidet unter einer Vergiftung durch Schwefeloxid (SOx), das durch Verbrennen eines Schwefelbestandteils erzeugt wird, der in dem Kraftstoff enthalten ist (der es im Folgenden „Schwefelvergiftung" oder „SOx-Vergiftung" genannt wird), und die NOx-Reinigungsrate verringert sich. Es ist daher erforderlich, dass der NOx-Katalysator 217 einen Vergiftungswiederherstellungsprozess zum Wiederherstellen des Katalysators von der SOx-Vergiftung bei einer geeigneten Zeit unterzogen wird. Es ist bekannt, dass die Wiederherstellung von der Vergiftung wirksam ist, in dem der NOx-Katalysator 217 auf einer vorbestimmten Temperatur (beispielsweise 600 ≈ 650°C) gehalten wird, die weitaus höher ist, als wenn NOx abgeführt und reduziert wird, und in dem das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Katalysator 217 strömt, auf das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis oder das fette Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wird.
Wenn das vorliegt, wird normalerweise beim Ausführen dieses SOx-Vergiftungswiederherstellungsprozesses ein Temperaturanhebungsprozess zum Anheben einer Temperatur des NOx-Katalysators 217 auf eine vorbestimmte Temperatur zuerst ausgeführt. Als dieses Temperaturanhebungsverfahren kann beispielsweise ein Verfahren zum Erhöhen der Abgastemperatur mit der Hilfseinspritzung des Kraftstoffs in dem Zylinder aus dem Kraftstoffeinspritzventil 210 bei dem Expansionstakt oder dem Auslasstakt, wie in dem sechsten Ausführungsbeispiel erklärt ist, und dadurch zum Anheben der Temperatur des NOx-Katalysators 217, und ein Verfahren zum Zugeben des Kraftstoffs in das Abgas aus der Kraftstoffzugabedüse 219, Verbrennen des Kraftstoffs in dem NOx-Katalysator 217 und dadurch Anheben der Temperatur des NOx-Katalysators 217 angenommen werden.
Wie jedoch vorstehend diskutiert ist, ist erforderlich, dass die Temperatur des NOx-Katalysators 217 merklich angehoben wird, wenn er von der SOx-Vergiftung zurückgestellt wird. Daher ergibt sich eine enorme Menge und strömt daher eine große Menge Kraftstoff in dem Einlasssystem über das EGR-Rohr (der EGR-Durchgang) herum, was die Erzeugung von Rauch ergibt.
Dabei ist gemäß dem Abgasemissionssteuersystem in dem siebten Ausführungsbeispiel die Kraftstoffzugabedüse, die nur zur Wiederherstellung von der SOx-Vergiftung verwendet wird, stromaufwärts von dem NOx-Katalysator 217 vorgesehen, um dadurch diese Unannehmlichkeiten zu verhindern. Das Abgasemissionssteuersystem der Brennkraftmaschine im siebten Ausführungsbeispiel wird im Folgenden gerichtet auf von dem vierten Ausführungsbeispiel unterschiedlicher Punkte beschrieben.
Bei dem Abgasemissionssteuersystem in dem siebten Ausführungsbeispiel ist eine Kraftstoffzugabedüse 245, die nur für die Wiederherstellung von der SOx-Vergiftung verwendet wird, gerade stromaufwärts von der Einfassung 218 vorgesehen, die den NOx-Katalysator 218 einfasst. Der Kraftstoffzugabedüse 245 wird über ein Kraftstoffrohr 246 Kraftstoff zugeführt, der durch die Kraftstoffpumpe 212 hochgepumpt wird. Ein Kraftstoffsteuerventil 247 ist auf halben Weg des Kraftstoffsrohrs 246 vorgesehen. Die Kraftstoffzugabedüse 245 ist so angepasst, dass der Kraftstoff in Richtung auf den NOx-Katalysator 217 ausgestrahlt wird. Die ECU 209 steuert das Öffnen/Schließen des Kraftstoffsteuerventils 247. Es ist anzumerken, dass die Kraftstoffpumpe 212, die Kraftstoffzugabedüse 245, das Kraftstoffrohr 246 und das Kraftstoffsteuerventil 247 eine zweite Reduktionsmittelzugabevorrichtung bilden.
Ferner ist eine Einfassung 249, die einen Oxidationskatalysator 248 aufnimmt, an einem Abgasrohr 216 weiter stromabwärts als die Einfassung 218 vorgesehen. Darüber hinaus sind das Abgasrohr, das weiter stromabwärts als die Einfassung 218 aber weiter stromabwärts als die Einfassung 249 positioniert ist, und ein Einlassrohr 203, das weiter stromabwärts als die einlassseitige Turbine 206a aber weiter stromaufwärts als der Zwischenkühler 207 positioniert ist, miteinander durch ein Lufteinführrohr 250 verbunden. Ein Luftsteuerventil 251 ist auf halben Weg des Lufteinführrohrs 250 vorgesehen. Die ECU 209 steuert das Öffnen/Schließen des Luftsteuerventils 251.
Gemäß dem Abgasemissionssteuersystem in dem siebten Ausführungsbeispiel strahlt, wenn der SOx-Wiederherstellungsprozess mit Bezug auf den NOx-Katalysator 217 ausgeführt wird, die Kraftstoffzugabedüse 245 den Kraftstoff durch Öffnen des Kraftstoffsteuerventils 247 aus, wodurch das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Katalysator 217 strömt, gleich wieder oder geringfügig fetter als das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis eingestellt wird. Dann wird der Kraftstoff, der aus der Kraftstoffzugabedüse 255 zugegeben wird, in den NOx-Katalysator 217 verbrannt, um dadurch die Temperatur des NOx-Katalysators 217 auf eine Temperatur anzuheben, die ausreichend zum Abführen von SOx ist. Ferner wird der NOx-Katalysator 217 auf die Temperatur gehalten, um das SOx aus dem NOx-Katalysator 217 abzuführen und das SOx durch Reduzieren von diesem zu SO₂ zu reinigen. Dann wird gleichzeitig mit diesem Prozess das Luftsteuerventil 251 geöffnet, um die Luft, die durch die einlassseitige Turbine 206a aufgeladen wird, in das Abgas einzuführen, das stromabwärts von dem NOx-Katalysator 217 vorhanden ist, und wird das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zurück auf im Wesentlichen das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis gestellt. HC und CO, die nicht durch den NOx-Katalysator 217 während des SOx-Vergiftungswiederherstellungsprozesses gereinigt werden, können dadurch den Oxidationskatalysator 248 oxidiert und somit gereinigt werden.
Wie vorstehend erklärt ist, wird mit der zur SOx-Vergiftungswiederherstellung zugeordneten Kraftstoffzugabedüse 245 verhindert, dass der in das Abgas von der Kraftstoffzugabedüse 245 zugegebene Kraftstoff in dem Einlasssystem über das EGR-Rohr (der EGR-Durchgang) umherströmt, und kommt es daher niemals vor, dass Rauch auf Grund eines SOx-Vergiftungswiederherstellungsprozesses erzeugt wird.
Wenn darüber hinaus versucht wird, den Kraftstoff unter Verwendung der Kraftstoffzugabedüse 219 ohne Vorsehen der Kraftstoffzugabedüse 245 zuzuführen, wie der SOx-Vergiftungswiederherstellung zugeordnet ist, wenn der SOx-Vergiftungswiederherstellungsprozess vorliegt, steigt die Einspritzmenge an, wenn der SOx-Vergiftungswiederherstellungsprozess vorliegt, und muss daher ein Durchmesser des Einspritzlochs der Kraftstoffzugabedüse 219 sich ohne Alternative vergrößern. Wenn dieser vergrößert wird, gibt es eine geringe Menge des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffzugabedüse 219 hinzugefügt wird, um NOx zu reinigen, wenn der SOx-Vergiftungswiederherstellungsprozess während des Niedriglastbetriebs nicht vorliegt, und werden daher die feinen Partikel des Kraftstoffs und ihre Verdampfung ausreichend erhalten, was eine Verringerung der NOx-Reinigungsrate ergibt.
In diesem Punkt ist in dem Fall des siebten Ausführungsbeispiel wie der NOx-Vergiftungswiederherstellung zugeordnete Kraftstoffzugabedüse 245 vorgesehen, so dass eine Anforderung der Kraftstoffzugabedüse 219 nur die Fähigkeit zum Einspritzen einer notwendigen Menge des Kraftstoffs ist, der zum Abführen und Reduzieren von NOx von dem NOx-Katalysator 217 zugegeben wird. Dem gemäß kann der Durchmesser des Einspritzlochs der Kraftstoffzugabedüse 219 verringert werden. Als Folge können die feinen Partikel des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffzugabedüse 219 zugegeben wird, unzureichend während des Niedriglastbetriebs erhalten werden, um dadurch die NOx-Reinigungsrate zu verbessern.
14 zeigt eine SOx-Vergiftungswiederherstellungssteueroutine in dem siebten Ausführungsbeispiel. Diese SOx-Vergiftungswiederherstellungssteuerroutine wird im voraus in dem ROM der ECU 209 gespeichert und wiederholt durch die CPU ausgeführt.
<Schritt 3001>
Am Beginn beurteilt die ECU 209 in Schritt 3001, ob die Zeitabstimmung vorliegt oder nicht, wenn der SOx-Vergiftungswiederherstellungsprozess an dem SOx-Katalysator 217 ausgeführt wird. Hier kann die Zeitabstimmung, wenn der SOx-Vergiftungswiederherstellungsprozess an dem NOx-Katalysator 217 ausgeführt wird, beispielsweise dann sein, wenn eine Kraftstoffverbrauchsmenge einen vorbestimmten Wert erreicht oder wenn eine Laufleistung eine vorbestimmte Distanz erreicht.
Wenn in Schritt 3001 negativ beurteilt wird, beendet die ECU 209 zeitweilig die Ausführung dieser Routine.
<Schritt 3002>
Wenn in Schritt 3001 zustimmend beurteilt wird, schreitet die ECU 209 zum Schritt 3002 und führt den Temperaturanhebungsprozess und den SOx-Vergiftungswiederherstellungsprozess aus. Genauer gesagt öffnet die ECU 209 das Kraftstoffsteuerventil 247 und das Luftsteuerventil 251, und dann den Kraftstoff aus der Kraftstoffzugabedüse 245 zu und führt die Luft in das Abgasrohr 216 ein, das stromaufwärts von dem Oxidationskatalysator 250 angeordnet ist. Es ist anzumerken, dass ein Betätigungsmuster der Öffnung und der Ventilöffnungszeit von jedem von dem Kraftstoffsteuerventil 247 und dem Luftsteuerventil 251 im voraus als zweidimensionales Kennfeld der Verbrennungsmotordrehzahl und der Verbrennungsmotorlast in dem ROM der ECU 209 gespeichert wird.
<Schritt 3003>
Als nächstes schreitet die ECU 209 zu Schritt 3003 weiter und beurteilt, ob der NOx-Katalysator von der SOx-Vergiftung wiederhergestellt ist oder nicht. Ob hier der NOx-Katalysator von der SOx-Vergiftung wieder hergestellt ist oder nicht, kann beurteilt werden, wenn beispielsweise der SOx- Vergiftungswiederherstellungsprozess sich für eine vorbestimmte Dauer fortsetzt.
Wenn in Schritt 3003 negativ beurteilt wird, kehrt die ECU 209 zu Schritt 3002 zurück und setzt die Ausführung des SOx-Vergiftungswiederherstellungsprozesses fort.
Wenn in Schritt 3003 zustimmend beurteilt wird, beendet die ECU 209 zeitweilig diese Routine.
Es ist anzumerken, dass die jeweiligen vorstehend diskutierten Ausführungsbeispiele die Anwendung der Systemarchitektur betreffend, in denen ein Teil des durch die Kraftstoffpumpe (11, 121) hochgepumpten Kraftstoffs in das Abgassystem durch die Verwendung der Kraftstoffpumpe (11, 212) zum Zuführen des Kraftstoffs zu der Drucksammelkammer (12, 211) aus dem Kraftstofftank zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Systemarchitektur beschränkt und kann auf eine derartige Systemarchitektur angewendet werden, bei der beispielsweise der Kraftstofftank oder eine andere Kraftstoffzufuhrquelle (Reduktionsmittelzufuhrquelle) den Kraftstoff (das Reduktionsmittel) zuführt, der zuzugeben ist.
Ferner steuert gemäß den jeweiligen vorstehend diskutierten Ausführungsbeispielen das Steuerventil (16, 222) den Druck des Kraftstoffs, der über den Zugabekraftstoffdurchgang zugeführt wird, um den Kraftstoff in das Abgassystem zuzugeben, und wird auf der Grundlage dieser Drucksteuerung der Betrieb zum Öffnen und Schließen der Kraftstoffzugabedüse (17, 219) gesteuert. In dieser Hinsicht kann eine elektromagnetisch betriebenes Einspritzventil, das zum direkten Öffnen und Schließen auf der Grundlage eines Anweisungssignals gesteuert wird, das von der ECU 80 abgegeben wird, ebenso als Einspritzventil zum Zugeben des Kraftstoffs angewendet werden.
Darüber hinaus wird das Abgasemissionssteuersystem der vorliegenden Erfindung auf den Reihenvierzylinderdieselverbrennungsmotor 100 als Brennkraftmaschine in jedem der vorstehend diskutierten Ausführungsbeispielen verwendet, kann jedoch die vorliegende Erfindung vorzugsweise ebenso auf einen Benzinverbrennungsmotor angewendet werden, der eine magere Verbrennung durchführt. Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Reihenvierzylinderverbrennungsmotor beschränkt und kann auf Brennkraftmaschinen mit unterschiedlichen Anzahlen von daran montierten Zylindern angewendet werden.
Eine Kraftstoffzugabedüse 17 ist eingebettet, dass ihr vorderes Endelement 17c in einer Innenwand eines Auslassanschlusses 40a enthalten ist, die innerhalb eines Zylinderkopfs 100a ausgebildet ist. Ein Einspritzdurchgang 101c führt in den Abgasanschluss 40a den aus dem vorderen Endelement 17c der Kraftstoffzugabedüse 17 gestrahlten Kraftstoff. Eine Wand 102, die zwischen dem vorderen Endelement 17c und dem Auslassanschluss 40a vorgesehen ist, verringert eine Wärmeaufnahmemenge der Kraftstoffzugabedüse 17. Ein Wassermantel 110 liegt in der Nähe eines äußeren Rands eines Düsensitzes 103, um dadurch effizient die Wärme, die in einer Dichtung 17d enthalten ist, auf Kühlwasser in dem Wassermantel 110 zu übertragen.

Claims

Abgasemissionssteuersystem einer Brennkraftmaschine (100; 200) mit: einem Auslasskrümmer (40; 214), der mit einem Auslassanschluss (40a) von jedem von Zylindern eines Mehrzylinderverbrennungsmotors (100; 200) verbunden ist, der zu einer mageren Verbrennung fähig ist, wobei ein erster und ein letzter Zylinder des Verbrennungsmotors voneinander am weitesten mit Bezug auf die übrigen Zylinder beabstandet sind; einem Abgaszusammenführungsrohr (215) zum Verbinden des Auslasskrümmers (40; 214) zu einem Abgasrohr (216); einer Abgasrezirkulationsvorrichtung (60, 62, 61; 223, 224, 225) zum Rezirkulieren eines Teils des Abgases zu einem Einlasssystem (30; 202, 203) durch Verbinden des Auslasskrümmers (40; 214) mit dem Einlasssystem (30; 202, 203) des Verbrennungsmotors (100; 200); einem NOx-Katalysator (41; 217), der in dem Abgasrohr (216) vorgesehen ist; und einer Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in ein Abgassystem, die weiter stromaufwärts als der NOx-Katalysator (41; 217) angeordnet ist, wobei ein Einspritzanschluss (17a) der Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) zu dem Auslassanschluss (40a) des ersten Zylinders weisend vorgesehen ist, der in nächster Nähe zu dem einen Ende des Auslasskrümmers (40; 214) neben dem ersten Zylinder positioniert ist, und wobei ein Abgaseinlassanschluss (60; 223) der Abgasrezirkulationsvorrichtung (60, 62, 61; 223, 224, 225) an der Seite des anderen Endes des Auslasskrümmers (40; 214) neben dem letzten Zylinder vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein stromaufwärtiges Ende des Abgaszusammenführungsrohres (215) mit einem Ende des Auslasskrümmers (40; 214) neben dem ersten Zylinder verbunden ist.
Abgasemissionssteuersystem eines Verbrennungsmotors (100; 200) gemäß Anspruch 1, wobei der Auslassanschluss (40a) des Zylinders, der mit einem Einspritzabschnitt der Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) angepasst ist, sich nach unten im Schnitt an einem Abschnitt verengt, der mit dem Einspritzabschnitt (17a) vorgesehen ist.
Abgasemissionssteuersystem eines Verbrennungsmotors (100; 200) gemäß Anspruch 1, wobei das Reduktionsmittel aus dem Einspritzabschnitt der Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) während einer Ventilöffnungsdauer des Auslassventils des Zylinders eingespritzt wird, der in nächster Nähe zu dem einen Ende des Auslasskrümmers (40; 214) positioniert ist.
Abgasemissionssteuersystem eines Verbrennungsmotors (100; 200) gemäß Anspruch 1 oder 3, wobei bezüglich des Zylinders, der mit dem Einspritzanschluss (17a) der Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) angepasst ist, nach dem Ausführen einer Haupteinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs zum Erhalten einer Verbrennungsmotorabgabe aus einem Kraftstoffeinspritzventil (210) eine Hilfseinspritzung zum Einspritzen des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffeinspritzventil (210) bei einem Expansionstakt oder einem Auslasstakt ausgeführt wird.
Abgasemissionssteuersystem einer Brennkraftmaschine (100; 200) gemäß Anspruch 1, des weiteren mit: einem Turbolader (50; 206), der stromabwärts von dem Abgaszusammenführungsrohr (215) vorgesehen ist zum Druckbeaufschlagen von Ansaugluft; und einem Umgehungsweg (240) zum Führen des Abgases zu dem NOx-Katalysator (41; 217), um den Turbolader (50) zu umgehen, wenn eine kleine Last vorliegt und wenn die Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) das Reduktionsmittel einspritzt.
Abgasemissionssteuersystem einer Brennkraftmaschine (100; 200) gemäß Anspruch 5, wobei ein Katalysator (241), der eine Oxidationsfunktion hat, in dem Umgehungsweg (240) vorgesehen ist.
Abgasemissionssteuersystem eines Verbrennungsmotors (100; 200) gemäß Anspruch 1, wobei eine zweite Reduktionsmitteleinspritzdüse (245) zum Zuführen des Reduktionsmittels zu dem NOx-Katalysator (41; 217), wenn der NOx-Katalysator (41; 217) von einer Schwefelvergiftung wiederhergestellt wird, stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (41; 217) vorgesehen ist.
Abgasemissionssteuersystem eines Verbrennungsmotors (100; 200) gemäß Anspruch 1, das an einem Zylinderkopf (100a) ausgebildet ist, der mit dem Auslassanschluss (40a) der Brennkraftmaschine (100; 200) ausgebildet ist und die Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) hat, wobei das System des weiteren Folgendes aufweist: eine Temperaturanstiegsbeschränkungseinrichtung (102, 17d, 110; 17k, 17d, 110; 102, 17d, 110, 111) zum Begrenzen eines Anstiegs der Temperatur eines Durchgangswegs (101c, 17h) für das Reduktionsmittel, der so ausgebildet ist, dass er sich durch ein Inneres der Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) von deren Einspritzanschluss (17a) erstreckt.
Abgasemissionssteuersystem eines Verbrennungsmotors (100; 200) gemäß Anspruch 8, wobei die Temperaturanstiegsbegrenzungseinrichtung (102, 17d, 110; 17k, 17d, 110; 102, 17d, 110, 111) ein Strukturelement (102) aufweist, das einen Teil des Zylinderkopfs (100a) ausbildet, das zumindest einen Teil eines freigelegten Abschnitts der Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) abdeckt, für den Auslassanschluss (40a), und das einen Durchgangsweg bildet, der zwischen dem Einspritzanschluss (17a) der Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) und dem Auslassanschluss (40a) verbindet.
Abgasemissionssteuersystem eines Verbrennungsmotors (100; 200) gemäß Anspruch 8, wobei zumindest ein Teil der Temperaturanstiegsbegrenzungseinrichtung (102, 17d, 110; 17k, 17d, 110; 102, 17d, 110, 111) aus einem Werkstoff besteht, der einen höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten aufweist als ein Werkstoff des Außenhüllenelementes (100a), das den Auslassanschluss (40a) ausbildet, und zumindest einen Teil der äußeren Fläche der Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) abdeckt.
Abgasemissionssteuersystem eines Verbrennungsmotors (100; 200) gemäß Anspruch 8 oder 10, wobei die Temperaturanstiegsbegrenzungseinrichtung (102, 17d, 110; 17k, 17d, 110; 102, 17d, 110, 111} einen Durchgangsweg (110) für ein Kühlmedium in der Umgebung eines Abschnitts aufweist, der aus einem Werkstoff besteht, der einen höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten aufweist als derjenige des Werkstoffs des Zylinderkopfs (100a), das den Auslassanschluss (40a) ausbildet, wobei das Kühlmedium die Wärme aufnimmt, die in dem Abschnitt enthalten ist, der aus dem Werkstoff besteht, das den höheren thermischen Leitfähigkeitskoeffizienten aufweist.
Abgasemissionssteuersystem eines Verbrennungsmotors (100; 200) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Temperaturanstiegsbegrenzungseinrichtung (102, 17d, 110; 17k, 17d, 110; 102, 17d, 110, 111) einen Durchgangsweg (111) für das Kühlmedium aufweist, der derart ausgebildet ist, dass ein Teil einer äußeren Umfangsfläche der Reduktionsmitteleinspritzdüse (17; 219) einen Teil einer Innenwand (105) des Durchgangswegs (111) bildet.