DE60122984T2

DE60122984T2 - Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60122984T2
Application number: DE60122984T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Toyota-shi Aichi-ken Kobayashi; Hiroki Toyota-shi Aichi-ken Matsuoka; Tomihisa Toyota-shi Aichi-ken Oda; Yasuo Toyota-shi Aichi-ken Harada; Taro Toyota-shi Aichi-ken Aoyama; Souichi Toyota-shi Aichi-ken Matsushita; Hisashi Toyota-shi Aichi-ken Ohki; Kotaro Toyota-shi Aichi-ken Hayashi; Shinobu Toyota-shi Aichi-ken Ishiyama; Daisuke Toyota-shi Aichi-ken Shibata; Naofumi Toyota-shi Aichi-ken Magarida; Akihiko Toyota-shi Aichi-ken Negami; Yasuhiko Toyota-shi Aichi-ken Ohtsubo; Jun Toyota-shi Aichi-ken Tahara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2021-07-24
Also published as: JP2002213231A; EP1176292A1; DE60122984D1; KR20020009474A; JP3473583B2; EP1176292B1; KR100446843B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Reinigung von in Abgas enthaltenen Stickoxiden (NO_x) durch einen Abgasreinigungskatalysator, der an einem Auspuffkanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.
In den letzten Jahren sind für eine Brennkraftmaschine, die in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, die wie ein Dieselmotor oder ein Magermixmotor in einem Gemisch mit einem Sauerstoffüberschuss (sogenannte Gemisch mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis) betrieben wird, verschiedene Technologien vorgeschlagen worden, um die Menge an Stickoxiden (NO_x) im Abgas zu verringern.
Als eine dieser Technologien ist eine Technologie bekannt, bei der am Auspuffkanal einer Brennkraftmaschine ein NO_x-Magerkatalysator wie ein NO_x-Selektivreduktionskatalysator oder ein NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator angeordnet wird.
Der NO_x-Selektivreduktionskatalysator ist ein Katalysator, um Stickoxide (NO_x) zu reduzieren oder zu zersetzen, wenn Kohlenwasserstoffe (HC) in einer Sauerstoffüberschussatmosphäre vorhanden sind.
Wenn Stickoxide (NO_x) mittels des NO_x-Selektivreduktionskatalysators gereinigt werden, muss dem NO_x-Selektivreduktionskatalysator eine entsprechende Menge Reduktionsmittel wie Kohlenwasserstoffe (HC) zugeführt werden, wobei jedoch die Menge an Kohlenwasserstoffen (HC) im Abgas äußerst klein wird, wenn eine Brennkraftmaschine bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, und dem NO_x-Selektivreduktionskatalysator daher das Reduktionsmittel wie die Kohlenwasserstoffe (HC) getrennt zugeführt werden muss, um Stickoxide (NO_x) im Abgas zu reinigen, wenn die Brennkraftmaschine beim mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird.
Der NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator ist dagegen ein Katalysator, der Stickoxide (NO_x) im Abgas speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zum NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator strömenden Abgases das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und die gespeicherten Stickoxide (NO_x) abgibt und reduziert, wenn die Sauerstoffkonzentration des zum NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator strömenden Abgases abnimmt und ein Reduktionsmittel vorhanden ist.
Es gibt eine Grenze für die Menge an Stickoxiden (NO_x), die vom NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator gespeichert werden kann, wobei das NO_x-Speichervermögen des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators gesättigt wird, wenn die Brennkraftmaschine für eine lange Zeitdauer beim mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, und im Abgas enthaltene Stickoxide (NO_x) in die Atmosphäre ausgestoßen werden, ohne gereinigt zu werden. Wenn die Stickoxide mittels des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators gereinigt werden, muss daher das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zum NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator strömenden Abgases von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebildet werden, bevor das NO_x-Speichervermögen des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators gesättigt ist, damit die Sauerstoffkonzentration im Abgas verringert und die Menge an im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen (HC) erhöht wird.
Als eine bestimmte Technologie zur Reinigung von Stickoxiden (NO_x) im Abgas mittels des oben beschriebenen NO_x-Magerkatalysators wird zum Beispiel von der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI11-93641 eine „Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine" vorgeschlagen. Des Weiteren offenbart die US-A-5,367,875 eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben ist.
Die in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI11-93641 offenbarte Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine sieht einen Auspuffkanal, der auf halbem Weg in einen ersten Auspuffkanal und einen zweiten Auspuffkanal verzweigt, eine am ersten Auspuffkanal vorgesehene erste Katalysatorvorrichtung zur Aufnahme eines NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators, eine am zweiten Auspuffkanal vorgesehene zweite Katalysatoreinrichtung zur Aufnahme eines NO_x-Selektivreduktionskatalysators, ein an einem Zweigabschnitt eines ersten Auspuffrohres und eines zweiten Auspuffrohres vorgesehenes Schaltventil zum Absperren des ersten Auspuffkanals, wenn die Abgastemperatur von einer hohen Temperatur zu einer niedrigen Temperatur wechselt, und zum Absperren des zweiten Auspuffkanals, wenn die Abgastemperatur von einer niedrigen Temperatur zu einer hohen Temperatur wechselt, und eine Reduktionsmittelzuführungseinrichtung zur Zufuhr eines Reduktionsmittels zur ersten Katalysatoreinrichtung vor.
Bei dieser Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine wird, wenn die NO_x-Reinigungsrate des NO_x-Selektivreduktionskatalysators beim Wechsel der Abgastemperatur von einer hohen Temperatur zu einer niedrigen Temperatur höher als die des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators wird, das Schaltventil so gesteuert, dass das Abgas im zweiten Auspuffkanal strömt, und wird die Brennkraftmaschine so gesteuert, dass sie in einem Expansionshub oder einem Auslasshub sekundär eine Kraftstoffeinspritzung vornimmt, und wird, wenn die NO_x-Reinigungsrate des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators beim Wechsel der Abgastemperatur von einer hohen Temperatur zu einer niedrigen Temperatur höher als die des NO_x-Selektivreduktionskatalysators wird, die Reduktionsmittelzuführungseinrichtung so gesteuert, dass das Reduktionsmittel dem NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator zugeführt wird. Dadurch werden der NO_x-Selektivreduktionskatalysator und der NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator jeweils getrennt entsprechend ihren Kenndaten verwendet, damit die Reinigungsrate für Stickoxide (NO_x) gesteigert wird.
In der oben beschriebenen Offenlegungsschrift wird für die Reduktionsmittelzuführungseinrichtung zudem ein Mechanismus offenbart, der eine an der ersten Katalysatoreinrichtung angebrachte Einspritzdüse, ein Reduktionsmittelrohr, um von einer Sammelkammer aus, die zum Sammeln des von einer Kraftstoffdüse abgegebenen Kraftstoffs und zum Verteilen des Kraftstoffs auf Kraftstoffeinspritzventile dient, einen Teil des Kraftstoffs zur Einspritzdüse zu führen, und ein auf halbem Wege des Reduktionsmittelrohrs vorgesehenes Reduktionsmittelventil hat, um die Durchflussmenge des im Reduktionsmittelrohr strömenden Kraftstoffs zu regeln.
Bei der in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI11-93641 offenbarten herkömmlichen Technologie ist es derweil auch wichtig, in dem Mechanismus zum Zuführen des Reduktionsmittels zum NO_x-Magerkatalysator ein Auslaufen von Kraftstoff zu erfassen.
Wenn zum Beispiel vom Reduktionsmittelzuführungsmechanismus aus Kraftstoff zu einem Auspuffrohr hin ausläuft, kann der Fall auftreten, dass dem NO_x-Magerkatalysator eine Überschussmenge an Kraftstoff zugeführt wird und die überschüssige Kraftstoffmenge am NO_x-Magerkatalysator verbrannt oder ein Teil des Kraftstoffs in die Atmosphäre ausgestoßen wird, ohne vom NO_x-Magerkatalysator gereinigt zu werden, weswegen Bedenken hinsichtlich einer Verschlechterung oder Schädigung des NO_x-Magerkatalysators durch Überhitzung oder einer Verschlechterung des Abgases bestehen.
Wenn vom Reduktionsmittelzuführungsmechanismus aus Kraftstoff zu einem anderen Teil als dem Auspuffrohr ausläuft, wird es dagegen schwierig, dem NO_x-Magerkatalysator die gewünschte Kraftstoffmenge zuzuführen und bestehen daher Bedenken, dass sich die Reinigungsrate für Stickoxide (NO_x) am NO_x-Magerkatalysator verringert, so dass sich die Abgasemission verschlechtert.
Die Erfindung erfolgte in Anbetracht der oben beschriebenen verschiedenen Situationen, weswegen ihr die Aufgabe zugrunde liegt, eine Verschlechterung oder Schädigung des NOx-Magerkatalysators oder eine Verschlechterung des Abgases durch Auslaufen von Reduktionsmittel zu verhindern, indem eine Technologie zur Verfügung gestellt wird, mit der sich ein Auslaufen des Reduktionsmittels bei einer Reduktionsmittel zuführungseinrichtung erfassen lässt, mit der das Reduktionsmittel dem an einem Auspuffkanal einer Brennkraftmaschine vorgesehenen NO_x-Magerkatalysator zugeführt werden soll.
Des Weiteren bestehen bei der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. HEI11-93641 Bedenken, dass dann, wenn die Menge des dem Auspuffrohr vom Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zugeführten Reduktionsmittels wegen einer Anomalie des Reduktionsmittelzuführungsmechanismus nicht mehr ausreicht, Stickoxide (NO_x) im Abgas nicht mehr am NO_x-Magerkatalysator gereinigt werden können und, ohne gereinigt zu werden, in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
Angesichts dessen ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Anomalie eines Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zu erfassen, um dadurch zu einer Unterdrückung einer durch die Anomalie des Reduktionsmittelzuführungsmechanismus bedingten Verschlechterung des Abgases oder einer Verschlechterung des Abgasreinigungskatalysators beizutragen.
Wenn der oben beschriebene herkömmliche Reduktionsmittelzuführungsmechanismus so gesteuert wird, dass er das Reduktionsmittel einspritzt, ist auch ein Verfahren denkbar, bei dem die Anomalie des Reduktionsmittelzuführungsmechanismus durch Überwachen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des tatsächlich zum NO_x-Magerkatalysator hinströmenden oder tatsächlich aus dem NO_x-Magerkatalysator ausströmenden Abgases erfasst wird. Wenn der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus angesteuert wird, um dem NO_x-Magerkatalysator das Reduktionsmittel zuzuführen, ist also ein Verfahren vorstellbar, bei dem der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus als normal angesehen wird, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases entsprechend der Zufuhr des Reduktionsmittels ändert, und der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus als anomal angesehen wird, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nicht entsprechend der Zufuhr des Reduktionsmittels ändert.
Obwohl sich mit dem oben beschriebenen Verfahren das Auftreten einer Anomalie am Reduktionsmittelzuführungsmechanismus erfassen lässt, ist es schwierig, die Stelle zu bestimmen, wo die Anomalie des Reduktionsmittelzuführungsmechanismus auftritt.
Es ist daher eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Technologie zur Verfügung zu stellen, mit der sich in einer Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Reduktionsmittelzuführungsmechanismus nutzt, der eine Reduktionsmitteleinspritzdüse, die stromaufwärts von einem Abgasreinigungskatalysator an einem Auspuffkanal angeordnet ist, einen Reduktionsmittelzuführungskanal, um einen Teil des Kraftstoffs der Brennkraftmaschine zur Reduktionsmitteleinspritzdüse zu leiten, einen auf halbem Wege des Reduktionsmittelszuführungskanals vorgesehenes Mengensteuerungsventil zum Steuern der von der Reduktionsmitteleinspritzdüse aus eingespritzten Reduktionsmittelmenge und ein im Reduktionsmittelzuführungskanal stromaufwärts vom Mengensteuerungsventil eingebautes Absperrventil zum Absperren des Reduktionsmittelzuführungskanals hat, eine Anomalie des Reduktionsmittelzuführungsmechanismus, und zwar insbesondere eine Anomalie der Reduktionsmittelbeimengungseinheit, eine Anomalie des Mengensteuerungsventils oder eine Anomalie des Absperrventils feststellen lässt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Die Erfindung nutzt die folgenden Mittel, um das oben beschriebene Problem zu lösen.
Und zwar ist gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung einer Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die die Merkmale von Anspruch 1 umfasst.
Wenn das Reduktionsmittel bei der auf diese Weise aufgebauten Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine dem Abgasreinigungskatalysator zugeführt wird, führt der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus das Reduktionsmittel im Auspuffkanal stromaufwärts vom Abgasreinigungskatalysator zu.
Das dem Abgas zugeführte Reduktionsmittel strömt zusammen mit dem von der stromaufwärtigen Seite des Auspuffkanals zuströmenden Abgas in den Abgasreinigungskatalysator ein. Der Abgasreinigungskatalysator reduziert und reinigt daher mit Hilfe des Reduktionsmittels die schädlichen Gasbestandteile im Abgas.
Währenddessen erfasst eine Druckerfassungseinrichtung den Druck des Reduktionsmittels im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus. Wenn bei dieser Gelegenheit das Reduktionsmittel im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus ausläuft, nimmt der von der Druckerfassungseinrichtung erfasste Druck einen anderen Wert als der Druck ein, wenn das Reduktionsmittel nicht im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus ausläuft.
Daher kann die Anomaliefeststellungseinrichtung die Anomalie des Reduktionsmittelzuführungsmechanismus auf der Grundlage des von der Druckerfassungseinrichtung erfassten Drucks feststellen.
Wenn im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus in diesem Fall ein Kanal von der Absperreinheit zur Reduktionsmittelbeimengungseinheit geschlossen ist, wenn im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus mit anderen Worten ein geschlossener Raum ausgebildet ist, stellt die Anomaliefeststellungseinrichtung eine Anomalie des Reduktionsmittelzuführungsmechanismus auf der Grundlage des Drucks im geschlossenen Raum fest.
Wenn das Reduktionsmittel zum Beispiel vom Inneren des geschlossenen Raums nach außen läuft, sinkt der Druck im geschlossenen Raum, wohingegen der Druck im geschlossenen Raum steigt, wenn das Reduktionsmittel von außerhalb des geschlossenen Raums in den geschlossenen Raum läuft, wenn also das Auslaufen des Reduktionsmittels durch die Absperreinheit hervorgerufen wird.
Die Anomaliefeststellungseinrichtung kann daher ein Auslaufen des Reduktionsmittels im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus durch ein Absinken oder ein Ansteigen des Drucks im geschlossenen Raum feststellen.
Allerdings ändert sich der Druck des Reduktionsmittels auch durch Faktoren wie die Temperatur usw. Daher kann die Anomaliefeststellungseinrichtung feststellen, dass der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus anomal ist, wenn der Änderungsbetrag des Drucks im geschlossenen Raum einen vorbestimmten Betrag überschreitet.
Drüber hinaus lässt sich ein Aufbau realisieren, bei dem die Absperreinheit den Strom des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelabgabeeinheit zum Reduktionsmittel zuführungskanal beim Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine absperrt, um dadurch einen geschlossenen Raum zu bilden, die Druckerfassungseinrichtung den Druck im geschlossenen Raum beim Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine erfasst und den Druck im geschlossenen Raum nochmals erfasst, wenn die Brennkraftmaschine erneut gestartet wird, und die Anomaliefeststellungseinrichtung einen Änderungsbetrag des Drucks im geschlossenen Raum während einer Zeitdauer vom Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine bis zum erneuten Start der Brennkraftmaschine berechnet und feststellt, dass der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus anomal ist, wenn der Druckänderungsbetrag einen vorbestimmten Betrag überschreitet.
Das Auslaufen des Reduktionsmittels wird in diesem Fall auf der Grundlage der Änderung des Drucks im geschlossenen Raum während der vergleichsweise langen Zeitdauer vom Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine bis zum erneuten Start der Brennkraftmaschine festgestellt, wobei sich leicht das Auslaufen einer geringen Menge Reduktionsmittel erfassen lässt.
Doch auch dann, wenn es zu keinem Auslaufen des Reduktionsmittels im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus kommt, kann sich der Druck durch die Temperatur des Reduktionsmittels ändern, weswegen die Anomalieerfassungseinrichtung zum Beispiel feststellen kann, dass der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus anomal ist, wenn der von der Druckerfassungseinrichtung erfasste Druck von einem vorbestimmten Bereich abweicht, wenn also der von der Druckerfassungseinrichtung erfasste Druck genauer gesagt unterhalb eines vorbestimmten unteren Grenzwerts liegt.
Als Brennkraftmaschine lässt sich zum Beispiel im Rahmen der Erfindung ein Magermixmotor wie ein Magermixmotor mit Benzin-Direkteinspritzung oder ein Dieselmotor mit Direkteinspritzung nennen.
Als Abgasreinigungskatalysator lässt sich im Rahmen der Erfindung ein NOx-Speicher/Reduktionskatalysator oder ein NO_x-Selektivreduktionskatalysator nennen.
Als Reduktionsmittel lässt sich zum Beispiel im Rahmen der Erfindung ein Kohlenwasserstoffe (HC) enthaltendes Reduktionsmittel wie Gas, Öl oder Benzin nennen.
Als Reduktionsmittelabgabeeinheit des Reduktionsmittelzuführungsmechanismus lässt sich zum Beispiel im Rahmen der Erfindung eine Kraftstoffpumpe mit dem Laufmoment einer Abtriebswelle (Kurbelwelle) einer Brennkraftmaschine als Antriebsquelle nennen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt den schematischen Aufbau einer Brennkraftmaschine, bei der eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine Anwendung findet, und ihr Ansaug- und Auspuffsystem.
2A zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines NO_x-Speichermechanismus eines NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators und 2B eine Darstellung zur Erläuterung eines NO_x-Abgabemechanismus des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators.
3 zeigt ein Blockdiagramm mit einem Innenaufbau der ECU.
4 zeigt eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem einer Pumpe entsprechenden Druck und der Motordrehzahl.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm mit einer ein Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerungsroutine gemäß einem Beispiel, das nicht unter die Ansprüche fällt.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer ein Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerungsroutine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
7 zeigt eine Ablaufdiagramm einer ersten ein Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerungsroutine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm einer zweiten ein Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerungsroutine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Es folgt nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Erläuterung bestimmter Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Die Erläuterung erfolgt dabei anhand eines Beispiels, in dem die erfindungsgemäße Reduktionsmittelzuführungsvorrichtung bei einem Dieselmotor zum Antrieb eines Fahrzeugs Anwendung findet.
Zunächst wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 ein Beispiel einer Reduktionsmittelzuführungsvorrichtung beschrieben, das nicht unter die Ansprüche fällt.
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Brennkraftmaschine und ihres Ansaug- und Auspuffsystems, bei der die Erfindung angewandt wird.
Die in 1 gezeigte Brennkraftmaschine 1 ist ein wassergekühlter viertaktiger Dieselmotor mit vier Zylindern 2.
Die Brennkraftmaschine 1 ist mit Kraftstoffeinspritzventilen 3 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkammern der jeweiligen Zylinder 2 ausgestattet. Die jeweiligen Kraftstoffeinspritzventile 3 sind mit einer Sammelkammer (Common-Rail) 4 zum Sammeln von Kraftstoff bis zu einem vorbestimmten Druck verbunden. Der Common-Rail 4 ist mit einem Common-Rail-Drucksensor 4a zum Ausgeben eines elektrischen Signals in Übereinstimmung mit dem Kraftstoffdruck im Common-Rail 4 ausgestattet.
Der Common-Rail 4 steht über ein Kraftstoffzuführungsrohr 5 mit einer Kraftstoffpumpe 6 in Verbindung. Die Kraftstoffpumpe 6 ist eine Pumpe, die mit dem Laufmoment einer Abtriebswelle (Kurbelwelle) der Brennkraftmaschine 1 als Antriebsquelle betrieben wird, wobei eine an einer Antriebswelle der Kraftstoffpumpe 6 angebrachte Kurbelriemenscheibe 6 über einen Riemen 7 mit einer an der Abtriebswelle (Kurbelwelle) der Brennkraftmaschine 1 angebrachte Kurbelriemenscheibe 1a verbunden ist.
Wenn das Laufmoment der Kurbelwelle bei einem auf diese Weise aufgebauten Kraftstoffeinspritzsystem zur Antriebswelle der Kraftstoffpumpe 6 übertragen wird, gibt die Kraftstoffpumpe 6 durch einen Druck, der dem von der Kurbelwelle zur Antriebswelle der Kraftstoffpumpe 6 übertragenen Laufmoment entspricht, Kraftstoff ab.
Der von der Kraftstoffpumpe 6 abgegebene Kraftstoff wird über das Kraftstoffzuführungsrohr 5 dem Common-Rail 4 zugeführt, von dem Common-Rail 4 bis zu einem bestimmten Druck angesammelt und zu den Kraftstoffeinspritzventilen 3 der jeweiligen Zylinder 2 verteilt. Wenn an das Kraftstoffeinspritzventil 3 ein Ansteuerungsstrom angelegt wird, öffnet sich dann das Kraftstoffeinspritzventil 3, wodurch Kraftstoff vom Kraftstoffeinspritzventil 3 in den Zylinder 2 eingespritzt wird.
Die Brennkraftmaschine 1 ist des Weiteren mit einem Ansaugverteiler 8 verbunden, wobei die jeweiligen Zweigrohre des Ansaugverteilers 8 über (schematisch nicht gezeigte) Einströmöffnungen mit den Brennkammern der jeweiligen Zylinder 2 in Verbindung stehen.
Der Ansaugverteiler 8 ist mit einem Ansaugrohr 9 verbunden und das Ansaugrohr 9 mit einem Luftfilterkasten 10. Das Ansaugrohr 9 ist stromabwärts vom Luftfilterkasten 10 mit einem Luftmassenmesser 11 zur Ausgabe eines elektrischen Signals in Übereinstimmung mit der in das Ansaugrohr 9 strömenden Ansaugluftmasse und einem Ansauglufttemperatursensor 12 zur Ausgabe eines elektrischen Signals in Übereinstimmung mit der Temperatur der in das Ansaugrohr 9 strömenden Ansaugluft ausgestattet.
Ein Abschnitt des Ansaugrohrs 9 direkt stromaufwärts vom Ansaugverteiler 8 ist mit einem Ansaugdrosselventil 13 zum Regulieren der Durchflussmenge der im Ansaugrohr 9 strömenden Ansaugluft versehen. Das Ansaugdrosselventil 13 ist mit einem Ansaugluftdrosselstellglied 14 ausgestattet, das von einem Servomotor oder dergleichen gebildet wird, um das Ansaugdrosselventil 13 zu öffnen und zu schließen.
Das zwischen dem Luftmassenmesser 11 und dem Ansaugdrosselventil 13 gelegene Ansaugrohr 9 ist mit einem Verdichtergehäuse 15a eines Zentrifugalladers (Turbolader) 15 versehen, der mit Abgaswärmeenergie als Antriebsquelle betrieben wird, wobei ein Abschnitt des Ansaugrohrs 9 stromabwärts vom Verdichtergehäuse 15a mit einem Zwischenkühler 16 zum Kühlen der Ansaugluft versehen ist, deren Temperatur durch die Verdichtung im Verdichtergehäuse 15a angehoben wird.
Bei dem auf diese Weise aufgebauten Ansaugsystem wird die in den Luftfilterkasten 10 strömende Ansaugluft durch einen (schematisch nicht gezeigten) Luftfilter im Luftfilterkasten 10 vom Staub und Schmutz in der Ansaugluft befreit und strömt danach über das Ansaugrohr 9 in das Verdichtergehäuse 15a.
Die in das Verdichtergehäuse 15a strömende Ansaugluft wird durch die Drehung des im Verdichtergehäuse 15a eingebauten Verdichterrads verdichtet. Die Ansaugluft, deren Temperatur durch die Verdichtung im Verdichtergehäuse 15a angehoben worden ist, wird durch den Zwischenkühler 16 gekühlt, wonach durch das Ansaugdrosselventil 13 bei Bedarf die Durchflussmenge reguliert wird und die Ansaugluft in den Ansaugverteiler 8 strömt. Die in den Ansaugverteiler 8 strömende Ansaugluft wird über die jeweiligen Zweigrohre zu den Brennkammern der jeweiligen Zylinder 2 verteilt und wird mit Kraftstoff als Zündungsquelle, der von den Kraftstoffeinspritzventilen 3 der jeweiligen Zylinder 2 eingespritzt wird, verbrannt.
Gleichzeitig ist die Brennkraftmaschine 1 mit einem Auspuffverteiler 18 verbunden, wobei die jeweiligen Zweigrohre des Auspuffverteilers 18 über (schematisch nicht gezeigte) Ausströmöffnungen mit den Brennkammern der jeweiligen Zylinder 2 in Verbindung stehen.
Der Auspuffverteiler 18 ist mit einem Turbinengehäuse 15b des Zentrifugalladers 15 verbunden. Das Turbinengehäuse 15b ist mit einem Auspuffrohr 19 verbunden und das Auspuffrohr 19 stromabwärts davon mit einem (schematisch nicht gezeigten) Schalldämpfer.
Im Auspuffrohr 19 ist ein Abgasreinigungskatalysator 20 angeordnet, um schädliche Gasbestandteile im Abgas zu reinigen. Das Auspuffrohr 19 stromabwärts vom Abgasreinigungskatalysator 20 ist mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23 zum Ausgeben eines elektrischen Signals in Übereinstimmung mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des im Auspuffrohr 19 strömenden Abgases und einem Abgastemperatursensor 24 zum Ausgeben eines elektrischen Signals in Übereinstimmung mit der Temperatur des im Auspuffrohr strömenden Abgases ausgestattet.
Das Auspuffrohr 19 ist stromabwärts vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23 und Abgastemperatursensor 24 mit einem Abgasdrosselventil 21 zum Regulieren der Durchflussmenge des im Auspuffrohr 19 strömenden Abgases versehen. Das Abgasdrosselventil 21 ist mit einem Abgasdrosselstellglied 22 ausgestattet, das durch einen Servomotor oder dergleichen gebildet wird, um das Abgasdrosselventil 21 zu öffnen und zu schließen.
Bei dem auf diese Weise aufgebauten Auspuffsystem wird das in den jeweiligen Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1 verbrannte Gemisch (verbranntes Gas) über die Ausströmöffnungen zum Auspuffverteiler 18 abgegeben und strömt anschließend vom Auspuffverteiler 18 in das Turbinen gehäuse 15b des Zentrifugalladers 15. Das in das Turbinengehäuse 15b strömende Abgas dreht unter Nutzung der Wärmeenergie, die das Abgas hat, ein Turbinenrad, das drehbar im Turbinengehäuse 15b abgestützt ist. Bei dieser Gelegenheit wird das Laufmoment des Turbinenrads zum oben beschriebenen Verdichterrad des Verdichtergehäuses 15a übertragen.
Das aus dem Turbinengehäuse 15b abgegebene Abgas strömt über das Auspuffrohr 19 zum Abgasreinigungskatalysator 20 und wird von schädlichen Gasbestandteilen im Abgas befreit oder gereinigt. Das durch den Abgasreinigungskatalysator 20 von schädlichen Gasbestandteilen befreite oder gereinigte Abgas wird, nachdem die Durchflussmenge bei Bedarf durch das Abgasdrosselventil 21 reguliert wurde, über den Schalldämpfer in die Atmosphäre ausgestoßen.
Der Auspuffverteiler 18 und der Ansaugverteiler 8 stehen darüber hinaus über einen Abgasrückführungskanal (AGR-Kanal) 25 zum Rückführen eines Teils des im Auspuffverteiler 18 strömenden Abgases in den Ansaugverteiler 8 miteinander in Verbindung. In der Mitte des AGR-Kanals 25 ist ein Durchflussregelventil (AGR-Ventil) 26 vorgesehen, das von einem elektromagnetischen Ventil gebildet wird, um die Durchflussmenge des im AGR-Kanal 25 strömenden Abgases (nachstehend als AGR-Gas bezeichnet) entsprechend der Höhe der angelegten Kraft zu ändern.
An einem Abschnitt des AGR-Kanals 25 stromaufwärts vom AGR-Ventil 26 ist ein AGR-Kühler 27 zum Kühlen des im AGR-Kanal 25 strömenden AGR-Gases vorgesehen.
Wenn das AGR-Ventil 26 bei dem auf diese Weise aufgebauten Abgasrückführungsmechanismus geöffnet wird, wird der AGR-Kanal 25 in einen leitenden Zustand versetzt und strömt ein Teil des im Auspuffverteiler 18 strömenden Abgases in den AGR-Kanal 25 und wird über den AGR-Kühler 27 zum Ansaugverteiler 8 geleitet.
Bei dieser Gelegenheit findet zwischen dem im AGR-Kanal 25 strömenden AGR-Gas und einem vom AGR-Kühler 27 vorgegeben Kühlmittel ein Wärmetausch statt, wodurch das AGR-Gas gekühlt wird.
Das vom Auspuffverteiler 18 über den AGR-Kanal 25 zum Ansaugverteiler 8 zurückgeführte AGR-Gas wird zu den Brennkammern der jeweiligen Zylinder 2 geleitet, während es sich mit der von der stromaufwärtigen Seite des Ansaugverteilers 8 einströmenden Frischluft vermischt, und wird dann mit Kraftstoff verbrannt, der von den Kraftstoffeinspritzventilen 3 als Zündquelle eingespritzt wird.
Das AGR-Gas an sich wird in diesem Fall nicht zu Wasser (H₂O) oder Kohlendioxid (CO₂) verbrannt und enthält Inertgasbestandteile mit endothermen Eigenschaften, weswegen die Verbrennungstemperatur des Gemisches gesenkt wird, wenn im Gemisch AGR-Gas enthalten ist, wodurch die Erzeugungsmenge an Stickoxiden (NO_x) eingeschränkt wird.
Wenn das AGR-Gas im AGR-Kühler 27 gekühlt wird, sinkt außerdem die Temperatur des AGR-Gases an sich und verringert sich das Volumen das AGR-Gases. Wenn das AGR-Gas der Brennkammer zugeführt wird, wird daher die Umgebungstemperatur in der Brennkammer nicht unnötig erhöht und wird die der Brennkammer zugeführte Frischluftmenge (Frischluftvolumen) nicht unnötig gesenkt.
Als Nächstes folgt eine genauere Erläuterung des Abgasreinigungskatalysators 20.
Der Abgasreinigungskatalysator 20 ist ein NO_x-Katalysator zum Reinigen von Stickoxiden (NO_x) im Abgas bei Vorhandensein eines Reduktionsmittels. Als ein solcher NO_x-Katalysator lassen sich beispielsweise ein NO_x-Selektivreduktionskatalysator oder ein NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator nennen. Die Erläuterung erfolgt anhand des Beispiels des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators. Im Folgenden wird der Abgasreinigungskatalysator 20 als NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 bezeichnet.
Der NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 enthält zum Beispiel als Träger Aluminiumoxid (Al₂O₃) und ist so aufgebaut, dass er auf dem Träger mindestens einen Bestandteil der aus einem Alkalimetall wie Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) oder Cäsium (Cs), einem Erdalkalimetall wie Barium (Ba) oder Kalzium (Ca) und einem Seltenerdelement wie Lanthan (La) oder Yttrium (Y) bestehenden Gruppe und ein Edelmetall wie Platin (Pt) trägt.
Der auf diese Weise aufgebaute NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 speichert Stickoxide (NO_x) im Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 strömenden Abgases (nachstehend als Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezeichnet) ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und reduziert und reinigt das Abgas, während es die gespeicherten Stickoxide (NOx) abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration des einströmenden Abgases gesenkt wird und das Reduktionsmittel vorhanden ist.
Das hier angesprochene Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezeichnet im Übrigen das Verhältnis der gesamten Luftmenge, die dem Auspuffkanal stromaufwärts vom Abgasreinigungskatalysator, den Brennkammern und dem Ansaugkanal zugeführt wird, zur gesamten Menge an Kraftstoff (Kohlenwasserstoff). Solange dem Auspuffkanal stromaufwärts vom NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 kein Kraftstoff, kein Reduktionsmittel und keine Luft zugeführt wird, fällt daher das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des den Brennkammern zugeführten Gemisches zusammen.
Es folgt nun eine Erläuterung des Mechanismus zur Aufnahme und Abgabe von NO_x im NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20, wobei als Beispiel ein NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator genommen wird, bei dem ein Träger aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) Platin (Pt) und Barium (Ba) trägt.
Der Vorgang der Aufnahme und Abgabe von NO_x im NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 erfolgt wohl im Wesentlichen durch den in den 2A und 2B gezeigten Mechanismus.
Wenn bei dem NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 strömenden Abgases zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, wodurch sich die Sauerstoffkonzentration im Abgas erhöht, wird zunächst, wie in 2A gezeigt ist, Sauerstoff (O₂) im Abgas in Form von O₂ ^–oder O^2–an der Oberfläche des Platins (Pt) gebunden und reagiert Stickstoffmonoxid (NO) im Abgas mit dem O₂ ^– oder O^2– auf der Oberfläche des Platins (Pt), wodurch sich Stickstoffdioxid (NO₂) bildet (2NO+O₂→2NO₂). Das Stickstoffdioxid (NO₂) verbindet sich, während es auf der Oberfläche des Platins (Pt) oxidiert, mit Bariumoxid (BaO), wodurch sich ein Salpetersäureion (NO₃ ^–) bildet. Auf diese Weise werden Stickoxide (NO_x) im Abgas im NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator als Salpetersäureionen (NO₃ ^–) gespeichert.
Der oben beschriebene NO_x-Speichervorgang setzt sich solange fort, wie das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist und das NO_x-Speichervermögen des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators nicht gesättigt ist.
Wenn bei dem NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 dagegen die Sauerstoffkonzentration des einströmenden Abgases gesenkt wird, nimmt die Menge der erzeugten Stickoxide (NO_x) ab und werden daher die am Bariumoxid (BaO) gebundenen Salpetersäureionen (NO₃ ^–) umgekehrt zu Stickstoffdioxid (NO₂) oder Stickstoffmonoxid (NO) und lösen sich vom NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator.
Wenn die Sauerstoffkonzentration des in den NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 strömenden Abgases gesenkt wird, werden also die im NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator im Form von Salpetersäureionen (NO₃ ^–) gespeicherten Stickoxide (NO_x) zu Stickstoffdioxid (NO₂) oder Stickstoffmonoxid (NO) und werden vom NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator abgegeben.
Wie in 2B gezeigt ist, reagieren die vom NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 abgegebenen Stickoxide (NO_x) mit einem im Abgas enthaltenen reduzierenden Bestandteil (zum Beispiel mit einer aktiven Art von Kohlenwasserstoff (HC) oder Kohlenmonoxid (CO), die durch eine Reaktion mit dem Sauerstoff (O₂ ^–) oder (O^2–) auf dem Platin (Pt) des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators 20 teilweise reduziert wurde) und werden zu Stickstoff (N₂) reduziert.
Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) im Abgas werden also durch eine Reaktion mit O₂ ^– oder O^2– auf dem Platin (Pt) oxidiert, wobei in dem Fall, dass dadurch das O₂ ^– oder O^2– auf dem Platin (Pt) bereits verbraucht worden ist, aber immer noch Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) vorhanden sind, die Kohlenwasserstoffe (HC) und das Kohlenmonoxid (CO) mit den vom NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 abgegebenen Stickoxiden (NO_x) und den von der Brennkraftmaschine 1 abgegebenen Stickoxiden (NO_x) reagieren, wodurch die Stickoxide (NO_x) zu Stickstoff (N₂) reduziert werden.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 strömenden Abgases auf ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebracht wird, können also in dem NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 gespeicherte Stickoxide (NO_x) während ihrer Abgabe reduziert werden.
Das NO_x-Speichervermögen des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators 20 hat indessen eine Grenze, weswegen das NO_x-Speichervermögen des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators 20 gesättigt wird, wenn über eine lange Zeitdauer das Abgas mit dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 strömt, wobei Stickoxide (NO_x) im Abgas in die Atmosphäre ausgestoßen werden, ohne vom NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 entfernt oder gereinigt zu werden.
Bei einem Dieselmotor wie der Brennkraftmaschine 1 wird das Gemisch jedoch in den meisten Betriebsbereichen mit dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbrannt und wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases demnach in den meisten Betriebsbereichen zum mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und sättigt sich daher das NO_x-Speichervermögen des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators 20 leicht.
Wenn der NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 bei einem Magermixmotor wie einem Dieselmotor Anwendung findet, muss das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases daher zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, bevor das NO_x-Speichervermögen des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators 20 gesättigt ist, zum theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewendet werden.
Angesichts dessen ist bei der Brennkraftmaschine 1 ein Reduktionsmittelzuführungsmechanismus vorgesehen, um dem in den Auspuffkanal einströmenden Abgas stromaufwärts vom NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 Kraftstoff (Gas, Öl) beizufügen, der ein Reduktionsmittel darstellt.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus mit einem Reduktionsmitteleinspritzventil 28, bei dem ein Einspritzloch so an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine 1 angebracht ist, dass es dem Inneren des Auspuffverteilers 18 zugewandt ist, einem Reduktionsmittelzuführungskanal 29, um Kraftstoff, der von der oben beschriebenen Kraftstoffpumpe 6 abgegeben wurde, zum Reduktionsmitteleinspritzventil 28 zu leiten, einem in der Mitte des Reduktionsmittelzuführungskanals 29 vorgesehenes Stromregulierungsventil 30 zum Regulieren der Durchflussmenge des in den Reduktionsmittelzuführungskanal 29 strömenden Kraftstoffs, einem stromaufwärts vom Stromregulierungsventil 30 am Reduktionsmittelzuführungskanal 29 vorgesehenen Absperrventil 31 zum Absperren des Kraftstoffstroms im Reduktionsmittelzuführungskanal 29 und einem Reduktionsmitteldrucksensor 32, der stromaufwärts vom Stromregulierungsventil 30 am Reduktionsmittelzuführungskanal 29 angebracht ist, um in Übereinstimmung mit dem Druck im Reduktionsmittelzuführungskanal 29 ein elektrisches Signal auszugeben, ausgestattet.
Darüber hinaus ist es vorzuziehen, dass das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 so am Zylinderkopf angebracht ist, dass das Einspritzloch des Reduktionsmitteleinspritzventils 28 stromabwärts von einem Abschnitt des Auspuffverteilers 18, der sich mit dem AGR-Kanal 25 in Kontakt befindet und am nächsten an einem die vier Zweigrohre sammelnden Abschnitt des Auspuffverteilers 18 liegt, in die Ausströmöffnung des Zylinders 2 vorragt und zum Sammelabschnitt des Auspuffverteilers 18 weist.
Dies dient dazu, ein Einströmen des vom Reduktionsmitteleinspritzventil 28 eingespritzten Reduktionsmittels (unverbrannter Kraftstoffbestandteil) in den AGR-Kanal 25 zu verhindern und das Reduktionsmittel dazu zu bringen, das Turbinengehäuse 15b des Zentrifugallagers zu erreichen, ohne im Auspuffverteiler 18 zurückzubleiben.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel befindet sich zwar unter den vier Zylindern 2 der Brennkraftmaschine 1 ein erster (#1) Zylinder 2 am nächsten am Sammelabschnitt des Auspuffverteilers 18 und ist das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 daher an der Ausströmöffnung des ersten (#1) Zylinders 2 angebracht, doch wenn ein anderer Zylinder 2 als der erste (#1) Zylinder 2 am nächsten am Sammelabschnitt des Auspuffverteilers 18 läge, wäre das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 an der Ausströmöffnung dieses Zylinders 2 angebracht.
Des Weiteren kann das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 so angebracht sein, dass es einen (schematisch nicht gezeigten) im Zylinderkopf ausgebildeten Wassermantel durchdringt oder nahe an diesem liegt, damit das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 unter Nutzung des im Wassermantel strömenden Kühlwassers gekühlt wird.
Wenn das Stromregulierungsventil 30 im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus geöffnet wird, wirkt auf das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 über den Reduktionsmittelzuführungskanal 29 unter hohem Druck stehender Kraftstoff, der von der Kraftstoffpumpe 6 abgegeben wird. Wenn der auf das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 wirkende Kraftstoffdruck einen Ventilöffnungsdruck oder mehr erreicht, öffnet sich das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 und wird in den Auspuffverteiler 18 als Reduktionsmittel Kraftstoff eingespritzt.
Das vom Reduktionsmitteleinspritzventil 28 in den Auspuffverteiler 18 eingespritzte Reduktionsmittel strömt zusammen mit dem von der stromaufwärtigen Seite des Auspuffverteilers 18 einströmenden Abgas in das Turbinengehäuse 15b. Das Abgas und das Reduktionsmittel, die in das Turbinengehäuse 15b geströmt sind, werden durch die Drehung des Turbinenrads bewegt und gleichmäßig vermischt, wodurch ein Abgas mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebildet wird.
Das auf diese Weise gebildete Abgas mit dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis strömt vom Turbinengehäuse 15b aus über das Auspuffrohr 19 in den NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 und reduziert die in dem NO_x-Speicher/ Reduktionskatalysator 20 gespeicherten Stickoxide (NO_x), während diese abgegeben werden, zu Stickstoff (N₂).
Wenn das Stromregulierungsventil 30 danach geschlossen wird und die Zufuhr des Reduktionsmittels von der Kraftstoffpumpe 6 zum Reduktionsmitteleinspritzventil 28 abgesperrt wird, wird der auf das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 wirkende Kraftstoffdruck niedriger als der Ventilöffnungsdruck. Dadurch schließt sich das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 und wird die Beigabe des Reduktionsmittels in den Auspuffverteiler 18 unterbrochen.
Die wie oben aufgebaute Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer elektronischen Steuerungseinheit (ECU) 35 zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 ausgerüstet. Die ECU 35 ist eine Einheit zur Steuerung der Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine 1 und eines Betriebszustandes der Brennkraftmaschine 1 entsprechend einer Anforderung des Fahrers.
Die ECU 35 ist über elektrische Verdrahtungen mit verschiedenen Sensoren verbunden, und zwar mit einem Common-Rail-Drucksensor 4a, einem Luftmassenmesser 11, einem Ansauglufttemperatursensor 12, einem Ansaugrohrdrucksensor 17, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23, einem Abgastemperatursensor 24, dem Reduktionsmitteldrucksensor 32, einem Kurbelstellungssensor 33, einem Wassertemperatursensor 34 und einem Gaspedalstellungssensor 36, wobei Ausgangssignale der verschiedenen Sensoren in die ECU 35 eingegeben werden.
Daneben ist die ECU 35 über elektrische Verdrahtungen mit Kraftstoffeinspritzventilen 3, einem Ansaugluftdrosselstellglied 14, einem Abgasdrosselstellglied 22, einem AGR-Ventil 26, einem Stromregulierungsventil 30 und dem Absperrventil 31 verbunden, wobei die jeweiligen Abschnitte durch die ECU 35 gesteuert werden können.
Die ECU 35 ist in diesem Fall, wie in 3 gezeigt ist, mit einer CPU 351, einem ROM 352, einem RAM 353, einem Sicherungs-RAM 354, einem Eingabebaustein 356 und einem Ausgabebaustein 357 sowie mit einem A/D-Wandler (A/D) 355 ausgestattet, der mit dem Eingabebaustein 356 verbunden ist.
Der Eingabebaustein 356 nimmt ein Ausgangssignal eines ein digitales Signal ausgebenden Sensors wie des Kurbelstellungssensors 33 auf und überträgt das Ausgangssignal zur CPU 351 oder dem RAM 353.
Der Eingabebaustein 356 nimmt außerdem über den A/D 355 Ausgangssignale von analoge Signale ausgebenden Sensoren wie dem Common-Rail-Drucksensor 4a, dem Luftmassenmesser 11, dem Ansauglufttemperatursensor 12, dem Ansaugrohrdrucksensor 17, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 23, dem Abgastemperatursensor 24, dem Reduktionsmitteldrucksensor 32, dem Wassertemperatursensor 34 und dem Gaspedalstellungssensor 36 auf und überträgt die Ausgangssignale zur CPU 351 oder dem RAM 353.
Der Ausgabebaustein 357 ist über elektrische Verdrahtungen mit den Kraftstoffeinspritzventilen 3, dem Ansaugluftdrosselstellglied 14, dem Abgasdrosselstellglied 22, dem AGR-Ventil 26, dem Stromregulierungsventil 30 und dem Absperrventil 31 verbunden und überträgt ein von der CPU 351 ausgegebenes Steuerungssignal zu den Kraftstoffeinspritzventilen 3, dem Ansaugluftdrosselstellglied 14, dem Abgasdrosselstellglied 22, dem AGR- Ventil 26, dem Stromregulierungsventil 30 oder dem Absperrventil 31.
Im ROM 352 ist neben verschiedenen anderen Anwendungsprogrammen wie einer Kraftstoffeinspritzventil-Steuerungsroutine zur Steuerung des Kraftstoffeinspritzventils 3, einer Ansaugdrossel-Steuerungsroutine zur Steuerung des Ansaugluftdrosselventils 13, einer Abgasdrossel-Steuerungsroutine zur Steuerung des Abgasdrosselventils 21, einer AGR-Steuerungsroutine zur Steuerung des AGR-Ventils 26 und einer Reduktionsmittelbeimengungs-Steuerungsroutine zur Steuerung des Stromregulierungsventils 30 eine ein Reduktionsmittelleck feststellende Steuerungsroutine zur Feststellung eines Auslaufens von Reduktionsmittel im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus gespeichert.
Im ROM 352 sind neben den oben angesprochenen Anwendungsprogrammen verschiedene Steuerungskennfelder gespeichert. Die Steuerungskennfelder schließen ein Kraftstoffeinspritzmengen-Steuerungskennfeld, das den Zusammenhang zwischen dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 und einer Kraftstoffgrundeinspritzmenge (Kraftstoffgrundeinspritzdauer) angibt, ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt-Steuerungskennfeld, das den Zusammenhang zwischen dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 und einem Kraftstoffgrundeinspritzzeitpunkt angibt, ein Ansaugluftdrosselventilöffnungs-Steuerungskennfeld, das den Zusammenhang zwischen dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 und einem Zielöffnungsgrad des Ansaugdrosselventils 13 angibt, ein Abgasdrosselventilöffnungsgrad-Steuerungskennfeld, das den Zusammenhang zwischen dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 und einem Zielöffnungsgrad des Abgasdrosselventils 21 angibt, ein AGR-Ventilöffnungsgrad-Steuerungskennfeld, das den Zusammenhang zwischen dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 und einem Zielöffnungsgrad des AGR-Ventils 26 angibt, und ein Stromregulierungsventil-Steuerungskennfeld ein, das den Zusammenhang zwischen dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 und einem Ventilöffnungszeitpunkt des Stromregulierungsventils 30 angibt.
Im RAM 353 werden die Ausgangssignale von den jeweiligen Sensoren und die Berechnungsergebnisse der CPU 351 gespeichert. Das Berechnungsergebnis ist zum Beispiel eine Motordrehzahl, die auf der Grundlage der Zeitabstände zwischen den Ausgabeimpulssignalen vom Kurbelstellungssensor 33 berechnet wird. Die Daten werden jedes Mal, wenn vom Kurbelstellungssensor 33 Impulssignale ausgegeben werden, mit den neuesten Daten überschrieben.
Das Sicherungs-RAM 354 ist ein nicht-flüchtiger Speicher, der Daten auch dann speichern kann, nachdem der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 eingestellt wurde.
Die CPU 351 wird entsprechend den im ROM 352 gespeicherten Anwendungsprogrammen betrieben und führt neben der Kraftstoffeinspritzventilsteuerung, der Auspuffdrosselsteuerung, der AGR-Steuerung und der Reduktionsmittelbeimengungssteuerung eine ein Reduktionsmittelleck feststellende Steuerung aus.
Bei der Kraftstoffeinspritzventilsteuerung bestimmt die CPU 351 zum Beispiel zunächst eine Kraftstoffmenge, die vom Kraftstoffeinspritzventil 3 eingespritzt wird, und anschließend den Zeitpunkt zum Einspritzen des Kraftstoffs vom Kraftstoffeinspritzventil 3.
Wenn die Kraftstoffeinspritzmenge feststeht, liest die CPU 351 die im RAM 353 gespeicherte Motordrehzahl und das Ausgangssignal (Gaspedalstellung) des Gaspedalstellungssensors 36. Die CPU 351 greift auf das Kraftstoffeinspritzmengen-Steuerungskennfeld zu und berechnet in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl und der Gaspedalstellung die Kraftstoffgrundeinspritzmenge (Kraftstoffgrundeinspritzdauer). Die CPU 351 korrigiert die Kraftstoffgrundeinspritzdauer auf Grundlage der Ausgangssignalwerte des Luftmassenmessers 11, des Ansauglufttemperatursensors 12 und des Wassertemperatursensors 34 und legt eine endgültige Kraftstoffeinspritzdauer fest.
Wenn der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt feststeht, greift die CPU 351 auf das Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt-Steuerungskennfeld zu und berechnet in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl und der Gaspedalstellung den Kraftstoffgrundeinspritzzeitpunkt. Die CPU 351 korrigiert den Kraftstoffgrundeinspritzzeitpunkt mit Ausgangssignalwerten des Luftmassenmessers 11, des Ansaugtemperatursensors 12 und des Wassertemperatursensors 34 als Parametern und legt den endgültigen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt fest.
Wenn die Kraftstoffeinspritzdauer und der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt feststehen, vergleicht die CPU 351 den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt mit den Ausgangssignalen des Kurbelstellungssensors 33 und beginnt zu einem Zeitpunkt, wenn das Ausgangssignal des Kurbelstellungssensors 33 mit dem Kraftstoffeinspritzstartzeitpunkt zusammenfällt, mit dem Anlegen einer Antriebskraft auf das Kraftstoffeinspritzventil 3. Die CPU 351 beendet das Anlegen der Antriebskraft bezüglich des Kraftstoffeinspritzventils 3, wenn die Zeit, zu der das Anlegen der Antriebskraft an das Kraftstoffeinspritzventil 3 begonnen hat, die Kraftstoffeinspritzdauer erreicht.
Wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 bei der Kraftstoffeinspritzsteuerung in einen Leerlaufzustand gebracht wird, berechnet die CPU 351 zudem mit dem Ausgangssignalwert des Wassertemperatursensors 34 und den Betriebszuständen von Zusatzaggregaten als Parametern, die wie ein Verdichter einer Fahrzeugklimaanlage unter Nutzug des Laufmoments der Kurbelwelle betrieben werden, eine Zielleerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 1. Des Weiteren steuert die CPU 351 die Kraftstoffeinspritzmenge, indem sie die tatsächliche Leerlaufdrehzahl so regelt, dass sie mit der Zielleerlaufdrehzahl zusammenfällt.
Darüber hinaus liest die CPU 351 bei der Ansaugdrosselsteuerung zum Beispiel die im RAM 353 gespeicherte Motordrehzahl und die Gaspedalstellung aus. Die CPU 351 greift auf das Ansaugluftdrosselventilöffnungsgrad-Steuerungskennfeld zu und berechnet in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl und der Gaspedalstellung einen Ansaugluftdrosselventilzielöffnungsgrad. Die CPU 351 legt in Übereinstimmung mit dem Ansaugluftdrosselventilzielöffnungsgrad eine Antriebskraft an das Ansaugluftdrosselstellglied 14 an. Bei dieser Gelegenheit kann die CPU 351 den tatsächlichen Öffnungsgrad des Ansaugdrosselventils 13 erfassen und das Ansaugluftdrosselstellglied 14 auf Grundlage der Differenz zwischen dem tatsächlichen Öffnungsgrad des Ansaugluftdrosselventils 13 und dem Ansaugluftdrosselventilzielöffnungsgrad regeln.
Darüber hinaus steuert die CPU 351 bei der Abgasdrosselsteuerung das Abgasdrosselstellglied 22 so, dass es das Abgasdrosselventil 21 in eine Ventilschließrichtung antreibt, wenn die Brennkraftmaschine 1 nach einem Kaltstart in einen Aufheizzustand gebracht wird oder wenn eine Heizung im Fahrzeuginnenraum in Betrieb gesetzt wird.
In diesem Fall erhöht sich die Last auf die Brennkraftmaschine 1 und wird die Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend erhöht. Dadurch erhöht sich die Wärmeerzeugungsmenge der Brennkraftmaschine 1, beschleunigt sich das Aufheizen der Brennkraftmaschine 1 und wird sichergestellt, dass die Heizung für den Fahrzeuginnenraum als Wärmequelle arbeitet.
Darüber hinaus liest die CPU 351 bei der AGR-Steuerung die im RAM 353 gespeicherte Motordrehzahl, das Ausgangssignal des Wassertemperatursensors 34 (Kühlwassertemperatur) und das Ausgangssignal des Gaspedalstellungssensors 36 (Gaspedalstellung) aus und bestimmt, ob die Bedingungen zur Ausführung der AGR-Steuerung vorliegen.
Als Bedingungen zur Ausführung der AGR-Steuerung lassen sich zum Beispiel die Bedingungen nennen, dass die Kühlwassertemperatur größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur ist, dass die Brennkraftmaschine 1 vom Start des Motors an für eine vorbestimmte Zeitdauer oder länger kontinuierlich betrieben wurde, und dass der Änderungsgrad der Gaspedalstellung ein positiver Wert ist.
Wenn feststeht, dass die Bedingungen zur Ausführung der AGR-Steuerung vorliegen, greift die CPU 351 mit der Motordrehzahl und der Gaspedalstellung als Parameter auf das AGR-Ventilöffnungsgrad-Steuerungskennfeld zu und berechnet in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl und der Gaspedalstellung einen AGR-Ventilzielöffnungsgrad. Die CPU 351 bringt in Übereinstimmung mit dem AGR-Ventilzielöffnungsgrad auf das AGR-Ventil 26 eine Antriebskraft auf. Wenn dagegen feststeht, dass die Bedingungen zur Ausführung der AGR-Steuerung nicht vorliegen, steuert die CPU 351 das AGR-Ventil 26 so, dass es im voll geschlossenen Zustand verbleibt.
Darüber hinaus kann die CPU 351 bei der AGR-Steuerung eine sogenannte AGR-Ventilregelung durchführen, um mit der Ansaugluftmenge der Brennkraftmaschine 1 als Parameter den Öffnungsgrad des AGR-Ventils 26 zu regeln.
Bei der AGR-Ventilregelung legt die CPU 351 zum Beispiel mit der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl als Parameter eine Zielansaugluftmenge der Brennkraftmaschine 1 fest. Bei dieser Gelegenheit kann der Zusammenhang zwischen der Gaspedalstellung, der Motordrehzahl und der Zielansaugluftmenge vorab in einem Kennfeld abgebildet worden sein und kann die Zielansaugluftmenge anhand des Kennfelds, der Gaspedalstellung und der Motordrehzahl berechnet werden.
Wenn die Zielansaugluftmenge durch die oben beschriebene Prozedur bestimmt wird, liest die CPU 351 einen im RAM 353 gespeicherten Ausgangsignalwert des Luftmassenmessers 11 (tatsächliche Ansaugluftmenge) aus und vergleicht die tatsächliche Ansaugluftmenge und die Zielansaugluftmenge.
Wenn die tatsächliche Ansaugluftmenge kleiner als die Zielansaugluftmenge ist, schließt die CPU 351 das AGR-Ventil 26 um einen vorbestimmten Betrag. Bei dieser Gelegenheit nimmt die Menge des vom AGR-Kanal 25 in den Ansaugverteiler 8 strömenden AGR-Gases ab und nimmt entsprechend auch die Menge des in den Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 gesaugten AGR-Gases ab. Dadurch erhöht sich die Menge der in den Zylinder 2 der Brenn kraftmaschine 1 gesaugten Frischluft um die Abnahmemenge des AGR-Gases.
Wenn die tatsächliche Ansaugluftmenge dagegen größer als die Zielansaugluftmenge ist, öffnet die CPU 351 das AGR-Ventil 26 um einen vorbestimmten Betrag. In diesem Fall erhöht sich die Menge des vom AGR-Kanal 25 in den Ansaugverteiler 8 strömenden AGR-Gases und erhöht sich entsprechend die Menge des in den Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 eingesaugten AGR-Gases. Dadurch verringert sich die Menge der in die Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 gesaugten Frischluft um die vorgegebene Menge an AGR-Gas.
Darüber hinaus ermittelt die CPU 351 bei der Reduktionsmittelbeimengungssteuerung zunächst, ob die Bedingungen zur Beimengung des Reduktionsmittels vorliegen. Als Bedingungen für die Beimengung des Reduktionsmittels lassen sich zum Beispiel die Bedingungen nennen, dass sich der NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 in einem aktiven Zustand befindet, dass der Ausgangssignalwert des Abgastemperatursensors 24 (Abgastemperatur) kleiner oder gleich einem vorbestimmten oberen Grenzwert ist und dass keine Temperaturerhöhungssteuerung oder Steuerung zur Erholung von einer SO_x-Vergiftung ausgeführt wird, damit sich der NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 von einer SO_x-Vergiftung erholt.
Wenn feststeht, dass die Bedingungen zur Beimengung des Reduktionsmittels vorliegen, steuert die CPU 351 das Stromregulierungsventil 30 so, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 einströmenden Abgases als Spike von verhältnismäßig kurzer Dauer das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, damit die im NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 gespeicherten Stickoxide (NO_x) innerhalb kurzer Zeit abgegeben und reduziert werden.
Bei dieser Gelegenheit liest die CPU 351 die im RAM 353 gespeicherte Motordrehzahl, das Ausgangssignal des Gaspedalstellungssensors 36 (Gaspedalstellung), den Ausgangssignalwert des Luftmassenmessers 11 (Ansaugluftmenge) und die Kraftstoffeinspritzmenge aus. Die CPU 351 greift mit der Motordrehzahl, der Gaspedalstellung, der Ansaugluftmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge als Parameter auf das Stromregulierungsventil-Steuerungskennfeld des ROM 352 zu und berechnet einen Zeitpunkt zum Öffnen des Stromregulierungsventils 30. Die CPU 351 öffnet das Stromregulierungsventil 30 entsprechend dem Ventilöffnungszeitpunkt.
Wenn in diesem Fall der von der Kraftstoffpumpe 6 abgegebene und unter hohem Druck stehende Kraftstoff über den Reduktionsmittelzuführungskanal 29 dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 zugeführt wird und wenn der auf das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 wirkende Kraftstoffdruck dadurch einen Ventilöffnungsdruck oder mehr erreicht, öffnet sich das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 und spritzt Kraftstoff als das Reduktionsmittel in den Auspuffverteiler 18 ein.
Das vom Reduktionsmitteleinspritzventil 28 in den Auspuffverteiler 18 eingespritzte Reduktionsmittel vermischt sich mit dem von der stromaufwärtigen Seite des Auspuffverteilers 18 einströmenden Abgas, um dadurch Abgas mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bilden, wobei das Abgas mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis oder dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 strömt.
Wenn das Abgas mit dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf diese Weise zum NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 strömt, werden die im NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 gespeicherten Stickoxide (NO_x), während sie abgegeben werden, zu Stickstoff (N₂) reduziert.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung der das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerung.
Wenn im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus das Ventil 30 geöffnet wird, wird dem Reduktionsmitteleinspritzventil 28 über den Reduktionsmittelzuführungskanal 29 ein Teil des von der Kraftstoffpumpe 6 abgegebenen Kraftstoffs zugeführt und öffnet sich das Reduktionsmitteleinspritzventil 28, wenn dadurch der auf das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 wirkende Kraftstoffdruck größer oder gleich einem Ventilöffnungsdruck wird, wobei Kraftstoff als das Reduktionsmittel in den Auspuffverteiler 18 eingespritzt wird.
Wenn das Stromregulierungsventil 30 von einem Ventilöffnungszustand zu einem Ventilschließzustand umschaltet, wird die Kraftstoffzufuhr von der Kraftstoffpumpe 6 zum Reduktionsmitteleinspritzventil 28 abgesperrt, sinkt der auf das Reduktionsmitteleinspritzventil 28 wirkende Kraftstoffdruck auf weniger als den Ventilöffnungsdruck und schließt sich daher automatisch das Reduktionsmitteleinspritzventil 28.
Da der von der Kraftstoffpumpe 6 abgegebene Kraftstoff dem Reduktionsmittelzuführungskanal 29 stromaufwärts vom Stromregulierungsventil 30 zugeführt wird, wird bei dieser Gelegenheit der Druck in dem Reduktionsmittelzuführungskanal 29 stromaufwärts vom Stromregulierungsventil 30, wenn es in dem Kanal von der Kraftstoffpumpe 6 zum Stromregulierungsventil 30 zu keinem Auslaufen von Kraftstoff kommt, zu einem Druck (nachstehend als Druck des zusätzlichen Kraftstoffdruck bezeichnet), der mit dem Abgabedruck der Kraftstoffpumpe 6 (nachstehend als der Pumpe entsprechender Druck bezeichnet) übereinstimmt.
Wenn dagegen durch einen Schließfehler des Stromregulierungsventils 30 Kraftstoff aus dem Reduktionsmittelzuführungskanal 29 stromaufwärts vom Stromregulierungsventil 30 zum Reduktionsmittelzuführungskanal 29 stromabwärts vom Stromregulierungsventil 30 ausläuft oder wenn Kraftstoff im Kanal durch eine Zerstörung des Kanals von der Kraftstoffpumpe 6 zum Stromregulierungsventil 30 nach außen läuft, ist der zusätzliche Kraftstoffdruck niedriger als der der Pumpe entsprechende Druck.
Wenn der zusätzliche Kraftstoffdruck oder ein Ausgangssignalwert des Reduktionsmitteldrucksensors 32 (zusätzlicher Kraftstoffdruck) kleiner als der der Pumpe entsprechende Druck ist, lässt sich feststellen, dass in dem Reduktionsmittelzuführungsmechanismus Kraftstoff ausläuft.
Bei der Kraftstoffpumpe 6 dieses Ausführungsbeispiels wird die Antriebsquelle indessen durch das Laufmoment der Kurbelwelle gebildet und ändert sich daher der Abgabedruck der Kraftstoffpumpe 6 entsprechend der Motordrehzahl und ändert sich auch, wie in 4 gezeigt ist, der der Pumpe entsprechende Druck im Reduktionsmittel zuführungskanal 29 stromaufwärts vom Stromregulierungsventil 30 entsprechend der Motordrehzahl.
Angesichts dessen empfängt die CPU 351 bei der das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerung den Ausgangssignalwert (zusätzlichen Kraftstoffdruck) des Reduktionsmitteldrucksensors 32, wenn das Stromregulierungsventil 30 in den Ventilschließzustand gebracht worden ist, wobei sie in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl den der Pumpe entsprechenden Druck zu diesem Zeitpunkt berechnet und den zusätzlichen Kraftstoffdruck und den der Pumpe entsprechenden Druck vergleicht, um dadurch ein Auslaufen des Reduktionsmittels festzustellen.
Allerdings kann sich der Kraftstoffdruck durch einen äußeren Faktor wie die Temperatur einer Wandfläche des Reduktionsmittelzuführungskanals 29 oder der Außentemperatur ändern, weswegen es vorzuziehen ist, dass die CPU 351 feststellt, dass das Reduktionsmittel ausläuft, wenn der zusätzliche Kraftstoffdruck um einen vorbestimmten Druck oder mehr unter dem der Pumpe entsprechenden Druck liegt.
Darüber hinaus kann der Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl und dem der Pumpe entsprechenden Druck zuvor experimentell berechnet werden und der Zusammenhang in einem Kennfeld abgebildet und im ROM 352 gespeichert werden.
Unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von 5 wird nun eine Erläuterung der das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerung gegeben.
Das in 5 gezeigte Ablaufdiagramm ist ein Ablaufdiagramm, das die das Reduktionsmittelleck feststellende Steuerungsroutine zeigt. Die das Reduktionsmittelleck feststellende Steuerungsroutine ist eine Routine, die von der CPU 351 zu vorbestimmten Zeitabständen (zum Beispiel jedes Mal, wenn vom Kurbelstellungssensor 33 eine vorgegebene Anzahl von Impulssignalen ausgegeben worden ist) ausgeführt wird.
Bei der das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerungsroutine stellt die CPU 351 zunächst bei S501 fest, ob in einem im RAM 353 eingerichteten Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich „1" gespeichert ist.
Der Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich ist ein Speicherbereich, der auf „1" gesetzt wird, wenn ein Auslaufen des Reduktionsmittels (Kraftstoff) im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus festgestellt wird, und der auf „0" zurückgesetzt wird, wenn festgestellt wird, dass das Reduktionsmittel nicht ausläuft.
Wenn bei S501 festgestellt wird, dass im Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich nicht „1" gespeichert ist, wenn also mit anderen Worten festgestellt wird, dass im Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich „0" gespeichert ist, geht die CPU 353 zu S502 und wird festgestellt, ob in einem im RAM 353 eingerichteten Reduktionsmittelbeimengungsausführungsflag-Speicherbereich „1" gespeichert ist.
Der Reduktionsmittelbeimengungsausführungsflag-Speicherbereich ist ein Speicherbereich, der auf „1" gesetzt wird, wenn in einer separaten Reduktionsmittelbeimengungssteuerungsroutine eine Beimengung des Reduktionsmittels erfolgt, und auf „0" zurückgesetzt wird, wenn die Beimengung des Reduktionsmittels nicht mehr erfolgt.
Wenn bei S502 festgestellt wird, dass im Reduktionsmittelbeimengungsausführungsflag-Speicherbereich „1" gespeichert ist, geht die CPU 351 davon aus, dass sich das Stromregulierungsventil 30 nicht im Ventilschließzustand befindet, und wird die Ausführung der Routine vorläufig beendet.
Wenn bei S502 dagegen im Reduktionsmittelbeimengungsausführungsflag-Speicherbereich nicht „1" gespeichert ist, wenn also festgestellt wird, dass im Reduktionsmittelbeimengungsausführungsflag-Speicherbereich „0" gespeichert ist, geht die CPU 351 davon aus, dass sich das Stromregulierungsventil 30 im Ventilschließzustand befindet und geht zu S503.
In S503 greift die CPU 351 auf den RAM 353 zu und liest die neuesten Ausgangssignalwerte für die Motordrehzahl und den Reduktionsmitteldrucksensor 32 (zusätzlicher Kraftstoffdruck) aus.
In S504 greift die CPU 351 auf das Kennfeld zu, das den Zusammenhang zwischen der Motordrehzahl und dem der Pumpe entsprechenden Druck angibt, und berechnet in Übereinstimmung mit der in S503 eingelesenen Motordrehzahl den der Pumpe entsprechenden Druck.
In S505 stellt die CPU 351 fest, ob die Druckdifferenz, die sich durch Subtrahieren des in S503 eingelesenen zusätzlichen Kraftstoffdrucks von dem in S504 berechneten der Pumpe entsprechenden Druck ergibt, höher als ein vorbestimmter Druck ist.
Wenn in S505 die Druckdifferenz, die sich durch Subtrahieren des zusätzlichen Kraftstoffdrucks von dem der Pumpe entsprechenden Druck ergibt, kleiner oder gleich dem vorbestimmten Druck ist, geht die CPU 351 davon aus, dass es in dem Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zu keinem Auslaufen des Kraftstoffs gekommen ist und geht zu S508 und stellt den Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich des RAM 353 auf „0" zurück, um dadurch die Ausführung der Routine zu beenden.
Wenn dagegen in S505 festgestellt wird, dass die Druckdifferenz, die sich durch Subtrahieren des zusätzlichen Kraftstoffdrucks von dem der Pumpe entsprechenden Druck ergibt, höher als der vorbestimmte Druck ist, geht die CPU 351 davon aus, dass es in dem Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zu einem Auslaufen des Kraftstoffs gekommen ist und geht zu S506.
In S506 setzt die CPU 531 den Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich des RAM 353 auf „1".
In S507 schaltet die CPU 351 eine (schematisch nicht gezeigte) Warnlampe im Fahrzeuginnenraum ein und beendet die Ausführung der Routine. Darüber hinaus kann die CPU 351 auch die Warnlampe einschalten und die Beimengung des Reduktionsmittels durch Schließen des Absperrventils 31 verhindern.
Auf diese Weise führt die CPU 351 die oben beschriebene das Reduktionsmittelleck feststellende Steuerungsroutine aus, wodurch eine erfindungsgemäße Anomaliefeststellungseinrichtung realisiert wird.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel kann das Auslaufen des Reduktionsmittels im Reduktionsmittelbeimengungs mechanismus auf der Grundlage des Kraftstoffdrucks im Reduktionsmittelzuführungskanal 29 erfasst werden und kann daher, indem das Auslaufen des Reduktionsmittels bei der Reduktionsmittelbeimengungssteuerung Berücksichtung findet, bezogen auf den NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 eine übermäßige Zufuhr oder ein Beimengungsmangel des Reduktionsmittels eingeschränkt oder eine Verschlechterung der Abgasemission minimiert werden.
Falls bei diesem Beispiel ein Auslaufen des Reduktionsmittels im Reduktionsmittelbeimengungsmechanismus erfasst wird, kann zudem, wenn das Absperrventil 31 geschlossen wird, um dadurch die Beimengung des Reduktionsmittels zu verhindern, das Auslaufen des Reduktionsmittels vom Reduktionsmittelzuführungsmechanismus nach außen oder eine unvorbereitete Beimengung des Reduktionsmittels vom Reduktionsmittelzuführungsmechanismus im Auspuffverteiler 18 verhindert werden. Dadurch kann ein Überhitzen des NO_x-Speicher/Reduktionskatalysators 20 durch eine übermäßige Beimengung des Reduktionsmittels zum NO_x-Speicher/Reduktionskatalysator 20 verhindert werden.
Ausführungsbeispiel 1
Als Nächstes folgt unter Bezugnahme auf 6 eine Erläuterung eines ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Anomalieerfassungsvorrichtung für die Reduktionsmittelzuführungsvorrichtung. Es werden dabei die Gestaltungsunterschiede gegenüber dem oben beschriebenen Beispiel erläutert, wobei die Erläuterung bei gleicher Gestaltung entfällt.
Bei der das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerung gemäß dem obigen Beispiel wird das Auslaufen des Reduktionsmittels auf Grundlage des zusätzlichen Kraftstoffdrucks festgestellt, wenn sich das Stromregulierungsventil 30 im Ventilschließzustand befindet und sich das Absperrventil 31 im Ventilöffnungszustand befindet, und lässt sich demnach das Auslaufen des Reduktionsmittels leicht erfassen, wenn es zu einem Auslaufen einer verhältnismäßig großen Menge des Reduktionsmittels kommt, während beim Auslaufen einer kleinen Menge des Reduktionsmittels die Möglichkeit besteht, dass die Abgabemenge der Kraftstoffpumpe 6 größer als die Auslaufmenge ist, und außerdem die Möglichkeit besteht, dass sich das Auslaufen einer kleinen Menge des Reduktionsmittels nur schwer erfassen lässt.
Im Gegensatz dazu stellt die CPU 351 bei diesem Ausführungsbeispiel das Auslaufen des Reduktionsmittels auf Grundlage einer Änderung des zusätzlichen Kraftstoffdrucks fest, wenn sich das Stromregulierungsventil 30 im Ventilschließzustand befindet und sich auch das Absperrventil 31 im Ventilschließzustand befindet.
Wenn sich sowohl das Stromregulierungsventil 30 als auch das Absperrventil 31 im Ventilschließzustand befinden, bildet der Reduktionsmittelzuführungskanal 29 zwischen dem Stromregulierungsventil 30 und dem Absperrventil 31 einen geschlossenen Raum und wird der Kraftstoff, auf den der der Pumpe entsprechende Druck wirkt, auf den geschlossenen Raum begrenzt.
Wenn es bei dieser Gelegenheit durch einen Fehler beim Schließen des Stromregulierungsventils 30 zu einem Auslaufen des Reduktionsmittels vom Reduktionsmittelzuführungskanal 29 stromaufwärts vom Stromregulierungsventil 30 zum Reduktionsmittelzuführungskanal 29 strom abwärts davon kommt oder es aufgrund eines Fehlers beim Schließen des Absperrventils 31 zu einem Auslaufen des Reduktionsmittels vom Reduktionsmittelzuführungskanal 29 stromaufwärts vom Absperrventil 31 zum Reduktionsmittelzuführungskanal 29 stromabwärts davon kommt oder es durch eine Zerstörung des Kanals vom Absperrventil 31 zum Stromregulierungsventil 30 zu einem Auslaufen des Reduktionsmittels vom Inneren des Kanals nach außen kommt, sinkt oder steigt der zusätzliche Kraftstoffdruck in dem geschlossenen Raum.
Wenn das Auslaufen des Reduktionsmittels im geschlossenen Raum verhältnismäßig gering ist, ändert sich allmählich der zusätzliche Kraftstoffdruck im geschlossenen Raum, doch lässt sich das Auslaufen einer verhältnismäßig geringen Menge des Reduktionsmittels leicht erfassen, indem über eine gewisse Zeitdauer die Änderung des zusätzlichen Kraftstoffdrucks erfasst wird.
Die CPU 351 schließt also bei der das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerung dieses Ausführungsbeispiels das Absperrventil 31 für eine vorbestimmte Zeitdauer, nachdem das Stromregulierungsventil 30 in den Ventilschließzustand gebracht wurde, erfasst während der vorbestimmten Zeitdauer eine Änderung des zusätzlichen Kraftstoffdrucks und stellt fest, dass es am Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zu einem Auslaufen des Reduktionsmittels gekommen ist, wenn der Änderungsbetrag des zusätzlichen Kraftstoffdrucks größer oder gleich einem vorbestimmten Betrag ist.
Es folgt nun unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm von 6 eine Erläuterung der das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Das in 6 gezeigte Ablaufdiagramm ist ein Ablaufdiagramm, das die das Reduktionsmittelleck feststellende Steuerungsroutine zeigt, wobei die das Reduktionsmittelleck feststellende Steuerungsroutine eine Routine ist, die von der CPU 351 wiederholt zu vorbestimmten Zeitabständen (zum Beispiel jedes Mal, wenn vom Kurbelstellungssensor 33 eine vorbestimmte Anzahl Impulssignale ausgegeben worden ist) ausgeführt wird.
Bei der das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerungsroutine greift die CPU 351 in S601 zunächst auf den Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich des RAM 353 zu und stellt fest, ob in dem Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich „1" gespeichert ist.
Wenn in S601 festgestellt wird, dass im Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich bereits „1" gespeichert ist, geht die CPU 351 zu S610, schaltet eine Warnlampe im Fahrzeuginnenraum ein und drängt den Fahrzeugführer dazu, den Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zu reparieren.
Wenn dagegen in S601 festgestellt wird, dass im Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich nicht „1" gespeichert ist, geht die CPU 351 zu S602 und stellt fest, ob in dem im RAM 353 eingerichteten Reduktionsmittelbeimengungsausführungsflag-Speicherbereich „1" gespeichert ist.
Wenn in S602 festgestellt wird, dass im Reduktionsmittelbeimengungsausführungsflag-Speicherbereich „1" gespeichert ist, geht die CPU 351 davon aus, dass sich das Stromregulierungsventil 30 nicht im Ventilschließzustand befindet und beendet einstweilen die Ausführung der Routine.
Wenn dagegen in S602 festgestellt wird, dass im Reduktionsmittelbeimengungsausführungsflag-Speicherbereich nicht „1" gespeichert ist, wenn also im Reduktionsmittelbeimengungsausführungsflag-Speicherbereich „0" gespeichert ist, geht die CPU 351 davon aus, dass sich das Stromregulierungsventil 30 im Ventilschließzustand befindet und geht zu S603.
In S603 schließt die CPU 351 das Absperrventil 31 und bildet der Reduktionsmittelzuführungskanal 29 vom Absperrventil 31 zum Stromregulierungsventil 30 den geschlossenen Raum.
In S604 empfängt die CPU 351 den Ausgangssignalwert des Reduktionsmitteldrucksensors 32 (zusätzlicher Kraftstoffdruck im geschlossenen Raum): P1 und speichert den zusätzlichen Kraftstoffdruck: P1 im RAM 353.
In S605 greift die CPU 351 auf einen in einem vorbestimmten Bereich des RAM 353 eingerichteten Zählerspeicherbereich zu und erhöht den im Zählerspeicherbereich gespeicherten Zählerwert: C um 1.
Der Zählerspeicherbereich ist ein Bereich zum Speichern der Zeitdauer, die seit dem Zeitpunkt der Eingabe des zusätzlichen Kraftstoffdrucks: P1 abgelaufen ist.
In S606 stellt die CPU 351 fest, ob der in S605 aktualisierte Zählerwert: C größer oder gleich der vorbestimmten Dauer Cb ist, ob also mit anderen Worten die Zeitdauer, die seit dem Zeitpunkt der Eingabe des zusätzlichen Kraftstoffdrucks: P1 abgelaufen ist, größer oder gleich der vorbestimmten Dauer: Cb ist.
Wenn bei S606 festgestellt wird, dass der Zählerwert: C kleiner als die vorbestimmte Dauer: Cb ist, wiederholt die CPU 351 den oben beschriebenen Prozess in S605, bis der Zählerwert: C die vorbestimmte Dauer: Cb oder mehr erreicht.
Wenn in S606 festgestellt wird, dass der Zählerwert: C größer oder gleich der vorbestimmten Dauer: Cb ist, wenn also festgestellt wird, dass die seit dem Zeitpunkt der Eingabe des zusätzlichen Kraftstoffdrucks: P1 abgelaufene Dauer die vorbestimmte Dauer: Cb oder mehr erreicht hat, geht die CPU 351 zu S607 und empfängt erneut einen Ausgangssignalwert (zusätzlicher Kraftstoffdruck im geschlossenen Raum): P2 des Reduktionsmitteldrucksensors 32 für diesem Zeitpunkt.
In S608 liest die CPU 351 den bei S604 erfassten zusätzlichen Kraftstoffdruck: P1 aus dem RAM 353. Die CPU 351 berechnet einen Absolutwert der Differenz zwischen dem zusätzlichen Kraftstoffdruck: P1 und dem bei S607 eingegebenen zusätzlichen Kraftstoffdruck: P2 und stellt fest, ob der berechnete Absolutwert (|P1-P2|) größer oder gleich einem vorbestimmten Änderungsbetrag: ΔP ist.
Der Änderungsbetrag: ΔP ist ein Wert, der sich durch Addieren eines zuvor experimentell ermittelten Werts, eines Änderungsbetrags des zusätzlichen Kraftstoffdrucks, wenn es zu keinem Auslaufen des Reduktionsmittels im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus kommt, und einer Toleranz in Anbetracht eines äußeren Faktors wie der Außentemperatur oder der Kraftstofftemperatur ergibt. Der Änderungsbetrag: ΔP kann zuvor in einem vorbestimmtem Bereich des ROM 352 gespeichert werden.
Wenn in S608 festgestellt wird, dass der Absolutwert (|P1-P2|) der Differenz zwischen dem zusätzlichem Kraftstoffdruck: P1 und dem zusätzlichem Kraftstoffdruck: P2 kleiner als der Änderungsbetrag: ΔP ist, geht die CPU 351 davon aus, dass es in dem Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zu keinem Auslaufen von Kraftstoff gekommen ist und geht zu S612.
In S612 setzt die CPU 351 den Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich des RAM 353 auf „0" zurück. Die CPU 351 setzt, nachdem sie die Ausführung des Prozesses von S612 beendet hat, den Zählerwert: C des Zählerspeicherbereichs in S611 auf „0" zurück und beendet danach die Ausführung der Routine.
Wenn dagegen in S608 festgestellt wird, dass der Absolutwert (|P1-P2|) der Differenz zwischen dem zusätzlichen Kraftstoffdruck: P1 und dem zusätzlichen Kraftstoffdruck P2 größer oder gleich dem Änderungsbetrag: ΔP ist, geht die CPU 351 davon aus, dass es in dem Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zu einem Auslaufen von Kraftstoff gekommen ist und geht zu S609.
In S609 setzt die CPU 351 den Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich des RAM 353 auf „1".
In S610 schaltet die CPU 351 eine (schematisch nicht gezeigte) Warnlampe im Fahrzeuginnenraum ein.
In S611 stellt die CPU 351 den Zählerwert: C des Zählerspeicherbereichs auf „0" zurück. Wenn die CPU 351 die Ausführung der Verarbeitung in S611 beendet, wird auch die Ausführung der Routine beendet.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist im Reduktionsmittelbeimengungsmechanismus der geschlossene Raum ausgebildet, wobei das Auslaufen des Reduktionsmittels auf der Grundlage Druckänderung im geschlossenen Raum während der vorbestimmten Zeitdauer festgestellt wird und daher das Auslaufen einer verhältnismäßig geringen Menge des Reduktionsmittels erfasst werden kann.
Ausführungsbeispiel 2
Als Nächstes folgt unter Bezugnahme auf 7 und 8 eine Erläuterung eines zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Anomalieerfassungsvorrichtung für die Reduktionsmittelzuführungsvorrichtung. Es werden dabei die Gestaltungsunterschiede gegenüber dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel erläutert, wobei die Erläuterung bei gleicher Gestaltung entfällt.
Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel erfolgte die Beschreibung bezüglich eines Beispiels, bei dem im Reduktionsmittelbeimengungsmechanismus der geschlossene Raum ausgebildet ist und das Auslaufen des Reduktionsmittels auf der Grundlage der Druckänderung im geschlossenen Raum während der vorbestimmten Dauer festgestellt wird, wobei sich die sehr geringe Druckänderung umso leichter erfassten lässt, je länger in diesem Fall die vorbestimmte Dauer (Feststellungsdauer) ist, und es daher bei der Erfassung des Auslaufens einer sehr geringen Menge Reduktionsmittels vorzuziehen ist, die Feststellungsdauer zu verlängern.
Wenn die das Reduktionsmittelleck feststellende Steuerung ausgeführt wird, bleiben das Stromregulierungsventil 30 und das Absperrventil 31 jedoch im Ventilschließzustand, und kann nicht die Steuerung zur Beimengung des Reduktionsmittels ausgeführt werden, weswegen sich, wenn die Feststellungsdauer zur Feststellung des Auslaufens des Reduktionsmittels verlängert wird, auch die Dauer, während die Ausführung der Reduktionsmittelbeimengungssteuerung verhindert wird, verlängert und die Möglichkeit besteht, dass es zu einer Verschlechterung der Abgasemission kommt.
Die CPU 351 hält bei der das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerung des zweiten Ausführungsbeispiels deswegen das Stromregulierungsventil 30 und das Absperrventil 31 während einer Zeitdauer vom Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 bis zum erneuten Start der Brennkraftmaschine 1 im Ventilschließzustand und stellt das Auslaufen des Reduktionsmittels auf der Grundlage einer Änderung des zusätzlichen Kraftstoffdrucks während dieser Zeitdauer fest.
Es folgt nun unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme von 7 und 8 eine Erläuterung der das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Das in 7 gezeigte Ablaufdiagramm ist ein Ablaufdiagramm, das eine erste das Reduktionsmittelleck feststellende Steuerungsroutine angibt, wobei die erste das Reduktionsmittelleck feststellende Steuerungsroutine eine Routine ist, die von der CPU 351 wiederholt zu vorbestimmten Zeitabständen (zum Beispiel jedes Mal, wenn der Kurbelstellungssensor 33 eine vorbestimmte Anzahl Impulssignale ausgegeben hat) ausführt.
Das in 8 gezeigte Ablaufdiagramm ist dagegen ein Ablaufdiagramm, das eine zweite das Reduktionsmittelleck feststellende Steuerungsroutine angibt, wobei die zweite das Reduktionsmittelleck feststellende Steuerungsroutine eine Routine ist, die von der CPU 351 beim Start der Brennkraftmaschine 1 ausgeführt wird, und zwar genauer gesagt beim Schalten eines (schematisch nicht gezeigten) Zündschalters von AUS auf EIN als Auslöser.
Bei der ersten das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerungsroutine stellt die CPU 351 in S701 zunächst fest, ob der Betrieb der Brennkraftmaschine eingestellt worden ist. Als Verfahren zum Feststellen des Einstellens des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 lässt sich zum Beispiel ein Verfahren nennen, bei dem das Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 anhand einer Bedingung festgestellt wird, bei der ein (schematisch nicht gezeigter) Zündschalter von EIN auf AUS geschaltet wird, oder ein Verfahren, bei dem das Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine anhand der Bedingung festgestellt wird, dass die Motordrehzahl auf weniger als eine vorbestimmte Drehzahl abgesunken ist.
Wenn in S701 der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nicht eingestellt worden ist, wenn also mit anderen Worten festgestellt wird, dass sich die Brennkraftmaschine 1 im Betriebszustand befindet, beendet die CPU 351 vorübergehend die Durchführung der Ausgabe.
Wenn dagegen in S701 festgestellt wird, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 eingestellt worden ist, geht die CPU 351 zu S702, wobei sie sowohl das Stromregulierungsventil 30 als auch das Absperrventil 31 schließt und mit Hilfe des Kanals vom Stromregulierungsventil 30 bis zum Absperrventil 31 den geschlossenen Raum bildet.
In S703 empfängt die CPU 351 den Ausgangssignalwert des Reduktionsmitteldrucksensors 32 (zusätzlicher Kraftstoff druck unmittelbar nach dem Einstellen des Motorbetriebs): P1.
In S704 speichert die CPU 351 den bei S703 eingegebenen zusätzlichen Kraftstoffdruck: P1 in einem vorbestimmten Bereich des Sicherungs-RAM 354. Nachdem sie die Ausführung der Verarbeitung von S704 beendet hat, beendet die CPU 351 die Ausführung der Routine.
In der zweiten das Reduktionsmittelleck feststellenden Steuerungsroutine stellt die CPU 351 in S801 als Nächstes fest, ob sich die Brennkraftmaschine 1 in einem Startzustand oder in einem den Zustand nach Abschluss des Motorstarts befindet. Als Verfahren zur Feststellung des Startzustand der Brennkraftmaschine 1 lässt sich zum Beispiel ein Verfahren nennen, bei dem anhand der Bedingung, dass ein (schematisch nicht gezeigter) Startschalter von AUS auf EIN geschaltet wird, festgestellt wird, dass sich die Brennkraftmaschine 1 im Startzustand befindet. Des Weiteren lässt sich als Verfahren zur Feststellung des Zustands nach Beendigung des Starts der Brennkraftmaschine 1 ein Verfahren nennen, bei dem anhand der Bedingung, dass die Motordrehzahl größer oder gleich einer vorbestimmten Drehzahl ist, festgestellt wird, dass sich die Brennkraftmaschine 1 im Zustand nach der Beendigung des Starts befindet.
Wenn in S801 festgestellt wird, dass sich die Brennkraftmaschine 1 nicht im Startzustand oder im Zustand nach der Beendigung des Starts befindet, wenn also festgestellt wird, dass sich die Brennkraftmaschine 1 im Betriebseinstellzustand befindet, beendet die CPU 351 die Ausführung der Routine.
Wenn dagegen in S801 festgestellt wird, dass sich die Brennkraftmaschine 1 im Startzustand oder im Zustand nach der Beendigung des Starts befindet, geht die CPU 351 zu 5802, greift auf den Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich des RAM 353 zu und stellt fest, ob darin „1" gespeichert ist.
Wenn bei S802 festgestellt wird, dass im Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich bereits „1" gespeichert ist, geht die CPU 351 zu S810, schaltet eine Warnlampe im Fahrzeuginnenraum an und drängt den Fahrzeugführer dazu, den Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zu reparieren.
Wenn dagegen in S802 festgestellt wird, dass im Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich nicht „1" gespeichert ist, geht die CPU 351 zu S803 und empfängt den Ausgangssignalwert des Wassertemperatursensors 34 (Kühlwassertemperatur).
In S804 stellt die CPU 351 fest, ob die bei S803 eingegebene Kühlwassertemperatur größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur ist.
Wenn in S804 festgestellt wird, dass die Kühlwassertemperatur kleiner als die vorbestimmte Temperatur ist, geht die CPU 351 davon aus, dass seit dem Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 bis zum erneuten Start der Brennkraftmaschine 1 eine zu lange Zeitdauer abgelaufen ist und beendet die Ausführung der Routine.
Wenn nämlich die abgelaufene Zeitdauer seit dem Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 bis zum erneuten Start der Brennkraftmaschine 1 zu lang ist, besteht durch einen äußeren Faktor wie der Außentemperatur, der Temperatur im Motorraum des Fahrzeugs oder der Kraftstofftemperatur auch dann, wenn es in dem geschlossenen Raum zu keinem Auslaufen des Reduktionsmittels gekommen ist, die Möglichkeit einer deutlichen Änderung des zusätzlichen Kraftstoffdrucks in dem geschlossenen Raum und kommt es, wenn die Feststellung des Auslaufens des Reduktionsmittels in einer solchen Situation erfolgt, zu fehlerhaften Feststellungsergebnissen.
Als Parameter zur Vorhersage der abgelaufenen Zeitdauer seit dem Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 bis zum erneuten Start der Brennkraftmaschine 1 kann anstelle der Kühlwassertemperatur auch die Temperatur eines Schmierstoffs der Brennkraftmaschine 1 (Öltemperatur) verwendet werden oder können sowohl die Kühlwassertemperatur als auch die Öltemperatur verwendet werden.
Wenn dagegen in S804 festgestellt wird, dass die Kühlwassertemperatur größer oder gleich der vorbestimmten Temperatur ist, geht die CPU 351 davon aus, dass seit dem Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 bis zum erneuten Start der Brennkraftmaschine 1 keine zu lange Zeitdauer abgelaufen ist, und geht zu S805.
In S805 hält die CPU 351 den Ventilschließzustand des Stromregulierungsventils 30 und des Absperrventils 31, um dadurch im Reduktionsmittelzuführungskanal 29 den geschlossenen Raum vom Absperrventil 31 zum Stromregulierungsventil 30 aufrechtzuerhalten.
In S806 empfängt die CPU 351 den Ausgangssignalwert des Reduktionsmitteldrucksensors 32 (zusätzlicher Kraftstoffdruck im geschlossenen Raum): P2.
In S807 liest die CPU 351 aus einem vorbestimmten Bereich des Sicherungs-RAM 354 den unmittelbar nach dem Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 erfassten zusätzlichen Kraftstoffdruck: P1.
In S808 berechnet die CPU 351 den Absolutwert der Differenz zwischen den in S806 erfassten zusätzlichen Kraftstoffdruck: P2 und den in S807 ausgelesenen zusätzlichen Kraftstoffdruck: P1 und stellt fest, ob der berechnete Absolutwert (|P1-P2|) größer oder gleich dem vorbestimmten Änderungsbetrag: ΔP ist.
Der oben angesprochene Änderungsbetrag: ΔP ist ein Wert, der sich durch Addieren eines zuvor experimentell ermittelten Änderungsbetrags des zusätzlichen Kraftstoffdrucks im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus, wenn es zu keinem Auslaufen des Reduktionsmittels kommt, und einer Toleranz in Anbetracht eines äußeren Faktors wie der Außentemperatur oder der Kraftstofftemperatur ergibt.
Wenn in S808 festgestellt wird, dass der Absolutwert (|P1-P2|) der Differenz zwischen dem zusätzlichen Kraftstoffdruck: P1 und dem zusätzlichen Kraftstoffdruck: P2 kleiner als der Änderungsbetrag: ΔP ist, geht die CPU 351 davon aus, dass es in dem Reduktionsmittelzuführungsmechanismus nicht zum Auslaufen von Kraftstoff gekommen ist, und geht zu S811.
In S811 stellt die CPU 351 den Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich des RAM 353 auf „0" zurück. Nachdem sie die Verarbeitung von S811 beendet hat, beendet die CPU 351 die Ausführung der Routine.
Wenn dagegen in S808 festgestellt wird, dass der Absolutwert (|P1-P2|) der Differenz zwischen dem zusätzlichen Kraftstoffdruck: P1 und dem zusätzlichen Kraftstoffdruck: P2 größer oder gleich dem Änderungsbetrag: ΔP ist, geht die CPU 351 davon aus, dass es im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zu einem Auslaufen des Kraftstoffs gekommen ist, und geht zu S809.
In S809 setzt die CPU 351 den Reduktionsmittelauslaufflag-Speicherbereich des RAM 353 auf „1".
In S810 schaltet die CPU 351 eine (schematisch nicht gezeigte) Warnlampe im Fahrzeuginnenraum ein. Nachdem sie die Verarbeitung von S810 beendet hat, beendet die CPU 351 die Ausführung der Routine.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der geschlossene Raum im Reduktionsmittelbeimengungsmechanismus während einer verhältnismäßig langen Zeitdauer vom Einstellen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 bis zum erneuten Start der Brennkraftmaschine 1 gebildet, wobei das Auslaufen des Reduktionsmittels auf der Grundlage der Druckänderung im geschlossenen Raum festgestellt wird und daher das Auslaufen einer äußerst kleinen Menge des Reduktionsmittels erfasst werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Reduktionsmittelzuführungsvorrichtung kann das Auslaufen des Reduktionsmittels auf der Grundlage des Reduktionsmitteldrucks im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus erfasst werden und kann daher das Auslaufen des Reduktionsmittels bei der Steuerung der Reduktionsmittelbeimengung Berücksichtigung finden, was dazu beitragen kann, eine Verschlechterung der Abgasemission einzuschränken oder eine Zerstörung des Abgasreinigungskatalysators zu verhindern, was bezogen auf den Abgasreinigungskatalysator durch eine übermäßige Zufuhr oder einen Zufuhrmangel des Reduktionsmittels hervorgerufen werden kann.
Wenn die erfindungsgemäße Anomalieerfassungsvorrichtung der Reduktionsmittelzuführungsvorrichtung mit einer Absperreinheit versehen ist, die den Strom des Reduktionsmittels von der Reduktionsmittelabgabeeinheit zum Reduktionsmittelzuführungskanal absperrt, wird der geschlossene Raum durch den Kanal von der Absperreinheit bis zur Reduktionsmittelbeimengungseinheit im Reduktionsmittelzuführungsmechanismus gebildet, kann das Auslaufen des Reduktionsmittels auf der Grundlage der Änderung des Drucks des geschlossenen Raums festgestellt werden und kann daher das Auslaufen einer verhältnismäßig kleinen Menge des Reduktionsmittels erfasst werden.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit: einem Abgasreinigungskatalysator (20), der am Auspuffkanal (18, 19) der Brennkraftmaschine (1) vorgesehen ist, um schädliche Gasbestandteile im Abgas zu reinigen, wenn ein Reduktionsmittel vorhanden ist; einem Reduktionsmittelzuführungsmechanismus zum Zuführen des Reduktionsmittels zu einem Punkt weiter stromaufwärts auf dem Auspuffkanal (18, 19) als der Abgasreinigungskatalysator (20), wobei der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus Folgendes umfasst: eine Reduktionsmittelbeimengungseinheit (28), die sich an einem Abschnitt weiter stromaufwärts auf dem Auspuffkanal (18, 19) als der Abgasreinigungskatalysator (20) befindet, um das Reduktionsmittel in das Abgas einzumengen, das im Auspuffkanal (18, 19) strömt, einen Reduktionsmittelzuführungskanal (29), um das Reduktionsmittel zur Reduktionsmittelbeimengungseinheit (28) zu leiten, und eine Reduktionsmittelabgabeeinheit (6), um das Reduktionsmittel unter einem vorbestimmten Druck zum Reduktionsmittelzuführungskanal (29) abzugeben; einem Absperrventil (31) zum Absperren des Reduktionsmittelstroms von der Reduktionsmittelabgabeeinheit (6) zum Reduktionsmittelzuführungskanal (29); einer Druckerfassungseinrichtung (32) zum Erfassen eines Drucks des Reduktionsmittels im Reduktionsmittel zuführungskanal (29) an einem Punkt weiter stromabwärts im Reduktionsmittelzuführungskanal (29) als das Absperrventil (31); und einer Anomaliefeststellungseinrichtung (35) zum Festellen einer Anomalie, dadurch gekennzeichnet, dass die Anomaliefeststellungseinrichtung (35) auf Grundlage des von der Druckerfassungseinrichtung (32) erfassten Drucks eine Anomalie des Reduktionsmittelzuführungsmechanismus feststellt, wenn das Absperrventil (31) den Strom des Reduktionsmittels im Reduktionsmittelzuführungskanal (29) absperrt.
Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, bei der die Anomaliefeststellungseinrichtung (35) feststellt, dass der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus anomal ist, wenn der von der Druckerfassungseinrichtung (32) erfasste Druck von einem vorbestimmten Bereich abweicht.
Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 2, bei der die Anomaliefeststellungseinrichtung (351) feststellt, dass der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus (6, 25–32) anomal ist, wenn der von der Druckerfassungseinrichtung (32) erfasste Druck unterhalb eines vorbestimmten unteren Grenzwerts liegt.
Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (1) nach einem der Ansprüche 1–3, bei der die Anomaliefeststellungseinrichtung (351) feststellt, dass der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus (6, 25–32) anomal ist, falls ein von der Druckerfassungseinrichtung (32) erfasster Druckänderungsbetrag über einen vorbestimmten Betrag hinausgeht, wenn die Absperreinheit (31) den Reduktionsmittelstrom von der Reduktionsmittelabgabe einheit (6) zum Reduktionsmittelzuführungskanal (29) absperrt.
Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 4, bei der die Anomaliefeststellungseinrichtung (351) feststellt, dass der Reduktionsmittelzuführungsmechanismus (6, 25–32) anomal ist, falls eine Abweichung zwischen dem Druck, der von der Druckerfassungseinrichtung (32) erfasst wird, wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine (1) eingestellt wird, und dem Druck, der von der Druckerfassungseinrichtung (32) erfasst wird, wenn die Brennkraftmaschine (1) erneut gestartet wird, über einen vorbestimmten Betrag hinausgeht.
Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 5, bei der die Anomaliefeststellungseinrichtung (351) verhindert, dass die Anomalie des Reduktionsmittelzuführungsmechanismus (6, 25–32) festgestellt wird, wenn eine abgelaufene Zeitdauer von einem Zeitpunkt, zu dem der Betrieb der Brennkraftmaschine (1) eingestellt worden ist, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die Brennkraftmaschine (1) neu gestartet worden ist, größer oder gleich einer vorbestimmten Zeitdauer ist.