DE10148880A1

DE10148880A1 - Verbrennungsmotorabgassteuerungssystem und -verfahren

Info

Publication number: DE10148880A1
Application number: DE10148880A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Itoh; Toshiaki Tanaka; Shinya Hirota; Koichiro Nakatani; Shigeki Daido; Naohisa Oyama
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2001-10-04
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: DE10148880B4; FR2814966B1; JP4447142B2; FR2814966A1; JP2002115533A

Abstract

Das vorgeschlagene Abgassteuerungssystem umfasst einen in einer Abgasleitung vorgesehenen selektiv reduzierenden NO¶x¶-Katalysator (10); einen Speicherbehälter (12) zum Speichern eines im festen Zustand befindlichen Reduktionsmittels (A); ein Heizelement zum Erwärmen und Aufschmelzen des festen Reduktionsmittels (A); eine Flüssigreduktionsmittelspeicherkammer (13) zum Speichern von Reduktionsmittelschmelze, die von der Reduktionsmittel-Speichereinrichtung (12) aus eingeleitet wurde; ein Beimengungssteuerungsventil (14) zum Zuführen der Reduktionsmittelschmelze in einen Abschnitt der Abgasleitung stromaufwärts vom NO¶x¶-Katalysator (10); und eine ECU (16) zur Berechnung der von dem Beimengungssteuerungsventil (14) zugeführten Menge der Reduktionsmittelschmelze entsprechend dem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors (1) und zum Stuern des Heizelements auf Grundlage der berechneten zuzuführenden Reduktionsmittelmenge. Durch dieses System lässt sich zuverlässig eine vorbestimmte Menge des Reduktionsmittels in das Abgas stromaufwärts von dem Katalysator (10) einleiten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgassteuerungssystem und -verfahren zur Steuerung eines von einem Verbrennungs motor abgegebenen Abgases.

Als Abgassteuerungssystem kommt häufig ein selektiv reduzierender NO_x-Katalysator zum Einsatz, der schädliches NO_x mit Hilfe eines Reduktionsmittels in einer Sauerstoffüberschussatmosphäre reduziert oder zersetzt und der das NO_x in erster Linie aus einem Abgas entfernt, das von einem Verbrennungsmotor abgegeben wurde, mit dem sich eine Verbrennung mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchführen lässt (etwa ein Dieselmotor oder ein mager verbrennender Benzinmotor).

Reduktionskatalysatoren benötigen ein Reduktionsmittel. So wurde zum Beispiel eine Technologie entwickelt, die als Reduktionsmittel festen Harnstoff verwendet. Als Mittel zur Abgabe festen Harnstoffs aus einem Speicher kann beispielsweise die in der japanischen Offenlegungs schrift Nr. 2000-27626 beschriebene Reduktionsmittel beimengvorrichtung verwendet werden.

Die in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-27626 beschriebene Vorrichtung umfasst eine Pulverisier einrichtung, die von einem an einer oberen Wand eines Speichers befestigten Federelement gebildet wird, und einen Pulverisiermechanismus, der an einem unteren fernen Endabschnitt des Federelements befestigt ist. Der Pulverisiermechanismus weist mehrere Pulverisierarme auf, die von einem vertikalen Stabelement aus radial in die Nähe einer Seitenwand des Speichers verlaufen. Ein ferner Endabschnitt am unteren Ende des vertikalen Stabelements wird von einem Führungselement gleitend auf- und abwärts geführt, das von einer Bodenwand des Speichers aus nach innen verläuft. Das Federelement der Pulverisier einrichtung ist so gestaltet, dass das Federelement bei der Zufuhr von Harnstoff in den Speicher nicht vom Harnstoff zugedeckt wird und sich daher frei ausdehnen und zusammenziehen kann.

Der Harnstoff backt im Speicher leicht zusammen. Wenn jedoch eine wie vorstehend beschriebene Pulverisier einrichtung in dem Speicher vorhanden ist, schwingt die von dem Führungselement vertikal gleitend geführte Pulverisiereinrichtung aufgrund der Fahrzeugschwingungen über das Federelement nach oben und unten, so dass die Pulverisiereinrichtung im gesamten Speicher Harnstoff klumpen pulverisiert. Der in dem Speicher pulverisierte Harnstoff kann daher kontinuierlich ausgegeben werden.

Damit das in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2000-27626 beschriebene System jedoch das feste Reduktionsmittel abgeben kann, werden das Federelement und der Pulverisiermechanismus benötigt. Die Reduktions mittelbeimengvorrichtung ist daher recht kompliziert. Außerdem beschriebt die Offenlegungsschrift keine weiteren Einrichtungen für die Zufuhr des aus der Reduktionsmittelspeichervorrichtung ausgegebenen festen Reduktionsmittels.

Insbesondere dann, wenn das feste Reduktionsmittel vor der Verwendung verflüssigt wird, kann die Reduktions mittelschmelze, etwa der Harnstoff oder dergleichen, im Zufuhrweg zurückbleiben. Falls die Temperatur in diesem Fall nach einiger Zeit sinkt, wird das in dem Zufuhrweg verbliebene Reduktionsmittel wieder fest. Es besteht daher die Gefahr, dass eine weitere Zufuhr des Reduktionsmittels nicht mehr möglich ist.

Es besteht demnach der Bedarf für eine Vorrichtung, mit der sich zuverlässig eine vorbestimmte Menge Reduktions mittel an eine Position stromaufwärts von einem selektiv reduzierenden NO_x-Katalysator zuführen lässt.

Der Erfindung liegt angesichts der obengenannten Probleme die Aufgabe zugrunde, ein Abgassteuerungssystem und -verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem sich ein in fester Form vorliegendes Reduktionsmittel erwärmen und aufschmelzen lässt und mit dem sich einer Abgasleitung stromaufwärts von einem selektiv reduzierenden NO_x- Katalysator gut steuerbar eine vorbestimmte Menge des aufgeschmolzenen Reduktionsmittels zuführen lässt.

Die obige Aufgabe wird durch ein Abgassteuerungssystem gelöst, das einen in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors vorgesehenen Katalysator und eine Reduktionsmittelbeimengvorrichtung zur Beimengung eines Reduktionsmittels zum Katalysator umfasst, wobei die Reduktionsmittelbeimengvorrichtung eine Reduktionsmittel- Speichereinrichtung zum Speichern eines festen Reduktionsmittels; eine Erwärm/Aufschmelzeinrichtung zum Erwärmen und Aufschmelzen des festen Reduktionsmittels; eine Reduktionsmittelschmelze-Speichereinrichtung zum Speichern von Reduktionsmittelschmelze, die von der Reduktionsmittel-Speichereinrichtung aus eingeleitet wurde; und eine Reduktionsmittelschmelze-Zuführ einrichtung zum Zuführen der Reduktionsmittelschmelze in einen Abschnitt der Abgasleitung stromaufwärts von dem Katalysator aufweist.

Bei diesem Abgassteuerungssystem wird das feste Reduktionsmittel durch Erwärmen aufgeschmolzen und die Reduktionsmittelschmelze der Abgasleitung stromaufwärts vom Katalysator zugeführt. Damit wird dem Nachteil begegnet, dass das Reduktionsmittel in fester Form in einer Zufuhrleitung zurückbleibt und dadurch eine gleich mäßige Zufuhr des Reduktionsmittels verhindert.

Das erfindungsgemäße Abgassteuerungssystem kann außerdem eine Reduktionsmittelschmelze-Zufuhrmengenbestimmungs einrichtung zur Bestimmung einer der Reduktionsmittel schmelze-Zuführeinrichtung zuzuführenden Menge der Reduktionsmittelschmelze; und eine Reduktionsmittel- Erwärmungssteuerungseinrichtung zur Steuerung der Erwärm/Aufschmelzeinrichtung auf Grundlage der durch die Reduktionsmittelschmelze-Zufuhrmengenbestimmungs einrichtung bestimmten, beizumengenden Menge des Reduktionsmittels aufweisen.

Die Reduktionsmittelschmelze-Zufuhrmengenbestimmungs einrichtung kann eine Reduktionsmittelschmelze-Zufuhr mengenberechnungseinrichtung zum Berechnen der Menge der Reduktionsmittelschmelze sein.

Das erfindungsgemäße Abgassteuerungssystem ist insbesondere dann anwendbar, wenn der Katalysator ein selektiv reduzierender NO_x-Katalysator ist, der dazu dient, NO_x unter Vorhandensein eines sich aus Ammoniak ableitenden Reduktionsmittels zu reduzieren oder zu zersetzen. Das Reduktionsmittel kann zum Beispiel Harnstoff sein.

Darüber hinaus kann die Reduktionsmittelschmelze- Speichereinrichtung bei dem erfindungsgemäßen Abgas steuerungssystem mit einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Restmenge Reduktionsmittelschmelze versehen sein und kann die Reduktionsmittelschmelze- Zufuhrmengenberechnungseinrichtung so gesteuert werden, dass die von der Erfassungseinrichtung erfasste Restmenge der Reduktionsmittelschmelze und die von der Reduktions mittelschmelze-Zufuhrmengenberechnungseinrichtung berechnete, zuzuführende Menge des Reduktionsmittels gleich werden.

Da bei diesem Aufbau des Abgassteuerungssystems die Menge aufgeschmolzenen festen Reduktionsmittels und die Menge zugeführter Reduktionsmittelschmelze gesteuert werden, kann die Situation vermieden werden, dass in dem System unverbraucht zurückgebliebene Reduktionsmittelrest schmelze fest wird und in dem System eine Reduktions mittelschmelzeleitung oder dergleichen verstopft.

Abgesehen davon kann bei dem erfindungsgemäßen Abgas steuerungssystem die Erwärmungstemperatur der Erwärm/Aufschmelzeinrichtung auf eine Temperatur eingestellt werden, die zu keiner Qualitätsänderung des festen Reduktionsmittels führt.

Des Weiteren kann bei dem erfindungsgemäßen Abgas steuerungssystem die Erwärmungstemperatur der Erwärm/Aufschmelzeinrichtung auf eine Temperatur eingestellt werden, die ein Aufschmelzen des festen Reduktionsmittels erlaubt, so dass das Reduktionsmittel im flüssigen Zustand gehalten wird.

Außerdem kann das erfindungsgemäße Abgassteuerungssystem eine Temperaturhalteeinrichtung zum Halten der Temperatur der Reduktionsmittelschmelze-Speichereinrichtung bei einer vorbestimmten Temperatur aufweisen.

Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Abgassteuerungs system eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Abgastemperatur aufweisen, die zur Steuerung der von der Reduktionsmittelschmelze-Zuführeinrichtung zugeführten Menge der Reduktionsmittelschmelze verwendet wird. Die Zufuhr der Reduktionsmittelschmelze von der Reduktionsmittelschmelze-Zuführeinrichtung kann bei diesem Abgassteuerungssystem unterbrochen werden, wenn die Abgastemperatur kleiner oder gleich einem vorbestimm ten Wert ist.

Dabei ist es vorzuziehen, wenn die Temperatur zum Aufschmelzen des festen Reduktionsmittels in einem Bereich von etwa 133°C bis 200°C liegt. Innerhalb dieses Temperaturbereichs ist eine Qualitätsänderung von Harnstoff unwahrscheinlich.

Da bei der Erfindung der Durchsatz eines sich im flüssigen Zustand befindenden Reduktionsmittels gesteuert wird, kann das System verkleinert und vom Aufbau her vereinfacht werden. Durch die gute Steuerbarkeit lässt sich die zuzuführende Reduktionsmittelmenge außerdem mit hoher Genauigkeit steuern.

Beispiele für den angesprochenen Verbrennungsmotor sind: ein direkt einspritzender, mager verbrennender Benzin motor, ein Dieselmotor etc.

Der angesprochene selektiv reduzierende NO_x-Katalysator kann ein Katalysator sein, der unter Ionenaustausch durch Aufbringen eines Übergangsmetalls wie Cu oder dergleichen auf Zeolith ausgebildet wurde, ein Katalysator, der durch Aufbringen eines Edelmetalls auf Zeolith oder Aluminium oxid ausgebildet wurde, ein Titanoxid/Vanadium- Katalysator etc.

Wenn das feste Reduktionsmittel im Übrigen beispielsweise in Kugelform bereitgestellt wird, lässt sich das feste Reduktionsmittel der Speichereinrichtung für das feste Reduktionsmittel ohne Schwierigkeiten entnehmen.

Darüber hinaus sieht die Erfindung ein Abgassteuerungs verfahren mit folgenden Schritten vor:
Speichern eines festen Reduktionsmittels;
Bestimmen einer Menge Reduktionsmittelschmelze, die einem in der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors vorgesehenen Katalysator zuzuführen ist, auf Grundlage eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors;
Gewinnen von Reduktionsmittelschmelze durch Erwärmen und Aufschmelzen des festen Reduktionsmittels, um so die bestimmte zuzuführende Menge der Reduktionsmittelschmelze zu erzielen;
Speichern der Reduktionsmittelschmelze; und
Zuführen der gespeicherten Reduktionsmittelschmelze in einen Abschnitt der Abgasleitung stromaufwärts vom Katalysator.

Da das feste Reduktionsmittel bei diesem Steuerungs verfahren durch Erwärmen aufgeschmolzen wird und die Reduktionsmittelschmelze in die Abgasleitung strom aufwärts vom Katalysator eingeleitet wird, lässt sich dem Nachteil begegnen, dass der Katalysator im festen Zustand in einer Zuführungsleitung zurückbleibt und dadurch die gleichmäßige Zufuhr des Reduktionsmittels behindert. Da die zuzuführende Menge der Reduktionsmittelschmelze außerdem auf Grundlage des Betriebszustands des Verbrennungsmotors bestimmt und das feste Reduktions mittel durch Erwärmen zur Reduktionsmittelschmelze aufgeschmolzen wird, so dass die bestimmte Zufuhrmenge an Reduktionsmittelschmelze gewonnen wird, ist es möglich, eine angemessene Menge Reduktionsmittelschmelze zu speichern und die Reduktionsmittelschmelze in die Abgas leitung stromaufwärts vom Katalysator einzuleiten.

Die Menge der Reduktionsmittelschmelze kann auf Grundlage des Betriebszustands des Verbrennungsmotors berechnet werden.

Dieses Steuerungsverfahren ist auch dann anwendbar, wenn der Katalysator ein selektiv reduzierender NO_x- Katalysator ist, der dazu dient, NO_x unter Vorhandensein eines sich aus Ammoniak ableitenden Reduktionsmittels wie Harnstoff zu reduzieren oder zu zersetzen.

Abgesehen davon kann die Steuerung bei diesem Steuerungs verfahren so erfolgen, dass die Restmenge der gespeicher ten Reduktionsmittelschmelze und die zugeführte Menge des Reduktionsmittels gleich werden.

Dieses Steuerungsverfahren erlaubt es, dem Nachteil zu begegnen, dass unverbraucht zurückgebliebene Reduktions mittelrestschmelze in dem System wieder fest wird und in dem System eine Reduktionsmittelschmelzeleitung oder dergleichen verstopft.

Darüber hinaus kann bei diesem Steuerungsverfahren die zuzuführende Menge an Reduktionsmittelschmelze auf Grundlage der Abgastemperatur gesteuert werden.

Schließlich kann bei dem Steuerungsverfahren auch ein Aufbau Anwendung finden, bei dem die Reduktionsmittel schmelze nicht zugeführt wird, wenn die Abgastemperatur kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie ihre technische und industrielle Bedeutung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung verdeutlicht, die in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen zu lesen ist. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungs gemäßen Motorabgassteuerungssystems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Reduktionsmittelbeimengvorrichtung bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Reduktionsmittelbeimengvorrichtung bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 ein Flussdiagramm, das den Vorgang des Zuführens eines Reduktionsmittels beim ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht; und

Fig. 5 ein Flussdiagramm, das den Vorgang des Zuführens eines Reduktionsmittels beim zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.

In den folgenden Ausführungsbeispielen findet die Erfindung bei einem ein Fahrzeug antreibenden Dieselmotor Anwendung.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, wird in dem Fahrzeugdiesel motor 1 Luft von einem Einlassrohr 4 über einen Luftfilter 3 in die Verbrennungskammer 2 des jeweiligen Zylinders eingeleitet. Ein Kraftstoffeinspritzventil 5 spritzt in jede Verbrennungskammer 2 Kraftstoff ein, der unter einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbrannt wird. Die Bezugszahl 6 bezeichnet einen Kolben.

Das Abgas von der jeweiligen Verbrennungskammer 2 wird über ein stromabwärts von jeder Verbrennungskammer 2 gelegenes Auspuffrohr 7, einen NO_x-Katalysator 8 und ein stromabwärts von dem NO_x-Katalysator 8 gelegenes Auspuff rohr 9 in die Atmosphäre abgegeben. Der NO_x-Katalysator 8 enthält einen selektiv reduzierenden NO_x-Katalysator 10 aus der Zeolith-Siliziumoxid-Familie oder aus TiN, der NO_x unter Vorhandensein eines Reduktionsmittels reduziert oder zersetzt.

Um unter Verwendung des selektiv reduzierenden NO_x- Katalysators 10 in dem Abgas NO_x entfernen zu können, ist das Vorhandensein eines Reduktionsmittels notwendig. Bei diesem Abgassteuerungssystem ist daher stromaufwärts vom NO_x-Katalysator 8 in dem Auspuffrohr 7 eine Reduktions mittelbeimengvorrichtung 11, d. h. eine Vorrichtung zur Beimengung eines Reduktionsmittels, vorgesehen.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird nun ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Motor abgassteuerungssystems beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Reduktionsmittelbeimengvorrichtung 11 dieses Ausführungsbeispiels. Die Reduktionsmittelbeimeng vorrichtung 11 verflüssigt mehrere als Reduktionsmittel bereitgestellte kugelförmige Festharnstoffstücke A und führt den verflüssigten Harnstoff dem Auspuffrohr 7 zu. Die Reduktionsmittelbeimengvorrichtung 11 weist einen Speicherbehälter 12 zum Speichern der Festharnstoffstücke A und ein an einer inneren Bodenfläche 12c des Speicher behälters 12 angeordnetes Heizelement 31 auf. Die mit dem Heizelement 31 versehene innere Bodenfläche 12c weist an der untersten Stelle eine Ausgabeöffnung 12d auf und ist nach unten zu einem mittleren Abschnitt hin abgeschrägt.

Dass die Festharnstoffstücke A unter Bildung größerer Klumpen aneinander anhaften, kann durch Beschichten der Festharnstoffstücke A mit einem haftverhindernden Mittel vermieden werden.

Da die Festharnstoffstücke A die Eigenschaft haben, leicht Feuchtigkeit zu absorbieren und aneinander anzuhaften, kann die Reduktionsmittelbeimengvorrichtung 11 außerdem mit einer Entfeuchtungseinrichtung versehen sein, die ein Silicagel oder dergleichen einsetzt. Die Entfeuchtungseinrichtung 15 kann in diesem Fall ein Behälter sein, der Silicagel oder dergleichen enthält und der über eine Leitung 15a mit dem Speicherbehälter 12 verbunden ist, dem die Festharnstoffstücke A zugeführt werden (siehe Fig. 1).

Der Speicherbehälter 12 weist in seinem oberen Abschnitt eine Reduktionsmitteleinfüllöffnung 12a auf, die über einen Deckel 12b geöffnet und geschlossen werden kann. Mit der Ausgabeöffnung 12d des Speicherbehälters 12 ist eine Verbindungsleitung 12e verbunden. Diese ist mit einer Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 verbunden, die sich unterhalb der Verbindungsleitung 12e befindet. Von einem unteren Abschnitt der Flüssigharnstoffspeicher kammer 13 geht eine Reduktionsmitteltransportleitung 33 aus. Die Reduktionsmitteltransportleitung 33 mündet in einem Beimengungssteuerungsventil 14.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist die abgeschrägte Boden fläche 12c mit dem Heizelement 31 versehen, das die innere Bodenfläche 12c erwärmt. Die Stromzufuhr zu dem Heizelement 31 wird von einer elektrischen Steuerungs einheit (ECU) 16 gesteuert.

Die Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 speichert flüssigen Harnstoff U, der von dem Speicherbehälter 12 über die Verbindungsleitung 12e zugeführt wird. Der flüssige Harnstoff U wird unter Steuerung seines Durchsatzes durch das Beimengungssteuerungsventil 14 in das Auspuffrohr 7 beigemengt.

In dem Beimengungssteuerungsventil 14 geht ein schaft förmiger, in Achsenrichtung verlaufender Ventilkörper 14c durch eine Zufuhrleitung 14d hindurch. Das ferne Ende des Ventilkörpers 14c bildet ein Nadelventil 14a. Die Zufuhr leitung 14d ist mit der von der Flüssigharnstoffspeicher kammer 13 ausgehenden Reduktionsmitteltransportleitung 33 verbunden. Der Ventilkörper 14 wird von einer Abstützung 14e geführt, so dass er sich nach vorne und hinten bewegen kann. Das Nadelventil 14a ist einer Beimeng öffnung 14g zugewandt, die am linken fernen Ende des Beimengungssteuerungsventils 14 ausgebildet ist (siehe Fig. 2) und die durch die Vor- und Zurückbewegung des Ventilkörpers 14c geöffnet und geschlossen wird. Am hinteren Ende des Beimengungssteuerungsventils 14 befindet sich ein am hinteren Abschnitt des durchgehenden Ventilkörpers 14c angebrachter Anschlag 14f. Der Anschlag 14f steht mit einer hinteren Endfläche des Körpers des Beimengungssteuerungsventils 14 in Eingriff. Hinter dem Anschlag 14f befindet sich ein Solenoid 37. Wird der Solenoid 37 magnetisiert, zieht er den Anschlag 14f nach hinten, so dass die Beimengöffnung 14g geöffnet wird und flüssiger Harnstoff U in das Auspuffrohr 7 eingeleitet wird. Die Außenumfangsfläche der Abstützung 14e für den Ventilkörper 14c ist mit einer Dichtung 14b versehen, um einen Austritt zugeführten flüssigen Harnstoffs U zu verhindern.

In der wie oben beschrieben aufgebauten Reduktionsmittel beimengvorrichtung 11 werden die Festharnstoffstücke A durch das Heizelement 31 zum Aufschmelzen gebracht. Nachdem die Festharnstoffstücke A geschmolzen sind, fließt der verflüssigte Harnstoff an der Bodenfläche 12c nach unten und fällt kontinuierlich von der Ausgabe öffnung 12d aus in die Flüssigharnstoffspeicherkammer 13. Der flüssige Harnstoff U wird über das Beimengungs steuerungsventil 14 unter Steuerung des Durchsatzes durch das Beimengungssteuerungsventil 14 in das Auspuffrohr 7 beigemengt. Und zwar wird die Dauer, während der das Beimengungssteuerungsventil 14 geöffnet/geschlossen ist, durch intermittierenden Betrieb der ECU 16 gesteuert, so dass der Durchsatz des flüssigen Harnstoffs U und der Zeitpunkt für die Beimengung des flüssigen Harnstoffs U gesteuert werden.

Genauer gesagt wird der Solenoid 37 des Beimengungs steuerungsventils 14 entsprechend einem Befehl von der ECU 16 mit Strom versorgt und dadurch magnetisiert, so dass sich der Anschlag 14f nach hinten (nach rechts in Fig. 2) bewegt. Daher bewegt sich der Ventilkörper 14c nach hinten und öffnet sich das ferne Ende des Nadel ventils 14a, so dass während einer vorbestimmten Öffnungszeitdauer des Beimengungssteuerungsventils 14 eine vorbestimmte Menge Harnstoff (flüssigen Harnstoffs U) von der Beimengöffnung 14g aus in die Abgasleitung beigemengt wird.

Wenn die Stromversorgung des Solenoids 37 unterbrochen wird, kehrt der Anschlag 14f in seine ursprüngliche Position zurück und wird das Nadelventil 14a geschlossen. Dadurch endet die Beimengung an Harnstoff (flüssigen Harnstoffs U).

Zwischen dem Beimengungssteuerungsventil 14 und der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 befindet sich eine (nicht gezeigte) Pumpe zur Druckbeaufschlagung des flüssigen Harnstoffs U und zu dessen Weitertransport zu einem Druckregelabschnitt sowie ein Druckregler 39 zur Druckbeaufschlagung des flüssigen Harnstoffs U in dem Druckregelabschnitt mit einem bestimmten Druck.

Was die Heizquelle, wie etwa das in dem Speicherbehälter 12 vorgesehene elektrische Heizelement 31 für Fest harnstoffstücke, betrifft, wird ihr Heizzustand durch die ECU 16 so gesteuert, dass sie eine optimale Temperatur (z. B. 133°C bis 230°C) zur Verflüssigung der Fest harnstoffstücke A und zum Speichern des flüssigen Harnstoffs in der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 erreicht. Wenn die Festharnstoffstücke A auf eine höhere Temperatur als die angesprochene optimale Temperatur erwärmt werden, können die Festharnstoffstücke A unter Umständen verdampfen, anstatt verflüssigt zu werden. Wenn keine Schwierigkeiten wie eine Qualitätsänderung der Festharnstoffstücke oder ein Verdampfen auftreten, kann die Temperatur der Heizquelle jedoch auch auf 230°C oder eine höhere Temperatur eingestellt werden.

Der Speicherbehälter 12 ist mit einem Restmengensensor 17 ausgestattet (Fig. 1), um die in ihm verbliebene Menge an Festharnstoffstücken A zu erfassen. Der Restmengensensor 17 gibt an die ECU 16 ein Ausgangssignal aus, das proportional zu der erfassten Restmenge der Festharnstoffstücke A ist.

Wenn in der ECU 16 ein Signal von dem Restmengensensor 17 eingeht, das für einen vorbestimmten (nachstehend als "Warnrestwert" bezeichneten) Restmengenwert steht, schaltet die ECU 16 in einem Armaturenbrett 22 eine Alarmlampe 23 an, um anzuzeigen, dass die Restmenge an Festharnstoffstücken A gering ist. Wenn in der ECU 16 ein Signal von dem Restmengensensor 17 eingeht, das für einen unteren Grenzwert steht, der geringer als der Warnrest wert ist, stellt die ECU 16 den Betrieb der Reduktions mittelbeimengvorrichtung 11 ein und schließt das Beimengungssteuerungsventil 14 vollständig, um die Beimengung von flüssigem Harnstoff U zu beenden.

Das Abgasrohr 7 stromaufwärts vom NO_x-Katalysator 8 ist mit einem Einströmgastemperatursensor 19 zur Erfassung der Temperatur des in den NO_x-Katalysator 8 strömenden Abgases versehen. Der Einströmgastemperatursensor 19 gibt an die ECU 16 ein Ausgangssignal aus, das proportional zu der erfassten Einströmgastemperatur ist. Das Auspuffrohr 9 stromabwärts vom NO_x-Katalysator 8 ist mit einem Gastemperaturfühler 36 versehen, um die Temperatur des aus dem NO_x-Katalysator 8 strömenden Abgases zu erfassen. Der Gastemperaturfühler 36 gibt an die ECU 16 ein Ausgangssignal aus, das proportional zu der erfassten Gastemperatur ist.

Die ECU 16 wird von einem Digitalcomputer gebildet und weist einen Festspeicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), eine Zentraleinheit (CPU), einen Eingangs- und einen Ausgangsanschluss auf. Die ECU 16 führt bei diesem Ausführungsbeispiel grundlegende Steuerungen, z. B. eine Steuerung der Kraftstoffeinspritz menge in den Motor 1 und dergleichen, wie auch eine Steuerung der beigemengten Menge flüssigen Harnstoffs U und eine Steuerung der Stromversorgung des Heizelements 31 aus.

Für diese Steuerungen wird ein Signal von einer Luft mengenmesseinrichtung 20 über einen A/D-Wandler in den Eingangsanschluss der ECU 16 eingegeben. Die Luftmengen messeinrichtung 20 gibt an die ECU 16 ein Ausgangssignal aus, das proportional zur Menge der Ansaugluft ist. Die ECU 16 berechnet auf Grundlage des Ausgangssignals der Luftmengenmesseinrichtung 20 die Ansaugluftmenge.

Das Auspuffrohr 7 stromaufwärts vom NOX-Katalysator 8 ist mit einem NO_x-Sensor 21 versehen, um die in den NO_x- Katalysator 8 einströmende Menge an NO_x zu messen. Der NO_x-Sensor 21 gibt an die ECU 16 ein Ausgangssignal aus, das proportional zu der erfassten Menge an NO_x ist.

Auf Grundlage der erfassten Menge an NO_x berechnet die ECU 16 eine beizumengende Zielmenge flüssigen Harnstoffs U, die benötigt wird, um das NO_x im Wesentlichen voll ständig entfernen zu können. Die ECU 16 berechnet dann die der Beimengungszielmenge entsprechende Stromzufuhr dauer für das Heizelement 31 und versorgt das Heizelement 31 entsprechend mit Strom. Die relative Einschaltdauer des Beimengungssteuerungsventils 14, mit der sich der der Beimengungszielmenge entsprechende Durchsatz erreichen lässt, wird entsprechend berechnet. Das Beimengungs steuerungsventil 14 wird dabei auf Grundlage der relativen Einschaltdauer gesteuert. Es wird also nur die benötigte Menge an Festharnstoffstücken A verflüssigt und beigemengt. Dadurch lässt sich die ungünstige Situation vermeiden, dass in der Reduktionsmittelbeimengvorrichtung 11 und insbesondere in der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 eine überschüssige Menge flüssigen Harnstoffs U zurückbleibt und die Vorrichtung durch Festwerden verstopft.

Als nächstes wird die Betriebsweise des Abgassteuerungs systems des Verbrennungsmotors beschrieben. Wie vorstehend erläutert wurde, nimmt die ECU 16 die Strom versorgung des Heizelements 31 und die Steuerung der relativen Einschaltdauer für das Beimengungssteuerungs ventil 14 vor, so dass entsprechend dem Betriebszustand des Dieselmotors 1, d. h. entsprechend der abgegebenen Menge an NOX, in das Auspuffrohr 7 die richtige Menge flüssigen Harnstoffs U beigemengt wird. Der in das Auspuffrohr 7 beigemengte flüssige Harnstoff U wird durch das Abgas erhitzt, so dass der flüssige Harnstoff U sofort zu einem reduzierenden Gas (Ammoniakgas) verdampft und zusammen mit dem Abgas in den NO_x-Katalysator 8 strömt.

Das reduzierende Gas reduziert oder zersetzt auf dem selektiv reduzierenden NO_x-Katalysator 10 in dem Abgas vorhandenes NO_x. Das Abgas wird nach dem Entfernen des NO_x über das Auspuffrohr 9 in die Atmosphäre freigegeben.

Der selektiv reduzierende NO_x-Katalysator 10 hat die Eigenschaft, dass die Rate, mit der das NO_x entfernt wird, gering ist, wenn die Abgastemperatur kleiner oder gleich einer bestimmten Temperatur ist, und dass die Rate, mit der das NO_x entfernt wird, steil zunimmt, wenn die Abgastemperatur diese bestimmte Temperatur überschreitet. Wenn das reduzierende Gas bei geringer Abgastemperatur beigemengt wird, geht das beigemengte reduzierende Gas demnach durch den NO_x-Katalysator 8 hindurch und wird in die Atmosphäre freigegeben, ohne für die NO_x-Reduktionsreaktion genutzt zu werden. Die ECU 16 steuert daher bei diesem Ausführungsbeispiel das Beimengungssteuerungsventil 14 so, dass es vollständig geschlossen wird, wenn die durch den Einströmgas temperatursensor 19 erfasste Einströmgastemperatur kleiner oder gleich der angesprochenen Temperatur ist, wodurch die Beimengung an flüssigem Harnstoff U unter brochen und ein Austritt oder eine Emission des reduzierenden Gases verhindert wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Auspuffrohr 7 stromaufwärts vom NO_x-Katalysator 8 mit dem NO_x-Sensor 21 versehen, um die NO_x-Konzentration im Abgas zu erfassen. Die abgegebene Menge an NO_x wird anhand der von dem NO_x- Sensor 21 erfassten NO_x-Konzentration und der von der Luftmengenmesseinrichtung 20 erfassten Ansaugluftmenge berechnet. Allerdings kann dieser Aufbau auch durch einen Aufbau ersetzt werden, bei dem der Zusammenhang zwischen dem Betriebszustand des Dieselmotors 1 und der abge gebenen Menge an NO_x in Form einer Tabelle vorliegt und bei dem die abgegebene Menge an NO_x während des tatsächlichen Motorbetriebs unter Bezugnahme auf die Tabelle abgeschätzt wird.

Abgesehen davon können die in der Flüssigharnstoff speicherkammer 13 speicherbare Menge des Reduktions mittels, das Beimengungssteuerungsventil 14, die von der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 zum Beimengungs steuerungsventil 14 verlaufende Reduktionsmittelschmelze transportleitung 33 und das Reduktionsmittelschmelz vermögen des Heizelements 31 so eingestellt werden, dass die Zeit, die zur Zuführung der gesamten Menge des in der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 und in dem Beimengungs steuerungsventil 14 gespeicherten Reduktionsmittel schmelze in das Auspuffrohr 7 benötigt wird, länger als die Zeit ist, die unter Verwendung des Heizelements 31 zum Erwärmen und Aufschmelzen des festen Reduktions mittels und zum Transport der Reduktionsmittelschmelze zum Beimengungssteuerungsventil 14 benötigt wird.

Obwohl es denkbar ist, das Reduktionsmittel erst dann in das Auspuffrohr 7 beizumengen, nachdem die gesamte Menge des festen Reduktionsmittels aufgeschmolzen wurde, ist es auch möglich, die Menge an Reduktionsmittelschmelze und die beizufügende Menge des Reduktionsmittels stets zu überwachen und das Aufschmelzen und die Beimengung gleichzeitig zu beginnen, indem eine Regelung durch geführt wird, bei der die beizumengende Menge an Reduktionsmittel letzten Endes gleich der berechneten Menge ist.

Als nächstes wird das Flussdiagramm in Fig. 4 beschrie ben, das die von der Reduktionsmittelbeimengungs vorrichtung vorgenommene Beimengung des Reduktionsmittels veranschaulicht. In Schritt 100 berechnet die ECU 16 auf Grundlage der erfassten Menge an NOX eine beizumengende Zielmenge flüssigen Harnstoffs U, die benötigt wird, um das NO_x im Wesentlichen vollständig zu entfernen.

Nach dieser Berechnung wird mit Schritt 101 fortgefahren, in dem die ECU 16 das Heizelement mit Strom versorgt, um den festen Harnstoff zu erwärmen und die Festharnstoff stücke A zu verflüssigen, wodurch die beizumengende Zielmenge flüssigen Harnstoffs U erzeugt wird. Anschließend wird der erzeugte flüssige Harnstoff U in Schritt 102 in der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 gespeichert.

Wenn der Zeitpunkt für die Beimengung gekommen ist, wird mit Schritt 104 fortgefahren, in dem der flüssige Harnstoff U in das Auspuffrohr 7 beigemengt wird. Wenn der Zeitpunkt für die Beimengung dagegen noch nicht gekommen ist, kehrt der Ablauf zu Schritt 102 zurück, in dem der flüssige Harnstoff in der Flüssigharnstoff speicherkammer 13 gespeichert wird. Dann wird in Schritt 103 erneut festgestellt, ob der Zeitpunkt für die Beimengung gekommen ist. Falls der Zeitpunkt für die Beimengung gekommen ist, wird der flüssige Harnstoff U beigemengt.

Bei dem erfindungsgemäßen Abgassteuerungssystem werden die Festharnstoffstücke A erwärmt und zu flüssigem Harnstoff U aufgeschmolzen, wobei durch das Beimengungs steuerungsventil 14 wie oben beschrieben eine vorbestimmte Menge des flüssigen Harnstoffs U in das Auspuffrohr 7 beigemengt wird. Da die zur Verflüssigung des festen Harnstoffs benötigte Wärmemenge geringer als die zum Verdampfen des festen Harnstoffs benötigte Wärmemenge ist, kann bei diesem Ausführungsbeispiel eine kleinere Wärmequelle (elektrisches Heizelement) Anwendung finden als in einem Fall, in dem der Harnstoff verdampft würde. Da der flüssige Harnstoff U durch direktes Erwärmen der Festharnstoffstücke A erzeugt wird, hat der flüssige Harnstoff U außerdem eine Harnstoffkonzentration von 100%, weshalb die beizumengende Menge an flüssigem Harnstoff U mit hoher Genauigkeit gesteuert werden muss. Da die Steuerungsgröße jedoch in diesem Fall kein Gas, sondern eine Flüssigkeit ist, lässt sich der Harnstoff durchsatz mit dem Beimengungssteuerungsventil 14 ausreichend genau steuern.

Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Abgassteuerungssystems für einen Verbrennungsmotor beschrieben. Fig. 3 zeigt die Reduktionsmittelbeimengvorrichtung 30 dieses Ausführungs beispiels. Die Reduktionsmittelbeimengvorrichtung 30 ist insofern im Wesentlichen die gleiche wie die Vorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels, als die als Reduktions mittel vorgesehenen Festharnstoffstücke A verflüssigt werden und der verflüssigte Harnstoff in das Auspuffrohr 7 eingeleitet wird.

Der Speicherbehälter 12 weist auf der Oberseite eine Reduktionsmitteleinfüllöffnung 12a auf. In einem Boden abschnitt des Speicherbehälters 12 ist eine Ausgabe öffnung 12d ausgebildet, die über eine Verbindungsleitung 12e mit einer Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 verbunden ist. Die Ausgabeöffnung 12d ist mit einem gitterförmigen Heizelement 31 versehen, durch das die Festharnstoff stücke A erwärmt und aufgeschmolzen werden. Der auf diese Weise erzeugte flüssige Harnstoff U fließt von der Ausgabeöffnung 12d nach unten in die Flüssigharnstoff speicherkammer 13 und wird darin gespeichert.

Durch ein Beimengungssteuerungsventil 14 wird eine vorbestimmte Menge flüssigen Harnstoffs U in das Auspuff rohr 7 beigemengt. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Öffnungs/Schließdauer des Beimengungssteuerungs ventils 14 intermittierend durch eine ECU 16 gesteuert, so dass der Durchsatz an flüssigem Harnstoff U und der Zeitpunkt für die Beimengung des flüssigen Harnstoffs U gesteuert werden.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ist mit der Flüssig harnstoffspeicherkammer 13 zum Speichern des flüssigen Harnstoffs U ein Flüssigkeitspegelsensor 32 zum Erfassen der Menge an Reduktionsmittelschmelze verbunden und steuert die ECU 16 das Heizelement 31 auf Grundlage eines Signals von dem Flüssigkeitspegelsensor 32.

Der Flüssigkeitspegelsensor 32 gibt an die ECU 16 ein Ausgangssignal aus, das für die erfasste, in der Flüssig harnstoffspeicherkammer 13 zurückgebliebene Menge an flüssigem Harnstoff U steht. Beim Empfang eines Eingangs signals von dem Flüssigkeitspegelsensor bzw. von der Reduktionsmittelschmelze-Erfassungseinrichtung 32, die einen vorbestimmten Restmengenwert angibt, versorgt die ECU 16 das Heizelement 31 mit Strom, um die Fest harnstoffstücke A zu flüssigem Harnstoff U aufzu schmelzen, so dass der flüssige Harnstoff U nach unten in die Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 fließt.

Der Restmengen- bzw. Schwellenwert ist auf einen solchen Wert eingestellt, dass während des Vorgangs der Verflüssigung der Festharnstoffstücke A und der Beimengung von flüssigem Harnstoff über die Flüssig harnstoffspeicherkammer 13 und das Beimengungssteuerungs ventil 14 in das Auspuffrohr 7 der flüssige Harnstoff U nicht ausgeht (die Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 nicht leer wird). Demnach wird in der Flüssigharnstoff speicherkammer 13 stets eine Menge flüssigen Harnstoffs U gespeichert, die diesem angesprochenen Wert entspricht. Die Speicherung einer großen Menge an flüssigem Harnstoff U muss vermieden werden, da der flüssige Harnstoff unter Umständen durch einen Temperaturabfall mit der Zeit erneut fest werden kann. Wenn sich die Flüssigharnstoff speicherkammer 13 jedoch vollständig leeren würde, würde die durch den selektiv reduzierenden NO_x-Katalysator 10 erzielte NO_x-Reduktion unterbrochen werden, so dass in dem Abgas enthaltenes NO_x in die Atmosphäre freigegeben werden könnte.

Unter Berücksichtigung der zum Erwärmen und Aufschmelzen der Festharnstoffstücke A und der zur Beimengung des flüssigen Harnstoffs U in das Auspuffrohr 7 benötigten Zeit erfolgt daher ein Nachfüllvorgang, wenn der Pegel flüssigen Harnstoffs U kleiner oder gleich dem Schwellen wert ist. Durch diese Betriebsweise wird der flüssige Harnstoff bzw. das Reduktionsmittel U im nächsten Zyklus beigemengt, bevor der flüssige Harnstoff U wieder fest wird. Der flüssige Harnstoff U verbleibt somit nicht allzu lange in der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13.

Der Flüssigkeitspegelsensor 32, der als Einrichtung zur Erfassung der Restmenge an flüssigem Harnstoff U verwendet wird, kann beispielsweise ein Sensor sein, der an die ECU 16 ein Signal ausgibt, wenn ein vorbestimmter Pegel erreicht wurde, oder ein Sensor, der stets dazu in der Lage ist, die in der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 verbliebene Menge an flüssigem Harnstoff U zu messen.

Zur Verflüssigung der Festharnstoffstücke A wird die Temperatur des Heizelements 31 von der ECU 16 so gesteuert, dass sie eine optimale Temperatur (in einem Bereich von beispielsweise 133°C bis 200°C, der eine Qualitätsänderung des Harnstoffs oder dergleichen vermeidet) erreicht.

Darüber hinaus ist die Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 mit einem Temperatursensor 18 zum Erfassen der Flüssig keitstemperatur des flüssigen Harnstoffs U versehen. Der Temperatursensor 18 gibt an die ECU 16 ein Ausgangssignal aus, das proportional zu der erfassten Flüssigkeits temperatur des flüssigen Harnstoffs U ist.

Das Auspuffrohr 7 stromaufwärts vom NO_x-Katalysator 8 ist mit einem Einströmgastemperatursensor 19 versehen, um die Temperatur des in den NO_x-Katalysator 8 einströmenden Abgases zu erfassen. Der Einströmgastemperatursensor 19 gibt an die ECU 16 ein Ausgangssignal aus, das proportional zu der erfassten Einströmgastemperatur ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel steuert die ECU 16 die beizumengende Menge an flüssigem Harnstoff U und die Stromversorgung des Heizelements 31. Für diese Steuerungen wird über einen A/D-Wandler in den Eingangs anschluss der ECU 16 ein Eingangssignal von einer Luftmengenmesseinrichtung 20 eingegeben. Die Luftmengen messeinrichtung 20 gibt daher an die ECU 16 ein Ausgangs signal aus, das proportional zu der Ansaugluftmenge ist, und die ECU 16 berechnet auf Grundlage des Ausgangs signals von der Luftmengenmesseinrichtung 20 die Ansaug luftmenge.

Des Weiteren ist das Auspuffrohr 7 stromaufwärts vom NO_x- Katalysator 8 mit einem NO_x-Sensor 21 zum Erfassen der in den NO_x-Katalysator 8 einströmenden Menge an NO_x versehen. Der NO_x-Sensor 21 gibt an die ECU 16 ein Ausgangssignal aus, das proportional zu der erfassten Menge an NO_x ist.

Auf der Grundlage der erfassten Menge an NO_x berechnet die ECU 16 eine beizumengende Zielmenge flüssigen Harnstoffs U, die benötigt wird, um im Wesentlichen das gesamte NO_x zu entfernen. Die ECU 16 versorgt das Heiz element 31 zum Aufschmelzen von festem Harnstoff mit Strom, bis die von dem Flüssigkeitspegelsensor 32 erfasste Menge an flüssigem Harnstoff U gleich dem berechneten Zielwert ist. Darüber hinaus berechnet die ECU 16 die relative Einschaltdauer für das Beimengungs steuerungsventil 14, mit der sich der beizumengende Durchsatz erzielen lässt, der der Zielmenge entspricht, und führt entsprechend eine intermittierende Steuerung des Beimengungssteuerungsventils 14 aus.

Als nächstes wird das Flussdiagramm in Fig. 5 beschrieben, das die durch die obige Vorrichtung vorgenommene Zuführung des Reduktionsmittels veranschaulicht. In Schritt 200 berechnet die ECU 16 zunächst auf Grundlage der erfassten Menge an NO_x eine beizumengende Zielmenge an flüssigem Harnstoff U, die benötigt wird, um das NO_x im Wesentlichen vollständig zu entfernen.

Anschließend vergleicht die ECU 16 in Schritt 201 die Menge des in der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 gespeicherten flüssigen Harnstoffs U mit der Zielmenge an flüssigem Harnstoff U. Wenn die gespeicherte Menge an flüssigem Harnstoff U geringer als die beizumengende Zielmenge ist, wird mit Schritt 202 fortgefahren, in dem die ECU 16 das Heizelement 31 mit Strom versorgt, um die Festharnstoffstücke A zu verflüssigen und den flüssigen Harnstoff U der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 zuzuführen, bis die gespeicherte Menge an flüssigem Harnstoff U gleich der beizumengenden Zielmenge wird.

Wenn die gespeicherte Menge an flüssigem Harnstoff U dagegen größer als die beizumengende Zielmenge ist, erfolgt keine zusätzliche Zufuhr von flüssigem Harnstoff U.

In Schritt 203 bestimmt die ECU 16, ob der Zeitpunkt für die Beimengung von flüssigem Harnstoff U bzw. Reduktions mittel in das Auspuffrohr 7 gekommen ist. Wenn der Zeitpunkt für die Beimengung gekommen ist, wird mit Schritt 204 fortgefahren, in dem der flüssige Harnstoff U in das Auspuffrohr 7 beigemengt wird. Wenn der Zeitpunkt für die Beimengung dagegen nicht gekommen ist, springt der Vorgang zu Schritt 208, in dem der flüssige Harnstoff U in der Flüssigharnstoffspeicherkammer 13 gespeichert wird.

Nachdem in Schritt 204 flüssiger Harnstoff U beigemengt worden ist, erfasst die ECU 16 in Schritt 205 die Rest menge an flüssigem Harnstoff U. In Schritt 206 wird bestimmt, ob die Restmenge an flüssigem Harnstoff U kleiner oder gleich einem Schwellenwert ist. Wenn die Restmenge kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist, wird mit Schritt 207 fortgefahren, in dem der feste Harnstoff erwärmt und aufgeschmolzen wird, um die Menge an flüssigem Harnstoff U auf oder über den Schwellenwert hinaus zu erhöhen. Anschließend wird in Schritt 208 die Menge des flüssigen Harnstoffs U gespeichert.

Wenn die Menge an flüssigem Harnstoff U dagegen größer als der Schwellenwert ist, springt der Vorgang zu Schritt 208, in dem der flüssige Harnstoff U gespeichert wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Abgassteuerungssystem wird bei Bedarf entsprechend dem Betriebszustand eine notwendige Menge an Harnstoff aufgeschmolzen und beigemengt. Daher lässt sich die ungünstige Situation vermeiden, dass eine überschüssige Menge an flüssigem Harnstoff U, die in der Vorrichtung zurückgeblieben ist, darin erneut fest wird und die Vorrichtung verstopft.

Es lässt sich außerdem die Situation vermeiden, dass der flüssige Harnstoff U in der Vorrichtung ausgeht, bevor der feste Harnstoff verflüssigt worden ist, um in das Auspuffrohr 7 beigemengt zu werden, was zu einem Mangel an flüssigem Reduktionsmittel führen würde.

Da bei dem erfindungsgemäßen Abgassteuerungssystem fester Harnstoff gespeichert und lediglich vor der Verwendung verflüssigt wird, lässt sich das System verkleinern und seine Konstruktion vereinfachen und kann die zugeführte Menge an Reduktionsmittel mit hoher Genauigkeit gesteuert werden.

Darüber hinaus erlaubt die Erfindung, dass entsprechend dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors nur die benötigte Menge der Reduktionsmittelschmelze zugeführt wird. Von dem gespeicherten festen Reduktionsmittel kann daher bei Bedarf nur die für den selektiv reduzierenden NO_x-Katalysator benötigte Menge erwärmt und aufgeschmol zen werden. Daher lässt sich die ungünstige Situation vermeiden, dass eine in dem Abgassteuerungssystem verbliebene Überschussmenge an Reduktionsmittelschmelze erneut fest wird und das System verstopft, was den nächsten Vorgang zur Zuführung des Reduktionsmittels behindern würde. Es kann also eine vorbestimmte Menge des Reduktionsmittels zuverlässig in das Abgas stromaufwärts von dem Katalysator zugeführt werden.

Claims

1. Abgassteuerungssystem, mit einem in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehenen Katalysator (8) und einer Reduktionsmittelbeimeng vorrichtung (11; 30) zur Beimengung eines Reduktions mittels zum Katalysator (8), wobei die Reduktionsmittel beimengvorrichtung (11; 30) umfasst:
eine Reduktionsmittel-Speichereinrichtung (12) zum Speichern eines festen Reduktionsmittels (A);
eine Erwärm/Aufschmelzeinrichtung (31) zum Erwärmen und Aufschmelzen des festen Reduktionsmittels (A);
eine Reduktionsmittelschmelze-Speichereinrichtung (13) zum Speichern von Reduktionsmittelschmelze (U), die von der Reduktionsmittel-Speichereinrichtung aus eingeleitet wurde; und
eine Reduktionsmittelschmelze-Zuführeinrichtung (14) zum Zuführen der Reduktionsmittelschmelze (U) in einen Abschnitt der Abgasleitung stromaufwärts von dem Katalysator (8).

2. Abgassteuerungssystem nach Anspruch 1, das außerdem umfasst:
eine Reduktionsmittelschmelze-Zufuhrmengen bestimmungseinrichtung (16) zur Bestimmung einer der Reduktionsmittelschmelze-Zuführeinrichtung (14) zuzuführenden Menge der Reduktionsmittelschmelze (U); und
eine Reduktionsmittel-Erwärmungssteuerungs einrichtung (16) zur Steuerung der Erwärm/Aufschmelz einrichtung (31) auf Grundlage der durch die Reduktions mittelschmelze-Zufuhrmengenbestimmungseinrichtung (16) bestimmten, beizumengenden Menge des Reduktionsmittels.

3. Abgassteuerungssystem nach Anspruch 2, bei dem die Reduktionsmittelschmelze-Zufuhrmengenbestimmungs einrichtung (16) eine Reduktionsmittelschmelze- Zufuhrmengenberechnungseinrichtung (16) zum Berechnen der Menge der Reduktionsmittelschmelze (U) ist.

4. Abgassteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Katalysator (8) ein selektiv reduzierender NO_x-Katalysator (10) ist, der dazu dient, NO_x unter Vorhandensein eines sich aus Ammoniak ableitenden Reduktionsmittels zu reduzieren oder zu zersetzen.

5. Abgassteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Reduktionsmittel Harnstoff ist.

6. Abgassteuerungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Reduktionsmittelschmelze-Speicher einrichtung (13) mit einer Erfassungseinrichtung (32) zum Erfassen einer Restmenge der Reduktionsmittelschmelze (U) versehen ist und die Reduktionsmittelschmelze- Zufuhrmengenberechnungseinrichtung (16) so gesteuert wird, dass die von der Erfassungseinrichtung (32) erfasste Restmenge der Reduktionsmittelschmelze (U) und die von der Reduktionsmittelschmelze-Zufuhrmengen berechnungseinrichtung (16) berechnete, zuzuführende Menge des Reduktionsmittels gleich werden.

7. Abgassteuerungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die Erwärmungstemperatur der Erwärm/Aufschmelzeinrichtung (31) auf eine Temperatur eingestellt wird, die zu keiner Qualitätsänderung des festen Reduktionsmittels (A) führt.

8. Abgassteuerungssystem nach Anspruch 7, bei dem die Erwärmungstemperatur der Erwärm/Aufschmelzeinrichtung (31) auf eine Temperatur eingestellt wird, die ein Aufschmelzen des festen Reduktionsmittels (A) erlaubt, so dass das Reduktionsmittel im flüssigen Zustand gehalten wird.

9. Abgassteuerungssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, das außerdem eine Temperaturhalteeinrichtung (16, 31) zum Halten der Temperatur der Reduktionsmittelschmelze- Speichereinrichtung (13) bei einer vorbestimmten Temperatur umfasst.

10. Abgassteuerungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, das außerdem eine Temperaturerfassungseinrichtung (19) zum Erfassen der Abgastemperatur umfasst, wobei die von der Reduktionsmittelschmelze-Zuführeinrichtung (14) zugeführte Menge der Reduktionsmittelschmelze (U) auf Grundlage der von der Temperaturerfassungseinrichtung (19) erfassten Abgastemperatur gesteuert wird.

11. Abgassteuerungssystem nach Anspruch 10, bei dem die Reduktionsmittelschmelze (U) von der Reduktionsmittel schmelze-Zuführeinrichtung (14) nicht zugeführt wird, wenn die Abgastemperatur kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.

12. Abgassteuerungsverfahren, mit den Schritten:
Speichern eines festen Reduktionsmittels (A);
Bestimmen einer Menge Reduktionsmittelschmelze (U), die einem in der Abgasleitung eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehenen Katalysator (8) zuzuführen ist, auf Grundlage eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors (1);
Gewinnen von Reduktionsmittelschmelze (U) durch Erwärmen und Aufschmelzen des festen Reduktionsmittels (A), um so die bestimmte, zuzuführende Menge der Reduktionsmittelschmelze (U) zu erzielen;
Speichern der Reduktionsmittelschmelze (U); und
Zuführen der gespeicherten Reduktionsmittelschmelze (U) in einen Abschnitt der Abgasleitung stromaufwärts vom Katalysator (8).

13. Abgassteuerungsverfahren nach Anspruch 12, bei dem die Menge an Reduktionsmittelschmelze (U) auf Grundlage des Betriebszustands des Verbrennungsmotors (1) berechnet wird.

14. Abgassteuerungsverfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Katalysator (8) ein selektiv reduzierender NO_x-Katalysator (10) ist, der dazu dient, NO_x unter Vorhandensein eines sich aus Ammoniak ableitenden Reduktionsmittels zu reduzieren oder zu zersetzen.

15. Abgassteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem das Reduktionsmittel Harnstoff ist.

16. Abgassteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die Steuerung so erfolgt, dass die Restmenge der gespeicherten Reduktionsmittelschmelze (U) und die zugeführte Menge des Reduktionsmittels gleich werden.

17. Abgassteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die zuzuführende Menge der Reduktions mittelschmelze (U) auf Grundlage der Abgastemperatur gesteuert wird.

18. Abgassteuerungsverfahren nach Anspruch 17, bei dem die Reduktionsmittelschmelze (U) nicht zugeführt wird, wenn die Abgastemperatur kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist.