DE102008000092B4

DE102008000092B4 - Reduktionsmittelzufuhrsystem

Info

Publication number: DE102008000092B4
Application number: DE102008000092.2A
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Sekijima; Yuusuke Hongou
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2008-01-18
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2028-01-19
Also published as: DE102008000092A1; JP4867675B2; JP2008180101A

Abstract

Reduktionsmittelzufuhrsystem zum Zuführen eines Reduktionsmittels, das in einem vorbestimmten Tank (4) gespeichert ist, zu einem Abgas, das durch ein Abgasrohr (6) aus einer Maschine strömt, wobei das System Folgendes aufweist: eine Zufuhrpumpe (5), die das Reduktionsmittel aus dem Tank (4) saugt und dann das Reduktionsmittel abgibt; ein Zugabeventil (7), das an dem Abgasrohr (6) angebracht ist und das Reduktionsmittel, das durch die Zufuhrpumpe (5) abgegeben wird, in einen inneren Abschnitt des Abgasrohrs (6) einspritzt; und eine Steuereinrichtung (8) zum Steuern eines Drucks des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil (7) eingespritzt wird, gemäß einer Änderung einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) einen Öffnungsgrad des Zugabeventils (7) in einer gepulsten Weise zwischen einem Aus-Zustand, der angibt, dass das Zugabeventil (7) vollkommen geschlossen ist, und einem An-Zustand ändert, der angibt, dass das Zugabeventil (7) relativ zu dem Aus-Zustand geöffnet ist, so dass eine Menge des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil (7) eingespritzt wird, im Allgemeinen mit einem Zielwert übereinstimmt; und die Steuereinrichtung (8) ein Verhältnis einer Dauer des An-Zustands zu einer Impulsdauer ändert, indem diese den Druck des Reduktionsmittels, der durch das Zugabeventil (7) eingespritzt wird, entsprechend der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases verändert die Steuereinrichtung (8) den Druck des eingespritzten Reduktionsmittels erhöht, um eine Durchdringung eines Sprühnebels des Reduktionsmittels zu erhöhen, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit groß ist, und die Steuereinrichtung (8) den Druck des eingespritzten Reduktionsmittels verringert, um eine Durchdringung eines Sprühnebels des Reduktionsmittels zu verringern, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit klein ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Reduktionsmittelzufuhrsystem, das ein Reduktionsmittel einem Abgas aus einer Maschine zuführt.
Herkömmlicher Weise führt ein Reduktionsmittelzufuhrsystem ein Reduktionsmittel einem Abgas zu, um Stickoxide (NOx) in dem Abgas aus einer Maschine zu reduzieren und zu reinigen, wie es beispielsweise in der JP 2006-125324 A beschrieben ist. Eine wässrige Harnstofflösung wird beispielsweise als das Reduktionsmittel verwendet. NOx wird gereinigt, wenn durch die Zersetzung von Harnstoff erzeugtes Ammoniak (NH₃) durch einen Katalysator mit NOx reagiert, um harmlosen Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) zu erzeugen. Das Reduktionsmittel wird durch eine Einspritzöffnung eingespritzt, die in einen inneren Abschnitt eines Abgasrohrs mündet, um sich in dem Abgas auszubreiten, und wird dabei in den Katalysator geleitet.
Da sich eine Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ständig entsprechend einem Betriebszustand der Maschine ändert, ändert sich eine Art und Weise eines Ausbreitens des eingespritzten Reduktionsmittels entsprechend der Abgasströmungsgeschwindigkeit. Wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit hoch ist, wird das eingespritzte Reduktionsmittel durch das Abgas weggetrieben und verteilt sich dadurch nicht ausreichend in einer radialen Richtung des Abgasrohrs. Umgekehrt, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit klein ist, drückt das eingespritzte Reduktionsmittel das Abgas weg, um sich rasch in der radialen Richtung zu verteilen. Infolgedessen wird der Sprühnebel des Reduktionsmittels in der radialen Richtung ungleichmäßig und dadurch teilweise in hoher Konzentration ausgebildet, und eine Menge des Reduktionsmittels, das an der Rohrinnenwand des Abgasrohrs anhaftet, nimmt zu. Folglich kann der Wirkungsgrad der Abgasreinigung verringert werden.
DE 10 2004 018 221 A1 offenbart ein Verfahren zum Einbringen eines Reagenzmittels in einen Abgaskanal einer Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. In einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine ist wenigstens ein Katalysator angeordnet, vor dem ein unter Druck stehendes Reagenzmittel in das Abgas eingesprüht wird. Der Reagenzmitteldruck-Sollwert pReaSw wird in Abhängigkeit von einer Kenngröße N, mL, Md, mK, vabg, pabg, TabgR, TRea festgelegt. Dies ermöglicht einen gezielten Einsatz des Reagenzmittels und eine hohe Nutzung des Katalysators.
Die Erfindung richtet sich an die vorstehenden Nachteile. Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Änderung einer Verteilungsweise eines Reduktionsmittels in einem Abgas trotz einer Änderung einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu begrenzen und dadurch eine Abnahme einer Reinigungseffizienz des Abgases bei einem Reduktionsmittelzufuhrsystem zu verhindern.
Um die Aufgabe der Erfindung zu lösen ist ein Reduktionsmittelzufuhrsystem zum Zuführen eines Reduktionsmittels, das in einem vorbestimmten Tank gespeichert ist, zu einem Abgas, das durch ein Abgasrohr aus einer Maschine strömt, gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Das System hat eine Zufuhrpumpe, ein Zugabeventil und eine Steuereinrichtung. Die Zufuhrpumpe saugt das Reduktionsmittel aus dem Tank und gibt dann das Reduktionsmittel ab. Das Zugabeventil ist an dem Abgasrohr angebracht und spritzt das Reduktionsmittel, das durch die Zufuhrpumpe abgegeben wird, in einen inneren Abschnitt des Abgasrohrs ein. Die Steuereinrichtung dient zum Steuern eines Drucks des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil eingespritzt wird, entsprechend einer Änderung einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases.
Um die Aufgabe der Erfindung zu lösen ist auch ein Reduktionsmittelzufuhrsystem gemäß Anspruch 4 vorgesehen, um ein Reduktionsmittel, das in einem vorbestimmten Tank gespeichert ist, einem Abgas zuzuführen, das durch ein Abgasrohr aus einer Maschine strömt. Das System hat eine Zufuhrpumpe, eine Luftzwangsfördereinrichtung, einen Strömungsdurchgang, ein Zugabeventil, eine Düse, und eine Steuereinrichtung. Die Zufuhrpumpe saugt das Reduktionsmittel aus dem Tank und gibt dann das Reduktionsmittel ab. Die Luftzwangsfördereinrichtung dient dem Druckbeaufschlagen von Luft und dem anschließenden Abgeben der Luft. Die durch die Luftzwangsfördereinrichtung abgegebene Luft strömt durch den Strömungsdurchgang. Das durch die Zufuhrpumpe abgegebene Reduktionsmittel wird dem Strömungsdurchgang zugeführt. Das Zugabeventil ist zu dem Strömungsdurchgang geöffnet oder geschlossen und steuert die Zufuhr des Reduktionsmittels, das durch die Zufuhrpumpe zu dem Strömungsdurchgang abgegeben wird. Die Düse öffnet sich in einen inneren Abschnitt des Abgasrohrs. Das Reduktionsmittel, das durch das Zugabeventil zugeführt und dann mit der Luft vermischt wird, die durch den Strömungsdurchgang strömt, wird durch die Düse in den inneren Abschnitt des Abgasrohrs eingespritzt. Die Steuereinrichtung dient dem Steuern von zumindest einem der folgenden Drücke gemäß einer Veränderung einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das heißt, einem Druck des Reduktionsmittels, das dem Strömungsdurchgang durch das Zugabeventil zugeführt wird; und einem Druck der Luft, die durch die Luftzwangsfördereinrichtung abgegeben wird.
Die Erfindung, zusammen mit zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen von dieser wird am besten aus der folgenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den begleitenden Zeichnungen verstanden, in denen:
1 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau eines Reduktionsmittelzufuhrsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
2 ist ein Zeitdiagramm, das einen Wechsel eines Ventilöffnungsgrads eines Zugabeventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
3 ist ein Steuerkennfeld, das eine Beziehung zwischen einem Schätzwert einer Abgasströmungsgeschwindigkeit und einem Befehlswert eines Abgabedrucks einer Zufuhrpumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
4A ist eine erklärende Ansicht, die einen Sprühnebel eines Reduktionsmittels zeigt, wenn die Abgasgeschwindigkeit groß ist und bevor der Sprühnebel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel modifiziert wird;
4B ist eine erklärende Ansicht, die den Sprühnebel des Reduktionsmittels zeigt, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit klein ist und bevor der Sprühnebel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel modifiziert wird;
4C ist eine erklärende Ansicht, die den Sprühnebel des Reduktionsmittels zeigt, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit groß ist und nachdem der Sprühnebel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel modifiziert wurde;
4D ist eine erklärende Ansicht, die den Sprühnebel des Reduktionsmittels zeigt, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit klein ist und nachdem der Sprühnebel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel modifiziert wurde;
5 ist eine schematische Ansicht, die einen Aufbau eines Reduktionsmittelzufuhrsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
6A ist eine darstellende Ansicht, die einen Sprühnebel eines Reduktionsmittels zeigt, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit groß ist und bevor der Sprühnebel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel modifiziert wird;
6B ist eine darstellende Ansicht, die den Sprühnebel des Reduktionsmittels zeigt, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit klein ist und bevor der Sprühnebel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel modifiziert wird;
6C ist eine darstellende Ansicht, die den Sprühnebel des Reduktionsmittels zeigt, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit groß ist und nachdem der Sprühnebel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel modifiziert wurde; und
6D ist eine darstellende Ansicht, die den Sprühnebel des Reduktionsmittels zeigt, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit klein ist und nachdem der Sprühnebel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel modifiziert wurde.
Ein Reduktionsmittelzufuhrsystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung führt ein Reduktionsmittel einem Abgas einer Maschine zu. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem hat eine Zufuhrpumpe, ein Zugabeventil und eine Steuereinrichtung. Die Zufuhrpumpe saugt das Reduktionsmittel aus einem vorbestimmten Tank und gibt das Reduktionsmittel ab. Das Zugabeventil ist an dem Abgasrohr angebracht, durch das das Abgas strömt. Das Zugabeventil spritzt das von der Zufuhrpumpe abgegebene Reduktionsmittel in einen inneren Abschnitt des Abgasrohrs ein. Die Steuereinrichtung steuert einen Druck des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil eingespritzt wird, entsprechend einer Änderung einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases.
Die Steuereinrichtung ändert eine Menge des Reduktionsmittels, das dem Zugabeventil von der Zufuhrpumpe zugeführt wird, und ändert den Druck des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil eingespritzt wird. Die Steuereinrichtung ändert einen Ventilöffnungsgrad des Zugabeventils in einer gepulsten Art und Weise zwischen einem Aus-Zustand, der angibt, dass das Zugabeventil vollkommen geschlossen ist, und einem Ein-Zustand, der angibt, dass das Zugabeventil verglichen mit dem vollkommen geschlossenen Zustand geöffnet ist. Folglich entspricht eine Menge des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil eingespritzt wird, im Allgemeinen ihrem Zielwert. Die Steuereinrichtung ändert einen Anteil einer Dauer des Ein-Zustands zu einer Impulsdauer durch Ändern des Drucks des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil gemäß der Veränderung der Abgasströmungsgeschwindigkeit eingespritzt wird.
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem hat eine Maschinendrehzahlerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Drehzahl der Maschine und eine Beschleunigeröffnungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Beschleunigeröffnung. Die Steuereinrichtung schätzt die Abgasströmungsgeschwindigkeit durch Verwenden von Erfassungswerten, die von der Maschinendrehzahlerfassungseinrichtung und der Beschleunigeröffnungserfassungseinrichtung erhalten werden.
Ein Reduktionsmittelzufuhrsystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat eine Zufuhrpumpe, eine Luftzwangsfördereinrichtung, ein Zugabeventil, eine Düse und eine Steuereinrichtung. Die Zufuhrpumpe saugt das Reduktionsmittel aus einem vorbestimmten Tank und gibt das Reduktionsmittel ab. Die Luftzwangsfördereinrichtung beaufschlagt eine Luft mit Druck und gibt die Luft ab. Das Zugabeventil wird in Bezug auf einen Strömungsdurchgang für Luft, die aus der Luftzwangsfördereinrichtung abgegeben wird, geöffnet und geschlossen und steuert die Zufuhr des Reduktionsmittels, das von der Zufuhrpumpe abgegeben wird, zu dem Luftströmungsdurchgang. Die Düse öffnet sich zu einem inneren Abschnitt eines Abgasrohrs, durch den das Abgas strömt. Die Düse spritzt das Reduktionsmittel, das durch das Zugabeventil zugeführt wird und dann mit der Luft vermischt wird, die von der Luftzwangsfördereinrichtung abgegeben wird, in den Innenraumabschnitt des Abgasrohrs ein. Die Steuereinrichtung steuert zumindest einen von einem Druck des Reduktionsmittels, dass zu dem Strömungsdurchgang für Luft durch das Zugabeventil zugeführt wird, und einem Druck von Luft, die von der Luftzwangsfördereinrichtung abgegeben wird, gemäß der Veränderung der Abgasströmungsgeschwindigkeit.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein Aufbau eines Reduktionsmittelzufuhrsystems 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 1 führt einem Abgas aus einer Maschine ein Reduktionsmittel zu. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 1 wird zum Reduzieren und Reinigen von Stickoxid (NOx) in dem Abgas verwendet. Eine wässrige Harnstofflösung wird beispielsweise als das Reduktionsmittel verwendet. NOx wird gereinigt, wenn Ammoniak (NH₃), das durch die Zersetzung von Harnstoff erzeugt wird, durch einen Katalysator 2 mit NOx reagiert, um harmlosen Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) zu erzeugen.
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 1 hat eine Zufuhrpumpe 5, ein Zugabeventil 7 und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 8. Die Zufuhrpumpe 5 saugt das Reduktionsmittel aus einem vorbestimmten Tank 4 und gibt das Reduktionsmittel ab. Das Zugabeventil 7 spritzt das Reduktionsmittel, das aus der Zufuhrpumpe 5 abgegeben wird, in ein Abgasrohr 6 ein. Die ECU 8 steuert die Zufuhrpumpe 5 und das Zugabeventil 7.
Ein bürstenloser Motor 11 dient beispielsweise als ein Aktuator der Zufuhrpumpe 5. Der bürstenlose Motor 11 hat einen Rotor, an dem ein Permanentmagnet angebracht ist, und einen Stator, um den eine Wicklung gewunden ist, und erzeugt ein Moment durch die Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld, das durch den Permanentmagneten erzeugt wird, und einem Strom, der durch die Wicklung läuft. Die ECU 8 ändert eine Drehzahl oder das Moment des bürstenlosen Motors 11, um eine Menge des zugeführten Reduktionsmittels und einen Ausstoßdruck des Reduktionsmittels zu betätigen, indem die Energetisierung der Wicklung gesteuert wird.
Das Zugabeventil 7 ist an dem Abgasrohr 6 angebracht, durch das Abgas strömt. Ein Endabschnitt 13 des Zugabeventils 7, der eine Einspritzöffnung aufweist, steht in einen Innenraumabschnitt des Abgasrohrs 6 vor. Das Reduktionsmittel wird von der Zufuhrpumpe 5 in das Zugabeventil 7 geleitet, um direkt in das Abgasrohr 6 eingespritzt zu werden. Das eingespritzte Reduktionsmittel wird mit Abgas vermischt und dann in den Katalysator 2 geleitet, um NOx wie vorstehend beschrieben zu reinigen.
Das Zugabeventil 7 hat eine Elektromagnetwicklung (nicht gezeigt), die einen Ventilkörper (nicht gezeigt) bei einer Energetisierung zu einer Ventilöffnungsseite hin anzieht. Die ECU 8 gibt ein gepulstes Steuersignal zu einem Antriebskreis (nicht gezeigt) aus, um die Elektromagnetwicklung unter Strom zu setzten, um einen Öffnungsgrad des Zugabeventils 7 in einer impulsartigen Weise zu ändern, damit eine Menge des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil 7 eingespritzt wird, im Allgemeinen mit einem Zielwert übereinstimmt.
Wie es in 2 gezeigt ist, ändert die ECU 8 den Ventilöffnungsgrad in einer gepulsten Weise zwischen einem Aus-Zustand, der angibt, dass das Zugabeventil 7 vollkommen geschlossen ist, und einem Ein-Zustand, der angibt, dass das Zugabeventil 7 verglichen mit dem vollkommen geschlossenen Zustand geöffnet ist. Folglich stimmt die Menge des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil 7 eingespritzt wird, im Allgemeinen mit dem Zielwert überein. Die ECU 8 steuert das Zugabeventil 7, um eine ausreichende Menge des Reduktionsmittels für die Abgasreinigung einzuspritzen, indem es ein Einschaltdauerverhältnis des Steuersignals gemäß dem Zielwert für die Einspritzmenge ändert.
Die ECU 8 ist ein allgemein bekannter Mikrocomputer, der eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) mit einer Steuerungsfunktion und einer Berechnungsfunktion, Speichereinheiten, wie beispielsweise einen Nur-Lese-Speicher (ROM) und einen Schreib-Lese-Speicher (RAM), eine Eingabeeinheit und eine Ausgabeeinheit aufweist. Die ECU befehligt Aktuatoren von verschiedenen Vorrichtungen, um die Vorrichtungen gemäß einem Betriebszustand der Maschine anzutreiben. Genauer gesagt dient die ECU 8 als eine Steuereinrichtung zum Steuern der Zufuhrpumpe 5 und des Zugabeventils 7.
Das Reduktionsmittelzuführsystem 1 hat einen Maschinendrehzahlsensor 15 und einen Beschleunigeröffnungssensor 16. Der Maschinendrehzahlsensor 15 dient als eine Maschinendrehzahlerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Drehzahl der Maschine. Der Beschleunigeröffnungssensor 16 dient als eine Beschleunigeröffnungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Beschleunigeröffnung. Die ECU 8 schätzt eine Strömungsgeschwindigkeit von Abgas durch Verwenden von Erfassungswerten, die von dem Maschinendrehzahlsensor 15 und dem Beschleunigeröffnungssensor 16 erhalten werden.
Entsprechend dem Schätzwert der Abgasströmungsgeschwindigkeit steuert die ECU 8 einen Druck des Reduktionsmittels, das von dem Zugabeventil 7 eingespritzt wird (das heißt, einen Abgabedruck des Reduktionsmittels aus der Zufuhrpumpe 5). Zum Beispiel, wie es in 3 gezeigt ist, speichert die ECU 8 einen Befehlswert des Abgabedrucks der Zufuhrpumpe 5, der dem geschätzten Wert der Abgasströmungsgeschwindigkeit entspricht, in der Form einer vorbestimmten linearen Funktion und erhöht den Befehlswert auf den Auslassdruck, wenn der geschätzte Wert zunimmt.
Wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit groß ist, wird ein Sprühnebel des Reduktionsmittels durch das Abgas weggetrieben und verteilt sich dadurch nicht ausreichend in einer radialen Richtung (4A). Folglich wird der Sprühnebel des Reduktionsmittels mit einer hohen Konzentration ungleichmäßig von einer Mittelachse des Abgasrohrs 6 zu einer Seite des Zugabeventils 7 hin ausgebildet. Infolgedessen wird der Katalysator 2 an der gegenüberliegenden Seite des Zugabeventils 7 nicht effektiv verwendet und deshalb wird die Menge von Ammoniak erhöht, das ohne die Reaktion abgegeben wird, und die Menge von Reduktionsmittel erhöht, das sich an einer Rohrwand auf der Seite des Zugabeventils 7 anhaftet.
Wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit gering ist, drückt der Sprühnebel des Reduktionsmittels das Abgas weg, um sich rasch in der radialen Richtung zu verteilen (4B). Folglich wird der Sprühnebel des Reduktionsmittels in hoher Konzentration ungleichmäßig von der Mittelachse des Abgasrohrs 6 zu der gegenüberliegenden Seite des Zugabeventils 7 hin ausgebildet. Infolgedessen wird der Katalysator 2 auf der Seite des Zugabeventils 7 nicht effektiv verwendet und deshalb wird die Menge von Ammoniak, das ohne die Reaktion abgegeben wird, und die Menge des an der Rohrwand auf der gegenüberliegenden Seite des Zugabeventils 7 anhaftenden Reduktionsmittels erhöht.
Die ECU 8 ändert den Abgabedruck der Zufuhrpumpe 5, um die Durchdringung des Sprühnebels aus dem Reduktionsmittel zu steuern, um den ungleichmäßigen Sprühnebel des Reduktionsmittels aufgrund der Änderung der Abgasströmungsgeschwindigkeit zu verändern (4C, 4D).
Die ECU 8 ändert den Anteil einer Dauer des Ein-Zustands zu einer Impulsdauer bezüglich des Grads einer Öffnung des Zugabeventils 7, indem sie den Abgabedruck der Zufuhrpumpe 5 gemäß der Änderung der Abgasströmungsgeschwindigkeit verändert. Wenn zum Beispiel der Zielwert für die Einspritzmenge vor und nach der Änderung der Abgasströmungsgeschwindigkeit nicht geändert wird und der Abgabedruck der Zufuhrpumpe 5 gemäß der Änderung der Abgasströmungsgeschwindigkeit erhöht wird, kann die Einspritzmenge des Reduktionsmittels im Allgemeinen mit dem Zielwert übereinstimmen, indem der vorstehende Anteil klein gemacht wird (2). Umgekehrt, wenn der Abgabedruck der Zufuhrpumpe 5 verringert wird, kann die Einspritzmenge des Reduktionsmittels im Allgemeinen mit dem Zielwert übereinstimmen, indem der vorstehende Anteil groß gemacht wird.
Gemäß dem Reduktionsmittelzufuhrsystem 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist das Zugabeventil 7 an dem Abgasrohr 6 angebracht, um das Reduktionsmittel, das von der Zufuhrpumpe 5 abgegeben wird, direkt in den inneren Abschnitt des Abgasrohrs 6 einzuspritzen. Die ECU 8 steuert den Abgabedruck der Zufuhrpumpe 5 gemäß der Abgasströmungsgeschwindigkeit.
Folglich, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit groß ist, wird der Sprühnebel des Reduktionsmittels in der radialen Richtung gegen eine Strömung des Abgases verteilt, indem der Druck des eingespritzten Reduktionsmittels erhöht wird, um die Durchdringung des Sprühnebels des Reduktionsmittels zu erhöhen. Umgekehrt, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit klein ist, wird das rasche Verteilen des Sprühnebels von dem Reduktionsmittel in der radialen Richtung begrenzt, indem der Druck des eingespritzten Reduktionsmittels verringert wird, um die Durchdringung des Sprühnebels von dem Reduktionsmittel zu verringern. Infolgedessen, selbst wenn sich die Abgasströmungsgeschwindigkeit ändert, wird die Änderung der Verteilung des Reduktionsmittels in dem Abgas begrenzt und dadurch wird die Abnahme bei der Effizienz der Reinigung des Abgases verhindert.
Die ECU variiert den Öffnungsgrad des Zugabeventils 7 in einer gepulsten Weise zwischen dem Aus-Zustand und dem Ein-Zustand, so dass die Menge des Reduktionsmittels, die durch das Zugabeventil 7 eingespritzt wird, im Allgemeinen mit dem Zielwert übereinstimmt. Genauer gesagt ändert die ECU 8 das Verhältnis von der Dauer des Ein-Zustands zu einer Impulsdauer, indem sie den Abgabedruck der Zufuhrpumpe 5 gemäß der Änderung der Abgasströmungsgeschwindigkeit verändert. Folglich, selbst wenn sich die Abgasströmungsgeschwindigkeit ändert und dadurch der Druck des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil 7 eingespritzt wird, geändert werden muss, kann die Einspritzmenge des Reduktionsmittels im Allgemeinen mit dem Zielwert übereinstimmen.
Die ECU 8 des ersten Ausführungsbeispiels setzt ein Zeitregulierungsverfahren ein, wobei die Einspritzmenge des Reduktionsmittels im Allgemeinen mit dem Zielwert übereinstimmt, indem sie das Einschaltdauerverhältnis des Steuersignals für einen Impuls mit langer Dauer ändert, um die Dauer des Ein-Zustands in Bezug auf den Grad einer Ventilöffnung zu steuern. Alternativ kann die ECU 8 ein Bereichsregulierungsverfahren einsetzten, wobei der Grad einer Ventilöffnung im Allgemeinen mit einem vorbestimmten Wert zwischen dem Ein-Zustand und dem Aus-Zustand übereinstimmt, indem ein Einschaltdauerverhältnis eines Steuersignals für einen Impuls mit kurzer Zeitdauer verändert wird, damit die Einspritzmenge des Reduktionsmittels im Allgemeinen mit dem Zielwert übereinstimmen kann.
Die ECU 8 schätzt die Abgasströmungsgeschwindigkeit durch Verwenden der Erfassungswerte, die von dem Maschinendrehzahlsensor 15 und dem Beschleunigeröffnungssensor 16 erhalten werden. Folglich werden durch Verwenden der existierenden Sensoren Faktoren erhalten, die benötigt werden, um die Abgasströmungsgeschwindigkeit zu schätzen. Daher ist es bei dem Reduktionsmittelzufuhrsystem 1 nicht erforderlich, das dieses einen neuen Sensor zum Erfassen der Abgasströmungsgeschwindigkeit aufweist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Wie es in 5 gezeigt ist, hat ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen Kompressor 18 als eine Luftzwangsfördereinrichtung zum Druckbeaufschlagen von Luft und zum Abgeben der Luft. Das Zugabeventil 7 wird zu einem Strömungsdurchgang 19 für Luft, die von dem Kompressor 18 abgegeben wird, zum Steuern der Zufuhr des Reduktionsmittels, das von einer Zufuhrpumpe 5 abgegeben wird, zu dem Strömungsdurchgang 19 geöffnet oder geschlossen. Des Weiteren hat das Reduktionsmittelzufuhrsystem 1 eine Düse 20 bei einem Endabschnitt des Strömungsdurchgangs 19. Die Düse 20 öffnet sich bei der Mitte eines inneren Abschnitts des Abgasrohrs 6 in einer Strömungsrichtung des Abgases. Das Reduktionsmittel, das durch das Zugabeventil 7 zugeführt wird und mit Luft vermischt wird, die von dem Kompressor 18 abgegeben wird, wird durch die Düse 20 in den Innenraumabschnitt des Abgasrohrs 6 eingespritzt.
Die ECU 8 steuert den Druck des Reduktionsmittels, das dem Strömungsdurchgang 19 durch das Zugabeventil 7 zugeführt wird, und den Druck von Luft, die von dem Kompressor 18 abgegeben wird, gemäß der Abgasströmungsgeschwindigkeit. Anders gesagt steuert die ECU 8 den Abgabedruck der Zufuhrpumpe 5 und den Abgabedruck des Kompressors 18 gemäß dem geschätzten Wert der Abgasströmungsgeschwindigkeit. Ähnlich zu 3 speichert die ECU 8 Befehlswerte der Abgabedrücke der Zufuhrpumpe 5 und des Kompressors 18, die dem geschätzten Wert der Abgasströmungsgeschwindigkeit entsprechen, jeweils in der Form einer vorbestimmten linearen Funktion. Die ECU 8 erhöht die Befehlswerte von den Abgabedrücken der Zufuhrpumpe 5 und des Kompressors 18, wenn der geschätzte Wert zunimmt.
Infolgedessen wird die Durchdringung des Sprühnebels von dem Reduktionsmittel durch das Abgas verstärkt oder abgeschwächt. Daher, selbst wenn sich die Abgasströmungsgeschwindigkeit ändert, wird die Ausbreitungsänderung des Reduktionsmittels in dem Abgas begrenzt und dadurch wird die Abnahme bei der Effizienz der Reinigung des Abgases verhindert.
Genauer gesagt, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit groß ist, wird der Sprühnebel des Reduktionsmittels durch das Abgas weggetrieben und verteilt sich deshalb nicht ausreichend in einer radialen Richtung des Abgasrohrs 6 (6A). Folglich wird der Sprühnebel des Reduktionsmittels in einer hohen Konzentration ungleichmäßig in der Nähe der Mittelachse des Abgasrohrs 6 ausgebildet. Infolgedessen wird ein Katalysator 2 an einer Außenumfangsseite in der Nähe einer Innenrohrwand des Abgasrohrs 6 nicht effektiv benutzt und dadurch wird das Ammoniak erhöht, das ohne die Reaktion abgegeben wird.
Wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit klein ist, drückt der Sprühnebel des Reduktionsmittels das Abgas weg, um sich rasch in der radialen Richtung zu verteilen (6B). Folglich wird das Reduktionsmittel erhöht, das an der Innenrohrwand vor einem Erreichen des Katalysators 2 anhaftet.
Die ECU 8 variiert den Abgabedruck der Zufuhrpumpe 5 und den Abgabedruck des Kompressors 18, um die Durchdringung des Sprühnebels des Reduktionsmittels zu steuern, um den ungleichmäßigen Sprühnebel des Reduktionsmittels aufgrund der Änderung der Abgasströmungsgeschwindigkeit zu verändern (6C, 6D).
(Abwandlungen)
Die ECU 8 gemäß dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel schätzt die Abgasströmungsgeschwindigkeit durch Verwenden der Erfassungswerte, die von den Maschinendrehzahlsensor 15 und dem Beschleunigeröffnungssensor 16 erhalten werden. Alternativ kann die Abgasströmungsgeschwindigkeit durch Vorsehen eines Sensors ausschließlich zum Erfassen der Abgasströmungsgeschwindigkeit in dem Abgasrohr 6 direkt erfasst werden.
Die ECU 8 des zweiten Ausführungsbeispiels variiert sowohl den Abgabedruck der Zufuhrpumpe 5, als auch den Abgabedruck des Kompressors 18 gemäß der Abgasströmungsgeschwindigkeit. Außerdem kann die Durchdringung des Sprühnebels von dem Reduktionsmittel gesteuert werden, indem einer von dem Abgabedruck der Zufuhrpumpe 5 und dem Abgabedruck des Kompressors 18 variiert wird.
Zusätzliche Vorteile und Abwandlungen werden Fachleuten leicht offensichtlich werden. Die Erfindung in ihren breiteren Ausrücken ist deshalb nicht auf die speziellen Details, das darstellende Gerät und die darstellenden Beispiele, die gezeigt und beschrieben sind, beschränkt.
Das Reduktionsmittelzufuhrsystem führt ein Reduktionsmittel, das in einem vorbestimmten Tank (4) gespeichert ist, einem Abgas zu, das durch ein Abgasrohr (6) aus einer Maschine strömt. Das System hat eine Zufuhrpumpe (5), ein Zugabeventil (7) und eine Steuervorrichtung (8). Die Zufuhrpumpe (5) saugt das Reduktionsmittel aus dem Tank (4) und gibt dann das Reduktionsmittel ab. Das Zugabeventil (7) ist an dem Abgasrohr (6) angebracht und spritzt das Reduktionsmittel, das durch die Zufuhrpumpe (5) abgegeben wird, in einen inneren Abschnitt des Abgasrohrs (6) ein. Die Steuervorrichtung (8) steuert einen Druck des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil (7) einspritzt wird, gemäß einer Änderung einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases.

Claims

Reduktionsmittelzufuhrsystem zum Zuführen eines Reduktionsmittels, das in einem vorbestimmten Tank (4) gespeichert ist, zu einem Abgas, das durch ein Abgasrohr (6) aus einer Maschine strömt, wobei das System Folgendes aufweist: eine Zufuhrpumpe (5), die das Reduktionsmittel aus dem Tank (4) saugt und dann das Reduktionsmittel abgibt; ein Zugabeventil (7), das an dem Abgasrohr (6) angebracht ist und das Reduktionsmittel, das durch die Zufuhrpumpe (5) abgegeben wird, in einen inneren Abschnitt des Abgasrohrs (6) einspritzt; und eine Steuereinrichtung (8) zum Steuern eines Drucks des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil (7) eingespritzt wird, gemäß einer Änderung einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) einen Öffnungsgrad des Zugabeventils (7) in einer gepulsten Weise zwischen einem Aus-Zustand, der angibt, dass das Zugabeventil (7) vollkommen geschlossen ist, und einem An-Zustand ändert, der angibt, dass das Zugabeventil (7) relativ zu dem Aus-Zustand geöffnet ist, so dass eine Menge des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil (7) eingespritzt wird, im Allgemeinen mit einem Zielwert übereinstimmt; und die Steuereinrichtung (8) ein Verhältnis einer Dauer des An-Zustands zu einer Impulsdauer ändert, indem diese den Druck des Reduktionsmittels, der durch das Zugabeventil (7) eingespritzt wird, entsprechend der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases verändert die Steuereinrichtung (8) den Druck des eingespritzten Reduktionsmittels erhöht, um eine Durchdringung eines Sprühnebels des Reduktionsmittels zu erhöhen, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit groß ist, und die Steuereinrichtung (8) den Druck des eingespritzten Reduktionsmittels verringert, um eine Durchdringung eines Sprühnebels des Reduktionsmittels zu verringern, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit klein ist.
Reduktionsmittelzufuhrsystem gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung (8) den Druck des durch das Zugabeventil (7) eingespritzten Reduktionsmittels ändert, indem es eine Menge des Reduktionsmittels ändert, das dem Zugabeventil (7) durch die Zufuhrpumpe (5) zugeführt wird.
Reduktionsmittelzufuhrsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei: die Steuereinrichtung (8) den Anteil der Dauer des An-Zustands klein macht, wenn der Druck des durch das Zugabeventil (7) eingespritzten Reduktionsmittels erhöht wird, und die Steuereinrichtung (8) den Anteil der Dauer des An-Zustands groß macht, wenn der Druck des durch das Zugabeventil (7) eingespritzten Reduktionsmittels verringert wird.
Reduktionsmittelzufuhrsystem zum Zuführen eines Reduktionsmittels, das in einem vorbestimmten Tank (4) gespeichert ist, zu einem Abgas, das durch ein Abgasrohr (6) aus einer Maschine strömt, wobei das System Folgendes aufweist: eine Zufuhrpumpe (5), die das Reduktionsmittel aus dem Tank (4) saugt und dann das Reduktionsmittel abgibt; eine Luftzwangsfördereinrichtung (18) zum Druckbeaufschlagen von Luft und anschließenden Abgeben der Luft; einen Strömungsdurchgang (19), durch den die durch die Luftzwangsfördereinrichtung (18) abgegebene Luft strömt, wobei das Reduktionsmittel, das durch die Zufuhrpumpe (5) abgegeben wird, zu dem Strömungsdurchgang (19) zugeführt wird; ein Zugabeventil (7), das zu dem Strömungsdurchgang (19) hin offen oder geschlossen ist und die Zufuhr des Reduktionsmittels, das durch die Zufuhrpumpe (5) abgegeben wird, zu dem Strömungsdurchgang (19) steuert; eine Düse (20), die sich zu einem inneren Abschnitt des Abgasrohrs (6) öffnet, wobei das Reduktionsmittel, das durch das Zugabeventil (7) zugeführt wird und dann mit der durch den Strömungsdurchgang (19) strömenden Luft vermischt wird, durch die Düse (20) in den inneren Abschnitt des Abgasrohrs (6) eingespritzt wird; und eine Steuereinrichtung (8) zum Steuern von zumindest einem von den folgenden Drücken entsprechend einer Änderung einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases: einem Druck des Reduktionsmittels, das dem Strömungsdurchgang (19) durch das Zugabeventil (7) zugeführt wird; und einem Druck der Luft, die durch die Luftzwangsfördereinrichtung (18) abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (8) einen Öffnungsgrad des Zugabeventils (7) in einer gepulsten Weise zwischen einem Aus-Zustand, der angibt, dass das Zugabeventil (7) vollkommen geschlossen ist, und einem An-Zustand ändert, der angibt, dass das Zugabeventil (7) relativ zu dem Aus-Zustand geöffnet ist, so dass eine Menge des Reduktionsmittels, das durch das Zugabeventil (7) eingespritzt wird, im Allgemeinen mit einem Zielwert übereinstimmt; und die Steuereinrichtung (8) ein Verhältnis einer Dauer des An-Zustands zu einer Impulsdauer ändert, indem diese den Druck des Reduktionsmittels, der durch das Zugabeventil (7) eingespritzt wird, entsprechend der Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases verändert die Steuereinrichtung (8) den Druck des eingespritzten Reduktionsmittels erhöht, um eine Durchdringung eines Sprühnebels des Reduktionsmittels zu erhöhen, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit groß ist, und die Steuereinrichtung (8) den Druck des eingespritzten Reduktionsmittels verringert, um eine Durchdringung eines Sprühnebels des Reduktionsmittels zu verringern, wenn die Abgasströmungsgeschwindigkeit klein ist.
Reduktionsmittelzufuhrsystem gemäß Anspruch 4, wobei: die Steuereinrichtung (8) den Anteil der Dauer des An-Zustands klein macht, wenn der Druck des durch das Zugabeventil (7) eingespritzten Reduktionsmittels erhöht wird, und die Steuereinrichtung (8) den Anteil der Dauer des An-Zustands groß macht, wenn der Druck des durch das Zugabeventil (7) eingespritzten Reduktionsmittels verringert wird.
Reduktionsmittelzufuhrsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner Folgendes aufweist: eine Maschinendrehzahlerfassungseinrichtung (15) zum Erfassen einer Maschinendrehzahl; und eine Beschleunigeröffnungserfassungseinrichtung (16) zum Erfassen einer Beschleunigeröffnung, wobei die Steuereinrichtung (8) die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch Verwenden von Erfassungswerten schätzt, die von der Maschinendrehzahlerfassungseinrichtung (15) und der Beschleunigeröffnungserfassungseinrichtung (16) erhalten werden.