DE102004014453A1

DE102004014453A1 - Abgasreinigungssystem und Abgasreinigungsverfahren

Info

Publication number: DE102004014453A1
Application number: DE102004014453A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Hiranuma; Yoshinaka Takeda; Toru Kawatani; Reiko Doumeki
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2004-12-30
Also published as: CN1532381A; US20040244366A1; KR20040084649A; CN1325774C; KR100639722B1; US7013638B2; JP2004293339A

Abstract

Bei der Regeneration eines Filters (8) werden eine erste zusätzliche Kraftstoffeinspritzung, welche eine zusätzliche Einspritzung von Kraftstoff in einen Zylinder nach einer Haupteinspritzung in einen Motor (2) zum Anheben der Temperatur eines Oxidationskatalysators (6) umfaßt, und eine zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzung, die eine Kraftstoffeinspritzung nach der ersten zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung zum Beliefern des Oxidationskatalysators (6) mit Kraftstoff umfaßt, eine zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge gemäß einer Motordrehzahl und einer Motorbelastung eingestellt und gemäß einer Auslaßtemperatur des Oxidationskatalysators (6) verändert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem und ein Abgasreinigungsverfahren, welche beide besonders zur Anwendung in einem Dieselmotor geeignet sind.
Bisher war eine Technik bekannt, bei welcher ein Oxidationskatalysator und ein Partikelfilter (hierin nachstehend einfach als "Filter" bezeichnet) in einem Abgaskanal eines Dieselmotors angeordnet sind, welche es ermöglichen, daß in einem Abgas enthaltenes Partikelmaterial (PM) auf dem Filter abgeschieden und das so auf dem Filter abgeschiedene PM verbrannt wird, um das Filter kontinuierlich zu regenerieren.
In dem wie vorstehend aufgebauten Abgasreinigungssystem wird in Abgas enthaltenes NO in dem Oxidationskatalysator oxidiert, um NO₂ zu erzeugen, dann das NO₂ und das PM auf dem Filter zu einer Reaktion miteinander gebracht, was eine Verbrennung des PM (Oxidation) ermöglicht, um das Filter kontinuierlich zu regenerieren. NO₂ zeigt eine gute Funktion als ein Oxidationsmittel im Vergleich zu NO, was eine Oxidation des PM mit einer relativ niedrigen Aktivierungsenergie ermöglicht (d.h., eine Verbrennung des PM bei relativ niedriger Temperatur ermöglicht).
In einem bestimmten Betriebszustand eines Motors gibt es einen Fall, in welchem die Abgastemperatur nicht auf eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators ansteigt, so daß NO nicht oxidiert wird, und somit keine kontinuierliche Regeneration des Filters ausgeführt wird. In einem solchen Falle ist es erforderlich, eine sich von der kontinuierlichen Regeneration unterscheidende Zwangsregeneration durchzuführen.

Als ein Verfahren zur Zwangsregeneration ist ein Verfahren bekannt, in welchem eine Wärmequelle, wie z.B. eine elektrische Heizvorrichtung, an dem Filter befestigt ist, und ein elektrischer Strom an die Heizvorrichtung geliefert wird, was ein Verbrennen des PM ermöglicht, oder ein Verfahren, in welchem Kraftstoff (HC) dem Oxidationskatalysator zugeführt wird und eine Oxidationsreaktion in dem Oxidationskatalysator ausführen darf, wodurch die Temperatur des Filters durch die Reaktionswärme erhöht wird, um eine Verbrennung des PM zu bewirken (siehe beispielsweise Japanische Patentoffenlegung Nr. HO7(1995)-259533).

Insbesondere wird gemäß der in der vorstehenden Literatur beschriebenen Technik, wenn die Temperatur eines Filters (eines Filters mit Katalysator) nicht höher als eine Aktivierungstemperatur (z. B. 250°C) des Katalysators ist, zusätzlicher Kraftstoff (erster zusätzlicher Kraftstoff) in einer Menge proportional zu der Filtertemperatur eingespritzt. Der Einspritzzeitpunkt dieses zusätzlichen Kraftstoffs ist relativ früher als ein Endstadium des Expansionshubs. Durch Einspritzen des Kraftstoffs zu einem derartigen Zeitpunkt werden der zusätzliche Kraftstoff und ein heißes Verbrennungsgas innerhalb des Zylinders miteinander gemischt, so daß der zusätzliche Kraftstoff in dem Einlaßanschluß und in dem Abgaskanal brennt, und die Abgastemperatur ansteigt.

Als eine Folge des dem Katalysator zugeführten heißen Abgases steigt die Katalysatortemperatur an, und wenn die Katalysatortemperatur auf ihre Aktivierungstemperatur einsteigt, wird ferner ein zusätzlicher Kraftstoff (zweiter zusätzlicher Kraftstoff) zusätzlich in den Expansionshub zusätzlich zu dem vorstehend beschriebenen ersten zusätzlichen Kraftstoff eingespritzt. Der zweite zusätzliche in den Expansionshub eingespritzte Kraftstoff erreicht den Katalysator, ohne in dem Zylinder und dem Auslaßanschluß zu brennen, und wird in dem Katalysator verbrannt, dessen Temperatur die Aktivierungstemperatur erreicht hat. Demzufolge wird das abstromseitig von dem Katalysator angeordnete Filter auf eine Temperatur aufgeheizt, welche die Oxidation von PM ermöglicht, wodurch die Verbrennung von PM (Regeneration des Filters) ausgeführt wird.

Gemäß der in der vorstehenden Literatur offenbarten Technik wird die Menge des einzuspritzenden ersten zusätzlichen Kraftstoffes abhängig von der Filtertemperatur verändert, wobei es jedoch mit einem derartigen Verfahren schwierig ist, die Filtertemperatur stabil in dem Temperaturbereich (600°C und darüber) zu halten, in welchem das PM am besten brennt.

D.h., gemäß der in der vorstehend erwähnten Literatur offenbarten Technik wird die Menge des einzuspritzenden ersten Kraftstoffs abhängig von der Filtertemperatur für den Zweck der Beibehaltung der Katalysatortemperatur bei seiner Aktivierungstemperatur verändert, aber, sobald die Katalysatortemperatur die Aktivierungstemperatur erreicht, die Menge des zweiten zusätzlichen Kraftstoffs auf eine vorbestimmte Menge eingestellt. Es ist die zweite zusätzliche Kraftstoffmenge, welche einen großen Einfluß auf die Filtertemperatur ausübt, wobei es aber gemäß dem der in der vorstehenden Patentliteratur offenbarten Technik nicht möglich ist, die Filtertemperatur zu steuern, da die zweite zusätzliche Kraftstoffmenge konstant eingestellt ist. Wenn die Filtertemperatur zu hoch ist, verbrennt das PM in kurzer Zeit, und die Filtertemperatur erreicht eine noch höhere Temperatur mit der daraus folgenden Wahrscheinlichkeit eines Schmelzens des Filters, wäh rend eine zu niedrige Temperatur zu einer fehlerhaften Regeneration führt.

Es kann effektiv sein, die zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge abhängig von der Motordrehzahl und der Motorbelastung zu steuern, wobei es jedoch auch mit diesem Verfahren nicht möglich ist, die Filtertemperatur auf eine optimale Temperatur zu steuern.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehenden Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Abgasreinigungssystem bereitzustellen, welches die Stabilhaltung der Temperatur des Filters während einer Zwangsregeneration des Filters ermöglicht.

Demzufolge weist ein Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen in einem Abgaskanal eines Motors angeordneten Oxidationskatalysator, einen in dem Abgaskanal an einer Position abstromseitig von dem Oxidationskatalysator angeordneten Filter zum Sammeln von in dem Abgas enthaltenen Partikelmaterial, eine erste Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung, welche einen ersten zusätzlichen Kraftstoff in einen Zylinder während einer Zwangsregeneration des Filters und nach einer Hauptkraftstoffeinspritzung in dem Motor einspritzt, eine zweite Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung, welche einen zweiten zusätzlichen Kraftstoff dem Oxidationskatalysator nach einem Anstieg in der Temperatur des Oxidationskatalysators auf eine Aktivierungstemperatur des Katalysators und nach der Einspritzung des ersten zusätzlichen Kraftstoffs zuführt, eine Temperatur-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Auslaßtemperatur, des Oxidationskatalysators, eine Motordrehzahl-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Motordrehzahl des Motors, eine Belastungs-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Belastung des Motors, und eine zweite Zusatzkraftstoffzuführungsmengen-Einstelleinrichtung, welche eine Zuführungsmenge des zweiten zusätzlichen Kraftstoffes abhängig von der Motordrehzahl-Detektionseinrichtung und der Belastungs-Detektionseinrichtung gelieferter Information steuert und welche die zweite zusätzliche Kraftstoffzuführungsmenge gemäß einer von der Temperatur-Detektionseinrichtung gelieferten Information verändert.

Die zweite Zusatzkraftstoffzuführungsmengen-Einstelleinrichtung kann so aufgebaut sein, daß sie ein erstes Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld, in welchem eine Kraftstoffzuführungsmenge eingestellt ist, ein zweites Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld, in welchem eine kleinere Kraftstoffzuführungsmenge als in dem ersten Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld eingestellt ist, und eine Umschalteinrichtung enthält, welche, wenn die Oxidationskatalysator-Auslaßtemperatur niedriger ist als ein vorbestimmter Wert geworden ist, das erste Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld als ein Kennfeld für die Einstellung der zweiten zusätzlichen Kraftstoffzuführungsmenge festlegt, und welche, wenn die Oxidationskatalysatorauslaßtemperatur einen Wert nicht kleiner als den vorbestimmten Wert angenommen hat, eine Umschaltung von dem ersten Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld auf das zweite Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld ausführt.

Bevorzugt ist das erste Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld ein Inkrement-Kennfeld, in welchem die Kraftstoffzuführungsmenge des in den Zylinder einzuspritzenden zweiten zusätzlichen Kraftstoffs den Kraftstoff relativ groß eingestellt ist, und das zweite Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld ist ein Dekrement-Kennfeld, in welchem die zweite zusätzliche Kraftstoffzuführungsmenge relativ klein eingestellt ist.

Die zweite Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung kann so aufgebaut sein, daß sie Kraftstoff in den Zylinder ein spritzt, um den Oxidationskatalysator mit Kraftstoff zu versorgen.

Die zweite Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung kann so aufgebaut sein, daß sie Kraftstoff in den Abgaskanal einspritzt, um den Kraftstoff dem Oxidationskatalysator zuzuführen.

Bevorzugt ist das erste Kraftstoffeinspritzmengen-Kennfeld ein Inkrement-Kennfeld, in welchem die Menge des in den Abgaskanal einzuspritzenden zweiten zusätzlichen Kraftstoffs den Kraftstoff relativ groß eingestellt ist, und das zweite Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld ist ein Dekrement-Kennfeld, in welchem die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge relativ klein eingestellt ist.

Die zweite Zusatzkraftstoffzuführungsmengen-Einstelleinrichtung kann so aufgebaut sein, daß sie ein Grundkennfeld enthält, in welchem eine Grundzusatzkraftstoffzuführungsmenge gespeichert ist, und eine Korrektureinrichtung, welche abhängig von der Oxidationskatalysator-Auslaßtempertur die aus dem Grundkennfeld erhaltene Kraftstoffzuführungsmenge korrigiert, wobei die durch die Korrektureinrichtung korrigierte Kraftstoffzuführungsmenge als die zweite zusätzliche Kraftstoffzuführungsmenge eingestellt ist.

Die zweite Zusatzkraftstoffzuführungsmengen-Einstelleinrichtung kann so aufgebaut sein, daß sie ein erstes Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld aufweist, in welchem die Kraftstoffzuführungsmenge eher groß eingestellt ist, ein zweites Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld, in welchem die Kraftstoffzuführungsmenge kleiner als in dem ersten Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld eingestellt ist, ein drittes Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge noch größer als in dem ersten Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld eingestellt ist, und eine Umschalteinrichtung, welche das dritte Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld auswählt, wenn die Oxidationskatalysatorauslaßtemperatur niedriger als ein erster vorbestimmter Wert ist, das erste Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld auswählt, wenn die Oxidationskatalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als der erste vorbestimmte Wert und niedriger als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, und das zweite Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld wählt, wenn die Oxidationskatalysatorauslaßtemperatur einen Wert nicht niedriger als der zweite vorbestimmte Wert annimmt.

Bevorzugt weist das Abgasreinigungssystem ferner eine Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung auf, welche ermittelt, ob eine Zwangsregeneration des Filters gestartet werden soll oder nicht.

Bevorzugt besitzt die Zwangsregenerationstart-Ermittlungseinrichtung eine Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung zum Schätzen oder Berechnen einer Abscheidungsmenge eines auf dem Filter abgeschiedenen Partikelmaterials, und wenn die durch die Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung geschätzte oder berechnete Abscheidungsmenge einen Wert nicht kleiner als einen vorbestimmten Wert annimmt, wird der Start der Zwangsregeneration des Filters durch die Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung bestimmt.

Bevorzugt weist das Abgasreinigungssystem ferner eine Absolutdruck-Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Absolutdruckes auf einer Einlaßseite des Filters und eine Differenzdruck-Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Differenzdruckes zwischen einem einlaßseitigen Druck und einem auslaßseitigen Druck des Filters auf, und die Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung schätzt oder berechnet die Abscheidungsmenge des Partikelmaterials auf der Basis sowohl von der Absolutdruck-Detektionseinrichtung, als auch der Differenzdruck-Detektionseinrichtung gelieferter Information.

Bevorzugt weist das Abgasreinigungssystem ferner eine Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung zum Detektieren oder Berechnen eines Massenstromdurchsatzes von dem Filter zugeführten Sauerstoff, und eine Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung auf, um ein Regenerationsende des Filters abhängig von von der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung gelieferter Information und nach der Ankunft eines integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes bei einem vorbestimmten Wert während einer Zwangsregeneration des Filters zu ermitteln.

Das Abgasreinigungssystem kann ferner eine Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln eines Regenerationsendes des Filters nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit von dem Start der Zwangsregeneration an enthalten.

Bevorzugt ist der Motor ein Dieselmotor.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein Abgasreinigungsverfahren unter Verwendung eines in einem Abgaskanal eines Motors und eines in dem Abgaskanal an einer Position abstromseitig von dem Oxidationskatalysator angeordneten Filters bereitgestellt, um ein in Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu sammeln, und wobei ein erster zusätzlicher Kraftstoff in den Zylinder während einer Zwangsregeneration des Filters und einer Haupteinspritzung in den Motor eingespritzt wird, und ein zweiter zusätzlicher Kraftstoff dem Oxidationskatalysator nach einem Anstieg in der Temperatur des Katalysators auf eine Aktivierungstemperatur des Katalysators und nach der Einspritzung des ersten zusätzlichen Kraftstoffs zugeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Detektieren einer Auslaßtemperatur des Oxidationskatalysators, einer Motordrehzahl des Motors und einer Belastung des Motors, und Einstellen einer Zuführungsmenge des zweiten zusätzlichen Kraftstoffs auf der Basis der Motordrehzahl und der Belastung und Verändern der zweiten zusätzlichen Kraftstoffzuführungsmenge auf der Basis der Auslaßtemperatur des Oxidationskatalysators.

Das Abgasreinigungsverfahren kann so aufgebaut sein, daß der zweite zusätzliche Kraftstoff in den Zylinder des Motors eingespritzt wird, oder in den Abgaskanal des Motors eingespritzt wird.

Bevorzugt weist das Abgasreinigungsverfahren ferner einen Schritt der Ermittlung auf, ob ein integrierter Wert eines Sauerstoffmassenstromdurchsatzes von dem Zeitpunkt der Ankunft der Temperatur des Filters bei einer vorbestimmten Temperatur während der Ausführung der Zwangsregeneration einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht.

Bevorzugt weist das Abgasreinigungsverfahren ferner einen Schritt der Beendigung der Zwangsregeneration nach der Ankunft des integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes bei einem vorbestimmten Wert auf.

Somit können gemäß der vorliegenden Erfindung die nachstehenden Auswirkungen erzielt werden.

Durch die Ausführung einer einfachen Rückkopplungssteuerung ist es möglich, die Filtertemperatur unabhängig von einem Motorbetriebszustand und der Atmosphärentemperatur zu halten, und somit ergibt sich ein Vorteil in der Weise, daß es nicht nur möglich ist, eine Schmelzung des Filters zu verhindern, sondern daß es auch möglich ist, PM effizient brennen zu lassen. Außerdem kann nach dem Start der Zwangsregeneration die Filtertemperatur rasch auf eine Solltemperatur angehoben werden.

Da die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge durch Umschalten von einem auf ein anderes Kennfeld von mehreren Kennfeldern verändert wird, ist die Steuerlogik sehr einfach und es kann die Zuverlässigkeit der Steuerung verbessert werden.

Ferner wird, wenn ein integrierter Wert eines Sauerstoffmassenstromdurchsatzes von dem Zeitpunkt der Ankunft der Filtertemperatur bei einer vorbestimmten Temperatur einen vorbestimmten Wert erreicht hat, die Zwangsregeneration des Filters beendet, wodurch sich ein Vorteil ergibt, daß das Regenerationsende des Filters mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann.
1 ist eine schematische Darstellung, die den Gesamtaufbau eines Abgasreinigungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist eine schematische Darstellung, welche den Aufbau eines Hauptabschnittes des Abgasreinigungssystems darstellt;
3A und 3B stellen zusätzliche Kraftstoffeinspritzzeitpunkte in dem Abgasreinigungssystem dar;
4 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern des Betriebs des Abgasreinigungssystems;
5 stellt den Betrieb des Abgasreinigungssystems dar, in welchem die Kennlinien der Katalysatorauslaßtemperatur und der Filtertemperatur dargestellt sind; und
6 ist eine schematische Darstellung, die eine Modifikation des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Abgasreinigungssystem gemäß einer Ausführungsform einer vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen 1 eine schematische Darstellung ist, die einen Gesamtaufbau des Ab gasreinigungssystems darstellt. In dieser Ausführungsform ist ein Motor 2 ein Dieselmotor, welcher Dieselöl (HC) als Kraftstoff verwendet. Der Motor ist mit einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem ausgestattet, in welchem Kraftstoff zunächst in einer Hochdruckspeicherkammer (Common-Rail 2a), welche für alle Zylinder gemeinsam ist, gespeichert und dann eingespritzt wird.
In einem Abgaskanal 4 des Motors 2 ist ein Oxidationskatalysator (hierin nachstehend einfach als "Katalysator" bezeichnet) 6, und ein Dieselpartikelfilter (hierin nachstehend einfach als "Filter" bezeichnet) 8 in dieser Reihenfolge von einer Anstromseite eines Abgasstroms aus angeordnet. Ferner ist ein Turbolader 3 in dem Abgaskanal 4 angeordnet, und ein Zwischenkühler 5 ist in dem Ansaugkanal 7 angeordnet.
Obwohl es nicht im Detail dargestellt ist, ist das gesamte Filter 8 aus einem porösen Material aufgebaut und das Filter 8 weist erste Kanäle 8a auf, welche anstromseitig geöffnet und abstromseitig geschlossen sind, und zweite Kanäle 8b, welche anstromseitig geschlossen und abstromseitig geöffnet sind, wobei die ersten und zweiten Kanäle 8a und 8b in einer abwechselnd nebeneinander liegenden Weise angeordnet sind. Gemäß dieser Anordnung strömt in das Filter 8 eingeführtes Gas aus den ersten Kanälen 8a durch poröse Wandabschnitte hindurch zu den zweiten Kanälen 8b. Zu diesem Zeitpunkt wird in dem Abgas enthaltenes PM (ein hauptsächlich aus Kohlenstoff C bestehendes Partikelmaterial) in den Wandabschnitten gesammelt.
Der Oxidationskatalysator 6 zeigt dieselbe Funktion wie der vorstehend in Verbindung mit dem Stand der Technik beschriebene. Während der normalen Fahrt des betroffenen Fahrzeugs wird in dem Abgas enthaltendes NO in dem Oxidationskatalysator 6 zu NO₂ oxidiert, welches dann als ein Oxidations mittel den Filter 8 zugeführt wird. In dem Filter 8 reagiert das NO₂ mit dem PM, so daß das PM brennt und das Filter 8 kontinuierlich regeneriert wird.
Zwischen dem Katalysator 6 und dem Filter 8 sind ein Temperatursensor (Temperatur-Detektionseinrichtung) 10 zum Detektieren einer Auslaßtemperatur des Katalysators 6 und einer Einlaßtemperatur des Filters 8, und ein Drucksensor (Absolutdruck-Detektionseinrichtung) 12 zum Detektieren eines Absolutdruckes angeordnet. In dem Filter 8 ist ein Differenzdrucksensor (Differenzdruck-Detektionseinrichtung) 14 zum Detektieren eines Differenzdruckes zwischen einem anstromseitigen Druck und einem abstromseitigen Druck in dem Filter 8 vorgesehen. Ferner ist anstromseitig von dem Einlaßkanal 7 ein Luftstromdurchsatzsensor (AFS) 15 zum Detektieren des Durchsatzes von Ansaugluft angeordnet.
Obwohl in dieser Ausführungsform der Drucksensor 12 und der Differenzdrucksensor 14 jeweils unabhängig angeordnet sind, können Absolutdruck-Detektionssensoren jeweils anstromseitig und abstromseitig von dem Filter 8 angeordnet sein, was diesen ermöglicht, die Funktionen des Drucksensors 12 und des Differenzdrucksensors 14 zu erfüllen. D.h., der in Frage kommende Abschnitt kann so aufgebaut sein, daß ein in den anstromseitigen Sensor erhaltener detektierter Wert als ein Differenzdruck detektiert wird, und ein Differenzdruck aus den in den anstromseitigen und abstromseitigen Sensoren erhaltenen Werten berechnet wird.
Die Sensoren 10, 12, 14 und 15 sind mit einer ECU 16 als einer Steuereinrichtung verbunden. Die ECU 16 weist eine Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung, Speicher (ROM, RAM, nichtflüchtigen Speicher), eine arithmetische Einheit (CPU) und einen Zeitgeberzähler auf. Eine synthetische Steuerung für den Motor 1 wird von der ECU 16 ausgeführt.
Gemäß Darstellung in 2 sind an einer Eingangsseite der ECU 16 ein Motordrehzahlsensor (Motordrehzahl-Detektionseinrichtung) 18 zum Detektieren einer Motordrehzahl Ne des Motors 2 und ein Gaspedalpositionssensor 20 zum Detektieren einer Gaspedalposition, zusätzlich zu den Sensoren 10, 12 und 14 angeordnet.
Mit einer Ausgangsseite der ECU 16 sind verschiedene Ausgabevorrichtungen, die eine Einspritzeinrichtung (Kraftstoffeinspritzventil) 22 und ein in 1 dargestelltes EGR-Ventil 2b umfassen, verbunden, und von der ECU 16 gelieferte Steuersignale werden in diese Ausgabevorrichtungen eingegeben.
Innerhalb der ECU 16 sind gemäß Darstellung in 2 eine Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24, eine Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26, eine erste Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung 29, eine zweite Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung 31, und eine Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 32 vorgesehen. In dieser Ausführungsform wird eine Filterregenerationseinrichtung 38 von den ersten und zweiten Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtungen 29, 31 aufgebaut.
In der ersten Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung 29 ist eine erste Zusatzkraftstoffmengen-Einstelleinrichtung 28 vorgesehen, während in der zweiten Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung 31 eine zweite Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 vorgesehen ist.
Die Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 dient zum Einstellen einer Kraftstoffeinspritzmenge (Haupteinspritzmenge) q_main im normalen Fahrzustand des Fahrzeugs. Innerhalb der Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 ist ein dreidimensionales Kennfeld unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und der Gaspedalposition Acc als Parame tern gespeichert. In der Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 wird eine Haupteinspritzmenge, q_main, gemäß einer von dem Motordrehzahlsensor 18 und dem Gaspedalpositionssensor 20 gelieferten Information eingestellt. In den Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem wird die Kraftstoffeinspritzmenge abhängig von der Betriebszeit der Einspritzvorrichtung 22 gesteuert, während in der Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 die Betriebszeit der Einspritzvorrichtung 22 so eingestellt wird, daß sie die eingestellte Kraftstoffeinspritzmenge ergibt.
Die Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26 ermittelt, ob eine Zwangsregeneration des Filters 8 gestartet werden soll oder nicht. In der Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26 ist eine PM-Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung 27 zum Schätzen (oder Berechnen) einer PM-Abscheidungsmenge gemäß einer von dem Drucksensor 12 und dem Differentialdrucksensor 14 gelieferten Information vorgesehen. Wenn die von der PM-Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung 27 geschätzte PM-Abscheidungsmenge einen vorbestimmten Wert oder einen größeren Wert erreicht hat, ermittelt die Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26, daß das Filter 8 verstopft ist, ohne daß es gleichzeitig kontinuierlich regeneriert wird, und bestimmt, daß eine Zwangsregeneration des Filters 8 gestartet werden muß.
Insbesondere steigt in einem Betriebszustand (hauptsächlich bei einem Betrieb bei niedriger Drehzahl und niedriger Belastung), bei der die Abgastemperatur in dem Motor 2 niedrig ist, die Abgastemperatur nicht auf eine Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators an, und somit wird NO nicht oxidiert, weshalb keine kontinuierliche Regeneration des Filters 8 ausgeführt werden kann. In diesem Falle wird zuviel PM auf dem Filter 8 abgeschieden, was zu einem Ver stopfen des Filters führt. Angesichts dieses Punktes, ermittelt die Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26 den Start der Zwangsregeneration des Filters 8 abhängig von einer Druckinformation aus dem Filter. Was das PM-Abscheidungsmengen-Schätzverfahren betrifft, wird dessen detaillierte Beschreibung hier unterlassen, da bereits verschiedene Verfahren bekannt sind.
Gemäß dem in dieser Ausführungsform angewendeten Zwangsregenerationsverfahren, wird zuerst das Abgas mit einer hohen Temperatur direkt dem Katalysator 6 zugeführt, was ein Ansteigen der Katalysatortemperatur auf dessen Aktivierungstemperatur (z.B. 250°C) bewirkt, worauf dann Kraftstoff dem Katalysator 6 zugeführt wird, was dem Kraftstoff eine Ausführung einer Oxidationsreaktion ermöglicht, und die Filtertemperatur durch die Reaktionswärme angehoben wird, um das PM zu verbrennen.
Wenn eine Zwangsregeneration durch die Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung 26 gestartet ist, wird gemäß Darstellung in 3A zuerst in einem Expansionshub ein zusätzlicher Kraftstoff (erster zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt, und die sich aus der Verbrennung dieses zusätzlichen Kraftstoffs ergebende Wärme wird zum Anheben der Temperatur des Katalysators 6 genutzt. Die erste Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 28 stellt eine erste zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q₁ gemäß einem Betriebszustand des Motors 2 und einer von dem Temperatursensor 10 detektierten Katalysatorauslaßtemperatur ein. Während der Katalysatoraufheizsteuerung werden auch eine Verzögerung des Hauptkraftstoffeinspritzzeitpunktes und eine Einlaßdrosselung zusätzlich zu der ersten zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung durchgeführt.
Gemäß Darstellung in 3a befindet sich der erste Zusatzkraftstoff-Einspritzzeitpunkt in einem relativ früheren Stadium als ein Endstadium des Expansionshubs, und durch Einspritzen des ersten zusätzlichen Kraftstoffes zu einem derartigen Zeitpunkt werden der zusätzliche Kraftstoff und das heiße Verbrennungsgas in dem Zylinder miteinander vermischt, das zusätzliche Gas brennt in einem Abgasanschluß und in dem Abgaskanal, und ein heißes Abgas wird dem Katalysator 6 zum Erhöhen der Katalysatortemperatur zugeführt.
Wenn anhand der von dem Temperatursensor 10 gelieferten Information ermittelt wird, daß die Katalysatorauslaßtemperatur (die Temperatur des Katalysators 6) auf die Aktivierungstemperatur angestiegen ist, wird noch zusätzlicher Kraftstoff (zweiter zusätzlicher Kraftstoff) nach der Einspritzung des ersten zusätzlichen Kraftstoffes eingespritzt, wie es in 3B dargestellt ist. Dieser zweite zusätzliche Kraftstoff wird beispielsweise in einem Ausstoßhub eingespritzt. Durch eine derartige Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung erreicht der Kraftstoff den Katalysator 6 ohne in dem Zylinder oder in dem Abgaskanal zu brennen, und es wird eine Verbrennung des Kraftstoffs in dem Katalysator 6 durchgeführt, dessen Temperatur die Aktivierungstemperatur erreicht hat. Demzufolge wird das abstromseitig von dem Katalysator 6 positionierte Filter 8 erwärmt und dessen Temperatur auf eine Temperatur (600°C) angehoben, bei welcher das PM oxidiert werden kann, wodurch eine Verbrennung des PM (Regeneration des Filters) ausgeführt wird.
Die zweite Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 stellt eine zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q₂ abhängig von der Motordrehzahl Ne, der Motorbelastung (hier der Haupteinspritzmenge q_main) und der Katalysatorauslaßtemperatur ein.
Es erfolgt nun eine Beschreibung für ein Verfahren zum Einstellen der zweiten zusätzlichen Kraftstoffeinspritzmenge q₂. Gemäß Darstellung in 2 sind in der zweiten Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 zwei Kennfelder 30a und 30b mit unterschiedlichen Kennlinien und eine Umschalteinrichtung 30c vorgesehen, welche eine Umschaltung durchführt, um eines von diesen zwei Kennfeldern auszuwählen. In jedem von den Kennfeldern 30a und 30b ist eine zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge unter Nutzung der Motordrehzahl Ne und Belastung (Haupteinspritzmenge q_main) als Parametern gespeichert. Abhängig von von dem Temperatursensor 10 gelieferter Information wählt die Umschalteinrichtung 30c eines von den zwei Kennfeldern 30a und 30b aus, und stellt die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q₂ gemäß dem ausgewählten Kennfeld ein.
Von den zwei Kennfeldern 30a und 30b besteht das eine Kennfeld 30a aus einem Inkrement-Kennfeld, einem ersten Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld), in welchem die zweite zusätzliche Kraftstoffmenge relativ groß eingestellt ist, während das andere Kennfeld 30b als ein Dekrement-Kennfeld (zweites Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld) aufgebaut ist, in welchem die zweite Kraftstoffeinspritzmenge relativ klein eingestellt ist.
Wenn die von dem Temperatursensor detektierte Katalysatorauslaßtemperatur (Filtereinlaßtemperatur) niedriger als ein vorbestimmter Sollwert (hier 600°C) ist, wählt die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmengen-Ermittlungseinrichtung 30 das Inkrement-Kennfeld 30a aus, und stellt die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q₂ ein, während, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als die vorstehende vorbestimmte Temperatur ist, die zweite Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 das Dekrement- Kennfeld 30b auswählt und die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q₂ einstellt.
Indem somit beispielsweise eine einfache Rückkopplungssteuerung basierend auf der Katalysatorauslaßtemperatur durchgeführt wird, wird, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur bis zu 600°C oder höher ist, die HC-(Kraftstoff)-Zuführung zu dem Katalysator 6 unterdrückt, wodurch eine weitere Zunahme in der Temperatur des Filters unterdrückt werden kann. Demzufolge ist es möglich, eine Überverbrennung von PM zu unterdrücken und sicher eine Schmelzung des Filters 8 zu verhindern. Ferner kann, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur niedriger als 600°C ist, die Filtertemperatur durch Erhöhen des Anteils der HC-Zuführung erhöht werden. Auf diese Weise kann die Filtertemperatur (insbesondere die zentrale Temperatur des Filters) auf einer Temperatur in der Nähe von 600°C gehalten werden, bei welcher das PM am effizientesten verbrennt.
Es erfolgt nun eine kurze Beschreibung sowohl des Inkrement-Kennfeldes 30a, als auch des Dekrement-Kennfeldes 30b, welche in der zweiten Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 vorgesehen sind. Bisher war nur ein Kennfeld in der zweiten Kraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 vorgesehen, wobei es jedoch mit nur einem derartigen Kennfeld schwierig war, die Temperatur des Filters 8 zu stabilisieren. In dieser Ausführungsform wird ein beispielsweise durch Addieren von Δq zu einem herkömmlichen Kennfeldwert erzielter Wert im Speicher gespeichert und als das Inkrement-Kennfeld 30a festgelegt, während ein beispielsweise durch Subtrahieren von nur Δq von einem herkömmlichen Kennfeldwert erzielter Wert, als das Dekrement-Kennfeld 30b festgelegt wird, und diese zwei Kennfelder 30a und 30b von einem auf das andere abhängig von den Temperaturbedingungen umge schaltet werden. Somit kann man sagen, daß die zweite Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 nicht nur die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q₂ abhängig von der Motordrehzahl Ne und der Belastung einstellt, sondern auch die Kraftstoffeinspritzmenge q₂ abhängig von der Katalysatorauslaßtemperatur verändert.
Da die als eine Last genutzte Haupteinspritzmenge q_main von der Haupteinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 eingestellt wird, folgt daraus, daß die Hauptkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 24 auch als eine Lastdetektionseinrichtung funktioniert. Die Position des Gaspedals kann als eine Last anstelle der Haupteinspritzmenge q_main verwendet werden. In diesem Falle funktioniert der Gaspedalpositionssensor 20 als eine Lastdetektionseinrichtung. Der Aufbau der zweiten Zusatzkraftstoffeinspritzeinmengen-Einstelleinrichtung 30 ist nicht auf den vorstehenden Aufbau beschränkt. Beispielsweise kann ein Aufbau verwendet werden, in welchem ein Kennfeld für die Einstellung einer Basiskraftstoffeinspritzmenge und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren der Basiskraftstoffeinspritzmenge (wovon keine dargestellt ist) in der zweiten Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 vorgesehen sind, und eine der Katalysatorauslaßtemperatur entsprechende Korrektur auf die aus dem Kennfeld erhaltene Kraftstoffeinspritzmenge angewendet wird (beispielsweise durch Multiplizieren der Kraftstoffeinspritzmenge mit einem Korrekturkoeffizienten), und die so korrigierte Kraftstoffeinspritzmenge als eine zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt wird.
Eine detailliertere Steuerung kann durchgeführt werden, indem drei Kennfelder in der zweiten Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 vorgesehen werden. Insbesondere wird ein zweites Inkrement-Kennfeld (ein drittes Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld), welches die Kraftstoffeinspritzmenge noch größer als in dem Inkrement-Kennfeld 30a einstellt, zusätzlich zu dem Inkrement-Kennfeld 30a und dem Dekrement-Kennfeld 30b bereitgestellt, und beispielsweise das zweite Inkrement-Kennfeld verwendet, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur niedriger als 400°C ist, das Inkrement-Kennfeld 30a verwendet, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als 400°C und niedriger als 600°C ist, und das Dekrement-Kennfeld 30b verwendet, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur 600°C oder höher ist.
Es erfolgt nun eine konkretere Beschreibung des Zwangsregenerationsende-Ermittlungsschrittes. In der Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 33 ist eine Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Berechnungseinrichtung (Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung) 34 für die Berechnung eines Massenstromdurchsatzes des Sauerstoffs vorgesehen. In der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Berechnungseinrichtung 34 wird ein Sauerstoffmassenstromdurchsatz O_2w gemäß der nachstehenden Gleichung (4) berechnet: O2w – (Qaw – q·a)·b
In der vorstehenden Gleichung steht Q_aw für einen Massenstromdurchsatz der von dem AFS 15 erhaltenen Ansaugluft, q steht für eine gesamte Kraftstoffeinspritzmenge (Hauptkraftstoffeinspritzmenge + zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge), a steht für ein Äquivalenzverhältnis (14,7) und b steht für ein Sauerstoffmassenverhältnis. Ein Massenstromdurchsatz des in das Filter 8 eintretenden Sauerstoffes kann gemäß der vorstehenden Gleichung (4) berechnet werden.
In der Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 32 ist auch eine PM-Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung 36 zusätzlich zu der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Berechnungseinrichtung 34 vorgesehen. In der PM-Verbrennungsmengen- Schätzeinrichtung 36 wird der integrierte Wert ΣO_2w des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes, der in der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Berechnungseinrichtung 34 berechnet wird, mit dem Koeffizienten C multipliziert, um die Verbrennungsmenge des PM zu berechnen. Dieses beruht darauf weil die Menge des in dem Filter 8 verbrannten PM im wesentlichen linear der in dem Filter 8 verbrauchten Sauerstoffmenge wie vorstehend angemerkt entspricht.
In der Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 32 wird die Menge des in der PM-Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung 27 geschätzten PM zu Beginn der Zwangsregeneration auf einen Sollwert eingestellt, und wenn die Verbrennungsmenge des von der PM-Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung 36 geschätzten PM den Sollwert erreicht, wird ermittelt, daß die Zwangsregeneration des Filters 8 vorüber ist. D.h., wenn die Beziehung C·ΣO_2w ≥ Sollwert erfüllt ist, wird festgestellt, daß die Zwangsregeneration vorüber ist.
Wenn in der Zwangsregenerationsende-Ermittlungseinrichtung 32 ermittelt wird, daß die Zwangsregeneration des Filters 8 vorüber ist, wird die erste und zweite zusätzliche Kraftstoffeinrichtung gestoppt, und die zugeordneten Steuerungen, wie z.B. die Verzögerung des Hauptkraftstoffeinspritzzeitpunktes und die Drosselung des Ansaugluft ebenfalls mit einer Rückkehr zu dem normalen Betriebszustand gestoppt.
Das die vorliegende Erfindung verkörpernde Abgasreinigungssystem ist wie vorstehend aufgebaut. Dessen Betrieb wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von 4 beschrieben.
Zuerst wird im Schritt S1 Information von verschiedenen Sensoren eingegeben. Anschließend wird im Schritt S2 ermittelt, ob das Zwangsregerations-Flag F 0 oder 1 ist. Das Zwangsregenerations-Flag F wird dazu genutzt, um festzustell en, ob gerade eine Zwangsregeneration ausgeführt wird oder nicht. Wie es später erläutert wird, wird F auf 1 gesetzt, wenn die Zwangsregeneration ausgeführt wird, während F auf 0 gesetzt wird, wenn die Zwangsregeneration nicht ausgeführt wird. In dem Initialisierungssteuerzyklus wird das Zwangsregenerationsflag F auf 0 gesetzt, so daß in diesem Falle der Verarbeitungsablauf zu dem Schritt S3 übergeht.
Im Schritt S3 wird die Abscheidungsmenge des PM abhängig von Information ermittelt, die von dem Drucksensor 12 und dem Differenzdrucksensor 14 geliefert wird, und es wird ermittelt, ob die PM-Abscheidungsmenge einem Wert nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert α entspricht oder nicht. Wenn die Antwort bestätigend ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S4 über. Im Schritt S4 wird ermittelt, daß das Filter 8 verstopft ist, ohne daß es kontinuierlich regeneriert wird, und der Start der Zwangsregeneration ermittelt. Zu diesem Zeitpunkt wird das Zwangsregenerations-Flag F auf 1 gesetzt. Im Schritt S3 kann lediglich ermittelt werden, ob die Druckdifferenz zwischen den Einlaß- und Auslaßdrücken in dem Filter 8, welche von dem Differenzdrucksensor 14 detektiert wird, einen Wert nicht kleiner als einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht, und wenn die Antwort bestätigend ist, kann der Start der Zwangsregeneration im Schritt S4 ermittelt werden.
Sobald der Start der Zwangsregeneration im Schritt S4 ermittelt ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S5 über, in welchem die Aufheizsteuerung für den Katalysator 6 ausgeführt wird. In dieser Katalysatoraufheizsteuerung wird, wie es in 3A dargestellt ist, ein zusätzlicher Kraftstoff (erster zusätzlicher Kraftstoff) nach der Hauptkraftstoffeinspritzung eingespritzt. Da dieser zusätzliche Kraftstoff verbrennt, steigt die Temperatur des Katalysators 6 an.
Anschließend wird im Schritt S6 ermittelt, ob die Temperatur des Katalysators 6 (tatsächlich die Katalysatorauslaßtemperatur) eine Aktivierungstemperatur (über 250°C) erreicht hat oder nicht, und wenn die Katalysatortemperatur niedriger als die Aktivierungstemperatur ist, springt der Ablauf zurück. In diesem Falle wird in dem nächsten und in anschließenden Steuerzyklen die Routine der Schritte S1, S2, S5 und S6 wiederholt und nur die Aufheizung des Katalysator 6 ausgeführt, bis die Temperatur des Katalysators 6 die Aktivierungstemperatur erreicht.
Wenn im Schritt S6 ermittelt wird, daß die Katalysatortemperatur die Aktivierungstemperatur erreicht hat, geht der Ablauf zu dem Schritt S7 über, in welchem eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung (zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzung, siehe 3B) für die Verbrennung von PM ausgeführt wird. In diesem Falle wird zuerst im Schritt S7 ermittelt, ob die Katalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als eine vorbestimmte Temperatur (z.B. 600°C) ist oder nicht. Die vorbestimmte Temperatur entspricht einer Temperatur, bei welcher das Filter 8 aktiviert ist und das PM besonders effizient brennt. Wenn die Katalysatorauslaßtemperatur niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S8 über, in welchem die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q₂ unter Verwendung des Inkrement-Kennfeldes 30a eingestellt wird. Wenn die Katalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S9 über, in welchem die zweite zusätzliche Kraftstoffmenge q₂ unter Verwendung des Dekrement-Kennfeldes 30b eingestellt wird. D.h., wenn die Katalysatorauslaßtemperatur niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, wird die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q₂ auf einem eher großen Wert eingestellt, während, wenn sie nicht niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge q₂ auf einen eher kleinen Wert eingestellt wird.
Anschließend wird im Schritt S₁₀ ein integrierter Wert ΣO_2w eines Massenstromdurchsatzes des dem Filter 8 zugeführten Sauerstoffs nach Ankunft der Katalysatorauslaßtemperatur bei der vorbestimmten Temperatur berechnet, und ein integrierter Wert C·ΣO_2w des PM, welches in dem Filter 8 verbrannt wurde, wird durch Multiplizieren des Ergebnisse der vorstehenden Berechnung mit einem vorbestimmten Koeffizienten C erhalten.
Danach geht der Ablauf zu dem Schritt S11 über, in welchem ermittelt wird, ob der integrierte Wert C·ΣO_2w der verbrannten PM-Menge einen Sollwert erreicht hat oder nicht. Als dieser Sollwert wird beispielsweise die PM-Abscheidungsmenge α (siehe Schritt S3) zu Beginn der Zwangsregeneration verwendet, welcher auf der Basis eines Differenzdruckes zwischen den Einlaß- und Auslaßdrücken in dem Filter 8 berechnet wird.
Wie es auch aus der Bedingung für die Ermittlung des Startes der Zwangsregeneration zu ersehen ist (beispielsweise sollte die PM-Abscheidungsmenge nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert sein, oder der Einlaß/Auslaß-Differenzdruck in dem Filter 8 sollte nicht kleiner als ein vorbestimmter Wert sein), nimmt die PM Abscheidungsmenge zu Beginn der Zwangsregeneration einen nahezu konstanten Wert an, so daß die PM-Abscheidungsmenge zu Beginn der Zwangsregeneration im voraus durch ein Experiment oder einen Test erhalten werden kann, und dessen Wert (fixierter Wert) als ein Sollwert verwendet werden kann.
Wenn die PM-Verbrennungsmenge nicht den Sollwert im Schritt S11 erreicht hat, springt der Ablauf zurück und die Verarbeitung vom Schritt S1 bis Schritt S11 wird wiederholt. Wenn die PM-Verbrennungsmenge den Sollwert erreicht hat, geht der Ablauf von dem Schritt S11 zu dem Schritt S12 über, in welchem das Zwangsregenerations-Flag auf 0 gesetzt wird, um die Zwangsregeneration zu beenden.
Im Schritt S10 kann nur der integrierte Wert ΣO_2w eines Sauerstoffmassenstromdurchsatzes berechnet werden. In diesem Falle wird im Schritt S11 ein Wert (α/C), der durch Dividieren der PM-Abscheidungsmenge α durch einen vorbestimmten Wert C erhalten wird, als ein Sollwert gesetzt, und es wird ermittelt, ob der integrierte Wert ΣO_2w eines Sauerstoffmassenstromdurchsatzes den Sollwert erreicht hat oder nicht.
Die Funktion und Auswirkung der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Sobald die Zwangsregeneration gestartet ist, wird die erste zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zum Anheben der Temperatur des Katalysators 6 durchgeführt. Wenn die Auslaßtemperatur des Katalysators 6 eine Katalysatoraktivierungstemperatur (250°C) (t₁) erreicht, wird die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge, abhängig von dem Inkrement-Kennfeld von den in der zweiten Zusatzkraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 30 bereitgestellten Kennfeldern eingestellt, bis die Filtertemperatur (hier ersetzt durch die Katalysatorauslaßtemperatur) einen vorbestimmten Wert (600°C) erreicht. Wenn die Katalysatorauslaßtemperatur die vorbestimmte Temperatur überschreitet, wird die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge, abhängig von dem Dekrement-Kennfeld eingestellt, wodurch die Katalysatorauslaßtemperatur wie mit einer Linie a dargestellt abfällt. Danach wird, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur einen Temperatur nicht höher als die vorbestimmte Temperatur (t₃) erreicht, wieder eine Umschaltung auf das Inkrement-Kennfeld vorgenommen und die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem Inkrement-Kennfeld eingestellt.
Somit variiert die Katalysatorauslaßtemperatur in der Nähe von 600°C und konvergiert allmählich auf 600°C.
Da der Mittelpunkt des Filters 8 anstromseitig von dem Katalysatorauslaß angeordnet ist, kann die Mittentemperatur des Filters 8 unter dem Einfluß der Wärmekapazität stabil und hochgenau in der Nähe der Solltemperatur (600°C) wie mit einer Linie b dargestellt im Vergleich zu der Katalysatorauslaßtemperatur gehalten werden,.
Beide Linien c und d stellen Filtertemperaturkennlinien dar, die erhalten werden, wenn die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung nur eines Kennfeldes eingestellt wird. Die Linie c stellt die Filtertemperatur bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit dar, während die Linie d die Filtertemperatur bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit darstellt. Wie es durch diese Linien c und d dargestellt wird, kann sich in dem Falle, in welchem die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge unter Verwendung nur eines Kennfeldes eingestellt wird, ein bestimmter Fahrzeugfahrzustand dazu führen, daß die Filtertemperatur stark eine zulässige Filtertemperatur überschreitet, was zu einer Überverbrennung von PM und nachfolgender Schmelzung des Filters 8 führt oder dazu führen kann, daß die Temperatur des Filters 8 nicht ansteigt und PM nicht effizient verbrannt wird.
Im Gegensatz dazu ergibt sich gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Ausführung einer einfachen Rückkopplungssteuerung auf der Basis der Katalysatorauslaßtemperatur ein Vorteil, daß die Temperatur des Filters 8 (insbesondere die Mittentemperatur des Filters) nahe bei 600°C , welche der effizientesten Verbrennung des PM entspricht, unabhängig von einem Fahrzeugstand (Betriebssystem des Motors 2) gehalten werden kann. Ferner wird, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur beispielsweise niedriger als 600°C ist, die Kraft stoffeinspritzmenge erhöht, und dadurch kann die Temperatur des Filters rasch auf die Solltemperatur, selbst bei einer niedrigen Katalysatortemperatur angehoben werden, wie es der Fall zu Beginn der Zwangsregeneration ist. Dieses ist ebenfalls ein Vorteil.
Wenn die von der PM Verbrennungsmengen-Schätzeinrichtung 36 abgeschätzte PM-Verbrennungsmenge oder von der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Berechnungseinrichtung 34 geschätzte oder berechnete der Sauerstoffmassenstromdurchsatz einen Sollwert erreicht (zu Beginn der Zwangsregeneration abgeschätzte PM-Abscheidungsmenge oder für die Verbrennung des PM erforderlicher Sauerstoffmassenstromdurchsatz), wird ermittelt, daß die Zwangsregeneration des Filters 8 vorüber ist. Somit kann das Regenerationsende des Filters 8 mit einer hohen Genauigkeit ermittelt werden.
Ferner ist, da die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzmenge durch Umschalten von einem auf ein anderes Kennfeld von mehreren Kennfeldern verändert wird, die Steuerlogik sehr einfach, und es ist möglich die Zuverlässigkeit der Steuerung zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt, sondern es können verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs ohne Abweichung von der Idee der Erfindung durchgeführt werden. Beispielsweise kann, obwohl der Sauerstoffmassenstromdurchsatz O_2w gemäß der Gleichung (4) berechnet wird, ein derartiger Aufbau, wie in 6 dargestellt ist, angewendet werden, in welchem ein O₂-Sensor 50 für die Detektion der Konzentration von Sauerstoff und ein Sensor 52 für die Detektion des Durchsatzes L des in das Filter 8 eintretenden Fluids zwischen dem Katalysator 6 und dem Filter 8 angeordnet sind, und der Sauerstoff massenstromdurchsatz O_2w auf der Basis der von beiden Sensoren gelieferten Detektionsergebnisse ermittelt wird.
Obwohl in der vorstehenden Ausführungsform die Katalysatorauslaßtemperatur als die Filtertemperatur verwendet wird, kann ein Aufbau, wie er in 6 dargestellt ist, angewendet werden, in welchem Temperatursensoren 54 und 56 zum Detektieren einer Einlaßtemperatur Tf bzw. einer Auslaßtemperatur Tr des Filters 8 anstromseitig und abstromseitig von dem Filter angeordnet sind, und die Temperatur des Filters 8 aus den von den Sensoren 54 und 56 detektierten Einlaß- und Auslaßtemperaturen Tf, Tr und anhand der nachstehenden Gleichung ermittelt wird, in welcher a für einen Wert zur Gewichtung der Einlaß- und Auslaßtemperaturen Tf, Tr steht, welcher der Beziehung 0 ≤ a ≤ 1 genügt: Filtertemperatur Tfil = Tf·a + Tr(1 – a)
Obwohl in der vorstehenden Ausführungsform eine Beschreibung für den Fall gegeben wurde, in welchem die vorliegende Erfindung auf das System angewendet wird, in welchem die Zuführung von Kraftstoff (HC) zu dem Filter 8 bewirkt wird, in dem die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder nach der ersten zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung ausgeführt wird, ist die vorliegende Erfindung auch auf andere Systeme anwendbar, beispielsweise das System (Kraftstoff-Zuführungssystem), das in 6 dargestellt ist, welches so aufgebaut ist, daß eine Einspritzvorrichtung (zweite Einspritzvorrichtung) 58 für die Zuführung von HC zu dem Filter 8 in einem Abgaskanal, wie z.B. einem Abgasanschluß oder Abgasrohr in einem Motor angeordnet ist, und in einer Zwangsregeneration Kraftstoff (HC) dem Abgaskanal direkt von der zweiten Einspritzvorrichtung 58 anstelle der zweiten zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung hinzugeführt wird.
Auch in diesem Falle kann das System so aufgebaut sein, daß eine Kraftstoffzuführungsmenge abhängig von Information, wie z.B. der von dem Motordrehzahlsensor (Motordrehzahl-Detektionseinrichtung) ermittelten Motordrehzahl Ne und der von der Lastdetektionseinrichtung detektierten Lastinformation q_main ermittelt wird, und die Kraftstoffzuführungsmenge abhängig von der von dem Temperatursensor 10 (Temperatur-Detektionseinrichtung) detektierten Temperatur verändert wird. Insbesondere sind ein Inkrement-Kennfeld (erstes Kraftstoffzuführungsmengenkennfeld), in welchem die Kraftstoffzuführungsmenge relativ groß eingestellt ist, und ein Dekrement-Kennfeld (zweites Kraftstoffzuführungsmengenkennfeld), in welchem die Kraftstoffzuführungsmenge kleiner als in dem ersten Kraftstoffzuführungsmengenkennfeld eingestellt ist, vorgesehen, und wenn die Katalysatorauslaßtemperatur niedriger als eine Solltemperatur (600°C) ist, wird die Kraftstoffzuführungsmenge gemäß dem Inkrement-Kennfeld eingestellt, während, wenn die Katalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als die vorbestimmte Solltemperatur ist, das Dekrement-Kennfeld ausgewählt und die Kraftstoffzuführungsmenge abhängig von dem Dekrement-Kennfeld eingestellt wird.
Ein derartiges Kraftstoff-Zuführungssystem hat denselben Aufbau wie die vorstehende Ausführungsform mit der Ausnahme, daß die Einspritzvorrichtung 58 für die Zuführung von Kraftstoff als Hardware hinzugefügt ist. Was auch die Inhalte der Steuerung (Software) betrifft, so ist diese im wesentlichen dieselbe, wie in der vorstehenden Ausführungsform, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzung in der vorstehenden Ausführungsform durch eine Kraftstoffzuführung ersetzt wird. In diesem Falle sind die 2 bis 5 ebenfalls anwendbar, indem lediglich die zweite zusätzliche Kraftstoffeinspritzung durch eine Kraftstoffzuführung ersetzt wird.

Claims

Abgasreinigungssystem, mit: einem in einem Abgaskanal (4) eines Motors (2) angeordneten Oxidationskatalysator (6); einem in dem Abgaskanal (4) an einer Position abstromseitig von dem Oxidationskatalysator (6) angeordneten Filter (8) zum Sammeln von in dem Abgas enthaltenem Partikelmaterial; einer ersten Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung (29), welche einen ersten zusätzlichen Kraftstoff in einen Zylinder während einer Zwangsregeneration des Filters (8) und nach einer Hauptkraftstoffeinspritzung in dem Motor (2) einspritzt; einer zweiten Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung (31), welche einen zweiten zusätzlichen Kraftstoff dem Oxidationskatalysator (6) nach einem Anstieg in der Temperatur des Oxidationskatalysators auf eine Aktivierungstemperatur des Katalysators und nach der Einspritzung des ersten zusätzlichen Kraftstoffs zuführt; einer Temperatur-Detektionseinrichtung (10) zum Detektieren einer Auslaßtemperatur des Oxidationskatalysators (6); einer Motordrehzahl-Detektionseinrichtung (18) zum Detektieren einer Motordrehzahl des Motors (2); einer Belastungs-Detektionseinrichtung (24) zum Detektieren einer Belastung des Motors (2); und einer zweiten Zusatzkraftstoffzuführungsmengen-Einstelleinrichtung (30), welche eine Zuführungsmenge des zweiten zusätzlichen Kraftstoffes abhängig von der Motordrehzahl-Detektionseinrichtung (18) und der Belastungs- Detektionseinrichtung (24) gelieferter Information steuert und welche die zweite zusätzliche Kraftstoffzuführungsmenge gemäß einer von der Temperatur-Detektionseinrichtung (10) gelieferten Information verändert.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei die zweite Zusatzkraftstoffzuführungsmengen-Einstelleinrichtung (30) aufweist: ein erstes Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld (30a), in welchem eine Kraftstoffzuführungsmenge eingestellt ist; ein zweites Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld (30b), in welchem eine kleinere Kraftstoffzuführungsmenge als in dem ersten Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld (30a) eingestellt ist; und eine Umschalteinrichtung (30c), welche, wenn die Oxidationskatalysator-Auslaßtemperatur niedriger ist als ein vorbestimmter Wert geworden ist, das erste Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld (30a) als ein Kennfeld für die Einstellung der zweiten zusätzlichen Kraftstoffzuführungsmenge festlegt, und welche, wenn die Oxidationskatalysatorauslaßtemperatur einen Wert nicht kleiner als den vorbestimmten Wert angenommen hat, eine Umschaltung von dem ersten Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld (30a) auf das zweite Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld (30b) ausführt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, wobei das erste Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld (30a) ein Inkrement-Kennfeld ist, in welchem die Kraftstoffzuführungsmenge des in den Zylinder einzuspritzenden zweiten zusätzlichen Kraftstoffs den Kraftstoff relativ groß eingestellt ist, und das zweite Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld (30b) ein Dekrement-Kennfeld ist, in welchem die zweite zusätzliche Kraftstoffzuführungsmenge relativ klein eingestellt ist.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung (31) Kraftstoff in den Zylinder einspritzt, um den Oxidationskatalysator (6) mit Kraftstoff zu versorgen.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Zusatzkraftstoff-Steuereinrichtung (31) Kraftstoff in den Abgaskanal (4) einspritzt, um den Kraftstoff dem Oxidationskatalysator (6) zuzuführen.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Zusatzkraftstoffzuführungsmengen-Einstelleinrichtung (30) aufweist: ein Grundkennfeld, in welchem eine Grundzusatzkraftstoffzuführungsmenge gespeichert ist; und eine Korrektureinrichtung, welche abhängig von der Oxidationskatalysator-Auslaßtempertur die aus dem Grundkennfeld erhaltene Kraftstoffzuführungsmenge korrigiert, und wobei die durch die Korrektureinrichtung korrigierte Kraftstoffzuführungsmenge als die zweite zusätzliche Kraftstoffzuführungsmenge eingestellt ist.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Zusatzkraftstoffzuführungsmengen-Einstelleinrichtung (30) aufweist ein erstes Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld aufweist, in welchem die Kraftstoffzuführungsmenge eher groß eingestellt ist; ein zweites Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld, in welchem die Kraftstoffzuführungsmenge kleiner als in dem ersten Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld eingestellt ist; ein drittes Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge noch größer als in dem ersten Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld eingestellt ist; und eine Umschalteinrichtung, welche das dritte Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld auswählt, wenn die Oxidati onskatalysatorauslaßtemperatur niedriger als ein erster vorbestimmter Wert ist, das erste Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld auswählt, wenn die Oxidationskatalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als der erste vorbestimmte Wert und niedriger als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, und das zweite Kraftstoffeinspritzmengenkennfeld auswählt, wenn die Oxidationskatalysatorauslaßtemperatur nicht niedriger als der zweite vorbestimmte Wert ist.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einer Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung (26), welche ermittelt, ob eine Zwangsregeneration des Filters (8) gestartet werden soll oder nicht.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 8, wobei die Zwangsregenerationstart-Ermittlungseinrichtung (26) eine Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung (27) zum Schätzen oder Berechnen einer Abscheidungsmenge eines auf dem Filter (8) abgeschiedenen Partikelmaterials besitzt, und wobei, wenn die durch die Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung (27) geschätzte oder berechnete Abscheidungsmenge einen Wert nicht kleiner als einen vorbestimmten Wert annimmt, der Start der Zwangsregeneration des Filters (8) durch die Zwangsregenerationsstart-Ermittlungseinrichtung (26) bestimmt wird.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 9, ferner mit einer Absolutdruck-Detektionseinrichtung (12) zum Detektieren eines Absolutdruckes auf einer Einlaßseite des Filters (8) und einer Differenzdruck-Detektionseinrichtung (14) zum Detektieren eines Differenzdruckes zwischen einem einlaßseitigen Druck und einem auslaßseitigen Druck des Filters (8), und wobei die Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung (27) die Abscheidungsmenge des Partikelmaterials auf der Basis sowohl von der Absolutdruck-Detektionseinrichtung, als auch der Differenzdruck-Detektionseinrichtung gelieferter Information schätzt oder berechnet.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner mit: einer Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung (34) zum Detektieren oder Berechnen eines Massenstromdurchsatzes von dem Filter (8) zugeführten Sauerstoff; und einer Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung (32), um ein Regenerationsende des Filters (8) abhängig von von der Sauerstoffmassenstromdurchsatz-Detektionseinrichtung (34) gelieferter Information und nach der Ankunft eines integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes bei einem vorbestimmten Wert während einer Zwangsregeneration des Filters (8) zu ermitteln.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einer Regenerationsende-Ermittlungseinrichtung (32) zum Ermitteln eines Regenerationsendes des Filters (8) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit von dem Start der Zwangsregeneration an.
Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der Motor (2) ein Dieselmotor ist.
Abgasreinigungsverfahren unter Verwendung eines in einem Abgaskanal (4) eines Motors (2) angeordneten Oxidationskatalysators (6) und eines in dem Abgaskanal (4) an einer Position abstromseitig von dem Oxidationskatalysator (6) angeordneten Filters (8), um ein in Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu sammeln, und wobei ein erster zusätzlicher Kraftstoff in den Zylinder während einer Zwangsregeneration des Filters (8) und einer Haupteinspritzung in den Motor eingespritzt wird, und ein zweiter zusätzlicher Kraftstoff dem Oxidationskatalysator nach einem Anstieg in der Temperatur des Katalysators auf eine Aktivierungstemperatur des Katalysators und nach der Einspritzung des ersten zusätzlichen Kraftstoffs zugeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Detektieren einer Auslaßtemperatur des Oxidationskatalysators, einer Motordrehzahl des Motors (2) und einer Belastung des Motors (2); und Einstellen einer Zuführungsmenge des zweiten zusätzlichen Kraftstoffs auf der Basis der Motordrehzahl und der Belastung und Verändern der zweiten zusätzlichen Kraftstoffzuführungsmenge auf der Basis der Auslaßtemperatur des Oxidationskatalysators.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 14, wobei der zweite zusätzliche Kraftstoff in den Zylinder des Motors (2) eingespritzt wird.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 14, wobei der zweite zusätzliche Kraftstoff in den Abgaskanal (4) des Motors (2) eingespritzt wird.
Abgasreinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, ferner mit den Schritten: Ermitteln, ob ein integrierter Wert eines Sauerstoffmassenstromdurchsatzes von dem Zeitpunkt der Ankunft der Temperatur des Filters (8) bei einer vorbestimmten Temperatur während der Ausführung der Zwangsregeneration einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht; und Beenden der Zwangsregeneration nach der Ankunft des integrierten Wertes des Sauerstoffmassenstromdurchsatzes bei einem vorbestimmten Wert