DE102004019659A1 - Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Katsunori Umezawa
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Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
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Abstract

Eine Zwangsregenerationsvorrichtung, welche die Regeneration eines Partikelfilters durchführt, weist Oxidationskatalysatoren (23, 24a), die anstromseitig von dem Partikelfilter oder in dem Partikelfilter angeordnet sind, und einen Brenner (30) auf, der anstromseitig von den Oxidationskatalysatoren angeordnet ist und funktionell zwischen einem Verbrennungsmodus zum Verbrennen eines Kraftstoffstrahls durch Entzündung zum Anheben der Temperatur der Abgase in einem Abgaskanal und einem Kraftstoffzuführungsmodus, um nur einen Kraftstoffstrahl zu dem Abgaskanal ohne Entzündung zuzuführen, umschaltet. Nachdem der Brenner im Verbrennungsmodus arbeitet, wird der Brennerbetrieb auf den Kraftstoffzuführungsmodus umgeschaltet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, und insbesondere die Technologie zum Regenerieren eines Partikelfilters für das Erfassen von in den Abgasen enthaltenem Partikelmaterial.
  • Die von einem in einem Bus, Lastwagen und dergleichen eingebauten Dieselmotor emittierten Abgase enthalten eine große Menge winzigen Partikelmaterials (hierin als PM abgekürzt) neben HC, CO, NOx, usw. Daher wurde eine Nachverarbeitungsvorrichtung eines Dieselmotors, ein Dieselpartikelfilter (hierin nachstehend als DPF abgekürzt), welches eine Konfiguration besitzt, in welcher, nachdem das PM eingefangen ist, das erfasste PM direkt durch eine externe Wärmequelle wie z.B. einen Brenner verbrannt wird, entwickelt und in der Praxis eingesetzt.
  • Beispielsweise ist eine Vorrichtung mit einer Konfiguration offenbart, in welcher eine Verbrennungsheizvorrichtung verwendet wird, um die Temperatur der Abgase und ferner die Temperatur eines DPF durch Verbrennungswärme anzuheben, und gleichzeitig ein Verbrennungsgas oder von der Verbrennungsheizvorrichtung in einer hohen Abgastemperatur erzeugter Verdampfungskraftstoff einer Abgasemissions-Steuervorrichtung (beispielsweise einem DPF mit einer Oxidationsfunktion) als ein Zusatz zugeführt wird, um das PM durch in dem DPF erzeug te Reaktionswärme zu beseitigen (siehe beispielsweise JP-A-2000-186545 ).
  • Vor kurzem wurde ein kontinuierliches Regenerations-DPF entwickelt, in welchem ein Oxidationskatalysator, der ein Oxidationsmittel (NO2) zum oxidieren und Beseitigen des PM erzeugt, getrennt anstromseitig von dem DPF vorgesehen ist, um dadurch das PM in dem DPF kontinuierlich ohne externe Wärmequelle zu beseitigen.
  • Selbst bei dem kontinuierlichen Regenerations-DPF kann, wenn die Motortemperatur niedrig ist, oder dergleichen, das erfaßte PM in dem DPF abhängig von den Betriebsbedingungen nicht vollständig entfernt werden, was zu der Ansammlung von PM führt. Daher ist sogar in dem Falle, wenn ein kontinuierlicher Regenerations-DPF vorgesehen ist, ein Bedarf für eine Einrichtung, wie z.B. eine externe Wärmequelle vorhanden, um das in dem DPF erfaßte PM zwangsweise zu verbrennen.
  • Bei einem Verfahren zum direkten Verbrennen des PM durch eine externe Wärmequelle, wie z.B. den o.g. Brenner, wird jedoch das DPF direkt durch eine Flamme erwärmt. Demzufolge gibt es, obwohl dieses Verfahren eine einfache und preiswerte Konfiguration aufweist, ein Problem, daß eine Ungleichmäßigkeit in der PM-Verbrennung entsteht, und daß das PM in dem äußeren Umfangsabschnitt des DPF nicht ausreichend beseitigt werden kann. Ferner bestehen in diesem Falle, in welchem das DPF direkt der Flamme ausgesetzt wird, große Bedenken, daß das DPF geschmolzen und durch Überhitzung beschädigt werden kann.
  • Im Falle einer Technologie unter Verwendung der in JP-A-2000-186545 beschriebenen Verbrennungsheizvorrichtung ist die Verbrennungsheizvorrichtung im Grunde so ausgelegt, daß sie die Temperatur des Kühlwassers des Motors anhebt. Daher ist der Wärmeverlust für das Anheben der Temperatur des DPF groß.
  • Wenn der Temperaturanstieg des DPF priorisiert wird, erzeugt dieses ein Problem, daß der Motor unnötig mit Wärme belastet wird, da die Temperatur des Kühlwassers während der Sommerzeit und dergleichen, in welcher die Außenlufttemperatur hoch ist, zu sehr angehoben wird. Ferner ist die Verbrennungsheizvorrichtung mit einer Verdampfungsglühkerze neben einer Zündglühkerze versehen, um Kraftstoff durch Zuführen von Elektrizität zu der Verdampfungsglühkerze während einer Nicht-Betriebsperiode der Verbrennungsheizvorrichtung zu verdampfen, was die Vorrichtung kompliziert macht und den Energiewirkungsgrad verschlechtert.
    •
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Probleme zu lösen, und ihre Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche in der Lage ist, ein Partikelfilter trotz ihrer einfachen und preiswerten Konfiguration effizient zu regenerieren.
  • Die vorstehende Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden.
  • Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe weist die Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung ein Partikelfilter, das in einen Abgaskanal des Verbrennungsmotors eingefügt ist und in den Abgasen enthaltene Partikelmaterial einfängt, und eine Zwangsregenerationsvorrichtung zum zwangsweisen Verbrennen des in dem Partikelfilter eingefangenen Partikelmaterials und zum Regenerieren des Partikelfilters auf, wobei die Abgasemissions-Steuervorrichtung, in welcher die Zwangsregenerationsvorrichtung anstromseitig von dem Partikelfilter oder in dem Partikelfilter angeordnete Oxidationskatalysatoren und einen anstromseitig von den Oxidationskatalysatoren angeordneten und funktionell zwischen einem Verbrennungsmodus zum Verbren nen eines Kraftstoffstrahls bzw. -nebels durch Entzündung zum Anheben der Temperatur von Abgasen in dem Abgaskanal und einem Kraftstoffzuführungsmodus zum Zuführen nur eines Kraftstoffstrahls zu dem Abgaskanal ohne Verbrennung umschaltbaren Brenner aufweist, und nachdem der Brenner in dem Verbrennungsmodus arbeitet, der Brennerbetrieb auf den Kraftstoffzuführungsbetrieb umgeschaltet wird.
  • Bei der Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet zum Zeitpunkt der Zwangsregeneration des Partikelfilters der Brenner zuerst in dem Verbrennungsmodus, um die Temperatur des Abgases in dem Abgaskanal anzuheben und die Oxidationskatalysatoren zu aktivieren. Der Brenner arbeitet dann in dem Kraftstoffzuführungsmodus ohne Entzündung, um dem Abgaskanal nur einen Kraftstoffstrahl zuzuführen. Dieses macht es möglich, den Kraftstoffstrahl, in welchem die Zerstäubung ausreichend durch die Restwärme des Brenners gefördert wird, dem aktivierten Oxidationskatalysatoren zuzuführen, um eine oxidierende Reaktion in den Oxidationskatalysatoren zu erzeugen, und rasch das Partikelfilter aufzuheizen und dessen Temperatur durch die durch die Oxidationsreaktion erzeugte Reaktionswärme anzuheben, um dadurch ausgezeichnet das in dem Partikelfilter eingefangene PM zu verbrennen.
  • Demzufolge kann trotz der einfachen und preiswerten Konfiguration die Abgasemissions-Steuervorrichtung unter Verwendung des Brenners effizient das Partikelfilter regenerieren, ohne eine Ungleichmäßigkeit der PM-Verbrennung oder eine Schmelzung und Beschädigung des Partikelfilters durch die Flamme des Brenners zu bewirken, ohne den Verbrennungsmotor unnötig zu belasten, und ohne Energie zu verschwenden, was durch die Verhinderung eines Wärmeverlustes erreicht wird.
  • Während des Prozesses der Filterregeneration ist es erwünscht, daß die Zwangsregenerationsvorrichtung abwechselnd den Verbrennungsmodusbetrieb und den Kraftstoffzuführungsmodusbetrieb abwechselnd durchführt.
  • Dadurch hält, selbst wenn die Restwärme des Brenners durch den Kraftstoffzuführungsmodusbetrieb zur Verringerung der Temperatur des Brenners abgesenkt wird, der sich wiederholende Betrieb in dem Verbrennungsmodus den Brenner auf einer Temperatur, die für die Unterstützung der Zerstäubung des Kraftstoffstrahls während der Zwangsregeneration ausreicht. Es ist somit möglich, sicher die oxidierende Reaktion in den Oxidationskatalysatoren zu erzeugen, und die Beheizung des Partikelfilters aufrechtzuerhalten, um dessen Temperatur anzuheben.
  • Insbesondere erhält die Zwangsregenerationsvorrichtung eine Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsvorrichtung zum Detektieren der Temperatur der Oxidationskatalysatoren, und wenn die die Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsvorrichtung detektiert, daß die Temperatur der Oxidationskatalysatoren eine Aktivierungstemperatur erreicht, während der Brenner in dem Verbrennungsmodus arbeitet, wird der Brennerbetrieb von dem Verbrennungsmodus auf den Kraftstoffzuführungsmodus umgeschaltet.
  • Die Temperatur der Oxidationskatalysatoren wird demzufolge ausreichend durch den Brenner angehoben, um die Aktivierungstemperatur, nämlich eine Temperatur die ausreicht, um eine oxidierende Reaktion zu bewirken, in dem Verbrennungsmodus zu erreichen. In dem Moment, in dem die Temperatur der Oxidationskatalysatoren die Aktivierungstemperatur erreicht, wird der Verbrennungsmodus schnell auf den Kraftstoffzuführungsmodus umgeschaltet, so daß der Kraftstoffstrahl effi zient durch die vollständig aktivierten Oxidationskatalysatoren oxidiert werden kann.
  • Hierin werden die Oxidationskatalysatoren bevorzugt von einem Oxidationskatalysatorabschnitt gebildet, welcher in einem anstromseitigen Abschnitt des Partikelfilters enthalten ist.
  • Demzufolge kann das Partikelfilter rasch und effizient zum Erhöhen der Temperatur durch die Reaktionswärme der in dem Oxidationskatalysatorabschnitt bewirkten Oxidationsreaktion beheizt werden.
  • Es ist auch zu bevorzugen, daß die Oxidationskatalysatoren den in dem anstromseitigen Abschnitt des Partikelfilters enthaltenen Oxidationskatalysatorabschnitt und einen anstromseitig von dem Partikelfilter angeordneten Oxidationskatalysatorwandler aufweisen.
  • Dieses ermöglicht es, ein kontinuierliches Regenerations-DPF aus dem Oxidationskatalysatorwandler und dem Partikelfilter aufzubauen, um normalerweise kontinuierlich das PM zu verbrennen, um das Partikelfilter zu regenerieren, und um die Häufigkeit, mit welcher die Zwangsregenerierung von den Brenner ausgeführt wird, auf ein Minimum zu verringern. Ferner kann die Verbrennungswärme des Brenners nicht nur die Temperatur des Oxidationskatalysatorabschnittes sondern auch die des Oxidationskatalysatorwandlers anheben, um den Oxidationskatalysatorwandler zu aktivieren, was es ermöglicht, daß der Oxidationskatalysatorabschnitt und der Oxidationskatalysatorwandler den Kraftstoffstrahl einwandfrei oxidieren.
  • Es ist auch erwünscht, daß die Oxidationskatalysatoren den Oxidationskatalysatorabschnitt in dem anstromseitigen Abschnitt des Partikelfilters und in dem abstromseitig von dem Partikelfilter angeordneten Oxidationskatalysatorwandler auf weisen, und daß der Brenner zwischen dem Partikelfilter und dem Oxidationskatalysatorwandler angeordnet ist.
  • Demzufolge ist es möglich, das kontinuierliche Regenerations-DPF aus dem Oxidationskatalysatorwandler und dem Partikelfilter aufzubauen, und die Häufigkeit, mit welcher die Zwangsregeneration durch den Brenner ausgeführt wird, auf ein Minimum zu verringern. Gleichzeitig ist es auch möglich, eine Überhitzung des Oxidationskatalysatorwandlers zu verhindern, und effizient das Partikelfilter durch die Reaktionswärme der in dem Oxidationskatalysatorabschnitt bewirkten Oxidationsreaktion zu erwärmen, um die Temperatur des Partikelfilters anzuheben.
    •
  • Die Erfindung wird im Detail in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine schematische Ansicht einer Konfiguration einer Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Flußdiagramm, welches eine Routine einer Zwangsregenerationsregelung eines DPF gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 3 ein Zeitdiagramm der Zwangsregenerationsregelung;
  • 4 eine graphische Darstellung, welche eine Zeitveränderungsrate der Temperatur eines abstromseitigen Abschnittes des DPF darstellt;
  • 5 eine graphische Darstellung, welche eine Zeitveränderungsrate in der Temperatur eines Außenumfangs der Mitte des DPF darstellt;
  • 6 eine vergleichende graphische Darstellung, welche eine DPF-Regenerationsrate darstellt, die in einem Falle erzielt wird, daß ein Brenner kontinuierlich brennt, und die DPF-Regenerationsrate, die in der vorliegenden Erfindung für dieselbe Zeitdauer (beispielsweise 10 Minuten) erzielt wird; und
  • 7 eine Ansicht, welche eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 1 stellt schematisch eine Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
  • Ein Motor 1 ist beispielsweise ein Dieselmotor und besitzt eine Zylinderkonstruktion eines Reihenvierzylindertyps. Es ist ein Turbolader 2 in einem Einlaßkanal 3 des Motors 1 angeordnet. Durch den Turbolader 2 vorverdichtete Einlaßluft strömt in einen Einlaßverteiler 6 über einen Zwischenkühler 4.
  • Ein Kraftstoffzuführungssystem des Motors 1 ist beispielsweise aus einem "Common Rail"-System aufgebaut. Obwohl es nicht dargestellt ist, weist das System eine gemeinsame Verteilerleitung und eine Einspritzvorrichtung für jeden Zylinder auf. Da das "Common Rail"-System bekannt ist, wird die detaillierte Beschreibung der Konfiguration des "Common Rail"-Systems unterlassen.
  • Abgaskanäle für die entsprechenden Zylinder in dem Motor 1 werden durch einen Auslaßsammler 10 in einem Rohr gesammelt, das mit einem Abgasrohr 12 verbunden ist. Es ist ein EGR-Kanal 14 zwischen dem Auslaßsammler 10 und dem Einlaßverteiler 6 vorgesehen. Ein EGR-Ventil 16 ist in den EGR-Kanal eingefügt.
  • Mit dem Auslaßrohr 12 ist eine Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20 verbunden. Die Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20 nimmt ein DPF (Dieselpartikelfilter) 24 zum Einfangen von PM (Partikelmaterial) im Inneren eines zylindrischen Gehäuses 22 auf, und wird durch eine Anordnung eines Oxidationskatalysators (Oxidationskatalysatorwandlers) 23, anstromseitig von dem DPF einer Auslaßrichtung zugewandt, konfiguriert.
  • Insbesondere weist der Oxidationskatalysator 23 eine Funktion einer Erzeugung von NO2 auf, und ein kontinuierlicher Regenerations-DPF ist aus dem Oxidationskatalysator 23 und dem DPF 24 aufgebaut. Dieses ermöglicht es, konstant das in dem DPF 24 angesammelte PM unter Verwendung von durch den Oxidationskatalysator 23 erzeugtem NO2 als ein Oxidierungsmittel während des normalen Betriebs zu verbrennen, in welchem die Abgastemperatur hoch und höher als eine gegebene Temperatur ist. Mit anderen Worten, das DPF 24 kann kontinuierlich regeneriert werden.
  • Ferner ist eine Oxidationskatalysatorabschnitt 24a in einem anstromseitigen Abschnitt des DPF 24 der Abgasrichtung zugewandt vorgesehen. Daher ist das DPF so aufgebaut, daß es eine Oxidationsbehandlung von Abgaskomponenten wie z.B. HC, CO, usw. durchführen kann.
  • Es ist auch ein Temperatursensor 26 vorgesehen, um die dem Oxidationskatalysatorabschnitt 24a des DPF 24 entsprechende Temperatur des DPF 24 zu detektieren. Ein Abgasdrucksensor 19 zum Detektieren eines Abgasdruckes in dem Abgasrohr 12 ist anstromseitig von dem Oxidationskatalysator 23 der Abgasrichtung zugewandt vorgesehen.
  • Ein Verbrennungsgaskanal 18 zweigt von dem Abgasrohr 12 ab und erstreckt sich anstromseitig von der Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20. Der Verbrennungsgaskanal 18 besitzt ein Anschlußende, das mit einem Brenner 30 versehen ist, welcher beispielsweise eine Verbrennungsflamme durch Verwendung desselben Kraftstoffes (Dieselöl oder dergleichen) wie der Motor 1 erzeugt. Der Verbrennungsgaskanal 18 und der Brenner 30 sind miteinander über einen Flansch 36 verbunden.
  • Der Brenner 30 weist eine Einspritzeinrichtung 32 und einen als Zündvorrichtung dienenden Zünder 34 auf und funktioniert als ein selbstzündender Brenner. Insbesondere sind die Einspritzeinrichtung 32 und der Zünder 34 elektrisch mit einer ECU (elektrischen Steuereinheit) 40 verbunden. Der Brenner 30 spritzt eine gegebene Menge an Kraftstoff aus der Einspritzeinrichtung 32 als Reaktion auf ein Signal aus der ECU 40 ein und kann den eingespritzten Kraftstoff durch den Zünder 34 sofort entzünden. Anders gesagt, ist der Brenner 30 so ausgelegt, daß er den von der Einspritzeinrichtung 32 eingespritzten Kraftstoff verbrennt (Verbrennungsmodusbetrieb) und nur Kraftstoff aus der Einspritzeinrichtung 32 ohne Durchführung einer Entzündung durch den Zünder 34 einspritzt (Kraftstoffzuführungsmodusbetrieb).
  • Die ECU 40 ist eine Steuervorrichtung für die Durchführung der Gesamtsteuerung der Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung einschließlich des Motors 1, und weist eine CPU, einen Speicher, einen Zeitgeberzähler usw. auf.
  • Mit der Eingangsseite der ECU 40 sind verschiedene Arten von Sensoren zusätzlich zu dem Abgasdrucksensor 19, dem Temperatursensor 26 usw. verbunden. Mit der Ausgangsseite der ECU 40 sind verschiedene Arten von Vorrichtungen neben einem Kraftstoffeinspritzventil, der Einspritzvorrichtung 32, dem Zünder 34 usw. verbunden.
  • Hierin nachstehend wird eine DPF-Zwangsregenerationssteuerung (Zwangsregenerationsvorrichtung) gemäß der vorliegenden Erfindung, welche durch eine Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß dem vorstehenden Aufbau implementiert wird, beschrieben.
  • 2 ist ein Flußdiagramm, welches eine Routine der Zwangsregenerationssteuerung des DPF 24 darstellt, welche von der ECU 40 durchgeführt wird, und 3 ist ein Zeitdiagramm der Zwangsregenerationssteuerung. Die DPF-Zwangsregenerationssteuerung wird nachstehend zusammen mit dem Flußdiagramm unter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm erläutert.
  • Zuerst ermittelt der Schritt S10, ob eine PM-Ansammlungsmenge eine gegebene Menge überschreitet (PM-Ansammlungsmenge > gegebene Menge). Wenn die PM-Ansammlungsmenge des DPF 24 erhöht ist, so daß sie eine Verstopfung des Filters bewirkt, behindert sie eine problemlose Strömung der Abgase und hebt den Abgasdruck an. Daher wird auf der Basis der Abgasdruckinformation aus dem Abgasdrucksensor 19, wenn der Abgasdruck einen gegebenen Druck überschreitet, ermittelt, daß die PM-Ansammlungsmenge größer als die gegebene Menge wird. In dem Falle, daß die Abgastemperatur gleich oder niedriger als eine gegebene Temperatur ist, befindet sich der Oxidationskatalysator 23 nicht in einem aktiven Zustand, und die kontinuierliche Regeneration des DPF 24 wird nicht durchgeführt. Daher kann die Ermittlung nach der Schätzung der PM-Ansammlungsmenge des DPF 24 auf der Basis der Gesamtbetriebszeit des Motors 1 in einem Bereich durchgeführt werden, in welchem die Temperatur niedrig ist.
  • Wenn ein Ermittlungsergebnis des Schrittes S10 negativ ist (NEIN), und ermittelt wird, daß die PM-Ansammlungsmenge gleich oder kleiner als die gegebene Menge ist, wird nichts getan, und der Ablauf springt aus der Routine aus. In diesem Falle kann, wenn die Abgastemperatur in einem relativ großen Umfang höher als die gegebene Temperatur ist, angenommen werden, daß das DPF 24 ausreichend kontinuierlich durch die Wirkung des durch den Oxidationskatalysator 23 erzeugten NO2, wie vorstehend festgestellt, regeneriert wird.
  • Wenn das Ermittlungsergebnis des Schrittes S10 bestätigend (JA) ist, und ermittelt wird, daß die PM-Ansammlungsmenge die gegebene Menge überschreitet, geht der Ablauf dann zu dem Schritt S12 über.
  • Im Schritt S12 arbeitet der Brenner 30 in dem Verbrennungsmodus. Sowohl die Einspritzvorrichtung 32 als auch der Brenner 34 werden eingeschaltet, und eine gegebene Menge an Kraftstoff wird aus der Einspritzvorrichtung 32 eingespritzt und gleichzeitig von dem Zünder 34 entzündet, um dadurch das Verbrennungsgas des Brenners 30 durch den Verbrennungsgaskanal 18 und das Abgasrohr 12 der Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20 zuzuführen. In diesem Falle erreicht die Verbrennungsflamme nicht die Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20, und das heiße Verbrennungsgas erhöht die Temperatur des Oxidationskatalysators 23 und des DPF 24.
  • Der Schritt S14 ermittelt, ob eine verstrichene Zeit t eine gegebene Zeit t1, seit der Brenner 30 in dem Verbrennungsmodus arbeitet, überschritten hat. Hierin ist die gegebene Zeit t1 im Voraus beispielsweise auf eine Zeitdauer (z.B. 2 Minuten) eingestellt, die ausreicht, daß die Temperatur des Oxidationskatalysatorabschnittes 24a des DPF 24 die Aktivierungstemperatur erreicht. Die Ermittlung, ob die Temperatur des Oxidationskatalysatorabschnittes 24a des DPF 24 die Aktivierungstemperatur während des Brennerbetriebs im Verbrennungsmodus erreicht, kann direkt dadurch auf der Basis der Information aus dem Temperatursensor 26 (Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsvorrichtung) erfolgen. Zusätzlich kann der Oxidationskatalysator 23 mit einem Temperatursensor versehen sein, um die Temperatur des Oxidationskatalysators 23 zu detektieren.
  • Wenn das Ermittlungsergebnis des Schrittes S14 negativ ist (NEIN) und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit t1 noch nicht verstrichen ist, wird der Verbrennungsmodusbetrieb fortgesetzt. Im Gegensatz dazu geht, wenn das Ermittlungsergebnis des Schrittes S14 bestätigend (JA) ist, und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit t1 abgelaufen ist, der Ablauf zu dem Schritt S16 über.
  • Im Schritt S16 wird der Betrieb des Brenners 30 oder der Kraftstoffeinspritzung während der gegebenen Zeit tint1 (beispielsweise 30 Sekunden) unterbrochen. Dieses führt zu einem Erlöschen der Verbrennungsflamme und man läßt die Temperatur der Restwärme des Brenners 30 bis auf eine Temperatur abfallen, die ausreicht, um eine Zerstäubung des Kraftstoffstrahls zu begünstigen.
  • Der Schritt S18 betreibt den Brenner 30 in dem Kraftstoffzuführungsmodus. Insbesondere ist nur die Einspritzvorrichtung 32 eingeschaltet, während der Zünder 34 ausgeschaltet ist. Demzufolge wird Kraftstoff aus der Einspritzvorrichtung 32 nur in der gegebenen Menge ohne Verwendung des Zünders 34 zum Ausführen der Zündung eingespritzt. Der Kraftstoffstrahl (HC), welcher durch die Restwärme des Brenners 30 ausreichend zu einem Nebel gemacht wurde, wird der Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20 über den Verbrennungsgaskanal 18 und das Abgasrohr 12 zugeführt.
  • Der so der Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20 zugeführte Kraftstoffstrahl zeigt eine ausgezeichnete Oxidationsreaktion in dem Oxidationskatalysator 23, welcher in der Temperatur zur Aktivierung angehoben worden ist, und in dem Oxidationskatalysatorabschnitt 24a des DPF 24. Die Reaktionswärme der Oxidationsreaktion erwärmt das DPF 24, um dessen Temperatur anzuheben, um dadurch sanft das in dem DPF 24 angesammelte PM zu verbrennen. In diesem Moment befindet sich der Brenner 30 in dem Erwärmungszustand unmittelbar nach dem Betrieb in dem Verbrennungsmodus und besitzt eine Restwärme. Die Restwärme begünstigt im Wesentlichen die Zerstäubung des aus der Einspritzvorrichtung 32 eingespritzten Kraftstoffes. Demzufolge zeigt der Kraftstoffstrahl unmittelbar die oxidierende Reaktion in dem Oxidationskatalysator 23 und dem Oxidationskatalysatorabschnitt 24a des DPF 24, so daß das DPF 24 rasch aufgeheizt und in der Temperatur angehoben wird, was zu einer erfolgreichen Verbrennung des PM führt.
  • Im Schritt S20 wird ermittelt, ob die verstrichene Zeit t eine gegebene Zeit t2 seitdem der Brenner 30 in dem Kraftstoffzuführungsmodus arbeitet, überschritten hat. Hierin ist die gegebene Zeit t2 auf eine Zeitdauer (beispielsweise 45 Sekunden) eingestellt, welche benötigt wird, bis die Temperatur des Brenners 30 auf eine Temperatur abfällt, welche nicht für die Unterstützung der Verdampfung des Kraftstoffstrahls unter Nutzung der Restwärme des Brenners 30 als Verdampfungswärme für den Kraftstoff ausreicht. Wenn das Ermittlungsergebnis negativ ist (NEIN), und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit t2 noch nicht verstrichen ist, wird der Kraftstoffzuführungsmodusbetrieb fortgesetzt. Im Gegensatz dazu geht, wenn das Ermittlungsergebnis bestätigend ist (JA), und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit t2 verstrichen ist, der Ablauf zu dem Schritt S22 über.
  • Der Schritt S22 unterbricht den Betrieb des Brenners 30, nämlich die Kraftstoffeinspritzung während der gegebenen Zeit tint2 (beispielsweise 15 Sekunden). Dadurch wird der Kraftstoffstrahl in dem Verbrennungsgaskanal 18 bis zur Löschung beibehalten.
  • Der Schritt S24 ermittelt, ob die verstrichene Zeit t eine gegebene Zeit tmax, nachdem der Brenner 30 in dem Verbrennungsmodus im Schritt S12 arbeitet, überschritten hat, d.h., nachdem die Zwangsregeneration gestartet ist. Hierin ist die gegebene Zeit tmax auf eine angenommene Zeitdauer (beispielsweise 10 Minuten) eingestellt, welche erforderlich ist, bis die gegebene Menge des in dem DPF 24 angesammelten PM vollständig verbrannt ist. Kurz gesagt, entscheidet dieser Schritt das Ende der Zwangsregeneration. Wenn das Ermittlungsergebnis negativ ist (NEIN), und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit tmax noch nicht verstrichen ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S26 über.
  • Im Schritt S26 arbeitet der Brenner 30 wieder im Verbrennungsmodus. Um die Temperatur des Brenners 30 mit einer für die Unterstützung der Zerstäubung des Kraftstoffstrahls unzureichenden Temperatur wieder anzuheben, wird die gegebene Menge an Kraftstoff von der Einspritzvorrichtung 32 eingespritzt und von dem Zünder 34 entzündet. Dieses hält den Brenner 30 auf einer zur Unterstützung der Zerstäubung des Kraftstoffstrahls ausreichenden Temperatur. Darüber hinaus erwärmt das Verbrennungsgas des Brenners 30 ferner den Oxidationskatalysator 23 und das DPF 24, und das DPF 24 wird dann weiter erwärmt und in der Temperatur angehoben. Demzufolge wird das in dem DPF 24 angesammelte PM zufriedenstellend verbrannt.
  • Der Schritt S28 ermittelt, ob die verstrichene Zeit t eine gegebene Zeit t3, nachdem der Brenner 30 wiederum in dem Verbrennungsmodus arbeitet, überschritten hat. Hierin ist die gegebene Zeit t3 beispielsweise auf eine solche Zeitdauer (beispielsweise 45 Sekunden) eingestellt, daß der Oxidationskatalysator 23 und das DPF 24 nicht überhitzt werden, während die Temperatur des Brenners 30 auf eine für die Unterstützung der Zerstäubung des Kraftstoffstrahls ausreichende Temperatur ansteigt. In dem Falle, daß das Ermittlungsergebnis negativ ist (NEIN), und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit t3 noch nicht verstrichen ist, wird der Verbrennungsmodusbetrieb fortgesetzt. Im Gegensatz dazu geht, wenn das Ermittlungsergebnis bestätigend (JA) ist, und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit t3 verstrichen ist, der Ablauf zu dem Schritt S30 über.
  • Der Schritt S30 unterbricht den Betrieb des Brenners 30 oder der Kraftstoffeinspritzung während einer gegebenen Zeit tint 3 (beispielsweise 15 Sekunden). Dadurch läßt man die Verbrennungsflamme ausgehen. Die gegebene Zeit tint3 kann kürzer als die gegebene Zeit tint1 sein, da die Brennzeit des Brenners 30 kurz ist, und somit sind die für das Erlöschen der Flamme erforderliche Zeit und die Zeit für den Brenner 30, bis er eine für die Unterstützung der Verdampfung geeignete Temperatur besitzt, als kurz anzusehen.
  • Nachdem der Brenner 30 in dem Verbrennungsmodus arbeitet, kehrt der Ablauf zu dem Schritt S18 zurück, um den Brenner 30 wieder in dem Kraftstoffzuführungsmodusbetrieb zu betreiben. Danach wird im Schritt S24 ermittelt, ob die gegebene Zeit tmax verstrichen ist. Wenn das Ermittlungsergebnis bestätigend ist (JA), und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit tmax verstrichen ist, geht der Ablauf zu dem Schritt S32 über. Im Schritt S32 wird die PM-Ansammlungsmenge zurückgesetzt, und der Ablauf springt aus der Routine aus, was zu dem Ende der Zwangsregenation führt.
  • Wenn das Ermittlungsergebnis des Schrittes S24 negativ ist (NEIN), und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit tmax noch nicht verstrichen ist, werden anschließend der Verbrennungsmodus und der Kraftstoffzuführungsmodus wieder abwechselnd implementiert, bis die gegebene Zeit tma x abläuft.
  • Wenn der Verbrennungsmodus und der Kraftstoffzuführungsmodus wiederholt, wie vorstehend beschrieben mit den in der Routine auftretenden Unterbrechungszeiten für den Brenner 30, implementiert werden, haben gemäß Darstellung in 4, welche eine Zeitratenveränderung in der Temperatur eines abstromseitigen Abschnittes des DPF 24 darstellt, und in 5, welche eine Zeitratenveränderung in der Temperatur eines Außenumfangs der Mitte des DPF 24 darstellt, sowohl der abstromseitige Abschnitt des DPF 24 als auch der Außenumfang der Mitte des DPF 24 hohe Temperaturen periodisch mit der Zuführung des Kraftstoffstrahls (durchgezogene Linie), während die Temperatur langsam in dem Falle ansteigt, daß der Brenner 30 wie nach dem Stand der Technik kontinuierlich betrieben wird (unterbrochene Linie). Dieses begünstigt stark die Verbrennung des in dem DPF 24 eingefangenen PM durch das gesamte DPF 24 hindurch, was zu einem frühen Erreichen der Regeneration des DPF 24 führt.
  • 6 stellt Regenerationsraten (verbranntes PM/eingefangenes PM) des DPF 24 für dieselbe Zeitdauer (beispielsweise 10 Minuten) im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall dar, in welchem der Brenner 30 kontinuierlich betrieben wird im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung, in welcher der Verbrennungsmodus und der Kraftstoffzuführungsmodus wiederholt abwechselnd implementiert werden. Wie es in 6 dargestellt ist, ermöglicht es die wiederholte Implementation des Verbrennungsmodus und des Kraftstoffzuführungsmodus, eine Regenerationsrate zu erzielen, welche angenähert doppelt so hoch wie die Regenerationsrate ist, welche in dem Falle erzielt wird, daß der Brenner 30 kontinuierlich betrieben wird.
  • Mit der Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann trotz der einfachen und preiswerten Konfiguration unter Verwendung des Brenners 30 das in dem DPF 24 angesammelte PM verbrannt werden, ohne die Ungleichmäßigkeit der PM-Verbrennung aufgrund der Flamme des Brenners 30 oder einer Schmelzung oder Beschädigung des DPF 24 zu bewir ken, ohne den Motor 1 unnötig zu belasten und ohne Energie zum Zeitpunkt der Zwangsregeneration zu verschwenden. Die Regeneration des DPF 24 wird somit effizient durchgeführt.
  • Wenn die Temperatur des Oxidationskatalysatorabschnittes 24a des DPF 24 die Aktivierungstemperatur während des Verbrennungsmodusbetriebs des Brenners 30 erreicht, wird der Betrieb auf den Kraftstoffzuführungsmodus umgeschaltet, und kein Kraftstoffstrahl zugeführt, bis die Temperatur des DPF 24 vollständig bis zu der Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysatorabschnittes 24a angestiegen ist, nämlich einer Temperatur, welche die vollständige Oxidationsreaktion ermöglicht. Daher kann der Kraftstoffstrahl effizient durch den Oxidationskatalysatorabschnitt 24a oxidiert werden.
  • Da das kontinuierliche Regenerations-DPF aus dem Oxidationskatalysator 23 und dem DPF 24 aufgebaut ist, ist es möglich die Häufigkeit, mit welcher die Zwangsregeneration durch den Brenner 30 ausgeführt wird, auf ein Minimum zu reduzieren. Ferner ist der Brenner 30 so angeordnet, daß er das Verbrennungsgas anstromseitig von dem Oxidationskatalysator 23 zuführt, so daß der Oxidationskatalysator 23 in der Temperatur bis zur Aktivierung durch die Verbrennungswärme des Brenners 30 ansteigen kann. Demzufolge kann der Kraftstoffstrahl sicher oxidiert werden, indem nicht nur der Oxidationskatalysatorabschnitt 24a des DPF 24, sondern auch der Oxidationskatalysator 23 verwendet wird.
  • Selbst wenn die Restwärme des Brenners 30 während des Kraftstoffzuführungsmodus reduziert wird, um die Temperatur des Brenners 30 abzusenken, ermöglicht es die sich wiederholende Implementation des Verbrennungsmodus und des Kraftstoffzuführungsmodus dem Brenner 30 eine Temperatur aufrechtzuerhalten, welche zur Unterstützung der Zerstäubung des Kraftstoffstrahls während der Zwangsregeneration ausreicht.
  • Dieses bewirkt sicher die Oxidationsreaktion in dem Oxidationskatalysatorabschnitt 24a und in dem Oxidationskatalysator 23, was das DPF 24 ausreichend erwärmt und in der Temperatur angehoben hält.
  • Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, soll die Erfindung nicht auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt sein.
  • Beispielsweise ist gemäß der vorstehend erwähnten Ausführungsform der Brenner 30 so angeordnet, daß er das Verbrennungsgas anstromseitig von dem Oxidationskatalysator 23 zuführt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann jedoch der Brenner so angeordnet sein, daß er das Verbrennungsgas unmittelbar anstromseitig von dem DPF 24 zuführt, d.h. zwischen dem Oxidationskatalysator 23 und dem DPF 24, wie es in 7 dargestellt ist. Dieses ermöglicht es, erfolgreich die Oxidationsreaktion des Kraftstoffstrahls unter Verwendung des Oxidationskatalysatorabschnittes 24a des DPF 24 während des Kraftstoffzuführungsmodusbetriebes zu unterstützen, während eine Überhitzung des Oxidationskatalysators 23 verhindert wird, wodurch das DPF 24 effizient erwärmt wird, um dessen Temperatur unter Verwendung der Oxidationswärme der Oxidationsreaktion anzuheben. Demzufolge ist es möglich, das in dem DPF 24 angesammelte PM genauso effizient wie in der vorstehend erwähnten Ausführungsform zu verbrennen.
  • Ferner ist, obwohl in der vorstehenden Ausführungsform der Oxidationskatalysator 23 für die kontinuierliche Regeneration des DPF 24 vorgesehen ist, der Katalysator 23 nicht notwendigerweise erforderlich. Bei Fehlen des Oxidationskatalysators 23 wird das DPF 24 rasch und effizient erwärmt, um die Temperatur aufgrund der Oxidationswärme der in dem Oxidationskatalysatorabschnitt 24a bewirkten Oxidationsreaktion anzuheben. Daher können die Effekte der Erfindung vollständig durch den Oxidationskatalysatorabschnitt 24a des DPF 24 erreicht werden.
  • Zusätzlich sind, obwohl in der vorstehend erwähnten Ausführungsform die Intervalldauern (tint1, tint2 und tint3), in welchen der Betrieb des Brenners 30 unterbrochen ist, zwischen dem Verbrennungsmodus und dem Kraftstoffzuführungsmodus vorgesehen sind, derartige Intervallperioden nicht immer erforderlich, solange wie der Verbrennungsmodus und der Kraftstoffzuführungsmodus wechselseitig sofort umgeschaltet werden können.
  • Schließlich ist, obwohl in der vorstehenden Ausführungsform ein Dieselmotor als ein Motor 1 verwendet wird, der Motor 1 nicht auf den Dieselmotor beschränkt, wenn nur der Motor einer ist, welcher das Partikelfilter für die Beseitigung des PM erfordert.

Claims (6)

  1. Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit: einem Partikelfilter (24), das in einem Abgaskanal (12) eines Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist und in den Abgasen enthaltene Partikelmaterie einfängt, und einer Zwangsregenerationsvorrichtung zum zwangsweisen Verbrennen des in dem Partikelfilter eingefangenen Partikelmaterials und zum Regenerieren des Partikelfilters; wobei: die Zwangsregenerationsvorrichtung aufweist: Oxidationskatalysatoren (23, 24a), welche anstromseitig von dem Partikelfilter oder in dem Partikelfilter angeordnet sind, und einen Brenner (30), der anstromseitig von den Oxidationskatalysatoren angeordnet ist und funktionell zwischen einem Verbrennungsmodus für die Verbrennung eines Kraftstoffstrahls durch Entzündung zum Anheben der Temperatur von Abgasen in dem Abgaskanal und einem Kraftstoffzuführungsmodus zum Zuführen nur eines Kraftstoffstrahls zu dem Abgaskanal ohne Entzündung umschaltet, und wobei: nachdem der Brenner in den Verbrennungsmodus arbeitet, der Brennerbetrieb auf den Kraftstoffzuführungsmodus umgeschaltet wird.
  2. Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei: die Zwangsregenerationsvorrichtung wiederholt den Verbrennungsmodusbetrieb und den Kraftstoffzuführungsmodusbetrieb implementiert.
  3. Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Zwangsregenerationsvorrichtung eine Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsvorrichtung (26) zum Detektieren der Temperatur der Oxidationskatalysatoren aufweist; und wenn die Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsvorrichtung detektiert, daß die Temperatur des Oxidationskatalysators eine Aktivierungstemperatur während des Betriebs des Brenners in dem Verbrennungsmodus erreicht, der Brennerbetrieb auf den Kraftstoffzuführungsmodus umgeschaltet wird.
  4. Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Oxidationskatalysatoren einen Oxidationskatalysatorabschnitt (24a) aufweisen, der in einem anstromseitigen Abschnitt des Partikelfilters angeordnet ist.
  5. Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Oxidationskatalysatoren einen Oxidationskatalysatorabschnitt (24a) aufweisen, der in einem anstromseitigen Abschnitt des Partikelfilters angeordnet ist und einen Oxidationskatalysatorwandler (23), der anstromseitig von dem Partikelfilter angeordnet ist.
  6. Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Oxidationskatalysatoren einen Oxidationskatalysatorabschnitt aufweisen, der in einem anstromseitigen Abschnitt des Partikelfilters angeordnet ist und einen Oxidationskatalysatorwandler, der anstromseitig von dem Partikelfilter angeordnet ist, und der Brenner zwischen dem Partikelfilter und dem Oxidationskatalysatorwandler angeordnet ist.
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