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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, die einen Filter hat, der in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist, zum Sammeln von Partikelstoffen, die in dem Abgas enthalten sind.
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Abgasreinigungssysteme für eine Brennkraftmaschine, die einen Filter hat, die in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist, zum Sammeln von Partikelstoffen, wie zum Beispiel Ruß, der in dem Abgas enthalten ist, werden herkömmlicher Weise verwendet. Bei derartigen Abgasreinigungssystemen für eine Brennkraftmaschine, die einen Filter hat, wird ein Filterregenerationsprozess durchgeführt, wenn die Menge der Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, größer oder gleich einer bestimmten Menge wird. Bei dem Filterregenerationsprozess wird die Temperatur des Filters angehoben, um die Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, zu oxidieren und zu entfernen.
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Wenn jedoch der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses wird, verringert sich die Durchflussrate des Abgases und verringert sich ebenso die Menge der Wärme, die mit dem Abgas fortgetragen wird, aus der Menge der Wärme, die durch die Oxidation der Partikelstoffe erzeugt wird (die im Folgenden als die Menge der abgeführten Wärme bezeichnet wird). Wenn folglich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses wird und die Temperatur des Filters relativ hoch ist, gibt es die Gefahr, dass die Temperatur des Filters übermäßig ansteigen kann, und kann eine Wärmeverschlechterung des Filters beschleunigt werden.
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Im Hinblick darauf wurde in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine, die einen Filter hat, der in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist, eine Technologie entwickelt, bei der dann, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses wird, die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das in den Filter strömt (das im Folgenden als einströmendes Abgas bezeichnet wird), verringert, um die Oxidation der Partikelstoffe zu beschränken, um einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters zu beschränken.
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Es ist eine Technologie bekannt, bei der beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzung in der Form einer Nacheinspritzung auf der Grundlage der Durchflussrate des Abgases reguliert wird, um die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu steuern (siehe beispielsweise
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2002-285897 ). Es gibt eine weitere Technologie, bei der dann, wenn die Temperatur des Filters hoch ist und die Sauerstoffkonzentration im Abgas zu dem Zeitpunkt hoch ist, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich von dem Hochlastlauf verschiebt und der Leerlauf wird, die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringert wird (siehe beispielsweise
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 5-11205 ). Es gibt noch eine weitere Technologie, bei der dann, wenn die Brennkraftmaschine an einen Betriebszustand angelangt, der die Verhinderung einer Selbstzündung der Partikelstoffe erfordert, die sich an dem Filter ablagern, die Kraftstoffeinspritzmenge bei einer Piloteinspritzung erhöht wird (siehe beispielsweise
japanische Patentoffenlegungsschrift 2003-172124 ).
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Wie vorstehend angegeben, wird bei dem Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, die einen Filter hat, der im Abgasdurchgang vorgesehen ist, zum Beschränken eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters die Kraftstoffmenge, die durch eine Sub-Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, die bei der Brennkraftmaschine während der Dauer bewirkt wird, die eine andere als eine Hauptkraftstoffeinspritzung ist (die im Folgenden einfach als Sub-Kraftstoffeinspritzung bezeichnet wird), oder die Kraftstoffmenge, die durch eine Kraftstoffzugabe zu dem Abgas an der stromaufwärtigen Seite des Filters zugegeben wird (die im Folgenden einfach als Kraftstoffzugabe zu dem Abgas bezeichnet wird), gesteuert, um die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu verringern.
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Wenn die Sub-Kraftstoffeinspritzung oder die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas bewirkt wird, wird Sauerstoff, der in dem Abgas enthalten ist, durch eine Oxidation des Kraftstoffs durch Oxidieren eines Katalysators verbraucht, der an dem Filter geträgert ist (oder der an dem Abgasdurchgang stromaufwärts von dem Filter vorgesehen ist). Folglich wird die Sauerstoffkonzentration des einströmenden Abgases abgesenkt. Daher ist es durch Steuern der Sub-Kraftstoffeinspritzmenge oder der Kraftstoffzugabe zu dem Abgas möglich, die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas nach unten auf einen derartigen Grad zu verringern, dass eine Oxidation der Partikelstoffe beschränkt wird, die sich an dem Filter ablagern.
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Jedoch gibt es in dem Fall, in dem die Sub-Kraftstoffeinspritzung oder die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas bewirkt wird, die Gefahr, dass ein Kraftstoffverbrauch verschlechtert wird oder die Menge von Emissionen von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen erhöht werden kann. Wenn es insbesondere erforderlich ist, die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas nach unten auf einen derartigen Grad zu verringern, dass eine Oxidation der Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, beschränkt wird, nämlich durch die Sub-Kraftstoffeinspritzung oder die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas, ist es notwendig, eine relativ große Menge Kraftstoff einzuspritzen oder hinzuzugeben. Das führt wahrscheinlich zu einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs oder zu einer Erhöhung der Emission von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen.
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Im Stand der Technik nach
DE 101 08 720 A1 ist ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei welchem bei Überschreiten eines Schwellwerts einer Kenngröße, die die Intensität einer Reaktion in dem Abgasreinigungssystem charakterisiert, Maßnahmen zur Reduzierung der Reaktionsgeschwindigkeit eingeleitet werden.
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Im Stand der Technik nach
JP 2003-227-389 A ist ein Abgasreinigungssystem offenbart, bei dem eine thermische Alterung des katalytischen Wandlers verhindert wird, indem die Temperatur des katalytischen Wandlers beschränkt wird.
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Im Stand der Technik nach
JP 61-079-814 A ist ein Abgasreinigungssystem offenbart, bei dem die Beschädigung des katalytischen Wandlers verhindert wird, indem ein Hochlastzustand einer Kraftmaschine zu einem Leerlaufzustand umgestellt wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Problem gemacht. Die vorliegende Erfindung ist auf eine Brennkraftmaschine mit einem Filter gerichtet, der in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Technologie bereitzustellen, die ermöglicht, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters unter Vermeidung einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und Beschränken einer Emission von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen zu beschränken.
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Zum Lösen der vorstehend genannten Aufgabe werden die folgenden Mittel bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nämlich bei einem Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Filter, der in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist, um Partikelstoffe zu sammeln, die in dem Abgas enthalten sind, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich zu dem Leerlauf (oder dem Leerlaufzustand) während des Filterregenerationsprozesses verschiebt, wenn die Menge der abgeführten Wärme bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird, relativ groß ist, kein bestimmter Betrieb außer dem Anhalten des Filterregenrationsprozesses bewirkt, und wenn die Menge der abgeführten Wärme bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird, relativ gering wird, die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas durch zumindest entweder eine Sub-Kraftstoffeinspritzung oder eine Kraftstoffzugabe zu dem Abgas verringert.
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Genauer gesagt ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, das Folgendes aufweist:
einen Filter, der ein einem Abgasdurchgang zum Sammeln von Partikelstoffen vorgesehen ist, die in dem Abgas enthalten sind;
einen Katalysator, der eine Oxidationsfunktion hat, wobei der Katalysator in zumindest entweder dem Zustand, in dem er an dem Filter geträgert ist, oder dem Zustand, in dem er in dem Abgasdurchgang an der stromaufwärtigen Seite des Filters vorgesehen ist, vorgesehen ist;
eine Filterregenerationseinrichtung um dann, wenn die Menge der Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, größer oder gleich einer vorbestimmten Ablagerungsmenge wird, die Temperatur des Filters anhebt, um die Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, zu oxidieren und zu entfernen; und
einer Abfuhrwärmemengenschätzeinrichtung zum Schätzen, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich zu dem Leerlauf verschiebt, während die Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, durch die Filterregenerationseinrichtung oxidiert und entfernt werden, der Menge der abgeführten Wärme, nämlich der Menge der Wärme, die mit dem Abgas bis zu dem Zeitpunkt fortgetragen wird, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird, aus der Menge der Wärme, die durch die Oxidation der Partikelstoffe erzeugt wird, auf der Grundlage der Differenz zwischen der Anzahl der Verbrennungsmotorumdrehungen zu dem Zeitpunkt des Beginns der Verschiebung zu dem Leerlaufzustand und der Anzahl der Verbrennungsmotorumdrehungen bei dem Leerlauf;
wobei dann, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich zu dem Leerlauf verschiebt, während Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, durch die Filterregenerationseinrichtung oxidiert und entfernt werden, wenn die Menge der abgeführten Wärme, die durch die Abfuhrwärmeschätzeinrichtung geschätzt wird, größer oder gleich einer vorbestimmten Wärmemenge ist, die Abfuhr von Partikelstoffen aus dem Filter durch die Filterregenationseinrichtung nur angehalten wird, und wenn die Menge der abgeführten Menge, die durch die Abfuhrwärmeschätzeinrichtung geschätzt wird, geringer als die vorbestimmte Wärmemenge ist, die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das in den Filter strömt, nach unten auf einen derartigen Grad verringert wird, dass die Oxidation der Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, beschränkt wird, durch zumindest entweder eine Sub-Kraftstoffeinspritzung, die bei der Brennkraftmaschine während einer Dauer durchgeführt wird, die eine andere als eine Haupteinspritzung ist, oder durch eine Kraftstoffzugabe zu dem Abgas, wobei der Kraftstoff dem Abgas an der stromaufwärtigen Seite des Filters zugegeben wird.
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Hier ist die vorbestimmte Ablagerungsmenge eine Menge, die kleiner als die Menge ist, die die Gefahr mit sich bringt, dass die Temperatur des Filters übermäßig durch die Wärme angehoben werden kann, die durch die Oxidation der Partikelstoffe erzeugt wird. Die vorbestimmte Ablagerungsmenge wird im Voraus durch Versuche und dergleichen bestimmt.
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Wenn in der vorliegenden Erfindung der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich zu dem Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses verschiebt, wird die Menge der abgeführten Wärme bis zu dem Zeitpunkt, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird (die im Folgenden als Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf bezeichnet wird), auf der Grundlage der Differenz zwischen der Anzahl der Verbrennungsmotorumdrehungen zu dem Zeitpunkt des Beginns der Verschiebung zu dem Leerlauf und der Anzahl der Verbrennungsmotorumdrehungen in dem Leerlauf geschätzt.
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Wenn die Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine zu dem Zeitpunkt des Beginns der Verschiebung zu dem Leerlauf relativ hoch ist und ihre Differenz von der Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine in dem Leerlauf relativ groß ist, wird die Zeit, bis der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird, lang sein. Folglich wird die Menge der abgeführten Wärme zu dem Zeitpunkt des Beginns der Verschiebung zu dem Leerlauf groß sein. Wenn andererseits die Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine zu dem Zeitpunkt des Beginns der Verschiebung zu dem Leerlauf relativ gering ist und ihre Differenz von der Anzahl der Umdrehungen der Brennkraftmaschine in dem Leerlauf relativ klein ist, wird die Zeit, bis der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird, kurz sein. Folglich wird die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf gering sein. Demgemäß ist es möglich, die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf auf der Grundlage der Differenz zwischen der Anzahl der Verbrennungsmotorumdrehungen zu dem Zeitpunkt des Beginns der Verschiebung zu dem Leerlauf und der Anzahl der Verbrennungsmotorumdrehungen in dem Leerlauf zu schätzen.
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Wenn in der vorliegenden Erfindung der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich zu dem Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses verschiebt, wenn die geschätzte Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf größer oder gleich einer vorbestimmten Wärmemenge ist, wird der Filterregenrationsprozess lediglich angehalten. Wenn andererseits die geschätzte Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf geringer als die bestimmte Wärmemenge ist, wird die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas nach unten auf einen derartigen Grad verringert, dass eine Oxidation der Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, beschränkt wird, durch zumindest entweder eine Sub-Kraftstoffeinspritzung oder eine Kraftstoffzugabe zu dem Abgas.
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Die Sub-Kraftstoffeinspritzung wird während einer Dauer bewirkt, in der ihr Einfluss auf die Verbrennungsmotorlast der Brennkraftmaschine gering ist. Die vorbestimmte Wärmemenge ist eine derartige Wärmemenge, dass dann, wenn die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf größer als oder gleich wie die vorbestimmte Wärmemenge ist, für den Fall, dass der Filterregenerationsprozess beim Verschieben der Brennkraftmaschine zu dem Leerlauf angehalten ist, geschlossen werden kann, dass die Gefahr eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters gering ist, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird.
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In dem Fall, dass die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf kleiner als die vorbestimmte Wärmemenge ist, ist es auch dann, wenn der Filterregenerationsprozess beim Verschieben der Brennkraftmaschine zu dem Leerlauf angehalten ist, manchmal schwierig, die Temperatur des Filters ausreichend zu verringern, bis der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird, in dem lediglich die durch die Oxidation der Partikelstoffe erzeugte Wärme mit dem Abgas fortgetragen wird. Im Hinblick darauf wird dann, wenn die Brennkraftmaschine sich zu dem Leerlauf verschiebt, in dem Fall, dass die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlaufzustand geringer als die vorbestimmte Wärmemenge ist, die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas nach unten auf einen derartigen Grad verringert, dass eine Oxidation der Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, beschränkt wird, durch zumindest entweder die Sub-Kraftstoffeinspritzung oder die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas, um einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters zu beschränken, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird, nämlich auf eine ähnliche Weise wie nach dem Stand der Technik.
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Auch wenn andererseits bei der vorliegenden Erfindung der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich zu dem Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses verschiebt, in dem Fall, dass die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlaufzustand größer als oder gleich wie die vorbestimmte Wärmemenge ist, der Filterregenerationsprozess lediglich angehalten, aber wird die Sub-Kraftstoffeinspritzung oder die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas zum Verringern der Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas nicht bewirkt.
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In dem Fall, dass die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlaufzustand größer als oder gleich wie die vorbestimmte Wärmemenge ist, wenn der Filterregenationsprozess angehalten ist, wird angenommen, dass es möglich ist, die Temperatur des Filters ausreichend zu verringern, bis der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird, lediglich durch Forttragen der durch die Oxidation der Partikelstoffe erzeugten Wärme mit dem Abgas. Anders gesagt wird in diesem Fall auch dann, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas nicht durch die Sub-Kraftstoffeinspritzung oder die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas verringert wird, die Temperatur des Filters zu dem Zeitpunkt, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird, niedrig genug, dass es eine geringe Gefahr eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters auch dann gibt, wenn die Durchflussrate des Abgases sich verringert, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird.
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Durch Beseitigen der Sub-Kraftstoffeinspritzung und der Kraftstoffzugabe zu dem Abgas kann eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs oder eine Erhöhung der Emission von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen beschränkt werden.
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Wie vorstehend angegeben ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich zu dem Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses verschiebt, die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas durch zumindest entweder die Sub-Kraftstoffeinspritzung oder die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas nur in dem Fall verringert, in dem die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf geringer als die vorbestimmte Wärmemenge ist. Mit diesem Merkmal ist es möglich, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters unter Vermeidung einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und unter Beschränken einer Erhöhung der Emissionen von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen zu beschränken.
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In der vorliegenden Erfindung kann in dem Fall, in dem der Filterregenerationsprozess durch Erhöhen der Temperatur des Filters durch zumindest entweder die Sub-Kraftstoffeinspritzung oder die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas realisiert wird, wenn die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf größer als oder gleich wie die vorbestimmte Wärmemenge ist, der Filterregenerationsprozess dadurch angehalten werden, dass die Sub-Kraftstoffeinspritzung und die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas angehalten wird. Wenn andererseits die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf geringer als die vorbestimmte Wärmemenge ist, kann die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas nach unten auf einen Grad verringert werden, so dass die Oxidation der Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, durch Erhöhen der Sub-Kraftstoffeinspritzmenge oder der Menge der Kraftstoffzugabe zu dem Abgas beschränkt wird.
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In dem Fall, dass die Filtertemperatur durch Erwärmen des Filters mit einer Heizeinrichtung oder ähnlichem angehoben wird, kann der Filterregenerationsprozess dadurch angehalten werden, dass die Erwärmung des Filters durch die Heizeinrichtung angehalten wird. In diesem Fall kann in dem Fall, dass die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf geringer als die vorbestimmte Wärmemenge ist und die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas durch Erhöhen der Sub-Kraftstoffeinspritzmenge oder der Menge der Kraftstoffzugabe zu dem Abgas ebenso verringert wird, der Filterregenerationsprozess dadurch angehalten, dass die Erwärmung des Filters durch die Heizeinrichtung angehalten wird.
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In der vorliegenden Erfindung kann der Wert der vorbestimmten Wärmemenge umso größer gemacht werden, umso höher die Temperatur des Filters zu dem Zeitpunkt ist, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine beginnt, sich zu dem Leerlauf zu verschieben, oder umso größer die Menge der Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, zu dem Zeitpunkt ist, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine beginnt, sich zu dem Leerlauf zu verschieben. Anders gesagt, kann der Wert der vorbestimmten Wärmemenge umso kleiner gemacht werden, umso niedriger die Temperatur des Filters zu dem Zeitpunkt ist, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine beginnt, sich zu dem Leerlauf zu verschieben, oder umso kleiner die Menge der Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, zu dem Zeitpunkt ist, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine beginnt, sich zu dem Leerlauf zu verschieben.
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Das liegt daran, dass, umso höher die Temperatur des Filters ist oder umso größer die Menge der Partikelstoffe ist, die sich an dem Filter ablagern, die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf umso größer ist, die zum Verringern der Temperatur des Filters nach unten auf eine Temperatur erforderlich ist, bei der keine Gefahr eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters besteht, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird.
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Durch Variieren der vorbestimmten Wärmemenge, wie vorstehend angegeben ist, kann eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs vermieden werden und kann eine Emission von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen zuverlässiger beschränkt werden. Außerdem ist es möglich, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters sicherer zu beschränken.
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In der vorliegenden Erfindung kann beim Verringern der Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas die Einlassluftmenge bei der Brennkraftmaschine zusätzlich zu dem Bewirken der Sub-Kraftstoffeinspritzung und/oder Kraftstoffzugabe zu dem Abgas verringert werden. Durch Verringern der Einlassluftmenge bei der Brennkraftmaschine können die Sub-Kraftstoffeinspritzmenge und/oder die Menge der Kraftstoffzugabe zu dem Abgas zum Verringern der Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas klein gemacht werden. Daher kann eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und einer Emission von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen sicherer beschränkt werden.
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Die vorstehend genannte und andere Aufgaben, Merkmale sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der folgenden genauen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlich.
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1 ist eine schematische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, ihre Einlass- und Auslasssysteme und ihr Steuerungssystem zeigt.
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2 ist ein Ablaufdiagramm einer Filterübermaßtemperaturanstiegsbeschränkungssteuerungsroutine in dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hier wird die Beschreibung auf den Fall berichtet sein, in dem die vorliegende Erfindung auf einen diesen Verbrennungsmotor zum Antreiben von Fahrzeugen angewendet ist. 1 ist eine Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Brennkraftmaschine gemäß diesem Ausführungsbeispiel, ihre Einlass- und Auslasssysteme und ihr Steuerungssystem zeigt.
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Die Brennkraftmaschine 1 ist ein Dieselverbrennungsmotor zum Antreiben von Fahrzeugen. Die Brennkraftmaschine ist mit einem Einlassdurchgang 4 und einem Auslassdurchgang 2 verbunden. Bei dem Einlassdurchgang 4 ist ein Drosselventil 8 vorgesehen. Andererseits sind bei dem Auslassdurchgang 2 ein Partikelfilter 3 (der im Folgenden einfach als der Filter 3 bezeichnet wird) zum Sammeln von Partikelstoffen, wie zum Beispiel Ruß, der in dem Abgas enthalten ist, und ein Oxidationskatalysator 6 an der stromaufwärtigen Seite des Filters 3 vorgesehen. Anstelle des Vorsehens des Oxidationskatalysators 6 bei dem Abgasdurchgang 2 stromaufwärts von dem Filter 3 kann ein Oxidationskatalysator an dem Filter 3 geträgert sein. Als Oxidationskatalysator 6 kann jeder Katalysator mit einer Oxidationsfunktion verwendet werden. Beispielsweise kann der Oxidationskatalysator 6 ein NOx-Speicher-Reduktions-Katalysator sein.
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In dem Abgasdurchgang 2 ist ein Abgasdruckdifferenzsensor 9 vorgesehen, der ein elektrisches Signal abgibt, das eine Druckdifferenz zwischen den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seiten des Filters 3 anzeigt. An einer Position in dem Abgasdurchgang 2 stromabwärts von dem Filter 3 ist ein Abgastemperatursensor 7 vorgesehen, der ein Signal abgibt, das die Temperatur des Abgases anzeigt, das in dem Abgasdurchgang 2 strömt. Zusätzlich ist an einer Position in dem Abgasdurchgang 2 stromaufwärts von dem Filter 3 ein Kraftstoffzugabeventil 5 zum Zugeben von Kraftstoff in das Abgas vorgesehen.
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An die Brennkraftmaschine 1 mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 10 angefügt. Die ECU 10 ist eine Einheit zum Steuern des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 gemäß Fahrbedingungen der Brennkraftmaschine 1 oder Fahreranweisungen. Die ECU 10 ist mit verschiedenartigen Sensoren, wie zum Beispiel dem Abgasdruckdifferenzsensor 9, dem Abgastemperatursensor 7, einem Kurbelpositionssensor 11, der ein elektrisches Signal abgibt, das die Winkelposition der Kurbelwelle anzeigt und einem Beschleunigerpositionssensor 12 verbunden, der ein elektrisches Signal abgibt, das die Beschleunigerposition anzeigt. Die Ausgangssignale von den verschiedenartigen Sensoren werden der ECU 10 eingegeben. Die ECU 10 schätzt die Menge der Partikelstoffe, die sich an dem Filter 3 ablagern (die im Folgenden als PM-Ablagerungsmenge bezeichnet wird), auf der Grundlage des Ausgangswerts des Abgasdruckdifferenzsensors 9 und schätzt die Temperatur des Filters 3 auf der Grundlage des Ausgangswerts des Abgastemperatursensors 7. Zusätzlich bezieht die ECU 10 die Anzahl der Verbrennungsmotorumdrehungen der Brennkraftmaschine 1 aus dem Ausgangswert des Kurbelpositionssensors 11 und bezieht die Verbrennungsmotorlast der Brennkraftmaschine 1 aus dem Ausgangswert des Beschleunigerpositionssensors 12. Die ECU 10 ist elektrisch ebenso mit dem Kraftstoffzugabeventil 5 und dem Kraftstoffeinspritzventilen der Brennkraftmaschine 1 usw. verbunden. Somit werden sie durch die ECU 10 gesteuert.
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Wenn in diesem Ausführungsbeispiel die Menge der Partikelstoffe, die sich an dem Filter 3 ablagern, größer als oder gleich wie eine vorbestimmte Ablagerungsmenge wird, verursacht die ECU 10 eine Sub-Kraftstoffeinspritzung bei der Brennkraftmaschine 1 und eine Kraftstoffzugabe zu dem Abgas durch das Kraftstoffzugabeventil 5, um die Temperatur des Filters 3 anzuheben, um dadurch einen Filterregenerationsprozess auszuführen, bei dem die Partikelstoffe, die sich an dem Filter 3 ablagern, oxidiert und entfernt werden. Hier ist die vorbestimmte Ablagerungsmenge eine Menge, die geringer als die Menge ist, die die Gefahr mit sich bringt, dass die Temperatur des Filters 3 übermäßig durch die Wärme angehoben werden kann, die durch eine Oxidation der Partikelstoffe erzeugt wird. Die vorbestimmte Ablagerungsmenge wird im Voraus durch Experimente usw. bestimmt.
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Wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 der Leerlauf während des vorstehend beschriebenen Filterregenerationsprozesses wird, wird sich die Durchflussrate des Abgases verringern. In diesem Fall wird sich die Menge der abgeführten Wärme entsprechend verringern und gibt es die Gefahr, dass die Temperatur des Filters 3 übermäßig ansteigen wird. Im Hinblick darauf wird in diesem Ausführungsbeispiel, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 sich zu dem Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses verschiebt, ein Filterübermaßtemperaturanstiegsbeschränkungssteuerungsprozess zum Beschränken eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters 3 ausgeführt.
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Als nächstes wird der Filterübermaßtemperaturanstiegsbeschränkungssteuerungsprozess unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird dieser Steuerungsprozess ausgeführt, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 sich zu dem Leerlauf verschiebt, während der Filterregenerationsprozess sich in der Ausführung befindet. 2 ist ein Ablaufdiagramm einer Filterübermaßtemperaturanstiegsbeschränkungssteuerungsroutine. Diese Routine wird in der ECU 10 im Voraus gespeichert und wird bei regelmäßigen Intervallen ausgeführt, während die Brennkraftmaschine 1 läuft.
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In dieser Routine wird zuerst bestimmt in S101 die ECU 10, ob der Filterregenerationsprozess sich in der Ausführung befindet oder nicht. Wenn in dem Schritt S101 eine zustimmende Bestimmung gemacht wird, schreitet der Steuerungsablauf zu einem Schritt S102 weiter, wohingegen dann, wenn eine negative Bestimmung in dem Schritt S101 gemacht wird, die Ausführung dieser Routine beendet wird. Im S102 bestimmt die ECU 10, ob der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 sich von einem Betriebszustand, wobei eine Verbrennungsmotorlast höher als in dem Leerlauf ist, zu einem Leerlauf verschiebt, auf der Grundlage des Werts des Beschleunigerpositionssensors 12 usw. Wenn eine zustimmende Bestimmung in dem Schritt S101 gemacht wird, schreitet der Steuerungsablauf zu einem Schritt S103 weiter, wohingegen dann, wenn eine negative Bestimmung in dem Schritt S102 gemacht wird, die Ausführung dieser Routine beendet wird.
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In S103 bestimmt die ECU 10, ob die Temperatur T des Filters 3 gegenwärtig (vor dem Verschieben zu dem Leerlauf, nämlich zu dem Zeitpunkt des Beginns der Verschiebung zu dem Leerlauf) höher als eine vorbestimmte Temperatur T0 ist. Die vorbestimmte Temperatur T0 ist eine derartige Temperatur, dass dann, wenn die gegenwärtige Temperatur T des Filters 3 niedriger als oder gleich wie die vorbestimmte Temperatur T0 ist, daraus geschlossen werden kann, dass auch dann, wenn der Filterregenerationsprozess fortgesetzt wird, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 sich zu dem Leerlauf verschiebt, die Gefahr eines übermäßigen Temperaturanstiegs gering ist. Wenn in dem Schritt S103 eine zustimmende Bestimmung gemacht wird, schreitet der Steuerungsverlauf zu einem Schritt S104 weiter, wohingegen dann, wenn eine negative Bestimmung in dem Schritt S103 gemacht wird, der Steuerungsverlauf zu einem Schritt S108 voranschreitet, während der Filterregenerationsprozess fortgesetzt wird. In S108 verursacht die ECU 10, dass sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 zu dem Leerlauf verschiebt, die ECU 10 führt nämlich eine Verschiebung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 zu dem Leerlauf aus, und beendet dann die Ausführung dieser Routine.
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In S104 schätzt die ECU 10 die Menge der abgeführten Wärme Q beim Verschieben zu dem Leerlauf auf der Grundlage der Differenz zwischen der gegenwärtigen Anzahl der Verbrennungsmotorumdrehungen der Brennkraftmaschine 1 und der Anzahl der Verbrennungsmotorumdrehungen der Brennkraftmaschine 1 beim Leerlauf.
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Dann schreitet der Prozess der ECU 10 zu S105 weiter, indem eine vorbestimmte Wärmemenge Q0 auf der Grundlage der gegenwärtigen Temperatur T des Filters 3 und der gegenwärtigen PM-Ablagerungsmenge eingerichtet wird. Die vorbestimmte Wärmemenge Q0 ist eine derartige Wärmemenge, dass dann, wenn die Menge der abgeführten Wärme beim Verschieben zu dem Leerlauf größer als oder gleich wie die vorbestimmte Wärmemenge Q0 ist, in dem Fall, in dem der Filterregenerationsprozess beim Verschieben zu dem Leerlauf angehalten ist, die Temperatur des Filters 3 sich ausreichend bis zu dem Zeitpunkt verringern wird, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 der Leerlauf wird, und kann daraus geschlossen werden, dass die Gefahr eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters 3 gering ist, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 der Leerlauf wird. In S105 wird der Wert der vorbestimmten Wärmemenge, der durch die ECU eingerichtet wird, umso größer gemacht, umso höher die gegenwärtige Temperatur des Filters 3 ist oder umso größer die gegenwärtige PM-Ablagerungsmenge ist.
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Dann schreitet der Prozess der ECU 10 zu S106 weiter, indem eine Bestimmung gemacht wird, ob die Menge der abgeführten Wärme Q beim Verschieben zu dem Leerlauf, die in S104 geschätzt wird, geringer als die vorbestimmte Wärmemenge Q0, die in S105 eingerichtet ist oder nicht. Wenn in dem Schritt S106 eine zustimmende Bestimmung gemacht wird, schreitet der Steuerungsverlauf zu einem Schritt S107 weiter, wohingegen dann, wenn eine negative Bestimmung in dem Schritt S106 gemacht wird, der Steuerungsverlauf zu einem Schritt S109 voranschreitet.
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In S107 verringert die ECU 10 die Einlassluftmenge durch Verringern der Öffnung des Drosselventils 8 und erhöht die Sub-Kraftstoffeinspritzmenge bei der Brennkraftmaschine 1, um die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas nach unten auf eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration R0 zu verringern. Die vorbestimmte Sauerstoffkonzentration R0 ist eine derartige Sauerstoffkonzentration, dass dann, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas sich auf die vorbestimmte Sauerstoffkonzentration R0 verringert, eine Oxidation der Partikelstoffe, die sich an dem Filter ablagern, beschränkt wird. Die vorbestimmte Sauerstoffkonzentration kann beispielsweise derart bestimmt werden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases ein stoichiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. In dem vorstehend genannten Prozess kann anstelle von oder zusätzlich zu der Erhöhung der Sub-Kraftstoffeinspritzmenge die Kraftstoffzugabemenge durch das Kraftstoffzugabeventil erhöht werden.
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Als nächstes schreitet der Prozess der ECU 10 zu S108 weiter. In S108 verschiebt die ECU 10 den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 zu dem Leerlauf, die ECU 10 führt nämlich die Verschiebung zu dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 auf den Leerlauf aus und beendet die Ausführung dieser Routine.
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Andererseits setzt die ECU 10 in S109 die Sub-Kraftstoffeinspritzung bei der Brennkraftmaschine 1 und die Kraftstoffzugabe durch das Kraftstoffzugabeventil 5 aus, um den Filterregenerationsprozess anzuhalten.
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Als nächstes schreitet der Prozess der ECU 10 zu S108 ohne Ausführen eines Prozesses zum Verringern der Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas weiter, wie demjenigen, der in S107 ausgeführt. In S108 verschiebt die ECU 10 den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 zu dem Leerlauf, die ECU 10 führt nämlich die Verschiebung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 zu dem Leerlauf aus und beendet die Ausführung dieser Routine.
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Wie vorstehend beschrieben ist, wird bei dem Filterübermaßtemperaturanstiegsbeschränkungssteuerungsprozess gemäß diesem Ausführungsbeispiel in dem Fall, in dem der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 sich zu dem Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses verschiebt, zumindest entweder die Sub-Kraftstoffeinspritzmenge oder die Menge des zu dem Abgas zugegebenen Kraftstoffs nur dann erhöht, wenn die Menge der abgeführten Wärme Q beim Verschieben zu dem Leerlauf geringer als die vorbestimmte Wärmemenge Q0 ist. Durch diesen Steuerungsprozess wird die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas auf einen derartigen Grad verringert, dass eine Oxidation der Partikelstoffe, die sich an dem Filter 3 ablagern, beschränkt werden kann. Somit kann ein übermäßiger Temperaturanstieg des Filters 3 beschränkt werden.
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Andererseits kann in dem Fall, in dem der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 sich zu dem Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses verschiebt und die Menge der abgeführten Wärme Q beim Verschieben zu dem Leerlauf größer als oder gleich wie die vorbestimmte Wärmemenge Q0 ist, die Temperatur des Filters 3 lediglich durch Abführen der Wärme, die durch eine Oxidation der Partikelstoffe erzeugt wird, mit dem Abgas abgesenkt werden. Demgemäß wird weder die Sub-Kraftstoffeinspritzung nach die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas bewirkt. Daher kann eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs oder eine Erhöhung der Emission von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen beschränkt werden.
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Wie vorstehend erwähnt ist, ist es gemäß diesem Ausführungsbeispiel möglich, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters 3 unter Vermeidung einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und unter Beschränkung einer Emission von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen zu beschränken.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird der Wert der vorbestimmten Wärmemenge Q0 umso größer gemacht, umso höher die Temperatur des Filters 3 ist oder umso größer die PM-Ablagerungsmenge zu dem Zeitpunkt ist, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 beginnt, sich zu dem Leerlauf zu verschieben. Anders gesagt wird der Wert der vorbestimmten Wärmemenge Q0 umso kleiner gemacht, umso niedriger die Temperatur des Filters 3 ist oder umso geringer die PM-Ablagerungsmenge zu dem Zeitpunkt ist, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 beginnt, sich zu dem Leerlauf zu verschieben.
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Folglich kann eine Verschlechterung eines Kraftstoffverbrauchs vermieden werden und kann eine Erhöhung der Emission von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen sicherer beschränkt werden. Somit ist es möglich, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters 3 zuverlässiger zu beschränken.
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In diesem Ausführungsbeispiel kann die Sub-Kraftstoffeinspritzung als eine VIGOM-Einspritzung und eine Nacheinspritzung durchgeführt werden. Die VIGOM-Einspritzung ist eine Einspritzung, die in der Nähe des oberen Todpunkts in dem Auslasstakt bewirkt wird und die Nacheinspritzung ist eine Einspritzung, die nach der Hauptkraftstoffeinspritzung bewirkt wird. Das liegt daran, dass der Kraftstoff, der durch die VIGOM-Einspritzung und die Nacheinspritzung eingespritzt wird, kaum eine Verbrennung bei der Brennkraftmaschine 1 unterzogen wird. Ein zusätzlicher Grund ist, dass dann, wenn die VIGOM-Einspritzung bewirkt wird, die Zündfähigkeit in der Brennkammer verbessert wird und dadurch eine Verringerung der Einlassluftmenge vereinfacht wird.
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Obwohl bei dem Filterregenerationsprozess in diesem Ausführungsbeispiel die Temperatur des Filters 3 durch Bewirken der Sub-Kraftstoffeinspritzung bei der Brennkraftmaschine 1 und der Kraftstoffzugabe zu dem Abgas durch das Kraftstoffzugabeventil 5 angehoben wird, kann eine Heizeinrichtung oder ähnliches zum Erwärmen des Filters 3 vorgesehen sein und kann der Filterregenerationsprozess durch Erwärmen des Filters 3 zum Anheben seiner Temperatur verwirklicht werden. In diesem Fall wird in S109 bei der Filterübermaßtemperaturanstiegsbeschränkungssteuerungsroutine, die in 2 gezeigt ist, der Filterregenerationsprozess durch Anhalten der Erwärmung des Filters 3 durch die Heizeinrichtung unterbrochen. Zusätzlich wird in S107 bei der Filterübermaßtemperaturanstiegsbeschränkungssteuerungsroutine, die in 2 gezeigt ist, die Erwärmung des Filters 3 durch die Heizeinrichtung angehalten und wird zusätzlich die Einlassluftmenge verringert und wird die Sub-Kraftstoffeinspritzung (und/oder die Kraftstoffzugabe zu dem Abgas) zum Absenken der Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas nach unten auf die vorbestimmte Sauerstoffkonzentration R0 bewirkt.
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Mit dem Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Brennkraftmaschine, die den Filter in ihrem Abgasdurchgang hat, ist es möglich, einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters unter Vermeidung einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und unter Beschränken einer Emission von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen zu beschränken.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, erkennt der Fachmann, dass die Erfindung mit Abwandlungen innerhalb des grundlegenden Konzepts und des Anwendungsbereichs der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden kann.
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Das Abgasreinigungssystem für die Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung ist somit auf eine Brennkraftmaschine mit einem Filter gerichtet, der in dem Abgasdurchgang vorgesehen ist. Das System kann einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters unter Vermeidung einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und unter Beschränkung einer Emission von unverbrannten Kraftstoffbestandteilen beschränken. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird bei einem Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, die einen Filter hat, der in dem Abgasdurchgang zum Sammeln von Partikelstoffen vorgesehen ist, die in dem Abgas enthalten sind, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich zu dem Leerlauf während des Filterregenerationsprozesses verschiebt, die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas durch Erhöhen von zumindest entweder der Sub-Kraftstoffeinspritzmenge oder der Menge der Kraftstoffzugabe zu dem Abgas nur in dem Fall verringert, in dem die Menge der Wärme, die mit dem Abgas fortgetragen wird, bis der Betriebszustand der Brennkraftmaschine der Leerlauf wird, aus der Menge der Wärme, die durch eine Oxidation der Partikelstoffe erzeugt wird, relativ gering ist.
