DE102005001459B4

DE102005001459B4 - Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005001459B4
Application number: DE102005001459.3A
Authority: DE
Inventors: Shigeto Yahata; Makoto Saito; Kazuharu Tochikawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2025-01-13
Also published as: US20050154523A1; JP2005226633A; DE102005001459A1; JP4403944B2; US7458206B2

Abstract

Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, das ein in einem Abgaskanal (4) zum Auffangen von im Abgas enthaltenen Partikelstoffen angeordnetes Partikelfilter (5) aufweist und den Ablagerungszustand der in dem Partikelfilter (5) angesammelten Partikelstoffe auf der Basis eines Zustands des Abgases bestimmt, der einen Differenzdruck zwischen einem Einlass (51) und einem Auslass (52) des Partikelfilters (5) umfasst, mit eine Messeinrichtung (75a, 75b; S102; S202; S302; S402; S502) zur Bestimmung der Temperaturverteilung im Inneren des Partikelfilters (5), gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung (S103; S203; S303; S403, S405; S503, S505) zur Verhinderung der Bestimmung des Ablagerungszustands der Partikelstoffe, wenn eine geringe Gleichförmigkeit der bestimmten Temperaturverteilung im Inneren des Partikelfilters (5) vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter und bezieht sich insbesondere auf ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, bei dem die Regeneration eines Partikelfilters zu einem geeigneten Zeitpunkt erfolgen kann.
In jüngerer Zeit wird in immer höherem Maße eine Verringerung der Abgas-Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen und dergleichen gefordert. Insbesondere bei mit Kompressionszündung arbeitenden Diesel-Brennkraftmaschinen, die mit Dieselkraftstoff in Form eines dünnflüssigen Leichtöls betrieben werden, ist nicht nur die Entfernung von gasförmigen Bestandteilen wie Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden aus dem Abgas erforderlich, sondern auch die Entfernung von im Abgas enthaltenen Partikelstoffen wie Ruß und löslichen organischen Bestandteilen. Zu diesem Zweck wird daher ein Partikelfilter in einem Abgaskanal zum Auffangen dieser Abgas-Partikelstoffe angeordnet, die nachstehend vereinfacht als Partikel bezeichnet sind.
Beim Hindurchströmen des Abgases durch das Partikelfilter tritt das Abgas durch poröse Zwischenwände des Partikelfilters hindurch. Hierbei werden die im Abgas enthaltenen Partikelstoffe an den Oberflächen und Poren dieser Zwischenwande festgehalten. Wenn die Menge der auf diese Weise festgehaltenen und abgelagerten Partikelstoffe übermäßig ansteigt, führt dies zu einem erhöhten Stromungswiderstand des Partikelfilters und damit zu einem Anstieg des Abgas-Gegendrucks in der Brennkraftmaschine, wodurch sich die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine verringert. Die in dem Partikelfilter abgelagerten Partikelstoffe sollten daher in gewissen Zeitabständen aus dem Partikelfilter zu dessen Regenerierung und Wiederherstellung der Abgas-Abführungsleistung des Partikelfilters entfernt werden.
Bei einem bekannten System, bei dem die Regenerierung des Partikelfilters während des Betriebs der Brennkraftmaschine erfolgen kann, ist das Partikelfilter mit einem Oxidationskatalysator wie Platin beschichtet. Bei diesem System erfolgt in einem Ausstoßtakt eine Nacheinspritzung, durch die dem Partikelfilter Kraftstoff zugeführt wird. Durch Ausnutzung der bei der Verbrennung des Kraftstoffs dann entstehenden Verbrennungswärme findet bei diesem System eine Oxidation und Entfernung der abgelagerten Abgaspartikel statt, die im Vergleich zu dem eingespritzten Kraftstoff schwieriger zu oxidieren sind.
Wenn diese Regeneration des Partikelfilters jedoch häufig erfolgt, führt dies zu einem höheren Kraftstoffverbrauch. Sind dagegen die Zeitintervalle zwischen den jeweiligen Regenerationsvorgängen zu groß, hat dies einen übermäßigen Anstieg der abgelagerten Partikelmenge zur Folge, die dann bei dem Regenerationsvorgang plötzlich abgebrannt wird. Hierbei besteht die Gefahr, dass sich das Partikelfilter auf eine ubermaßig hohe Temperatur erwarmt und beschädigt wird. Vorzugsweise sollte daher der Zeitpunkt der Partikelfilterregeneration unter Berücksichtigung des Ablagerungszustands der Abgaspartikel erfolgen. Bei einem aus den japanischen Patent-Offenlegungsschriften 2003-27 919 und 2003-83 035 bekannten System wird daher der Differenzdruck zwischen dem Einlass und dem Auslass des Partikelfilters erfasst und die Bestimmung getroffen, dass der Regenerationszeitpunkt erreicht ist, wenn der Messwert des Differenzdruckes einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Diese Vorgehensweise basiert auf dem Umstand, dass sich der Differenzdruck entsprechend dem Anstieg des Strömungswiderstands auf Grund einer ansteigenden Ablagerungsmenge der Abgaspartikel im Partikelfilter vergrößert.
Zur Bestimmung des Ablagerungszustands der Abgaspartikel auf der Basis des Differenzdruckes wird somit der Umstand herangezogen, dass sich der Durchflusszustand des Abgases innerhalb des Partikelfilters in Abhängigkeit von dem Ablagerungszustand der Abgaspartikel verändert. Auch bei gleichbleibendem Ablagerungszustand verändert sich jedoch der gemessene bzw. ermittelte Ablagerungszustand, wenn sich der Durchflusszustand des Abgases im Partikelfilter verändert. In einem solchen Falle besteht somit die Gefahr, dass sich die Regenerierung des Partikelfilters verzögert oder dass die Regenerationsfrequenz ansteigt.
Die Druckschrift US 2003/0 167 757 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Menge von in einem Partikelfilter eingefangenen Partikeln basierend auf einem Abgasströmungsverhalten und der Temperatur, sowie einem Druckabfall in dem Filter.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine derart auszugestalten, dass eine genaue Bestimmung des Ablagerungszustands von Abgaspartikeln unter Berücksichtigung des Abgas-Durchflusszustands in einem Partikelfilter erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst das Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine ein Partikelfilter, das in einem Abgaskanal zum Auffangen von im Abgas enthaltenen Partikelstoffen angeordnet ist. Das Abgasreinigungssystem bestimmt hierbei den jeweiligen Ablagerungszustand der in dem Partikelfilter angesammelten Abgaspartikel auf der Basis eines Abgaszustandes wie dem Differenzdruck zwischen dem Einlass und dem Auslass des Partikelfilters. Das Abgasreinigungssystem umfasst eine Messeinrichtung und eine Sperreinrichtung. Die Messeinrichtung misst die Temperaturverteilung im Partikelfilter, während die Sperreinrichtung die Bestimmung des Ablagerungszustands der Abgaspartikel verhindert, wenn eine geringe Gleichförmigkeit der gemessenen Temperaturverteilung vorliegt.
Auch bei gleicher Masse eines Gases verändert sich sein Volumen bei unterschiedlichen Temperaturen. Bei einer geringen Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung im Partikelfilter liegt somit auch eine geringe Gleichförmigkeit der Durchflussgeschwindigkeitsverteilung vor. Bei einer geringen Gleichförmigkeit der gemessenen Temperaturverteilung wird somit die Bestimmung des Ablagerungszustands der Abgaspartikel verhindert bzw. unterbunden. Auf diese Weise kann der Ablagerungszustand der Abgaspartikel korrekt bestimmt und damit die Regeneration des Partikelfilters zu ungeeigneten Zeitpunkten vermieden werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 ein Ablaufdiagramm eines von einer elektronischen Steuereinheit des Abgasreinigungssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführten Steuervorgangs,
3 ein Ablaufdiagramm eines von einer elektronischen Steuereinheit eines Abgasreinigungssystems gemaß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführten Steuervorgangs,
4 ein Ablaufdiagramm eines von einer elektronischen Steuereinheit eines Abgasreinigungssystems gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführten Steuervorgangs,
5 eine schematische Querschnittsansicht eines Diesel-Partikelfilters (DPF) des Abgasreinigungssystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
6 Kennlinien von zeitabhängigen Temperaturänderungen in dem Diesel-Partikelfilter gemäß dem dritten Ausfuhrungsbeispiel,
7 Kennlinien einer Totzeit des Abgasreinigungssystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
8 Kennlinien einer Zeitkonstanten des Abgasreinigungssystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
9 eine schematische Querschnittsansicht eines Diesel-Partikelfilters (DPF) eines Abgasreinigungssystems gemäß einer Modifikation des dritten Ausführungsbeispiels,
10 Kennlinien von zeitabhangigen Temperaturänderungen in dem Diesel-Partikelfilter gemäß dem modifizierten dritten Ausführungsbeispiel,
11 Kennlinien eines Koeffizienten des Abgasreinigungssystems gemäß dem modifizierten dritten Ausführungsbeispiel,
12 Kennlinien des Koeffizienten des Abgasreinigungssystems gemäß dem modifizierten dritten Ausfuhrungsbeispiel,
13 ein Ablaufdiagramm eines von einer elektronischen Steuereinheit eines Abgasreinigungssystems gemäß einem vierten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung durchgeführten Steuervorgangs, und
14 ein Ablaufdiagramm eines von einer elektronischen Steuereinheit eines Abgasreinigungssystems gemäß einem funften Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführten Steuervorgangs.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt in schematischer Darstellung eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einem Abgasreinigungssystem gemaß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Motorblock 1 umfasst hierbei mehrere (bei diesem Ausführungsbeispiel vier) Zylinder. Über den jeweiligen Zylindern jeweils einzeln zugeordnete Injektoren 21, 22, 23 und 24 erfolgt eine Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder. Der Kraftstoff wird den Injektoren 21 bis 24 über eine sogenannte Verteilerleiste 25 (Common Rail 25) zugefuhrt, die den Injektoren 21 bis 24 gemeinsam zugeordnet ist. Über eine Ansaugsammelleitung 31 (Ansaugkrümmer), die den stromab gelegenen Teil eines Ansaugkanals 3 bildet, wird den Zylindern Gas zur Bildung eines Gasgemisches mit dem Kraftstoff zugeführt. Das durch die Verbrennung des Gasgemisches entstehende Abgas wird von den jeweiligen Zylindern in eine Abgassammelleitung 41 (Abgaskrümmer) ausgestoßen, die den stromauf gelegenen Teil eines Abgaskanals 4 bildet. In dem Abgaskanal 4 sind eine Turbine 42 eines Turboladers sowie ein Partikelfilter 5 in Form eines Diesel-Partikelfilters (DPF) angeordnet.
Das Diesel-Partikelfilter 5 besteht aus einem warmebeständigen Keramikmaterial wie Cordierit, das zu einem Wabenkörper geformt ist, der eine Vielzahl von als Gaskanäle dienenden Zellen aufweist. Ein Ende der jeweiligen Zellen ist hierbei auf der Seite eines Einlasses 51 oder auf der Seite eines Auslasses 52 des Diesel-Partikelfilters 5 wechselseitig verschlossen. Die Wandflächen der Zellen sind mit einem Oxidationskatalysator wie Platin beschichtet. Der Gesamtkörper des Diesel-Partikelfilters 5 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, in dem sich die Wabenstruktur zeigt. Das durch den Abgaskanal 4 in stromabwärtiger Richtung fließende Abgas tritt durch die porösen Zwischenwande der Zellen des Diesel-Partikelfilters 5 hindurch, wobei die in dem Abgas enthaltenen Partikelstoffe festgehalten werden und sich allmahlich in dem Diesel-Partikelfilter 5 ansammeln.
Mit dem Abgaskanal 4 ist ein Differenzdrucksensor 74 zur Erfassung des am Diesel-Partikelfilter 5 entstehenden Differenzdruckes verbunden, um auf diese Weise die Menge der im Diesel-Partikelfilter 5 angesammelten Partikelstoffe (die Partikel-Ablagerungsmenge) zu messen. Hierbei ist ein Ende des Differenzdrucksensors 74 mit dem Einlass 51 des Diesel-Partikelfilters 5 und das andere Ende mit dem Auslass 52 des Diesel-Partikelfilters 5 jeweils über Druckzuführungsleitungen bzw. -rohre 741, 742 verbunden. Auf diese Weise fuhrt der Differenzdrucksensor 74 ein dem am Diesel-Partikelfilter 5 entstehenden Differenzdruck entsprechendes Signal einer elektronischen Steuereinheit ECU 6 zu.
Ein Abgas-Temperatursensor 75a ist unmittelbar stromauf des Diesel-Partikelfilters 5 im Abgaskanal 4 angeordnet, während ein Abgas-Temperatursensor 75b unmittelbar stromab des Diesel-Partikelfilters 5 im Abgaskanal 4 angeordnet ist. Die Abgas-Temperatursensoren 75a, 75b sind mit der elektronischen Steuereinheit ECU 6 verbunden. Hierbei erfasst der Abgas-Temperatursensor 75a die Abgastemperatur am Einlass 51 des Diesel-Partikelfilters 5 (die nachstehend auch als DPF-Einlassgastemperatur bezeichnet ist), während der Abgas-Temperatursensor 75b die Abgastemperatur am Auslass 52 des Diesel-Partikelfilters 5 erfasst (die nachstehend auch als DPF-Auslassgastemperatur bezeichnet ist). Die erfassten Temperaturwerte werden der elektronischen Steuereinheit ECU 6 zugeführt. In dem Ansaugkanal 3 ist eine Drosselklappe 32 angeordnet. Ferner ist in dem Ansaugkanal 3 ein Luftdurchflussmesser 73 (ein Ansaugluftmengensensor) stromauf eines Verdichters 33 eines Turboladers angeordnet. Auf diese Weise wird die Ansaugluftmenge (Frischluftmenge) erfasst und ein entsprechendes Messsignal der elektronischen Steuereinheit ECU 6 zugeführt. Ferner ist mit der elektronischen Steuereinheit ECU 6 ein Umgebungsluft-Temperatursensor 76 zur Erfassung der Temperatur der Umgebungsluft (der Umgebungstemperatur TO) verbunden.
Weiterhin ist die elektronische Steuereinheit ECU 6 mit Sensoren wie einem Drehzahlsensor 71 zur Erfassung der Drehzahl NE der Brennkraftmaschine und einem Drosselklappen-Stellungssensor 72 zur Erfassung des Öffnungsgrades der Drosselklappe 32 (des Drosselklappen-Öffnungsgrades THR) verbunden, die auch bei einer üblichen Brennkraftmaschine vorgesehen sind. Auf der Basis der von diesen Sensoren abgegebenen Sensorsignale wird dann der Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt.
Die elektronische Steuereinheit ECU 6 wird im wesentlichen von einem Mikrocomputer gebildet und berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge, die zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und dergleichen in Abhängigkeit von dem auf der Basis der Ausgangssignale der verschiedenen Sensoren ermittelten Betriebszustand und steuert hierbei verschiedene Elemente und Bereiche der Brennkraftmaschine. Ferner uberwacht die elektronische Steuereinheit ECU 6 die Partikel-Ablagerungsmenge des Diesel-Partikelfilters 5 zur Bestimmung des Erreichens des Regenerationszeitpunkts des Diesel-Partikelfilters 5.
Nachstehend wird der von der elektronischen Steuereinheit ECU 6 durchgefuhrte Steuervorgang zur Uberwachung der Partikel-Ablagerungsmenge unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 2 näher beschrieben.
Zunächst wird in einem Schritt S101 die Partikel-Ablagerungsmenge ML auf der Basis des Differenzdrucks ΔP und der Durchflussgeschwindigkeit des Abgases (Abgas-Durchflussgeschwindigkeit v) berechnet. Der Differenzdruck ΔP steigt an, wenn sich die Partikel-Ablagerungsmenge ML vergrößert, während die Abgas-Durchflussgeschwindigkeit v mit steigender Partikel-Ablagerungsmenge ML abnimmt. Die Beziehungen zwischen der Partikel-Ablagerungsmenge ML, dem Differenzdruck ΔP und der Abgas-Durchflussgeschwindigkeit v sind in Form eines Kennfeldes in einem Festspeicher der elektronischen Steuereinheit ECU 6 vorgespeichert. Die Abgas-Durchflussgeschwindigkeit v wird hierbei aus der von dem Luftdurchflussmesser 73 erfassten Ansaugluftmenge (Frischluftmenge) und dergleichen berechnet.
Alternativ kann die Partikel-Ablagerungsmenge ML auf der Basis der nachstehenden Gleichung (1) ohne Verwendung des Kennfeldes berechnet werden: ML = {ΔP – (Aμv + Cρv²)}/(Bμv + Dρv²) (1)
In der vorstehenden Gleichung (1) sind mit μ die Viskosität des Abgases, mit ρ die Dichte des Abgases und mit A, B, C, D Konstanten bezeichnet.
Hierbei ist die vorstehende Gleichung (1) aus der folgenden Modellgleichung (2) abgeleitet: ΔP = Mμv + Nρv² (2)
Die jeweiligen Koeffizienten sind voreingestellt. In einem Zustand, in dem die Menge an gesammelten Abgaspartikeln noch gering ist, fließen die Partikel mit dem Abgasstrom zu den Poren der Zwischenwände des Diesel-Partikelfilters 5 und setzen auf diese Weise die Poren allmählich zu. Diese Erscheinung stellt den Hauptfaktor für einen Druckverlust im Diesel-Partikelfilter 5 dar, von dem der Differenzdruck ΔP bestimmt wird. Wenn mehr und mehr Poren mit Partikeln zugesetzt sind, vergroßert sich sodann die Schichtdicke der auf der Oberfläche des Diesel-Partikelfilters 5 abgelagerten Partikel. Nunmehr stellt der Anstieg der Schichtdicke der in dem Diesel-Partikelfilter 5 abgelagerten Partikel den Hauptfaktor für einen Druckverlust dar. Aus diesem Grund sollte vorzugsweise eine erste Gruppe von Konstanten A, B, C, D der Gleichung (1), die dem Bereich mit einer geringen Partikel-Ablagerungsmenge ML entsprechen, und eine zweite Gruppe von Konstanten A, B, C, D, die dem Bereich mit einer hohen Partikel-Ablagerungsmenge ML entsprechen, vorbereitet und vorgespeichert werden, wobei dann vorzugsweise eine mit der ersten oder der zweiten Gruppe der Konstanten A, B, C, D versehene Gleichung (1) entsprechend der Partikel-Ablagerungsmenge ML ausgewählt und verwendet werden sollte. Auf diese Weise lässt sich die Partikel-Ablagerungsmenge ML sehr genau berechnen.
Im Schritt S101 wird der Differenzdruck ΔP von dem Differenzdrucksensor 74 gemessen. Die Abgas-Durchflussgeschwindigkeit v wird erhalten, indem Berechnungen wie eine Umsetzung der von dem Luftdurchflussmesser 73 in Form einer Massendurchflussrate erfassten Ansaugluftmenge (Frischluftmenge) in eine Volumendurchflussrate durchgeführt werden. Die Sensorsignale des Differenzdrucksensors 74 und dergleichen werden hierbei in einem vorgegebenen Zyklus eingegeben, wobei die Verarbeitung des Schrittes S101 jeweils bei einer Eingabe der Sensorsignale des Differenzdrucksensors 74 und dergleichen erfolgt.
In einem Schritt S102 wird sodann die Temperaturverteilung in dem Diesel-Partikelfilter 5 auf der Basis der von den verschiedenen Sensoren abgegebenen Sensorsignale ermittelt. Auf ein Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung auf der Basis der Signale der Abgas-Temperatursensoren 75a, 75b wird nachstehend noch näher eingegangen. In Bezug auf ein Verfahren zur Bestimmung der Temperaturverteilung ohne Verwendung der Abgas-Temperatursensoren 75a, 75b kann dagegen in Betracht gezogen werden, die Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung niedrig zu bewerten, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Übergangsbetriebszustand befindet, bei dem der Drosselklappen-Offnungsgrad THR oder die Drehzahl NE der Brennkraftmaschine erhebliche Anderungen zeigen.
In einem Schritt S103 wird sodann ermittelt, ob eine gleichförmige Temperaturverteilung im Diesel-Partikelfilter 5 vorliegt oder nicht. Wenn das Ergebnis dieser Bestimmung im Schritt S103 ”JA” lautet, geht das Programm auf einen Schritt S104 über. Im Schritt S104 wird dann der Wert der Partikel-Ablagerungsmenge ML durch den im Schritt S101 berechneten Wert erneuert. Dieser erneuerte Wert der Partikel-Ablagerungsmenge ML dient dann zur Bestimmung der Regeneration des Diesel-Partikelfilters 5, d. h., wenn die Partikel-Ablagerungsmenge ML einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, erfolgt die Regenerationsverarbeitung für das Diesel-Partikelfilter 5. Wenn somit die Partikel-Ablagerungsmenge ML den vorgegebenen Schwellenwert uberschreitet, wird das Partikelfilter 5 regeneriert.
Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S103 dagegen ”NEIN” lautet, kehrt das Programm ohne Ausfuhrung der Verarbeitung des Schrittes S104 zum Schritt S101 zurück.
Im allgemeinen gilt, dass auch bei gleichbleibender Masse eines Gases sein Volumen sich in Abhängigkeit von der Temperatur verändert. Bei einer geringen Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung im Diesel-Partikelfilter 5 liegt daher auch eine geringe Gleichformigkeit der Durchflussgeschwindigkeitsverteilung des Abgases vor. Bei einer geringen Gleichförmigkeit der gemessenen Temperaturverteilung wird daher die Validierung der im Schritt S101 erhaltenen Partikel-Ablagerungsmenge ML verhindert bzw. unterbunden, sodass eine genaue Bestimmung des Wertes der Partikel-Ablagerungsmenge ML erfolgen und eine Regenerierung des Diesel-Partikelfilters 5 zu einem ungeeigneten Zeitpunkt vermieden werden kann.
Zweites Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 3 eine von einer elektronischen Steuereinheit eines Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung durchgeführte Verarbeitung zur Erneuerung des Wertes einer Partikel-Ablagerungsmenge ML näher beschrieben.
In einem Schritt S201 wird die Partikel-Ablagerungsmenge ML wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemessen. Sodann wird in einem Schritt S202 die Differenz zwischen der DPF-Einlassgastemperatur TIN und der DPF-Auslassgastemperatur TOUT in Form eines Wertes (Absolutwertes) berechnet, die den Bereich der Temperaturverteilung in dem Diesel-Partikelfilter 5 angibt. Die DPF-Einlassgastemperatur TIN wird hierbei von dem Abgas-Temperatursensor 75a gemessen, während die DPF-Auslassgastemperatur TOUT von dem Abgas-Temperatursensor 75b gemessen wird. Die DPF-Einlassgastemperatur TIN kann hierbei als die Temperatur des im weitesten Maße stromauf gelegenen Teils des Diesel-Partikelfilters 5 angesehen werden, wahrend die DPF-Auslassgastemperatur TOUT als die Temperatur des im weitesten Maße stromab gelegenen und von dem im weitesten Maße stromauf gelegenen Teil des Diesel-Partikelfilters 5 beabstandeten Teils des Diesel-Partikelfilters 5 angesehen werden kann. Ein Index der Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung im Diesel-Partikelfilter 5 kann somit auf einfache Weise durch Messung der DPF-Einlassgastemperatur TIN und der DPF-Auslassgastemperatur TOUT erhalten werden. Mit abnehmender Differenz zwischen der DPF-Einlassgastemperatur TIN und der DPF-Auslassgastemperatur TOUT steigt die Gleichförmigkeit an. Auf diese Weise kann festgelegt werden, dass eine gleichformige Temperaturverteilung in dem Diesel-Partikelfilter 5 vorliegt, wenn die Differenz zwischen der DPF-Einlassgastemperatur TIN und der DPF-Auslassgastemperatur TOUT in einem Bereich von ±50°C (einem Bereich von –50°C bis +50°C), vorzugsweise jedoch in einem Bereich von ±20°C (einem Bereich von –20°C bis +20°C) liegt. Da die Sensoren zur Messung der Temperaturverteilung in dem Diesel-Partikelfilter 5 ohne Bearbeitung des Diesel-Partikelfilters 5 angebracht werden können, lässt sich das erfindungsgemäße System auf einfache Weise installieren.
Im Schritt S203 wird dann bestimmt, ob die Differenz zwischen der DPF-Einlassgastemperatur TIN und der DPF-Auslassgastemperatur TOUT ”gleich einem vorgegebenen oder kleiner als ein vorgegebener” Bezugswert α ist. Wenn das Ergebnis dieser Bestimmung im Schritt S203 ”JA” lautet, wird der Wert der Partikel-Ablagerungsmenge ML im Schritt S204 erneuert. Wenn dagegen das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S203 ”NEIN” lautet, kehrt das Programm zum Schritt S201 zurück.
Drittes Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 4 bis 12 ein Verarbeitungsvorgang zur Erneuerung des Wertes einer Partikel-Ablagerungsmenge ML näher beschrieben, der von einer elektronischen Steuereinheit eines Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird.
Zunächst wird in einem Schritt S301 die Partikel-Ablagerungsmenge ML berechnet. Sodann wird in einem Schritt S302 die Temperaturverteilung im Diesel-Partikelfilter 5 unter Verwendung des Abgas-Temperatursensors 75a gemessen, wobei eine Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Temperaturen im Diesel-Partikelfilter 5 auf der Basis des Ergebnisses der Messung der Temperaturverteilung abgeschätzt wird.
Im einzelnen werden im Schritt S302 Temperaturen an mehreren Punkten innerhalb des Diesel-Partikelfilters 5 auf der Basis der DPF-Einlassgastemperatur TIN geschätzt. Wie in 5 veranschaulicht ist, werden die Temperaturen an drei Bestimmungspunkten B, C, D geschätzt, die auf einer in der Richtung der Abgasströmung verlaufenden Mittellinie X des Diesel-Partikelfilters 5 liegen. Diese geschätzten Temperaturen an den Bestimmungspunkten B, C, D werden nachstehend vereinfacht als Temperaturen B, C, D bezeichnet. Der Temperaturmesspunkt, bei dem der Abgas-Temperatursensor 75a angeordnet ist, wird hierbei als Punkt A bezeichnet, wobei die DPF-Einlassgastemperatur TIN nachstehend dann vereinfacht als Temperatur A bezeichnet wird.
Ein Modell zur Bildung der Temperaturen B, C, D an den Bestimmungspunkten B, C, D lässt sich in Form der nachstehenden Übertragungsfunktion (3) ausdrücken, die eine Verzögerung erster Ordnung und eine Totzeit umfasst. Die Temperaturen B, C, D an den Bestimmungspunkten B, C, D werden somit unter Verwendung der Temperatur A als Eingangswert geschätzt. Bei der Übertragungsfunktion (3) ist mit T eine Zeitkonstante bezeichnet, während mit L die Totzeit bezeichnet ist. Ubertragungsfunktion = {1/(1 + Ts)}·e^–Ls (3)
Zeitabhangige Anderungen der Temperaturen A, B, C, D sind in 6 in Form von Kennlinien dargestellt. Die Kennlinien gemäß 6 veranschaulichen die Sprungantworten der Temperaturen B, C, D in Bezug auf die Temperatur A als Eingangsgröße. Wenn sich die Temperatur A bzw. die Temperatur des in das Diesel-Partikelfilter 5 strömenden Abgases sprungartig oder stufenartig ändert, setzt sich diese Änderung zu den Punkten B, C, D fort. Auf Grund der Zeit, die das Abgas bis zum Erreichen der stromab des Punktes A gelegenen Punkte B, C, D benötigt, folgen die Temperaturen B, C, D der Änderung der Temperatur A zunächst mit einer gewissen Verzögerung und konvergieren sodann allmählich gegen den Wert der Temperatur A. Das durch die vorstehende Übertragungsfunktion mit einer Verzögerung erster Ordnung und einer Totzeit ausgedruckte Modell ermöglicht somit eine geeignete Schatzung der Temperaturen innerhalb des Diesel-Partikelfilters 5.
Die zeitliche Verzögerung an einem bestimmten Punkt vergrößert sich mit zunehmendem Abstand dieses bestimmten Punktes von dem Punkt A. Die Verzogerungszeit am Punkt D ist somit großer als die Verzögerungszeit am Punkt C, wobei die Verzögerungszeit am Punkt C wiederum größer als die Verzögerungszeit am Punkt B ist. Die der Temperatur A folgenden Änderungen der Temperaturen B, C, D oder die anschließenden Änderungen zeigen einen allmahlichen Verlauf, was auf der relativ großen Wärmekapazität des Diesel-Partikelfilters 5 beruht, dessen Grundmaterial aus einem Keramikwerkstoff besteht. Die Geschwindigkeit einer Änderung an einem bestimmten Punkt verringert sich mit fortschreitendem Abstand dieses bestimmten Punktes in stromabwärtiger Richtung von dem Punkt A. Die Geschwindigkeit einer anschließenden Änderung am Punkt D ist somit geringer als die Geschwindigkeit am Punkt C, wobei die Geschwindigkeit am Punkt C wiederum geringer als die Geschwindigkeit am Punkt B ist. Bei einer hohen Durchflussrate Q des Abgases und einer hohen Abgas-Durchflussgeschwindigkeit verkürzen sich diese Verzögerungszeiten in ihrer Gesamtheit, sodass sich die Änderungsgeschwindigkeiten vergrößern. Wie in 7 veranschaulicht ist, vergrößert sich somit die Totzeit L an einem bestimmten Punkt mit steigendem Abstand zwischen dem Einlass 51 des Diesel-Partikelfilters 5 und diesem bestimmten Punkt, während sie bei steigender Abgas-Durchflussrate Q abnimmt. In 7 gibt die gestrichelte Kennlinie D1 die einem Abstand D1 entsprechende Totzeit L wieder, während die strichpunktierte Kennlinie D2 die einem Abstand D2 entsprechende Totzeit L und die zweifach strichpunktierte Kennlinie D3 die einem Abstand D3 entsprechende Totzeit L wiedergeben. Der Abstand D3 ist hierbei größer als der Abstand D2, wobei der Abstand D2 wiederum größer als der Abstand D1 ist. Die Zeitkonstante T an einem bestimmten Punkt vergrößert sich mit steigendem Abstand zwischen dem Einlass 51 des Diesel-Partikelfilters 5 und diesem bestimmten Punkt, während sie mit steigender Abgas-Durchflussrate Q abnimmt, wie dies in 8 veranschaulicht ist.
Die Temperaturen B, C, D an den Bestimmungspunkten B, C, D auf der Mittellinie X des Diesel-Partikelfilters 5 können somit mit Hilfe der am Punkt A gemessenen Temperatur A abgeschätzt werden. Hierbei wird bei den Temperaturen A, B, C, D jeweils ein Maximalwert TMAX und ein Minimalwert TMIN gebildet, wobei die Differenz zwischen dem Maximalwert TMAX und dem Minimalwert TMIN den Bereich der Temperaturverteilung in dem Diesel-Partikelfilter 5 angibt.
In einem Schritt S303 des Ablaufdiagramms gemäß 4 wird sodann bestimmt, ob die Differenz zwischen dem Maximalwert TMAX und dem Minimalwert TMIN der Temperaturen im Diesel-Partikelfilter 5 ”gleich einem oder kleiner als ein” Bezugswert β ist. Auch in diesem Falle kann die Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung im Diesel-Partikelfilter 5 in Abhängigkeit von dem Umstand beurteilt werden, ob die Differenz gleich oder kleiner als 50°C, vorzugsweise gleich oder kleiner als 20°C, ist. Wenn das Ergebnis dieser Bestimmung im Schritt S303 ”JA” lautet, wird der Wert der Partikel-Ablagerungsmenge ML in einem Schritt S304 erneuert. Wenn dagegen das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S303 ”NEIN” lautet, kehrt das Programm ohne Ausführung der Verarbeitung des Schrittes S304 zum Schritt S301 zurück.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird auch die tatsächlich von dem Abgas-Temperatursensor 75a gemessene Temperatur A als Temperatur zur Messung der Temperaturverteilung zusätzlich zu den geschätzten Temperaturen B, C, D innerhalb des Diesel-Partikelfilters 5 verwendet, da namlich die Temperatur A als die Temperatur an dem im weitesten Maße stromauf gelegenen Teil des Diesel-Partikelfilters 5 angesehen werden kann. Durch zusätzliche Verwendung der gemessenen Temperatur kann die Anzahl der Bestimmungspunkte für die Temperaturschätzung und damit auch die durch die Rechenvorgange gegebene Belastung verringert werden.
Nachstehend werden mehrere Modifikationen dieses Ausführungsbeispiels zur Schätzung der Temperaturen in dem Diesel-Partikelfilter 5 näher beschrieben. Die Temperaturen in dem Diesel-Partikelfilter 5 können auch auf der Basis der DPF-Auslassgastemperatur TOUT geschätzt werden, wobei in diesem Falle eine Umkehrfunktion der Übertragungsfunktion (3) als Modell dient.
Alternativ können die Temperaturen in einem bestimmten Bereich der Bestimmungspunkte in dem Diesel-Partikelfilter 5 auf der Basis der DPF-Einlassgastemperatur TIN geschatzt werden, während die Temperaturen in einem anderen Bereich der Bestimmungspunkte auf der Basis der DPF-Auslassgastemperatur TOUT abgeschätzt werden können. In diesem Falle werden die Bestimmungspunkte für die Schätzung der Temperaturen in dem Diesel-Partikelfilter 5 auf der Basis der DPF-Einlassgastemperatur TIN von der stromaufwartigen Seite des Diesel-Partikelfilters 5 her eingestellt, während die Temperaturen an den anderen Bestimmungspunkten auf der Basis der DPF-Auslassgastemperatur TOUT geschätzt werden. Auf diese Weise können die Temperaturen sehr genau geschätzt bzw. bestimmt werden, da der Einfluss von Schätzfehlerfaktoren wie Storungen an einem bestimmten Bestimmungspunkt durch Verringerung des Abstandes zwischen diesem bestimmten Bestimmungspunkt und dem Punkt der tatsächlichen Temperaturmessung durch den Abgas-Temperatursensor 75a oder den Abgas-Temperatursensor 75b verringert werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel finden zwar die drei Bestimmungspunkte B, C, D auf der Mittellinie X des Diesel-Partikelfilters 5 Verwendung, jedoch kann auch eine andere Anzahl von Bestimmungspunkten gewählt werden. Bei einer höheren Anzahl von Bestimmungspunkten lasst sich eine genauere Bestimmung der Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung in dem Diesel-Partikelfilter 5 erzielen. Bei einer geringeren Anzahl von Bestimmungspunkten lässt sich dagegen die durch die Rechenvorgange gegebene Belastung verringern.
Zusätzlich zu der Messung der Temperaturverteilung in dem Diesel-Partikelfilter 5 entlang der die Abgas-Strömungsrichtung darstellenden Mittellinie X kann eine Messung der Temperaturverteilung in einer in 9 veranschaulichten Ebene Y zur Bestimmung der Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung in dem Diesel-Partikelfilter 5 herangezogen werden. Die Ebene Y verläuft senkrecht zu der Mittellinie X, wobei die Wabenstruktur in der Ebene Y auftritt. Die hierbei in Betracht gezogenen Bestimmungspunkte E, F, G sind in 9 veranschaulicht. Der Bestimmungspunkt E ist auf der Mittellinie X angeordnet, während die Bestimmungspunkte F, G in der Ebene Y angeordnet und von der Mittellinie X radial beabstandet sind und der Bestimmungspunkt G in der Radialrichtung des Diesel-Partikelfilters 5 außerhalb des Bestimmungspunktes F liegt.
Die Temperatur E an dem Bestimmungspunkt E auf der Mittellinie X des Diesel-Partikelfilters 5 wird in der vorstehend beschriebenen Weise auf der Basis der von dem Abgas-Temperatursensor 75a ermittelten Temperatur A geschatzt.
Hierbei werden die Temperaturen F, G an den Bestimmungspunkten F, G durch Multiplikation der Temperatur E mit einem vorgegebenen Koeffizienten berechnet.
In 10 sind zeitabhängige Änderungen der Temperaturen A, E, F, G in Form von Kennlinien veranschaulicht. Die Kennlinien gemäß 10 zeigen Sprungantworten der Temperaturen E, F, G in Bezug auf die Temperatur A als Eingangsgroße. Da der Abstand zwischen dem Bestimmungspunkt E und dem Einlass 51 des Diesel-Partikelfilters 5, der Abstand zwischen dem Bestimmungspunkt F und dem Einlass 51 des Diesel-Partikelfilters 5 sowie der Abstand zwischen dem Bestimmungspunkt G und dem Einlass 51 des Diesel-Partikelfilters 5 in Richtung der Mittellinie X gleich sind, setzt eine Änderung der Temperaturen E, F, G zum gleichen Zeitpunkt ein. Hierbei zeigt jedoch die Temperatur E an dem Bestimmungspunkt E auf der Mittellinie X den stärksten Anstieg, während die Temperatur G am Bestimmungspunkt G (der äußersten Position) den geringsten Anstieg zeigt. Dies beruht darauf, dass die Atmosphäre, in der sich das Diesel-Partikelfilter 5 befindet, dem Außenbereich des Diesel-Partikelfilters 5 eine große Wärmemenge entzieht. Die Temperatur an einem bestimmten Punkt des Diesel-Partikelfilters 5 nimmt somit mit zunehmender Annäherung dieses bestimmten Punktes an den Außenbereich des Diesel-Partikelfilters 5 ab. Mit steigender Abgas-Durchflussrate Q verringert sich das Verhältnis der von der Atmosphare entzogenen Wärmemenge zu der in das Diesel-Partikelfilter 5 gelangenden Wärmemenge. Auf diese Weise verringert sich der durch die Wärmeaufnahme der Atmosphäre gegebene Einfluss, sodass der Temperaturgradient in der Ebene Y einen flachen Verlauf bzw. eine geringe Steigung zeigt. Ferner nimmt bei einem Anstieg der Temperatur der Atmosphäre, in der sich das Diesel-Partikelfilter 5 befindet, die Differenz zwischen der Temperatur der Atmosphäre und der Temperatur des Diesel-Partikelfilters 5 selbst ab, sodass sich die von der Atmosphäre entzogene Warmemenge verringert. Hierdurch verringert sich ebenfalls der durch die Wärmeaufnahme der Atmosphäre gegebene Einfluss, sodass der Temperaturgradient in der Ebene Y einen flachen Verlauf annimmt bzw. eine geringe Steigung aufweist.
Die Temperaturverteilung in der Ebene Y wird durch Multiplikation der Temperaturen E, F mit einem Koeffizienten Ct geschatzt, von dem Kennlinien in den 11 und 12 veranschaulicht sind. In 11 oder 12 ist über der Achse Y der Abstand von der Mittellinie X in Richtung der Ebene Y aufgetragen, wobei mit Yout der Abstand zwischen der Mittellinie X und der Außenseite des Diesel-Partikelfilters 5 bezeichnet ist. Der Koeffizient Ct stellt ein Verhältnis der Temperatur bei dem Abstand Y zu der Temperatur auf der Mittellinie X des Diesel-Partikelfilters 5 dar und nimmt somit mit in Radialrichtung steigendem Abstand Y in der in 11 veranschaulichten Weise ab. Da bei steigender Abgas-Durchflussrate Q der durch die Wärmeaufnahme der Atmosphäre gegebene Einfluss abnimmt, steigt der Koeffizient Ct mit steigender Abgas-Durchflussrate Q in der in 11 veranschaulichten Weise an. In 11 bezeichnet eine gestrichelte Kennlinie Q1 den Koeffizienten Ct, der bei einem Wert Q1 der Abgas-Durchflussrate Q Verwendung findet, während eine strichpunktierte Kennlinie Q2 den Koeffizienten Ct, der bei einem Wert Q2 der Abgas-Durchflussrate Q Verwendung findet, und eine zweifach strichpunktierte Kennlinie Q3 den Koeffizienten Ct bezeichnen, der bei einem Wert Q3 der Abgas-Durchflussrate Q Verwendung findet. Die Abgas-Durchflussrate Q1 ist hierbei größer als die Abgas-Durchflussrate Q2, wobei die Abgas-Durchflussrate Q2 wiederum größer als die Abgas-Durchflussrate Q3 ist. Da die von der das Diesel-Partikelfilter 5 umgebenden Atmosphäre entzogene Warmemenge mit steigender Temperatur der Atmosphare (Umgebungstemperatur) abnimmt, vergrößert sich der Koeffizient Ct mit steigenden Umgebungstemperaturen in der in 12 veranschaulichten Weise. In 12 bezeichnet eine gestrichelte Kennlinie T1 den bei einer Umgebungstemperatur T1 verwendeten Koeffizienten Ct, während eine strichpunktierte Kennlinie T2 den bei einer Umgebungstemperatur T2 verwendeten Koeffizienten Ct und eine zweifach strichpunktierte Kennlinie T3 den bei einer Umgebungstemperatur T3 verwendeten Koeffizienten Ct bezeichnen. Hierbei ist die Umgebungstemperatur T1 höher als die Umgebungstemperatur T2, wobei die Umgebungstemperatur T2 wiederum höher als die Umgebungstemperatur T3 ist. Die in 11 dargestellten Kennlinien des Koeffizienten Ct ergeben sich bei der Umgebungstemperatur T1, wahrend sich die in 12 dargestellten Kennlinien des Koeffizienten Ct bei dem Wert Q1 der Abgas-Durchflussrate Q ergeben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Bereich der Temperaturverteilung in dem Diesel-Partikelfilter 5 auf der Basis der Differenz zwischen dem Maximalwert TMAX und dem Minimalwert TMIN der Temperaturen A, E, F, G bestimmt.
Alternativ konnen die Temperaturen an mehreren Punkten auf der Mittellinie X geschätzt und sodann die Temperaturen an anderen, nicht auf der Mittellinie X liegenden Punkten auf der Basis der Schätzwerte der Temperaturen an den auf der Mittellinie X gelegenen Punkten geschätzt werden. In diesem Falle können mehrere Ebenen Y derart vorgegeben werden, dass sie senkrecht zu der Mittellinie X verlaufen und die auf der Mittellinie X liegenden Bestimmungspunkte (bei denen die Temperaturen geschätzt werden) auf der Basis einer eins-zu-eins-Zuordnung enthalten, sodass die Temperaturen an den Bestimmungspunkten in den jeweiligen Ebenen Y geschätzt werden können. Alternativ kann eine Ebene Y derart vorgegeben werden, dass sie senkrecht zu der Mittellinie X verläuft und einen der Bestimmungspunkte auf der Mittellinie X enthält, bei dem eine Temperaturschätzung erfolgt.
Das Abgas enthält unverbrannte Bestandteile wie Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid. Wenn das Diesel-Partikelfilter 5 mit dem Oxidationskatalysator versehen ist, werden diese unverbrannten Bestandteile unter Erzeugung von Wärme verbrannt, wenn die Temperatur des Katalysators die Aktivierungstemperatur erreicht hat oder darüber liegt (z. B. 200°C oder mehr). In einem solchen Falle fuhrt der Temperaturanstieg auf Grund der Wärmeerzeugung bei der Verbrennung der unverbrannten Bestandteile zu einem Schätzfehler in Bezug auf die im Inneren des Diesel-Partikelfilters 5 herrschende Temperatur. Vorzugsweise sollte daher eine Korrektur zur Unterdrückung des durch die Verbrennung der unverbrannten Bestandteile hervorgerufenen Fehlers erfolgen. Zur Durchführung dieser Korrektur werden zunächst entsprechende Beziehungen zur Zuordnung der Emissionsmengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid zu der Drehzahl NE der Brennkraftmaschine und der Kraftstoffeinspritzmenge in Form eines Kennfeldes oder dergleichen gespeichert. Sodann werden die Emissionsmengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in Abhängigkeit von der derzeitigen Drehzahl NE der Brennkraftmaschine und der derzeitigen Kraftstoffeinspritzmenge berechnet. Anschließend wird die erzeugte Wärmemenge aus den Emissionsmengen der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids berechnet. Die Wärmekapazität des Abgases wird auf der Basis der Abgas-Durchflussrate Q berechnet. Sodann wird die Wärmekapazität sämtlicher Elemente, die die von den unverbrannten Bestandteilen erzeugte Wärme aufnehmen, auf der Basis der vorgespeicherten Wärmekapazität des Abgases und der vorgespeicherten Wärmekapazität des Diesel-Partikelfilters 5 geschätzt. Schließlich wird der durch die Verbrennung der unverbrannten Bestandteile hervorgerufene Temperaturanstieg aus der erzeugten Wärmemenge und der Wärmekapazität berechnet.
Nach dem Eintritt des Abgases in das Diesel-Partikelfilter 5 stromt das Abgas während des Verbrennungsvorgangs in stromabwärtiger Richtung. Der Temperaturanstieg an einem bestimmten Punkt hängt somit von dem Abstand zwischen dem Einlass 51 des Diesel-Partikelfilters 5 und diesem bestimmten Punkt auf der Mittellinie X ab. Vorzugsweise sollte daher die Einstellung des Temperaturanstiegs mit steigendem Abstand vergroßert werden.
Alternativ kann als Verfahren zur Korrektur des auf der Verbrennung der unverbrannten Bestandteile beruhenden Temperaturanstiegs ein Verfahren in Betracht gezogen werden, bei dem eine entsprechende Beziehung zur Zuordnung des auf der Verbrennung der unverbrannten Bestandteile beruhenden Temperaturanstiegs zu der Abgas-Durchflussrate Q in Form eines Kennfeldes oder dergleichen vorgespeichert und die Korrektur unter Bezugnahme auf dieses Kennfeld durchgeführt werden.
Die Korrektur des auf der Verbrennung der unverbrannten Bestandteile beruhenden Temperaturanstiegs erfolgt in einem Zustand, bei dem der Katalysator seine Aktivierungstemperatur oder eine höhere Temperatur erreicht hat. Ob die Katalysatortemperatur der Aktivierungstemperatur entspricht oder höher ist, wird hierbei z. B. in Abhängigkeit von dem Umstand beurteilt, ob die DPF-Einlasstemperatur TIN einen vorgegebenen Bezugswert überschreitet.
Zur Verringerung der durch die Rechenvorgange bei der Korrektur des auf der Verbrennung der unverbrannten Bestandteile beruhenden Temperaturanstiegs gegebenen Belastung werden die Temperatur an einem auf der Mittellinie X des Diesel-Partikelfilters 5 in dessen stromaufwärtigem Bereich gelegenen Punkt und die Temperatur an einem von der Mittellinie X beabstandeten und im stromabwärtigen äußeren peripheren Bereich des Diesel-Partikelfilters 5 gelegenen anderen Punkt geschätzt. Alternativ kann die Temperatur an einem auf der Mittellinie X des Diesel-Partikelfilters 5 in dessen stromabwärtigem Bereich gelegenen Punkt sowie die Temperatur an einem von der Mittellinie X beabstandeten und im stromaufwärtigen außeren peripheren Bereich des Diesel-Partikelfilters 5 gelegenen anderen Punkt geschätzt werden. In beiden Fällen wird zwischen den jeweiligen beiden Punkten eine maximale Temperaturdifferenz erhalten. Darüber hinaus konnen den jeweiligen beiden Punkten beliebige weitere Bestimmungspunkte hinzugefügt werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 13 ein Verarbeitungsvorgang zur Erneuerung eines Wertes der Partikel-Ablagerungsmenge ML näher beschrieben, der von einer elektronischen Steuereinheit eines Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgefuhrt wird.
In einem Schritt S401 wird die Partikel-Ablagerungsmenge ML berechnet. Sodann wird in einem Schritt S402 eine Änderung ΔTIN (ein Absolutwert) der DPF-Einlassgastemperatur TIN berechnet. Die Änderung ΔTIN der DPF-Einlassgastemperatur TIN stellt eine Änderung je Zeiteinheit dar und wird durch Ermittlung der Differenz zwischen dem derzeit eingegebenen Wert der DPF-Einlassgastemperatur TIN und dem vorher eingegebenen Wert der DPF-Einlassgastemperatur TIN berechnet.
In einem Schritt S403 wird sodann festgestellt, ob die Änderung ΔTIN der DPF-Einlassgastemperatur TIN ”gleich einem vorgegebenen oder kleiner als ein” vorgegebener Bezugswert γ ist. Wie vorstehend beschrieben, erreicht eine Temperaturänderung des in das Diesel-Partikelfilter 5 eintretenden Abgases die stromab gelegenen Bereiche mit einer Verzögerung in Bezug auf die Temperaturänderung des eintretenden Abgases. Die Temperaturdifferenz (Temperaturverteilung) in Richtung der Mittellinie X kann daher auf der Basis der Anderung ΔTIN der DPF-Einlassgastemperatur TIN geschatzt werden. Wenn die Anderung ΔTIN der DPF-Einlassgastemperatur TIN gering ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Temperaturverteilung innerhalb des Diesel-Partikelfilters 5 im wesentlichen gleichförmig ist. Wenn somit das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S403 ”JA” lautet, wird die Feststellung getroffen, dass die Temperaturverteilung im Inneren des Diesel-Partikelfilters 5 im wesentlichen gleichförmig ist, woraufhin das Programm auf einen Schritt S404 übergeht, in dem eine Variable ”Zählwert” um den Wert 1 inkrementiert wird. Die Variable ”Zählwert” stellt eine Variable zur Zählung der Anzahl von Vorgängen dar, bei denen im Rahmen der Bestimmung des Schrittes S403 ein bejahendes Ergebnis (”JA”) erhalten wird. Wenn dagegen das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S403 ”NEIN” lautet, wird die Variable ”Zählwert” in einem Schritt S407 auf Null zuruckgesetzt. Sodann kehrt das Programm zur Wiederholung der Verarbeitung der Schritte S401 bis S403 zum Schritt S401 zurück. Die Variable ”Zählwert” gibt somit die im Rahmen der Bestimmung im Schritt S403 aufeinanderfolgend erhaltene Anzahl von bejahenden Ergebnissen (”JA”) an, bei denen die Feststellung erfolgt ist, dass die Änderung ΔTIN der DPF-Einlassgastemperatur TIN ”gleich dem oder kleiner als der” Bezugswert γ ist.
In einem Schritt S405 wird sodann bestimmt, ob die Variable ”Zählwert” gleich einem vorgegebenen Zahlenwert K oder großer ist. Wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S405 ”JA” lautet, wird der Wert der Partikel-Ablagerungsmenge ML in einem Schritt S406 erneuert. Wenn dagegen bei der Bestimmung im Schritt S405 das Ergebnis ”NEIN” erhalten wird, kehrt das Programm zum Schritt S401 zurück. Auch wenn das Ergebnis der Bestimmung im Schritt S403 ”JA” lautet oder wenn die Feststellung getroffen wird, dass die Anderung ΔTIN der DPF-Einlassgastemperatur TIN gleich dem oder kleiner als der Bezugswert γ ist, wird somit die im Schritt S401 berechnete Partikel-Ablagerungsmenge ML nicht validiert, bevor nicht die im Rahmen der Bestimmung im Schritt S403 aufeinanderfolgend erhaltene Anzahl von bejahenden Ergebnissen (”JA”) den Zahlenwert K erreicht hat. Auf diese Weise lässt sich eine genauere Bestimmung des Ablagerungszustands der Partikelstoffe erzielen.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 14 ein Verarbeitungsvorgang zur Erneuerung eines Wertes der Partikel-Ablagerungsmenge ML näher beschrieben, der von einer elektronischen Steuereinheit eines Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird.
Zunächst wird in einem Schritt S501 die Partikel-Ablagerungsmenge ML berechnet. Sodann wird in einem Schritt S502 der Maximalwert von Anderungen ΔTDPF bei im Inneren des Diesel-Partikelfilters 5 herrschenden Temperaturen TDPF berechnet. Im einzelnen werden im Schritt S502 zunächst die Temperaturen TDPF an mehreren Punkten innerhalb des Diesel-Partikelfilters 5 ermittelt. Die Temperaturen TDPF können hierbei unter Verwendung des Verfahrens gemäß dem zweiten oder dem dritten Ausführungsbeispiel erhalten werden. Sodann werden die Änderungen ΔTDPF der erfassten oder geschatzten Temperaturen TDPF an den jeweiligen Punkten berechnet. Jede Änderung ΔTDPF wird wie im Falle des vierten Ausführungsbeispiels durch Berechnung der Differenz zwischen dem derzeit erfassten oder geschätzten Wert der Temperatur TDPF und dem zum vorherigen Zeitpunkt erfassten oder geschatzten Wert der Temperatur TDPF erhalten. Schließlich wird der Maximalwert der Änderungen ΔTDPF der bei den jeweiligen Punkten erfassten oder geschätzten Temperaturen TDPF gebildet.
In einem Schritt S503 wird sodann ermittelt, ob der im Schritt S502 erhaltene Maximalwert der Temperaturänderungen ΔTDPF ”gleich einem vorgegebenen oder kleiner als ein vorgegebener” Bezugswert 6 ist. Eine Änderung der Temperaturen im Inneren des Diesel-Partikelfilters 5 wird nicht nur von einer Temperaturanderung des in das Diesel-Partikelfilter 5 strömenden Abgases, sondern auch durch eine Verbrennung von unverbrannten Bestandteilen verursacht. Auch wenn keine starken Änderungen der DPF-Einlassgastemperatur TIN auftreten, können sich dennoch die Temperaturen im stromabwärtigen Bereich des Diesel-Partikelfilters 5 und dergleichen in erheblichem Maße andern. Durch Verwendung des Maximalwertes der Temperaturänderungen ΔTDPF als Index der Temperaturverteilung kann somit die Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung im Diesel-Partikelfilter 5 genauer bestimmt werden. Wenn daher bei der Bestimmung im Schritt S503 das Ergebnis ”JA” erhalten wird, wird die Feststellung getroffen, dass die Temperaturverteilung innerhalb des Diesel-Partikelfilters 5 im wesentlichen gleichförmig ist, woraufhin das Programm auf einen Schritt S504 übergeht, in dem eine Variable ”Zählwert” um den Wert 1 inkrementiert wird. Wenn dagegen bei der Bestimmung im Schritt S503 das Ergebnis ”NEIN” erhalten wird, wird die Variable ”Zahlwert” in einem Schritt S507 auf Null zurückgesetzt, woraufhin das Programm zum Schritt S501 zurückkehrt.
In einem auf den Schritt S504 folgenden Schritt S505 wird sodann beurteilt, ob die Variable ”Zahlwert” gleich einem vorgegebenen oder großer als ein vorgegebener Zahlenwert K ist. Wenn das Ergebnis dieser Bestimmung im Schritt S505 ”JA” lautet, wird der Wert der Partikel-Ablagerungsmenge ML in einem Schritt S506 erneuert. Wenn dagegen bei der Bestimmung im Schritt S505 das Ergebnis ”NEIN” erhalten wird, kehrt das Programm zum Schritt S501 zurück.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele müssen nicht sämtliche Elemente der in 1 dargestellten Anordnung enthalten. Wenn z. B. die Temperaturen innerhalb des Diesel-Partikelfilters 5 allein auf der Basis der DPF-Einlassgastemperatur TIN geschätzt werden, kann der Abgas-Temperatursensor 75b zur Erfassung der DPF-Auslassgastemperatur TOUT entfallen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Abgasreinigungssystem wird somit der Ablagerungszustand von Partikelstoffen auf der Basis des von einem Differenzdrucksensor (74) gemessenen Differenzdruckes an einem Diesel-Partikelfilter (DPF 5) bestimmt. Eine elektronische Steuereinheit (ECU 6) des Systems verhindert die auf der Basis des Differenzdruckes erfolgende Bestimmung des Ablagerungszustands der Partikelstoffe, wenn eine geringe Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung innerhalb des Diesel-Partikelfilters (5) vorliegt. Die elektronische Steuereinheit (ECU 6) schätzt hierbei die Temperaturen an mehreren Punkten innerhalb des Diesel-Partikelfilters (5), die von einem Einlass (51) in der Abgas-Strömungsrichtung beabstandet sind, auf der Basis der Temperatur am Einlass (51), die von einem unmittelbar stromauf des Diesel-Partikelfilters (5) angeordneten Abgas-Temperatursensor (75a) erfasst wird. Hierbei bestimmt die elektronische Steuereinheit (ECU 6) die Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung innerhalb des Diesel-Partikelfilters (5) auf der Basis eines Bereiches der Temperaturen an den mehreren Punkten.

Claims

Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, das ein in einem Abgaskanal (4) zum Auffangen von im Abgas enthaltenen Partikelstoffen angeordnetes Partikelfilter (5) aufweist und den Ablagerungszustand der in dem Partikelfilter (5) angesammelten Partikelstoffe auf der Basis eines Zustands des Abgases bestimmt, der einen Differenzdruck zwischen einem Einlass (51) und einem Auslass (52) des Partikelfilters (5) umfasst, mit eine Messeinrichtung (75a, 75b; S102; S202; S302; S402; S502) zur Bestimmung der Temperaturverteilung im Inneren des Partikelfilters (5), gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung (S103; S203; S303; S403, S405; S503, S505) zur Verhinderung der Bestimmung des Ablagerungszustands der Partikelstoffe, wenn eine geringe Gleichförmigkeit der bestimmten Temperaturverteilung im Inneren des Partikelfilters (5) vorliegt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (75a, 75b; S102; S202; S302; S402; S502) ein Vorliegen einer geringen Gleichförmigkeit bestimmt, wenn ein Wertebereich der bestimmten Temperaturen an mehreren Punkten innerhalb des Partikelfilters (5) einen Vorbestimmten Wertebereich übersteigt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (75a, 75b; S102; S202; S302; S402; S502) eine gleichförmige Temperaturverteilung ermittelt, wenn die Differenz zwischen den Temperaturen an den mehreren Punkten innerhalb des Partikelfilters (5) in einem Bereich von –50°C bis +50°C liegt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Punkte den Einlass (51) oder den Auslass (52) des Partikelfilters (5) umfassen.
Abgasreinigungssystem nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (75a, 75b; S102; S202; S302; S402; S502) eine Messvorrichtung (75a, 75b) zur Messung der Temperatur an einem bestimmten Punkt des Partikelfilters (5), und eine Schätzeinrichtung (S102; S302; S502) zur Schätzung der Temperatur an einem von dem bestimmten Punkt in der Abgas-Strömungsrichtung beabstandeten anderen Punkt auf der Basis der Temperatur an dem bestimmten Punkt unter Verwendung einer Übertragungsfunktion eines Modells mit einer Verzögerung erster Ordnung oder einer inversen Übertragungsfunktion des Modells mit der Verzögerung erster Ordnung aufweist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Punkte den Einlass (51) und den Auslass (52) des Partikelfilters (5) umfassen, und die Schätzeinrichtung (S102; S302; S502) die Temperatur in einem bestimmten Bereich stromab des Einlasses (51) des Partikelfilters (5) in Bezug auf den Abgasdurchfluss auf der Basis der Temperatur am Einlass (51) des Partikelfilters (5) schätzt und die Temperatur in einem sich zum Auslass (52) erstreckenden anderen Bereich auf der Basis der Temperatur am Auslass (52) schätzt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzeinrichtung (S102; S302; S502) als einen der mehreren Punkte einen weiteren Punkt einbezieht, der von dem anderen Punkt in Richtung einer senkrecht zu der Abgas-Strömungsrichtung verlaufenden Ebene beabstandet ist, und die Temperatur an dem weiteren Punkt auf der Basis der Temperatur an dem bestimmten Punkt oder der Temperatur an dem anderen Punkt unter Verwendung eines Modells mit einem Temperaturgradienten schätzt, bei dem die Temperatur an einem gegebenen Punkt abnimmt, wenn sich der gegebene Punkt auf der Ebene radial auswärts bewegt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturgradient bei steigender Durchflussrate des durch das Partikelfilter (5) strömenden Abgases flacher verläuft.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturgradient bei fallender Temperatur einer das Partikelfilter (5) umgebenden Atmosphäre steiler verläuft.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (75a, 75b; S102; S202; S302; S402; S502) bei zunehmender Veränderung der Temperatur an einem bestimmten Punkt des Partikelfilters (5) eine Abnahme der Gleichförmigkeit der Temperaturverteilung ermittelt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (75a, 75b; S102; S202; S302; S402; S502) als den bestimmten Punkt einen Punkt einbezieht, bei dem die Änderung der Temperatur unter den mehreren Punkten des Partikelfilters (5) maximal ist.
Abgasreinigungssystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (75a, 75b; S102; S202; S302; S402; S502) eine Korrektureinrichtung zur Berechnung einer Änderung der Temperatur des Partikelfilters (5) auf Grund einer Wärmeerzeugung in dem Partikelfilter (5) durch eine Oxidationsreaktion von in dem in das Partikelfilter (5) eintretenden Abgas enthaltenen unverbrannten Bestandteilen auf der Basis eines Betriebszustands der Brennkraftmaschine und zur Korrektur der geschätzten Temperatur des Partikelfilters (5) auf der Basis der berechneten Temperaturänderung aufweist.
Abgasreinigungssystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (S103; S203; S303; S403, S405; S503, S505) die Bestimmung des Ablagerungszustands der Partikelstoffe verhindert, bis die Anzahl von Feststellungen des Vorliegens einer im wesentlichen gleichförmigen Temperaturverteilung einen vorgegebenen Zahlenwert erreicht hat.