-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wiederherstellprozess,
der bei einem Partikelfilter angewendet wird, der von einem Verbrennungsmotor,
wie beispielsweise ein Dieselmotor oder dergleichen abgegebenes
Abgas reinigt.
-
Ein
Prozess zum Reduzieren von Partikelstoffen (nachstehend sind diese
als PM bezeichnet), wie beispielsweise Ruß und dergleichen, die von
einem durch ein verbrennungsmotorangetriebenes Fahrzeug an die Umgebung
abgegeben werden, ist immer mehr erwünscht. Es gibt inzwischen einen weitgehend
bekannten Partikelfilter (nachstehend ist dieser der Einfachheit
halber als ein Filter bezeichnet), der die von dem Verbrennungsmotor
abgegebenen PM einfängt
und in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist, um
die vorstehend dargelegten Aufgabe zu erfüllen.
-
Wenn
immer mehr PM durch den Filter eingefangen worden ist, kann der
Filter verstopfen, und demgemäß nimmt
der Abgaswiderstand wieder zu, wodurch sich die Leistung des Verbrennungsmotors vermindert.
Es ist erforderlich, einen Filterwiedergewinnungsprozess auszuführen, um
das PM, das an dem Filter eingefangen worden ist, und sich an diesem
ansammelt, durch Oxidation zu entfernen. Im Allgemeinen wird der
Filterwiederherstellprozess ausgeführt, indem Kraftstoff im Expansionshub
oder Auslasshub während
des Betriebs des Verbrennungsmotors eingespritzt wird, d.h. eine
Nacheinspritzung ausgeführt
wird. Dann wird der Filter in eine oxidierende Umgebung (Überschuss
an Sauerstoff) gebracht, während
er erwärmt
wird, bis seine Temperatur 650°C
erreicht, bei der der PM oxidiert werden kann. Es ist bekannt, dass
die Menge an an dem Filter sich ansammelndem PM auf der Grundlage
der Druckdifferenz des Filters abgeschätzt wird und der Filterwiederherstellprozess
dann ausgeführt
wird, wenn die abgeschätzte
Menge an PM, die sich angesammelt hat, einen vorbestimmten Wert überschreitet.
-
Der
Filter kann Motorenöl,
eine bestimmte Substanz, die in dem Kraftstoff enthalten ist, oder Asche,
wie beispielsweise Oxidationsablagerung zusätzlich zu dem PM einfangen,
während
der Verbrennungsmotor betrieben wird. Mit der Zunahme der eingefangenen
Aschemenge wird die Druckdifferenz des Filters höher.
-
Wenn
die sich ansammelnde Menge an PM auf der Grundlage der Druckdifferenz
des Filters abgeschätzt
wird, kann die angesammelte Menge an Asche als die angesammelte
Menge an PM gemessen werden. Demgemäß wird eine größere Menge als
die tatsächliche
Menge des sich ansammelnden PM abgeschätzt. Der Filterwiederherstellprozess wird
selbst dann ausgeführt,
wenn die tatsächliche sich
ansammelnde Menge an PM gering ist. Dies kann das Zeitintervall
zum Ausführen
des Filterwiederherstellprozesses verringern, womit sich der Kraftstoffverbrauch
verschlechtert.
-
In
der Druckschrift JP-A-2003-83 036 wird die Menge an Asche, die im
Filter sitzt, aus der Druckdifferenz des Filters unmittelbar nach
dem Filterwiederherstellprozess abgeleitet. Die abgeleitete Restaschemenge
wird von der Menge an PM, die sich angesammelt hat, subtrahiert,
die auf der Grundlage der Druckdifferenz abgeschätzt worden ist. Der darauf
folgende Filterwiederherstellprozess wird dann gestartet, wenn sich
die ergebende Menge an PM, das sich angesammelt hat, einen vorbestimmten Wert überschreitet.
-
Wenn
die Menge an bei dem Filter eingefangene Asche zunimmt, nimmt die
Leistung des Filters zum Einfangen des PM ab. Bei der vorstehend
erwähnten
Technologie, bei der der Filterwiedergewinnungsprozess dann startet,
wenn die eingefangene Menge an PM, die erhalten wird, indem die
Aschemenge von der auf der Grundlage der Druckdifferenz abgeschätzten Menge
an PM ausgeschlossen wird, den vorbestimmten Wert überschreitet,
wird die angesammelte Menge an PM pro Volumeneinheit erhöht, so dass
sie größer als
in dem Fall ist, bei dem keine Asche sich ansammelt. Dies kann bewirken, dass
die Temperatur des Filters in übermäßigem Ausmaß aufgrund
der Oxidationsreaktion des PM bei der Wiedergewinnung des Filters
zunimmt. Demgemäß kann die übermäßige Temperaturzunahme
den Filter schmelzen lassen oder beschädigen.
-
Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasemissionssteuersystem
für einen Verbrennungsmotor
zu schaffen, bei dem ein Filterwiederherstellprozess ausgeführt wird,
während
die Temperatur des Filters nicht übermäßig ansteigt und die Verschlechterung
des Kraftstoffverbrauchs vermieden wird.
-
Ein
Abgasemissionssteuersystem für
einen Verbrennungsmotor ist versehen mit einem Filter, der in einem
Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist, um einen Partikelstoff
und Asche, die in dem Abgas enthalten sind, einzufangen, einer Einrichtung
zum Abschätzen
einer angesammelten Partikelstoffmenge für ein Abschätzen einer Menge an an dem
Filter eingefangenem und angesammeltem Partikelstoff, einer Einrichtung
zum Abschätzen
einer angesammelten Aschenmenge für ein Abschätzen einer Menge an an dem
Filter eingefangener und angesammelter Asche, und einer Filterwiederherstellungsprozesseinrichtung
für ein
Ausgeben eines Befehls zum Starten eines Filterwiederherstellungsprozesses
durch ein Steuern einer Temperatur des Filters auf eine Zieltemperatur,
um das Innere des Filters zu einer oxidierenden Umgebung in einer
derartigen Weise zu bringen, dass der an dem Filter eingefangene
und angesammelte Partikelstoff durch Oxidation entfernt wird, wenn
die abgeschätzte
Menge an an dem Filter eingefangenem und angesammeltem Partikelstoff
eine vorbestimmte Menge überschreitet.
-
Bei
dem Abgasemissionssteuersystem hat die Filterwiederherstellprozesseinrichtung
eine Zieltemperatureinstelleinrichtung, die die Zieltemperatur einstellt.
Die Filterwiederherstellprozesseinrichtung stellt die Zieltemperatur
auf der Grundlage der abgeschätzten
Menge an Asche, die an dem Filter eingefangen und angesammelt worden
ist, durch die Einrichtung für
ein Abschätzen
der angesammelten Aschemenge ein.
-
Bei
dem vorstehend erwähnten
System kann die Menge an PM, die an dem Filter eingefangen worden
ist und sich angesammelt hat, auf der Grundlage eines Gesamtwertes
der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Belastung des Verbrennungsmotors
oder des Gesamtwertes der Kraftstoffeinspritzmenge, die von der
Vollendung des vorherigen Filterwiederherstellprozesses berechnet
worden ist, abgeschätzt
werden.
-
Die
Menge an Asche, die sich an dem Filter angesammelt hat, kann beispielsweise
auf der Grundlage der Differenz zwischen der Druckdifferenz des
Filters unmittelbar vor dem Filterwiederherstellprozess und der
Druckdifferenz des Filters unmittelbar nach dem Filterwiederherstellprozess
oder auf der Grundlage der Druckdifferenz des Filters unmittelbar
nach dem Filterwiederherstellprozess abgeschätzt werden.
-
Die
Leistung des Filters zum Einfangen des PM oder Asche wird konstant
gehalten. Unter der Annahme, dass die gleiche Menge an PM an dem
Filter gesammelt wird, kann sich die pro Volumeneinheit angesammelte
Menge an PM in Abhängigkeit
von der Menge an an dem Filter gesammelte Asche ändern. Die Geschwindigkeit
der PM-Oxidationsreaktion
wird geändert
mit der Änderung
der Menge an pro Volumeneinheit gesammeltem PM. Das heißt, die Geschwindigkeit
der PM-Oxidationsreaktion nimmt zu, wenn die Menge an pro Volumeneinheit
gesammeltem PM groß wird.
Die sich ergebende Wärme, die
durch die Reaktion erzeugt wird, kann eine deutliche Zunahme der
Temperatur des Filters verursachen. Außerdem wird bei dem Abgasemissionssteuersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Zieltemperatur des Filters auf der Grundlage der abgeschätzten Menge
an an dem Filter angesammelter Asche eingestellt. Die Zieltemperatur
des Filters während
des Filterwiederherstellprozesses wird unter Berücksichtigung der Temperaturzunahme
aufgrund der Oxidationsreaktion des PM eingestellt. Dadurch kann
eine übermäßige Temperaturzunahme bei
dem Filter aufgrund der Zunahme der Oxidationsreaktionsgeschwindigkeit
des PM vermieden werden.
-
Bei
dem vorstehend erwähnten
System wird der Filterwiedergewinnungsprozess stets dann gestartet,
wenn die Menge an an dem Filter gesammelten PM gleich wie oder größer als
der vorbestimmte Wert wird. Selbst wenn die Menge an an dem Filter gesammelter
Asche zunimmt, wird das Zeitintervall zum Ausführen des Filterwiederherstellprozesses nicht
unnötig
verkleinert, während
eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs bei dem Filterwiederherstellprozess
verhindert wird.
-
Wenn
die abgeschätzte
Menge an Asche gleich wie oder größer als ein Grenzwert ist,
wird die Zieltemperatur so bestimmt, dass sie niedriger als die Zieltemperatur
ist, die dann eingestellt wird, wenn die abgeschätzte Menge an Asche geringer
als der Grenzwert ist. Unter der Annahme, dass die gleiche Menge
an PM an dem Filter eingefangen und gespeichert bzw. angesammelt
wird, wenn die Menge an an dem Filter eingefangener und abgespeicherter
Menge an Asche gleich wie oder größer als der Grenzwert ist,
wird die Menge an angesammeltem PM pro Volumeneinheit größer als
in dem Fall, bei dem die Menge an an dem Filter eingefangener und
gespeicherter Asche geringer als der Grenzwert ist. Die somit eingestellte
Zieltemperatur kann die PM-Oxidationsreaktionsgeschwindigkeit verringern,
womit eine übermäßige Zunahme
der Temperatur des Filters vermieden wird.
-
Vorzugsweise
wird der Grenzwert auf den maximalen Wert der Menge an angesammelter Asche
eingestellt, die die Temperatur des Filters davor bewahren kann,
dass sie übermäßig so ansteigt, dass
er während
des Filterwiederherstellprozesses bei der Zieltemperatur schmilzt,
bei der keine Asche in dem Zustand sich angesammelt hat, bei dem
die vorbestimmte Menge des PM an dem Filter angesammelt worden ist.
-
Wenn
die abgeschätzte
Menge an Asche gleich wie oder größer als der Grenzwert ist,
wird die Zieltemperatur so bestimmt, dass sie niedriger als die Zieltemperatur
ist, die dann eingestellt wird, wenn die abgeschätzte Menge an Asche geringer
als der Grenzwert für
eine vorbestimmte Zeitspanne ist, die von Beginn des Filterwiederherstellprozesses
an verstrichen ist. Die Oxidationsreaktionsgeschwindigkeit des PM
wird bei der niedrigen Zieltemperatur des Filters während des
Filterwiederherstellprozesses niedrig, und demgemäß wird die
Menge an entferntem PM durch die Oxidation pro Zeiteinheit verringert. Wenn
der Filterwiederherstellprozess bei der niedrigeren Zieltemperatur
des Filters ausgeführt
wird, wird die Zeitspanne, die zum Ausführen des Filterwiederherstellprozesses
erforderlich ist, verlängert, wodurch
sich der Kraftstoffverbrauch verschlechtert. Daher wird die Zieltemperatur
des Filters vielmehr eine vorbestimmte Zeitspanne lang anstatt über die gesamte
Zeitspanne des Filterwiederherstellprozesses verringert, womit eine
Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindert wird.
-
Vorzugsweise
wird die vorbestimmte Zeitspanne so eingestellt, dass sie für die abgeschätzte Menge
an Partikelstoff derart angewendet wird, dass diese gleich wie oder
kleiner als ein Referenzwert wird. Vorzugsweise wird der Referenzwert
auf den maximalen Wert der angesammelten Menge an PM eingestellt,
der keine übermäßige Temperaturzunahme
zum Schmelzen des Filters selbst dann verursachen darf, wenn der
Filterwiederherstellprozess bei der Zieltemperatur des Filters ohne
angesammelter Asche in dem Zustand ausgeführt wird, bei dem die angesammelte
Menge an Asche der Grenzwert ist.
-
Vorzugsweise
wird eine Menge an Partikelstoff berechnet, der durch Oxidation
nach Beginn des Filterwiederherstellprozesses entfernt worden ist, und
die berechnete Menge des entfernten Partikelstoffes wird von der
vorbestimmten Menge an Partikelstoff subtrahiert, um so eine Menge
an an dem Filter angesammeltem Partikelstoff zu erhalten. Dies ermöglicht ein
genaues Erhalten der Menge an angesammeltem PM während des Filterwiederherstellprozesses.
-
Bei
dem Abgasemissionssteuerverfahren für den Verbrennungsmotor, bei
dem ein in dem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehener Filter verwendet
wird, um einen Partikelstoff und in dem Abgas enthaltene Asche einzufangen,
wird eine Menge an dem Filter eingefangenem und angesammeltem Partikelstoff
abgeschätzt,
wird eine Menge an an dem Filter eingefangener und angesammelter Asche
abgeschätzt
und wird ein Filterwiederherstellprozess gestartet, bei dem die
Temperatur des Filters auf eine Zieltemperatur gesteuert wird, um
das Innere des Filters zu einer Oxidationsatmosphäre in einer derartigen
Weise zu bringen, dass der an dem Filter eingefangene und angesammelte
Partikelstoff durch Oxidation entfernt wird, wenn die abgeschätzte Menge
des an dem Filter eingefangenem und angesammeltem Partikelstoffes
eine vorbestimmte Menge überschreitet.
Bei diesem Verfahren wird die Zieltemperatur auf der Grundlage auf
der abgeschätzten Menge
an an dem Filter eingefangener und angesammelter Asche eingestellt.
-
Wie
dies vorstehend erwähnt
ist, wird bei dem Abgasemissionssteuersystem für den Verbrennungsmotor und
bei dem Abgasemissionssteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
der Filterwiederherstellprozess ausgeführt, während eine übermäßige Zunahme der Temperatur
des Filters vermieden wird. Selbst wenn die Menge an an dem Filter
angesammelter Asche zunimmt, wird die Zeitspanne für den Filterwiederherstellprozess
nicht unnötig
verringert, womit eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz
verhindert wird.
-
Die
vorstehend dargelegten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend dargelegten
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen deutlich hervor, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche
Elemente bezeichnen.
-
1 zeigt
eine schematische Ansicht von dem Aufbau eines Abgasemissionssteuersystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel
und einen Verbrennungsmotor, der das Abgasemissionssteuersystem
anwendet.
-
2 zeigt
eine Ansicht von einer Änderung der
Temperatur des Filters während
des Filterwiederherstellprozesses gemäß dem Ausführungsbeispiel.
-
3 zeigt
ein Flussdiagramm einer Steuerroutine für den Filterwiederherstellprozess
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
-
Nachstehend
ist ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
beschrieben. Sofern dies nicht anderweitig spezifiziert ist, kann
eine jegliche Größe, jegliches
Material, eine jegliche Form der jeweiligen Elemente und die relative
Position von diesen bei der nachstehend dargelegten Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
in beliebiger Weise innerhalb des Umfangs der Erfindung bestimmt
werden.
-
Nachstehend
ist das erste Ausführungsbeispiel
beschrieben.
-
1 zeigt
eine schematische Ansicht von dem Aufbau eines Verbrennungsmotors,
der ein Abgasemissionssteuersystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung anwendet und von dem Aufbau eines darin befindlichen Einlasssystems/Auslasssystems
bzw. Abgassystems.
-
Unter
Bezugnahme auf 1 ist ein Verbrennungsmotor 1 ein
Vier-Takt-Dieselmotor der Wasserkühlart, der vier Zylinder 2 hat
und mit Kraftstoffeinspritzventilen 3 versehen ist, durch
die jeweils Kraftstoff in jede Verbrennungskammer der jeweiligen
Zylinder 2 direkt eingespritzt wird. Die jeweiligen Kraftstoffeinspritzventile 3 sind
mit einem Druckspeicher (Common-Rail) 4 verbunden, der
mit einer Kraftstoffpumpe 6 über ein Kraftstofflieferrohr 5 in
Verbindung steht.
-
Der
Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Einlasskanal 7 verbunden,
mit dem ein Luftreinigungskasten 8 verbunden ist. Der Einlasskanal 7 ist
mit einer Luftströmungsmesseinrichtung 9 an
einer Position stromabwärtig
von dem Luftreinigungskasten 8 versehen, um ein elektrisches
Signal abzugeben, das der Masse an Einlassluft entspricht, die innerhalb des
Einlasskanals 7 zirkuliert.
-
Der
Einlasskanal 7 ist mit einem Kompressorgehäuse 10a versehen,
in dem ein Turbolader 10 an einer Position stromabwärtig von
der Luftströmungsmesseinrichtung 9 untergebracht
ist. Der Einlasskanal 7 ist mit einer Zwischenkühleinrichtung 11 an
einer Position stromabwärtig
von dem Kompressorgehäuse 10a versehen.
Der Einlasskanal 7 ist mit einem Einlassdrosselventil 12 versehen,
das eine Strömungsrate
der Einlassluft, die innerhalb des Einlasskanals zirkuliert, an
einer Position stromabwärtig von
der Zwischenkühleinrichtung 11 einstellt.
Das Einlassdrosselventil 12 ist mit einem Einlassdrosselaktuator 13 versehen.
-
Der
Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Abgaskanal 14 verbunden,
mit dem ein Schalldämpfer an
einer stromabwärtigen
Seite verbunden ist. Ein Turbinengehäuse 10b, in dem der
Turbolader 10 untergebracht ist, ist in der Mitte des Abgaskanals 14 vorgesehen.
Ein Filter 15 zum Einfangen des PM, der in dem von dem
Zylinder abgegebenen Abgas enthalten ist, ist an einer Position
stromabwärtig
von dem Turbinengehäuse 10b in
dem Abgaskanal 14 vorgesehen. Der Filter 15 kann
so aufgebaut sein, dass er einen Oxidationskatalysator, einen NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator,
einen Drei-Wege-Katalysator
und dergleichen an dem Partikelfilter trägt.
-
Der
Abgaskanal 14 stromabwärtig
von dem Filter 15 ist mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 16 versehen,
der ein elektrisches Signal ausgibt, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases entspricht, das durch den Abgaskanal 14 strömt, und ist
mit einem Abgaslufttemperatursensor 17 versehen, der ein
elektrisches Signal ausgibt, das einer Temperatur des Abgases entspricht,
das durch den Abgaskanal 14 strömt. Der Abgaskanal 14 ist
des Weiteren mit einem stromaufwärtigen
Drucksensor 18 und einem stromabwärtigen Sensor 19 jeweils
an Positionen stromaufwärtig
und stromabwärtig
von dem Filter 15 versehen.
-
Eine
Auslassöffnung
des Zylinders Nr. 1 von dem Verbrennungsmotor 1 ist mit
einem Kraftstoffhinzufügventil 20 versehen,
das dazu dient, den Kraftstoff als ein Reduktionsmittel in das Abgas,
das durch die Auslassöffnung
strömt,
hinzuzufügen.
Das Kraftstoffhinzufügventil 20 ist
mit der Kraftstoffpumpe 6 über einen Kraftstoffkanal 21 verbunden.
-
Der
in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebaute Verbrennungsmotor 1 hat
eine elektronische Steuereinheit (ECU) 20 für ein Steuern
des Betriebs des Verbrennungsmotors 1. Die ECU 22,
die eine CPU, einen ROM, einen RAM, einen Sicherungs-RAM und dergleichen
hat, ist als eine arithmetische logische Schaltung ausgebildet.
-
Die
ECU 22 ist mit verschiedenen Sensoren wie beispielsweise
ein Kurbelpositionssensor 23 und ein Wassertemperatursensor 24,
die bei dem Verbrennungsmotor 1 vorgesehen sind, einem
(nicht gezeigten) Gaspedalpositionssensor, der in dem Innenraum
des Fahrzeugs vorgesehen ist, bei dem der Verbrennungsmotor 1 angewendet
wird, zusätzlich zu
der vorstehend erwähnten
Luftströmungsmesseinrichtung 9,
dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 16,
dem Abgastemperatursensor 17, dem stromaufwärtigen Drucksensor 18 und
dem stromabwärtigen Drucksensor 19 über eine
elektrische Verdrahtung verbunden. Von den vorstehend erwähnten Sensoren
abgegebene Signale werden in die ECU 22 eingegeben.
-
Die
ECU 22 ist mit dem Kraftstoffeinspritzventil 3,
dem Einlassdrosselaktuator 13, dem Kraftstoffhinzufügventil 20 und
dergleichen über
eine elektrische Verdrahtung verbunden, um diese Elemente zu steuern.
-
Die
ECU 22 führt
eine Basissteuerroutine bei einem vorbestimmten Zeitintervall so
aus, dass Signale eingegeben werden, die von den jeweiligen Sensoren
ausgegeben werden, und die Drehzahl des Verbrennungsmotors, die
Kraftstoffeinspritzmenge, die Kraftstoffeinspritzzeit und dergleichen
berechnet werden. Die Steuerwerte, die durch die ECU 22 eingegeben
oder berechnet werden, werden vorübergehend in dem RAM der ECU 22 gespeichert.
-
Die
ECU 22 führt
des Weiteren einen Unterbrechungsprozess aus, der durch ein Eingeben
des Signals von den verschiedenen Sensoren oder Schaltern, den Ablauf
einer vorbestimmten Zeit oder der Eingabe des Impulssignals von
dem Kurbelpositionssensor 23 ausgelöst wird, um so die verschiedenen
Steuerwerte von dem RAM zu lesen, auf der Grundlage von denen das
Kraftstoffeinspritzventil 3 und dergleichen gesteuert werden.
-
Die
ECU 22 führt
den Filterwiederherstellprozess periodisch als die Unterbrechungsroutine
auf der Grundlage des Kurbelpositionssensors 23 oder die
Unterbrechungsroutine bei einem vorbestimmten Zeitintervall in der
nachstehend beschriebenen Weise aus.
-
Die
ECU 22 beginnt den Filterwiederherstellprozess, wenn eine
Bedingung für
den bei dem Filter 15 angewendeten Wiederherstellprozess
(nachstehend ist diese als eine Filterwiederherstellprozessbedingung
bezeichnet) erfüllt
ist.
-
Die
vorstehend beschriebene Bedingung wird als erfüllt bestimmt, wenn die Menge
an bei dem Filter 15 eingefangenem und angesammeltem PM gleich
wie oder größer als
ein vorbestimmter Wert ist. Der vorbestimmte Wert wird zuvor für den Verbrennungsmotor
unabhängig
eingestellt, wobei er geringer als die angesammelte Menge ist, die
den Filter 15 verstopfen kann, um den Abgaswiderstand zu
erhöhen,
und dem gemäß die Leistung
des Motors zu verringern kann.
-
Die
ECU 22 schätzt
die Menge an an dem Filter angesammeltem PM nach der Vollendung
des Filterwiederherstellprozesses auf der Grundlage des Gesamtwerts
der Kraftstoffeinspritzmenge oder der Drehzahl des Verbrennungsmotors
und der Last des Verbrennungsmotors, die nach der Vollendung des vorherigen
Filterwiederherstellprozesses berechnet werden. Die ECU 22 bestimmt,
ob die Menge an an dem Filter angesammeltem PM gleich wie oder größer als
der vorbestimmte Wert ist.
-
Wenn
bestimmt worden ist, dass die Bedingung für den Filterwiederherstellprozess
erfüllt
ist, dient die ECU 22 dazu, die Temperatur des Filters 15 auf
die höhere
Zieltemperatur zu bringen, bei der PM oxidiert wird, und des Weiteren
das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
so zu steuern, dass das in den Filter 15 einströmende Abgas
d. h. die Innenseite des Filters 15 zu der Oxidationsumgebung
gebracht wird.
-
Es
gibt zwei Arten für
den Prozess zum Erhöhen
der Temperatur des Filters gemäß der nachstehend
aufgeführten
Darlegung.
- (1) Die Temperatur des Abgases wird
erhöht,
um Wärme
des Abgases zu dem Filter 15 zu übertragen.
- (2) In dem Fall, bei dem der Filter 15 den Katalysator
trägt,
wird der unverbrannte Kraftstoff durch den Katalysator oxidiert,
und die sich ergebende Reaktionswärme wird zum Erhöhen der
Temperatur des Filters 15 verwendet.
-
In
Bezug auf den Prozess (1) kann die Zeit zum Einspritzen
des Kraftstoffs durch das Kraftstoffeinspritzventil 3 bei
dem Verbrennungsmotor (1) zu einem Nacheilen gebracht werden,
um die Verbrennungszeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu verzögern. Alternativ
wird der Kraftstoff durch das Kraftstoffeinspritzventil 3 des
Zylinders 2 bei dem Expansionshub des Verbrennungsmotors 1 so
sekundär eingespritzt,
dass die Verbrennungszeitspanne verlängert wird.
-
In
Bezug auf den Prozess (2) wird der Kraftstoff dem Abgas
durch das Kraftstoffhinzufügventil 20 hinzugefügt. Alternativ
wird der Kraftstoff durch das Kraftstoffeinspritzventil 3 des
Zylinders 2 bei dem Einlasshub des Verbrennungsmotors 1 sekundär eingespritzt.
-
In
dem Fall, bei dem der Prozess zum Einspritzen des Kraftstoffs durch
das Kraftstoffeinspritzventil 3 in Sekundärweise oder
zum Hinzufügen
des Kraftstoffs zu dem Abgas durch das Kraftstoffhinzufügventil 20 angewendet
wird, wird die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
derart ausgeführt,
dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
in den Filter 15 strömenden
Abgases mager wird, indem die Kraftstoffmenge, die durch das Kraftstoffeinspritzventil 3 sekundär eingespritzt
wird, oder die Kraftstoffmenge, die in das Abgas durch das Kraftstoffhinzufügventil 20 hinzugefügt wird,
gesteuert wird.
-
Wenn
der Filterwiederherstellprozess ausgeführt wird, wird der an dem Filter 15 eingefangene und
angesammelte PM oxidiert, um so von diesem entfernt zu werden. Beim
Verstreichen einer vorbestimmten Zeit von Beginn des Filterwiederherstellprozesses
an (nachstehend ist diese als Prozessperiode bezeichnet), endet
das Ausführen
des Filterwiederherstellprozesses. Die Prozessperiode wird zuvor
derart bestimmt, dass der an dem Filter 15 angesammelte
PM vollständig
entfernt wird. Die Zeitspanne, die benötigt wird, damit der PM durch
Oxidation vollständig
entfernt wird, wird unterschiedlich, da die PM-Oxidationsreaktionsgeschwindigkeit sich
in Abhängigkeit
von der Temperatur des Filters ändert. Dem
gemäß kann die
Prozessperiode in Übereinstimmung
mit der Temperatur des Filters während des
Filterwiederherstellprozesses und der Tabelle, die experimentell
vorbereitet worden ist, geändert werden.
-
Wenn
der Verbrennungsmotor betrieben wird, fängt der Filter 15 das
Motoröl,
eine bestimmte in dem Kraftstoff enthaltene Substanz und Asche wie beispielsweise
Oxidationsablagerung, das durch den Filterwiederherstellprozess
nicht verbrannt werden kann, ein. Wenn die Menge an bei dem Filter
eingefangene Asche zunimmt, wird die Fähigkeit des Filters zum Einfangen
des PM vermindert. Wenn der Filterwiederherstellprozess bei Erfüllung der
Bedingung für
den Filterwiederherstellprozess gestartet wird, nimmt die Menge
an pro Volumeneinheit angesammeltem PM um die Menge zu, die der
angesammelten Menge der Asche entspricht, da die Menge an angesammeltem
PM im Wesentlichen konstant ist.
-
Wenn
der Filterwiederherstellprozess für den Filter mit einer großen Menge
an an diesem angesammelter Asche in der gleichen Weise wie bei dem Filter 15 ausgeführt wird, bei
dem sich keine Asche angesammelt hat, nimmt die PM-Oxidationsreaktionsgeschwindigkeit
zu, wenn die angesammelte Menge an PM pro Volumeneinheit zugenommen
hat. Dies kann die Temperatur des Filters deutlich erhöhen, womit
der Filter schmilzt oder beschädigt
wird.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird bestimmt, ob die Menge an an dem Filter 15 angesammelter
Asche gleich wie oder größer als
ein Grenzwert ist. Wenn bestimmt worden ist, dass die Menge an Asche
gleich wie oder größer als
der Grenzwert ist, wird die Zieltemperatur des Filters verringert,
so dass sie geringer als jene während
des Filterwiederherstellprozesses ist. Das heißt die Zieltemperatur für den vorstehend
erwähnten
die Temperatur erhöhenden
Prozess wird so verringert, dass sie in dem Bereich von dem Wert,
der gleich wie oder höher
als die minimale Temperatur ist, bei der PM durch Oxidation entfernt
wird (beispielsweise ungefähr
400°,) bis zu
dem Wert ist, bei dem der Wiederherstellprozess für den Filter 15 ausgeführt wird,
bei dem sich keine Asche angesammelt hat (beispielsweise ungefähr 650°).
-
Der
vorstehend erwähnte
die Temperatur erhöhende
Prozess bei Verringerung der Zieltemperatur und der Filterwiederherstellprozess
zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
in der vorstehend erwähnten
Weise sind nachstehend als ein "Wiederherstellprozess
bei niedriger Temperatur" bezeichnet.
Der die Temperatur erhöhende
Prozess bei der gleichen Zieltemperatur wie bei dem Wiederherstellprozess
für den
Filter 15, bei dem sich keine Asche angesammelt hat, anders
ausgedrückt
ohne Bedarf an einer Abnahme der Zieltemperatur, ist nachstehend
als "normaler Wiederherstellprozess" bezeichnet.
-
Es
wird bestimmt das die an dem Filter 15 angesammelte Menge
an Asche gleich wie oder größer als
der Grenzwert ist, wenn der Unterschied zwischen der Druckdifferenz
des Filters vor dem Filterwiederherstellprozess und der Druckdifferenz
des Filters nach dem Filterwiederherstellprozess gleich wie oder
größer als
ein vorbestimmter Wert ist, oder wenn die Druckdifferenz des Filters 15 nach
dem Filterwiederherstellprozess gleich wie oder größer als ein
vorbestimmter Wert ist. Der Grenzwert wird so eingestellt, dass
er geringer als die Menge an angesammelter Asche ist, was die Temperatur
des Filters 15 bei dem normalen Wiederherstellprozess für den Filter 15,
bei dem sich die vorbestimmte Menge an PM angesammelt hat, übermäßig erhöhen kann.
Vorzugsweise wird der Grenzwert auf die maximale angesammelte Aschenmenge
eingestellt, bei der die Temperatur des Filters 15 bei
dem normalen Wiederherstellprozess für den Filter 15, bei
dem sich die vorbestimmte Menge an PM angesammelt hat, nicht übermäßig erhöht wird.
-
Wenn
die Zieltemperatur des Filters bei dem Filterwiederherstellprozess
gering ist, nimmt die PM-Oxidationsreaktionsgeschwindigkeit
ab, womit sich die Menge an durch Oxidation pro Zeiteinheit entferntem
PM verringert. Unter der Annahme, dass die gleiche Menge an PM an
dem Filter 15 sich angesammelt hat, wird die Zeit, die
zum Entfernen von sämtlichem
angesammelten PM durch Oxidation bei dem Wiederherstellprozess bei
niedriger Temperatur erforderlich ist, länger als für den normalen Wiederherstellprozess.
Dem gemäß kann sich
die Kraftstoffeffizienz verschlechtern, wenn der Wiederherstellprozess
bei niedriger Temperatur über
die gesamte Zeitspanne lang ausgeführt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird der Wiederherstellprozess bei niedriger Temperatur nicht kontinuierlich
ausgeführt, um den
angesammelten PM durch Oxidation vollständig zu entfernen. Vorzugsweise
wird, wie dies in 2 gezeigt ist, der Wiederherstellprozess
bei niedriger Temperatur eine vorbestimmte Zeitspanne lang ausgeführt, um
so einen Teil des an dem Filter 15 angesammeltem PM durch
Oxidation zu entfernen, und dann wird der normale Wiederherstellprozess
ausgeführt.
Vorzugsweise wird die vorstehend erwähnte vorbestimmte Zeitspanne
als eine solche Zeitspanne eingestellt, die benötigt wird, damit die Menge
an angesammeltem PM gleich wie oder geringer als ein Referenzwert
bei dem Wiederherstellprozess bei niedriger Temperatur wird. Vorzugsweise wird
der Referenzwert als der maximale Wert der angesammelten Menge an
PM eingestellt, bei der keine übermäßige Zunahme
der Temperatur des Filters bis zu einem Schmelzen desselben verursacht
wird, selbst wenn die PM-Oxidationsreaktion
bei dem normalen Wiederherstellprozess die Temperatur des Filters
erhöht.
-
Die
vorbestimmte Zeitspanne von dem Beginn des Wiederherstellprozesses
bei niedriger Temperatur bis zu dem Zeitpunkt, bei dem die angesammelte
Menge an PM gleich wie oder geringer als der Referenzwert ist, kann
sich in Abhängigkeit
von der Menge an an dem Filter 15 angesammelter Asche ändern. Die
Wechselbeziehung zwischen der Menge der angesammelten Asche und
der vorbestimmten Zeitspanne wird experimentell erhalten und in
dem ROM der ECU 22 in der Form einer Tabelle gespeichert.
Beim Ausführen
des Wiederherstellprozesses bei niedriger Temperatur durch die ECU 22 wird
die vorbestimmte Zeitspanne unter Bezugnahme auf die Tabelle derart
abgeleitet, dass der normale Wiederherstellprozess beim Verstreichen
der vorbestimmten Zeitspanne vom Beginn des Wiederherstellprozesses
bei niedriger Temperatur ausgeführt
wird.
-
Da
die PM-Oxidationsreaktionsgeschwindigkeit auf der Grundlage der
Temperatur des Filters bei dem Filterwiederherstellprozess berechnet
werden kann, ist die ECU 22 dazu in der Lage, die Menge
an PM zu erhalten, die durch Oxidation nach dem Start des Wiederherstellprozesses
entfernt wird. Die Menge an PM, die an dem Filter sich angesammelt
hat, kann erhalten werden durch ein Subtrahieren der entfernten
Menge an PM durch Oxidation nach dem Start des Wiederherstellprozesses
von der vorbestimmten Menge, d. h, die angesammelten Menge an PM
beim Start des Filterwiederherstellprozesses. Bei der ECU 22 wird
die durch Oxidation nach dem Start des Filterwiederherstellprozesses
entfernte Menge an PM von dem vorbestimmten Wert subtrahiert, um so
die Menge an an dem Filter angesammeltem PM zu erhalten. Dem gemäß wird die
angesammelte Menge an PM bei geeigneten Zeitpunkten nach dem Start
des Wiederherstellprozesses bei niedriger Temperatur derart berechnet,
dass der Wiederherstellprozess bei niedriger Temperatur fortgesetzt
wird, bis die berechnete Menge an an dem Filter angesammeltem PM
gleich wie oder geringer als der Referenzwert wird. Dann wird der
Wiederherstellprozess bei niedriger Temperatur angehalten, und der
normale Wiederherstellprozess wird gestartet.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
dient die ECU 22 dazu, den Wiederherstellprozessmodus zwischen
dem normalen Wiederherstellprozess und dem Wiederherstellprozess
bei niedriger Temperatur zu wählen.
Der Prozess wird periodisch als eine Unterbrechung auf der Grundlage
des Kurbelpositionssensors oder als eine Unterbrechung bei einem
vorbestimmten Zeitintervall ausgeführt. Der vorstehend erwähnte Prozess
ist nachstehend unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm von 3 beschrieben.
-
Die
Steuerroutine wird zuvor in dem ROM der ECU 22 gespeichert.
Zunächst
wird bei dem Schritt (Schritt ist nachstehend der Einfachheit halber als
S abgekürzt)
101 bestimmt, ob die Bedingungen für den Filterwiederherstellprozess
erfüllt
sind. Wenn bestimmt worden ist, dass die Bedingungen für den Filterwiederherstellprozess
erfüllt
sind, geht der Prozess zu dem Schritt S102 weiter. Wenn bestimmt worden
ist, dass die Bedingungen für
den Filterwiederherstellprozess nicht erfüllt sind, endet die Routine.
-
Bei
dem Schritt S102 wird der Unterschied zwischen der Druckdifferenz
des Filters 15 vor dem vorherigen Filterwiederherstellprozess
und der Druckdifferenz des Filters 15 nach dem vorherigen Filterwiederherstellprozess
berechnet. Die vorstehend erwähnte
Berechnung wird auf der Grundlage von Abgabesignalen des stromaufwärtigen Drucksensors 18 und
des stromabwärtigen
Drucksensors 19, wobei diese in die ECU 22 eingegeben
werden und in dem RAM vorübergehend
gespeichert werden, bei der Basisroutine ausgeführt, die vor und nach dem Filterwiederherstellprozess
ausgeführt wird.
Vorzugsweise wird die Druckdifferenz des Filters 15 bei
einem normalen Betriebszustand des Verbrennungsmotors erfasst, bei
dem die Schwankung des Abgasdrucks ausreichend gering ist, um genaue Erfassungsergebnisse
zu erhalten.
-
Der
Prozess geht zu S103 weiter, bei dem bestimmt wird, ob der Unterschied
der Druckdifferenz bei der Berechnung bei S102 gleich wie oder größer als
ein vorbestimmter Wert ist, so dass eine Bestimmung dahingehend durchgeführt wird,
ob die Menge an an dem Filter 15 angesammelter Asche gleich
wie oder größer als
ein Grenzwert ist. Wenn bei S103 JA der Fall ist, d. h. die Menge
an an dem Filter 15 angesammelter Asche gleich wie oder
größer als
der Grenzwert ist, geht der Prozess zu S 104 weiter. Bei dem Schritt 104 wird
der Wiederherstellprozess bei niedriger Temperatur anstelle des
normalen Wiederherstellprozesses ausgeführt, um so eine übermäßige Zunahme
der Temperatur des Filters 15 zu vermeiden.
-
Wenn
bei dem Schritt S103 NEIN der Fall ist, d. h. die Menge an an dem
Filter 15 angesammelter Asche geringer als der Grenzwert
ist, geht der Prozess zu S107 weiter, bei dem der normale Wiederherstellprozess
ausgeführt
wird. In diesem Fall nimmt die Temperatur des Filters 15 nicht übermäßig selbst dann
zu, wenn der normale Wiederherstellprozess ausgeführt wird.
Die Ausführung
des normalen Wiederherstellprozesses kann die Wiederherstellung
des Filters bei einer frühzeitigen
Stufe beschleunigen.
-
Der
Wiederherstellprozessmodus wird zwischen dem Wiederherstellprozess
bei niedriger Temperatur und dem normalen Wiederherstellprozess
in Abhängigkeit
von dem Ergebnis der bei S103 ausgeführten Bestimmung gewählt. Anders
ausgedrückt wird
die Zieltemperatur des Filters bei dem normalen Wiederherstellprozess
zwischen der Temperatur für den
Wiederherstellprozess bei niedriger Temperatur und der Temperatur
für den
normalen Wiederherstellprozess in Abhängigkeit vom dem Ergebnis der
Bestimmung gewählt,
die bei Schritt S103 ausgeführt wird.
Dem gemäß dient
der Schritt S103 dazu, die Zieltemperatur des Filters einzustellen.
-
Bei
S105 wird der gegenwärtige
Wert der angesammelten Menge an PM in der gleichen Weise berechnet,
wie dies vorstehend erwähnt
ist. Dann geht der Prozess zu S106 weiter, bei dem bestimmt wird,
ob der Wert der angesammelten Menge an PM, der bei dem Schritt S105
berechnet worden ist, gleich wie oder geringer als der Referenzwert
ist. Wenn bei S105 NEIN der Fall ist, geht der Prozess zu S104 zurück, um erneut
ausgeführt
zu werden. Wenn bei S105 JA der Fall ist, geht der Prozess zu S107
weiter, bei dem der normale Wiederherstellprozess ausgeführt wird.
-
Bei
S108 wird bestimmt, ob die Bedingungen für die Vollendung des Filterwiederherstellprozesses erfüllt sind.
Die vorstehend erwähnte
Bestimmung kann ausgeführt
werden, indem bestimmt wird, ob die vorstehend erwähnte Prozessperiode
verstrichen ist oder die berechnete Menge an angesammeltem PM zu
Null wird. Wenn bei Schritt S108 JA der Fall ist, geht der Prozess
zu S109 weiter, bei dem der Filterwiederherstellprozess vollendet
wird, und die Routine endet. Wenn bei S108 NEIN der Fall ist, geht
der Prozess zu dem Schritt S107 zurück, um so erneut ausgeführt zu werden.
-
Die übermäßige Zunahme
der Temperatur des Filters kann verhindert werden, indem der Wiederherstellprozessmodus
zwischen dem Wiederherstellprozess bei niedriger Temperatur und
dem normalen Wiederherstellprozess gewählt wird. Der Wiederherstellprozessmodus
wird von dem Wiederherstellprozess bei niedriger Temperatur zu dem
normalen Wiederherstellprozess dann geschaltet, wenn das angesammelte
PM teilweise durch Oxidation entfernt worden ist, und die angesammelte
Menge an PM gleich oder geringer als der Referenzwert wird. Dies
ermöglicht
ein Vollenden des Filterwiederherstellprozesses bei einer frühzeitigen
Stufe im Vergleich zu dem Fall, bei dem der Wiederherstellprozess
bei niedriger Temperatur in kontinuierlicher Weise ausgeführt wird.
Dem gemäß kann eine
Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz aufgrund des Wiederherstellprozesses
bei niedriger Temperatur vermieden werden.
-
Der
Filterwiederherstellprozess startet dann, wenn die Bedingungen für den Filterwiederherstellprozess
erfüllt
sind, d. h. wenn die an dem Filter 15 angesammelte Menge
an PM gleich wie oder größer als
der vorbestimmte Wert wird. Die Zeitspanne zum Ausführen des
Filterwiederherstellprozesses kann unabhängig von der Menge an an dem
Filter angesammelter Asche konstant gehalten werden.
-
Bei
dem vorstehend erwähnten
Ausführungsbeispiel
wird der Wiederherstellprozess bei niedriger Temperatur in kontinuierlicher
Weise von der Anfangsstufe der Wiedergewinnung des Filters bis zu
einem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne ausgeführt. Jedoch
kann die Zieltemperatur bei dem Prozess zum Erhöhen der Temperatur bei dem
Filterwiederherstellprozess in Abhängigkeit von der Menge an angesammeltem
PM nach dem Start des Wiederherstellprozesses bei niedriger Temperatur
geändert
werden. Die Zieltemperatur kann allmählich erhöht werden, wenn der an dem
Filter angesammelte PM bei der frühzeitigen Stufe allmählich durch
Oxidation entfernt wird.
-
Bei
dem vorstehend erwähnten
Ausführungsbeispiel
wird der Wiederherstellprozessmodus zwischen den Wiederherstellprozess
bei niedriger Temperatur und dem normalen Wiederherstellprozess
in Abhängigkeit
von der Bestimmung gewählt, ob
die Menge an an dem Filter 15 angesammelter Asche gleich
wie oder geringer als der Grenzwert ist. Jedoch kann die Zieltemperatur
bei dem Prozess zum Erhöhen
der Temperatur für
den Filterwiederherstellprozess in Abhängigkeit von der Menge an an dem
Filter 15 angesammelter Asche geändert werden. Selbst wenn die
Menge an an dem Filter 15 angesammelter Asche geringer
als der Grenzwert ist, kann die Zieltemperatur bei dem Prozess zum
Erhöhen
der Temperatur für
den Filterwiederherstellprozess so eingestellt werden, dass sie
höher als
die Zieltemperatur als der Grenzwert für den Filter 15 ist, bei
dem sich Asche angesammelt hat, jedoch niedriger als die Zieltemperatur
für den
Filter 15 ist, bei dem sich keine Asche angesammelt hat.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
erfassen der stromaufwärtige
und stromabwärtige
Sensor 18, 19 den Druck an der stromaufwärtigen Seite
bzw. an der stromabwärtigen
Seite des Filters 15, um so die Druckdifferenz zwischen
der stromaufwärtigen
und der stromabwärtigen
Seite zu erhalten. Ein Druckdifferenzsensor kann vorgesehen sein,
um die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite
des Filters 15 anstelle der vorstehend erwähnten Sensoren,
d. h. dem stromaufwärtigen
Sensor und dem stromabwärtigen
Sensor 18 und 19 zu erfassen. Auf der Grundlage
des Ausgabewerts des Druckdifferenzsensors kann die Menge an an
dem Filter 15 angesammelter Asche erhalten werden.
-
Das
Abgasemissionssteuersystem für
einen Verbrennungsmotor 1 hat einen Filter 15,
der Partikelstoffe und Asche einfängt, und eine Steuereinrichtung 22,
die einen Filterwiederherstellprozess startet, bei dem die Temperatur
des Filters 15 auf ein Zieltemperatur gesteuert wird, um
das Innere des Filters 15 zu einer oxidierenden Umgebung
in einer derartigen Weise zu bringen, dass der an dem Filter eingefangene
und angesammelte Partikelstoff durch Oxidation entfernt wird, wenn
die abgeschätzte
Menge an Partikelstoffen, die an dem Filter 15 eingefangen und
angesammelt worden ist, eine vorbestimmte Menge überschreitet. Die Zieltemperatur
wird auf der Grundlage der abgeschätzten Menge an Asche, die an
dem Filter 15 eingefangen und angesammelt worden ist, eingestellt.
Selbst wenn die Menge an angesammeltem Partikelstoff pro Volumeneinheit
aufgrund des Ansammelns an Asche an dem Filter 15 zunimmt,
kann eine Oxidationsreaktionsgeschwindigkeit des Partikelstoffs
verringert werden, womit eine übermäßige Temperaturzunahme
bei dem Filter 15 verhindert wird.