DE102005019816A1

DE102005019816A1 - Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102005019816A1
Application number: DE102005019816A
Authority: DE
Inventors: Shinichiro Kariya Okugawa; Kazuo Kariya Kojima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2005-04-28
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2025-04-29
Also published as: US20050241301A1; DE102005019816B4; US7111455B2; FR2869637B1; FR2869637A1; JP4301070B2; JP2005315198A

Abstract

Eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (1) hat einen Partikelfilter (3), eine Temperaturerhöhungseinrichtung (6), eine Betriebszustandserfassungseinrichtung (6), eine Temperaturerfassungseinrichtung (6), eine Partikelansammlungsmengenabschätzeinrichtung (6), eine Regenerationssteuereinrichtung (6) und eine Korrektureinrichtung (6). Der Parikelfilter (3) ist in einem Abgaskanal (2a, 2b) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet. Die Temperaturerhöhungseinrichtung (6) erhöht eine Temperatur des Partikelfilters (3). Die Betriebszustandserfassungseinrichtung (6) erfasst einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1). Die Temperaturerfassungseinrichtung (6) erfasst die Temperatur des Partikelfilters (3). Die Partikelansammlungsmengenabschätzeinrichtung (6) schätzt eine Partikelansammlungsmenge an dem Partikelfilter (3) ab. Die Regenerationssteuereinrichtung (6) betreibt die Temperaturerhöhungseinrichtung (6), um die Temperatur des Partikelfilters (6) auf ungefähr eine vorgegebene Soll-Temperatur zu erhöhen. Die Korrektureinrichtung (6) korrigkeirt einen Betriebsbetrag der Temperaturerhöhungseinrichtung (6) durch die Regenerationssteuereinrichtung (6).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors, in dem ein Partikelfilter in einem Abgaskanal vorgesehen ist, und insbesondere auf eine Vorrichtung, die sich auf einen Temperaturerhöhungssteuerungsprozess des Partikelfilters bezieht.

Es gibt eine bekannte Abgasreinigungsvorrichtung, die mit einem Partikelfilter (nachstehend als DPF abgekürzt) zum Sammeln von Partikeln (nachstehend als PM abgekürzt) von einem Dieselverbrennungsmotor ausgegeben werden. In einer derartigen Vorrichtung wird eine DPF-Temperatur auf z.B. 600°C oder mehr erhöht, wenn die Menge an PM, die an dem DPF angesammelt ist, einen vorgegebenen Wert erreicht, um das PM an dem DPF während einem DPF-Regenerationsprozess zu verbrennen und zu entfernen.

Zu diesem Zeitpunkt wird eine Nacheinspritzung, eine Verzögerung der Kraftstoffeinspritzzeitgebung, eine Einlassdrossel oder dergleichen als ein Verfahren zum Erhöhen der DPF-Temperatur verwendet, aber jedes dieser Verfahren hat das Problem der Verringerung des Kraftstoffwirkungsgrads. Je höher die Temperatur desto höher wird andererseits die Verbrennungsrate des PM und daher wird die Regeneration in einer kurzen Zeit vervollständigt. Somit wird eine Verringerung des Kraftstoffwirkungsgrades in Übereinstimmung mit der DPF-Regeneration niedrig. Wenn die DPF-Temperatur zu hoch ist, steigt jedoch die DPF-Temperatur plötzlich durch die plötzliche Verbrennung des PM. Dies stellt eine Möglichkeit eines Bruchschadens des DPF, eine Verschlechterung des Katalysators, der an dem DPF aufliegt, und dergleichen dar.

Dementsprechend ist es, um eine Verringerung eines Kraftstoffwirkungsgrades und eine sichere Regeneration des DPF zu erhalten, notwendig, die Temperatur auf eine derartige Weise zu steuern, um die DPF-Temperatur auf ungefähr einer Soll-Temperatur, die zur Regeneration geeignet ist, zu halten.

Es gibt jedoch eine Begrenzung in der Fähigkeit, die Temperatur der Temperaturerhöhungseinrichtung zu erhöhen, und eine Streuung tritt in Übereinstimmung mit jedem Betriebszustand auf. Somit variiert die Abgastemperatur und die DPF-Temperatur. Um diese Variationen zu unterdrücken, ist es notwendig, den Betriebsbetrag der Temperaturerhöhungseinrichtung (z.B. die Einspritzmenge der Nacheinspritzung) zu korrigieren und die DPF-Temperatur schnell auf ungefähr die Soll-Temperatur, die für die Regeneration geeignet ist, zu nähern.

Herkömmliche Technologien haben eine Abgastemperaturregelung, in der die Abgastemperatur, die durch einen Sensor oder dergleichen erfasst wird, zurückgeführt wird und der Betriebsbetrag der Temperaturerhöhungseinrichtung in Übereinstimmung mit einer Abweichung von der Soll-Temperatur korrigiert wird, um die DPF-Temperatur auf ungefähr der Soll-Temperatur zu halten (siehe z.B. japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2003-172185).

Zu dieser Zeit weist die Abgastemperatur korrespondierend zu dem angewiesenen Betriebsbetrag eine Streuung auf. In dem Fall des Verwendens der Nacheinspritzung als die Temperaturerhöhungseinrichtung tritt eine Streuung der Abgastemperatur auf, da eine Ist-Einspritzmenge von der angewiesenen Nacheinspritzmenge durch die Variation von Injektor zu Injektor und dergleichen verschieden ist, und eine Reaktionswärme des HC ist durch eine Verschlechterung des Katalysators mit dem Ablauf einer Zeit verringert. In der Regelung gibt es das Problem, dass die Streuung der Temperatur eine Steuerleistung erschwert.

Dementsprechend wird eine Lernsteuerung mit der Verwendung des Korrekturbetrags der Regelung in Betracht gezogen. Die Regelung wird zunächst ausgeführt und die Streuung der Temperatur wird aus dem Korrekturbetrag der Temperaturerhöhungseinrichtung erfasst, wenn die Abgastemperatur bei ungefähr der Soll-Temperatur stabilisiert ist. Dieser Korrekturbetrag wird in einem Speicher als ein Lernbetrag auf einer Betriebszustandsbasis gespeichert (gelernt). Der Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs wird mit dem Lernbetrag korrespondierend zu dem Betriebszustand korrigiert. Daher kann in dem Betriebszustand, der einmal gelernt worden ist, eine Korrektur korrespondierend zu der Streuung der Temperatur im Voraus ausgeführt werden, so dass es möglich ist, die Steuerleistung zu verbessern.

In diesem Verfahren gibt es jedoch das Problem, dass lernbare Betriebszustände begrenzt sind. Wenn die Abgastemperatur ausreichend stabil ist, wie in 15 gezeigt ist, kann die Streuung der Temperatur aus dem Korrekturbetrag erfasst werden (ein stationärer Zustand in der Zeichnung). In einem Übergangszustand, in dem eine Variation der Abgastemperatur pro Zeit groß ist, variiert der Korrekturbetrag auch in hohem Maße. Daher ist es unmöglich, die Streuung der Temperatur aus dem Korrekturbetrag in dem Übergangszustand zu erfassen, und daher ist es notwendig, den Korrekturbetrag in einem Zustand zu lernen, in dem die Abgastemperatur sich Bezug auf den Betriebszustand und den Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs ausreichend stabilisiert ist.

Eine Variation der Abgastemperatur in Bezug auf eine Variation in dem Betriebszustand und der Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs ist äußerst träge (z.B. werden für 63% Reaktion 5 bis 60 Sekunden benötigt). Ferner variiert der Betriebszustand beim Fahren eines Fahrzeugs häufig. Daher kommt die Abgastemperatur in dem stationären Zustand mit äußerst niedriger Häufigkeit.

Wenn der lernbare Betriebszustand auf den stationären Zustand begrenzt ist, wie vorstehend beschrieben ist, ist es unmöglich, eine ausreichende Lernhäufigkeit zu erhalten und daher wird Lernen mit hoher Genauigkeit schwierig.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Umstände ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine ausreichende Lernhäufigkeit sicherzustellen und eine Genauigkeit einer Lernsteuerung in einem System zu verbessern, das eine Temperatursteuerung durch Regelung einer Abgastemperatur und die Lernsteuerung ausführt.

Um das vorstehende Problem zu lösen, hat gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung einen Partikelfilter, eine Temperaturerhöhungseinrichtung, eine Betriebszustandserfassungseinrichtung, eine Temperaturerfassungseinrichtung, eine Partikelansammlungsmengenabschätzeinheit und eine Regenerationssteuereinrichtung des Partikelfilters. Der Partikelfilter ist in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet. Die Temperaturerhöhungseinrichtung erhöht die Temperatur des Partikelfilters. Die Betriebszustandserfassungseinrichtung erfasst einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Die Temperaturerfassungseinrichtung erfasst die Temperatur des Partikelfilters. Die Partikelansammlungsmengenabschätzeinrichtung schätzt eine Partikelansammlungsmenge an dem Partikelfilter ab. Wenn der Ausgang der Partikelansammlungsmengenabschätzeinheit einen vorgegebenen Wert überschreitet, betreibt die Regenerationssteuerungseinrichtung die Temperaturerhöhungseinrichtung, um die Temperatur des Partikelfilters auf ungefähr eine vorgegebene Soll-Temperatur zu erhöhen, so dass angesammelte Partikel verbrannt und entfernt werden.

Die Abgasreinigungsvorrichtung hat ferner eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren eines Betriebsbetrags der Temperaturerhöhungseinrichtung durch die Regenerationssteuerungseinrichtung. Diese Korrektureinrichtung hat eine Rückkopplungskorrektureinrichtung und eine Lernkorrektureinrichtung. Die Rückkopplungskorrektureinrichtung korrigiert den Betriebsbetrag der Temperaturerhöhungseinrichtung mit einer Rückkopplung, so dass der Ausgang der Temperaturerfassungseinrichtung ungefähr die vorgegebene Soll-Temperatur wird. Die Lernkorrektureinrichtung korrigiert den Betriebsbetrag der Temperaturerhöhungseinrichtung auf der Basis der Abweichung zwischen dem Ausgang der Temperaturabschätzeinrichtung und dem Ausgang der Temperaturerfassungseinrichtung, so dass ein Temperaturabschätzwert mit einem Erfassungswert übereinstimmt. Die Lernkorrektureinrichtung speichert auch einen Korrekturbetrag eines Lernkorrekturbetrags. Eine Modellsetzeinrichtung drückt eine Zeitverzögerung der Variation einer Temperatur in Bezug auf die Variation des Betriebsbetrags der Temperaturerhöhungseinrichtung durch eine Übertragungsfunktion aus. Die Temperaturabschätzeinrichtung schätzt eine Abgastemperatur ab, an der die Zeitverzögerung auf der Basis des Ausgangs der Modellsetzeinrichtung und der Betriebszustandserfassungseinrichtung widergespiegelt wird, und dem Betriebsbetrag der Temperaturerhöhungseinrichtung.

Dementsprechend wird in einem System zum Ausführen einer Temperatursteuerung durch Regelung der Abgastemperatur und Lernsteuerung die Zeitverzögerung der Variation der Temperatur in Bezug auf den Betriebszustand und den Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs durch die Übertragungsfunktion modelliert. Der Temperaturabschätzwert, an dem die Wirkung der Zeitverzögerung widergespiegelt ist, wird auf der Basis der Übertragungsfunktion berechnet und der berechnete abgeschätzte Wert wird mit einer gemessenen Temperatur verglichen, um eine Streuung der Temperatur während einem Übergangszustand zu erfassen. Dementsprechend ist es möglich, eine ausreichende Lernhäufigkeit sicherzustellen und eine Genauigkeit der Lernsteuerung zu verbessern. Daher wird die Temperatur des Partikelfilters auf ungefähr der Soll-Temperatur gehalten, so dass es möglich ist, eine Verringerung eines Kraftstoffwirkungsgrades durch Regeneration zu beschränken.

In einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Rückkopplungskorrektureinrichtung den Rückkopplungskorrekturbetrag durch Ausführen von z.B. einer Zustandsrückkopplung, die ein gesetztes Modell einer Modellsetzeinrichtung verwendet. Eine Verwendung der Zustandsrückkopplung macht eine Steuerung mit hohem Ansprechen möglich. Andererseits kann der Rückkopplungskorrekturbetrag in Übereinstimmung mit der Abweichung zwischen dem Ausgang der Temperaturerfassungseinrichtung und der vorgegebenen Soll-Temperatur berechnet werden.

In einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Lernkorrektureinrichtung den Lernkorrekturbetrag auf der Basis des integrierten Betrags der Abweichung zwischen dem abgeschätzten Temperaturwert und dem gemessenen Wert. Insbesondere wird der integrierte Betrag der Abweichung berechnet, um die Streuung der Temperatur zu erfassen. Da der Korrekturbetrag mit Erhöhung des integrierten Betrags erhöht wird, ist es möglich, eine Lernsteuerung mit hoher Genauigkeit auszuführen.

In einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung speichert die Lernkorrektureinrichtung den Lernkorrekturbetrag auf einer Betriebszustandsbasis. Da die Streuung der Temperatur gemäß dem Betriebszustand abweicht, macht es ein Speichern von Lernwerten bei getrennten Speichern auf einer Betriebszustandsbasis möglich, die wirksame Lernsteuerung zu verwirklichen.

In einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung modelliert die Modellsetzeinrichtung die Zeitverzögerung als die Übertragungsfunktion, die durch eine Totzeit und eine Zeitkonstante ausgedrückt wird, oder als die Übertragungsfunktion, die durch eine Verzögerung mit höherer Ordnung ausgedrückt wird. Die Modellsetzeinrichtung schaltet die Totzeit, die Zeitkonstante oder einen Koeffizienten der Verzögerung höherer Ordnung in Übereinstimmung mit dem Ausgang der Betriebszustandserfassungseinrichtung.

Die Zeitverzögerung der Variation der Temperatur in Bezug auf die Variation des Betrags des Temperaturerhöhungsbetriebs kann durch die Übertragungsfunktion unter Verwendung der Totzeit und der Zeitkonstante ausgedrückt werden. Dementsprechend ist es möglich, eine Steuergenauigkeit durch Modellieren eines Steuerziels auf einer Betriebszustandsbasis bei der Verwendung der Übertragungsfunktion und durch Ausführen einer Lernkorrektur mit der widergespiegelten Zeitverzögerung zu verbessern.

In einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung berechnet die Temperaturabschätzeinrichtung eine Temperatur in einem stationären Zustand auf der Basis des Ausgangs der Betriebszustandserfassungseinrichtung und des Betriebsbetrags der Temperaturerhöhungseinrichtung und filtert die Temperatur mit der Übertragungsfunktion, die durch die Modellsetzeinrichtung gesetzt ist, um den abgeschätzten Wert zu berechnen.

Genauer gesagt wird eine Temperatur, zu der die Abgastemperatur konvergiert, zunächst in Bezug auf den Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs berechnet und dann wird die Temperatur durch Verwendung der Übertragungsfunktion des gesetzten Modells gefiltert. Somit ist es möglich, die Temperatur abzuschätzen, an der die Zeitverzögerung widergespiegelt ist, und die Streuung der Temperatur während einer Übergangsänderung zu erfassen.

Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß noch einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ferner eine Lernausführungsbeurteilungseinrichtung. Die Lernausführungsbeurteilungseinrichtung beurteilt, ob der Lernkorrekturbetrag, der durch die Lernkorrektureinrichtung berechnet wird, auf der Basis des Ausgangs der Temperaturerfassungseinrichtung oder der Temperaturabschätzeinrichtung aktualisiert werden soll oder nicht.

Wenn ein Fehler im Modellieren auftritt, kann der Fehler ein falsches Lernen verursachen. Dieser Fehler wird mit einer Erhöhung der Variation der Temperatur pro Zeit groß. Somit ist es möglich, wenn die Ausführung eines Lernens auf der Basis der Rate einer Änderung der Abgastemperatur mit der Zeit beurteilt wird, das falsche Lernen durch den Fehler in dem abgeschätzten Wert zu verhindern, während die Lernhäufigkeit aufrechterhalten wird.

In einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung aktualisiert die Lernausführungsbeurteilungseinrichtung den Lernkorrekturbetrag, wenn eine Rate einer Änderung (Absolutwert) der Temperaturerfassungseinrichtung oder der Temperaturabschätzeinrichtung niedriger als ein vorgegebener Wert ist. Die Lernausführungsbeurteilungseinrichtung stoppt die Aktualisierung davon, wenn die Rate einer Änderung gleich oder größer als der vorgegebene Wert ist.

Genauer gesagt wird ein Wert, der als ein Anhaltspunkt dient, gesetzt und Lernen wird ausgeführt, wenn die Rate einer Änderung mit der Zeit niedriger als dieser vorgegebene Wert ist. Daher ist es möglich, das falsche Lernen zu verhindern.

Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung hat ferner eine Lernverhinderungseinrichtung. Die Lernverhinderungseinrichtung verhindert die Aktualisierung des Lernkorrekturbetrags, wenn der Lernkorrekturbetrag (absoluter Wert), der durch die Lernkorrektureinrichtung berechnet wird, größer als ein vorgegebener Wert ist.

Wenn der Lernkorrekturbetrag groß ist, ist es vorstellbar, dass die Abgastemperatur vorübergehend nicht steigt, da ein Katalysator oder dergleichen nicht aktiviert ist. Dementsprechend wird beim Vergleichen des Lernkorrekturbetrags mit dem vorgegebenen Wert die Aktualisierung des Lernkorrekturbetrags verhindert, um das falsche Lernen zu unterbinden.

Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat ferner eine Temperaturerhöhungsverhinderungseinrichtung. Die Temperaturerhöhungsverhinderungseinrichtung verhindert den Betrieb der Temperaturerhöhungseinrichtung, wenn der Lernkorrekturbetrag (Absolutwert), der durch die Lernkorrektureinrichtung berechnet wird, größer als ein vorgegebener Wert ist.

Wenn der Lernkorrekturbetrag ziemlich groß ist, besteht die Wahrscheinlichkeit einer Fehlfunktion eines Injektors, des Katalysators oder dergleichen. Somit macht es eine Stoppregenerationssteuerung möglich, den Katalysator und den Partikelfilter zu schützen. Der vorgegebene Wert in der Vorrichtung gemäß dem zehnten Aspekt ist größer als der vorgegebene Wert in der Vorrichtung gemäß dem neunten Aspekt gesetzt.

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ebenso wie Verfahren des Betriebs und die Funktion der zugehörigen Teile aus einem Studium der nachstehenden detaillierten Beschreibung, der anhängenden Ansprüche und der Zeichnungen gewürdigt, die alle einen Teil dieser Anmeldung ausbilden. In den Zeichnungen:
1 ist eine schematische Ansicht einer Abgaslernvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm eines DPF-Temperatursteuerprozesses gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Graph, der eine Zeitverzögerung einer Variation einer Abgastemperatur in Bezug auf einen Betrag eines Temperaturerhöhungsbetriebs darstellt, der durch eine Zeitkonstante und eine Totzeit ausgedrückt wird;
4 ist ein Graph, der eine Veränderung der Zeitkonstante und der Totzeit relativ zu einem Betrag eines Abgasdurchflusses darstellt;
5 ist ein Graph, der einen geschätzten Wert einer Temperatur, der die Zeitverzögerung widerspiegelt, relativ zu einem gemessenen Wert der Temperatur darstellt;
6 ist ein Graph, der eine Erhöhung einer Erfassungshäufigkeit einer Streuung der Temperatur durch den geschätzten Wert der Temperatur, die die Zeitverzögerung widerspiegelt, darstellt;
7 ist ein Graph, der eine Temperaturabweichung durch einen Modellierungsfehler der Zeitverzögerungserhöhung relativ zu einer Rate einer Änderung der Abgastemperatur über die Zeit darstellt;
8A und 8B sind Graphen, die darstellen, dass ein falsches Lernen durch Widerspiegeln der Zeitverzögerung in der Variation der Temperatur basierend auf einer Lernbereichsbeurteilung verringert werden kann;
9 ist ein Ablaufdiagramm eines Basisbetriebs eines DPF-Regenerationsprozesses, der durch eine ECU gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
10 ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Berechnen einer Endmenge einer Nacheinspritzung;
11A ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Berechnen des geschätzten Werts der Temperatur, der die Zeitverzögerung widerspiegelt;
11B ist ein Graph eines Zeitkonstantenkennfelds;
11C ist ein Graph eines Totzeitkennfelds;
12 ist ein Graph eines Verfahrens zum Berechnen des geschätzten Werts der Temperatur, der die Zeitverzögerung widerspiegelt, relativ zu einer Annäherungstemperatur und einem Verzögerungssignal;
13A ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Berechnen eines Lernkorrekturbetrags;
13B und 13C sind Graphen von Lernkorrekturbetragkennfeldern;
14A ist ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Berechnen der Endmenge der Nacheinspritzung;
14B ist ein Graph eines Temperaturvariationszuwachskennfeldes; und
15 ist ein Graph, der einen herkömmlichen Lernsteuerprozess darstellt.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer Abgaslernvorrichtung eines Dieselmotors, auf den die vorliegende Erfindung angewandt wird, ist nachstehend beschrieben. 1 zeigt ein Beispiel des Aufbaus eines Systems. Ein Oxidationskatalysator (DOC) 4 ist stromaufwärts eines Dieselpartikelfilters (DPF) 3 angeordnet. Der DPF 3 ist zwischen Abgaskanälen 2a und 2b eines Dieselmotors 1 angeordnet und der DOC 4 ist in dem Abgaskanal 2a stromaufwärts des DPF 3 angeordnet. Der DPF 3 ist ein Keramikfilter mit einem bekannten Aufbau. In dem DPF 3 ist z.B. eine hitzeresistente Keramik, wie beispielsweise Cordierit, in einer Honigwabenstruktur geformt und viele Zellen, die Gasdurchgänge sind, sind auf eine derartige Weise abgedichtet, dass Einlässe oder Auslässe sich miteinander abwechseln. Während Abgas, das aus dem Motor 1 ausgestoßen wird, durch poröse Trennwände des DPF 3 stromabwärts strömt, werden Partikel (PM) gesammelt und fortschreitend angehäuft.
In dem DOC 4 mit dem bekannten Aufbau ist der Oxidationskatalysator auf der Oberfläche eines Keramikträgers gelagert, der eine Cordierit-Honigwabenstruktur oder dergleichen hat. Der DOC 4 verbrennt Kohlenwasserstoffe (HC), die zu dem Abgaskanal 2a zugeführt werden, durch eine katalytische Reaktion, um eine Abgastemperatur zu erhöhen und erhöht die Abgastemperatur des DPF 3. Der DPF 3 kann ein Metallfilter sein und der Oxidationskatalysator kann darauf gelagert sein oder nicht. Durch Verwenden des DPF 3, auf dem der Oxidationskatalysator gelagert ist, kann der DOC 4 nicht stromaufwärts davon angeordnet sein.
Um die Temperatur des DPF 3 zu erfassen, ist ein stromaufwärtiger Abgastemperatursensor 51 zwischen dem DOC 4 und dem DPF 3 in dem stromaufwärtigen Abgaskanal 2a angeordnet. Ein stromabwärtiger Abgastemperatursensor 52 ist in dem Abgaskanal 2b stromabwärts des DPF 3 angeordnet. Diese Abgastemperatursensoren 51 und 52 (Temperaturerfassungseinrichtung) sind mit einer ECU 6 verbunden. Die Abgastemperatursensoren 51 und 52 erfassen die Temperaturen des Abgases, das in dem DPF 3 strömt und von dem DPF 3 ausgestoßen wird, und gibt die Temperaturen zu der ECU 6 aus.
Ein Luftdurchflussmesser 53 ist in einer Einlassleitung 11 des Motors 1 angeordnet, um die Menge an Einlassluft zu der ECU 6 auszugeben. Ein Einlassdrosselventil 12 ist in der Einlassleitung 11 stromabwärts des Luftdurchflussmessers 53 angeordnet, um die Menge an Einlassluft durch einen Befehl von der ECU 6 zu erhöhen oder zu verringern. Das Einlassdrosselventil 12 variiert die Durchgangsfläche der angeordneten Einlassleitung 11 durch Verändern des Öffnungsgrades des Ventils, um die Menge an Einlassluft zu steuern. Ein A/F-Sensor (Luft-Kraftstoffverhältnis-Sensor) 54 ist in dem Abgaskanal 2b stromabwärts des DPF 3 angeordnet. Andererseits kann ein O₂-Sensor in dem Abgaskanal 2b anstelle des A/F-Sensors 54 angeordnet sein oder diese Sensoren können kombiniert sein.
Die Einlassleitung 11 des Motors 1 ist mit dem Abgaskanal 2a stromaufwärts des DOC 4 durch einen EGR-Durchgang 13 verbunden, der mit einem EGR-Steuerventil 7 vorgesehen ist. Das EGR-Steuerventil 7 erhöht oder verringert die Menge des Abgases (EGR-Menge), das in eine Einlassluft zurückfließt, durch einen Befehl von der ECU 6. Das EGR-Steuerventil 7, das einen bekannten Aufbau hat, besteht aus einem elektronischen Vakuum-Regelventil (EVRV) und einem mechanischen Abgas-Regelventil (EGRV). Das EGR-Steuerventil 7 regelt die Menge des Vakuums durch eine Vakuumpumpe in Übereinstimmung mit einem Steuerstrom, der von der ECU 6 ausgegeben wird, und generiert einen Steuerunterdruck in einer Vakuumkammer, um die Höhe eines Ventilhubs des Abgasregelventils zu steuern.
Ein Differenzdrucksensor 8 zum Erfassen einer Druckdifferenz zwischen vor und hinter dem DPF 3 ist in den Abgaskanälen 2a und 2b angeschlossen, um die Menge an Partikel (PM-Ansammlungsmenge), die durch den DPF 3 gesammelt werden, zu erhalten. Ein Ende des Differenzdrucksensors 8 ist mit dem Abgaskanal 2a stromaufwärts des DPF 3 verbunden und das andere Ende ist mit dem Abgaskanal 2b stromabwärts des DPF 3 durch Druckeinführschläuche 81 bzw. 82 verbunden. Der Differenzdrucksensor 8 gibt ein Signal korrespondierend zu der Druckdifferenz zwischen vor und nach dem DPF 3 zu der ECU 6 aus.
Verschiedene, nicht dargestellte Sensoren, wie beispielsweise ein Beschleunigeröffnungssensor und ein Motordrehzahlsensor, sind ferner mit der ECU 6 verbunden. Die ECU 6 erfasst den Betriebszustand des Motors 1 (Betriebszustandserfassungseinrichtung) auf der Basis von Erfassungssignalen von den verschiedenen Sensoren und berechnet die optimale Kraftstoffeinspritzmenge, die optimale Kraftstoffeinspritzzeitgebung, der optimale Kraftstoffeinspritzdruck und dergleichen, um eine Kraftstoffeinspritzung zu dem Motor 1 zu steuern, den Öffnungsgrad des Einlassdrosselventils 12 und des EGR-Steuerventils 7 und dergleichen. Die ECU 6 führt ferner eine Nacheinspritzung und dergleichen auf der Basis eines Ausgangs von den verschiedenen vorstehenden Sensoren aus und erhöht die Temperatur des DPF 3 auf die Verbrennungstemperatur des PM oder mehr, um den DPF 3 zu regenerieren.
Die Regeneration des DPF 3 ist nachstehend beschrieben. Die ECU 6 hat eine Temperaturerhöhungseinrichtung, eine Partikelansammlungsmengenabschätzeinrichtung, eine Regenerationssteuerungseinrichtung und eine Korrektureinrichtung. Die Temperaturerhöhungseinrichtung erhöht die Abgastemperatur und erhöht die HC in dem Abgas, um die Temperatur des DPF 3 durch die Reaktionswärme der HC in dem DOC 4 zu steigern. Die Partikelansammlungsmengenabschätzeinheit schätzt die Menge an PM-Ansammlung an dem DPF 3 ab. Die Regenerationssteuereinrichtung erhöht die Temperatur des DPF 3 auf ungefähr eine vorgegebene Soll-Temperatur durch Steuern der Temperaturerhöhungseinrichtung, um das angesammelte PM zu verbrennen und zu entfernen, wenn die PM-Ansammlungsmenge einen vorgegebenen Wert überschreitet. Die Korrektureinrichtung korrigiert den Betriebsbetrag der Temperaturerhöhungseinrichtung.
Die Partikelansammlungsmengenabschätzeinrichtung schätzt die PM-Ansammlungsmenge aus z.B. der Druckdifferenz zwischen vor und nach dem DPF 3 ab, die durch den Differenzdrucksensor 8 erfasst wird. Wenn die Menge an Abgasstrom konstant ist, wird die Druckdifferenz zwischen vor und hinter dem DPF mit Erhöhung der PM-Ansammlungsmenge erhöht. Somit macht ein Finden dieser Beziehung im Voraus möglich, die PM-Ansammlungsmenge zu erhalten. Andererseits kann die Menge des PM-Ausstoßes auf der Basis der Zustände des Motorbetriebs, die durch den Ausgang von den verschiedenen Sensoren bekannt sind, berechnet werden und die PM-Ansammlungsmenge kann durch Aufaddieren von ihnen abgeschätzt werden. Diese Verfahren können kombiniert werden.
Genauer gesagt ist eine Nacheinspritzung, eine Kraftstoffhinzufügung von einer Kraftstoffhinzufügungsvorrichtung (nicht dargestellt), die in dem Abgaskanal 2a stromaufwärts des DOC 4 in dem Abgas angeordnet ist, eine Verspätung einer Kraftstoffeinspritzzeitgebung (Verzögerung), eine Einlassdrossel durch das Einlassdrosselventil 12, die Erhöhung des EGR durch das EGR-Steuerventil 7 oder dergleichen als die Temperaturerhöhungseinrichtung verfügbar. Andererseits kann eine Wärmetauscherumgehung in einem Motor mit einem Ansaugwärmetauscher vorgesehen sein. Gemäß diesen Betrieben generieren die unverbrannten HC, die zu dem Abgaskanal 2 zugeführt werden, Hitze in dem DOC 4 durch eine Oxidationsreaktion oder die Temperatur des Abgases, das von dem Motor 1 ausgestoßen wird, wird erhöht, so dass das Abgas mit hoher Temperatur zu dem DPF 3 zugeführt wird. Als die Temperaturerhöhungseinrichtung kann einer dieser Betriebe ausgeführt werden oder eine Vielzahl dieser Betriebe können kombiniert werden.
Eine Temperatur (Soll-Temperatur), die für die Regeneration des DPF 3 notwendig ist, ist ein konstanter vorgegebener Wert, der unter Berücksichtigung der Sicherheit so hoch wie möglich gesetzt ist (z.B. 600°C). Andererseits kann die Soll-Temperatur in Übereinstimmung mit der Menge an verbleibenden Partikeln während einer Erhöhung der Temperatur veränderbar sein. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass je geringer die Menge an verbleibenden Partikeln (PM-Ansammlungsmenge), desto höher der Wert der Soll-Temperatur gesetzt wird. Zum Beispiel wird, wenn die Menge der Partikel einen vorgegebenen Wert 1 überschreitet (z.B. 4 g/L), wird die Soll-Temperatur auf 600°C gesetzt, um die schnelle Verbrennung der Partikel zu verhindern. Wenn die Menge der Partikel dem vorgegebenen Wert 1 (z.B. 4 g/L) oder weniger entspricht, wird die Soll-Temperatur auf 650°C gesetzt, um eine Verringerung des Kraftstoffwirkungsgrads durch die Regeneration zu verhindern. Andererseits kann die Soll-Temperatur auf eine mehrstufige Weise geändert werden.
In dem Aufbau, der in 1 gezeigt ist, in dem der DOC 4 stromaufwärts des DPF 3 angeordnet ist, ist beispielhaft ein Verfahren zum Steuern der DPF-Temperatur, in dem die Nacheinspritzung ausgeführt wird, als die Temperaturerhöhungseinrichtung in Einzelheiten beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Temperatur des Abgases zwischen dem DOC 4 und dem DPF 3, die durch den stromaufwärtigen Abgastemperatursensor 51 erfasst wird, gesteuert. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine Übersicht einer DPF-Temperatursteuerung gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigt. Eine Regenerationssteuereinrichtung berechnet die Basismenge einer Nacheinspritzung QPBSE aus einer Motordrehzahl Ne und einer erforderlichen Einspritzmenge Qf in Übereinstimmung mit dem gegenwärtigen Betriebszustand. Dann addiert die Regenerationssteuereinrichtung den Korrekturbetrag der Nacheinspritzung QPCOR durch die Korrektureinrichtung auf den Basisbetrag der Nacheinspritzung QPBSE, um die Endmenge der Nacheinspritzung QPFIN zu berechnen. Die Basismenge der Nacheinspritzung QPBSE wird im Voraus reguliert, so dass die Abgastemperatur zu ungefähr der Soll-Temperatur konvergiert.
Die Korrektureinrichtung führt eine Zustandsrückkopplung an dem Ausgang des stromaufwärtigen Abgastemperatursensors 51 aus (stromaufwärtiger Abgastemperatur THIN), um die Rückkopplungskorrekturmenge THFB der Nacheinspritzung zu berechnen (Rückkopplungskorrektureinrichtung). Die Korrektureinrichtung führt ebenso eine Lernkorrektur auf der Basis der stromaufwärtigen Abgastemperatur THIN aus, um eine Lernkorrekturmenge THLNV zu berechnen (Lernkorrektureinrichtung). Die stromaufwärtige Abgastemperatur THIN ist der Ausgang des stromaufwärtigen Abgastemperatursensors 51, der zwischen dem DOC 4 und dem DPF 3 angeordnet ist.
Die Lernkorrektureinrichtung berechnet zuerst eine Temperatur (Annäherungstemperatur THCNV), zu der die stromaufwärtige Abgastemperatur THIN sich annähert, wenn der Ist-Betriebszustand und der Ist-Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs aufrechterhalten werden. Die Annäherungstemperatur wird im Voraus ermittelt. Eine Zeitverzögerung der Variation der Abgastemperatur in Bezug auf die Variation der Menge der Nacheinspritzung wird unter Verwendung einer Übertragungsfunktion modelliert (Modellsetzeinrichtung) und ein geschätzter Wert THMDL der Abgastemperatur, an dem die Zeitverzögerung sich widerspiegelt, wird berechnet (Temperaturabschätzeinrichtung).
Wie in 3 gezeigt ist, wird die Zeitverzögerung der Variation der Abgastemperatur in Bezug auf die Variation des Betriebszustands und ein Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs unter Verwendung der Transferfunktion, wie vorstehend beschrieben ist, modelliert, die durch eine Zeitkonstante (Verzögerung erster Ordnung) und eine Totzeit ausgedrückt wird.
Zu diesem Zeitpunkt macht es, da die Zeitkonstante die Totzeit mit dem Betrag des Abgasflusses, wie in 4 gezeigt ist, variiert, ein Schalten der Zeitkonstante und der Totzeit in Übereinstimmung mit der Menge der Abgasströmung (die Menge an Einlassluft) möglich, eine Genauigkeit im Lernen zu erhöhen. Die Zeitkonstante und die Totzeit werden z.B. mit einer Erhöhung der Menge an Einlassluft verringert und die Zeitkonstante und die Totzeit werden mit einer Verringerung der Menge an Einlassluft erhöht. Ein Zeitverzögerungsmodell kann durch eine Verzögerung höherer Ordnung ausgedrückt werden. Ein Steuermodell kann auf der Basis der Motordrehzahl und der Einspritzmenge anstelle der Menge an Einlassluft geschaltet werden. Ausdrücken einer Übertragungsfunktion als eine Verzögerung höherer Ordnung macht es möglich, eine Verzögerung mit großer Genauigkeit auszudrücken. Somit gibt es einen Vorteil, dass eine genauere Steuerung möglich wird, obwohl die Einstellung eines Modells und eines arithmetischen Prozesses kompliziert wird.
Filtern der berechneten Annäherungstemperatur THCNV durch Verwenden dieser Übertragungsfunktion macht es möglich, den abgeschätzten Wert THMDL zu berechnen, an dem die Zeitverzögerung widergespiegelt ist. Wenn es eine bestimmte Streuung der Temperatur gibt, wird die Abgastemperatur durch den abgeschätzten Wert THMDL abgeschätzt. Die Streuung der Temperatur wird durch Vergleichen dieses abgeschätzten Werts mit einem gemessenen Wert erfasst und die erfasste Streuung der Temperatur wird in einem Speicher als ein Lernbetrag gespeichert. Genauer gesagt wird ein integrales Lernen auf der Basis einer Abweichung zwischen dem abgeschätzten Wert THMDL und der stromaufwärtigen Abgastemperatur THIN ausgeführt, um den Lernkorrekturbetrag THLNV zu berechnen. Der Korrekturbetrag einer Nacheinspritzung QPFB wird aus dem Lernkorrekturbetrag THLNV, dem Rückkopplungskorrekturbetrag THFB und einer Empfindlichkeit PTGAIN zu einer Variation der Temperatur korrespondierend zu der Ist-Motordrehzahl Ne und einer erforderlichen Einspritzmenge Qf berechnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben ist, da der abgeschätzte Wert der Temperatur, an dem die Zeitverzögerung berücksichtigt wird, mit dem gemessenen Wert verglichen wird, ist es möglich, die Streuung der Temperatur zu erfassen, sogar wenn eine Temperatur vorübergehend durch die Variation des Betriebszustands variiert, wie in 5 gezeigt ist. Und zwar könnte, wie in 6 gezeigt ist, die Streuung der Temperatur während einer Übergangsänderung durch ein Verfahren nicht erfasst werden, an dem die Zeitverzögerung nicht widergespiegelt ist, wie beispielsweise eine herkömmliche Lernsteuerung. Verglichen hiermit kann ein Lernsteuerverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Streuung der Temperatur sogar während der Übergangsänderung erfassen, so dass es möglich ist, eine Erfassungshäufigkeit außerordentlich zu erhöhen.
Zum Zeitpunkt des Modellierens der Zeitverzögerung kann, wenn ein Modellierungsfehler auftritt, ein falsches Lernen durch den Fehler ausgeführt werden. Unter Berücksichtigung des Modellierungsfehlers in Einzelheiten gibt es keinen Modellierungsfehler in einem stationären Zustand, aber der Modellierungsfehler wird mit einer Erhöhung der Variation der Temperatur pro Zeit erhöht. Somit beeinflusst eine Streuung der Temperatur eine Erfassung stark. Wenn die Übertragungsfunktion e-Ls(1/(1+Ts))die durch die Totzeit L und die Zeitkonstante T ausgedrückt wird, das Zeitverzögerungsmodell ausdrückt und ein Modellfehler ΔT und ΔL in Bezug auf die wahren Werte T und L hat, wie in 7 gezeigt ist, wird z.B. die Abweichung der Temperatur durch den Modellierungsfehler K(ΔT + ΔT) (K: die Rate der Änderung der Temperatur mit der Zeit). Dementsprechend ist es ersichtlich, dass je höher die Rate K der Änderung der Temperatur mit der Zeit desto größer die Abweichung der Temperatur durch den Modellierungsfehler wird.
Dementsprechend wird, um die Wirkung des Modellierungsfehlers zu verringern, ein Ausführen oder Stoppen einer Aktualisierung des Lernkorrekturbetrags auf der Basis der Rate der Änderung der Temperatur mit der Zeit beurteilt (Lernausführungsbeurteilungseinrichtung). Wenn eine erforderliche Lerngenauigkeit A bestimmt ist, kann die Rate K der Änderung der Temperatur mit der Zeit, die diese Genauigkeit erfüllt, aus A = K(ΔT + ΔL) berechnet werden. Somit wird, wenn die erforderliche Lerngenauigkeit A größer als ein vorgegebener Wert 3 ist (die Rate der Änderung der Temperatur mit der Zeit zum Stoppen eines Lernens), die Aktualisierung des Lernkorrekturbetrags THLNV gestoppt und daher ist es möglich, das falsche Lernen wegen dem Modellierfehler zu verhindern und die Lerngenauigkeit zu verbessern.
Die Streuung der Temperatur weicht von Betriebszustand zu Betriebszustand ab, so dass die Lernwerte (die Lernkorrekturbeträge) auf einer Betriebsbereichsbasis gespeichert werden. Die Lernwerte werden z.B. in einer zweidimensionalen Reihe bei dem Speicher gespeichert. Die Achsen des Speichers sind die Motordrehzahl und die erforderliche Einspritzmenge. Zu diesem Zeitpunkt sollte angemerkt werden, dass die erfasste Streuung der Temperatur als ein Lernbetrag in einem Betriebszustand gespeichert ist, in der die Streuung der Temperatur auftritt. In anderen Worten hat die Variation der Temperatur eine Zeitverzögerung in Bezug auf die Variation des Betriebszustands, so dass die gegenwärtige Streuung der Temperatur durch die Wirkung eines zurückliegenden Betriebszustands durch die Zeitverzögerung auftritt. Nun wird berücksichtigt, dass der Lernwert in dessen Lernbereichen, die, wie in 8A gezeigt ist, geteilt sind, gespeichert wird, wenn z.B. die Motordrehzahl Ne sich plötzlich ändert, wie in 8B gezeigt ist (Zeit t1 in der Zeichnung). Zu diesem Zeitpunkt korrespondiert, da ein Lernbereich auf der Basis der Ist-Motordrehzahl Ne und der Ist-Kraftstoffeinspritzmenge Qf beurteilt wird, die Zeit von t1 oder später zu einem Bereich B in 8A. Da die Abweichung zwischen dem gemessenen Wert und dem abgeschätzten Wert nach der Zeit t1 (schraffierter Bereich in 8B) jedoch durch eine Streuung im Bereich A verursacht wird, verursacht ein Speichern der Streuung an dem Bereich B ein falsches Lernen und eine Verringerung einer Lerngenauigkeit.
Um das falsche Lernen zu verhindern, werden Signale NEDLY und QDLY, in denen die Motordrehzahl Ne und die Kraftstoffeinspritzmenge Qf durch die Übertragungsfunktion, die die Zeitverzögerung ausdrückt, gefiltert werden, als Signale zur Beurteilung des Bereichs des Lernwerts verwendet. Dementsprechend wird ein Beurteilungsergebnis des Bereichs B eine Zeit t2 oder später und daher kann das falsche Lernen verringert werden. Wenn der Absolutwert des vorstehend gelernten Korrekturbetrags THLNV größer als ein vorgegebener Wert 4 ist (ein Lernverhinderungsbetrag), ist die Aktualisierung des Lernkorrekturbetrags THLNV gestoppt (Lernverhinderungsbeurteilungseinrichtung). Dies ist so, da berücksichtigt wird, dass die Abgastemperatur durch die unzureichende Aktivierung des Katalysators und dergleichen nicht in Kürze steigt. Die Aktualisierung des Lernkorrekturbetrags wird nicht ausgeführt, um das falsche Lernen zu unterbinden.
Wenn der Absolutwert des vorhergehenden Lernkorrekturbetrags THLNV größer als ein vorgegebener Wert 5 ist (Temperaturerhöhungsverhinderungsbetrag), wird eine Erhöhung der Temperatur gestoppt (Temperaturerhöhungsverhinderungsbeurteilungseinrichtung). Dies ist eine Aufhebung der Erhöhung der Temperatur, um den Katalysator und den DPF zu schützen, wenn eine Fehlfunktion, wie beispielsweise eine anormale Einspritzung einer Nacheinspritzung durch Versagen eines Injektors, eine Verschlechterung des Katalysators und ein Versagen des Abgastemperatursensors vorstellbar ist. Der vorgegebene Wert 5 zum Stoppen einer Erhöhung der Temperatur ist höher als der vorgegebene Wert 4 zum Stoppen der Aktualisierung des Lernkorrekturbetrags gesetzt (Temperaturerhöhungsverhinderungsbetrag > Lernverhinderungsbetrag).
9 bis 14 sind Ablaufdiagramme, die den Betrieb der ECU 6 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zeigen. Der detaillierte Betrieb ist nachstehend beschrieben. 9 ist das Ablaufdiagramm des Basisbetriebs beim Regenerieren des DPF 3. Eine PM-Ansammlungsmenge MPM des DPF 3 wird zunächst in Schritt 100 erfasst. Die Beziehung zwischen dem Betrag der Abgasströmung und der Druckdifferenz zwischen vor und hinter dem DPF hängt z.B. von der PM-Ansammlungsmenge ab. Durch Verwendung dieser Beziehung wird die PM-Ansammlungsmenge auf der Basis der Druckdifferenz, die durch den Differenzdrucksensor 8 erfasst wird, zu dem stromaufwärts und stromabwärts des DPF 3 Druck eingeführt wird, und der Menge der Abgasströmung, die durch den DPF 3 gelangt, berechnet. Beim Abschätzen des PM, das von dem Motor in jedem Betriebszustand ausgestoßen wird, kann die PM-Ansammlungsmenge durch Aufaddieren von ihnen berechnet werden.
In Schritt 200 wird die PM-Ansammlungsmenge MPM, die in Schritt 100 berechnet wird, mit einer PM-Ansammlungsmenge MPMH zum Starten einer Regeneration verglichen (vorgegebener Wert 1: z.B. 4 g/L). Wenn die PM-Ansammlungsmenge MPM die PM-Ansammlungsmenge MPMH zum Starten einer Regeneration übersteigt, wird beurteilt, dass die Regeneration des DPF 3 notwendig ist und der Betrieb schreitet zu Schritt 300 fort. Ein DPF-Regenerationsmerker XRGN wird in Schritt 300 eingeschaltet und der Betrieb schreitet zu Schritt 500 fort, um die Temperatur des DPF 3 zu steuern. Wenn die PM-Ansammlungsmenge MPM gleich oder niedriger als die PM-Ansammlungsmenge MPMH zum Starten einer Regeneration in Schritt 200 ist, schreitet der Betrieb zu Schritt 400 fort, um zu beurteilen, ob der DPF-Regenerationsmerker XRGN eingeschaltet ist oder nicht. Wenn der DPF-Regenerationsmerker XRGN eingeschaltet ist, wird beurteilt, dass der DPF 3 dabei ist, zu regenerieren. Somit schreitet der Betrieb zu Schritt 500 fort, um eine Erhöhung der Temperatur des DPF 3 zu steuern. Wenn der XRGN ausgeschaltet ist, steigt die Temperatur des DPF 3 nicht.
In Schritt 500 wird eine Nacheinspritzmenge, die zum Erhöhen der Temperatur des DPF 3 auf eine regenerierbare Temperatur notwendig ist, berechnet. Sein detaillierter Betrieb wird nachstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben. In Schritt 510 wird die Basismenge der Nacheinspritzung QPBSE korrespondierend zu dem Ist-Betriebszustand berechnet. Genauer gesagt werden die Ist-Motordrehzahl Ne und die Kraftstoffeinspritzmenge Qf gelesen und die Basismenge der Nacheinspritzung QPBSE wird durch Verwenden eines Kennfelds der Basismenge der Nacheinspritzung QPBSE berechnet, das im Voraus erstellt ist.
Eine Soll-Temperatur THTRG wird in Schritt 520 berechnet. Es ist bevorzugt, dass die Soll-Temperatur THTRG so hoch wie möglich innerhalb der DPF-Temperatur gesetzt ist, bei der das PM schnell brennt. Die DPF-Temperatur zum Bewirken der schnellen Verbrennung des PM variiert in Übereinstimmung mit der PM-Ansammlungsmenge, so dass die Soll-Temperatur THTRG in Übereinstimmung mit der PM-Ansammlungsmenge MPM geändert werden kann. Wenn die PM-Ansammlungsmenge MPM den vorgegebenen Wert überschreitet (z.B. 4 g/L), wird z.B. die Soll-Temperatur niedriger (z.B. 600°C) als eine Soll-Temperatur (z.B. 650°C) gesetzt, die gleich oder geringer als der vorgegebene Wert 1 ist.
In Schritt 530 wird eine DPF-stromaufwärtige Abgastemperatur THIN, die von dem Ausgang des stromaufwärtigen Abgastemperatursensors 51 gelesen wird, zurückgeführt, um einen Rückkopplungskorrekturbetrag THFB der Nacheinspritzung zu berechnen. Dieses Ausführungsbeispiel verwendet eine Zustandsrückkopplung, in der die Abweichung zwischen der stromaufwärtigen Abgastemperatur THIN und der Soll-Temperatur THTRG und einem Korrekturbetrag in der Vergangenheit als eine Zustandsmenge verwendet wird, so dass es möglich ist, eine Steuerung mit einem hohen Ansprechen auszuführen. Der Rückkopplungskorrekturbetrag THFB kann durch eine bekannte PID-Steuerung basierend auf der Abweichung zwischen der stromaufwärtigen Abgastemperatur THIN und der Soll-Temperatur THTRG oder dergleichen berechnet werden.
In Schritt 550 wird ein Ist-Abgastemperaturabschätzwert THMDL auf der Basis der Vergangenheit des Betriebszustands und der Mengen der Nacheinspritzung, die in der Vergangenheit ausgestoßen wurde, berechnet. Dies ist in Bezug auf 11A beschrieben. In Schritt 551 wird die Ist-Menge der Einlassluft GA von dem Ausgang des Luftdurchflussmessers 53, der in der Einlassleitung 11 angeordnet ist, gelesen. Dann werden in den Schritten 552 und 553 eine Zeitkonstante T und die Totzeit L aus den eindimensionalen Kennfeldern der Menge der Einlassluft GA (siehe 11B und 11c), die im Voraus erstellt ist, gelesen. Dann wird in Schritt 554 eine Temperatur THCNV, zu der die Abgastemperatur sich annähert, aus dem Ist-Betriebszustand und der Menge der Nacheinspritzung berechnet.
Ein Signal THDLY, in dem die Annäherungstemperatur THCNV um die Totzeit L verzögert ist, wird in Schritten 555 bis 559 berechnet. 12 zeigt die Beziehung zwischen der Annäherungstemperatur THCNV und dem verzögerten Signal THDLY in Bezug auf die Variation der Menge der Nacheinspritzung. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn die Totzeit L sich wegen der Änderung des Betriebszustands schnell ändert, ein Wert der Annäherungstemperatur THCNV(i – d), der in Schritt 559 gelesen wird, aus einer vorhergehenden Berechnung hinsichtlich der Zeit unstetig und bewirkt eine Verringerung der Genauigkeit. Um das zu unterbinden, wird ein Wert NL, in dem die Totzeit L durch einen Betriebszeitraum dt geteilt wird und ein Ergebnis auf eine ganze Zahl gerundet wird, in Schritt 555 gelesen. Dann wird der Wert NL(i) mit einem vorhergehenden Wert NL(i – 1) in Schritt 556 verglichen. Wenn NL(i)< NL(i – 1) bleibt, schreitet der Betrieb zu Schritt 558 fort. Andererseits wird, und zwar wenn die Totzeit sich in die Richtung der Erhöhung schnell ändert, NL(i) in Schritt 557 fortschreitend geändert.
In Schritt 560 wird das verzögerte Signal THDLY einem Filtern einer eindimensionalen Verzögerung in Übereinstimmung mit der Zeitkonstante T unter Verwendung des nachstehenden Ausdrucks ausgesetzt und der Abgastemperaturschätzwert THMDL wird berechnet. THDML(i) ← THDLY(i)·dt/T + THDML(i-1)·(1 – dt/t)
12 zeigt die Beziehung zwischen dem verzögerten Signal THDLY und dem Abgastemperaturschätzwert THMDL.
In Schritt 570 von 10 wird ein Korrekturbetrag von einem integrierten Wert einer Streuung der Temperatur in Bezug auf die Variation des Betriebszustands berechnet und wird als ein Lernkorrekturbetrag THLNV gespeichert. Dies ist nachstehend unter Bezugnahme auf 13A beschrieben. Die Ist-Motordrehzahl Ne wird zunächst in Schritt 571 gelesen und dann wird die Kraftstoffeinspritzmenge Qf in Schritt 572 gelesen. Dann wird in den Schritten 573 und 574 ein Lernwert γ, der zu der Ist-Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Qf korrespondiert, als der Lernkorrekturbetrag THLNV auf der Basis einer zweidimensionalen Reihe MTHLNV von Lernwerten (siehe 13B) gelesen, bei denen die Lernkorrekturbeträge von jedem Betriebsbereich gespeichert sind. Die Achsen der zweidimensionalen Reihe MTHLNV sind die Motordrehzahl und die Einspritzmenge.
Eine stromaufwärtige Abgastemperatur THIN wird von dem stromaufwärtigen Abgastemperatursensor 51, der in dem Abgaskanal 2a stromaufwärts des DPF 3 angeordnet ist, in Schritt 575 gelesen. Ein Unterschied DTHIN zwischen der stromaufwärtigen Abgastemperatur THIN und einer vorhergehend gelesenen stromaufwärtigen Abgastemperatur wird in Schritt 576 berechnet. In Schritt 577 wird der Absolutwert der Differenz DTHIN, die in Schritt 576 berechnet wird, mit der Rate der Änderung einer Lernstopptemperatur mit der Zeit KDTHLN (vorgegebener Wert 3: z.B. 3°C/s) verglichen. Wenn der Absolutwert der Differenz DTHIN geringer als die Rate der Änderung der Lernstopptemperatur mit der Zeit KDTHLN ist, schreitet der Betrieb zu Schritt 578 fort, um den Lernkorrekturbetrag THLNV zu aktualisieren. Wenn der Absolutwert der Differenz DTHIN gleich oder größer als die Rate der Änderung der Lernstopptemperatur mit der Zeit KDTHLN ist, wird der Lernkorrekturbetrag THLNV nicht aktualisiert, um ein falsches Lernen durch einen Modellfehler zu verhindern, und diese Routine wird beendet.
In Schritt 578 wird die Abweichung THERR zwischen der stromaufwärtigen Abgastemperatur THIN, die in Schritt 575 gelesen wird, und der Temperaturschätzwert THMDL, der in Schritt 550 berechnet wird, berechnet. Dann wird der integrierte Wert IERR der Abweichung THERR durch den nachstehenden Ausdruck in Schritt 579 berechnet. IERR(i) ← IERR(i – 1) + THERR
Der Absolutwert des integrierten Werts IERR wird mit einem Lernverhinderungsintegrationswert KDTHER (vorgegebener Wert 4) in Schritt 580 verglichen. Wenn der Absolutwert des Integrationswerts IERR geringer als der Lernverhinderungsintegrationswert KDTHER ist, schreitet der Betrieb zu Schritt 583 fort, um den Lernkorrekturbetrag zu aktualisieren. Wenn der Absolutwert des Integralwerts IERR gleich oder größer als der Lernverhinderungsintegralwert KDTHER ist, schreitet der Betrieb zu Schritt 581.
In Schritt 581 wird der Absolutwert des Integralwerts IERR mit einem Temperaturerhöhungsverhinderungsintegralwert KDTHFAIL (vorgegebener Wert 5) verglichen. Wenn der Absolutwert des Integralwerts IERR niedriger als der Temperaturerhöhungsverhinderungsintegralwert KDTHFAIL ist, endet diese Routine, ohne den Lernkorrekturbetrag zu aktualisieren. Wenn der Absolutwert des Integralwerts IERR gleich oder größer als der Temperaturerhöhungsverhinderungsintegralwert KFTHFAIL ist, schreitet der Betrieb zu Schritt 582 fort. In Schritt 582 wird ein Temperaturerhöhungssteuerungsabnormalitätsmerker SFAIL eingeschaltet und die Nacheinspritzung wird gestoppt. Der DPF-Regenerationsmerker XRGN wird ausgeschaltet und die Regeneration wird gestoppt.
In Schritt 583 wird die Ist-Motordrehzahl Ne und die Kraftstoffeinspritzmenge Qf in Übereinstimmung mit der Zeitkonstante T und der Totzeit L, die in Schritten 552 und 553 berechnet werden, gefiltert, um die Signale NEDLY und QDLY mit einer Zeitverzögerung zu berechnen. In Schritt 585 wird ein Integrallernwert δ durch Multiplizieren des Integralwerts IERR mit einem Lernwertzuwachs KILNV berechnet. Dann wird der Integrallernwert δ in ein MTHLNV-Kennfeld, wie in 13C gezeigt ist, als der Lernkorrekturbetrag THLNV korrespondierend zu den verzögerten Signalen NEDLY und QDLY geschrieben.
In Schritt 590 von 10 wird der Korrekturbetrag der Temperaturerhöhungseinrichtung, die zu dem Rückkopplungskorrekturbetrag THFB und dem Lernkorrekturbetrag THLNV korrespondiert, berechnet, um die Endmenge der Nacheinspritzung QPFIN zu berechnen. Dies ist unter Bezugnahme auf 14A beschrieben. Zunächst schreitet, wenn der Temperaturerhöhungssteuerungsabnormalitätsmerker XFAIL in Schritt 597 ausgeschaltet ist, der Betrieb zu Schritt 593 fort, um die Menge der Nacheinspritzung zu korrigieren. Wenn der Temperaturerhöhungssteuerungsabnormalitätsmerker XFAIL eingeschaltet ist, schreitet der Betrieb zu Schritt 592, um die Nacheinspritzung zu stoppen.
In den Schritten 593 bis 596 wird eine Empfindlichkeit PTGAIN des Betrags der Variation der Temperatur in Bezug auf die Variation der Menge der Nacheinspritzung in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand berechnet. Genauer gesagt werden die Ist-Motordrehzahl Ne und die Kraftstoffeinspritzmenge Qf in den Schritten 593 und 594 gelesen. In den Schritten 595 und 596 wird ein Wert β korrespondierend zu der Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Qf aus einem Temperaturvariationszuwachs PTGAIN-Kennfeld, das in 14 gezeigt ist, erhalten und der Temperaturvariationszuwachs PTGAIN wird aus dem Wert β berechnet.
In Schritt 597 wird der Lernkorrekturbetrag THLNV, der in Schritt 570 berechnet wird, zu dem Rückkopplungskorrekturbetrag THFB addiert, der in Schritt 530 berechnet wird, um einen Temperaturkorrekturbetrag THCOR zu berechnen. Dann wird der Temperaturkorrekturbetrag THCOR mit dem Temperaturvariationszuwachs PTGAIN multipliziert, um den Korrekturbetrag der Nacheinspritzung QPCOR zu berechnen. Dies ist wegen einem Umwandeln des Temperaturkorrekturbetrags THCOR, der in der Reihenfolge der Temperatur berechnet wird (z.B. Grad Celsius), in die Reihenfolge der Menge der Nacheinspritzung, die der Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs ist (z.B. mm³/st). Einstellen der Reihenfolge durch Verwenden des Temperaturvariationszuwachses PTGAIN (z.B. (mm³/st)/°C) macht eine letzte Korrektur möglich.
In Schritt 598 wird der Korrekturbetrag der Nacheinspritzung QPCOR zu dem Basisbetrag der Nacheinspritzung QPBSE addiert, um die Endmenge der Nacheinspritzung QPFIN zu berechnen. In Schritt 599 werden die oberen und unteren Grenzen der Endmenge der Nacheinspritzung QPFIN durch den nachstehenden Ausdruck flankiert. QPMIN < QPFIN < QPMAX
In Schritt 600 von 9 wird der PM-Ansammlungsbetrag MPM, der in Schritt 100 berechnet wird, mit einem PM-Ansammlungsbetrag MPML zum Beenden der Regeneration verglichen (vorgegebener Wert 2: z.B. 0,5 g/L). Wenn der PM-Ansammlungsbetrag MPM gleich oder geringer als der PM-Ansammlungsbetrag MPML zum Beenden der Regeneration ist, wird das Ende der Regeneration beurteilt und der Betrieb schreitet zu Schritt 700 fort. Der DPF-Regenerationsmerker XRGN wird ausgeschaltet und die Regeneration wird in Schritt 700 beendet.
Die Wirkungen des Verfahrens zum Steuern der Abgastemperatur zwischen dem DOC 4 und dem DPF 3 in dem Aufbau des Anordnens des DOC 4 stromaufwärts des DPF 3 sind vorstehend beschrieben. Gleiche Wirkungen können erhalten werden, wenn der DOC 4 nicht vorgesehen ist und die DPF-Temperatur, die durch den Betriebszustand abgeschätzt wird, der Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs, die Abgastemperatur und dergleichen mit Rückkopplung gesteuert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in einer DPF-Temperatursteuerung während einer Regeneration, wenn der Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs durch eine Rückkopplung der Abgastemperatur korrigiert wird, wird eine Zeitverzögerung der Variation der Temperatur in Bezug auf die Betriebsbedingungen und den Betrag des Temperaturerhöhungsbetriebs durch eine Übertragungsfunktion modelliert. Die Abweichung zwischen einem geschätzten Wert der Abgastemperatur, basierend auf einem Modell und einem gemessenen Wert wird als ein Lernbetrag auf einer Betriebszustandsbasis gespeichert, um die Abweichung eines Korrekturbetrags widerzuspiegeln. Da die Ausführung eines Lernens auf der Basis der Rate der Änderung der Abgastemperatur mit der Zeit beurteilt wird, ist es möglich, ein falsches Lernen durch einen Fehler des abgeschätzten Werts mit Aufrecherhalten einer Lernhäufigkeit zu verhindern. Daher ist es möglich, eine Steuergenauigkeit zu verbessern und eine Verringerung eines Kraftstoffwirkungsgrades, der durch die Regeneration verursacht wird, zu beschränken.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (1) hat einen Partikelfilter (3), eine Temperaturerhöhungseinrichtung (6), eine Betriebszustandserfassungseinrichtung (6), eine Temperaturerfassungseinrichtung (6), eine Partikelansammlungsmengenabschätzeinrichtung (6), eine Regenerationssteuereinrichtung (6) und eine Korrektureinrichtung (6). Der Partikelfilter (3) ist in einem Abgaskanal (2a, 2b) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet. Die Temperaturerhöhungseinrichtung (6) erhöht eine Temperatur des Partikelfilters (3). Die Betriebszustandserfassungseinrichtung (6) erfasst einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1). Die Temperaturerfassungseinrichtung (6) erfasst die Temperatur des Partikelfilters (3). Die Partikelansammlungsmengenabschätzeinrichtung (6) schätzt eine Partikelansammlungsmenge an dem Partikelfilter (3) ab. Die Regenerationssteuereinrichtung (6) betreibt die Temperaturerhöhungseinrichtung (6), um die Temperatur des Partikelfilters (3) auf ungefähr eine vorgegebene Soll-Temperatur zu erhöhen. Die Korrektureinrichtung (6) korrigiert einen Betriebsbetrag der Temperaturerhöhungseinrichtung (6) durch die Regenerationssteuereinrichtung (6).

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors (1) mit: einem Partikelfilter (3), der in einem Abgaskanal (2a, 2b) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist; einer Temperaturerhöhungseinrichtung (6) zum Erhöhen der Temperatur des Partikelfilters (3); einer Betriebszustandserfassungseinrichtung (6) zum Erfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors (1); einer Temperaturerfassungseinrichtung (6) zum Erfassen der Temperatur des Partikelfilters (3); einer Partikelansammlungsmengenabschätzeinrichtung (6) zum Abschätzen einer Partikelansammlungsmenge an dem Partikelfilter (3); einer Regenerationssteuereinrichtung (6) zum Betreiben der Temperaturerhöhungseinrichtung (6), um die Temperatur des Partikelfilters (3) auf ungefähr eine vorgegebene Soll-Temperatur zu erhöhen, so dass die angesammelten Partikel verbrannt und entfernt werden, wenn der Ausgang der Partikelansammlungsmengenabschätzeinrichtung einen vorgegebenen Wert überschreitet; und einer Korrektureinrichtung zum Korrigieren eines Betriebsbetrags der Temperaturerhöhungseinrichtung (6) durch die Regenerationssteuereinrichtung (6), wobei die Korrektureinrichtung (6): eine Rückkopplungskorrektureinrichtung (6) zum Korrigieren des Betriebsbetrags der Temperaturerhöhungseinrichtung mit einer Rückkopplung, so dass der Ausgang der Temperaturerfassungseinrichtung (6) ungefähr die vorgegebene Soll-Temperatur wird; eine Modellsetzeinrichtung (6) zum Ausdrücken einer Zeitverzögerung der Variation der Temperatur in Bezug auf die Variation des Betriebsbetrags der Temperaturerhöhungseinrichtung (6) durch eine Übertragungsfunktion; eine Temperaturabschätzeinrichtung (6) zum Abschätzen einer Temperatur, an der die Zeitverzögerung widergespiegelt ist, auf der Basis des Ausgangs der Betriebszustandserfassungseinrichtung (6), des Betriebsbetrags der Temperaturerhöhungseinrichtung (6) und der Übertragungsfunktion, die durch die Modellsetzeinrichtung (6) gesetzt ist; und eine Lernkorrektureinrichtung (6) zum Korrigieren des Betriebsbetrags der Temperaturerhöhungseinrichtung (6) auf der Basis der Abweichung zwischen dem Ausgang der Temperaturabschätzeinrichtung (6) und dem Ausgang der Temperaturerfassungseinrichtung (6) hat, so dass ein Temperaturschätzwert mit einem erfassten Wert übereinstimmt, und zum Speichern eines Korrekturbetrags als ein Lernkorrekturbetrag hat.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1, wobei die Rückkopplungskorrektureinrichtung (6) den Rückkopplungskorrekturbetrag durch Ausführen einer Zustandsrückkopplung, die ein gesetztes Modell der Modellsetzeinrichtung (6) verwendet, oder in Übereinstimmung mit der Abweichung zwischen dem Ausgang der Temperaturerfassungseinrichtung (6) und der vorgegebenen Solltemperatur berechnet.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lernkorrektureinrichtung (6) den Korrekturbetrag mit der Erhöhung eines integrierten Betrags der Abweichung erhöht.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Lernkorrektureinrichtung (6) den Lernkorrekturbetrag auf einer Betriebszustandsbasis speichert.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Modellsetzeinrichtung (6) die Zeitverzögerung als die Übertragungsfunktion, die durch eine Totzeit und eine Zeitkonstante ausgedrückt wird, oder die Übertragungsfunktion, die durch eine Verzögerung höherer Ordnung ausgedrückt wird, modelliert und die Totzeit, die Zeitkonstante oder einen Koeffizienten der Verzögerung höherer Ordnung in Übereinstimmung mit dem Ausgang der Betriebszustandsfassungseinrichtung (6) schaltet.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Temperaturabschätzeinrichtung (6) eine Temperatur in einem stationären Zustand auf der Basis des Ausgangs der Betriebszustandserfassungseinrichtung (6) und des Betriebsbetrags der Temperaturerhöhungseinrichtung (6) berechnet und die Temperatur mit der Übertragungsfunktion, die durch die Modellsetzeinrichtung (6) gesetzt wird, filtert, um den geschätzten Wert zu berechnen.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit: einer Lernausführungsbeurteilungseinrichtung (6) zum Beurteilen, ob der Lernkorrekturbetrag, der durch die Lernkorrektureinrichtung (6) berechnet wird, auf der Basis des Ausgangs der Temperaturerfassungseinrichtung (6) oder des Ausgangs der Temperaturabschätzseinrichtung (6) aktualisiert werden soll oder nicht.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach Anspruch 7, wobei die Lernausführungsbeurteilungseinrichtung (6) den Lernkorrekturbetrag aktualisiert, wenn eine Rate einer Änderung (absoluter Wert) der Temperaturerfassungseinrichtung (6) oder der Temperaturabschätzeinrichtung (6) geringer als ein vorgegebener Wert ist und seine Aktualisierung stoppt, wenn die Rate der Änderung gleich oder größer als der vorgegebene Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit: einer Lernverhinderungseinrichtung (6) zum Verhindern der Aktualisierung des Lernkorrekturbetrags, wenn der Lernkorrekturbetrag (Absolutwert), der durch die Lernkorrektureinrichtung (6) berechnet wird, größer als ein vorgegebener Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit: einer Temperaturerhöhungsverhinderungseinrichtung (6) zum Verhindern des Betriebs der Temperaturerhöhungseinrichtung (6), wenn der Lernkorrekturbetrag (Absolutwert), der durch die Lernkorrektureinrichtung (6) berechnet wird, größer als ein vorgegebener Wert ist.