DE102005040899B4

DE102005040899B4 - Akkumulationsmengenschätzvorrichtung, die einen Differenzialdruck eines Filters erfasst

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Publication number: DE102005040899B4
Application number: DE102005040899A
Authority: DE
Inventors: Yoshiharu Nishio Nonoyama; Niro Nishio Takaki; Takeshi Toyota Hashizume; Tsukasa Kariya Kuboshima
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: DE102005040899A1; US7251931B2; JP4446840B2; US20060042237A1; JP2006063965A

Abstract

Akkumulationsmengenschätzvorrichtung, gekennzeichnet durch:
einen Filter (12), der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei der Filter (12) einen Katalysator trägt;
eine Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111), die einen Differenzialdruck des Filters (12) erfasst, wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) eine an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge gemäß dem Differenzialdruck des Filters (12) schätzt, wobei der Differenzialdruck des Filters (12) ein Differenzialdruck zwischen einer stromaufwärtigen Seite des Filters (12) und einer stromabwärtigen Seite des Filters (12) ist;
eine Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109), die einen Oxidationszustand von Ruß erfasst, der an dem Filter (12) akkumuliert ist; und
eine Zwangsoxidationseinrichtung (110), die eine Temperatur des Filters (12) so erhöht, dass sie gleich oder größer als eine Oxidationstemperatur von Ruß ist, um den Ruß zwangsweise zu oxidieren, der in der Nähe des durch den Filter (12) getragenen Katalysators akkumuliert ist,
wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) die...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Akkumulationsmengenschätzvorrichtung gemäß Anspruch 1 und auf ein Verfahren zum Schätzen einer Rußmenge gemäß Anspruch 5.
Eine Brennkraftmaschine wie zum Beispiel eine Dieselkraftmaschine für ein Fahrzeug stößt ein Abgas aus einem Kraftmaschinenkörper aus. Das Abgas beinhaltet Partikelstoffe, wie zum Beispiel Ruß und lösliche organische Anteile (SOF). Im Allgemeinen ist ein Partikelfilter an einem Abgaskanal einer Kraftmaschine zum Sammeln von Partikelstoffe vorgesehen, so dass das Auslassen der Partikelstoffe in die Atmosphäre beschränkt wird.
Wenn die Partikelstoffe wie zum Beispiel Ruß unter Verwendung eines Filters gesammelt werden, dann werden die Partikelstoffe an dem Filter akkumuliert, und der Filter kann sich verstopfen. Wenn der Filter verstopft ist, dann kann sich ein Abgasdruck stromaufwärts von dem Filter erhöhen. Infolgedessen können sich die Kraftmaschinenfunktion und der Kraftstoffhaushalt der Kraftmaschine verschlechtern. Daher wird im Allgemeinen eine Temperatur des Abgases und des Filters auf eine spezifische Temperatur erhöht, die gleichwertig einer Verbrennungstemperatur von Ruß ist, so dass der an dem Filter akkumulierte Ruß bei einem Filterwiederherstellungsbetrieb verbrannt und beseitigt wird. Dadurch kann die Verstopfung des Filters aufgrund der Akkumulation von Ruß beschränkt werden.
Wenn jedoch der Filterwiederherstellungsbetrieb bei einem Zustand durchgeführt wird, bei dem eine große Rußmenge an dem Filter akkumuliert ist, dann wird der akkumulierte Ruß insgesamt schnell verbrannt, und die Temperatur des Filters kann übermäßig ansteigen. Wenn im Gegensatz dazu der Filterwiederherstellungsbetrieb bei einem Zustand durchgeführt wird, bei dem eine kleine Rußmenge an dem Filter akkumuliert ist, dann kann der Kraftstoffhaushalt der Kraftmaschine aufgrund einer übermäßigen Wiederholung des Filterwiederherstellungsbetriebs verschlechtert werden. Daher muss die an dem Filter akkumulierte Rußmenge korrekt erfasst werden, um den Filterwiederherstellungsbetrieb korrekt durchzuführen.
Wenn ein Katalysator wie zum Beispiel Platin an dem Filter getragen ist, dann kann der in der Nähe des Katalysators an dem Filter akkumulierte Ruß durch eine Oxidation oxidiert und verbrannt werden, die durch den Katalysator bewirkt wird, auch wenn die Temperatur des Filters kleiner als die Verbrennungstemperatur von Ruß ist.
Ein Filter, der einen Katalysator trägt, ist in EP 07 66 993 B1 offenbart. Bei dieser Filterstruktur sind Katalysatorstücke an den Oberflächen von Trennwänden des Filters getragen, und darüber hinaus sind Katalysatorstücke an den Oberflächen von Poren (kleinen Löchern) getragen, die in den Trennwänden des Filters ausgebildet sind. Wenn der Ruß um den Katalysator akkumuliert wird, der an den Oberflächen der Trennwände und der Poren getragen ist, dann kann daher der Ruß in dem Filter oxidiert werden, auch wenn die Temperatur des Filters kleiner als die Verbrennungstemperatur von Ruß ist. Somit kann der Ruß bei niedriger Temperatur unter Verwendung des Filters oxidiert und verbrannt werden, der den Katalysator trägt.
Jedoch kann der Ruß durch den Katalysator nicht einheitlich über den ganzen Filter oxidiert und beseitigt werden. Wenn zum Beispiel die Temperatur des Abgases erhöht ist, dann kann eine Temperaturdifferenz über den Filter auftreten. In diesem Fall kann der an dem Filter akkumulierte Ruß teilweise durch den Katalysator oxidiert werden.
In dieser Situation kann ein Differenzialdruck zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Filters nicht gleich sein, auch wenn die an dem Filter akkumulierte Rußmenge gleich ist. Insbesondere kann sich der Differenzialdruck des Filters sowohl in Abhängigkeit von der Rußmenge, die durch den Katalysator oxidiert wird, als auch in Abhängigkeit eines Bereiches variieren, in dem der oxidierte Ruß an dem Filter akkumuliert wird. Dementsprechend ist es schwierig, die Rußmenge zu schätzen, die an dem Filter akkumuliert ist, und zwar gemäß dem Differenzialdruck des Filters.
Eine Akkumulationsmengenschätzvorrichtung ist in der JP 2003-166 413 A offenbart. Bei dieser Akkumulationsmengenschätzvorrichtung schätzt die Vorrichtung die Rußakkumulationsmenge gemäß einer letzten Tendenz des Differenzialdruckes des Filters in einer vorbestimmten Zeitperiode, wenn der Differenzialdruck des Filters die Menge (Rußakkumulationsmenge) des an dem Filter akkumulierten Rußes nicht wiedergibt. Wenn insbesondere eine Änderung des Differenzialdruckes des Filters kleiner als ein vorbestimmter Grad in der vorbestimmten Zeitperiode ist, dann schätzt die Vorrichtung die Rußakkumulationsmenge auf der Grundlage der letzten Änderung des Differenzialdruckes des Filters. Dadurch kann die Rußmenge geschätzt werden, auch wenn die akkumulierte Rußmenge gemäß der Druckdifferenz des Filters kaum geschätzt werden kann.
Bei der in der JP 2003-166 413 A offenbarten Akkumulationsmengenschätzvorrichtung wird jedoch die akkumulierte Rußmenge auf der Grundlage der letzten Tendenz des Differenzialdruckes des Filters in einem Zustand geschätzt, bei dem der Differenzialdruck des Filters die akkumulierte Rußmenge nicht darstellt. Dementsprechend ist die Schätzung der akkumulierten Menge bei dieser Vorrichtung nicht genau.
US 2003/0 167 757 A1 offenbart eine Akkumulationsmengenschätzvorrichtung, mit einem Filter, der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei der Filter einen Katalysator trägt; und einer Akkumulationsmengenschätzeinrichtung, die einen Differenzialdruck des Filters erfasst, wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung eine an dem Filter akkumulierte Rußmenge gemäß dem Differenzialdruck des Filters schätzt, wobei der Differenzialdruck des Filters ein Differenzialdruck zwischen einer stromaufwärtigen Seite des Filters und einer stromabwärtigen Seite des Filters ist.
Die US 2003/0 167 757 A1 offenbart auch ein Verfahren zum Schätzen einer Rußmenge, die an einem Filter akkumuliert ist, der bei einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, mit einem Schritt zum Erfassen eines Differenzialdrucks des Filters unter Verwendung einer Akkumulationsmengenschätzeinrichtung, wobei der Differenzialdruck des Filters ein Differenzialdruck zwischen einer stromaufwärtigen Seite des Filters und einer stromabwärtigen Seite des Filter ist.
Angesichts der vorstehend beschriebenen Umstände ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Akkumulationsmengenschätzvorrichtung vorzusehen, die eine akkumulierte Rußmenge an einem Filter genauer schätzen kann.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Akkumulationsmengenschätzvorrichtung einen Filter, eine Akkumulationsmengenschätzeinrichtung, eine Oxidationszustandserfassungseinrichtung und eine Zwangsoxidationseinrichtung.
Der Filter, der einen Katalysator trägt, ist in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet. Die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung erfasst einen Differenzialdruck des Filters. Die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung schätzt eine an dem Filter akkumulierte Rußmenge gemäß dem Differenzialdruck des Filters. Der Differenzialdruck des Filters ist ein Differenzialdruck zwischen einer stromaufwärtigen Seite des Filters und einer stromabwärtigen Seite des Filters. Die Oxidationszustandserfassungseinrichtung erfasst einen Oxidationszustand von Ruß, der an dem Filter akkumuliert ist. Die Zwangsoxidationseinrichtung erhöht eine Temperatur des Filters, so dass sie gleich oder größer als eine Oxidationstemperatur von Ruß ist, um den Ruß zwangsweise zu oxidieren, der in der Nähe des Katalysators akkumuliert ist, welcher durch den Filter getragen ist.
Wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung einen Zustand erfasst, bei dem der Ruß, der in der Nähe des Katalysators an dem Filter akkumuliert ist, nur teilweise oxidiert ist, dann schätzt die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung die an dem Filter akkumulierte Rußmenge, nachdem die Zwangsoxidationseinrichtung den Ruß oxidiert hat, der in der Nähe des Katalysators an dem Filter akkumuliert ist.
Hierbei ist die Oxidationstemperatur von Ruß eine Temperatur, bei der der Ruß durch unter Wirkung von Sauerstoff bei dem Katalysator oxidiert wird. Die Oxidationstemperatur von Ruß ist geringer als eine Verbrennungstemperatur von Ruß, bei der der Ruß verbrennt, ohne dass er unter Wirkung von Sauerstoff an dem Katalysator verbrannt wird. Der Ruß, der in der Nähe des Katalysators an dem Filter akkumuliert ist, ist ein akkumulierter Ruß nahe dem Katalysator, so dass der Ruß nahe dem Katalysator durch Wirkung von Sauerstoff an dem Katalysator oxidiert wird, wenn die Temperatur des Filters gleich oder größer als die Oxidationstemperatur von Ruß ist.
Alternativ ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Filter bei einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Ein Verfahren zum Schätzen einer an dem Filter akkumulierten Rußmenge beinhaltet die folgenden Prozesse.
Ein Differenzialdruck des Filters wird unter Verwendung einer Akkumulationsmengenschätzeinrichtung erfasst, wobei der Differenzialdruck des Filters ein Differenzialdruck zwischen einer stromaufwärtigen Seite des Filters und einer stromabwärtigen Seite des Filters ist. Ein Oxidationszustand von Ruß, der an dem Filter akkumuliert ist, wird unter Verwendung einer Oxidationszustandserfassungseinrichtung erfasst. Eine Temperatur des Filters wird so erhöht, dass sie gleich oder größer als eine Oxidationstemperatur von Ruß ist, und zwar unter Verwendung einer Zwangsoxidationseinrichtung zum zwangsweisen Oxidieren von Ruß, der in der Nähe eines Katalysators akkumuliert ist, welcher durch den Filter getragen ist, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung einen Zustand erfasst, bei dem der Ruß, der in der Nähe des Katalysators an dem Filter akkumuliert ist, nur teilweise oxidiert ist. Die an dem Filter akkumulierte Rußmenge wird unter Verwendung der Akkumulationsmengenschätzeinrichtung gemäß dem Differenzialdruck des Filters geschätzt, nachdem die Zwangsoxidationseinrichtung den Ruß oxidiert hat, der in der Nähe des Katalysators an dem Filter akkumuliert ist, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung den Zustand erfasst, bei dem der Ruß, der in der Nähe des Katalysators an dem Filter akkumuliert ist, nur teilweise oxidiert ist.
Dadurch kann die an dem Filter akkumulierte Rußmenge korrekt geschätzt werden, um den Filter vor einer übermäßigen Erhöhung der Temperatur aufgrund einer Oxidation einer überschüssigen Rußmenge zu schützen, die an dem Filter akkumuliert ist, und zwar bei einem Wiederherstellungsbetrieb des Filters. Daneben kann die Rußmenge, die an dem Filter akkumuliert ist, korrekt geschätzt werden, um die Anzahl der Wiederherstellungsbetriebe des Filters zu reduzieren, so dass der Kraftstoffhaushalt aufrechterhalten werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Zu den Zeichnungen:
1 zeigt eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine einschließlich einer Akkumulationsmengenschätzeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2A zeigt eine Vorderansicht eines Partikelfilters der Akkumulationsmengenschätzeinrichtung, und 2B zeigt eine Querschnittsansicht des Partikelfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel;
3A, 3B zeigen graphische Darstellungen von Beziehungen zwischen einer akkumulierten Rußmenge und einem Differenzialdruck des Partikelfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel;
4 zeigt ein Zeitdiagramm einer Beziehung zwischen einer Temperatur des Partikelfilters, der akkumulierten Rußmenge und dem Differenzialdruck des Partikelfilters gemäß dem Ausführungsbeispiel; und
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Betriebes eines Akkumulationsmengenschätzbetriebs gemäß dem Ausführungsbeispiel.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, hat ein Kraftmaschinenkörper 1 Zylinder, in denen jeweils Brennkammern 2 ausgebildet sind. Ein elektrisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzventil 3 ist bei jedem Zylinder vorgesehen, um Kraftstoff in die entsprechende Brennkammer 2 einzuspritzen. Ein Einlasskrümmer 4 und ein Auslasskrümmer 5 sind mit dem Kraftmaschinenkörper 1 verbunden. Der Einlasskrümmer 4 ist mit einem Auslassanschluss eines Verdichters 7a eines Abgasturboladers 7 durch einen Einlasskanal 6 verbunden. Der Verdichter 7a hat einen Einlassanschluss, der mit einer Luftreinigungsvorrichtung 8 verbunden ist. Der Einlasskanal 6 nimmt ein Drosselventil 9 auf, das unter Verwendung eines Schrittmotors gedreht wird. Eine Einlassluftkühlvorrichtung (Zwischenkühler) 10 ist um den Einlasskanal 6 vorgesehen, um die Einlassluft zu kühlen, die durch den Einlasskanal 6 hindurch strömt. Kraftmaschinenkühlwasser wird in den Zwischenkühler 10 eingeführt, um die Einlassluft zu kühlen. Der Auslasskrümmer 5 ist mit einem Einlassanschluss einer Abgasturbine 7b des Abgasturboladers 7 verbunden. Die Abgasturbine 7b hat einen Auslassanschluss, der mit einem Gehäuse 13 verbunden ist, das einen Oxidationskatalysator 11 und einen Partikelfilter 12 aufnimmt. Das Gehäuse 13 hat einen Auslassanschluss, der mit einem Schalldämpfer 14 verbunden ist. Der Auslasskrümmer 5 hat einen Auslassanschluss, bei dem eine Kraftstoffzugabevorrichtung 15 vorgesehen ist. Die Kraftstoffzugabevorrichtung 15 gibt Kraftstoff oder dergleichen einem Abgas zu, das durch den Auslasskrümmer 5 hindurch strömt.
Der Auslasskrümmer 5 ist mit einem Einlasskrümmer 4 durch einen Abgasrückführungskanal (EGR-Kanal) 16 verbunden, der ein elektrisch gesteuertes EGR-Ventil 17 aufnimmt. Eine EGR-Kühlvorrichtung (EGR-Kühler) 18 ist um den EGR-Kanal 16 zum Kühlen des EGR-Gases vorgesehen, das durch den EGR-Kanal 16 hindurch strömt. Bei diesem Aufbau wird das Kraftmaschinenkühlwasser in den EGR-Kühler 18 eingeführt, so dass das EGR-Gas unter Verwendung des Kraftmaschinenkühlwassers gekühlt wird. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 3 ist mit einem Kraftstoffbehälter (Common-Rail) 20 durch einen Kraftstoffzuführungskanal 19 verbunden. Kraftstoff wird von einer Kraftstoffpumpe 21 in die Common-Rail 20 zugeführt. Der in die Common-Rail 20 zugeführte Kraftstoff wird in die entsprechenden Kraftstoffeinspritzventile 3 durch die entsprechenden Kraftstoffzuführungskanäle 19 verteilt. Die Kraftstoffpumpe 21 wird elektrisch gesteuert, so dass die Verdrängungskapazität der Kraftstoffpumpe 21 verändert werden kann.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30 besteht aus einem digitalen Computer. Die ECU 30 hat einen Festwertspeicher (ROM) 32, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 33, einen Mikroprozessor (Zentralverarbeitungseinheit CPU) 34, einen Eingabeanschluss 35 und einen Abgabeanschluss 36, die über einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind.
Der Einlasskanal 6 ist stromaufwärts von dem Verdichter 7a des Abgasturboladers 7 bezüglich der Einlassluftströmung vorgesehen. Eine Luftdurchsatzmessvorrichtung 22 ist bei dem Einlasskanal 6 vorgesehen, um eine Einlassluftmenge zu erfassen, die durch den Einlasskanal 6 hindurch strömt. Ein Temperatursensor 23 ist stromabwärts von dem Filter 12 bezüglich der Abgasströmung vorgesehen, um eine Temperatur des Abgases zu erfassen, das durch den Filter 12 hindurch strömt. Ein Differenzialdrucksensor 24 ist bei dem Gehäuse 13 vorgesehen, um einen Differenzialdruck (Filterdifferenzialdruck) zwischen der stromaufwärtigen Seite des Filters 12 und der stromabwärtigen Seite des Filters 12 zu erfassen. Abgabesignale von der Luftdurchsatzmessvorrichtung 22, dem Temperatursensor 23 und dem Differenzialdrucksensor 24 werden jeweils in den Eingabeanschluss 35 über entsprechende A/D-Wandler 37 eingegeben. Ein Beschleunigungspedal 40 ist mit einem Lastsensor 41 verbunden, der ein elektrisches Spannungssignal erzeugt, welches im Wesentlichen proportional zu einem Niederdrückungsgrad des Beschleunigungspedals 40 ist. Das elektrische Spannungssignal des Lastsensors 41 wird in den Eingabeanschluss über einen entsprechenden A/D-Wandler 37 eingegeben. Der Eingabeanschluss 35 ist mit einem Kurbelwinkelsensor 42 verbunden, der Pulssignale jeweils in vorbestimmten Drehwinkeln der Kurbelwelle wie zum Beispiel 15° erzeugt. Der Abgabeanschluss 36 ist mit dem Kraftstoffeinspritzventil 3, dem Schrittmotor, der das Drosselventil 9 dreht, der Kraftstoffzugabevorrichtung 15, dem EGR-Steuerventil 17 und der Kraftstoffpumpe 21 über eine entsprechende Antriebsschaltung 38 verbunden.
Wie dies in den 2A, 3A gezeigt ist, hat der Filter 12 eine Wabenstruktur, die mehrere Abgaskanäle 60, 61 beinhaltet, die sich jeweils parallel zueinander erstrecken. Insbesondere sind die Abgaskanäle 60 durch Stopfen 62 an ihren stromabwärtigen Enden geschlossen, und die Abgaskanäle 61 sind jeweils durch Stopfen 63 an ihren stromaufwärtigen Enden geschlossen. Die Abgaskanäle 60, 61 sind über dünnwandige Trennwände 64 abwechselnd angeordnet. Insbesondere ist jeder Abgaskanal 60 von vier Abgaskanälen 61 umgeben, und jeder Abgaskanal 61 ist von vier Abgaskanälen 60 umgeben.
Der Filter 12 ist aus einem porösen Material wie zum Beispiel Kordierit ausgebildet. Wie dies durch Pfeile in der 2B gezeigt ist, tritt das Abgas, das durch den Abgaskanal 60 hindurch strömt, in den Abgaskanal 61 ein, der an den Abgaskanal 60 angrenzt, und zwar durch Poren (kleine Löcher), die in der Trennwand 64 ausgebildet sind, die dazwischen abtrennt. Partikelstoffe, die in dem durch den Filter 12 hindurch strömenden Abgas enthalten sind, haften an den Oberflächen der Trennwände 64, während sie entlang den Trennwänden 64 des Filters 12 entlang strömen, so dass die Partikelstoffe durch den Filter 12 gesammelt werden. Alternativ haften die Partikelstoffe, die in dem Abgas enthalten sind, an den Oberflächen der Poren, die in den Trennwänden 64 ausgebildet sind, während sie durch die Poren in den Trennwänden 64 hindurch treten, so dass die Partikelstoffe durch den Filter 12 gesammelt werden.
Wenn die Menge der Partikelstoffe vermehrt wird, die unter Verwendung des Filters 12 gesammelt werden, dann werden die Partikelstoffe somit allmählich an den Oberflächen der Trennwände 64 und der Poren der Trennwände 64 akkumuliert. In dieser Situation beginnt das Verstopfen des Filters 12. Wenn nämlich Partikelstoffe an dem Filter 12 akkumuliert werden, wird der Filter 12 allmählich verstopft. Dementsprechend erhöht sich der Filterdifferenzialdruck in der Abgasströmung. Wenn der Differenzialdruck, das heißt ein Druckverlust in dem Abgas aufgrund der Verstopfung des Filters 12 ansteigt, dann erhöht sich ein Abgasdruck an der stromaufwärtigen Seite des Filters 12. Infolgedessen kann die Kraftmaschinenfunktion beeinträchtigt werden, und der Kraftstoffhaushalt kann beeinträchtigt werden.
Dementsprechend muss im Allgemeinen eine Partikelstoffmenge wie zum Beispiel der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß geschätzt werden.
Wenn die geschätzte Rußmenge größer als eine vorbestimmte Menge (Grenzakkumulationsmenge) wird, dann erhöht sich die Temperatur des Filters 12 auf die Verbrennungstemperatur von Ruß wie zum Beispiel 600°C, so dass der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß bei einem Filterwiederherstellungsbetrieb verbrannt und beseitigt wird. Dadurch kann die Verstopfung des Filters 12 aufgrund einer Akkumulation von Partikelstoffen wie zum Beispiel Ruß beschränkt werden.
Die Grenzakkumulationsmenge stellt eine maximale Rußmenge dar, die an dem Filter 12 akkumuliert ist. Die maximale Rußmenge ist so definiert, dass der an dem Filter akkumulierte Ruß nicht gleichzeitig verbrannt wird und die Temperatur des Filters 12 nicht übermäßig erhöht wird, auch wenn die an dem Filter 12 akkumulierte Rußmenge zu der maximalen Menge wird und sich die Temperatur des Filters 12 auf die Verbrennungstemperatur von Ruß erhöht.
Der Filterwiederherstellungsbetrieb wird durchgeführt, wenn die an dem Filter 12 akkumulierte Rußmenge ungefähr die Grenzakkumulationsmenge ist. Dadurch kann der Filter 12 vor einer Erosion aufgrund einer übermäßigen Erhöhung der Temperatur des Filters 12 geschützt werden. Daneben wird die Anzahl der Betriebe des Filterwiederherstellungsbetriebes des Filters 12 reduziert. Kraftstoff und Energie werden bei dem Filterwiederherstellungsbetrieb des Filters 12 verbraucht. Daher kann der Kraftstoffhaushalt durch Reduzieren der Anzahl der Filterwiederherstellungsbetriebe aufrecht erhalten werden.
Ein Temperaturerhöhungsbetrieb wird bei dem Filterwiederherstellungsbetrieb des Filters 12 durchgeführt. Insbesondere wird die Temperatur des Filters 12 erhöht und auf eine vorbestimmte Temperatur aufrechterhalten, die gleich oder größer als die Verbrennungstemperatur von Ruß ist, und zwar bei dem Temperaturerhöhungsbetrieb. Insbesondere erfasst der Temperatursensor 23 eine Temperatur des Abgases, das stromabwärts von dem Filter 12 strömt, um die Temperatur des Filters 12 zu schätzen. Die Temperatur des Filters 12 wird geregelt, so dass die geschätzte Temperatur des Filters 12 so aufrecht erhalten wird, dass sie gleich oder größer als die Verbrennungstemperatur von Ruß ist.
Der Temperaturerhöhungsbetrieb kann zum Beispiel in den beiden folgenden Arten durchgeführt werden. Die erste Art des Temperaturerhöhungsbetriebs ist ein Abgastemperaturerhöhungsbetrieb (Abgaserwärmungsbetrieb), bei dem die Temperatur des Abgases erhöht wird, das in den Filter 12 hinein strömt. Insbesondere wird eine Zeitgebung der Einspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer der Kraftmaschine verzögert. Alternativ wird eine kleine Kraftstoffmenge eingespritzt und in der Brennkammer 2 der Kraftmaschine verbrannt, nachdem der Kraftstoff eingespritzt wird, der die Kraftmaschine betreiben soll. Alternativ ist eine elektrische Heizvorrichtung oder eine Glühkerze stromaufwärts von dem Filter 12 vorgesehen, und sie wird so betrieben, dass sich die Temperatur des Abgases erhöht. Infolgedessen wird die Temperatur des Filters 12 dadurch erhöht, dass die vorstehend beschriebenen drei Arten des Abgaserwärmungsbetriebes durchgeführt wird. Wenn darüber hinaus eine Zündkerze in der Brennkammer 2 zum Zünden des Kraftstoffes vorgesehen ist, dann kann die Abgastemperatur dadurch erhöht werden, dass eine Zündzeitgebung von Kraftstoff verzögert wird.
Die zweite Art des Temperaturerhöhungsbetriebs ist ein exothermer Temperaturerhöhungsbetrieb (exothermer Betrieb), bei dem die Temperatur des Filters 12 dadurch erhöht wird, dass eine chemische Reaktion an dem Filter 12 bewirkt wird. Insbesondere wird eine kleine Kraftstoffmenge in die Brennkammer 2 der Kraftmaschine eingespritzt, nachdem der Kraftstoff zum Betreiben der Kraftmaschine eingespritzt wurde, und die kleine Kraftstoffmenge wird aus der Brennkammer 2 ausgelassen, ohne dass sie verbrannt wird. Alternativ ist die Kraftstoffzugabevorrichtung 15 stromaufwärts von dem Filter 12 in der Abgasströmung vorgesehen, und die Kraftstoffzugabevorrichtung 15 gibt Kraftstoff dem Abgas zu, so dass der Kraftstoff dem Abgas zugeführt wird, und an dem Filter 12 verbrannt wird. Infolgedessen wird die Temperatur des Filters 12 dadurch erhöht, dass die beiden vorstehend beschriebenen Arten des exothermen Betriebs durchgeführt werden.
Bei einer Schichtlade-Kraftmaschine wie zum Beispiel eine direkt einspritzende Fremdzündungskraftmaschine kann ein geschichteter Verbrennungszustand zu einem homogenen Verbrennungszustand (einheitlicher Verbrennungszustand) in der Brennkammer 2 geändert werden, so dass ein Temperaturerhöhungsbetrieb zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Arten der Temperaturerhöhungsbetriebe durchgeführt werden kann. Wenn insbesondere der geschichtete Verbrennungszustand zu dem homogenen Verbrennungszustand geändert wird, dann wird die Strömung des EGR-Gases in die Brennkammer 2 gestoppt, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 9 wird klein festgelegt.
Zusätzlich muss die Menge (Rußakkumulationsmenge) von Ruß, die an dem Filter 12 akkumuliert ist, korrekt geschätzt werden, um den Filter vor einer übermäßigen Erhöhung der Temperatur aufgrund einer überschüssigen Rußmenge zu schützen, die an dem Filter 12 akkumuliert ist, und zwar bei dem Wiederherstellungsbetrieb des Filters 12. Daneben muss die Rußakkumulationsmenge korrekt geschätzt werden, um die Anzahl der Wiederherstellungsbetriebe des Filters 12 zu reduzieren, um den Kraftstoffhaushalt aufrecht zu erhalten. Wenn der Ruß im Wesentlichen einheitlich an dem Filter 12 akkumuliert ist, dann haben die Rußakkumulationsmenge und der Filterdifferenzialdruck eine spezifische Beziehung. Die Rußakkumulationsmenge wird gemäß dem Filterdifferenzialdruck geschätzt, der den Druckverlust darstellt, der durch den Filter 12 in dem Abgas hervorgerufen wird.
Wie dies in der 3A gezeigt ist, stellt eine gekrümmte Linie A eine Beziehung zwischen der Rußakkumulationsmenge und dem Filterdifferenzialdruck in dem Abgas dar, wenn der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß nicht verbrannt und nicht oxidiert wird. Wie dies durch die gekrümmte Linie A gezeigt ist, erhöht sich der Differenzialdruck in dem Abgas, der durch den Filter 12 hervorgerufen wird, wenn sich die Rußakkumulationsmenge vermehrt. Wenn insbesondere die Rußakkumulationsmenge klein ist, dann ist der Erhöhungsgrad des Differenzialdruckes hinsichtlich einer Vermehrung der Rußakkumulationsmenge groß. Der Filterdifferenzialdruck erhöht sich nämlich relativ steil, wenn sich die Rußakkumulationsmenge vermehrt, wenn die Rußakkumulationsmenge klein ist. Wenn in dieser Situation eine relativ kleine Rußmenge an dem Filter 12 akkumuliert ist, dann kann der Ruß an den Oberflächen der Poren leicht akkumuliert werden, die in den Trennwänden 64 ausgebildet sind, und zwar verglichen mit den Oberflächen der Trennwände 64. Der Filterdifferenzialdruck kann leicht erhöht werden, wenn der Ruß an den Oberflächen der Poren in den Trennwänden 64 akkumuliert wird, und zwar verglichen mit einem Zustand, bei dem der Ruß an den Oberflächen der Trennwände 64 akkumuliert wird.
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel die Rußakkumulationsmenge geschätzt wird, dann wird die Beziehung zwischen der Rußakkumulationsmenge und dem Filterdifferenzialdruck, das heißt die durch die gekrümmte Linie A in der 3A gezeigte Beziehung anhand eines Experimentes oder einer Berechnung im Voraus erhalten. Diese Beziehung wird in den ROM 32 der ECU 30 als ein Datenkennfeld (nicht Oxidations-Kennfeld) gespeichert. Die Rußakkumulationsmenge wird unter Verwendung des Nichtoxidations-Kennfelds gemäß dem Filterdifferenzialdruck geschätzt, der unter Verwendung des Differenzialdrucksensors 24 erfasst wird, wenn die Kraftmaschine betrieben wird.
Der Katalysator wie zum Beispiel Platin ((Pt) wird durch einen Katalysatorträger getragen, der aus Aluminium oder dergleichen ausgebildet ist. Insbesondere wird der Katalysator an den Oberflächen der Poren in den Trennwänden 64 getragen, und er wird an den Oberflächen der Trennwände 64 in dem Filter 12 getragen. Der Katalysator zeigt ein Verhalten von Sauerstoff. Daher wird der Ruß, der in der Nähe des in dem Filter 12 getragenen Katalysators akkumuliert wird, oxidiert und beseitigt, wenn die Temperatur des Filters 12 ungefähr eine Oxidationstemperatur von Ruß wie zum Beispiel 450°C bis 500°C ist. Die Oxidationstemperatur von Ruß ist niedriger als die Verbrennungstemperatur von Ruß.
Wenn daher die Temperatur des Filters 12 so erhöht wird, dass sie gleich oder größer als die Oxidationstemperatur von Ruß ist, dann wird der Ruß oxidiert, der in der Nähe des Katalysators in dem Filter 12 akkumuliert wird. In dieser Situation unterscheidet sich die Beziehung zwischen der Rußakkumulationsmenge und dem Filterdifferenzialdruck von jener Beziehung, bei der Ruß nicht verbrannt und nicht oxidiert wird, wie dies durch die gekrümmte Linie A in der 3A gezeigt ist. Die Beziehung zwischen der Rußakkumulationsmenge und dem Filterdifferenzialdruck ist durch die gekrümmte Linie B in der 3A gezeigt, wenn der Ruß oxidiert wird, der in der Nähe des Katalysators in dem Filter 12 akkumuliert wird.
Wie dies durch die gekrümmte Linie B gezeigt ist, wenn die Rußakkumulationsmenge klein ist, ist insbesondere der Grad der Erhöhung des Differenzialdrucks hinsichtlich der Vermehrung der Rußakkumulationsmenge kleiner als bei jener Beziehung, die durch die gekrümmte Linie A gezeigt ist. Wenn nämlich die Rußakkumulationsmenge klein ist, dann wird der Filterdifferenzialdruck nämlich relativ moderat erhöht, wenn sich die Rußakkumulationsmenge vermehrt, und zwar bei der Beziehung, die durch die gekrümmte Linie B gezeigt ist.
Hierbei kann der Ruß, der an den Oberflächen der Poren akkumuliert ist, in einfacher Weise durch den Katalysator oxidiert werden, wenn dies mit dem Ruß verglichen wird, der an den Oberflächen der Trennwände 64 in dem Filter 12 akkumuliert ist. Die Gründe sind folgendermaßen. Jede Pore in der Trennwand 64 hat die Oberfläche, die im Wesentlichen von einem hohlen Abschnitt der Pore umgeben ist. Im Gegensatz dazu hat jede Trennwand 64 die Oberfläche, die im Wesentlichen eben ist. Bei der Struktur des Filters 12 können die Partikel des Katalysators einheitlich an den Oberflächen der Poren beabstandet sein, und sie können einheitlich an den Oberflächen der Trennwände 64 beabstandet sein. Bei dieser Struktur wird eine Menge des Katalysators in einem spezifischen runden Bereich hinsichtlich eines Teiles des Rußes groß, der sich um den hohlen Abschnitt der Pore akkumuliert. Dadurch kann der Ruß um die Pore in einfacher Weise mit dem Katalysator in Kontakt gelangen. Somit kann der Ruß, der an den Oberflächen der Poren akkumuliert wird, in einfacher Weise in den Trennwänden 64 oxidiert werden.
Aufgrund der vorstehend genannten Gründe, wenn die Temperatur des Filters 12 gleich oder größer als die Oxidationstemperatur von Ruß ist, kann das Nicht-Oxidations-Kennfeld nicht zum Schätzen der Rußakkumulationsmenge verwendet werden. Jedoch haben auch in diesem Fall die Rußakkumulationsmenge und der Filterdifferenzialdruck eine spezifische Beziehung, wenn sich der Ruß einheitlich an dem Filter 12 akkumuliert.
Wenn die Rußakkumulationsmenge geschätzt wird, dann wird daher die Beziehung zwischen der Rußakkumulationsmenge und dem Filterdifferenzialdruck, das heißt die durch die gekrümmte Linie B in der 3A gezeigte Beziehung anhand eines Experiments oder einer Berechnung im Voraus erhalten. Diese Beziehung wird in den ROM 32 der ECU 30 als ein Datenkennfeld (Oxidations-Kennfeld) gespeichert. Die Rußakkumulationsmenge wird unter Verwendung des Oxidations-Kennfelds gemäß dem Filterdifferenzialdruck geschätzt, der unter Verwendung des Differenzialdrucksensors 24 erfasst wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird im Allgemeinen die Rußakkumulationsmenge unter Verwendung des Nicht-Oxidations-Kennfelds gemäß dem Filterdifferenzialdruck geschätzt, wenn die Temperatur des Filters 12 kleiner als die Oxidationstemperatur von Ruß ist, und wenn die Temperatur des Filters 12 gleich oder größer als die Oxidationstemperatur von Ruß ist, dann wird die Rußakkumulationsmenge unter Verwendung des Oxidations-Kennfelds gemäß dem Filterdifferenzialdruck geschätzt.
Wenn der Filter 12 auf eine relativ hohe Temperatur wie zum Beispiel 300°C bis 400°C aufrecht erhalten wird, dann wird der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß durch das Sauerstoffverhalten des an dem Filter 12 getragenen Katalysators teilweise oxidiert, auch wenn sich die Temperatur des Filters 12 nicht auf die Oxidationstemperatur von Ruß erhöht. In dieser Situation sind die Temperatur des Filters 12 und eine Durchsatzrate des Abgases in dem Filter 12 örtlich hoch. Der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß wird nämlich nicht einheitlich über den ganzen Filter 12 verteilt, und die Rußakkumulationsmenge ändert sich von einem Bereich zu einem anderen Bereich in dem Filter 12.
In diesem Fall sind eine Rußmenge (oxidierte Rußmenge), die oxidiert ist, und ein Bereich nicht konstant, in dem der Ruß in dem Filter 12 oxidiert wird. Dem entsprechend ist die Beziehung zwischen der Rußakkumulationsmenge und dem Filterdifferenzialdruck nicht konstant. Wenn insbesondere der Ruß an dem Filter 12 teilweise oxidiert wird, dann kann der an den Poren akkumulierte Ruß in einfacher Weise schnell oxidiert werden, wenn dies mit dem Ruß verglichen wird, der an den ebenen Oberflächen der Trennwände 64 akkumuliert wird. Daher beginnt eine Oxidation von dem Ruß, der an den Poren akkumuliert wird. In dieser Situation verringert sich der Filterdifferenzialdruck stark, auch wenn nur eine kleine Rußmenge oxidiert wird. In dieser Situation wird der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß nur teilweise oxidiert, und das Nicht-Oxidations-Kennfeld kann zum Schätzen der Rußakkumulationsmenge nicht als ein geeignetes Kennfeld verwendet werden. Darüber hinaus kann kein Datenkennfeld erzeugt werden, das dieser Situation entspricht, bei der der Ruß an dem Filter 12 nur teilweise oxidiert wird. Wenn dementsprechend Ruß nur teilweise an dem Filter 12 oxidiert wird, dann ist es schwierig, die Rußakkumulationsmenge korrekt zu schätzen.
Wenn bei diesem Ausführungsbeispiel der Ruß an dem Filter 12 teilweise oxidiert wird, dann wird der Temperaturerhöhungsbetrieb durchgeführt, um die Temperatur des Filters 12 zwangsweise zu erhöhen, so dass sie gleich oder größer als die Oxidationstemperatur von Ruß wird. Dadurch wird der Ruß, der in der Nähe des Katalysators in dem Filter 12 akkumuliert wird, im Wesentlichen vollständig bei einem Betrieb zur Vereinheitlichung oxidiert. Somit wird der Ruß im Wesentlichen einheitlich über den ganzen Filter 12 durch den Betrieb zum Vereinheitlichen akkumuliert. Nachfolgend wird die Rußakkumulationsmenge unter Verwendung des Oxidations-Kennfeldes gemäß dem Filterdifferenzialdruck berechnet.
Bei einem Zeitdiagramm, das in der 4 gezeigt ist, ist die Temperatur des Filters 12 in einem Bereich I niedrig. Auch wenn der Ruß an dem Filter 12 akkumuliert wird, wird der Ruß nicht oxidiert und nicht verbrannt, wodurch sich die Rußakkumulationsmenge im Laufe der Zeit in dem Bereich I vermehrt. Wenn sich die Rußakkumulationsmenge vermehrt, dann erhöht sich der Filterdifferenzialdruck entlang der gekrümmten Linie A in der 3A. In diesem Bereich I kann die Rußakkumulationsmenge unter Verwendung des Nicht-Oxidations-Kennfeldes gemäß dem Filterdifferenzialdruck geschätzt werden, der unter Verwendung des Differenzialdrucksensors 24 erfasst wird.
In einem Bereich II ändert sich der Kraftmaschinenbetriebszustand, und die Temperatur des Filters 12 erhöht sich auf eine relativ hohe Temperatur, die kleiner als die Oxidationstemperatur von Ruß ist. In dieser Situation wird der Ruß teilweise oxidiert, der an dem Filter 12 akkumuliert wird. In dem Bereich II von diesem Beispiel, das in der 4 gezeigt ist, ist die pro Zeiteinheit oxidierte Rußmenge größer als eine Rußmenge, die durch den Filter 12 pro Zeiteinheit gesammelt wird, wodurch sich die Rußakkumulationsmenge in dem Bereich II vermehrt. Im Gegensatz dazu wird der Ruß an den Poren in den Trennwänden 64 in dem Filter 12 oxidiert, wodurch sich der Filterdifferenzialdruck verringert, wie dies vorstehend beschrieben ist.
Wenn die teilweise Oxidierung des Rußes erfasst wird, der an dem Filter 12 akkumuliert wird, dann wird der Temperaturerhöhungsbetrieb in einem Bereich III durchgeführt, und der Betrieb zur Vereinheitlichung wird durchgeführt, bei dem die Temperatur des Filters auf die Oxidationstemperatur von Ruß erhöht wird. Dadurch wird der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß im Wesentlichen vollständig oxidiert und im Wesentlichen vollständig in der Nähe des Katalysators beseitigt, der durch den Filter 12 getragen ist, so dass sich der Filterdifferenzialdruck verringert.
Wenn der Ruß, der in der Nähe des an dem Filter 12 getragenen Katalysators akkumuliert wird, im Wesentlichen vollständig oxidiert und beseitigt wird, dann wird der Betrieb zur Vereinheitlichung beendet. In dieser Situation verringert sich die Temperatur des Filters 12, und sowohl die Rußakkumulationsmenge als auch der Filterdifferenzialdruck werden in einem Bereich IV erneut erhöht. Dadurch kann der Ruß im Wesentlichen einheitlich über den ganzen Filter 12 akkumuliert werden, so dass die Beziehung zwischen der Rußakkumulationsmenge und dem Filterdifferenzialdruck im Wesentlichen jener Beziehung entspricht, die durch die gekrümmte Linie B in der 3A gezeigt ist. Somit kann in diesem Bereich IV die Rußakkumulationsmenge unter Verwendung des Oxidationskennfelds gemäß dem Filterdifferenzialdruck geschätzt werden, der unter Verwendung des Differenzialdrucksensors 24 erfasst wird.
Die 3B stellt eine Beziehung zwischen der Rußakkumulationsmenge und dem Filterdifferenzialdruck dar, während sich die Temperatur des Filters 12 so ändert, wie dies in der 4 gezeigt ist.
In dem Bereich I, bei dem Temperatur des Filters 12 niedrig ist, erhöht sich der Filterdifferenzialdruck entlang der gekrümmten Linie A gemäß der 3A, wenn sich die Rußakkumulationsmenge vermehrt. Nachfolgend erhöht sich in dem Bereich III die Temperatur des Filters 12 auf die Oxidationstemperatur von Ruß durch den Betrieb zur Vereinheitlichung, so dass sowohl die Rußakkumulationsmenge als auch der Filterdifferenzialdruck verringert werden. Dadurch entspricht die Beziehung zwischen der Rußakkumulationsmenge und dem Filterdifferenzialdruck im Wesentlichen der gekrümmten Linie B in der 3A durch den Betrieb zur Vereinheitlichung in dem Bereich III. Wenn nachfolgend der Betrieb zur Vereinheitlichung beendet wird, dann erhöht sich der Filterdifferenzialdruck entlang der gekrümmten Linie B in der 3A, wenn sich die Rußakkumulationsmenge in dem Bereich IV vermehrt.
Wenn der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß teilweise oxidiert wird, dann kann die Rußakkumulationsmenge unter Verwendung des Nicht-Oxidations-Kennfelds nicht geschätzt werden. In diesem Fall wird die Temperatur des Filters 12 auf die Oxidationstemperatur von Ruß durch den Betrieb zur Vereinheitlichung erhöht, so dass der Ruß, der um den Katalysator in dem Filter 12 akkumuliert ist, bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen vollständig oxidiert wird. Dadurch wird der Ruß im Wesentlichen einheitlich über den ganzen Filter 12 akkumuliert, so dass die Rußakkumulationsmenge unter Verwendung des Oxidations-Kennfeldes geschätzt werden kann. Somit kann die Rußakkumulationsmenge entweder unter Verwendung des Nicht-Oxidations-Kennfeldes oder des Oxidations-Kennfeldes hauptsächlich in allen Zeitperioden des Kraftmaschinenbetriebes korrekt geschätzt werden.
Die 5 stellt eine Betriebsroutine eines Akkumulationsmengenschätzbetriebs zum Schätzen der Rußakkumulationsmenge dar. Bei einem Schritt 101 werden verschiedene Parameter des Kraftmaschinenbetriebszustandes erfasst. Diese verschiedenen Parameter beinhalten Betriebsinformationen wie zum Beispiel eine Last der Kraftmaschine, eine Drehzahl der Kraftmaschine, eine Einlassluftdurchsatzrate und eine Temperatur des Filters 12. Nachfolgend wird bei einem Schritt 102 ausgewertet, ob die Kraftmaschine in einem stationären Betriebszustand ist oder nicht, und zwar gemäß den verschiedenen Parametern, die bei dem Schritt 101 erfasst werden. Wenn ausgewertet wird, dass die Kraftmaschine nicht in dem stationären Betriebszustand ist, dann wird die Routine beendet, und die Rußakkumulationsmenge an dem Filter 12 wird nicht geschätzt. Insbesondere ändert sich der Filterdifferenzialdruck aufgrund von verschiedenen Parametern wie zum Beispiel eine Abgasdurchsatzrate, und er ändert sich außerdem aufgrund der Rußakkumulationsmenge. Wenn die Kraftmaschine nicht in dem stationären Betriebszustand ist, dann ändern sich diese verschiedenen Parameter stark, wodurch sich folglich der Filterdifferenzialdruck stark ändert, der unter Verwendung des Differenzialdrucksensors 24 erfasst wird. Infolgedessen kann die Rußakkumulationsmenge nicht korrekt geschätzt werden. Wenn die Kraftmaschine nicht in dem stationären Betriebszustand ist, dann wird daher das Schätzen der Rußakkumulationsmenge nicht durchgeführt.
Wenn im Gegensatz dazu bestimmt wird, dass die Kraftmaschine in dem stationären Betriebszustand ist, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 103, bei dem ausgewertet wird, ob lösliche organische Anteile (SOF) an dem Filter 12 haften. Wenn bestimmt wird, dass SOF an dem Filter 12 haftet, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 104 weiter, bei dem ein SOF-Beseitigungsbetrieb durchgeführt wird, um das SOF zu beseitigen, das an dem Filter 12 haftet.
Hierbei ist SOF eine von verschiedenen Substanzarten, die aus Partikelstoffen bestehen. SOF wird bei einer spezifischen Oxidationstemperatur (Oxidationstemperatur von SOF) oxidiert, die kleiner ist als die Oxidationstemperatur von Ruß, der eine Hauptsubstanz der Partikelstoffe ist. Insbesondere wird SOF bei der Oxidationstemperatur oxidiert, die eine relativ niedrige Temperatur wie zum Beispiel 250°C bis 300°C ist. SOF erhöht außerdem geringfügig den Filterdifferenzialdruck, wenn SOF an dem Filter 12 haftet. Wenn SOF an dem Filter 12 haftet, dann ist es dementsprechend schwierig, die Rußakkumulationsmenge gemäß dem Filterdifferenzialdruck zu schätzen. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel das SOF von dem Filter 12 beseitigt, wenn das SOF an dem Filter 12 haftet, bevor der Filterdifferenzialdruck zum Schätzen der Rußakkumulationsmenge erfasst wird.
Das Haften von SOF an dem Filter 12 wird gemäß einer Historie des Betriebszustandes der Kraftmaschine ausgewertet. Wenn zum Beispiel die Temperatur des Filters auf ungefähr 250°C bis 300°C aufrecht erhalten wird, dann wird bestimmt, dass das SOF nicht an dem Filter 12 haftet. Der SOF-Beseitigungsbetrieb wird so durchgeführt, dass die Temperatur des Filters 12 auf die Oxidationstemperatur von SOF erhöht wird, und zwar zum Beispiel durch den Temperaturerhöhungsbetrieb.
Wenn bei dem Schritt 103 bestimmt wird, dass an dem Filter 12 kein SOF haftet, oder wenn der SOF-Beseitigungsbetrieb bei dem Schritt 104 durchgeführt wird, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 105, bei dem ausgewertet wird, ob der Betrieb zur Vereinheitlichung nach dem Wiederherstellungsbetrieb des Filters 12 durchgeführt wird. Wenn bestimmt wird, dass der Betrieb zur Vereinheitlichung nicht durchgeführt wird, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 106 weiter.
Bei dem Schritt 106 wird ausgewertet, ob der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß teilweise oxidiert wird, und zwar gemäß einer Historie der Temperatur des Filters 12. Wenn zum Beispiel die Temperatur des Filters 12 auf ungefähr 300°C bis 400°C in einer vorbestimmten Zeitperiode aufrechterhalten wird, dann wird bestimmt, dass der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß teilweise oxidiert wird. Wenn bei dem Schritt 106 bestimmt wird, dass der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß nicht annähernd vollständig oxidiert ist, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 107, bei dem das Nicht-Oxidations-Kennfeld geladen wird. Nachfolgend wird bei einem Schritt 108 die Rußakkumulationsmenge unter Verwendung des Nicht-Oxidations-Kennfelds gemäß dem Filterdifferenzialdruck geschätzt, der unter Verwendung des Differenzialdrucksensors 24 erfasst wird.
Wenn im Gegensatz dazu bei dem Schritt 106 bestimmt wird, dass der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß teilweise oxidiert wird, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 109, bei dem ausgewertet wird, ob der Ruß in der Nähe des durch den Filter 12 getragenen Katalysators im Wesentlichen vollständig oxidiert wird, und zwar gemäß der Historie der Temperatur des Filters 12. Wenn zum Beispiel die Temperatur des Filters 12 größer oder gleich der Oxidationstemperatur von Ruß für eine vorbestimmte Zeitperiode aufrechterhalten wird, dann wird bestimmt, dass der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß im Wesentlichen vollständig oxidiert wird.
Wenn bei dem Schritt 109 bestimmt wird, dass der an dem Filter 12 akkumulierte Ruß teilweise oxidiert wird, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 110, bei dem der Betrieb zur Vereinheitlichung durchgeführt wird.
Insbesondere wird die Temperatur des Filters 12 auf eine Temperatur aufrechterhalten, die gleich oder größer als die Oxidationstemperatur für Ruß ist, und zwar in einer vorbestimmten Zeitperiode. Nachfolgend schreitet die Routine zu einem Schritt 111. Wenn bei dem Schritt 109 im Gegensatz dazu bestimmt wird, dass der Ruß in der Nähe des durch den Filter 12 getragenen Katalysators im Wesentlichen vollständig oxidiert wird, dann muss der Betrieb zur Vereinheitlichung nicht durchgeführt werden. Daher schreitet die Routine von dem Schritt 109 zu dem Schritt 111, nachdem sie den Schritt 110 übersprungen hat. Bei dem Schritt 111 wird das Oxidations-Kennfeld geladen. Nachfolgend wird bei dem Schritt 108 die Rußakkumulationsmenge unter Verwendung des Oxidations-Kennfelds geschätzt, das bei dem Schritt 111 geladen wird, und zwar gemäß dem Filterdifferenzialdruck, der bei dem Schritt 108 unter Verwendung des Differenzialdrucksensors 24 erfasst wird.
Die Filterdruckdifferenz, die in dem Abgas auftritt, ändert sich nicht notwendigerweise ausschließlich entsprechend der Rußakkumulationsmenge. In Wirklichkeit ändert sich die Filterdruckdifferenz aufgrund einer Änderung der Strömungsmenge des Abgases und dergleichen, und außerdem aufgrund einer Änderung der Rußakkumulationsmenge. Daher wird ein Datenkennfeld, das eine Beziehung zwischen Parametern wie zum Beispiel die Rußakkumulationsmenge und die Abgasdurchsatzmenge sowie die Filterdruckdifferenz darstellt, bei einer tatsächlichen Akkumulationsmengenschätzvorrichtung verwendet. Alternativ können mehrere Datenkennfelder verwendet werden, die Beziehungen zwischen Parametern wie zum Beispiel die Rußakkumulationsmenge, die Abgasdurchsatzrate sowie die Filterdruckdifferenz darstellen.
Die Aufbauten sowie die Verfahren der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können in geeigneter Weise kombiniert werden.
Es ist offensichtlich, dass weitere alternative Ausführungsbeispiele einschließlich verschiedener anderer Sequenzen dieser Schritte und/oder zusätzliche Schritte innerhalb der Schritte der vorliegenden Erfindung enthalten sein sollen, die hierbei nicht offenbart sind, während die Prozesse der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hierbei so beschrieben wurden, dass sie eine spezifische Schrittsequenz beinhalten.
Ein Filter (12) ist in einem Abgaskanal einer Kraftmaschine angeordnet. Der Filter (12) trägt einen Katalysator. Eine Akkumulationsmengenschätzeinrichtung erfasst einen Differenzialdruck des Filters (12), um eine Rußmenge zu schätzen, die an dem Filter (12) akkumuliert ist. Eine Oxidationszustandserfassungseinrichtung erfasst einen Oxidationszustand von Ruß, der an dem Filter (12) akkumuliert ist. Eine Zwangsoxidationseinrichtung erhöht eine Temperatur des Filters (12) über eine Oxidationstemperatur von Ruß, um den Ruß zwangsweise zu oxidieren, der in der Nähe des Katalysators des Filters (12) akkumuliert ist. Wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung einen Zustand erfasst, bei dem der an dem Filter (12) akkumulierte Ruß nur teilweise oxidiert ist, dann schätzt die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung die an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge, nachdem der Ruß oxidiert wurde, der in der Nähe des Katalysators unter Verwendung der Zwangsoxidationseinrichtung oxidiert wird.

Claims

Akkumulationsmengenschätzvorrichtung, gekennzeichnet durch: einen Filter (12), der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei der Filter (12) einen Katalysator trägt; eine Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111), die einen Differenzialdruck des Filters (12) erfasst, wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) eine an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge gemäß dem Differenzialdruck des Filters (12) schätzt, wobei der Differenzialdruck des Filters (12) ein Differenzialdruck zwischen einer stromaufwärtigen Seite des Filters (12) und einer stromabwärtigen Seite des Filters (12) ist; eine Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109), die einen Oxidationszustand von Ruß erfasst, der an dem Filter (12) akkumuliert ist; und eine Zwangsoxidationseinrichtung (110), die eine Temperatur des Filters (12) so erhöht, dass sie gleich oder größer als eine Oxidationstemperatur von Ruß ist, um den Ruß zwangsweise zu oxidieren, der in der Nähe des durch den Filter (12) getragenen Katalysators akkumuliert ist, wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) die an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge schätzt, nachdem die Zwangsoxidationseinrichtung (110) den in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierten Ruß oxidiert hat, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) einen Zustand erfasst, bei dem der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß nur teilweise oxidiert ist.
Akkumulationsmengenschätzvorrichtung gemäß Anspruch 1, des weiteren gekennzeichnet durch: ein Nicht-Oxidations-Kennfeld, das eine Beziehung zwischen dem Differenzialdruck des Filters (12) und der Rußmenge darstellt, die an dem Filter (12) akkumuliert ist, wenn der an dem Filter (12) akkumulierte Ruß zumindest im Wesentlichen vollständig nicht oxidiert ist; und ein Oxidations-Kennfeld, das die Beziehung zwischen dem Differenzialdruck des Filters (12) und der Rußmenge darstellt, die an dem Filter (12) akkumuliert ist, wenn der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß zumindest im Wesentlichen vollständig oxidiert ist, wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) die an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge unter Verwendung des Nicht-Oxidations-Kennfeldes gemäß dem erfassten Differenzialdruck des Filters (12) schätzt, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) einen Zustand erfasst, bei dem der an dem Filter (12) akkumulierte Ruß zumindest im Wesentlichen vollständig nicht oxidiert ist, wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) die an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge unter Verwendung des Oxidations-Kennfeldes gemäß dem erfassten Differenzialdruck des Filters (12) schätzt, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) einen Zustand erfasst, bei dem der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß zumindest im Wesentlichen vollständig oxidiert ist, und wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) die an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge unter Verwendung des Oxidations-Kennfeldes gemäß dem erfassten Differenzialdruck des Filters (12) schätzt, nachdem die Zwangsoxidationseinrichtung (110) den in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierten Ruß oxidiert hat, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) einen Zustand erfasst, bei dem der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß nur teilweise oxidiert ist.
Akkumulationsmengenschätzvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) den Oxidationszustand von Ruß, der an dem Filter (12) akkumuliert ist, gemäß einer Historie einer Temperatur des Filters (12) erfasst.
Akkumulationsmengenschätzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, des weiteren gekennzeichnet durch: eine SOF-Erfassungseinrichtung (103), die einen löslichen organischen Anteil erfasst, welcher an dem Filter (12) haftet; und eine Beseitigungseinrichtung (104), die den löslichen organischen Anteil beseitigt, der an dem Filter (12) haftet, wenn die SOF-Erfassungseinrichtung (103) einen Zustand erfasst, bei dem der lösliche organische Anteil an dem Filter (12) haftet, bevor die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) die an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge schätzt.
Verfahren zum Schätzen einer Rußmenge, die an einem Filter (12) akkumuliert ist, der bei einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, und das Verfahren ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Erfassen eines Differenzialdrucks des Filters (12) unter Verwendung einer Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111), wobei der Differenzialdruck des Filters (12) ein Differenzialdruck zwischen einer stromaufwärtigen Seite des Filters (12) und einer stromabwärtigen Seite des Filters (12) ist; Erfassen eines Oxidationszustandes von Ruß, der an dem Filter (12) akkumuliert ist, und zwar unter Verwendung einer Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109); und Erhöhen einer Temperatur des Filters (12), so dass sie gleich oder größer als eine Oxidationstemperatur von Ruß ist, und zwar unter Verwendung einer Zwangsoxidationseinrichtung (110) zum zwangsweisen Oxidieren von Ruß, der in der Nähe eines Katalysators akkumuliert ist, welcher durch den Filter (12) getragen ist, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) einen Zustand erfasst, bei dem der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß nur teilweise oxidiert ist; und Schätzen der an dem Filter (12) akkumulierten Rußmenge unter Verwendung der Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) gemäß dem Differenzialdruck des Filters (12), nachdem die Zwangsoxidationseinrichtung (110) den in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierten Ruß oxidiert hat, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) den Zustand erfasst, bei dem der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß nur teilweise oxidiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, des weiteren gekennzeichnet durch: Schätzen der an dem Filter (12) akkumulierten Rußmenge unter Verwendung der Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) gemäß dem Differenzialdruck des Filters (12), ohne dass der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß unter Verwendung der Zwangsoxidationseinrichtung (110) oxidiert wird, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) einen von den beiden folgenden Zuständen erfasst, wobei: der an dem Filter (12) akkumulierte Ruß ist zumindest im Wesentlichen vollständig nicht oxidiert; und der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß ist zumindest im Wesentlichen vollständig oxidiert.
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) die an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge unter Verwendung eines Nicht-Oxidations-Kennfeldes gemäß dem erfassten Differenzialdruck des Filters (12) schätzt, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) einen Zustand erfasst, bei dem der an dem Filter (12) akkumulierte Ruß zumindest im Wesentlichen vollständig nicht oxidiert ist, wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) die an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge unter Verwendung eines Oxidations-Kennfeldes gemäß dem erfassten Differenzialdruck des Filters (12) schätzt, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) einen Zustand erfasst, bei dem der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß zumindest im Wesentlichen vollständig oxidiert ist, und wobei die Akkumulationsmengenschätzeinrichtung (101, 107, 108, 111) die an dem Filter (12) akkumulierte Rußmenge unter Verwendung des Oxidations-Kennfeldes gemäß dem erfassten Differenzialdruck des Filters (12) schätzt, nachdem die Zwangsoxidationseinrichtung (110) den in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierten Ruß oxidiert hat, wenn die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) einen Zustand erfasst, bei dem der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß nur teilweise oxidiert ist, wobei das Nicht-Oxidations-Kennfeld eine Beziehung zwischen dem Differenzialdruck des Filters (12) und der an dem Filter (12) akkumulierten Rußmenge darstellt, wenn der an dem Filter (12) akkumulierte Ruß zumindest im Wesentlichen vollständig nicht oxidiert ist, und das Oxidations-Kennfeld die Beziehung zwischen dem Differenzialdruck des Filters (12) und der an dem Filter (12) akkumulierten Rußmenge darstellt, wenn der in der Nähe des Katalysators an dem Filter (12) akkumulierte Ruß zumindest im Wesentlichen vollständig oxidiert ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Oxidationszustandserfassungseinrichtung (106, 109) den Oxidationszustand des an dem Filter (12) akkumulierten Rußes gemäß einer Historie einer Temperatur des Filters (12) erfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, des weiteren gekennzeichnet durch: Erfassen eines löslichen organischen Anteils, der an dem Filter (12) haftet, und zwar unter Verwendung einer SOF-Erfassungseinrichtung (103); und Beseitigen des löslichen organischen Anteils, der an dem Filter (12) haftet, und zwar unter Verwendung einer Beseitigungseinrichtung (104), wenn die SOF-Erfassungseinrichtung (103) einen Zustand erfasst, bei dem der lösliche organische Anteil an dem Filter (12) haftet, bevor die Rußmenge geschätzt wird, die an dem Filter (12) akkumuliert ist.