DE102005044883A1

DE102005044883A1 - Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005044883A1
Application number: DE102005044883A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kariya Saito; Shigeto Kariya Yahata; Kazuharu Kariya Tochikawa; Kanehito Kariya Nakamura; Tsukasa Kariya Kuboshima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: DE102005044883B4; US7162867B2; JP2006090153A; JP4363289B2; US20060059901A1

Abstract

Eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor weist einen Partikelfilter (32) auf halbem Weg in einem Abgasdurchgang (3) zum Sammeln von Partikeln auf. Eine Steuereinrichtung (51) berechnet eine Kumulationsmenge (ML) von Partikeln an dem Partikelfilter (32). Eine Kumulationsmengenberechnungseinrichtung (51, S101) berechnet die Kumulationsmenge (ML) gemäß einer Kumulationscharakteristik und einem Differenzialdruck (dP) des Partikelfilters (32), der unter Verwendung einer Differenzialdruckerfassungseinrichtung (54) erfasst wird. Wenn die Kumulationsmenge (ML) eine vorbestimmte Regenerationsbedarfsmenge wird, führt die Steuereinrichtung (51) eine Zwangsregeneration durch, in der Partikel an dem Partikelfilter (32) verbrannt werden und entfernt werden, um den Partikelfilter (32) zu regenerieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Regenerationsverfahren eines Partikelfilters.
In den vergangenen Jahren war es erwünscht, ein von einem Fahrzeugverbrennungsmotor abgegebenes Abgas zu vermindern. Insbesondere sind Partikel, wie zum Beispiel Ruß und SOF in dem Abgas eines Dieselverbrennungsmotors wie auch CO, HC und NOx enthalten, und sollen derartige Partikel aus dem Abgas entfernt werden. Daher ist ein Partikelfilter an einem Abgasdurchgang vorgesehen, um Partikel in dem Abgas zu sammeln.
Der Partikelfilter umfasst poröse Trennwände, durch die das Abgas tritt. Partikel, die in dem Abgas enthalten sind, werden gesammelt, wenn das Abgas durch die Fläche der Trennwände und die Poren tritt. Wenn die Menge der Partikel, die sich an dem Filter ansammelt, sich übermäßig vergrößert, vergrößert sich ein Strömungswiderstand des Abgases in dem Partikelfilter. Als Folge erhöht sich ein Gegendruck an dem Verbrennungsmotor und kann sich die Verbrennungsmotorleistungsfähigkeit verringern. Demgemäß sollen die Partikel, die durch den Partikelfilter gesammelt werden, für eine Regeneration des Partikelfilters entfernt werden, um die Filterleistungsfähigkeit zum Sammeln von Partikeln in dem Abgas aufrecht zu erhalten.
Ein herkömmlicher Partikelfilter hat einen Oxidationskatalysator, wie zum Beispiel Platin, um eine Regeneration des Partikelfilters unter Verwendung einer Oxidationseigenschaft des Katalysators durchzuführen. Insbesondere wird Kraftstoff zu dem Partikelfilter in einer Nacheinspritzung zugeführt, bei der beispielsweise Kraftstoff in einem Auslasstakt des Verbrennungsmotors eingespritzt wird.
Der Partikelfilter oxidiert Partikel, die sich in dem Filter sammeln, um die Partikel mit Verbrennungswärme zu entfernen. Dadurch können die Partikel von dem Partikelfilter entfernt werden, die im Vergleich mit dem eingespritzten Kraftstoff nur schwer zu oxidieren sind.

Wenn die Regeneration des Partikelfilters häufig durchgeführt wird, wird die Kraftstoffeffizienz des Verbrennungsmotors verschlechtert. Wenn dagegen das Intervall zwischen den Regenerationen des Partikelfilters übermäßig groß wird, wird die Menge der Partikel, die sich an dem Filter sammeln, übermäßig groß. In diesem Fall können, wenn die Regeneration des Filters durchgeführt wird, Partikel an dem Filter rasch abbrennen und kann eine Temperatur des Partikelfilters übermäßig ansteigen, wobei somit der Partikelfilter zerstört werden kann. Daher wird die Menge der Partikel vorzugsweise geschätzt, um die Zeitabstimmung der Regeneration des Filters zu bestimmen. Gemäß JP-A-7-332065 wird ein Differenzialdruck zwischen einem Einlass des Partikelfilters und einem Auslass des Partikelfilters erfasst, um eine Regenrationszeitabstimmung des Partikelfilters zu bestimmen. Insbesondere wird, wenn der Differenzialdruck des Partikelfilters einen Grenzwert übersteigt, bestimmt, dass eine Menge der Partikelfilters an dem Filter groß ist, und wird eine Regeneration des Partikelfilters durchgeführt.

Auch wenn jedoch der Betriebszustand des Verbrennungsmotors, wie zum Beispiel der Differenzialdruck des Partikelfilters, im Wesentlichen gleich ist, kann die Ist-Menge der Partikel, die sich an dem Partikelfilter ansammeln, sich verändern. Demgemäß ist es schwierig, die Menge der Partikel, die sich an dem Partikelfilter ansammeln, gemäß ausschließlich dem Differenzialdruck des Partikelfilters genau zu bewerten.

In Hinblick auf das vorstehend angegebene und andere Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor herzustellen, wobei die Reinigungsvorrichtung eine angesammelte Menge der Partikel richtig schätzen kann.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung weist eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor einen Partikelfilter, eine Differenzialdruckerfassungseinrichtung und eine Steuereinrichtung auf. Der Partikelfilter ist auf halbem Weg in einem Abgasdurchgang vorgesehen. Der Partikelfilter sammelt Partikel, die in dem Abgas enthalten sind. Die Partikel sammeln sich an dem Partikelfilter dadurch an, dass sie durch den Partikelfilter gesammelt werden.

Die Differenzialdruckerfassungseinrichtung erfasst einen Differenzialdruck des Partikelfilters. Die Steuereinrichtung führt eine erzwungene Regeneration, bei der Partikel, die sich an dem Partikelfilter ansammeln, verbrannt werden und zum Regenerieren des Partikelfilters entfernt werden, dann durch, wenn eine Kumulationsmenge der Partikel, die sich an dem Partikelfilter ansammeln, eine vorbestimmte Regenerationsbedarfsmenge wird.

Die Steuereinrichtung weist eine Kumulationsmengenberechnungseinrichtung auf, die die Kumulationsmenge gemäß einer Kumulationscharakteristik und zumindest den Differenzialdruck berechnet. Die Steuereinrichtung definiert die Kumulationscharakteristik, die eine Beziehung zwischen der Kumulationsmenge und dem Differenzialdruck ist. Die Steuereinrichtung definiert eine vorherige Anstiegscharakteristiklinie an einer Seite, an der die Kumulationsmenge gleich wie oder geringer als eine Kumulationsmenge ist, die an einem vorbestimmten Übergangspunkt definiert ist. Die vorhergehende Anstiegscharakteristiklinie ist eine im Wesentlichen gerade Linie, die durch einen Ausgangspunkt tritt, an dem die Kumulationsmenge null beträgt.

Die Steuereinrichtung definiert eine spätere Anstiegscharakteristiklinie an einer Seite, an der die Kumulationsmenge größer als die Kumulationsmenge ist, die an dem Übergangspunkt definiert ist. Die spätere Anstiegscharakteristiklinie ist im Wesentlichen eine gerade Linie mit einer Steigung, die geringer als eine Steigung der vorherigen Anstiegscharakteristiklinie ist. Der Differenzialdruck steigt von dem Ausgangspunkt entlang der vorherigen Anstiegscharakteristiklinie an, und wenn der Differenzialdruck größer als ein Differenzialdruck wird, der an dem Übergangspunkt definiert ist, steigt der Differenzialdruck entlang der späteren Anstiegscharakteristiklinie an. Die Steuereinrichtung definiert eine Grenzkumulationscharakteristik mit einer im Wesentlichen geraden Linie, die durch den Ausgangspunkt verläuft und eine Steigung hat, die im Wesentlichen die gleiche wie die Steigung der späteren Anstiegscharakteristiklinie ist.

Die Steuereinrichtung weist ferner eine Zwangsübergangseinrichtung auf, die einen erzwungenen Übergang durchführt, wenn die Kumulationsmenge, die gemäß der Kumulationscharakteristik berechnet wird, in einen vorbestimmten Zwangsübergangsbereich eintritt. Partikel, die sich an dem Partikelfilter ansammeln, werden bei dem Zwangsübergang verbrannt, bis die Kumulationscharakteristik im Wesentlichen die Grenzkumulationscharakteristik wird. Die Kumulationsmengenberechnungseinrichtung bewegt die Kumulationscharakteristik zu der Grenzkumulationscharakteristik, bis die Kumulationscharakteristik im Wesentlichen die Grenzkumulationscharakteristik wird, wenn die Partikel, die sich an dem Partikelfilter ansammeln, durch die Zwangsübergangseinrichtung verbrannt werden.

Somit steigt die Kumulationsmenge entlang der Linie der Grenzkumulationscharakteristik nach der Durchführung des Zwangsübergangs an, so dass die Kumulationsmenge der Partikel genau geschätzt werden kann.

Die vorstehend genannte und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar. In den Zeichnungen sind:
1 eine schematische Ansicht, die eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Menge von Partikeln, die sich an einem Partikelfilter ansammeln, und einem Differenzialdruck des Partikelfilters, der an der Abgasreinigungsvorrichtung vorgesehen ist, wenn die Partikel sich an dem Partikelfilter ansammeln, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3A, 3B und 3C schematische Ansichten, die einen Zustand, bei dem Partikel sich an dem Partikelfilter ansammeln, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
4 eine Graphik, die eine Beziehung zwischen der Menge der Partikel, die sich an dem Partikelfilter ansammeln, und dem Differenzialdruck des Partikelfilters, wenn die Partikel sich an dem Partikelfilter ansammeln, und wenn die Partikel, die sich an dem Partikelfilter ansammeln, entfernt werden, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 eine Graphik, die eine Beziehung zwischen der Menge der Partikel und dem Differenzialdruck des Partikelfilters, wenn die Partikel sich an dem Partikelfilter ansammeln und von dem Partikelfilter entfernt werden, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine zeigt, die durch eine ECU, die den Verbrennungsmotor steuert, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ausgeführt wird;
7A, 7B und 7C Graphiken, die Beziehungen zwischen der Menge von Partikeln und dem Differenzialdruck des Partikelfilters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
8 eine schematische Ansicht, die eine Verteilung von Partikeln, die an dem Partikelfilter verbleiben, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 eine Graphik, die eine Beziehung zwischen der Menge der Partikel und dem Differenzialdruck des Partikelfilters, wenn die Partikel an dem Partikelfilter verbrannt werden, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
10A, 10B und 10C schematische Ansichten, die einen Zustand, in dem Partikel, die sich an dem Partikelfilter ansammeln, verbrannt werden, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
11 eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Temperatur des Partikelfilters und einer Ausbrandgeschwindigkeit der Partikel gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
12 eine Graphik, die eine Beziehung zwischen der Menge der Partikel und dem Differenzialdruck des Partikelfilters, wenn eine Spontanregeneration an dem Partikelfilter auftritt, gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ein Ablaufdiagramm, das eine durch die ECU ausgeführte Steuerroutine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
14 eine Graphik, die eine Beziehung zwischen der Menge der Partikel, die sich an dem Partikelfilter ansammeln, und der Ausbrandgeschwindigkeit der Partikel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
15 eine Graphik, die eine Beziehung zwischen der Temperatur des Partikelfilters und der Ausbrandgeschwindigkeit der Partikel gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
16 eine Graphik, die eine Beziehung zwischen der Menge der Partikel und dem Differenzialdruck des Partikelfilters gemäß einem ersten abgewandelten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
17 eine schematische Ansicht, die eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem zweiten abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 eine schematische Ansicht, die eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem dritten abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 eine schematische Ansicht, die eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem vierten abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
20 eine schematische Ansicht, die eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem fünften abgewandelten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein in 1 gezeigter Dieselverbrennungsmotor ist ein Vierzylinderverbrennungsmotor, der einen Verbrennungsmotorkörper 1 hat, mit dem ein Einlasskrümmer 21 und ein Auslasskrümmer 31 verbunden sind. Der Einlasskrümmer 21 ist ein am weitesten stromabwärts gelegener Abschnitt eines Einlassdurchgangs 2. Der Auslasskrümmer 31 ist ein am weitesten stromaufwärts gelegener Abschnitt eines Auslassdurchgangs 3. Ein Partikelfilter 32 verbindet sich mit dem Auslasskrümmer 31 in dem Abgasdurchgang 3. Der Partikelfilter 32 hat einen Filterkörper 4, der aus einem Wabenelement aufgebaut ist, das aus einer porösen Keramik, wie zum Beispiel Cordierit und Siliziumkarbid ausgebildet ist, in dem Durchgänge teilweise verschlossen sind. Abgas strömt von jeweiligen Zylindern des Verbrennungsmotorkörpers 1 in einen Einlass 32a des Filterkörpers 4, tritt durch Trennwände des porösen Aufbaus des Filterkörpers 4 und strömt aus dem Auslass 32b des Filterkörpers 4 aus. Während das Abgas durch den Filterkörper 4 strömt, werden Partikel, die in dem Abgas enthalten sind, durch den Partikelfilter 32 gesammelt. Eine Menge der Partikel, die durch den Partikelfilter 32 gesammelt werden, vergrößert sich, wenn das Fahrzeug fährt. Die Fläche des Filterkörpers 4 des Partikelfilters 32 stützt einen Oxidationskatalysator, der hauptsächlich aus einem Edelmetall, wie zum Beispiel Platin und Palladium ausgebildet ist. Der Oxidationskatalysator oxidiert Partikel unter einer spezifischen Temperaturbedingung und brennt die Partikel aus, um sie zu entfernen.
Eine ECU (elektronische Steuereinheit, Steuereinrichtung) 51 ist an dem Fahrzeug vorgesehen, um Komponenten des Verbrennungsmotor, wie zum Beispiel einen Injektor zu steuern. Die ECU 51 gibt verschiedenartige Signale ein, die einen Betriebszustand des Fahrzeugs darstellen. Die verschiedenartigen Signale umfassen ein Signal, das die Menge (PM-Kumulationsmenge ML) der Partikel darstellt, die sich an dem Partikelfilter 32 ansammeln. Das Signal, das die PM-Kumulationsmenge ML darstellt, wird unter Verwendung eines Sensors erfasst.
Temperatursensoren 53a, 53b sind an dem Abgasdurchgang 3 montiert, so dass die Temperatursensoren 53a, 53b jeweils eine Wand des Abgasdurchgangs 3 durchdringen, um eine Temperatur des Abgases zu erfassen. Der Temperatursensor 53a ist an einem unmittelbar stromaufwärts liegenden Abschnitt des Partikelfilters 32 vorgesehen und der Temperatursensor 53b ist an einem unmittelbar stromabwärts liegenden Abschnitt des Partikelfilters 32 vorgesehen. Ein Erfassungssignal (DPF-Einlasstemperatur) des Temperatursensors 53a stellt eine Temperatur des Abgases, das durch den Einlass 32a des Partikelfilters 32 strömt. Ein Erfassungssignal (DPF-Auslasstemperatur) des Temperatursensors 53b stellt die Temperatur des Abgases dar, das durch den Auslass 32b des Partikelfilters 32 strömt. Eine Temperatur (DPF-Temperatur) des Partikelfilters 32 wird gemäß der DPF-Einlasstemperatur und der DPF-Aunlasstemperatur beispielsweise unter Verwendung einer Durchschnittsberechnung und eines Filterprozesses berechnet.
Ein erster Abzweig 33a zweigt von einem unmittelbar stromaufwärtigen Abschnitt des Partikelfilters 32 in dem Abgasdurchgang 3 ab. Ein zweiter Abzweig 33b zweigt von einem unmittelbar stromabwärtigen Abschnitt des Partikelfilters 32 in dem Abgasdurchgang 3 ab. Der erste Abzweig 33a und der zweite Abzweig 33b verbinden sich mit einem Differenzialdrucksensor 54 (Differenzialdruckerfassungseinrichtung). Der Differenzialdrucksensor 54 erfasst einen Differenzialdruck zwischen dem Einlass 32a des Partikelfilters 32 und dem Auslass 32b des Partikelfilters 32. Der Differenzialdruck, der unter Verwendung des Differenzialdrucksensors 54 erfasst wird, stellt den Differenzialdruck (Druckverlust) dar, der durch den Partikelfilter 32 auftritt.
Ein Durchflussmessgerät 52 ist an dem Einlassdurchgang 2 vorgesehen, um eine Menge des Einlassgases zu erfassen. Verschiedenartige Parameter, wie zum Beispiel eine Beschleunigerposition und eine Temperatur von Kühlwasser werden zu der ECU 51 eingegeben. Die ECU 51 ist hauptsächlich aus einem Mikrocomputer aufgebaut. Die ECU 51 weist einen ROM auf, der ein Betriebssteuerprogramm, ein Regenerationssteuerprogramm und dergleichen speichert. Das Betriebssteuerprogramm steuert Bestandteile des Verbrennungsmotors. Das Regenerationssteuerprogramm berechnet die PM-Kumulationsmenge ML der Partikel, die sich an dem Partikelfilter 32 ansammeln, und bestimmt, ob die ECU 51 die Regeneration des Partikelfilters 32 durchführt, gemäß der PM-Kumulationsmenge ML der Partikel. Der ROM speichert Informationen, die zum Angeben einer Kumulationseigenschaft der Partikel verwendet wird, die bei dem Regenerationssteuerprogramm verwendet werden.
2 stellt eine Beziehung zwischen einem Differenzialdruck dP und der PM-Kumulationsmenge ML der Partikel dar. In dem Zustand von 2 ist eine Durchflussmenge des Abgases konstant und sammeln sich die Partikel von einer der zwei folgenden Bedingungen an, in denen der Partikelfilter 32 vollständig neu ist und der Partikelfilter 32 vollständig regeneriert ist. In diesen zwei Bedingungen sind die Partikel nicht an dem Partikelfilter 32 vorhanden. Der Differenzialdruck dP steigt an, wenn sich die PM-Kumulationsmenge ML vergrößert. Ein Profil, das die Beziehung zwischen dem Differenzialdruck dP und der PM-Kumulationsmenge ML darstellt, ist im Wesentlichen nach oben ausgerichtet konvex. Insbesondere kann eine charakteristische Linie (Kumulationscharakteristik), die die Beziehung darstellt, unter Verwendung von geraden Linien dargestellt werden. Die Steigung einer geraden Linie ändert sich diskontinuierlich an einem Punkt (Übergangspunkt, Anstiegsübergangspunkt), in dem die PM-Kumulationsmenge ML eine spezifische Menge wird. Die Steigung der anderen geraden Linie wird schwächer, nachdem die PM-Kumulationsmenge ML die Menge an dem Übergangspunkt übersteigt. Die Kumulationscharakteristik der Partikel kann, wenn die PM-Kumulationsmenge ML ansteigt, unter Verwendung von den zwei geraden Linien angenähert werden.
Wie in den 3A, 3B und 3C gezeigt ist, sammeln sich die Partikel an den Trennwänden (DPF-Wänden) des Filterkörpers 4 des Partikelfilters 32 in dieser Reihenfolge an und steigt die PM-Kumulationsmenge ML in dieser Reihenfolge an. Insbesondere 3A stellt eine Bedingung dar, in der der Partikelfilter 32 neu ist oder unmittelbar nach der Regeneration und Partikel sich an dem Partikelfilter 32 nicht ansammeln. Unter dieser Bedingung kann die Druckdifferenz (Druckverlust) dP, die auftritt, wenn Abgase durch die DPF-Wände treten, durch eine Dimensionsangabe des Partikelfilters 32 angegeben werden. Partikel sammeln sich der in 3A gezeigten Bedingung zu der in 3B gezeigten Bedingung an, in der Partikel sich an der Fläche der DPF-Wände an dessen stromaufwärtiger Seite ansammeln, und verstopfen die Partikel die Poren. In dieser Situation strömt Abgas durch die Partikel, die die Poren verstopfen, entlang dem Pfeil in 2B. Daher ist das Verstopfen der Poren mit den Partikeln ein dominierender Faktor zur Vergrößerung des Differenzialdrucks dP.
Wie in 3C gezeigt ist, steigt dann, wenn die meisten Poren verstopft sind und eine Schicht (PM-Kumulationsschicht) der Partikel über die Fläche der DPF-Wände ausgebildet ist, die Dicke der PM-Kumulationsschicht an, wenn sich die Partikel weiter ansammeln. In dieser Situation ist das Ansteigen der Dicke der PM-Kumulationsschicht, die die DPF-Wände abdeckt, ein dominierender Faktor zum Vergrößern des Differenzialdrucks dP.
Der dominierende Faktor der Vergrößerung des Differenzialdrucks dP vor dem Übergangspunkt ist unterschiedlich zu dem dominierenden Faktor nach dem Übergangspunkt, bei dem die meisten Poren verstopft sind und die PM-Kumulationsschicht an den DPF-Wänden ausgebildet ist. Wenn die Poren nicht mit den Partikeln verstopft sind, kann Abgas leicht durch die Poren treten. Wenn jedoch die Poren im Wesentlichen mit den Partikeln verstopft sind, kann Abgas nicht leicht durch die Poren treten und steigt der Differenzialdruck dP rasch an. Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Rate einer Änderung (Anstiegsgrad) des Differenzialdrucks dP mit Bezug auf die PM-Kumulationsmenge ML relativ groß an einer vorherigen PM-Anstiegscharakteristiklinie, bevor die meisten Poren mit Partikeln verstopft sind.
Die Rate der Änderung des Differenzialdrucks dP mit Bezug auf die PM-Kumulationsmenge ML ist relativ klein an der späteren PM-Anstiegslinie, nachdem die meisten Poren verstopft sind. In diesem Zustand ist ein dominierender Faktor zum Vergrößern des Differenzialdrucks dP das Vergrößern der Dicke der PM-Kumulationsschicht.
4 stellt eine Kumulationscharakteristik dar, die von einem Ausgangspunkt entlang den vorherigen und späteren PM-Anstiegscharakteristiklinien verläuft. 4 stellt die Beziehung zwischen dem Differenzialdruck dP und der PM-Kumulationsmenge ML unter einer Bedingung dar, bei der die Partikel, die sich an dem Partikelfilter 32 ansammeln, verbrennen, so dass sich die PM-Kumulationsmenge ML verringert. Wenn die Partikel, die sich an dem Partikelfilter 32 ansammeln, verbrennen und verschwinden, bewegen sich der Differenzialdruck dP und die PM-Kumulationsmenge ML zu der Seite des Ausgangspunkts. Jedoch folgen der Differenzialdruck dP und die PM-Kumulationsmenge ML nicht den vorherigen und späteren PM-Anstiegscharakteristiklinien, wenn die Partikel verbrennen und von dem Partikelfilter 32 verschwinden. Wenn die Partikel verbrennen, bewegt sich die Beziehung zwischen dem Differenzialdruck dP und der PM-Kumulationsmenge ML von dem Punkt A zu dem Punkt C. Die Linie, die zwischen dem Punkt A und dem Punkt C verbindet, hat eine Steigung, die zwischen den Steigungen der vorherigen und späteren PM-Anstiegscharakteristiklinien liegt. Wenn die Beziehung sich von dem Punkt A zu dem Punkt C bewegt, werden die Partikel, die die Poren verstopfen, ebenso verbrannt, so dass die Steigung dieser Linie zwischen dem Punkt A und dem Punkt C ähnlich der Steigung der vorherigen PM-Anstiegscharakteristiklinie ist.
Wie in 5 gezeigt ist, hören die Partikel, die sich an dem Partikelfilter 32 ansammeln, zwischenzeitlich beispielsweise auf zu brennen. In dieser Situation bewegt sich, wenn die Partikel beginnen, sich von dem mittleren Punkt zwischen dem Punkt A und dem Punkt B anzusammeln, die Beziehung zwischen dem Differenzialdruck dP und der PM-Kumulationsmenge ML entlang einer Linie, die im Wesentlichen parallel zu der späteren PM-Anstiegscharakteristiklinie ist. In dieser Situation kehrt, wenn die Partikel beginnen, von dieser Kumulationsbedingung ausgehend zu verbrennen, die Beziehung zwischen dem Differenzialdruck dP und der PM-Kumulationsmenge ML zu dem Ausgangspunkt zurück.
Wenn unter Bezugnahme auf die 4 und 5 die Partikel in den Poren vollständig verbrannt sind und beseitigt sind und wenn die Partikel an der Fläche der DPF-Wände verbleiben, bewegt sich die Beziehung zwischen dem Differenzialdruck dP und der PM-Kumulationsmenge ML entlang einer Grenzkumulationscharakteristiklinie. Die Grenzkumulationscharakteristiklinie verläuft durch den Ausgangspunkt und hat eine Steigung, die äquivalent zu der Steigung der späteren PM-Anstiegscharakteristiklinie ist.
Die Kumulationscharakteristik der Partikel ist dann, wenn die PM-Kumulationsmenge ML an dem Partikelfilter ansteigt, unterschiedlich zu der Kumulationscharakteristik der Partikel, wenn die PM-Kumulationsmenge ML sich an dem Partikelfilter verringert. Demgemäß ist es schwer, die PM-Kumulationsmenge ML in einem Betriebszustand zu schätzen, in dem die Partikel sich wiederholt ansammeln und verbrennen. In diesem Ausführungsbeispiel wird, wie in 4 gezeigt ist, ein Zwangsübergang durchgeführt, so dass die Beziehung (Kumulationscharakteristik) zwischen dem Differenzialdruck dP und der PM-Kumulationsmenge ML gezwungenermaßen von der späteren PM-Anstiegscharakteristiklinie zu der Grenzkumulationscharakteristiklinie durch einen Zwangsübergangsbereich bewegt wird. Nach dem Durchführen des Zwangsübergangs steigt die PM-Kumulationsmenge ML entlang der Grenzkumulationscharakteristiklinie an, die den Punkt C mit dem Punkt D verbindet, so dass die PM-Kumulationsmenge ML genau geschätzt werden kann.
Der ROM der ECU 51 speichert ein Datenkennfeld (ML-Datenkennfeld) der PM-Kumulationsmenge ML. Das ML-Datenkennfeld weist Informationen der vorherigen und späteren PM-Anstiegscharakteristiklinien und der Grenzkumulationscharakteristiklinie auf. Die vorherigen und späteren PM-Anstiegscharakteristiklinien stellen eine normale Kumulationscharakteristik dar. Die Charakteristiklinien werden gemäß Daten, die durch Experimente oder ähnliches erhalten werden, im Voraus definiert. Die ECU 51 berechnet den Differenzialdruck dP gemäß dem erfassten Differenzialdruck dP und der erfassten Durchflussmenge des Abgases, wenn die Durchflussmenge des Abgases auf einem vorbestimmten Betrag liegt. Die ECU 51 berechnet die PM-Kumulationsmenge ML bezogen auf die normale Kumulationscharakteristik, die in dem ML-Datenkennfeld gespeichert ist. Die ECU 51 berechnet die Durchflussmenge des Abgases durch Korrigieren des Erfassungssignals der Durchflussmenge der Einlassluft auf der Grundlage des Erfassungssignals, wie zum Beispiel der DPF-Einlasstemperatur und der DPF-Auslasstemperatur.
Wenn die berechnete PM-Kumulationsmenge ML in den vorbestimmten Zwangsübergangsbereich eintritt, werden die Partikel, die sich an dem Partikelfilter 32 ansammeln, gezwungenermaßen durch eine Nacheinspritzung oder ähnliches verbrannt.
Die ECU 51 berechnet eine Menge der Partikel (PM-Ausbrandmenge), die durch den Zwangsübergang verbrannt wird.
Die spätere PM-Anstiegscharakteristiklinie wird zu der unteren Seite mit Bezug auf den Differenzialdruck dP für die PM-Ausbrandmenge in dem ML-Datenkennfeld verschoben. Wenn der Zwangsübergang abgeschlossen ist, berechnet die ECU 51 die PM- Kumulationsmenge ML bezogen auf die Grenzkumulationscharakteristiklinie, die in dem ML-Datenkennfeld gespeichert ist. Wenn die berechnete PM-Kumulationsmenge ML auf eine vorbestimmte Regenerationsbedarfsmenge ansteigt, wird der Partikelfilter 32 gezwungenermaßen durch eine Nacheinspritzung oder ähnliches regeneriert, so dass der Partikelfilter 32 vor einer übermäßigen Kumulation der Partikel geschützt wird. Der ROM der ECU 51 kann die Informationen der Charakteristiklinien in dem ML-Datenkennfeld als Relationsformel speichern.
Der Schritt S101, der in 6 gezeigt ist, dient als eine PM-Kumulationsmengenberechnungseinrichtung (Kumulationsmengenberechnungseinrichtung). In dem Schritt S101 berechnet die ECU 51 die PM-Kumulationsmenge ML gemäß einer normalen Kumulationscharakteristik, die durch die vorherige und spätere PM-Anstiegscharakteristiklinien dargestellt wird.
In dem Schritt S102 wird bestimmt, ob die PM-Kumulationsmenge ML, die in dem Schritt S101 berechnet wird, sich in dem Zwangsübergangsbereich befindet. Wenn die PM-Kumulationsmenge ML sich nicht in dem Zwangsübergangsbereich befindet, wird in dem Schritt S102 eine negative Bestimmung gemacht und kehrt die Routine zu dem Schritt S101 zurück.
Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ist der Zwangsübergangsbereich durch die Punkte A, B an der späteren PM-Anstiegscharakteristiklinie und die Punkte C, D an der Grenzkumulationscharakteristiklinie definiert.
Der Zwangsübergangsbereich wird folgendermaßen definiert. Wie in 7A gezeigt ist, ist die Grenzkumulationscharakteristik an der Seite, an der die PM-Kumulationsmenge ML gering ist, insbesondere an der Seite des Ausgangspunkts in der Realität nicht stabil. Insbesondere ist eine Ist-Grenzkumulationscharakteristiklinie nicht notwendigerweise gerade in der Umgebung des Ausgangspunkts. Demgemäß kann die PM-Kumulationsmenge ML nicht genau gemäß der Grenzkumulationscharakteristiklinie geschätzt werden, die zu einer im Wesentlichen geraden Linie angenähert wird, in der Umgebung des Ausgangspunkts. Die Breite des Bereichs, in dem die Grenzkumulationscharakteristik nicht stabil ist, wird als 0 - PMdef definiert. Die Schätzung der PM-Kumulationsmenge ML kann einen Fehler in dem Bereich 0 – PMdef an der Grenzkumulationscharakteristik verursachen. Demgemäß wird die PM-Kumulationsmenge ML vorzugsweise in dem Bereich 0 – PMdef an der Grenzkumulationscharakteristik nicht geschätzt. Die gepunktete Linie, die in 7B gezeigt ist, ist eine Charakteristiklinie, die einen Verbrennungsprozess darstellt. Die gepunktete Linie hat eine Steigung, die flacher als die Steigung der späteren PM-Anstiegscharakteristiklinie der normalen Kumulationscharakteristik ist. In diesem Fall verbrennen Partikel, die sich an der Fläche der DPF-Wände ansammeln, ebenso wie Partikel in den Poren.
Hier wird PMNOx als der größte Verringerungsbetrag der PM-Kumulationsmenge ML definiert, wenn die PM-Kumulationsmenge ML sich von der normalen Kumulationscharakteristik zu der Grenzkumulationscharakteristik nach dem Ausbrennen der Partikel in einem Verbrennungsprozess verringert.
Wie in 7C gezeigt ist, ist eine Standard-PM-Kumulationsmenge C als PMdef + PMNOx definiert, so dass Genauigkeit der Schätzung der PM-Kumulationsmenge ML aufrecht erhalten werden kann, nachdem der Zwangsübergang von dem Punkt A durchgeführt wird, wenn die PM-Kumulationsmenge ML die Standard-PM-Kumulationsmenge C ist. Dadurch wird auch dann, wenn die PM-Kumulationsmenge ML sich von der normalen Kumulationscharakteristik zu der Grenzkumulationscharakteristik verringert, die Schätzung der PM-Kumulationsmenge ML in dem Bereich 0 – PMdef der Grenzkumulationscharakteristik nicht durchgeführt. Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 sind die Punkte A, B an der späteren PM-Anstiegscharakteristiklinie jeweils auf der Grundlage der Punkte C, D an der Grenzkumulationscharakteristiklinie definiert. Der Punkt A entspricht dem Punkt C. Wenn die PM-Kumulationsmenge ML gleich wie oder geringer als ein Kumulationspunkt der Partikel entsprechend dem Punkt C an der Grenzkumulationscharakteristiklinie ist, wird die Genauigkeit der Schätzung der PM-Kumulationsmenge ML gemäß der Grenzkumulationscharakteristiklinie gering.
Der Punkt B ist entsprechend dem Punkt D definiert. Der Punkt D ist so definiert, dass die PM-Kumulationsmenge ML sich nicht auf die Regenerationsbedarfsmenge bei dem Zwangsübergang unter Berücksichtigung eines maximalen Grads eines Fehlers vergrößert, der sich beim Schätzen der PM-Kumulationsmenge ML ergibt.
Als nächstes wird der Grund beschrieben, warum ein Fehler bei der Schätzung der PM-Kumulationsmenge ML in dem Bereich 0 – PMdef groß wird. 8 stellt eine Verteilung von Partikeln in dem Partikelfilter 32 dar, nachdem die Partikel verbrannt sind und die PM-Kumulationsmenge ML in dem Bereich von 0 – PMdef an der Grenzkumulationscharakteristiklinie liegt. Bei dem Partikelfilter 32 wird eine Temperatur des stromabwärtigen Abschnitts des Partikelfilters 32 höher als eine Temperatur von dessen stromaufwärtigen Abschnitt. Daher verbleibt eine große Menge der Partikel an der stromaufwärtigen Seite des Partikelfilters 32 im Vergleich mit der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters 32. Die Temperatur der Atmosphäre um den Partikelfilter 32 ist beträchtlich niedriger als die Temperatur innerhalb des Partikelfilters 32. Daher wird die Temperatur des Partikelfilters 32 an dem äußeren Umfang des Partikelfilters 32 niedrig, welche die radial äußere Seite zu der Atmosphäre ist. Daher ist es wahrscheinlich, dass Partikel ohne Verbrennen an der radial äußeren Umfangsseite des Partikelfilters 32 verbleiben. Als Folge ist es wahrscheinlich, dass Partikel an der Fläche der DPF-Wände in der Umgebung der Mitte der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters 32 verbrennen und sich die Tendenz ergibt, dass das Basismaterial des Partikelfilters 32 freigelegt wird. Dagegen ist es wahrscheinlich, dass die Partikel an anderen Bereichen in dem Partikelfilter 32 übrig bleiben. Somit ist es, wie in 7A gezeigt ist, wahrscheinlich, dass die Grenzkumulationscharakteristik in der Umgebung des Ausgangsabschnitts aufgrund der Uneinheitlichkeit der Verbrennungsbedingung der Partikel nicht linear ist. Ferner verändert sich die Uneinheitlichkeit der verbleibenden Partikel aufgrund der Durchflussmenge des Abgases und der Temperatur der Atmosphäre um den Partikelfilter 32, wobei daher die Uneinheitlichkeit der verbleibenden Partikel instabil ist. Demgemäß ist der Bereich 0 – PMdef, in dem ein Fehler hinsichtlich der Schätzung der PM-Kumulationsmenge ML auftaucht, an der Grenzkumulationscharakteristiklinie vorhanden.
Als nächstes wird der Grad von PMNOx beschrieben. Eine Verbrennungsbedingung der Partikel wird durch eine Reaktion zwischen den Partikeln und NO2, das in dem Abgas enthalten ist, wie auch eine Reaktion zwischen den Partikeln und dem Katalysator an dem Partikelfilter 32 beeinflusst. Daher hängt die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel von einem Kontaktzustand zwischen den Partikeln und dem Katalysator sowie einem Kontaktzustand zwischen den Partikeln und NO2 ab. Wenn sich der Kontaktzustand zwischen den Partikeln und dem Katalysator verbessert und sich der Kontaktzustand zwischen den Partikeln und dem NO2 verbessert, wird eine Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel hoch. Die Partikel, die sich an dem Partikelfilter 32 ansammeln, werden grob als Partikel in den Poren oder Partikel an der Fläche der DPF-Wände klassifiziert. Der Kontaktzustand zwischen den Partikeln und dem Katalysator ist in den Poren hervorragend. Der Kontaktzustand zwischen den Partikeln NO2 in den Poren wird als äquivalent zu dem Kontaktzustand zwischen den Partikeln und dem NO2 an der Fläche der DPF-Wände betrachtet. Im Ganzen ist die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel an der Fläche der DPF- Wände nicht höher als die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel in den Poren.
Auch wenn eine große Menge der Partikel an der Fläche der DPF-Wände verbrennt, ändert sich der Differenzialdruck dP des Partikelfilters 32 nicht signifikant. Daher wird, wenn die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel an der Fläche der DPF-Wände am höchsten wird, die Steigung der Charakteristiklinie des Verbrennungsprozesses am flachsten.
Insgesamt übersteigt die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel an der Fläche der DPF-Wände nicht die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel in den Poren. Daher kann PMNOx unter Berücksichtigung dieser Tatsache eingestellt werden. Insbesondere wird PMNOx unter einer Bedingung geschätzt, in der die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel an der Fläche der DPF-Wände der Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel in den Poren ist, und wird die Standard-PM-Kumulationsmenge C auf der Grundlage des geschätzten PMNOx eingestellt. Dadurch bewegt sich die PM-Kumulationsmenge ML nicht in den Bereich 0 – PMdef, in dem ein Fehler hinsichtlich der Schätzung der PM-Kumulationsmenge ML groß wird, an der Grenzkumulationscharakteristiklinie.
Wie in 9 gezeigt ist, ist die PM-Kumulationsmenge ML in den Poren im Wesentlichen äquivalent zu der PM-Kumulationsmenge ML an dem Übergangspunkt. Wenn die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel an der Fläche der DPF-Wände im Wesentlichen gleich der Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel in den Poren ist, verbrennen Partikel an der Fläche der DPF-Wände mit dem gleichen Betrag der Partikel, mit dem sie in den Poren verbrennen. Daher kann PMNOx im Wesentlichen zu zweimal der PM-Kumulationsmenge ML an dem Übergangspunkt eingestellt werden. Dadurch bewegt sich die PM-Kumulationsmenge ML nicht in den Bereich von 0 – PMdef an der Grenzkumulationscharakteristik, auch wenn die Partikel an der Fläche der DPF-Wände mit der höchsten Verbrennungsgeschwindigkeit brennen.
Die 10A, 10B und 10C stellen Partikel dar, die in dieser Reihenfolge unter der vorstehend genannten Verbrennungsbedingung verbrennen. Insbesondere ist eine Ist-PM-Kumulationsmenge ML zweimal die PM-Kumulationsmenge ML an dem Übergangspunkt und ist die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel an der Fläche der DPF-Wände im Wesentlichen gleich der Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel in den Poren unter der Bedingung der 10A, 10B und 10C. In dieser Situation verbrennen Partikel an der Fläche der DPF-Wände vollständig gleichzeitig damit, dass die Partikel in den Poren vollständig verbrennen. Die PM-Kumulationsmenge ML bewegt sich von der normalen Kumulationscharakteristik zu dem Ausgangspunkt, an dem die PM-Kumulationsmenge ML im Wesentlichen null ist, an der Grenzkumulationscharakteristik (7B).
Wenn eine Menge von NO2, das von dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, so gesteuert wird, dass sie gering ist, wird die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel an der Fläche der DPF-Wände niedriger als die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel in den Poren. Daher kann PMNOx auf gleich wie oder größer als die PM-Kumulationsmenge ML an dem Übergangspunkt eingestellt werden und kann PMNOx auf weniger als zweimal die PM-Kumulationsmenge ML an dem Übergangspunkt eingestellt werden.
Wenn unter Bezugnahme auf 6 die PM-Kumulationsmenge ML, die in dem Schritt S101 berechnet wird, in dem Zwangsübergangsbereich liegt, wird eine positive Bestimmung in dem Schritt S102 gemacht und wird nachfolgend bewertet, ob die ECU 51 den Zwangsübergang bei dem Schritt S103 durchführen kann. Insbesondere bei dem Schritt S103 kann die Ecu 51 den Zwangsübergang durchführen, wenn die Temperatur des Partikelfilters 32 auf gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Standardtemperatur zum Starten einer Verbrennung von Partikeln durch eine Nacheinspritzung beispielsweise erhöht werden kann. Wenn eine negative Bestimmung in dem Schritt S103 gemacht, schreitet die Routine zu dem Schritt S106 weiter.
Wie in 11 gezeigt ist, kann eine Reaktion von Partikeln mit NO2 einen niedrigen Temperaturbereich (DPF-Temperatur) des Partikelfilters 32 im Vergleich mit der Reaktion der Partikel mit dem Katalysator verursachen. Daher wird die Standardtemperatur (Grenzwert) auf eine Temperatur eingestellt, bei der Partikel mit NO2 reagieren.
Unter Bezugnahme auf 11 verringert sich hinsichtlich einer Reaktion zwischen den Partikeln (PM) und NO2 die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel in einem hohen Bereich der DPF-Temperatur. Dagegen steigt hinsichtlich der Reaktion zwischen den Partikeln (PM) und Sauerstoff die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel eher in dem hohen Bereich der DPF-Temperatur an, wenn die DPF-Temperatur ansteigt. Wenn die DPF-Temperatur gleich wie oder größer als die Standardtemperatur (Grenzwert) ist, wird angenommen, dass die Partikel durch Durchführen des Zwangsübergangs verbrannt werden können.
Die ECU 51 führt den Zwangsübergang in dem Fall nicht durch, in dem die DPF-Temperatur sich nicht auf gleich wie oder größer als die Standardtemperatur erhöht, auch wenn die ECU 51 den Zwangsübergang durchführt. Außerdem führt die ECU 51 den Zwangsübergang nicht durch, wenn die DPF-Temperatur sich in einem Hochtemperaturzustand befindet, in dem die Partikel spontan verbrannt werden können, so dass die Kraftstoffeffizienz durch Begrenzen des Zwangsübergangs aufrecht erhalten werden kann.
In dem Schritt 104 führt die ECU 51 den Zwangsübergang beispielsweise durch eine Nacheinspritzung durch. Nachfolgend wird in dem Schritt 105 die PM-Ausbrandmenge der Partikel, die durch den Zwangsübergang verbrannt werden, berechnet. Beispielsweise berechnet die ECU 51 die Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel in den Poren gemäß der DPF-Temperatur und der PM-Kumulationsmenge ML. Die ECU 51 integriert die berechnete Verbrennungsgeschwindigkeit der Partikel von dem Beginn der Verbrennung der Partikel, so dass die ECU 51 die PM-Ausbrandmenge berechnen kann.
Nachfolgend wird in dem Schritt S106 bewertet, ob die Kumulationscharakteristik der PM-Kumulationsmenge ML vollständig von der normalen Kumulationscharakteristik zu der Grenzkumulationscharakteristik durch Verbrennen der Partikel in dem Zwangsübergang bewegt wird. Beispielsweise wird eine positive Bestimmung in dem Schritt S106 gemacht, wenn die PM-Ausbrandmenge, die in dem Schritt S105 berechnet wird, sich von dem Beginn der Verbrennung der Partikel zu der PM-Kumulationsmenge ML vergrößert, die an dem Übergangspunkt in der normalen Kumulationscharakteristik liegt. Wenn eine negative Bestimmung in dem Schritt S106 gemacht wird, kehrt die Routine zu dem Schritt S103 zurück und setzt die ECU 51 den Zwangsübergang fort.
Wenn sich die normale Kumulationscharakteristik vollständig zu der Grenzkumulationscharakteristik durch Verbrennen der Partikel durch den Zwangsübergang bewegt, wird in dem Schritt 5106 eine positive Bestimmung gemacht und endet die Routine (Zwangsübergangsregeneration) in dem Schritt S107.
Wenn unter Bezugnahme auf 4 der Zwangsübergang beginnt, setzt sich der Zwangsübergang fort, bevor sich die normale Kumulationscharakteristik zu der Grenzkumulationscharakteristik in diesem Ausführungsbeispiel bewegt. Daher braucht die Kumulationscharakteristik nicht häufig korrigiert zu werden, wenn die Partikel verbrennen. Wenn unter Bezugnahme auf 5 die ECU 51 bestimmt, dass es schwierig ist, den Zwangsübergang fortzusetzen, beendet die ECU 51 den Zwangsübergang, bis die Betriebsbedingung sich zu einer Bedingung ändert, in der die ECU 51 den Zwangsübergang durchführen kann. Daher kann begrenzt werden, dass die Kraftstoffeffizienz aufgrund der überflüssigen Durchführung des Zwangsübergangs verschlechtert wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Der Übergang von der normalen Kumulationscharakteristik zu der Grenzkumulationscharakteristik kann auf eine andere Art und Weise durchgeführt werden. 12 stellt eine Bedingung dar, bei der eine spontane Regeneration an der späteren PM-Anstiegscharakteristiklinie in einem Bereich außerhalb des Zwangsübergangsbereichs auftritt. Nachfolgend tritt die Spontanregeneration auf dem Weg aus, auf dem sich die Kumulationscharakteristik zu der Grenzkumulationscharakteristik bewegt. In dieser Situation wird eine Zwischenübergangscharakteristiklinie von einem Austrittspunkt, an dem die spontane Regeneration austritt, so eingestellt, dass sie parallel mit der späteren PM-Anstiegscharakteristiklinie ist.
Die ECU 51 berechnet die PM-Kumulationsmenge gemäß der unmittelbaren Übergangscharakteristiklinie. Wenn sich die PM-Kumulationsmenge in den Zwangsübergangsbereich vergrößert, führt die ECU 51 den Zwangsübergang derart durch, dass die Kumulationscharakteristik sich zu der Grenzkumulationscharakteristik bewegt. Nachfolgend berechnet die ECU 51 die PM-Kumulationsmenge gemäß der Grenzkumulationscharakteristik. Wenn sich die berechnete PM-Kumulationsmenge zu der Regenerationsbedarfsmenge erhöht, regeneriert die ECU 51 gezwungenermaßen den Partikelfilter 32, so dass die Partikel verbrannt und von dem Partikelfilter 32 entfernt werden.
In dem Schritt S201 in 13 wird bewertet, ob die Regeneration des Partikelfilters 32 abgeschlossen ist oder nicht. Wenn eine negative Bestimmung in dem Schritt S201 gemacht wird, endet die Routine. Wenn eine positive Bestimmung in dem Schritt S201 gemacht wird, schreitet die Routine zu dem Schritt S202 weiter, bei dem eine PM-Ausbrandmenge MPMb zurückgestellt wird. Nachfolgend schätzt in dem Schritt S203 die ECU 51 eine PM-Kumulationsmenge MPM gemäß der normalen Kumulationscharakteristik.
Die Schritte S204 bis S206 dienen als Ausbrandmengenberechnungseinrichtung. In dem Schritt S204 berechnet die ECU 51 eine DPF-Temperatur TDPF auf der Grundlage eines Erfassungssignals. In dem Schritt S205 berechnet die ECU 51 eine Ausbrandgeschwindigkeit (PM-Verbrennungsgeschwindigkeit VPM) der Partikel gemäß der PM-Kumulationsmenge MPM und der DPF-Temperatur TDPF. Der ROM der ECU 51 speichert ein PM-Verbrennungsgeschwindigkeitsdatenkennfeld, das Informationen der PM-Verbrennungsgeschwindigkeit VPM aufweist, die entsprechend der PM-Kumulationsmenge MPM und der DPF-Temperatur TDPF gespeichert werden. Die ECU 51 bestimmt die PM-Verbrennungsgeschwindigkeit VPM bezogen auf das PM-Verbrennungsgeschwindigkeitsdatenkennfeld.
Wie in 14 gezeigt ist, vergrößert sich die PM-Verbrennungsgeschwindigkeit VPM, wenn sich die PM-Kumulationsmenge MPM vergrößert. Wie in 15 gezeigt ist, vergrößert sich die PM-Verbrennungsgeschwindigkeit VPM, wenn sich die DPF-Temperatur TDPF vergrößert. Das PM-Verbrennungsgeschwindigkeitsdatenkennfeld ist gemäß Daten vorbestimmt, die beispielsweise durch Experimente erhalten werden.
In dem Schritt S206 in 13 berechnet die ECU 51 die PM-Ausbrandmenge MPMb durch Integrieren der PM-Verbrennungsgeschwindigkeit VPM. Insbesondere addiert die ECU 51 den vorhergehenden Wert der PM-Ausbrandmenge MPMb zu dem vorliegenden Wert der PM-Verbrennungsgeschwindigkeit VPM, um die PM-Ausbrandmenge MPMb zu berechnen und zu aktualisieren. Die PM-Ausbrandmenge MPMb wird so standardisiert, dass sie ein Wert ist, der eine Einheitszeit als Abtastdauer der Temperatursensoren 53a, 53b des Abgases hat.
Die Ausbrandmenge MPMb der Partikel ist eine Summation einer Ausbrandmenge der Partikel durch die Reaktion mit Sauerstoff und einer Ausbrandmenge der Partikel durch eine Reaktion mit NOx.
In dem Schritt S207 stellt die ECU 51 eine mittlere Übergangscharakteristiklinie durch Korrigieren der späteren Pm-Anstiegscharakteristiklinie gemäß der PM-Ausbrandmenge MPMb ein, die in Schritt S206 berechnet wird. Insbesondere verschiebt die ECU 51 die spätere PM-Anstiegscharakteristiklinie parallel zu der Seite, an der der Differenzialdruck dP klein wird.
Die Prozedur in den Schritten 208 bis 213 ist der Prozedur in den Schritten 5102 bis 5107 ähnlich. In dem Schritt S211 stellt die ECU 51 die mittlere Übergangscharakteristiklinie ähnlich wie in Schritt S207 zurück. Insbesondere berechnet die ECU 51 die Ausbrandmenge der Partikel, die durch den Zwangsübergang verbrannt werden, ähnlich wie in Schritt S105 und stellt die mittlere Übergangscharakteristiklinie gemäß der berechneten Ausbrandmenge der Partikel ein.
In diesem Ausführungsbeispiel stellt die ECU 51 die mittlere Übergangscharakteristiklinie, die gemäß der PM-Ausbrandmenge MPMb korrigiert wird, im Vorfeld der Bewertung ein, ob die ECU 51 den Zwangsübergang durchführt, oder wenn das Ausbrennen der Partikel nach dem Durchführen des Zwangsübergangs erfasst wird.
Hier ist die PM-Ausbrandmenge MPMb eine Ausbrandmenge der Partikel, die von einem Zustand unmittelbar nach einer vollständigen Regeneration verbrennen. Die ECU 51 definiert den Grad der Verschiebung der späteren PM-Anstiegscharakteristiklinie zu der mittleren Übergangscharakteristiklinie gemäß der PM-Ausbrandmenge MPMb.
Die Routine folgend auf den Schritt S208 wird nicht ausgeführt, solange die spontane Verbrennung sich fortsetzt. Dadurch bewegt sich die Kumulationscharakteristik von der normalen Kumulationscharakteristik zu der Grenzkumulationscharakteristik durch die spontane Regeneration ohne Durchführen des Zwangsübergangs. Wenn die spontane Regeneration auf halbem Weg austritt, berechnet die ECU 51 die PM-Kumulationsmenge MPM gemäß der unmittelbaren Übergangscharakteristiklinie. Wenn die PM-Kumulationsmenge MPM sich in den Zwangsübergangsbereich vergrößert, führt die ECU 51 die Routine von dem Schritt S208 aus.
Wenn die Partikel im Wesentlichen vollständig verbrannt werden, während sich die PM-Kumulationsmenge MPM entlang der Grenzkumulationscharakteristiklinie verringert, die die im Wesentlichen gerade Linie ist, die die Grenzkumulationscharakteristik definiert, und wenn sich die PM-Kumulationsmenge MPM auf den Ausgangspunkt verringert, stellt die ECU 51 die Kumulationscharakteristik von der Grenzkumulationscharakteristiklinie zu der vorherigen Anstiegscharakteristik zurück.
Die PM-Ausbrandmenge ist nicht auf diejenige begrenzt, die derart erfasst wird, wie vorstehend beschrieben ist. Die PM-Ausbrandmenge kann gemäß einer Veränderung von Zustandsgrößen des Verbrennungsmotorkörpers 1 und des Partikelfilters 32 geschätzt werden. Die Zustandsgrößen des Verbrennungsmotorkörpers 1 und des Partikelfilters 32 können eine Temperatur des Abgases, eine Konzentration von NOx, eine Konzentration von Sauerstoff, eine Kumulationsmenge der Partikel, die unter Verwendung der MPM-Berechnungseinrichtung berechnet wird, umfassen. Die Zustandsgrößen des Verbrennungsmotorkörpers 1 und des Partikelfilters 32 können ein Erfassungssignal des Differenzialdrucks dP, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors, eine Einspritzmenge des Kraftstoffs, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs, das die Abgasreinigungsvorrichtung aufweist, eine Veränderung einer Menge von Einlassluft, die in den Zylinder des Verbrennungsmotors pro Zeiteinheit gesaugt wird, beispielsweise umfassen.
(Abgewandeltes Ausführungsbeispiel)
Wie in 16 gezeigt ist, taucht die spontane Regeneration des Partikelfilters 32 an der späteren PM-Anstiegscharakteristiklinie in einem Bereich ausschließlich des Zwangsübergangsbereichs auf. Insbesondere verbrennen die Partikel spontan in dem Bereich ausschließlich des Zwangsübergangsbereichs und bewegt sich die Kumulationscharakteristik vollständig zu der Grenzkumulationscharakteristiklinie. In diesem Fall wird die PM-Kumulationsmenge ML an der Grenzkumulationscharakteristiklinie gleich oder geringer als die Standard-PM-Kumulationsmenge C, die den Zwangsübergangsbereich definiert. In dieser Situation kann die Genauigkeit der Schätzung der PM-Kumulationsmenge ML gering sein. In diesem Fall führt die ECU 51 die Zwangsregeneration durch, bis die Partikel im Wesentlichen vollständig entfernt sind, so dass die PM-Kumulationsmenge ML sich auf den Ausgangspunkt verringert. Dadurch kann begrenzt werden, dass die PM-Kumulationsmenge ML in einem Bereich geschätzt wird, in dem die Genauigkeit der Schätzung der PM-Kumulationsmenge ML gering ist.
Wie in 17 gezeigt ist, kann der Partikelfilterkörper 4A einen Vorkatalysatoraufbau haben, bei dem der Katalysator 41 an der stromaufwärtigen Seite des Filterkörpers 42 vorgesehen ist. Wie in 18 gezeigt ist, kann der Differenzialdrucksensor 54 zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Filterkörpers 42 vorgesehen sein, um den Differenzialdruck des Filterkörpers 42 an dem Vorkatalysatoraufbau zu erfassen. Wie in 19 gezeigt ist, kann der Temperatursensor 53a zwischen dem Katalysator 41 und dem Filterkörper 42 vorgesehen sein, um die Temperatur zwischen dem Katalysator 41 und dem Filterkörper 42 zu erfassen. Wie in 20 gezeigt ist, kann der Differenzialdrucksensor 54 zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Filterkörpers 42 vorgesehen sein, um den Differenzialdruck des Filterkörpers 42 zu erfassen, und kann der Temperatursensor 53a zwischen dem Katalysator 41 und dem Filterkörper 42 ähnlich wie bei den Strukturen der 18 und 19 vorgesehen sein. Der Filterkörper 42 kann einen Aufbau haben, bei dem die Katalysatoren ungestützt sind.
Die Strukturen und Verfahren der vorstehend genannten Ausführungsbeispiele können geeignet kombiniert werden.
Es ist erkennbar, dass, während die Prozesse der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung hier so beschrieben wurden, dass sie eine spezifische Abfolge von Schritten aufweisen, ferner alternative Ausführungsbeispiele einschließlich verschiedenartiger anderer Abfolgen dieser Schritte und/oder zusätzlicher Schritte, die hier nicht offenbart sind, innerhalb der Schritte der vorliegenden Erfindung liegen sollen.
Verschiedenartige Abwandlungen und Änderungen können weitgehend an den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen ohne Abweichen von dem Grundkonzept der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
Somit weist die Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor weist einen Partikelfilter 32 auf halbem Weg in einem Abgasdurchgang 3 zum Sammeln von Partikeln auf. Eine Steuereinrichtung 51 berechnet eine Kumulationsmenge ML von Partikeln an dem Partikelfilter 32. Eine Kumulationsmengenberechnungseinrichtung 51, S101 berechnet die Kumulationsmenge ML gemäß einer Kumulationscharakteristik und einem Differenzialdruck dP des Partikelfilters 32, der unter Verwendung einer Differenzialdruckerfassungseinrichtung 54 erfasst wird. Wenn die Kumulationsmenge ML eine vorbestimmte Regenerationsbedarfsmenge wird, führt die Steuereinrichtung 51 eine Zwangsregeneration durch, in der Partikel an dem Partikelfilter 32 verbrannt werden und entfernt werden, um den Partikelfilter 32 zu regenerieren.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsvorrichtung folgendes aufweist: einen Partikelfilter (32), der auf halbem Weg in einem Abgasdurchgang (3) vorgesehen ist, wobei der Partikelfilter (32) Partikel sammelt, die in einem Abgas enthalten sind, wobei die Partikel sich in dem Partikelfilter (32) dadurch ansammeln, dass sie durch den Partikelfilter (32) gesammelt werden; eine Differenzialdruckerfassungseinrichtung (54), die einen Differenzialdruck (dP) des Partikelfilters (32) erfasst; und eine Steuereinrichtung (51), die eine Zwangsregeneration durchführt, bei der Partikel, die sich an dem Partikelfilter (32) ansammeln, verbrannt und entfernt werden, um den Partikelfilter (32) zu regenerieren, wenn eine Kumulationsmenge (ML, MPM) der Partikel, die sich an dem Partikelfilter (32) ansammeln, eine vorbestimmte Regenerationsbedarfsmenge wird, wobei die Steuereinrichtung (51) eine Kumulationsmengenberechnungseinrichtung (51, S101, S203, 5207) aufweist, die die Kumulationsmenge (ML, MPM) gemäß einer Kumulationscharakteristik und zumindest dem Differenzialdruck (dP) berechnet, wobei die Steuereinrichtung (51) die Kumulationscharakteristik definiert, die eine Beziehung zwischen der Kumulationsmenge (ML, MPM) und dem Differenzialdruck (dP) ist, wobei die Steuereinrichtung (51) eine vorherige Anstiegscharakteristiklinie an einer Seite definiert, an der die Kumulationsmenge (ML, MPM) gleich wie oder geringer als eine Kumulationsmenge (ML, MPM) ist, die an einem vorbestimmten Übergangspunkt definiert ist, wobei die vorherige Anstiegscharakteristiklinie eine im Wesentlichen gerade Linie ist, die durch einen Ausgangspunkt tritt, an dem die Kumulationsmenge (ML, MPM) null ist, wobei die Steuereinrichtung (51) eine spätere Anstiegscharakteristiklinie an einer Seite definiert, an der die Kumulationsmenge (ML, MPM) größer als die Kumulationsmenge (ML, MPM) ist, die an dem Übergangspunkt definiert ist,, wobei die spätere Anstiegscharakteristiklinie eine im Wesentlichen gerade Linie ist, die eine Steigung hat, die geringer als eine Steigung der vorherigen Anstiegscharakteristiklinie ist, wobei dann, wenn der Differenzialdruck (dP) von dem Ausgangspunkt entlang der vorherigen Anstiegscharakteristiklinie ansteigt und wenn der Differenzialdruck (dP) größer als ein Differenzialdruck (dP) wird, der an dem Übergangspunkt definiert ist, der Differenzialdruck (dP) sich entlang der späteren Anstiegscharakteristiklinie vergrößert, wobei die Steuereinrichtung (51) eine Grenzkumulationscharakteristik mit einer im Wesentlichen geraden Linie definiert, die durch den Ausgangspunkt tritt und eine Steigung hat, die im Wesentlichen die gleiche wie die Steigung der späteren Anstiegscharakteristiklinie ist, wobei die Steuereinrichtung (51) ferner eine Zwangsübergangseinrichtung (51, S104, S210) aufweist, die einen Zwangsübergang durchführt, wenn die Kumulationsmenge (ML, MPM), die gemäß der Kumulationscharakteristik berechnet wird, in einen vorbestimmten Zwangsübergangsbereich eintritt, wobei die Partikel, die sich in dem Partikelfilter (32) ansammeln, in dem Zwangsübergang verbrannt werden, bis die Kumulationscharakteristik im Wesentlichen die Grenzkumulationscharakteristik wird, und wobei die Kumulationsmengenberechnungseinrichtung (51, S101, S203, S207) die Kumulationscharakteristik zu der Grenzkumulationscharakteristik bewegt, bis die Kumulationscharakteristik im Wesentlichen die Grenzkumulationscharakteristik wird, wenn die Partikel, die sich in dem Partikelfilter (32) ansammeln, durch die Zwangsübergangseinrichtung (51, S104, S210) verbrannt werden.
Reinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Zwangsübergangseinrichtung (51, S104) bewertet, ob Partikel, die sich in dem Partikelfilter (32) ansammeln, in dem Zwangsübergangsbereich verbrannt werden können, gemäß einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine, wobei dann, wenn bestimmt wird, dass die Partikel, die sich in dem Partikelfilter (32) ansammeln, nicht verbrannt werden können, die Zwangsübergangseinrichtung (51, S104) den Zwangsübergang nicht durchführt, und wobei dann, wenn die Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine eine Bedingung wird, bei der die Partikel, die sich in dem Partikelfilter (32) ansammeln, verbrannt werden können, die Zwangsübergangseinrichtung (51, S104) den Zwangsübergang durchführt.
Reinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei dann, die Betriebsbedingung der 8rennkraftmaschine eine Bedingung ist, bei der Partikel, die sich an dem Partikelfilter (32) ansammeln, spontan in dem Zwangsübergangsbereich verbrannt werden können, die Zwangsübergangseinrichtung (51, S210) den Zwangsübergang nicht durchführt, und wobei dann, wenn die Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine eine Bedingung wird, in der die Partikel, die sich in dem Partikelfilter (32) ansammeln, nicht spontan verbrannt werden können, die Zwangsübergangseinrichtung (51, S210) den Zwangsübergang durchführt.
Reinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dann, wenn die Kumulationscharakteristik sich unmittelbar zu der Grenzkumulationscharakteristik durch Verbrennen von Partikeln, die sich an dem Partikelfilter (32) ansammeln, bewegt und wenn die Partikel die Verbrennung abbrechen, während die Kumulationscharakteristik sich unmittelbar zu der Grenzkumulationscharakteristik bewegt, die Kumulationsmengenberechnungseinrichtung (51, S203, S207) die spätere Anstiegscharakteristiklinie im Wesentlichen parallel zu einer Seite verschiebt, an der der Differenzialdruck (dP) klein wird, um eine unmittelbare Übergangscharakteristiklinie einzustellen, wobei die Kumulationsmengenberechnungseinrichtung (51, S203, S207) die Kumulationsmenge (MPM) der Partikel, die sich an dem Partikelfilter (32) ansammeln, gemäß der unmittelbaren Übergangscharakteristiklinie berechnet, und wobei dann, wenn die Kumulationsmenge (MPM), die gemäß der unmittelbaren Übergangscharakteristiklinie berechnet wird, in dem Zwangsübergangsbereich liegt, die Zwangsübergangseinrichtung (51, S210) den Zwangsübergang durchführt.
Reinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung (51) ferner eine Ausbrandmengenberechnungseinrichtung (51, S204, S205, S206) aufweist, die eine Ausbrandmenge (MPMb) der Partikel, die sich in dem Partikelfilter (32) ansammeln, gemäß zumindest einem von einem Signal einer Betriebsbedingung der Brennkraftmaschine, einem Signal einer Temperatur des Abgases und einem Signal des Differenzialdrucks (dP) des Partikelfilters (32) berechnet, und wobei die Ausbrandmengenberechnungseinrichtung (51, S204, S205, S206) einen Grad einer Verschiebung der Kumulationscharakteristik von der späteren Anstiegscharakteristiklinie gemäß der Ausbrandmenge (MPMb) der Partikel berechnet, die sich in dem Partikelfilter (32) ansammeln, die durch die Ausbrandmengenberechnungseinrichtung (51, S204, S205, S206) berechnet wird, wenn die Kumulationsmengenberechnungseinrichtung (51, S203, S207) die unmittelbare Übergangscharakteristiklinie einstellt.
Reinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Ausbrandmenge (MPMb) der Partikel, die sich in dem Partikelfilter (32) ansammeln, eine Summation einer Ausbrandmenge (MPMb) der Partikel durch eine Reaktion mit Sauerstoff und eine Ausbrandmenge der Partikel durch eine Reaktion mit NOx ist.
Reinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei dann, wenn die Partikel, die sich in dem Partikelfilter (32) ansammeln, im Wesentlichen vollständig verbrannt sind, während die Kumulationsmenge (ML, MPM) sich entlang einer im Wesentlichen geraden Linie verringert, die die Grenzkumulationscharakteristik definiert, und wenn die Kumulationsmenge (ML, MPM) sich auf den Ausgangspunkt verringert, die Steuereinrichtung (51) die Kumulationscharakteristik zu der vorherigen Anstiegscharakteristiklinie zurückführt.