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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasfiltersystem, das einen Partikelfilter in einem Auslassrohr hat, das einen Übertemperaturanstieg des Partikelfilters während einer Regeneration des Partikelfilters beschränkt.
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Ein Abgasfiltersystem, das einen Dieselpartikelfilter (der als DPF bezeichnet ist) hat, der in einem Auslassrohr eines Dieselmotors angeordnet ist, ist gut bekannt. Der DPF fängt Partikel (die nachstehend als PM bezeichnet sind) ein, die in Abgasen von dem Dieselmotor enthalten sind. Der DPF wird periodisch regeneriert durch eine Verbrennung der angehäuften PM gemäß der angehäuften PM-Quantität, die von einem Differenzialdruck zwischen einem stromaufwärtigen Bereich und einem stromabwärtigen Bereich des DPF gemessen wird.
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JP 2004-068 804 A (
US 2003/0 230 060 A1 ) zeigt ein Problem des Abgasfiltersystems, das eine Temperatur des DPF übermäßig ansteigt bzw. überansteigt. Eine steile bzw. starke Verbrennung des akkumulierten DPF verursacht einen steilen Temperaturanstieg des DPF, so dass sie den DPF beschädigen kann und eine Verschlechterung des Katalysators bewirken kann, der durch den DPF unterstützt wird. Dieser Übertemperaturanstieg des DPF neigt dazu, besonders dann aufzutreten, wenn eine Temperatur des Abgases, das in den DPF einströmt, relativ hoch ist aufgrund eines Hochlastbetriebs des Verbrennungsmotors, oder wenn die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF hindurch geht, ist in einer Situation steil bzw. stark verringert, bei der die Temperatur des DPF durch eine Regenerationsoperation von diesem hoch ist. Wie in
2A gezeigt ist, ist dies so, weil die Wärmestrahlungsquantität HRAQ, die von einem DPF in das Abgas strahlt, steil bzw. stark verringert ist, um die Temperatur des DPF steil bzw. stark ansteigen zu lassen.
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Um den Temperaturanstieg zu beschränken, sogar wenn eine Operation ausgeführt wird, um die Wärmequantität HREQ zu verringern, die in den DPF von dem Abgas übertragen wird, zum Beispiel wenn die Abgastemperatur verringert wird oder unverbranntes HC gestoppt wird, um dem DPF zugeführt zu werden, ist es schwer den Temperaturanstieg des Ganzen des DPF zu beschränken bzw. zu verhindern, weil der stromabwärtige Abschnitt des DPF Wärme von dem stromaufwärtigen Abschnitt des DPF über das Abgas aufnimmt, das durch ihn hindurch strömt. Es ist notwendig die Abgasquantität zu erhöhen, die durch den DPF strömt, so dass die HRAQ in das Abgas erhöht wird, um den Temperaturanstieg des stromabwärtigen Abschnitts des DPF zu beschränken bzw. zu verhindern.
JP 2004-068 804 A zeigt das System, in dem die Abgasquantität, die in den DPF strömt, erhöht wird, wenn der Übertemperaturanstieg auftreten könnte.
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Wenn jedoch die Abgasströmungsrate während einer Regeneration von diesem zu stark erhöht wird, wird die Temperatur des stromaufwärtigen Abschnitts des DPF in beträchtlicher Weise verringert. Somit wird Kraftstoff verschwendet, um die Temperatur des DPF wieder zu erhöhen, so dass eine Kraftstoffwirtschaftlichkeit verschlechtert ist.
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Die
DE 10 2004 015 545 A1 offenbart ein Abgasfiltersystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Partikelfilter, der Partikel fängt, die in einem Abgas enthalten sind. Das Abgasfiltersystem hat eine Temperaturanstiegssteuereinrichtung zum Erhöhen einer Temperatur des Partikelfilters und Halten der Temperatur des Partikelfilters bei einer vorbestimmten Temperatur. Die Temperaturanstiegssteuereinrichtung hat eine Sollgaszustandsberechnungseinrichtung zum Berechnen eines Sollzustands des Abgases, das durch den Partikelfilter strömt, wobei in dem Sollzustand Wärme zwischen dem Partikelfilter und dem Abgas so übertragen wird, dass die Temperatur des Partikelfilters bei der vorbestimmten Temperatur aufrechterhalten wird; und eine Gasströmungsratensteuereinrichtung zum Einstellen einer Strömungsrate des Abgases, das durch den Partikelfilter strömt, in solch einer Weise, um den Sollzustand zu erhalten.
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Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehenden Sachverhalte gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Abgasfiltersystem vorzusehen, in dem eine Strömungsrate eines Abgases, das durch den DPF strömt, in so einer Weise gut gesteuert wird, dass ein Übertemperaturanstieg eines stromabwärtigen Abschnitts des DPF beschränkt bzw. verhindert wird und eine Verschlechterung einer Kraftstoffwirtschaftlichkeit aufgrund einer Temperaturverringerung eines stromaufwärtigen Abschnitts des DPF beschränkt bzw. verhindert wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit einem Abgasfiltersystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Abgasfiltersystem für einen Verbrennungsmotor einen Partikelfilter, der Partikel fängt, die in einem Abgas enthalten sind, und eine Temperaturanstiegssteuereinrichtung für ein Erhöhen einer Temperatur des Partikelfilters und Halten der Temperatur des Partikelfilters bei einer vorbestimmten Temperatur. Die Temperaturanstiegssteuereinrichtung hat eine Zielgaszustandsberechnungseinrichtung für ein Berechnen eines Zielzustands des Abgases, das durch den Partikelfilter strömt, wobei in dem Zielzustand Wärme zwischen dem Partikelfilter und dem Abgas so übertragen wird, dass die Temperatur des Partikelfilters bei der vorbestimmten Temperatur aufrecht erhalten wird. Die Temperaturanstiegssteuereinrichtung hat eine Gasströmungsratensteuereinrichtung für ein Einstellen einer Strömungsrate des Abgases, das durch den Partikelfilter strömt, in solch einer Weise, um den Zielzustand zu erhalten. Die Sollgaszustandsberechnungseinrichtung berechnet eine Überschuss- und Defizitwärmemenge, die ausreichend ist für ein Aufrechterhalten des Partikelfilters bei der vorbestimmten Temperatur, und berechnet den Sollgaszustand so, dass die Überschuss- und Defizitwärmemenge gleich zu einer Wärme ist, die zwischen dem Abgas und dem Partikelfilter übertragen wird. Somit wird die Erhöhung der Abgasquantität beschränkt, ein Übertemperaturanstieg des Partikelfilters wird beschränkt bzw. verhindert und eine Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit wird auch beschränkt bzw. verhindert.
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Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlicher von der folgenden detaillierten Beschreibung, die mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gemacht ist, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, und in denen:
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1 eine schematische Ansicht eines Abgasfiltersystems ist;
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2A ein Zeitablaufdiagramm für ein Erklären einer Variation der Regenerierungstemperatur des DPF ist;
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2B ein Zeitablaufdiagramm für ein Erklären einer Variation der Regenerationstemperatur des DPF gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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3 ein Graph für ein Erklären eines Berechnungsverfahrens einer Überschuss- und Defizitwärmequantität ist, um die Temperatur des DPF zu halten;
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4 ein Graph für ein Erklären eines Berechnungsverfahrens einer Überschuss und einer Defizitwärmequantität ist, um die maximale Temperatur des DPF zu halten;
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5 ein Graph ist, der eine interne Temperaturverteilung des DPF zeigt;
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6 ein Zeitablaufdiagramm für ein Erklären eines Steuerverfahrens ist, in dem die Strömungsrate des Abgases gemäß einer Schlupfrate und einer Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird;
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7 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Steuerverfahren zeigt, in dem die Strömungsrate des Abgases eingestellt wird, das durch den DPF strömt;
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8A ein Flussdiagramm für ein Erklären eines Verfahrens ist, in dem die Temperaturverteilung des DPF geschätzt wird;
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8B ein Diagramm ist, das ein Zellenwärmezielvorgabeberechnungsmodell zeigt;
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9 ein Blockdiagramm für ein Berechnen einer Zielluftströmungsrate des Abgases ist;
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10 ein Flussdiagramm ist, das eine Rückkopplungsregelung einer Luftströmungsrate von Frischluft zeigt;
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11 ein Flussdiagramm ist, das ein Gasinkrementbestimmungsverfahren zeigt; und
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12 ein Flussdiagramm ist, das ein Gasströmungsrateninkrementverfahren zeigt.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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(Erste Ausführungsform)
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Ein Abgasfiltersystem für einen Dieselmotor ist nachstehend beschrieben. 1 ist eine schematische Ansicht, die das Abgasfiltersystem für den Dieselmotor zeigt. Ein Auslassrohr 2 hat ein erstes Auslassrohr 2a und ein zweites Auslassrohr 2b. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 3 ist zwischen dem ersten Auslassrohr 2a und dem zweiten Auslassrohr 2b angeordnet. Der DPF 3 hat eine wohl bekannte Struktur, in der wärmebeständige Keramiken, sowie Cordierit, in eine Honigwabenstruktur geformt werden, die eine Vielzahl von Zellen hat, die eine Abgaspassage bilden. Enden der Zellen sind abwechselnd geschlossen, so dass jede Zelle nur eine von einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung bei ihrem offenen Ende hat. Das Abgas des Verbrennungsmotors 1 wird in den DPF 3 so eingeleitet, dass das Abgas in die Einlassöffnung von einer Zelle eintritt und zu der nächsten Zelle durch die entsprechende poröse Wand zugeführt und durch die Auslassöffnung der nächsten Zelle ausgeleitet wird. Partikel (PM), die in den Abgasen enthalten sind, werden gefiltert und gesammelt durch den DPF 3, wenn das Abgas durch die poröse Wand von jeder entsprechenden Zelle hindurch geht.
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Der DPF 3 stützt einen Oxidationskatalysator an sich ab, durch den Kohlenwasserstoff (HC), der durch das Auslassrohr 2 strömt, verbrannt wird, um die Temperatur des Abgases und des DPF 3 wirksam zu erhöhen. Alternativ kann der DPF 3 keinen Oxidationskatalysator an sich haben, oder der Oxidationskatalysator kann stromaufwärts von dem DPF 3 angeordnet sein.
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Ein erster Abgastemperatursensor 51 und ein zweiter Abgastemperatursensor 52 sind jeweils in dem ersten Auslassrohr 2a und dem zweiten Auslassrohr 2b vorgesehen. Der erste und zweite Abgastemperatursensor 51, 52 erfassen eine stromaufwärtige Temperatur und stromabwärtige Temperatur des DPF 3 und sind elektrisch mit einer ECU (elektronische Steuereinheit) 6 verbunden, um die erfassten Signale in die ECU 6 zu senden. Ein Luftmengenmesser (Einlassluftsensor) 41 ist in einem Einlassrohr 4 vorgesehen, um ein Signal zu der ECU 6 zu senden, das eine Einlassluftströmungsrate anzeigt. Ein Drosselventil 42 ist stromabwärts des Luftmengenmessers 41 vorgesehen, um die Einlassluftströmungsrate zu erhöhen bzw. zu verringern, wobei sie Befehle von der ECU 6 empfängt. Ein Einlassluftdrucksensor 43 ist in dem Einlassrohr 4 vorgesehen, um einen Einlassluftdruck stromabwärts des Drosselventils 42 zu erfassen.
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Das Einlassrohr 4 ist mit dem ersten Auslassrohr 2a durch ein EGR-Rohr 71 verbunden, das mit einem EGR-Ventil 7 verbunden ist. Das EGR-Ventil 7 stellt eine Quantität von Abgas ein, das zu dem Einlassrohr 4 von dem ersten Auslassrohr 2a wieder zugeführt wird, wobei es Befehlssignale von der ECU 6 empfängt. Ein Kompressor 91 eines Turboladers ist zwischen dem Luftmengenmesser 41 und dem Drosselventil 42 vorgesehen. Der Kompressor 91 ist mit einer Turbine 92, die in dem ersten Auslassrohr 2a vorgesehen ist, durch eine nicht gezeigte Welle mechanisch verbunden. Der Turbolader hat eine wohl bekannte Struktur. Das Abgas treibt die Turbine 92 an, um den Kompressor 91 zu drehen. Der Kompressor 91 komprimiert die Einlassluft, die zu dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt wird. Die Turbine 92 hat eine variable Düse (nicht gezeigt), die eine Position eines Düsenflügels bzw. einer Düsenschaufel (VNT: nicht dargestellt) steuert, um den Turboladedruck gemäß dem Antriebszustand des Verbrennungsmotors 1 einzustellen.
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Ein Differentialdrucksensor 8 ist mit dem ersten und zweiten Auslassrohr 2a, 2b verbunden, um eine Quantität von akkumulierten Partikeln zu erfassen, die durch den DPF 3 gefangen werden. Die Quantität der akkumulierten Partikel, die durch den DPF 3 gefangen werden, wird nachstehend als QAPM bezeichnet. Ein Ende des Differentialdrucksensors 8 ist mit dem ersten Auslassrohr 2a durch ein erstes Druckeinleitungsrohr 81 verbunden, und das andere Ende des Sensors 8 ist mit dem zweiten Auslassrohr 2b durch ein zweites Druckeinleitungsrohr 82 verbunden. Der Differentialdrucksensor 8 sendet Signale zu der ECU 6, die einen Differentialdruck zwischen einem stromaufwärtigen und einem stromabwärtigen Bereich des DPF 3 anzeigen. Dieser Differentialdruck wird nachstehend als DPF-Differentialdruck bezeichnet.
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Die ECU 6 ist mit Sensoren (nicht dargestellt) verbunden, wie einem Beschleunigungselementpositionssensor und einem Motordrehzahlsensor, um den Fahrzustand des Verbrennungsmotors 1 zu erfassen. Die ECU 6 steuert eine geeignete Kraftstoffeinspritzquantität, eine Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung und einen Kraftstoffeinspritzdruck, um eine geeignete Kraftstoffeinspritzung gemäß dem Antriebszustand des Verbrennungsmotors 1 auszuführen. Die ECU 6 steuert eine Regenerationssteuerung des DPF 3. Wenn die QAPM einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird der DPF durch Wärmeeinrichtungen (nicht dargestellt) aufgewärmt, um die akkumulierten PM zu verbrennen. Der Regenerationsprozess des DPF 3 wird nachstehend beschrieben.
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Die QAPM wird auf Basis des DPF-Differentialdrucks geschätzt, der durch den Differentialdrucksensor 8 erfasst wird. In der Situation, bei der die Quantität des Abgases konstant ist, wird der DPF-Differentialdruck erhöht, wenn demgemäß die QAPM erhöht wird. Auf Basis dieser Beziehung zwischen dem DPF-Differentialdruck und der Abgasquantität kann die QAPM geschätzt werden. Alternativ wird die abgegebene Quantität der PM auf Basis des Antriebszustands des Verbrennungsmotors berechnet, und dann wird die abgegebene Quantität integriert, um die QAPM zu schätzen. Diese Schätzverfahren können kombiniert werden.
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Die Wärmeeinrichtung ist im Speziellen eine Nach-Kraftstoffeinspritzung, eine Verzögerung einer Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung, eine Einlassdrossel durch das Drosselventil 42, eine Erhöhung des EGR-Betrags durch das EGR-Ventil 7 und eine Zwischenkühlerumgehung. Diese Wärmeeinrichtung bewirkt eine Wärmeerzeugung durch eine Oxidationsreaktion von unverbranntem HC, das zu dem Auslassrohr 2 zugeführt wird. Die Temperatur des Abgases von dem Verbrennungsmotor 1 wird erhöht. Dadurch wird Abgas mit hoher Temperatur zu dem DPF 3 zugeführt.
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Die ECU 6 steuert die Wärmeeinrichtung, um den DPF 3 in einer vorbestimmten Regenerationstemperatur aufrechtzuerhalten, um den DPF 3 durch ein Betätigen der Wärmeeinrichtung zu regenerieren. Dies entspricht einer Temperaturanstiegssteuereinrichtung. Die vorbestimmte Regenerationstemperatur (Zieltemperatur für Regeneration) kann konstant sein, zum Beispiel 650°C, oder kann stufenweise gemäß der QAPM variiert werden. In der Situation, bei der die Zieltemperatur variiert wird, wird die Zieltemperatur eingestellt, um geringer zu sein als ein voreingestellter Wert, um eine Sicherheit während einer frühen Periode beizubehalten, in der die QAPM relativ groß ist, und dann wird die Zieltemperatur erhöht, wenn die QAPM verringert ist, wodurch eine effiziente Regeneration ausgeführt werden kann.
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Die Temperaturanstiegssteuereinrichtung steuert den Temperaturanstiegsoperationsbetrag und steuert die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF 3 strömt, um den DPF 3 bei der Zielregenerationstemperatur zu halten. Das heißt eine Zielgasströmungsratenberechnungseinrichtung berechnet eine Zielabgasströmungsrate so, dass der DPF 3 bei der Zielregenerationstemperatur gehalten wird. Eine Abgasströmungsratensteuereinrichtung steuert die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF 3 strömt, so, dass die Strömungsrate des Abgases mit der Zielregenerationstemperatur übereinstimmt.
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In einem herkömmlichen Steuerverfahren, das in 2A gezeigt ist, wenn der Antriebszustand des Verbrennungsmotors während einer Regeneration des DPF 3 variiert wird (zum Beispiel während einer Verzögerung), wird die Strömungsrate des Abgases (FREG) steil bzw. stark erhöht, um die Temperatur des DPF 3 bis zu einem Übertemperaturanstiegsbereich (OTRA) steil bzw. stark ansteigen zu lassen. Dies ist so, weil der Zustand, in dem die Regenerationstemperatur konstant ist (HREQ + intern erzeugte Wärme des DPF = HRAQ), in den anderen Zustand geändert wird, in dem die Wärmequantität, die in das Abgas übertragen wird, das durch den DPF 3 hindurch strömt, steil bzw. stark verringert ist. Somit übersteigt die Summe der HREQ und der intern erzeugten Wärme des DPF die HRAQ, so dass die Temperatur des DPF 3 erhöht wird. Die intern erzeugte Wärme des DPF wird nachstehend als IGH bezeichnet.
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Um solch eine Situation zu vermeiden, sollte die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF 3 strömt, definiert sein, um eine folgende Gleichung, wie in 2B gezeigt ist, zu erfüllen, sogar dann, wenn der Antriebszustand des Verbrennungsmotors variiert wird. HREQ + IGH = HRAQ
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Das heißt, die Wärmequantität, die zu dem Abgas von dem DPF 3 übertragen wird, wird so gesteuert, dass die vorbestimmte Regenerationstemperatur aufrechterhalten wird.
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Die Zielgasströmungsratenberechnungseinrichtung berechnet einen Überschuss und ein Defizit der Wärmequantität, um die Temperatur des DPF 3 aufrecht zu erhalten, und berechnet die Zielgasströmungsrate, die dem Übermaß und dem Defizit der Wärmequantität entspricht. Im Speziellen wird, wie in 3 gezeigt ist, das Übermaß und das Defizit der Wärmequantität ΔQ auf Basis der folgenden Gleichung berechnet: ΔQ = Qr - Qb
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Qr repräsentiert eine Gesamtwärmequantität, die in dem DPF aufgrund der HC-Verbrennung und der PM-Verbrennung erzeugt wird. Qb repräsentiert eine Wärmequantität, die notwendig ist, um die Temperatur des DPF von der Abgastemperatur zu der Zielregenerationstemperatur (zum Beispiel 650°C) zu erhöhen. Die Wärmestrahlungsquantität (HRAQ) Qout wird von der folgenden Gleichung berechnet: Qout = Qex – Qin
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Qin repräsentiert eine Wärmequantität, die das Abgas hat, das von dem DPF 3 ausströmt. Qex repräsentiert eine Wärmequantität, die das Abgas, das in den DPF 3 einströmt. Hier, in dem Fall, dass Tin die Temperatur des Abgases repräsentiert, das in den DPF 3 einströmt, Tex die Temperatur des Abgases repräsentiert, das aus dem DPF 3 ausströmt, Mgas eine Strömungsrate des Abgases repräsentiert und Cp eine spezifische Wärme des Abgases repräsentiert, sind folgende Gleichungen erfüllt: Qex = Cp × Mgas × Tex Qin = Cp × Mgas × Tin
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Somit wird eine Strömungsrate des Abgases Mtrg, in der Qout gleich zu ΔQ ist, durch folgende Gleichung ausgedrückt: Mtrg = ΔQ/{Cp × (Tex – Tin)}
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Mtrg ist als eine Zielströmungsrate des Abgases definiert.
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Die Strömungsrate des Abgases wird in solch einer Weise gesteuert, um die Zielströmungsrate zu werden, so dass die Übertragungswärmequantität mit der Überschuss- und Defizitwärmequantität übereinstimmt. Somit kann ein Mehrbetrag an Wärmequantität, der die Temperatur des DPF 3 höher als die Zielregenerationstemperatur anhebt, in das Abgas abgestrahlt werden, das durch den DPF 3 strömt, um die Temperatur des DPF 3 bei der Zielregenerationstemperatur aufrechtzuerhalten. Die Zielströmungsrate des Abgases kann durch eine Zieltemperatur des Abgases ersetzt werden.
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Alternativ kann, wie in 4 und 5 gezeigt ist, die Zielgasströmungsrate von einer internen Temperaturverteilung des DPF 3 abgeleitet werden, um die maximale Temperatur des DPF 3 aufrecht zu erhalten. In diesem Verfahren wird der DPF 3 als ein konzentriertes, konstantes System betrachtet, so dass die Zielströmungsrate des Abgases genau berechnet werden kann bezüglich des Verfahrens, das in 3 gezeigt ist. Die Überschuss- und Defizitwärmequantität ΔQmax bei der maximalen Temperaturposition Pmax wird auf Basis einer Gesamtwärmequantität Qrmax, die eine erzeugende Wärmequantität aufgrund der HC-Verbrennung und der PM-Verbrennung bei der Position Pmax und die übertragene Wärmequantität einschließt, einer Wärmequantität Qfr des Abgases, das in die Position Pmax einströmt, und einer Wärmequantität Qbmax für ein Aufrechterhalten der Temperatur bei der Position Pmax als die Zielregenerationstemperatur berechnet. Und dann wird die Strömungsrate des Abgases auf Basis der Überschuss- und Defizitwärmequantität ΔQmax und einer Gastemperatur Tfr, Trr bei einer stromaufwärtigen Position Pfr und einer stromabwärtigen Position Prr bezüglich der Position Pmax so berechnet, dass die Temperatur bei der Position Pmax aufrechterhalten wird.
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Somit stimmt die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF 3 strömt, mit der Zielströmungsrate des Abgases überein, so dass die maximale Temperatur des DPF 3 bei der Zielregenerationstemperatur aufrechterhalten wird, um einen Übertemperaturanstieg des DPF 3 zu beschränken bzw. zu verhindern. Wenn der Antriebszustand von einem Hochlast- zu einem Niedriglast- oder von einem Hochgeschwindigkeits- zu einem Niedrigkeitszustand geändert wird, wird alternativ die Zielströmungsrate des Abgases für ein Aufrechterhalten der Temperatur des DPF bei der gewünschten Temperatur berechnet.
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Im Speziellen stellt die Gasströmungsratensteuereinrichtung die Quantität des Abgases von dem Verbrennungsmotor 1 in solch einer Weise ein, dass die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF 3 strömt, mit der Zielströmungsrate des Abgases übereinstimmt. Weil zum Beispiel die Strömungsrate des Abgases = die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF 3 fließt + EGR-Quantität = die Frischluftströmungsrate + die EGR-Quantität, ist die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF 3 strömt, gleich der Frischluftströmungsrate. Gemäß einer Abweichung zwischen der Frischluftströmungsrate und der Zielgasströmungsrate wird der Druckverlust geändert durch ein Betätigen des Drosselventils 42, wird die EGR-Quantität geändert durch ein Betätigen des EGR-Ventils 71, oder der Abgasdruckverlust und der Turboladedruck werden geändert durch ein Betätigen des Düsenflügels der Turbine 92, um eine Antriebsleistung der Turbine so einzustellen, dass der Einlassluftdruck eingestellt wird, um die Frischluftströmungsrate um die Zielgasströmungsrate herum aufrecht zu erhalten. In dem Fall, dass die Turbine mit einem Elektromotor versehen ist, kann daneben der Einlassluftdruck durch ein Steuern der Geschwindigkeit des Elektromotors eingestellt werden. Wenn die Abgasenergie relativ niedrig ist, ist der Elektromotor wirksam, um die Abgasquantität einzustellen.
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Wenn die Frischluftströmungsrate übermäßig verringert wird, wird der Einlassluftdruck auch übermäßig verringert, um Motoröl in den Zylinder einzuleiten, was einige Probleme verursacht. Um solche Probleme zu vermeiden, werden ein Öffnungsgrad des Drosselventils 42, ein Öffnungsgrad des EGR-Ventils 71 und der Öffnungsgrad des Düsenflügels gemäß dem Einlassluftdruck beschränkt.
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Der Anstieg der Quantität des Abgases, das durch den DPF 3 strömt, hängt von einer Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 1 ab. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors in einem niedrigen Bereich ist, wie einem Leerlaufbereich, kann die Strömungsrate des Abgases kaum zu der Zielströmungsrate erhöht werden, so dass der Übertemperaturanstieg auftreten kann. Um solch ein Problem zu vermeiden, wird die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 1 gemäß Schlupfraten der Motorausgabewelle und des Fahrzeugs erhöht, um eine notwendige Strömungsrate des Abgases zu erhalten. Wie in 6 gezeigt ist, wenn die Schlupfrate zum Beispiel ungefähr 100% ist, wenn eine Kupplung (nicht dargestellt) ausgerückt ist, wird die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 1 bis zu einer Geschwindigkeit erhöht, in der die Zielströmungsrate erhalten wird, wodurch der Übertemperaturanstieg beschränkt bzw. verhindert wird. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors übermäßig relativ zu der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht wird, kann dies einige Probleme verursachen. Somit sollte ein oberes Inkrementlimit (Erhöhungslimit) der Rotationsgeschwindigkeit eingerichtet sein.
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Mit Bezug auf 7 bis 12 wird nachstehend ein Operationsablauf der ECU 6 beschrieben.
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7 ist ein Flussdiagramm, das eine Hauptoperation der Wärmesteuerung des DPF 3 zeigt. In Schritt 100 wird eine Temperaturverteilung des Inneren des DPF 3 geschätzt. In dieser Ausführungsform sind zehn Temperaturschätzpunkte an dem DPF 3 entlang einer Gasströmungslinie eingerichtet, und der DPF 3 ist virtuell in zehn Zellen unterteilt, deren Temperatur gemessen wird, um die Temperaturverteilung abzuleiten. 8A ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zeigt, um die Temperaturverteilung zu schätzen. In Schritten 101 bis 110 wird eine Wärmezielvorgabe jeder Zelle berechnet. Die Wärmezielvorgabe jeder Zelle wird durch ein Wärmezielvorgabenmodell berechnet, das in 8B gezeigt ist.
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Eine Wärmeleitungsquantität von jeder Zelle wird auf Basis einer Wärmeübertragungsquantität des DPF-Substrats und des Abgases, der HC erzeugenden Wärmequantität, der PM erzeugenden Wärmequantität und einer Temperatur des Zellensubstrats berechnet, um eine Wärmequantität zu berechnen, die die Zelle empfängt. Das Temperaturinkrement (Temperaturerhöhung) wird auf Basis der empfangenen Wärmequantität und einer Wärmekapazität der Zelle berechnet, um die Temperatur des Zellensubstrats zu berechnen. Gleichzeitig werden ein Inkrement (Erhöhung) der HC-Quantität, ein Inkrement der PM-Quantität und ein O2-Verbrauch berechnet. Diese Wärmezielvorgabeberechnung wird bezüglich der ersten bis zehnten Zelle ausgeführt, um die Zellensubstrattemperatur T1 bis T10 zu berechnen. Die Temperatur T1 entspricht einer Temperatur des stromaufwärtigsten Abschnitts des DPF 3 und die Temperatur T10 entspricht einer Temperatur des stromabwärtigsten Abschnitts des DPF 3. Die Strömungsrate des Abgases wird auf Basis eines erfassten Werts des Luftmengenmessers 41 erfasst, eine stromaufwärtige Gastemperatur der ersten Zelle wird auf Basis eines erfassten Werts des ersten Abgastemperatursensors 51 erfasst, und die stromaufwärtige HC-Quantität der ersten Zelle wird auf Basis des Antriebszustands erfasst.
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In Schritt 200 von 7 wird die QAPM auf Basis des DPF-Differentialdrucks und der Strömungsrate des Abgases geschätzt. Der DPF-Differentialdruck wird durch den Differentialdrucksensor 8 berechnet, und die Strömungsrate des Abgases wird auf Basis des erfassten Werts des Luftmengenmessers 41 erfasst. In Schritt 300 wird bestimmt, ob der DPF 3 auf Basis einer DPF-Temperaturanstiegssteuerroutine (nicht dargestellt) regeneriert wird. In der DPF-Temperaturanstiegssteuerroutine wird ein Vergleich gemacht zwischen der QAPM und einer vorbestimmten regenerationsstarren QAPM. Wenn die QAPM die regenerationsstarre QAPM überschreitet, wird eine Regenerationsmarkierung eingeschaltet, um eine Wärmeoperation zu starten. Wenn die Markierung an ist und die Antwort in Schritt 300 Ja ist, geht die Prozedur weiter zu Schritt 400, in dem die Gasströmungsratensteuerung auf Basis der folgenden Schritte ausgeführt wird. Wenn die Antwort in Schritt 300 Nein ist, endet die Prozedur.
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In Schritt 400 wird eine Zielluftströmungsrate des Abgases während einer Regeneration des DPF, die als GATRG bezeichnet wird, auf Basis der DPF-Temperaturverteilung berechnet. Diese GATRG ist die Strömungsrate, um die maximale Temperatur des DPF 3 bei seiner Regenerationstemperatur aufrecht zu erhalten. 9 ist ein Blockdiagramm einer Routine für ein Berechnen der Zielrate des Abgases während einer Regeneration. In dieser Routine werden eine erzeugende Wärmequantität und eine Wärmeleitungsquantität aufgrund der HC-Verbrennung und der PM-Verbrennung bei der Position Pmax auf Basis der Zellsubstrattemperatur berechnet, die in Schritt 100 wird, der HC-Quantität, die in den DPF 3 strömt, und der QAPM berechnet, die in Schritt 200 berechnet wird. Diese Wärmequantitäten werden zusammen addiert, um die Gesamtwärmequantität Qrmax zu berechnen.
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Dann wird die Überschuss- und Defizitwärmequantität ΔQmax auf Basis der folgenden Gleichung (1) berechnet: ΔQmax = Qrmax – Qbmax (1)
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Die Wärmestrahlungsquantität (HRAQ) Qout wird auf Basis der folgenden Gleichung (2) berechnet: Qout = Qrr – Qfr (2)
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Qrr repräsentiert eine Wärmequantität, die das Abgas bei einer Position Prr hat, die stromabwärts der Position Pmax ist. Qfr repräsentiert eine Wärmequantität, die das Abgas bei einer Position Pfr hat, die stromaufwärts der Position Pmax ist.
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In dem Fall, dass die Temperatur des Abgases bei der Position Pfr durch Tfr repräsentiert wird, die Temperatur des Abgases bei der Position Prr durch Trr repräsentiert wird, die Strömungsrate des Abgases durch Mgas repräsentiert wird, und die abgasspezifische Wärme durch Cp repräsentiert wird, sind folgende Gleichungen (3), (4) erfüllt. Qrr = Cp × Mgas × Trr (3) Qfr = Cp × Mgas × Tfr (4)
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Wenn das Qout gleich zu dem ΔQmax ist, wird die Strömungsrate des Abgases Mtrg durch die folgende Gleichung (5) repräsentiert: Mtrg = ΔQmax/{Cp × (Trr – Tfr)}(5)
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Die Strömungsrate des Abgases Mtrg wird in eine Strömungsrate pro Zeiteinheit umgewandelt, um die Zielluftströmungsrate des Abgases während einer Regeneration GATRG zu erhalten.
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In Schritt 500 wird die Frischluftströmungsrate rückkoppelgeregelt, um den Öffnungsgrad des Drosselventils 42 zu variieren, um die Frischluftströmungsrate um die Zielluftströmungsrate GATRG herum aufrecht zu erhalten, die in Schritt 400 berechnet wird. Die Einlassluftströmungsrate (Frischluft + EGR-Gas) ist gleich zu der Strömungsrate des Abgases (EGR-Gas + Abgas, das durch den DPF hindurch geht). Weil die Strömungsrate des EGR-Gases konstant ist, kann die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF strömt, durch ein Betätigen des Drosselventils eingestellt werden, um die Frischluftströmungsrate zu erhöhen/zu erniedrigen.
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10 ist ein Flussdiagramm, das einen Frischluftrückkopplungsregelungsprozess zeigt. In Schritt 501 wird die Frischluftströmungsrate GA von dem Luftmengenmesser 41 ausgelesen. In Schritt 502 wird der Einlassluftdruck PIM von dem Einlassluftdrucksensor 43 ausgelesen. In Schritt 503 wird bestimmt, ob der Einlassluftdruck PIM niedriger ist als ein vorbestimmter Druck PIM0. Wenn die Antwort in Schritt 503 Ja ist, geht die Prozedur weiter zu Schritt 504, in der die Drosselposition THR als der vorherige Wert THROLD gehalten wird, um die Prozedur zu beenden.
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In Schritt 505 wird eine Basisdrosselposition THRBASE durch ein Kennfeld berechnet, das auf der Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors und dem erforderlichen Drehmoment basiert. Die Basisdrosselposition THRBASE wird durch eine PID-Steuerung korrigiert, um die Drosselposition THR zu berechnen.
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In Schritt 506 wird eine Abweichung EGA zwischen der Frischluftströmungsrate GA, die in Schritt 501 ausgelesen wird, und der Zielluftströmungsrate GATRG berechnet, die in Schritt 400 berechnet wird. EGA ← GA – GATRG (6)
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In Schritt 507 wird ein integraler Betrag IEGA der Abweichung EGA auf Basis des vorherigen integralen Betrags berechnet. In Schritt 508 wird ein Differentialbetrag DEGA auf Basis des vorhergehenden Differentialbetrags berechnet. IEGA(i) ← IEGA(i – 1) + EGA(i) (7) DEGA(i) ← EGA(i) – EGA(i – 1) (8)
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In Schritt 509 wird die vorherige Drosselposition THROLD durch die gegenwärtige Drosselposition THR ersetzt. In Schritt 510 wird die Drosselposition THR auf Basis einer Proportionalverstärkung KP, einer Integralverstärkung KI und einer Differentialverstärkung KD berechnet. THR ← THRBASE + KP·EGA + KI·IEGA + KD·DEGA (9)
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In Schritt 600 von 7 wird bestimmt, ob es notwendig ist, die Strömungsrate des Abgases durch ein Erhöhen der Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 1 zu erhöhen. Im Speziellen wird in Schritt 601 von 11 bestimmt, ob die Kupplung ausgerückt ist. Wenn die Kupplung ausgerückt ist, geht die Prozedur weiter zu Schritt 602, in dem bestimmt wird, ob die Drosselposition THR, die in Schritt 510 berechnet wird, eine vollständig geöffnete Position THRMAX ist. Wenn die Antwort in Schritt 602 Ja ist, geht die Prozedur weiter zu Schritt 603. Wenn die Kupplung in Schritt 601 nicht ausgerückt ist, und wenn die Drosselposition THR nicht die vollständig geöffnete Position THRMAX ist, geht die Prozedur weiter zu Schritt 606.
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In Schritt 603 wird eine Abweichung ΔGA zwischen GA und GATRG berechnet. In Schritt 604 wird bestimmt, ob die Abweichung ΔGA weniger als Null ist, was bedeutet, dass die Strömungsrate des Abgases unzureichend ist. Wenn die Antwort in Schritt 604 Ja ist, geht die Prozedur weiter zu Schritt 605, in dem eine Motordrehzahlerhöhungsmarkierung XNEUP eingeschaltet wird. Wenn die Antwort in Schritt 604 Nein ist, geht die Prozedur weiter zu Schritt 606, in dem die Markierung XNEUP ausgeschaltet wird.
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In Schritt 700 von 7 wird bestimmt, ob die Markierung XNEUP an ist. Wenn die Markierung XNEUP aus ist, endet die Prozedur. Wenn die Markierung XNEUP an ist, geht die Prozedur weiter zu Schritt 800, in dem die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors erhöht wird, um die Strömungsrate des Abgases zu erhöhen. In Schritt 801 von 12 wird die Fahrzeuggeschwindigkeit SPD ausgelesen. In Schritt 802 wird eine Zielrotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors NETRG berechnet. Die Zielrotationsgeschwindigkeit NETRG wird auf Basis der folgenden Gleichung (10) berechnet: NETRG = GATRG/(η × V) (10) wobei V einen Motorhubraum repräsentiert.
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In Schritt 803 wird eine akzeptable maximale Motordrehzahl NEMAX berechnet. Die akzeptable maximale Motordrehzahl NEMAX ist die Motordrehzahl, in der das Fahrzeug nicht beschleunigt wird, sogar wenn die Kupplung eingerückt ist. Im Speziellen wird die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors berechnet, die die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit bei dem minimalen Übersetzungsverhältnis aufrechterhält. In Schritt 804 wird bestimmt, ob NETRG größer ist als NEMAX. Wenn die Antwort in Schritt 804 Ja ist, geht die Prozedur weiter zu Schritt 805, in dem die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors in solch einer Weise beschränkt wird, dass der NEMAX gleich zu dem NETRG ist. Dann geht die Prozedur weiter zu Schritt 806. Wenn die Antwort in Schritt 804 Nein ist, geht die Prozedur weiter zu Schritt 806. In Schritt 806 wird die Kraftstoffeinspritzquantität so eingestellt, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors gleich zu der Zielrotationsgeschwindigkeit NETRG wird.
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Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF strömt, zu der Zielluftströmungsrate des Abgases während einer Regeneration GATRG eingestellt werden. Somit kann die Wärmequantität, die der Überschuss- und Defizitwärmequantität ΔQ entspricht, nach außen von dem DPF 3 als die Wärmestrahlungsquantität (HRAQ) Qout abgestrahlt werden, so dass ein Übertemperaturanstieg des DPF 3 beschränkt wird, um die Verschlechterung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu vermeiden.
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Um einen Übertemperaturanstieg eines Dieselpartikelfilters (DPF 3) zu beschränken bzw. zu vermeiden, berechnet eine elektronische Steuereinheit (ECU 6) eine Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF (3) strömt, so dass eine Temperatur des DPF (3) bei einer Temperatur gehalten wird, in der der DPF (3) regeneriert werden kann. Durch Einstellen einer Position eines Drosselventils (42) wird eine Frischluftströmungsrate so eingestellt, dass die Strömungsrate des Abgases, das durch den DPF (3) strömt, gleich zu einer Zielströmungsrate des Abgases ist.
