DE102008001975A1

DE102008001975A1 - Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008001975A1
Application number: DE102008001975A
Authority: DE
Inventors: Jun Kariya Kawamura; Masakuni Kariya Yokoyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2008-12-18
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: US7797097B2; US20080307772A1; JP2008309080A; DE102008001975B4

Abstract

Wenn bestimmt ist, dass ein verwendeter Kraftstoff ein Niedrigcetankraftstoff ist oder dass sich ein derzeitiger Lagepunkt in einer großen Höhe befindet, wird ein Kennfeld einer fetten Verbrennung, eines Abgaskraftstoffzusetzens oder einer Nacheinspritzung bei der Gelegenheit einer Reduktion von NOx umgeschrieben, um eine Fehlzündung zu hemmen. Des Weiteren wird eine Verschlechterung eines Kraftstoffverbrauchs aufgrund einer Regeneration eines Dieselpartikelfilters (3) durch Unterdrücken einer übermäßigen Abgabe von Rauch aufgrund der fetten Verbrennung gehemmt. Somit wird eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (2) vorgesehen, die sowohl eine Hemmung der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund der Regeneration des Dieselpartikelfilters (3) als auch eine Hemmung eines Momentstoßes erreichen kann, der die Fehlzündung auf Grund der fetten Verbrennung für die NOx-Reduktion begleitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator in einem Abgasrohr hat.
Als eine herkömmliche Technologie gibt es eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine, die einen Katalysator in einem Abgassystem zum Fördern einer Reduktionsreaktion von NOx hat und die einen Verbrennungszustand der Kraftmaschine von einer Kraftstoffeinspritzmenge und einer Kraftmaschinendrehzahl ermittelt. Die Abgasreinigungsvorrichtung wählt ein geeignetes Steuerungsverfahren von mehreren Verfahren (fette Verbrennung, Nacheinspritzung, Niedertemperaturverbrennung auf der Basis einer EGR-Steuerung, Kraftstoffzusetzen zu dem Abgassystem durch ein Kraftstoffzusatzventil) gemäß dem Verbrennungszustand aus.
Somit führt die Technologie eine effiziente Reduktionsreaktion des NOx durch (wie es beispielsweise im Patentdokument 1, JP-A-2003-120392 , beschrieben ist).
Herkömmlich ist es bekannt, dass es, um sowohl eine NOx Reinigungsrate und eine Unterdrückung einer Abgabemenge von Partikeln (d. h. PM) zu erreichen, wirksam ist, mehrere Verfahren vorzusehen und ein für eine Situation geeignetes Verfahren von den mehreren Verfahren wahlweise zu verwenden. Die mehreren Verfahren beinhalten ein Verfahren zum Reduzieren des NOx durch ein Verfahren des Durchführens einer Verbrennung bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis oder darunter, indem eine Haupteinspritzmenge erhöht wird, oder durch ein Verfahren des Durchführens einer Hilfseinspritzung bei solch einem kurzen Intervall unmittelbar nach der Haupteinspritzung, dass die Hilfseinspritzung ein Moment erzeugt (nachstehend als fette Verbrennung bezeichnet), in einem Niedrigdrehzahl- und einem Niedriglastbereich, und beinhalten ein Verfahren zum Reduzieren des NOx durch ein Verfahren des Abgaskraftstoffzusetzens, bei dem ein Kraftstoffzusatzventil an einer Position stromaufwärts des Katalysators in dem Abgassystem zusätzlich vorgesehen ist und der Kraftstoff (als ein Reduktionsmittel) direkt zu dem Katalysator eingespritzt wird, oder durch ein Verfahren des Durchführens einer Nacheinspritzung, in dem eine Hilfseinspritzung bei einem langen Intervall nach der Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, in einem Hochdrehzahl- und Hochlastbereich. Jedoch gibt es einige Probleme, die berücksichtigt werden sollten, wenn eine derartige selektive Verwendung durchgeführt wird. D. h. wenn beispielsweise die fette Verbrennung in dem Hochdrehzahl- und Hochlastbereich durchgeführt wird, wie bei einem Fahren mit hoher Geschwindigkeit auf einer Schnellstraße, ist eine Zündverzögerung kurz und der Kraftstoff wird verbrannt, bevor er ausreichend mit Luft gemischt ist. Als eine Folge wird eine große Menge von Rauch erzeugt und eine Ablagerung der Partikel in einem Dieselpartikelfilter (nachstehend als ein DPF bezeichnet) wird verstärkt. In diesem Fall wird eine Regeneration des DPF zum Verbrennen und Entfernen der in dem DPF abgelagerten Partikel häufig durchgeführt, so dass der Kraftstoff zum Verbrennen und Entfernen der Partikel verwendet wird und ein Kraftstoffverbrauch verschlechtert ist. Deshalb sollte die fette Verbrennung bevorzugt in dem Zustand des Hochdrehzahl- und Hochlastbereichs vermieden werden.
Wenn eine Bedingung auftritt, die es schwierig macht, dass der Kraftstoff verbrennt (wenn die Kraftmaschine beispielsweise in großer Höhe betrieben wird oder wenn Kraftstoff mit niedriger Cetanzahl verwendet wird), wird der Kraftstoff weniger gut zündbar, und deshalb gibt es eine Möglichkeit, dass eine geeignete Antriebskraft aufgrund eines Fehlzündens nicht erhalten werden kann (d. h. ein Momentstoß kann auftreten), falls die fette Verbrennung bei derselben Bedingung wie bei einer normalen Zeitdauer durchgeführt wird. Deshalb, wenn der Betrieb in großer Höhe durchgeführt wird oder wenn der Kraftstoff mit niedriger Cetanzahl verwendet wird, sollte die fette Verbrennung in dem Zustand der Niedrigdrehzahl und der Niedriglast vorzugsweise vermieden werden.
Die Cetanzahl ist ein Index zum Messen einer Zündbarkeit des Kraftstoffs. Im Allgemeinen, selbst falls ein gewisser Kraftstoff als der Niedrigcetankraftstoff bezeichnet wird, variiert die Cetanzahl des Kraftstoffs, beispielsweise in Abhängigkeit einer Tankstelle, wo der Kraftstoff erhalten wird. Um die Cetanzahl des Kraftstoffs direkt zu messen, müssen Komponenten des Kraftstoffs analysiert werden. Jedoch ist solch eine Messung in dem derzeitigen Stadium schwierig, so dass ein anderer Index notwendig ist. In der großen Höhe wird der atmosphärische Druck niedrig und die Zündung des Kraftstoffs wird schwierig. Deshalb tritt in der großen Höhe ein Phänomen auf, das ähnlich zu dem Fall des Verwendens des Niedrigcetankraftstoffs ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird eine große Menge an Rauch erzeugt, falls die fette Verbrennung in dem Zustand der hohen Drehzahl und der hohen Last durchgeführt wird. Aufgrund der großen Menge an Rauch wird eine große Menge der Partikel im Inneren des DPF abgelagert, was eine häufige Regeneration des DPF notwendig macht. Als eine Folge wird die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs beschleunigt. Um die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs in angemessener Weise zu handhaben, ist es unumgänglich, die Abgabemenge des Rauchs zu messen. Jedoch ist es schwierig die Abgabemenge des Rauchs direkt zu messen, so dass ein bestimmter Index notwendig ist. Deshalb kann die Menge der Partikel, die in einem Filterabschnitt abgelagert sind, der an einer Abgasseite der Kraftmaschine angeordnet ist, als ein Index der Abgabemenge des Rauchs verwendet werden. Dies ist so, denn wenn eine große Menge der Partikel in dem Filterabschnitt abgelagert sind, bedeutet dies, dass eine große Menge des Rauchs abgegeben worden ist.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine vorzusehen, die sowohl eine Hemmung einer Verschlechterung eines Kraftstoffverbrauchs aufgrund einer Regeneration eines Dieselpartikelfilters als auch eine Hemmung eines Momentstoßes erreichen kann, der ein Fehlzünden während einer fetten Verbrennung zur NOx-Reduktion begleitet.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine eine Vorrichtung für eine fette Verbrennung zum Verlängern einer Dauer einer Kraftstoffeinspritzung oder zum Durchführen einer Hilfseinspritzung bzw. ergänzenden Einspritzung unmittelbar nach der Kraftstoffeinspritzung, eine Reduktionsmittelzusatzvorrichtung zum Zusetzen eines Reduktionsmittels direkt stromaufwärts eines NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators, und eine Nacheinspritzvorrichtung zum Durchführen einer Hilfseinspritzung in einem Arbeitshub oder einem Auslasshub nach der Kraftstoffeinspritzung. Die Abgasreinigungsvorrichtung schaltet zwischen der Vorrichtung für eine fette Verbrennung und der Reduktionsmittelzusatzvorrichtung oder der Nacheinspritzvorrichtung gemäß einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Last um. Auf diese Weise steuert die Abgasreinigungsvorrichtung den Katalysator. Die Abgasreinigungsvorrichtung hat eine Bestimmungsvorrichtung für große Höhe bzw. eine Höhenlagebestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob ein Lagepunkt bzw. Standort der Abgasreinigungsvorrichtung höher als eine vorbestimmte Höhe ist, eine Niedrigcetankraftstoffbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen, ob eine Cetanzahl eines verwendeten Kraftstoffs geringer als eine vorbestimmte Cetanzahl ist, und eine erste Katalysatorreduktionseinstellvorrichtung zum Ändern der Kraftmaschinendrehzahl und der Last zum Ausführen bzw. Betreiben der Vorrichtung für eine fette Verbrennung zu einer Hochdrehzahlseite oder einer Hochlastseite, wenn die Höhenlagebestimmungseinrichtung bestimmt, dass der Lagepunkt der Abgasreinigungsvorrichtung höher als die vorbestimmte Höhe ist, oder wenn die Niedrigcetankraftstoffbestimmungsvorrichtung bestimmt, dass der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist.
Somit, wenn eine ECU bestimmt, dass die Cetanzahl des verwendeten Kraftstoffs niedrig ist oder der derzeitige Lagepunkt bei der großen Höhe ist, schaltet die ECU ein Schaltkennfeld eines NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis eines Betriebsbereichs um oder schreibt Kennfeldwerte um, so dass ein Bereich zum Verlängern der Kraftstoffeinspritzdauer oder zum Durchführen der Hilfseinspritzung unmittelbar nach der Haupteinspritzung (d. h. ein Bereich zum Durchführen der fetten Verbrennung) sich zu der Hochdrehzahlseite oder der Hochlastseite bewegt. Somit wird die fette Verbrennung, die dazu neigt, eine Fehlzündung in einem Niedrigdrehzahl- und Niedriglastzustand zu verursachen, nicht durchgeführt, wenn der Niedrigcetankraftstoff verwendet wird oder wenn sich die Abgasreinigungsvorrichtung in der großen Höhe befindet. Demzufolge kann das Fehlzünden und letztendlich ein Momentschock gehemmt werden. Wenn der Niedrigcetankraftstoff verwendet wird oder wenn sich die Abgasreinigungsvorrichtung in der großen Höhe befindet, verlängert sich eine Zündverzögerung und deshalb wird ein Mischen der Luft und des Kraftstoffs gefördert. Deshalb wird die Erzeugung des Rauchs unterdrückt. In einem derartigen Fall kann durch Durchführen der fetten Verbrennung auch in einem Zustand einer relativ hohen Drehzahl und einer relativ hohen Last eine hohe NOx-Reinigungseffizienz und ein angemessener Kraftstoffverbrauch erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Abgasreinigungsvorrichtung eine Zündzeitmessvorrichtung zum Messen einer Zeit von dem Zeitpunkt an, zu dem der Kraftstoff durch einen Injektor der Kraftmaschine eingespritzt wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoff gezündet wird. Die Niedrigcetankraftstoffbestimmungsvorrichtung bestimmt, ob der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist, auf der Basis der durch die Zündzeitmessvorrichtung gemessenen Zündzeit.
Somit wird die Zeit von der Kraftstoffeinspritzung zu der Zündung als ein Index zum Schätzen der Cetanzahl verwendet. Eine Zeitabstimmung zum Einspritzen des Kraftstoffs kann durch die Kraftmaschinensteuerungseinheit (ECU) als ein Steuerungsabschnitt gesteuert werden. Deshalb ist es leicht, die Zeit nach der Kraftstoffeinspritzung bis zu der Kraftstoffzündung zu messen. Die Zündzeit kann durch Vorsehen eines Drucksensors in einem Zylinder und durch Messen einer Zeitabstimmung gemessen werden, wenn der Druck stark ansteigt. Somit kann die Cetanzahl des Kraftstoffs noch genauer bestimmt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Abgasreinigungsvorrichtung einen Einlassdruckmessabschnitt zum Messen eines Einlassdrucks der Kraftmaschine. Die Höhenlagebestimmungseinrichtung bestimmt, ob der Lagepunkt höher als die vorbestimmte Höhe ist, auf der Basis des durch den Einlassdruckmessabschnitt gemessenen Einlassdrucks.
Somit kann ein Aufbau, der einen Einlassdrucksensor an einer Einlassseite der Kraftmaschine vorsieht, korrekt schätzen, ob der derzeitige Punkt bei der großen Höhe ist. Demzufolge kann die Auswahl zwischen der Vorrichtung für eine fette Verbrennung und der Reduktionsmittelzusatzvorrichtung oder eine Auswahl zwischen der Vorrichtung für eine fette Verbrennung und der Nacheinspritzvorrichtung noch angemessener durchgeführt werden. Als eine Folge kann eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund der Regeneration des DPF gehemmt werden und ein Momentstoß kann gehemmt werden, der die Fehlzündung während der fetten Verbrennung für die NOx Reduktion begleitet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine eine Vorrichtung für eine fette Verbrennung zum Verlängern einer Dauer einer Kraftstoffeinspritzung oder zum Durchführen einer Hilfseinspritzung unmittelbar nach der Kraftstoffeinspritzung, eine Reduktionsmittelzusatzvorrichtung zum Zusetzen eines Reduktionsmittels direkt stromaufwärts eines NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators und eine Nacheinspritzvorrichtung zum Durchführen einer Hilfseinspritzung in einem Arbeitshub oder einem Auslasshub nach der Kraftstoffeinspritzung. Die Abgasreinigungsvorrichtung schaltet zwischen der Vorrichtung für eine fette Verbrennung und der Reduktionsmittelzusatzvorrichtung oder der Nacheinspritzvorrichtung gemäß einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Last um. Somit steuert die Abgasreinigungsvorrichtung den Katalysator. Die Abgasreinigungsvorrichtung hat einen Partikelabgabemengenmessabschnitt zum Messen einer Abgabemenge von Partikeln, eine Partikelabgabemengenbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen, ob die Abgabemenge der Partikel, die mit dem Partikelabgabemengenmessabschnitt gemessen wird, größer als ein erster vorbestimmter Wert ist, und eine zweite Katalysatorreduktionseinstellvorrichtung zum Ändern der Kraftmaschinendrehzahl und der Last zum Ausführen bzw. Betreiben der Vorrichtung für eine fette Verbrennung zu einer Niedrigdrehzahlseite oder einer Niedriglastseite, wenn die Partikelabgabemengenbestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die Abgabemenge der Partikel größer als der erste vorbestimmte Wert ist.
Wenn die ECU bestimmt, dass die Abgabemenge des Rauchs (d. h. der in dem Gas verteilten Partikel) groß ist, schaltet die ECU das Schaltkennfeld des NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis des Betriebsbereichs um oder schreibt die Kennfeldwerte um, so dass sich der Bereich zum Durchführen der fetten Verbrennung zu der Niedrigdrehzahl und der Niedriglastseite bewegt. Somit wird in dem Bereich der Kraftmaschinendrehzahl und der Last, in dem in einer normalen Zeitspanne die fette Verbrennung durchgeführt wird, das Abgaskraftstoffzusetzen oder die Nacheinspritzung anstelle der fetten Verbrennung durchgeführt. Deshalb wird eine übermäßige Abgabemenge des Rauchs aufgrund der fetten Verbrennung gehemmt, und die Regenerationshäufigkeit des DPF wird unterdrückt bzw. reduziert. Die Unterdrückung bzw. Reduzierung der Regenerationshäufigkeit des DPF führt zu einer Hemmung der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine eine Vorrichtung für eine fette Verbrennung zum Verlängern einer Dauer einer Kraftstoffeinspritzung oder zum Durchführen einer Hilfseinspritzung unmittelbar nach der Kraftstoffeinspritzung, ein Reduktionsmittelzusatzventil zum Zusetzen eines Reduktionsmittels direkt stromaufwärts eines NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators und eine Nacheinspritzvorrichtung zum Durchführen einer Hilfseinspritzung in einem Arbeitshub oder einem Auslasshub nach der Kraftstoffeinspritzung. Die Abgasreinigungsvorrichtung schaltet zwischen der Vorrichtung für eine fette Verbrennung und der Reduktionsmittelzusatzvorrichtung oder der Nacheinspritzvorrichtung gemäß einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Last um. Somit steuert die Abgasreinigungsvorrichtung den Katalysator. Die Abgasreinigungsvorrichtung hat einen Filterabschnitt zum Sammeln von Partikeln, der an einer abgasseitigen Passage der Kraftmaschine vorgesehen ist, einen Messabschnitt für auf Partikelablagerungsmengen bezogene Daten zum Messen von Daten, die eine Ablagerungsmenge der Partikel in dem Filterabschnitt anzeigen, eine Partikelablagerungsmengenableitungsvorrichtung zum Ableiten der Ablagerungsmenge der Partikel in dem Filterabschnitt von einem Messergebnis des Messabschnitts für auf Partikelablagerungsmengen bezogene Daten, eine Partikelablagerungserhöhungsmengenberechnungsvorrichtung zum Berechnen der Ablagerungsmenge der Partikel pro Fahrdistanzeinheit oder Zeiteinheit von der Ablagerungsmenge der Partikel, die durch die Partikelablagerungsmengenableitungsvorrichtung abgeleitet wird, eine Partikelablagerungserhöhungsmengenbestimmungsvorrichtung zum Bestimmen, ob die Ablagerungsmenge der Partikel pro Fahrdistanzeinheit oder Zeiteinheit, die durch die Partikelablagerungserhöhungsmengenberechnungsvorrichtung berechnet wird, größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist, und eine dritte Katalysatorreduktionseinstellvorrichtung zum Ändern der Kraftmaschinedrehzahl und der Last zum Ausführen bzw. Betreiben der Vorrichtung für eine fette Verbrennung zu einer Niedrigdrehzahlseite oder einer Niedriglastseite, wenn die Partikelablagerungserhöhungsmengenbestimmungsvorrichtung bestimmt, dass die Ablagerungsmenge der Partikel pro Fahrdistanzeinheit oder Zeiteinheit größer als der zweite vorbestimmte Wert ist.
Wenn der Rauch durch den Filterabschnitt geht, wird ein Teil des Rauchs in dem Filter als die Partikel abgelagert. Deshalb ermöglicht die Messung der Änderung der Partikelablagerungsmenge in dem Filter eine genauere Ermittlung einer übermäßigen Abgabe des Rauchs. Demzufolge kann ein wirksames NOx Reduktionsverfahren gewählt werden.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Abgasreinigungsvorrichtung der Messabschnitt für auf Partikelablagerungsmengen bezogene Daten ein Differenzialdrucksensorabschnitt zum Messen eines Unterschieds zwischen Luftdrücken an einem Einlass und einem Auslass des Filterabschnitts, und die Partikelablagerungserhöhungsmengenberechnungsvorrichtung leitet die Ablagerungsmenge der Partikel pro Fahrdistanzeinheit oder Zeiteinheit von dem durch den Differenzialdrucksensorabschnitt gemessenen Unterschied zwischen den Luftdrücken an dem Einlass und dem Auslass des Filterabschnitts ab.
Wenn die Partikel in dem Filterabschnitt abgelagert sind, wird das Abgas nicht sanft bzw. gleichmäßig von dem Einlass zu dem Auslass abgegeben, so dass der Unterschied zwischen den Luftdrücken an dem Einlass und dem Auslass des Filterabschnitts auftritt. Deshalb ermöglicht die Messung des Unterschieds des Luftdrucks über den Filterabschnitt mit dem Differenzialdrucksensor ein noch genaueres Erhalten der Menge der Partikel, die in dem Filterabschnitt abgelagert sind. Die Abgasreinigungsvorrichtung der Brennkraftmaschine, die den Aufbau gemäß dem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat, kann die Menge von Partikeln, die in dem Filterabschnitt abgelagert sind, korrekt berechnen. Als eine Folge können die vorbestimmte Kraftmaschinendrehzahl und die vorbestimmte Last zum Umschalten zwischen der Vorrichtung für eine fette Verbrennung und der Reduktionsmittelzusatzvorrichtung oder zwischen der Vorrichtung für eine fette Verbrennung und der Nacheinspritzvorrichtung als die Vorrichtungen zum Reduzieren des Katalysators angemessener eingestellt werden.
Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen werden verstanden, genauso wie Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile, von einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der angehängten Ansprüche und der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
1 ist ein Systemdiagramm, das eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Diagramm, das ein Aufbaubeispiel einer ECU gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3A bis 3C sind Diagramme, die jeweils ein Schaltkennfeld eines NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis eines Betriebsbereichs gemäß der ersten Ausführungsform zeigen;
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Schaltprozess des NOx-Reduktionsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Schaltprozess eines NOx-Reduktionsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Schaltprozess eines NOx-Reduktionsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Als nächstes werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein Systemdiagramm, das eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Dieselkraftmaschine 2, die in 1 gezeigt ist, dient als ein Motor. Ein Dieselpartikelfilter 3 (DPF) als ein Filterabschnitt zum Sammeln von Partikeln, die in dem Abgas der Dieselkraftmaschine 2 enthalten sind, ist in einer Passage an einer Abgasseite der Dieselkraftmaschine 2 angeordnet. Des Weiteren ist eine Mager-NOx-Falle 4 (nachstehend als LNT bezeichnet) als ein Katalysator einer NOx-Okklusions-Reduktionsbauart zum Entfernen von Stickoxiden (NOx), die in dem Abgas enthalten sind, stromabwärts des DPF 3 angeordnet. Der NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator okkludiert das NOx, wenn eine Sauerstoffkonzentration des Abgases hoch ist, und gibt das NOx ab, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases niedrig ist. Das NOx führt eine Oxidationsreduktionsreaktion mit in dem Abgas enthaltenen HC oder CO durch, wenn es abgegeben wird, und wird zu CO₂, H₂O und N₂ oxidiert oder reduziert. Das NOx in dem Abgas wird durch diese Reaktion entfernt.
Ein Kraftstoffzusatzventil 5 ist in einer Abgaspassage zwischen einem Auslassanschluss der Dieselkraftmaschine 2 und dem DPF 3 in einer Richtung vorgesehen, um den Kraftstoff in die Passage einzuspritzen. Der von dem Kraftstoffzusatzventil 5 eingespritzte Kraftstoff wird in dem Abgas gemischt und dient als ein Reduktionsmittel für den NOx Katalysator.
Ein Einlassdrucksensor 8 (d. h. ein Einlassdruckmessabschnitt) ist in einer Passage an einer Einlassanschlussseite der Dieselkraftmaschine 2 zum Messen eines Drucks in einem Einlassanschluss vorgesehen. Der Einlassdrucksensor 8 ist mit einer ECU 10 elektrisch verbunden und überträgt einen Messwert zu der ECU 10. Bei der großen Höhe wird die Atmosphäre dünn und der atmosphärische Druck fällt ab. Deshalb wird der mit dem Einlassdrucksensor 8 gemessene Druck als ein Index zum Berechnen einer Höhe eines Lagepunkts verwendet.
Ein Drucksensor 9, der als ein Zündungsmessabschnitt verwendet wird, ist in jedem Zylinder der Dieselkraftmaschine 2 zum Messen eines Drucks in dem Zylinder vorgesehen. Der Drucksensor 9 ist mit der ECU 10 elektrisch verbunden und überträgt einen Messwert zu der ECU 10. Die ECU 10 führt eine Verarbeitung unter Verwendung eines Punkts einer schnellen Druckänderung, der auf der Basis des von dem Drucksensor 9 gelieferten Messwerts des Drucks in dem Zylinder erfasst wird, als ein Explosionspunkt durch. Der Explosionspunkt wird verwendet, wenn die ECU 10 bestimmt, ob der verwendete Kraftstoff ein Niedrigcetankraftstoff ist.
Differenzialdrucksensoren 6 (d. h. ein Messabschnitt für auf Partikelablagerungsmengen bezogene Daten) sind an einem Einlass beziehungsweise einem Auslass des DPF 3 zum Messen von Luftdrücken und zum Messen einer Differenz zwischen diesen vorgesehen. Die Differenzialdrucksensoren 6 sind mit der ECU 10 elektrisch verbunden und übertragen Messwerte zu der ECU 10. Falls die Partikel in dem DPF 3 abgelagert sind, ist ein Hindurchgehen des Abgases durch den DPF 3 verschlechtert, so dass die Differenz des Luftdrucks zwischen dem Einlass und dem Auslass des DPF 3 bewirkt wird. Deshalb kann die Menge der Partikel, die in dem DPF 3 abgelagert sind, durch Messen des Luftdruckunterschieds zwischen dem Einlass und dem Auslass geschätzt werden.
Luft-Kraftstoffverhältnissensoren 7 (nachstehend auch als A/F-Sensoren bezeichnet) sind an einem Einlass bzw. einem Auslass des LNT 4 vorgesehen. Somit werden die Sauerstoffkonzentrationen des Abgases über den Katalysator gemessen. Die A/F-Sensoren 7 sind mit der ECU 10 elektrisch verbunden und übertragen die Messwerte zu der ECU 10. Wie vorstehend beschrieben ist, hängt die Abgabe des NOx von dem LNT 4 von der Sauerstoffkonzentration des Abgases ab. Deshalb dienen die Messwerte der A/F-Sensoren 7 als Indizes zum Bestimmen bzw. Entscheiden der Kraftstoffmenge, die durch das Kraftstoffzusatzventil 5 eingespritzt werden soll.
Das Kraftstoffzusatzventil 5, die Differenzialdrucksensoren 6, die A/F-Sensoren 7 und der Einlassdrucksensor 8 sind mit der Kraftmaschinensteuerungseinheit 10 (ECU) elektrisch verbunden. Die ECU 10 empfängt die Messwerte von den jeweiligen Sensoren und führt die Kraftmaschinensteuerung auf der Basis der Messwerte durch. Beispielsweise führt die ECU 10 eine Regeneration des DPF 3 auf der Basis der Messwerte durch, die mit den Differenzialdrucksensoren 6 erhalten werden, und entscheidet die Einspritzmenge des Kraftstoffzusatzventils 5 auf der Basis der Messwerte der A/F-Sensoren 7. Zusätzlich führt die ECU 10 verschiedene Arten von Steuerungen durch, die sich auf die Kraftmaschine beziehen, wie eine Entscheidung/Bestimmung einer Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung.
Zusätzlich kann ein Rauchsensor 11 (d. h. ein Partikelsensor) als ein Partikelabgabemengenmessabschnitt in der Passage zwischen der Abgasseite der Dieselkraftmaschine 2 und dem DPF 3 vorgesehen sein, um die Menge des in dem Abgas gemischten Rauchs zu messen. Der Rauchsensor 11 ist mit der ECU 10 elektrisch verbunden und überträgt den Messwert zu der ECU 10. In diesem Fall schätzt die ECU 10 die Menge der in dem DPF 3 abgelagerten Partikel von dem Messwert des Rauchsensors 11.
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Aufbaubeispiel der ECU 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die ECU 10 besteht aus einer CPU 20, die jeweilige Komponenten steuert, die die ECU 10 bilden, einem RAM 30, der als ein Arbeitsort einer Berechnung dient, die durch die CPU 20 durchgeführt wird, einem ROM 40, der Steuerungsprogramme und verschiedene Daten speichert, und einem EEPROM 50, der als ein nichtflüchtiger Speicher dient, der verschiedene Einstellungen speichert. Die Komponenten der ECU 10 führen durch einen Bus 60 eine Datenkommunikation untereinander durch. Eine elektrische Verbindung mit äußeren Einrichtungen, wie verschiedenen Sensoren, wird durch den Bus 60 und einen I/O 70 bewirkt.
Der ROM 40 hat ein Kraftstoffeinspritzprogramm 41 (eine Vorrichtung für eine fette Verbrennung, eine Reduktionsmittelzusatzvorrichtung, eine Nacheinspritzvorrichtung), die einen Befehl einer Kraftstoffeinspritzung zu dem Injektor, der in der Dieselkraftmaschine 2 vorgesehen ist, und zu dem Kraftstoffzusatzventil 5, das in der Passage an der Abgasseite vorgesehen ist, gemäß eingestellten Kraftstoffkennfeldern gibt, ein NOx- Reduktionsverfahrenschaltkennfeldentscheidungsprogramm 42 (eine erste Katalysatorreduktionseinstellvorrichtung, eine zweite Katalysatorreduktionseinstellvorrichtung, eine dritte Katalysatorreduktionseinstellvorrichtung), die ein Schaltkennfeld des NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis eines Betriebsbereichs bestimmt bzw. entscheidet, ein Bestimmungsprogramm 43 für große Höhe (eine Bestimmungsvorrichtung für große Höhe bzw. Höhenlagebestimmungseinrichtung), die auf der Basis des Messwerts, der mit dem in der Passage an der Einlassseite vorgesehenen Einlassdrucksensor 8 erhalten wird, bestimmt, ob sich der Lagepunkt bei einer großen Höhe befindet, ein Zündzeitmessprogramm 44 (eine Zündzeitmessvorrichtung), die eine mit dem Drucksensor 9 gemessene Zündzeit Tig von der Kraftstoffeinspritzung zu der Zündung misst, ein Niedrigcetankraftstoffbestimmungsprogramm 45 (eine Niedrigcetankraftstoffbestimmungsvorrichtung), die bestimmt, ob der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist, ein Partikelabgabemengenbestimmungsprogramm 46 (eine Partikelabgabemengenbestimmungsvorrichtung), die bestimmt, ob die Abgabemenge PMe des mit dem Rauchsensor 11 gemessenen Rauchs größer als ein erster vorbestimmter Wert ist, ein Partikelablagerungsmengenableitungsprogramm 47 (eine Partikelablagerungsmengenableitungsvorrichtung), die eine Ablagerungsmenge PMf der in dem DPF 3 abgelagerten Partikel von dem Differenzialdruck misst, der mit den Differenzialdrucksensoren 7 gemessen wird, ein Partikelablagerungserhöhungsmengenberechnungsprogramm 48 (eine Partikelablagerungserhöhungsmengenberechnungsvorrichtung), die eine Erhöhungsmenge ΔPMf der Ablagerungsmenge PMf der Partikel von der gemessenen Partikelablagerungsmenge PMf und einer Fahrdistanz oder einer Fahrtzeit der Kraftmaschine 2 berechnet, und ein Partikelablagerungserhöhungsmengenbestimmungsprogramm 49 (eine Partikelablagerungserhöhungsmengenbestimmungsvorrichtung), die bestimmt, ob die Ablagerungserhöhungsmenge ΔPMf der Partikel, die durch das Partikelablagerungserhöhungsmengenberechnungsprogramm 48 berechnet wird, größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist. Die CPU 20 führt verschiedene Arten von Prozessen durch Verschieben bzw. Übertragen von Inhalten des ROMS 40 zu dem RAM 30 aus. Die CPU 20 führt verschiedene Arten von Prozessen durch Übertragen der Werte der verschiedenen Arten von Einstellungen, die für die Prozesse notwendig sind, von dem EEPROM 50 zu dem RAM 30 aus. Wenn es eine Änderung der Einstellungen gibt, speichert die CPU 20 die Einstellungen durch Schreiben des Änderungswerts in den EEPROM 50.
3A zeigt ein Schaltkennfeld des NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis des Betriebsbereichs während einer normalen Zeitspanne. Eine vertikale Achse zeigt eine auf die Kraftmaschine 2 aufgebrachte Last und eine horizontale Achse zeigt eine Kraftmaschinendrehzahl RPM. Ein Bereich 100 in 3A zeigt einen Bereich der Kraftmaschinendrehzahl RPM und der Last zum Durchführen der fetten Verbrennung, um den NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator zu reduzieren. Ein Bereich 101 in 3A zeigt einen Bereich der Kraftmaschinendrehzahl RPM und der Last zum Durchführen des Kraftstoffzusetzens oder der Nacheinspritzung, um den NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator zu reduzieren. Wie in 3A gezeigt ist, ist der Bereich zum Durchführen der fetten Verbrennung der Bereich der niedrigen Drehzahl und der niedrigen Last. Dies ist so, weil eine große Menge des Rauchs erzeugt wird, falls die fette Verbrennung bei einer hohen Drehzahl und einer hohen Last durchgeführt wird. Dies bewirkt, dass eine große Menge der Partikel in dem DPF 3 abgelagert werden, so dass sich die Häufigkeit der Regeneration erhöht und sich ein Kraftstoffverbrauch verschlechtert. Deshalb wird in dem Zustand der hohen Drehzahl und der hohen Last das Reduktionsverfahren des NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators von der fetten Verbrennung zu dem Kraftstoffzusetzen oder der Nacheinspritzung umgeschaltet. In dem Fall der Nacheinspritzung verbrennt nur ein kleiner Teil des Kraftstoffs in dem Zylinder. In dem Fall des Kraftstoffzusetzens wird der Kraftstoff in die abgasseitige Passage eingespritzt, so dass der Kraftstoff nicht verbrennt. Somit ist in dem Fall der Nacheinspritzung oder des Abgaskraftstoffzusetzens die Verbrennung gering und die Erzeugung von CO₂ und H₂O als die Ursache der Reduktion des NOx ist gering. Demzufolge ist eine NOx-Reinigungsrate niedriger als bei der fetten Verbrennung, aber die Abgabemenge des Rauchs kann verringert werden. Wie vorstehend beschrieben ist, wird die fette Verbrennung bei der niedrigen Drehzahl und der niedrigen Last durchgeführt, und das Abgaskraftstoffzusetzen oder die Nacheinspritzung wird bei der hohen Drehzahl und der hohen Last durchgeführt.
Der NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator wird in einem begrenzten Temperaturbereich wirksam aktiviert. Im Allgemeinen erstreckt sich ein derartiger Temperaturbereich von 250 bis 400°C. Falls die Temperatur von dem Temperaturbereich abweicht, fällt ein Fortschreiten der Reaktion schnell ab. Deshalb steigt in einem Bereich über einer gewissen Drehzahl und einer gewissen Last die Temperatur übermäßig an und die Reaktion hört auf, fortzuschreiten. Dies ist der Grund warum es obere Grenzen für die Kraftmaschinendrehzahl und die Last in dem Bereich 101 gibt.
Der Bereich für die fette Verbrennung, das Abgaskraftstoffzusetzen oder die Nacheinspritzung ist nicht in einem Bereich der sehr niedrigen Drehzahl und der sehr niedrigen Last in 3A eingestellt. Dies ist so, weil die untere Grenze des Betriebsbereichs durch die Drehzahl und die Last eines Leerlaufbetriebs definiert ist, und die Kraftmaschine nicht bei der Drehzahl und der Last betrieben wird, die niedriger als diejenigen des Leerlaufbetriebs sind.
3B zeigt ein Schaltkennfeld des NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis des Betriebsbereichs, das verwendet wird, wenn die ECU 10 bestimmt, dass der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist oder sich der Lagepunkt bei der großen Höhe befindet. Ein Bereich 100 in 3B zeigt einen Bereich der Kraftmaschinendrehzahl RPM und der Last zum Durchführen der fetten Verbrennung. Ein Bereich 101 in 3B zeigt einen Bereich der Kraftmaschinendrehzahl RPM und der Last zum Durchführen des Abgaskraftstoffzusetzens oder der Nacheinspritzung. Eine gepunktete Linie 102 zeigt eine Grenze zum Umschalten zwischen der fetten Verbrennung und dem Abgaskraftstoffzusetzen oder der Nacheinspritzung während der normalen Zeitspanne. Falls während der normalen Zeitspanne die fette Verbrennung bei der höheren Drehzahl und der höheren Last als die gepunktete Linie 102 durchgeführt wird, wird eine große Menge des Rauchs erzeugt. Deshalb wird die NOx-Reduktion durch die fette Verbrennung während der normalen Zeitspanne nicht bei der Drehzahl und der Last durchgeführt, die höher sind als die gepunktete Linie 102.
Durch Messen des atmosphärischen Drucks wird bestimmt, ob sich der Lagepunkt bei der großen Höhe befindet. Der Einlassdrucksensor 8 ist an der Einlassseite der Kraftmaschine 2 zum Messen eines atmosphärischen Drucks vorgesehen. Da sich der atmosphärische Druck mit der Höhe ändert, kann die Höhe durch Messen des atmosphärischen Drucks bestimmt werden. Wenn das Bestimmungsprogramm 43 für große Höhe von der gemessenen Höhe bestimmt, dass der Lagepunkt die große Höhe ist bzw. sich in der großen Höhe befindet, wird das Schaltkennfeld des NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis des Betriebsbereichs umgeschrieben. Alternativ kann ein vorbestimmter Wert eingestellt sein, und der Lagepunkt kann als die große Höhe bestimmt werden, wenn der gemessene atmosphärische Druck niedriger als der vorbestimmte Wert ist. Alternativ kann die Höhe von dem derzeitigen Lagepunkt, der in einem Fahrzeugnavigationssystem gezeigt wird, und eingetragenen bzw. gespeicherten Kennfelddaten (Höhendaten) bestimmt werden.
Durch Messen der Zeit, die von der Haupteinspritzung zu der Zündung in dem Zylinder notwendig ist, wird bestimmt, ob der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist. Die Messung wird durch Vorsehen des Drucksensors 9 in dem Zylinder durchgeführt. Der Punkt, wenn sich der Druck schnell ändert, ist der Explosionspunkt. Die Zeit von dem Einspritzpunkt zu dem Explosionspunkt wird gemessen, und die Cetanzahl wird von dem Messwert geschätzt. Der Kraftstoff wird weniger brennbar, wenn die Cetanzahl abnimmt. Deshalb wird angenommen, dass sich die Cetanzahl verringert, wenn sich die Zeit bis zur Explosion verlängert. Wenn das Niedrigcetankraftstoffbestimmungsprogramm 45 bestimmt, dass der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist, wird das Schaltkennfeld des NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis des Betriebsbereichs umgeschrieben. Alternativ kann ein fünfter vorbestimmter Wert eingestellt sein, und es kann bestimmt werden, dass der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist, wenn die gemessene Zeit länger als der vorbestimmte Wert ist.
Die Sauerstoffkonzentration ist in der großen Höhe niedrig und die Cetanzahl ist niedrig, wenn der Niedrigcetankraftstoff verwendet wird. Derartige Situationen sehen Umgebungen vor, wo der Kraftstoff nicht leicht verbrennt. Deshalb wird unter derartigen Situationen das Kennfeld umgeschaltet oder Kennfeldwerte werden umgeschrieben, so dass die fette Verbrennung auch in dem Bereich der höheren Drehzahl und der höheren Last als in der normalen Zeitspanne durchgeführt wird. Durch die Kennfeldänderung wird die fette Verbrennung auch in dem Bereich durchgeführt, in dem in der normalen Zeitspanne die fette Verbrennung nicht durchgeführt wird. Somit kann eine effizientere NOx-Reduktion durchgeführt werden, und die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs kann gehemmt werden. In dem Fall von 3B ist der Bereich, in dem in der normalen Zeitspanne die fette Verbrennung nicht durchgeführt wird, aber in dem die fette Verbrennung durchgeführt wird, wenn der Niedrigcetankraftstoff verwendet wird oder wenn die große Höhe vorliegt, der Bereich unterhalb des Bereichs 101 und oberhalb der gepunkteten Linie 102.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Umgebung, in der der Kraftstoff schwierig zu verbrennen ist, in der großen Höhe vorgesehen oder dann vorgesehen, wenn der Niedrigcetankraftstoff verwendet wird. In einer derartigen Umgebung gibt es eine Möglichkeit, dass die Zylindertemperatur niedrig ist und der Kraftstoff in einem Betriebsbereich der Niedrigdrehzahl und der Niedriglast nicht verbrennt, der durch einen Bereich 103 in 3B gezeigt ist. Wenn eine übermäßige Kraftstoffzufuhr unter einer derartigen Bedingung durchgeführt wird, gibt es eine Möglichkeit, dass der Zylinder in der Kraftmaschine mit dem Kraftstoff benetzt wird, wodurch ein Fehlzünden verursacht wird. Um das Fehlzünden zu verhindern, wird in dem Bereich 103 das Verfahren von der fetten Verbrennung zu dem Abgaskraftstoffzusetzen oder der Nacheinspritzung umgeschaltet, wodurch das Fehlzünden aufgrund des Überschusses des Kraftstoffs unterdrückt wird. Die Unterdrückung des Fehlzündens führt zu einer Unterdrückung eines Momentstoßes.
3C zeigt ein NOx-Reduktionsverfahrenschaltkennfeld in dem Fall, in dem die ECU 10 bestimmt, dass die Partikelablagerungserhöhungsmenge ΔPMf des DPF 3 größer als der zweite vorbestimmte Wert ist. Wie in dem Fall von 3B zeigt ein Bereich 100 in 3C einen Bereich der Kraftmaschinendrehzahl RPM und der Last zum Durchführen der fetten Verbrennung, und ein Bereich 101 zeigt einen Bereich der Kraftmaschinendrehzahl RPM und der Last zum Durchführen des Abgaskraftstoffzusetzens oder der Nacheinspritzung. Eine gepunktete Linie 102 in 3C zeigt eine Grenze zum Umschalten des Verfahrens zwischen der fetten Verbrennung und dem Abgaskraftstoffzusetzen oder der Nacheinspritzung in der normalen Zeitspanne. Falls sich die Partikelablagerungsmenge erhöht, wird die Regeneration des DPF 3 häufig durchgeführt. Eine große Menge des Kraftstoffs wird in der Regeneration des DPF 3 verwendet. Deshalb erhöht sich eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs, falls die Regeneration des DPF 3 häufig durchgeführt wird. Um die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zu hemmen, wird das Kennfeld umgeschaltet oder Kennfeldwerte werden umgeschrieben, so dass die oberen Grenzwerte der Kraftmaschinendrehzahl RPM und der Last zum Durchführen der fetten Verbrennung abgesenkt werden. Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Raucherzeugung in dem Fall des Abgaskraftstoffzusetzens oder der Nacheinspritzung im Vergleich zu dem Fall der fetten Verbrennung verringert. Durch Umschalten des Reduktionsverfahrens gibt es einen Bereich, in dem das Abgaskraftstoffzusetzen oder die Nacheinspritzung bei der Kraftmaschinendrehzahl und der Last durchgeführt wird, bei denen während der normalen Zeitspanne die fette Verbrennung durchgeführt wird. Somit kann die Abgabemenge des Rauchs unterdrückt werden.
Als nächstes wird eine Prozedur des Umschaltens des NOx-Reduktionsverfahrens mit Bezug auf ein Flussdiagramm erklärt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Umschaltprozesses des NOx-Reduktionsverfahrens gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Zuerst misst die ECU 10 den atmosphärischen Druck Patm mit dem Einlassdrucksensor 8 an der Einlassseite und empfängt den Messwert in S100 (S bezeichnet „Schritt"). Dann bestimmt die ECU 10 in S110, ob der empfangene Messwert des atmosphärischen Drucks Patm gleich zu oder niedriger als ein dritter vorbestimmter Wert y ist. Falls bestimmt wird, dass der Messwert des atmosphärischen Drucks Patm gleich zu oder niedriger als der dritte vorbestimmte Wert y ist (S110: JA), bestimmt die ECU 10, dass der Lagepunkt höher als eine vorbestimmte Höhe ist, und schaltet in S150 das Schaltkennfeld des NOx-Reduktionsverfahrens um oder schreibt die Kennfeldwerte um, so dass sich der Bereich zum Durchführen der fetten Verbrennung zu der Hochdrehzahl- und Hochlastbereichseite bewegt. Dann wird der Umschaltprozess des NOx-Reduktionsverfahrens beendet. Wie vorstehend beschrieben ist, kann die Höhe von dem Messwert des atmosphärischen Drucks Patm abgeleitet werden, oder die Höhe des Lagepunkts kann von den Kennfelddaten des Fahrzeugnavigationssystems erhalten werden, und es kann bestimmt werden, ob die Höhe höher als die vorbestimmte Höhe ist. Durch Verwenden der Kennfelddaten in Kombination kann die Höhe noch genauer bestimmt werden.
Wenn der Messwert des atmosphärischen Drucks Patm größer als der dritte vorbestimmte Wert y ist (S110: NEIN), misst die ECU 10 in S120 die Zündzeit Tig von der Kraftstoffeinspritzung zu der Zündung. Die ECU 10 misst die Zündzeit Tig von der Haupteinspritzung zu der Zündung mit dem Befehl der Haupteinspritzung, der durch die ECU 10 zu dem Injektor übertragen wird, und mit dem Drucksensor 9, der an dem Zylinder vorgesehen ist. Die ECU 10 leitet die Cetanzahl Nce von der gemessenen Zeit Tig ab.
Dann leitet die ECU 10 in S130 die Cetanzahl Nce des verwendeten Kraftstoffs von der gemessenen Zündzeit Tig von der Haupteinspritzung bis zu der Zündung ab. Dann bestimmt die ECU 10 in S140, ob die abgeleitete Cetanzahl Nce gleich zu oder niedriger als ein vierter vorbestimmter Wert δ ist. Wenn die abgeleitete Cetanzahl Nce gleich zu oder kleiner als der vierte vorbestimmte Wert δ ist (S140: JA), bestimmt die ECU 10, dass der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist, und die ECU 10 schaltet in S150 das Kennfeld des NOx-Reduktionsverfahrens um oder schreibt die Kennfeldwerte um, so dass sich der Bereich zum Durchführen der fetten Verbrennung zu der Hochdrehzahl- und Hochlastbereichseite ändert. Dann wird der Umschaltprozess des NOx-Reduktionsverfahrens beendet.
Wenn die abgeleitete Cetanzahl Nce größer als der vierte vorbestimmte Wert δ ist (S140: NEIN), bestimmt die ECU 10, dass der verwendete Kraftstoff nicht der Niedrigcetankraftstoff ist und beendet den Prozess.
Wie vorstehend beschrieben ist, kann alternativ der fünfte vorbestimmte Wert eingestellt sein, und es kann durch Vergleichen der gemessenen Zündzeit Tig von der Haupteinspritzung bis zu der Zündung mit dem fünften vorbestimmten Wert bestimmt werden, ob der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist.
Das Vorstehende ist die Prozedur des Umschaltens des NOx-Reduktionsverfahrens, die bei der großen Höhe durchgeführt wird oder durchgeführt wird, wenn der Niedrigcetankraftstoff verwendet wird. Als nächstes wird eine Prozedur des Umschaltens des NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis der Abgabemenge der Partikel erklärt.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Umschaltprozesses des NOx-Reduktionsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Zuerst misst die ECU 10 die Abgabemenge PMe des Rauchs mit dem Rauchsensor 11 und empfängt den Messwert in S200.
Dann bestimmt die ECU 10 in S210, ob die gemessene Abgabemenge PMe des Rauchs gleich zu oder größer als ein erster vorbestimmter Wert α ist. Wenn die Abgabemenge PMe des Rauchs gleich zu oder größer als der erste vorbestimmte Wert α ist (S210: JA), bestimmt die ECU 10, dass eine große Menge des Rauchs erzeugt wird, und schaltet in S220 das Schaltkennfeld des NOx-Reduktionsverfahrens um oder schreibt die Kennfeldwerte um, so dass sich der Bereich zum Durchführen der fetten Verbrennung zu der Niedrigdrehzahl- und der Niedriglastbereichseite ändert. Dann wird der Umschaltprozess der NOx-Reduktionsvorrichtung beendet.
Wenn die Abgabemenge PMe des Rauchs geringer als der erste vorbestimmte Wert α ist (S210: NEIN), bestimmt die ECU 10, dass die große Menge des Rauchs nicht erzeugt wird, und beendet den Umschaltprozess des NOx-Reduktionsverfahrens.
Das Vorstehende ist die Prozedur zum Umschalten des NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis der Abgabemenge des Rauchs. Als nächstes wird eine Prozedur des Umschaltens des NOx-Reduktionsverfahrens auf der Basis der Ablagerungsmenge der Partikel erklärt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Umschaltprozesses des NOx-Reduktionsverfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Zuerst misst die ECU 10 den Differenzialdruck ΔP zwischen dem Einlass und dem Auslass des DPF 3 mit den Differenzialdrucksensoren 6 und empfängt den Messwert ΔP in S300. Dann berechnet die ECU 10 in S310 die Partikelablagerungsmenge PMf von dem Messwert ΔP.
Dann berechnet die ECU 10 in S320 einen Erhöhungsgrad ΔPMf der Partikelablagerungsmenge PMf. Der Erhöhungsgrad ΔPMf der Partikelablagerungsmenge PMf wird von der Partikelablagerungsmenge PMf und einer Fahrdistanz berechnet. Der Erhöhungsgrad ΔPMf kann von der Partikelablagerungsmenge PMf und einer Fahrdauer berechnet werden.
Dann bestimmt die ECU 10 in S330, ob der berechnete Erhöhungsgrad ΔPMf der Partikelablagerungsmenge PMf gleich zu oder größer als der zweite vorbestimmte Wert β ist. Wenn der Erhöhungsgrad ΔPMf der Partikelablagerungsmenge PMf gleich zu oder größer als der zweite vorbestimmte Wert β ist (S330: JA), dann bestimmt die ECU 10, dass eine große Menge des Rauchs erzeugt wird, und schaltet in S340 das Kennfeld des NOx-Reduktionsverfahrens um oder schreibt die Kennfeldwerte um, so dass sich der Bereich zum Durchführen der fetten Verbrennung zu der Niedrigdrehzahl- und Niedriglastbereichseite ändert. Dann wird der Umschaltprozess des NOx-Reduktionsverfahrens beendet.
Wenn der Erhöhungsgrad ΔPMf der Partikelablagerungsmenge PMf geringer als der zweite vorbestimmte Wert β ist (S330: NEIN), bestimmt die ECU 10, dass eine große Menge des Rauchs nicht erzeugt wird, und beendet den Umschaltprozess des NOx-Reduktionsverfahrens.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig modifiziert werden. Beispielsweise kann die Partikelablagerungsmenge oder die Partikelablagerungserhöhungsmenge von dem Rauchsensor 11 abgeleitet werden. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist, gibt es eine Möglichkeit, dass eine Abweichung in dem Messwert des Differenzialdrucksensors 6 auftritt. Deshalb ermöglicht ein Aufbau, der den Rauchsensor in Kombination verwendet, eine genauere Ableitung der Partikelablagerungsmenge und des Ablagerungsmengenerhöhungsumfangs.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt werden, sondern kann auf viele anderen Arten umgesetzt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
Wenn bestimmt ist, dass ein verwendeter Kraftstoff ein Niedrigcetankraftstoff ist oder dass sich ein derzeitiger Lagepunkt in einer großen Höhe befindet, wird ein Kennfeld einer fetten Verbrennung, eines Abgaskraftstoffzusetzens oder einer Nacheinspritzung bei der Gelegenheit einer Reduktion von NOx umgeschrieben, um eine Fehlzündung zu hemmen. Des Weiteren wird eine Verschlechterung eines Kraftstoffverbrauchs aufgrund einer Regeneration eines Dieselpartikelfilters (3) durch Unterdrücken einer übermäßigen Abgabe von Rauch aufgrund der fetten Verbrennung gehemmt. Somit wird eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (2) vorgesehen, die sowohl eine Hemmung der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund der Regeneration des Dieselpartikelfilters (3) als auch eine Hemmung eines Momentstoßes erreichen kann, der die Fehlzündung auf Grund der fetten Verbrennung für die NOx-Reduktion begleitet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-120392 A [0003]

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (2), die eine Einrichtung (41) für eine fette Verbrennung zum Verlängern einer Dauer einer Kraftstoffeinspritzung oder zum Durchführen einer Hilfseinspritzung unmittelbar nach der Kraftstoffeinspritzung, eine Reduktionsmittelzusatzeinrichtung (41) zum Zusetzen eines Reduktionsmittels direkt stromaufwärts eines NOx Okklusions-Reduktionskatalysators (4) und eine Nacheinspritzeinrichtung (41) zum Durchführen einer Hilfseinspritzung in einem Arbeitshub oder einem Auslasshub nach der Kraftstoffeinspritzung hat und die zwischen der Einrichtung (41) für eine fette Verbrennung und der Reduktionsmittelzusatzeinrichtung (41) oder der Nacheinspritzeinrichtung (41) gemäß einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Last umschaltet, wodurch die Abgasreinigungsvorrichtung den Katalysator (4) steuert, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch: eine Höhenlagebestimmungseinrichtung (43) zum Bestimmen, ob ein Lagepunkt der Abgasreinigungsvorrichtung höher als eine vorbestimmte Höhe ist; eine Niedrigcetankraftstoffbestimmungseinrichtung (45) zum Bestimmen, ob eine Cetanzahl eines verwendeten Kraftstoffs niedriger als eine vorbestimmte Cetanzahl ist; und eine erste Katalysatorreduktionseinstelleinrichtung (42) zum Ändern der Kraftmaschinendrehzahl und der Last zum Betreiben der Einrichtung (41) für eine fette Verbrennung zu einer Hochdrehzahlseite oder einer Hochlastseite, wenn die Höhenlagebestimmungseinrichtung (43) bestimmt, dass der Lagepunkt der Abgasreinigungsvorrichtung höher als die vorbestimmte Höhe ist, oder die Niedrigcetankraftstoffbestimmungseinrichtung (45) bestimmt, dass der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die des Weiteren Folgendes aufweist: einen Zündungsmessabschnitt (9) zum Messen einer Zeitabstimmung einer Zündung; und eine Zündungszeitmesseinrichtung (44) zum Messen einer Zeit von dem Zeitpunkt an, zu dem der Kraftstoff eingespritzt wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoff gezündet wird, wobei die Niedrigcetankraftstoffbestimmungseinrichtung (45) auf der Basis eines durch die Zündzeitmesseinrichtung (44) gemessenen Messwerts bestimmt, ob der verwendete Kraftstoff der Niedrigcetankraftstoff ist.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, die des Weiteren Folgendes aufweist: einen Einlassdruckmessabschnitt (8) zum Messen eines Einlassdrucks der Kraftmaschine (2), wobei die Höhenlagebestimmungseinrichtung (43) auf der Basis des durch den Einlassdruckmessabschnitts (8) gemessenen Einlassdrucks bestimmt, ob der Lagepunkt höher als die vorbestimmte Höhe ist.
Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (2), die eine Einrichtung (41) für eine fette Verbrennung zum Verlängern einer Dauer einer Kraftstoffeinspritzung oder zum Durchführen einer Hilfseinspritzung unmittelbar nach der Krafteinspritzung, eine Reduktionsmittelzusatzeinrichtung (41) zum Zusetzen eines Reduktionsmittels direkt stromaufwärts eines NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators (4) und eine Nacheinspritzeinrichtung (41) zum Durchführen einer Hilfseinspritzung in einem Arbeitshub oder einem Auslasshub nach der Kraftstoffeinspritzung hat und die zwischen der Einrichtung (41) für eine fette Verbrennung und der Reduktionsmittelzusatzeinrichtung (41) oder der Nacheinspritzeinrichtung (41) gemäß einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Last umschaltet, wodurch die Abgasreinigungsvorrichtung den Katalysator (4) steuert, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch: einen Partikelabgabemengenmessabschnitt (11) zum Messen einer Abgabemenge von Partikeln; eine Partikelabgabemengenbestimmungseinrichtung (46) zum Bestimmen, ob die Abgabemenge der Partikel, die mit dem Partikelabgabemengenmessabschnitt (11) gemessen wird, größer als ein erster vorbestimmter Wert ist; und eine zweite Katalysatorreduktionseinstelleinrichtung (42) zum Ändern der Kraftmaschinendrehzahl und der Last zum Betreiben der Einrichtung (41) für eine fette Verbrennung zu einer Niedrigdrehzahlseite oder einer Niedriglastseite, wenn die Partikelabgabemengenbestimmungseinrichtung (46) bestimmt, dass die Abgabemenge der Partikel größer als der erste vorbestimmte Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (2), die eine Einrichtung (41) für eine fette Verbrennung zum Verlängern einer Dauer einer Kraftstoffeinspritzung oder zum Durchführen einer Hilfseinspritzung unmittelbar nach der Kraftstoffeinspritzung, eine Reduktionsmittelzusatzeinrichtung (41) zum Zusetzen eines Reduktionsmittels direkt stromaufwärts eines NOx-Okklusions-Reduktionskatalysators (4) und eine Nacheinspritzeinrichtung (41) zum Durchführen einer Hilfseinspritzung in einem Arbeitshub oder einem Auslasshub nach der Kraftstoffeinspritzung hat und die zwischen der Einrichtung (41) für eine fette Verbrennung und der Reduktionsmittelzusatzeinrichtung (41) oder der Nacheinspritzeinrichtung (41) gemäß einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Last umschaltet, wodurch die Abgasreinigungsvorrichtung den Katalysator (4) steuert, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung gekennzeichnet ist durch: einen Filterabschnitt (3) zum Sammeln von Partikeln, der in einer abgasseitigen Passage der Kraftmaschine (2) vorgesehen ist; einen Messabschnitt (6) für auf Partikelablagerungsmengen bezogene Daten zum Messen von Daten, die eine Ablagerungsmenge der Partikel in dem Filterabschnitt (3) anzeigen; eine Partikelablagerungsmengenableitungseinrichtung (47) zum Ableiten der Ablagerungsmenge der Partikel in dem Filterabschnitt (3) von einem Messergebnis des Messabschnitts (6) für auf Partikelablagerungsmengen bezogene Daten; eine Partikelablagerungserhöhungsmengenberechnungseinrichtung (48) zum Berechnen der Ablagerungsmenge der Partikel pro Fahrdistanzeinheit oder Zeiteinheit von der Ablagerungsmenge der Partikel, die durch die Partikelablagerungsmengenableitungseinrichtung (47) abgeleitet wird; eine Partikelablagerungserhöhungsmengenbestimmungseinrichtung (49) zum Bestimmen, ob die durch die Partikelablagerungserhöhungsmengenberechnungseinrichtung (48) berechnete Ablagerungsmenge der Partikel pro Fahrdistanzeinheit oder Zeiteinheit, größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist; und eine dritte Katalysatorreduktionseinstelleinrichtung (41) zum Ändern der Kraftmaschinendrehzahl und der Last zum Betreiben der Einrichtung (41) für eine fette Verbrennung zu einer Niedrigdrehzahlseite oder einer Niedriglastseite, wenn die Partikelablagerungserhöhungsmengenbestimmungseinrichtung (49) bestimmt, dass die Ablagerungsmenge der Partikel pro Fahrdistanzeinheit oder Zeiteinheit größer als der zweite vorbestimmte Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei der Messabschnitt (6) für auf Partikelablagerungsmengen bezogene Daten ein Differenzialdrucksensorabschnitt (6) zum Messen einer Differenz zwischen Luftdrücken an einem Einlass und einem Auslass des Filterabschnitts (3) ist, und die Partikelablagerungserhöhungsmengenberechnungseinrichtung (48) die Ablagerungsmenge der Partikel pro Fahrdistanzeinheit oder Zeiteinheit von der durch den Differenzialdrucksensorabschnitt (6) gemessenen Differenz zwischen den Luftdrücken an dem Einlass und dem Auslass des Filterabschnitts (3) ableitet.