DE102008055189A1

DE102008055189A1 - Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008055189A1
Application number: DE102008055189A
Authority: DE
Inventors: Shigeto Kariya Yahata; Tsutomu Kariya Soga; Tsukasa Kariya Kuboshima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-01-16
Filing date: 2008-12-30
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2028-12-31
Also published as: US20090178390A1; JP2009167906A; DE102008055189B4; JP5024066B2; US8137434B2

Abstract

Ein erster Einlassluftsteuerungsmodus des Einstellens einer Einlassdrosselklappe (32) zu (oder nahe zu) einem vollständig geöffneten Zustand und des Einstellens eines AGR-Ventils (51) zu (oder nahe zu) einem vollständig geschlossenen Zustand wird durchgeführt, wenn eine DPF-Temperatur und eine Partikelablagerungsmenge jeweils größer als entsprechende vorbestimmte Werte sind, ein Nichteinspritzbetriebszustand vorherrscht und eine Maschinendrehzahl höher als ein entsprechender vorbestimmter Wert ist. Ein zweiter Einlassluftsteuerungsmodus des Einstellens der Einlassdrosselklappe (32) zu (oder nahe zu) einem vollständig geschlossenen Zustand und des Einstellens des AGR-Ventils (51) zu (oder nahe zu) einem vollständig geöffneten Zustand wird durchgeführt, wenn die DPF-Temperatur und die Partikelablagerungsmenge jeweils größer als die entsprechenden vorbestimmten Werte sind, der Nichteinspritzbetriebszustand vorherrscht und die Maschinendrehzahl niedriger als der entsprechende vorbestimmte Wert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine.
Heutzutage steigt ein Bewusstsein zur Umweltbewahrung an, und eine exzellente Abgasreinigungsleistung einer Brennkraftmaschine ist erfordert. Im Speziellen ist es für eine weitere Verbreitung von Dieselmaschinen wichtig, dass Abgaspartikel (d. h. Partikel), wie schwarzer Rauch, die von der Maschine abgegeben werden, entfernt werden. In vielen Fällen ist ein Dieselpartikelfilter (DPF) in einem Abgasrohr zum Entfernen der Partikel angeordnet.
Da der DPF die Partikel in dem Abgas sammelt, wird ein Hauptteil der Partikel entfernt. Jedoch wird der DPF verstopft, falls die Ablagerung der Partikel in dem DPF nur andauert. Deshalb ist es notwendig, den DPF durch Verbrennen und Entfernen der abgelagerten Partikel zu regenerieren. Um die in dem DPF abgelagerten Partikel zu verbrennen, werden Verfahren wie eine Nacheinspritzung verwendet. Die Nacheinspritzung spritzt einen Kraftstoff nach einer Haupteinspritzung in einen Zylinder ein.
Falls eine Temperatur während der DPF-Regeneration übermäßig ansteigt, können Probleme wie ein Schmelzen des DPF oder ein Brechen des DPF auftreten. Beispielsweise, falls ein Nichteinspritzbetrieb (d. h. ein Betrieb, bei dem kein Kraftstoff in eine Maschine eingespritzt wird) auftritt, wenn die Temperatur des DPF während der Regeneration des DPF hoch ist und die Partikelablagerungsmenge in dem DPF groß ist, verringert sich eine Einlassmenge stark, so dass eine Weiterleitung einer Wärme im Inneren des DPF zu einem stromabwärtigen Abschnitt durch ein Abgas behindert ist. Demzufolge verbleibt die Wärme und häuft sich im Inneren des DPF an, wodurch das Risiko der übermäßigen Temperaturerhöhung des DPF erhöht wird. Beispielsweise tritt der Nichteinspritzbetrieb während eines Übergangs eines Betriebszustands der Maschine von einem normalen Betriebszustand (d. h. einem Nichtleerlaufbetriebszustand) zu einem Leerlaufsbetriebzustand auf oder tritt auf, wenn eine Maschinenbremse verwendet wird, während das Fahrzeug bergab fährt.
Beispielsweise beschreibt das Patentdokument 1 ( JP-A-2003-27921 ) eine Technologie, die eine Einlassdrosselklappe öffnet, um eine Strömungsrate des Abgases zu erhöhen, das in den DPF strömt, und um den DPF schnell unter gewissen Umständen zu kühlen, bei denen es ein Risiko der übermäßigen Temperaturerhöhung gibt, wodurch die übermäßige Temperaturerhöhung des DPF vermieden wird. Patentdokument 2 ( JP-A-2002-188493 ) beschreibt eine Technologie, die eine Frischluftmenge durch Verringern einer Öffnung einer Einlassdrosselklappe und durch vollständiges Öffnen eines AGR-Ventils eines AGR-Rohrs verringert, das das Abgas zurückführt. Somit wird eine Verbrennungsreaktion von Partikeln in dem DPF unterdrückt, um einen übermäßigen Temperaturanstieg des DPF zu vermeiden.
Ein Beispiel eines zeitlichen Verlaufs der Temperatur TDPF des DPF ist in 8 gezeigt. Ein Verlauf der Einlassmenge G ist auch in 8 gezeigt. In 8 zeigen gestrichelte Linien (MODUS I, MODUS II) den Fall von Patentdokument 1 bzw. 2, und eine durchgehende Linie (NORMALER MODUS) zeigt einen Fall einer normalen Einlassluftsteuerung. Die normale Einlassluftsteuerung meint einen Fall, in dem Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe und des AGR Ventils bezüglich einer für jede von individuellen Vorrichtungen spezifizierte Verzögerung verwendet werden. Die Steuerung gemäß Patendokument 1 wird als ein Einlassteuerungsmodus I (MODUS I in 8) bezeichnet, und die Steuerung gemäß Patentdokument 2 wird nachstehend als ein Einlassluftsteuerungsmodus II (MODUS II in 8) bezeichnet.
In dem Beispiel von 8 wird die DPF-Regeneration zu einer Zeit t1 begonnen. Nach dem Nichteinspritzbetrieb (NICHTEINSPRITZUNG in 8), die von einer Zeit t2 beginnt, wird der Betriebszustand zu dem Leerlaufbetriebszustand (LEERLAUF in 8) zu einer Zeit t3 geändert. Wie in 8 gezeigt ist, erhöht sich die DPF-Temperatur TDPF, nachdem die DPF-Regeneration zu der Zeit t1 begonnen hat. Die Einlassmenge G verringert sich nach der Zeit t2. 8 zeigt den Fall, in dem die Partikelablagerungsmenge in dem DPF groß ist.
Deshalb verbrennt in der normalen Steuerung, die durch die durchgehende Linie gezeigt ist (NORMALER MODUS) das große Volumen der abgelagerten Partikel auf einmal nach der Zeit t2, und die Wärme im Inneren des DPF hört aufgrund der Verringerung der Einlassmenge G auf, sich stromabwärts zu bewegen. Als eine Folge beginnt die Temperatur TDPF der DPF anzusteigen und übersteigt schließlich eine Temperaturerhöhungsgrenze (GRENZE in 8). Die Temperaturerhöhungsgrenze meint eine Temperatur, oberhalb der das Schmelzen oder das Brechen des DPF auftreten kann.
Andererseits üben die Einlassluftsteuerungsmodi I, II, die durch die gestrichelten Linien gezeigt sind (MODUS I, MODUS II) den vorstehend erklärten Effekt aus und unterdrücken die Temperaturerhöhung des DPF. Demzufolge übersteigt die Temperatur TDPF nicht die Temperaturerhöhungsgrenze. Darüber hinaus zeigt die Antwort von 8, dass der Einlassluftsteuerungsmodus I die Einlassluft erhöht, um die Wärme in dem DPF stromabwärts zu bewegen bzw. abzuführen, wodurch der DPF schnell gekühlt wird. Darüber hinaus ist gezeigt, dass der Einlassluftsteuerungsmodus II die Verbrennung im Inneren des DPF unterdrückt, wodurch der Temperaturanstieg abgeschwächt wird.
Das Verfahren von Patentdokument 1 ist wirksam, wenn eine Maschinendrehzahl relativ hoch ist. Durch Erhöhen der Strömungsrate des Abgases bewegt sich die Wärme im Inneren des DPF stromabwärts und das Risiko des übermäßigen Temperaturanstiegs des DPF ist reduziert. Jedoch haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung das Wissen, dass das Verfahren von Patentdokument 1 nicht wirksam ist, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist. Das heißt ein Gasvolumen, das ausreichend ist, um die Wärme des DPF stromabwärts zu leiten, kann nicht erhalten werden, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist, so dass ein ausreichender Kühleffekt nicht erhalten werden kann und der übermäßige Temperaturanstieg nicht unterdrückt werden kann.
Das Verfahren von Patentdokument 2 ist wirksam, wenn die Maschinendrehzahl niedrig ist. Durch Bewirken eines Zustands eines Sauerstoffdefizits kann das Risiko des übermäßigen Temperaturanstiegs des DPF verringert werden. Jedoch kann gemäß dem Wissen der Erfinder, falls das Verfahren von Patentdokument 2 verwendet wird, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist, ein Problem auftreten, dass ein Unterdruck in dem Zylinder in einem Einlasshub übermäßig wird und ein Ölverlust von einer Zylinderwandfläche über den Kolbenring auftritt.
Somit haben die Verfahren der Patentdokumente 1 und 2 jeweilige Vor- und Nachteile. Falls das geeignete Verfahren gemäß der Situation von beiden Verfahren ausgewählt werden kann, kann das Problem durch Ausnützen der Vorteile der beiden Verfahren vermieden werden. Jedoch ist solch eine Technologie in herkömmlichen Technologien einschließlich Patentdokumenten 1 und 2 noch nicht vorgeschlagen worden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine vorzusehen, die eine übermäßige Temperaturerhöhung eines DPF durch geeignetes Auswählen eines Verfahrens des Erhöhens einer Abgasströmungsrate, um eine Wärme des DPF stromabwärts zu leiten, oder eines Verfahrens des Verringerns einer Einlassluft, um eine Verbrennung von Partikeln zu unterdrücken, während einer Verbrennung der Partikel in dem DPF vermeiden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung hat eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine einen Partikelfilter, einen Temperaturermittlungsabschnitt, einen Schätzabschnitt, einen Einspritzabschnitt, eine Einlassdrosselklappe, ein Abgasrezirkulationsventil und einen Steuerungsabschnitt.
Der Partikelfilter ist in einem Abgasdurchgang der Brennkraftmaschine zum Sammeln von Partikeln vorgesehen.
Der Temperaturermittlungsabschnitt ermittelt eine Temperatur des Partikelfilters.
Der Schätzabschnitt schätzt eine Ablagerungsmenge der Partikel in dem Partikelfilter.
Der Einspritzabschnitt spritzt Kraftstoff in die Brennkraftmaschine ein.
Die Einlassdrosselklappe ist in einem Einlassdurchgang vorgesehen.
Das Abgasrezirkulationsventil ist in einem Abgasrezirkulationsdurchgang vorgesehen, durch den Abgas von dem Abgasdurchgang zu dem Einlassdurchgang rezirkuliert wird.
Der Steuerungsabschnitt wählt Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe und des Abgasrezirkulationsventils von einem ersten Öffnungsgradbereich oder einem zweiten Öffnungsgradbereich aus, wenn die mit dem Temperaturermittlungsabschnitt ermittelte Temperatur höher als ein erster vorbestimmter Wert ist, die mit dem Schätzabschnitt geschätzte Ablagerungsmenge größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist und die Kraftstoffeinspritzung mit dem Einspritzabschnitt nicht durchgeführt wird.
Der erste Öffnungsgradbereich ist ein vorbestimmter Öffnungsgradbereich, der den Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe in einem vollständig geöffneten Zustand und den Öffnungsgrad des Abgasrezirkulationsventils in einem vollständig geschlossenen Zustand beinhaltet.
Der zweite Öffnungsgradbereich ist ein vorbestimmter Öffnungsgradbereich, der den Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe in einem vollständig geschlossenen Zustand und den Öffnungsgrad des Abgasrezirkulationsventils in einem vollständig geöffneten Zustand beinhaltet.
Somit, wenn es ein Risiko eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Partikelfilters gibt, wählt der Steuerungsabschnitt die Öffnungsgrade von dem ersten Öffnungsbereich, der den vollständig geöffneten Zustand der Einlassdrosselklappe und den vollständig geschlossenen Zustand des Abgasrezirkulationsventils beinhaltet, oder von dem zweiten Öffnungsgradbereich aus, der den vollständig geschlossenen Zustand der Einlassdrosselklappe und den vollständig geöffneten Zustand des Abgasrezirkulationsventils beinhaltet. Demzufolge können die Öffnungsgrade geeigneter ausgewählt werden als in dem Fall des Auswählens der Öffnungsgrade von nur einem der beiden Öffnungsgradbereiche, wie in den herkömmlichen Technologien. Deshalb kann das Problem vermieden werden, dass das Gasvolumen zu klein ist, um die übermäßige Temperaturerhöhung zu unterdrücken, wenn die Öffnungsgrade von dem ersten Öffnungsgradbereich ausgewählt werden, und das Problem vermieden werden, dass der Ölverlust über den Kolbenring durch den Unterdruck in dem Zylinder verursacht wird, wenn die Öffnungsgrade von dem zweiten Öffnungsbereich ausgewählt werden. Deshalb kann die Abgasreinigungsvorrichtung realisiert werden, die den übermäßigen Temperaturanstieg des Partikelfilters vermeiden kann, ohne die vorstehenden Probleme zu verursachen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Abgasreinigungsvorrichtung des Weiteren einen Drehzahlermittlungsabschnitt zum Ermitteln einer Drehzahl der Brennkraftmaschine. Der Steuerungsabschnitt wählt die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe und des Abgasrezirkulationsventils von dem ersten Öffnungsgradbereich aus, wenn die mit dem Drehzahlermittlungsabschnitt ermittelte Drehzahl höher als ein dritter vorbestimmter Wert ist. Der Steuerungsabschnitt wählt die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe und des Abgasrezirkulationsventils von dem zweiten Öffnungsgradbereich aus, wenn die mit dem Drehzahlermittlungsabschnitt ermittelte Drehzahl niedriger als der dritte vorbestimmte Wert ist.
Somit, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine hoch ist, wird die Gasströmungsrate erhöht, um die Wärme des Partikelfilters stromabwärts zu bewegen, wodurch der Partikelfilter gekühlt wird. Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig ist, wird die Einlassluftmenge verringert, um den Temperaturanstieg des Partikelfilters durch das Sauerstoffdefizit zu unterdrücken.
Demzufolge kann das Problem vermieden werden, dass das Gasvolumen zu gering ist, um den übermäßigen Temperaturanstieg zu unterdrücken, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine niedrig ist. Des Weiteren kann auch der Ölverlust über den Kolbenring, der durch den Unterdruck in dem Zylinder verursacht werden kann, vermieden werden, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine hoch ist. Deshalb kann die Abgasreinigungsvorrichtung realisiert werden, die den übermäßigen Temperaturanstieg des Partikelfilters vermeiden kann, ohne die Probleme zu verursachen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Abgasreinigungsvorrichtung des Weiteren einen Einlassmengenermittlungsabschnitt zum Ermitteln einer Einlassmenge der Brennkraftmaschine. Der Steuerungsabschnitt wählt die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe und des Abgasrezirkulationsventils von dem ersten Öffnungsgradbereich aus, wenn die mit dem Einlassmengenermittlungsabschnitt ermittelte Einlassmenge größer als ein vierter vorbestimmter Wert ist. Der Steuerungsabschnitt wählt die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe und des Abgasrezirkulationsventils von dem zweiten Öffnungsgradbereich aus, wenn die mit dem Einlassmengenermittlungsabschnitt ermittelte Einlassmenge kleiner als der vierte vorbestimmte Wert ist.
Somit, wenn die Einlassmenge hoch ist, werden die Öffnungsgrade von dem ersten Öffnungsgradbereich ausgewählt, um die Einlassmenge weiter zu erhöhen. Somit wird die Wärme des Partikelfilters stromabwärts bewegt, so dass der Partikelfilter gekühlt wird. Wenn die Einlassmenge gering ist, gibt es eine Grenze für die Erhöhung der Einlassmenge, selbst falls die Öffnungsgrade von dem ersten Öffnungsgradbereich ausgewählt werden. Deshalb werden in einem derartigen Fall die Öffnungsgrade von dem zweiten Öffnungsbereich ausgewählt, um die Einlassluftmenge zu verringern. Somit wird die Verbrennung unterdrückt, und der der Temperaturanstieg des Partikelfilters wird unterdrückt.
Somit kann das Unvermögen vermieden werden, den übermäßigen Temperaturanstieg in dem Fall zu unterdrücken, in dem der erste Öffnungsgradbereich ausgewählt wird, wenn die Einlassmenge klein ist. Des Weiteren kann der Ölverlust über den Kolbenring vermieden werden, der durch den Unterdruck in dem Zylinder verursacht werden kann, wenn die Einlassluftmenge groß ist. Somit kann die Abgasreinigungsvorrichtung realisiert werden, die die Öffnungsgrade gemäß der Einlassmenge in geeigneter Weise auswählen kann und die den übermäßigen Temperaturanstieg des Partikelfilters vermeiden kann, ohne die Probleme zu verursachen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Abgasreinigungsvorrichtung des Weiteren einen Einlassdruckermittlungsabschnitt zum Ermitteln eines Einlassdrucks der Brennkraftmaschine. Der Steuerungsabschnitt wählt die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe und des Abgasrezirkulationsventils von dem ersten Öffnungsgradbereich aus, wenn der mit dem Einlassdruckermittlungsabschnitt ermittelte Einlassdruck niedriger als ein fünfter vorbestimmter Wert ist. Der Steuerungsabschnitt wählt die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe und des Abgasrezirkulationsventils von dem zweiten Öffnungsgradbereich aus, wenn der mit dem Einlassdruckermittlungsabschnitt ermittelte Einlassdruck höher als der fünfte vorbestimmte Wert ist.
Somit werden die Öffnungsgrade von dem zweiten Öffnungsgradbereich ausgewählt, wenn der Einlassdruck hoch ist. Demzufolge kann die Verbrennung durch das Sauerstoffdefizit unterdrückt werden, wodurch der übermäßige Temperaturanstieg des Partikelfilters vermieden wird. Darüber hinaus kann das Risiko des Ölverlusts über den Kolbenring verringert werden. Falls die Öffnungsgrade von dem zweiten Öffnungsgradbereich ausgewählt werden, wenn der Einlassdruck niedrig ist, gibt es eine Möglichkeit, dass der Ölverlust über den Kolbenring durch den Unterdruck verursacht wird. Deshalb werden in einem derartigen Fall die Öffnungsgrade von dem ersten Öffnungsgradbereich ausgewählt, um die Gasströmungsrate zu erhöhen. Somit wird die Wärme des Partikelfilters stromabwärts bewegt und der Partikelfilter wird gekühlt. Demzufolge kann die Abgasreinigungsvorrichtung realisiert werden, die die Öffnungsgrade in geeigneter Weise gemäß dem Einlassdruck auswählen kann und die den übermäßigen Temperaturanstieg des Partikelfilters vermeiden kann, ohne die Probleme zu verursachen.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung hat die Abgasreinigungsvorrichtung einen Einlassmengensteuerungsabschnitt zum Steuern der Einlassmenge der Brennkraftmaschine auf 2 g/s oder weniger, wenn der Steuerungsabschnitt die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe und des Abgasrezirkulationsventils von dem zweiten Öffnungsgradbereich auswählt.
Somit, wenn die Öffnungsgrade von dem zweiten Öffnungsgradbereich ausgewählt werden, steuert der Einlassmengensteuerungsabschnitt die Einlassmenge auf 2 g/s oder weniger. Demzufolge wird der Effekt des Sauerstoffdefizits, um die Verbrennung zu unterdrücken, bemerkbar, und die Leistung des Unterdrückens des übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters ist verbessert.
Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen genauso wie Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile wird von einem Studium der folgenden Beschreibung, der angehängten Ansprüche und der Zeichnungen klar, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Vorrichtungsaufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Einlassluftsteuerungsmodusauswahlprozess gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Flussdiagramm, das einen Einlassluftsteuerungsmodusauswahlprozess gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Diagramm, das eine Auswahl eines Einlassluftsteuerungsmodus auf der Basis einer Einlassmenge gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Einlassluftsteuerungsmodusauswahlprozess gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Diagramm, das eine Auswahl eines Einlassluftsteuerungsmodus auf der Basis eines Einlassdrucks gemäß der dritten Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem DPF-Druckverlust und einer Partikelablagerungsmenge zeigt;
8 ist ein Diagramm, das einen zeitlichen Verlauf einer DPF-Temperatur und der Einlassmenge zeigt; und
9 ist ein Diagramm, das einen ersten Öffnungsgradbereich und einen zweiten Öffnungsgradbereich gemäß der ersten, zweiten oder dritten Ausführungsform zeigt.
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Vorrichtungsaufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung 1 einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist beispielsweise auf eine Vierzylinderdieselmaschine 2 (nachstehend einfach als eine Maschine bezeichnet) angewendet. Die Brennkraftmaschine und die Abgasreinigungsvorrichtung 1, die in 1 gezeigt sind, besteht hauptsächlich aus einer Maschine 2, einem Einlassrohr 3, einem Abgasrohr 4 und einem Abgasrezirkulationsrohr 5.
Luft (eine Frischluft, eine Einlassluft) wird zu der Maschine 2 durch das Einlassrohr 3 zugeführt. Ein Luftmengenmesser 31 und eine Einlassdrosselklappe 32 sind in dem Einlassrohr 3 angeordnet. Der Luftmengenmesser 31 misst eine Lufteinlassmenge. Eine Massenströmungsrate pro Zeiteinheit kann als die Einlassmenge verwendet werden. Die Einlassmenge, die zu der Maschine 2 zugeführt wird, wird durch Regulieren eines Öffnungsgrads der Einlassdrosselklappe 32 erhöht/verringert. Ein Einlassdrucksensor 33 ist in einem Einlasskrümmer zum Messen eines Einlassdrucks im Inneren des Einlasskrümmers vorgesehen.
Die Maschine ist mit Injektoren 21 und einem Maschinendrehzahlsensor 22 ausgestattet. Kraftstoff wird durch eine Einspritzung von dem Injektor 21 in einen Zylinder zugeführt. Der Maschinendrehzahlsensor 22 erfasst eine Drehzahl (Drehzahl pro Zeiteinheit) der Maschine 2. Der Maschinendrehzahlsensor 22 kann beispielsweise ein Kurbelwinkelsensor zum Messen eines Drehwinkels einer Kurbelwelle sein, die mit der Maschine 2 verbunden ist. Der Erfassungswert des Kurbelwinkelsensors kann zu einer ECU 7 gesendet werden, und die Maschinendrehzahl kann berechnet werden.
Abgas wird zu dem Abgasrohr 4 abgegeben, das mit der Maschine 2 verbunden ist. Ein A/F-Sensor 41 ist in dem Abgasrohr 4 angeordnet. Der A/F-Sensor 41 erfasst ein Luft-Kraftstoffverhältnis.
Das Abgasrezirkulationsrohr 5 (d. h. ein AGR-Rohr) dient zum Durchführen einer Abgasrezirkulation (AGR) von dem Abgasrohr 4 zu dem Einlassrohr 3. Ein AGR-Ventil 51 ist in dem AGR-Rohr 5 vorgesehen. Eine Abgasrezirkulationsmenge wird durch Öffnen und Schließen des AGR-Ventils 51 reguliert.
Ein DPF 6 ist in dem Abgasrohr 4 angeordnet. Ein Oxidationskatalysator kann an dem DPF 6 derart abgestützt sein, dass der DPF 6 als ein DPF mit dem Oxidationskatalysator (d. h. ein C-DPF) aufgebaut ist. Als ein repräsentativer Aufbau kann der DPF 6 eine Wabenstruktur mit Durchgängen haben, von denen jeder abwechselnd an der Einlassseite oder der Auslassseite verschlossen ist. Das Abgas, das während eines Betriebs der Maschine 2 abgegeben wird, enthält Partikel (PM). Die Partikel werden an einer Innenseite oder einer Fläche einer DPF-Wand gesammelt, wenn das Abgas durch die DPF-Wand des vorstehend beschriebenen Aufbaus des DPF 6 hindurchgeht. Es ist notwendig, den DPF 6 durch Verbrennen und Entfernen der abgelagerten Partikel jedes Mal dann zu regenerieren, wenn eine Ablagerungsmenge der Partikel, die in dem DPF 6 abgelagert sind, ausreichend groß wird.
Als ein Verfahren zum Regenerieren des DPF wird beispielsweise ein Verfahren des Durchführens einer Nacheinspritzung verwendet, bei der der Kraftstoff von dem Injektor 21 zu einer Zeitabstimmung nach einer Haupteinspritzung eingespritzt wird. Abgastemperatursensoren 61, 62 sind an einer Einlassseite bzw. einer Auslassseite des DPF 6 angeordnet, um eine Abgastemperatur an den jeweiligen Positionen zu messen. Ein Differenzialdrucksensor 63 ist zum Messen eines Differenzialdrucks (DPF-Differenzialdruck, DPF- Druckverlust) als eine Differenz von Abgasdrücken zwischen der Einlassseite und des Auslassseite des DPF 6 vorgesehen.
Die Messwerte des Luftmengenmessers 31, des Einlassdrucksensors 33, des Maschinendrehzahlsensors 22, des A/F-Sensors 41, der Abgastemperatursensoren 61, 62 und des Differenzialdrucksensors 63, die vorstehend beschrieben sind, werden zu der elektronischen Steuerungseinheit 7 (ECU) gesendet. Die ECU 7 steuert eine Zeitabstimmung und eine Einspritzmenge einer Kraftstoffeinspritzung des Injektors 21 zu der Maschine 2 und eine Öffnungsgradeinstellung der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51. Die ECU 7 kann einen Aufbau mit einer CPU zum Durchführen verschiedener Arten von Berechnungen und einem Speicher 71 zum Speichern von verschiedenen Arten von Informationen haben.
In der ersten Ausführungsform wird eine Einlassluftsteuerung unter einer Situation, in der es ein Risiko eines übermäßigen Temperaturanstiegs des DPF 6 gibt, mit dem vorstehend beschriebenen Vorrichtungsaufbau durchgeführt. In der vorliegenden Ausführungsform meint die Situation, in der es das Risiko des übermäßigen Temperaturanstiegs des DPF 6 gibt, eine Situation, in der die Temperatur des DPF 6 hoch genug ist, um eine Verbrennung der Partikel zu verursachen, eine Partikelablagerungsmenge in dem DPF 6 groß ist und der vorstehend beschriebene Nichteinspritzbetrieb durchgeführt wird.
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozessablauf einer Einlassluftsteuerung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Der in 2 gezeigte Ablauf kann sequenziell durch die ECU 7 ausgeführt werden. Der Prozess von 2 kann während der Regeneration des DPF 6 durchgeführt werden oder kann ungeachtet davon durchgeführt werden, ob die Regeneration ausgeführt wird oder nicht. In dem Fall, in dem der Prozess von 2 ungeachtet davon durchgeführt wird, ob die Regeneration ausgeführt wird oder nicht, kann die übermäßige Temperaturerhöhung des DPF auch in dem Fall vermieden werden, in dem eine sich selbst aufrechterhaltende Verbrennung der Partikel durch die hohe Temperatur ohne die Unterstützung der Regenerationsvorrichtung (oder des Regenerationsverfahrens) des DPF 6 verursacht wird.
In dem Ablauf von 2 wird zuerst in S10 (S bedeutet „Schritt") eine Temperatur des DPF 6 (DPF-Temperatur TDPF) ermittelt. Der Messwert des Abgastemperatursensors 61 oder des Abgastemperatursensors 62 kann, so wie er ist, als die DPF-Temperatur TDPF verwendet werden. Alternativ kann ein Durchschnittswert der Messwerte der Abgastemperatursensoren 61, 62 als eine Schätzung der Temperatur TDPF des DPF 6 verwendet werden. Alternativ kann ein Modell zum Schätzen einer Innentemperatur des DPF 6 von den Messwerten der Abgastemperatursensoren 61, 62 im Voraus ermittelt werden, und die DPF-Temperatur TDPF kann unter Verwendung des Modells geschätzt werden.
Dann wird in S20 der DPF-Differenzialdruck PDPF ermittelt. Der DPF-Differenzialdruck PDPF kann mit dem Differenzialdrucksensor 63 gemessen werden. Dann wird in S30 die Ablagerungsmenge PM der Partikel in dem DPF 6 geschätzt. In S30 wird der Wert des DPF-Differenzialdrucks PDPF, der in S20 ermittelt wird, verwendet. Die Details des Schätzverfahrens in S30 werden später erklärt.
Dann wird in S40 bestimmt, ob es ein Risiko des übermäßigen Temperaturanstiegs des DPF 6 gibt. Im Speziellen wird in der vorliegenden Ausführungsform bestimmt, ob die DPF-Temperatur TDPF gleich zu oder höher als ein vorbestimmter Wert (ein erster vorbestimmter Wert α) ist, die Partikelablagerungsmenge PM gleich zu oder größer als ein vorbestimmter Wert (ein zweiter vorbestimmter Wert β) ist und der Nichteinspritzbetrieb durchgeführt wird. In S40 wird die in S10 ermittelte DPF-Temperatur TDPF als die DPF-Temperatur TDPF verwendet. Die Partikelablagerungsmenge PM, die in S30 ermittelt wird, wird als die Partikelablagerungsmenge PM verwendet. Die Bestimmung, ob der Nichteinspritzbetrieb durchgeführt wird, kann eine Information in der ECU 7 bezüglich der Kraftstoffeinspritzung verwenden, weil der Kraftstoff von dem Injektor 21 auf der Basis eines Befehls von der ECU 7 eingespritzt wird.
Der erste und zweite vorbestimmte Wert α, β können im Voraus als Werte der DPF-Temperatur TDPF und der Partikelablagerungsmenge PM ermittelt werden, oberhalb denen es eine Möglichkeit des übermäßigen Temperaturanstiegs des DPF 6 gibt. Falls das Ergebnis der Bestimmung von S40 positiv ist (S40: JA), wird bestimmt, dass es das Risiko des übermäßigen Temperaturanstiegs des DPF 6 gibt und der Prozess geht weiter zu S50. Falls das Ergebnis der Bestimmung von S40 negativ ist (S40: NEIN), wird bestimmt, dass es kein Risiko des übermäßigen Temperaturanstiegs des DPF 6 gibt und der Prozess kehrt zu S10 zurück, um den vorstehenden Ablauf zu wiederholen.
Dann wird die Maschinendrehzahl NE in S50 ermittelt. Die Maschinendrehzahl NE kann mit Hilfe des Maschinendrehzahlsensors 22 ermittelt werden. Dann wird in S60 bestimmt, ob die Maschinendrehzahl NE, die in S50 ermittelt wird, gleich zu oder höher als ein vorbestimmter Wert (ein dritter vorbestimmter Wert γ) ist. Falls das Ergebnis der Bestimmung von S60 positiv ist (S60: JA), geht der Prozess weiter zu S70. Falls das Ergebnis negativ ist (S60: NEIN), geht der Prozess weiter zu S80.
Der Einlassluftsteuerungsmodus I wird in S70 durchgeführt. Der Einlassluftsteuerungsmodus II wird in S80 durchgeführt. In den Einlassluftsteuerungsmodi I, II werden die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51 reguliert. 9 zeigt Bereiche der Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51, die durch die Einlassluftsteuerungsmodi I, II reguliert werden.
Wie in 9 gezeigt ist, ist ein Öffnungsgradbereich, in dem der Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 32 von A2% zu einem vollständig geöffneten Zustand (100%) reicht und der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 51 von einem vollständig geschlossenen Zustand (0%) bis B1% reicht, als ein erster Öffnungsgradbereich (ERSTER BEREICH in 9) definiert. Ein Öffnungsgradbereich, in dem der Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 32 von einem vollständig geschlossenen Zustand (0%) bis A1% und der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 51 von B2% bis zu einem vollständig geöffneten Zustand (100%) reicht, ist als ein zweiter Öffnungsgradbereich (ZWEITER BEREICH in 9) definiert. Der erste Öffnungsgradbereich bzw. der zweite Öffnungsgradbereich kann beide Enden davon beinhalten. In dem Einlassluftsteuerungsmodus I werden die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51 beliebig von dem ersten Öffnungsgradbereich ausgewählt. In dem Einlassluftsteuerungsmodus II werden die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51 beliebig von dem zweiten Öffnungsgradbereich ausgewählt.
Nachstehend werden Effekte von S60, S70 und S80 erklärt. Wie vorstehend beschrieben ist, ist in dem Einlassluftsteuerungsmodus I, der in S70 durchgeführt wird, die Einlassdrosselklappe 32 geöffnet und die Öffnung des AGR-Ventils 51 ist verengt. Somit wird die Strömungsrate des Abgases, das in den DPF 6 strömt, erhöht, um die Wärme im Inneren des DPF 6 wirksam stromabwärts zu leiten bzw. abzuführen, wodurch der übermäßige Temperaturanstieg des DPF 6 verhindert wird. Die Werte von A2 and B1, die vorstehend beschrieben sind, können im Voraus festgelegt sein, um diesen Effekt zu verbessern.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist in dem Einlassluftsteuerungsmodus II, der in S80 durchgeführt wird, die Einlassdrosselklappe 32 verengt und das AGR-Ventil 51 ist geöffnet. Somit wird die Frischluftmenge verringert, um die Sauerstoffmenge in dem DPF 6 zu verringern und um die Verbrennungsreaktion der Partikel zu unterdrücken, wodurch der übermäßige Temperaturanstieg des DPF 6 unterdrückt wird. Die Werte von A1 und B2, die vorstehend beschrieben sind, können im Voraus festgelegt sein, um diesen Effekt zu verbessern.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird in S60 einer von den beiden Einlassluftsteuerungsmodi I, II gemäß der Maschinendrehzahl NE ausgewählt. Falls der Einlassluftsteuerungsmodus I in dem Betriebsbereich ausgewählt wird, in dem die Maschinendrehzahl NE hoch ist, kann der Effekt des Erhöhens des Gasvolumens auf ein relativ großes Volumen und des Leitens der Wärme des DPF 6 stromabwärts leicht ausgeübt werden. Jedoch ist das Gasvolumen in dem Betriebsbereich klein, in dem die Maschinendrehzahl NE niedrig ist. Selbst falls der Einlassluftsteuerungsmodus I in dem Betriebsbereich der niedrigen Maschinendrehzahl NE ausgewählt wird, erhöht sich deshalb die Strömungsrate des Abgases zu dem DPF 6 nicht ausreichend. Demzufolge ist es schwierig den Effekt zu erreichen, dass die Wärme des DPF 6 mit dem Abgas stromabwärts geleitet wird. Deshalb ist es wünschenswert, den Einlassluftsteuerungsmodus I in dem Betriebsbereich auszuwählen, in dem die Maschinendrehzahl NE hoch ist, aber es ist nicht wünschenswert, den Einlassluftsteuerungsmodus I in dem Betriebsbereich auszuwählen, in dem die Maschinendrehzahl NE niedrig ist.
Falls der Einlassluftsteuerungsmodus II in dem Betriebsbereich ausgewählt wird, in dem die Maschinendrehzahl NE hoch ist, erhöht sich der Unterdruck in dem Zylinder während des Einlasshubs, und der Ölverlust über den Kolbenring von der Zylinderwandfläche kann auftreten. Selbst falls der Einlassluftsteuerungsmodus I in dem Betriebsbereich verwendet wird, in dem die Maschinendrehzahl NE niedrig ist, tritt der Ölverlust über den Kolbenring nicht auf. Deshalb ist es nicht wünschenswert, den Einlassluftsteuerungsmodus II in dem Betriebsbereich auszuwählen, in dem die Maschinendrehzahl NE hoch ist. Falls der Einlassluftsteuerungsmodus I mit dem Einlassluftsteuerungsmodus II verglichen wird, wird herausgefunden, dass der Einlassluftsteuerungsmodus I, der die Abgasmenge erhöht, um die Wärme stromabwärts zu leiten, besser in Bezug auf den Effekt des schnellen Kühlens des DPF 6 ist.
Unter Berücksichtigung des Vorstehenden wird in S60 der Einlassluftsteuerungsmodus I ausgewählt, wenn die Maschinendrehzahl NE gleich zu oder höher als der dritte vorbestimmte Wert γ ist, wodurch der DPF 6 schnell gekühlt wird. Falls die Maschinendrehzahl NE niedriger als der dritte vorbestimmte Wert γ ist, wird der Einlassluftsteuerungsmodus II ausgewählt, da die Einlassmenge unzureichend ist und der Einlassluftsteuerungsmodus I nicht passend ist. Durch diese Auswahl wird der Ölverlust über den Kolbenring, der verursacht werden kann, falls der Einlassluftsteuerungsmodus II ausgewählt wird, wenn die Maschinendrehzahl NE hoch ist, auch vermieden. Der dritte vorbestimmte Wert γ kann in geeigneter Weise derart festgelegt sein, dass die Bestimmung in S60 in geeigneter Weise durchgeführt wird.
Der Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 32 in dem ersten Öffnungsgradbereich kann größer festgelegt sein als der Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 32 in der normalen Einlassluftsteuerung. Der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 51 in dem ersten Öffnungsgradbereich kann kleiner festgelegt sein als der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 51 in der normalen Einlassluftsteuerung. Der Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 32 in dem zweiten Öffnungsgradbereich kann kleiner festgelegt sein als der Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe 32 in der normalen Einlassluftsteuerung. Der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 51 in dem zweiten Öffnungsgradbereich kann größer festgelegt sein als der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 51 in der normalen Einlassluftsteuerung. Wie in 9 gezeigt ist, können die Werte A2, B2 größer als die Werte A1, B1 festgelegt sein. Die Werte A1, B1 können auf Null festgelegt sein, und die Werte A2, B2 können auf 100 festgelegt sein. In diesem Fall ist der Öffnungsgrad, der in den Einlassluftsteuerungsmodi I, II ausgewählt wird, nur der vollständig geschlossene Zustand oder der vollständig geöffnete Zustand. Deshalb sind die vorstehend beschriebenen Effekte bemerkbar.
Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. In der zweiten Ausführungsform ist die Bestimmung bezüglich der Maschinendrehzahl NE in der ersten Ausführungsform mit einer Bestimmung bezüglich der Einlassmenge ersetzt. Als nächstes werden nur die Punkte erklärt, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden. In der zweiten Ausführungsform ist das Flussdiagramm von 2 der ersten Ausführungsform mit einem Flussdiagramm von 3 ersetzt.
Die Änderung von 2 zu 3 ist, dass die Abläufe von S50 und S60 mit Abläufen S51 und S61 ersetzt sind. Die Einlassmenge G wird in S51 ermittelt. Die Einlassmenge G kann mit dem Luftmengenmesser 31 gemessen werden. Dann wird in S61 bestimmt, ob die Einlassmenge G, die in S51 ermittelt wird, gleich zu oder größer als ein vorbestimmter Wert (ein vierter vorbestimmter Wert δ) ist. Falls das Ergebnis der Bestimmung von S61 positiv ist (S61: JA) geht der Prozess weiter zu S70. Falls das Ergebnis negativ ist (S61: NEIN), geht der Prozess weiter zu S80.
Die Bedeutung des Prozesses von S61 der zweiten Ausführungsform wird mit Hilfe von 4 erklärt. In 4 kennzeichnet eine Abszisse die Maschinendrehzahl NE und eine Ordinate kennzeichnet die Einlassmenge G. Zwei durchgehende Linien 201, 202 kennzeichnen Charakteristiken der Einlassmenge G und der Maschinendrehzahl NE in dem Fall, in dem die Einlassluftsteuerungsmodi I, II entsprechend verwendet werden. Die durchgehenden Linien 201, 202 sind Charakteristiken, die für jede von individuellen Vorrichtungen bestimmt sind.
Falls der Einlassluftsteuerungsmodus I ausgewählt ist und der Betrieb von dem normalen Betrieb (Nichtleerlaufbetrieb) zu dem Leerlaufbetrieb geändert wird, wie in 8 gezeigt ist, bewegt sich ein Kennzeichenpunkt, der die Einlassmenge G und die Maschinendrehzahl NE kennzeichnet, auf der durchgehenden Linie 201 von der oberen rechten Seite zu der unteren linken Seite des Graphen von 4. Falls der Einlassluftsteuerungsmodus II ausgewählt ist und der Betrieb von dem normalen Betrieb (Nichtleerlaufbetrieb) zu dem Leerlaufbetrieb geändert wird, wie in 8 gezeigt ist, bewegt sich der Kennzeichenpunkt, der die Einlassmenge G und die Maschinendrehzahl NE kennzeichnet, auf der durchgehenden Linie 202 von der oberen rechten Seite zu der unteren linken Seite des Graphen von 4.
Eine gestrichelte Linie 200 in 4 kennzeichnet eine Charakteristik der Einlassmenge G und der Maschinendrehzahl NE in dem Fall, in dem die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51 in der normalen Einlasssteuerung verwendet werden. In der vorliegenden Ausführungsform meint die normale Einlassluftsteuerung eine Steuerung zum Einstellen der Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51 auf die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51 in Bezug auf die Verzögerung oder den Nichteinspritzbetrieb, die für jede von individuellen Vorrichtungen (oder für jedes Fahrzeug in dem Fall, in dem die Vorrichtung in dem Fahrzeug montiert ist) normalerweise festgelegt sind. Falls der Betrieb von dem normalen Betrieb (Nichtleerlaufbetrieb) zu dem Leerlaufbetrieb während der normalen Einlassluftsteuerung geändert wird, wie in 8 gezeigt ist, bewegt sich der Kennzeichenpunkt, der die Einlassmenge G und die Maschinendrehzahl NE kennzeichnet, auf der gestrichelten Linie 200 von der oberen rechten Seite zu der unteren linken Seite des Graphen von 4.
Eine Einlassmenge G1, die in 4 gezeigt ist, ist eine Einlassmenge, unterhalb der der Effekt des Leitens der Wärme des DPF 6 stromabwärts nicht mit der erhöhten Einlassmenge G (und der erhöhten Abgasmenge) erhalten werden kann, die durch den Einlassluftsteuerungsmodus I erzielt wird. Ein Wert G2 wird auf der Basis des Werts G1 bestimmt, wie in 4 gezeigt ist. Der Wert G2 kann als der vorstehend genannte vierte vorbestimmte Wert δ verwendet werden.
Gemäß S61 von 3 wird der Einlassluftsteuerungsmodus I ausgewählt, falls die Einlassmenge G größer als der Wert G2 ist, und der Einlassluftsteuerungsmodus II wird ausgewählt, falls die Einlassmenge G kleiner als der Wert G2 ist. Somit, falls die Einlassmenge G größer als der Wert G2 ist, wenn sich der Kennzeichenpunkt auf der gestrichelten Linie 200 bewegt, werden die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51 gemäß dem Einlassluftsteuerungsmodus I geändert, so dass sich die Einlassmenge G ändert (aber sich die Maschinendrehzahl NE nicht ändert). Somit bewegt sich der Kennzeichenpunkt von der gestrichelten Linie 200 zu der durchgehenden Linie 201, wie durch nach oben weisende Pfeile in 4 gezeigt ist.
Falls die Einlassmenge G kleiner als der Wert G2 ist, wenn sich der Kennzeichenpunkt auf der gestrichelten Linie 200 bewegt, werden die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51 gemäß dem Einlassluftsteuerungsmodus II geändert, so dass sich die Einlassmenge G ändert (aber sich die Maschinendrehzahl NE nicht ändert). Somit bewegt sich der Kennzeichenpunkt von der gestrichelten Linie 200 zu der durchgehenden Linie 202, wie durch nach unten weisende Pfeile in 4 gezeigt ist.
Durch die Bewegung geht der Kennzeichenpunkt zu dem Einlassluftsteuerungsmodus I über, wenn die Einlassmenge G größer als der Wert G2 ist. Somit wird die Einlassmenge G auf die Einlassluftmenge G1 oder darüber erhöht, und der Effekt des Einlassluftsteuerungsmodus I zum Unterdrücken des DPF-Temperaturanstiegs kann erhalten werden. Der Kennzeichenpunkt geht zu dem Einlassluftsteuerungsmodus II über, wenn die Einlassmenge G kleiner als der Wert G2 ist. Somit wird, wenn die Einlassluftmenge G kleiner als der Wert G2 ist, die DPF-Temperaturanstiegsunterdrückung durch den Einlassluftsteuerungsmodus II in Anbetracht der Tatsache durchgeführt, dass die Einlassmenge G selbst dann nicht auf den Wert G1 oder darüber erhöht werden kann, falls der Einlassluftsteuerungsmodus I durchgeführt wird.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. In der dritten Ausführungsform wird die Bestimmung bezüglich der Maschinendrehzahl NE in der ersten Ausführungsform mit einer Bestimmung bezüglich des Einlassdrucks P ersetzt. Als nächstes werden nur die Punkte erklärt, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden. In der dritten Ausführungsform ist das Flussdiagramm von 2 der ersten Ausführungsform mit einem Flussdiagramm von 5 ersetzt.
Die Änderung von 2 zu 5 ist, dass die Abläufe von S50 und S60 mit Abläufen S52 und S62 ersetzt sind. Der Einlassdruck P wird in S52 ermittelt. Der Einlassdruck P kann mit dem Einlassdrucksensor 33 gemessen werden. Dann wird in S62 bestimmt, ob der in S52 ermittelte Einlassdruck P gleich zu oder niedriger als ein vorbestimmter Wert (ein fünfter vorbestimmter Wert ε) ist. Falls das Ergebnis der Bestimmung von S62 positiv ist (S62: JA), geht der Prozess weiter zu S70. Falls das Ergebnis negativ ist (S62: NEIN), geht der Prozess weiter zu S80.
Die Bedeutung des Prozesses von S62 der dritten Ausführungsform wird mit Hilfe von 6 erklärt. In 6 kennzeichnet eine Abszisse die Maschinendrehzahl NE und eine Ordinate kennzeichnet den Einlassdruck P. Zwei durchgehende Linien 211, 212 kennzeichnen Charakteristiken des Einlassdrucks P und der Maschinendrehzahl NE in dem Fall, in dem die Einlassluftsteuerungsmodi I, II entsprechend verwendet werden. Die durchgehenden Linien 211, 212 sind Charakteristiken, die für jede von individuellen Vorrichtungen bestimmt werden.
Falls der Einlassluftsteuerungsmodus I ausgewählt ist und der Betrieb von dem normalen Betrieb (Nichtleerlaufbetrieb) zu dem Leerlaufbetrieb geändert wird, wie in 8 gezeigt ist, bewegt sich ein Kennzeichenpunkt, der die Werte des Einlassdrucks P und der Maschinendrehzahl NE anzeigt, auf der durchgehenden Linie 211. Falls der Einlassluftsteuerungsmodus II ausgewählt ist und der Betrieb von dem normalen Betrieb (Nichtleerlaufbetrieb) zu dem Leerlaufbetrieb geändert wird, wie in 8 gezeigt ist, bewegt sich der Kennzeichenpunkt, der die Werte des Einlassdrucks P und der Maschinendrehzahl NE anzeigt, auf der durchgehenden Linie 212.
Eine gestrichelte Linie in 6 kennzeichnet Charakteristiken des Einlassdrucks P und der Maschinendrehzahl NE in dem Fall der normalen Einlassluftsteuerung (die vorstehend beschrieben ist). Falls der Betrieb während der normalen Einlassluftsteuerung (die vorstehend beschrieben ist) von dem normalen Betrieb (Nichtleerlaufbetrieb) zu dem Leerlaufbetrieb geändert wird, wie in 8 gezeigt ist, bewegt sich der Kennzeichenpunkt, der die Werte des Einlassdrucks P und der Maschinendrehzahl NE anzeigt, auf der gestrichelten Linie 210.
Ein Einlassdruck P2, der in 6 gezeigt ist, ist der Wert des Einlassdrucks P, unterhalb dem sich der Unterdruck erhöht und der Ölverlust über den Kolbenring in dem Zylinder auftritt, falls der Einlassluftsteuerungsmodus II durchgeführt wird. Wie in 6 gezeigt ist, wird ein Wert P1 von dem Wert P2 bestimmt. Der Wert P1 kann als der vorstehend beschriebene fünfte vorbestimmte Wert ε verwendet werden. Ein Wert P0 kennzeichnet den Atmosphärendruck.
Gemäß S62 von 5 wird der Einlassluftsteuerungsmodus I ausgewählt, falls der Einlassdruck P niedriger als der Wert P1 ist, und der Einlassluftsteuerungsmodus II wird ausgewählt, falls der Einlassdruck P höher als der Wert P1 ist. Somit, falls der Einlassdruck P niedriger als der Wert P1 ist, wenn sich der Kennzeichenpunkt auf der gestrichelten Linie 210 bewegt, werden die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51 gemäß dem Einlassdrucksteuerungsmodus I geändert, so dass sich die Einlassmenge G ändert (aber sich die Maschinendrehzahl NE nicht ändert). Somit bewegt sich der Kennzeichenpunkt von der gestrichelten Linie 210 zu der durchgehenden Linie 211, wie durch nach oben weisende Pfeile in 6 gezeigt ist.
Falls der Einlassdruck P höher als der Wert P1 ist, wenn sich der Kennzeichenpunkt auf der gestrichelten Linie 210 bewegt, werden die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe 32 und des AGR-Ventils 51 gemäß dem Einlassluftsteuerungsmodus II geändert, so dass sich die Einlassmenge G ändert (aber sich die Maschinendrehzahl NE nicht ändert). Somit bewegt sich der Kennzeichenpunkt von der gestrichelten Linie 210 zu der durchgehenden Linie 212, wie durch nach unten weisende Pfeile in 6 gezeigt ist.
Durch die Bewegung geht der Kennzeichenpunkt zu dem Einlassluftsteuerungsmodus I über, wenn der Einlassdruck P niedriger als der Wert P1 ist. Auf diese Weise kann der Ölverlust über den Kolbenring, der auftreten kann, wenn der Einlassluftsteuerungsmodus II ausgewählt ist und der Einlassdruck P niedriger als der Wert P2 wird, vermieden werden.
Der Kennzeichenpunkt geht zu dem Einlassluftsteuerungsmodus II über, wenn der Einlassdruck P höher als der Wert P1 ist. Wie in 6 gezeigt ist, ist die Maschinendrehzahl NE niedrig, wenn der Einlassdruck P höher als der Wert P1 ist. Deshalb ist die Einlassmenge G auch gering und es ist schwierig, den DPF-Temperaturanstieg durch den Einlassluftsteuerungsmodus I zu unterdrücken. Deshalb wird, wenn der Einlassdruck P höher als der Wert P1 ist, der Einlassluftsteuerungsmodus II durchgeführt, um den Temperaturanstieg des DPF 6 durch das Sauerstoffdefizit zu unterdrücken.
In jeder Ausführungsform kann der Wert der Einlassmenge G durch den Einlassluftsteuerungsmodus II während des Leerlaufbetriebs, wie in 8 gezeigt ist, mit der ECU 7 auf 2 g/s oder weniger gesteuert werden. Durch Einstellen des Werts auf diese Weise wird der Effekt des Sauerstoffdefizits in dem Einlassluftsteuerungsmodus II bemerkbar, und dies ist für eine Unterdrückung des Temperaturanstiegs des DPF 6 bevorzugt. Um die Einlassmenge von 2 g/s oder weniger zu erreichen, kann eine Regelung zum Anpassen des Werts der Einlassmenge G auf den Zielwert, der gleich zu oder geringer als 2 g/s ist, durch Rückmelden des Werts des Luftmengenmessers 31 durchgeführt werden. In diesem Fall ist eine Regelungsvorschrift als ein Programm in der ECU 7 gespeichert. Durch die Regelung kann die Einlassmenge von 2 g/s oder weniger mit hoher Genauigkeit erhalten werden.
Nachstehend wird ein Verfahren der Partikelablagerungsmengenschätzung von S30 erklärt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben das Wissen, dass eine Beziehung zwischen der Partikelablagerungsmenge PM und dem DPF-Druckverlust PDPF (d. h. der Differenzialdruck) durch eine in 7 gezeigte Beziehung gezeigt (oder angenähert) ist. Das heißt, ein Kennzeichenpunkt, der die Partikelablagerungsmenge PM und den DPF-Druckverlust PDPF kennzeichnet, bewegt sich auf einer ersten Charakteristiklinie 110 von einem Anfangspunkt 100 zu der oberen rechten Seite des Graphen von 7, wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine andauert und die Partikelablagerung in dem DPF 6 voranschreitet. Dann, nachdem der Kennzeichenpunkt einen Übergangspunkt 120 erreicht, bewegt sich der Kennzeichenpunkt auf einer zweiten Charakteristiklinie 130 zu der oberen rechten Seite des Graphen.
Die erste Charakteristiklinie 110 entspricht einem Stadium, in dem sich die Partikel in der Filterwand des DPF 6 ablagern, und die zweite Charakteristiklinie 130 entspricht einem Stadium, in dem sich die Partikel an der Fläche der Filterwand ablagern. In dem Fall, in dem sich die Partikel in der Filterwand ablagern, ist ein Grad von sich erneut verengenden Strömungsdurchgängen des Abgases höher als in dem Fall, in dem sich die Partikel an der Wandfläche ablagern. Deshalb ist der Druckverlustwert PDPF in dem Fall mehr erhöht, in dem sich die Partikel in der Filterwand ablagern, als in dem Fall, in dem sich die Partikel an der Wandfläche ablagern. Deshalb hat die erste Charakteristiklinie 110 eine größere Neigung als die zweite Charakteristiklinie 130, wie in 7 gezeigt ist. Die Neigung kennzeichnet ein Verhältnis eines Inkrements des DPF-Druckverlusts PDPF zu einem Inkrement der Partikelablagerungsmenge PM.
Falls die in 7 gezeigte Charakteristik im Voraus ermittelt wird, kann die Partikelablagerungsmenge PM in dem DPF durch Erhalten des DPF-Druckverlustwerts PDPF geschätzt werden. Der DPF kann regeneriert werden, wenn die auf diese Weise geschätzte Partikelablagerungsmenge PM ein Niveau erreicht, das die Regeneration notwendig macht.
Falls bestimmt wird, dass die Partikelablagerungsmenge PM übermäßig ist und die DPF-Regeneration gestartet wird, wenn ein Punkt 140 von 7 erreicht ist, geht der Kennzeichenpunkt der Partikelablagerungsmenge PM und des DPF-Druckverlusts PDPF anschließend über, wie durch gestrichelte Linien in 7 gezeigt ist. Das heißt, die Werte der Partikelablagerungsmenge PM und des DPF-Druckverlusts PDPF verringern sich zuerst entlang einer geraden Linie 150. Nachdem ein Übergangspunkt 160 passiert wird, verringern sich die Werte der Partikelablagerungsmenge PM und des DPF-Druckverlusts PDPF entlang einer geraden Linie 170 und kehren zu dem Anfangspunkt 100 zurück.
Die gerade Linie 150 kennzeichnet ein Stadium, in dem die in der Filterwand abgelagerten Partikel verbrennen. Deshalb ist die Neigung der geraden Linie 150 dieselbe wie die der ersten Charakteristiklinie 110. Die gerade Linie 170 kennzeichnet ein Stadium, in dem die an der Filterwand abgelagerten Partikel verbrennen. Deshalb ist die Neigung der geraden Linie 170 dieselbe wie die der zweiten Charakteristiklinie 130. Somit gehen die Werte der Partikelablagerungsmenge PM und des DPF-Druckverlusts PDPF während der Partikelablagerung und der Partikelverbrennung gemäß der Charakteristik über, die durch das Parallelogramm gezeigt (oder angenähert) ist, das in 7 gezeigt ist.
Die Charakteristiklinie von 7 wird im Voraus für den zu verwendenden Vorrichtungsaufbau ermittelt und in dem Speicher 71 gespeichert. Wenn die Charakteristik gespeichert wird, können beispielsweise nur die Koordinaten des Anfangspunkts 100 und des Übergangspunkts 120 und die Neigungen der Charakteristiklinien 110, 130 gespeichert werden. In S30 wird die Partikelablagerungsmenge PM von der Charakteristiklinie von 7 und dem Messwert des DPF-Differenzialdrucks PDPF geschätzt, der in S20 ermittelt wird. Das Vorstehende ist die Erklärung in Bezug auf den Prozess von S30.
In den vorstehenden Ausführungsformen kann jeder der Werte A1, B1 auf 3% oder 5% festgelegt sein. Jeder der Werte A2, B2 kann auf 95% oder 97% festgelegt sein. Die vorstehend beschriebenen Effekte können wirksam durch die derartigen Festlegungen erreicht werden.
Der Prozess von S10 bildet einen Temperaturermittlungsabschnitt. Der Prozess von S30 bildet einen Schätzabschnitt. Die Prozesse von S60, S61, S62, S70 und S80 bilden einen Steuerungsabschnitt. Der Prozess von S50 bildet einen Drehzahlermittlungsabschnitt. Der Prozess von S51 bildet einen Einlassmengenermittlungsabschnitt. Der Prozess von S52 bildet einen Einlassdruckermittlungsabschnitt. Die ECU 7 bildet einen Einlassmengensteuerungsabschnitt.
In den vorstehenden Ausführungsformen wird die Dieselmaschine als die Brennkraftmaschine verwendet. Jedoch ist die Maschine nicht auf die Dieselmaschine begrenzt.
Alternativ kann beispielsweise eine mager verbrennende Benzinmaschine verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsformen begrenzt werden, sondern kann auf viele andere Arten umgesetzt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
Ein erster Einlassluftsteuerungsmodus des Einstellens einer Einlassdrosselklappe (32) zu (oder nahe zu) einem vollständig geöffneten Zustand und des Einstellens eines AGR-Ventils (51) zu (oder nahe zu) einem vollständig geschlossenen Zustand wird durchgeführt, wenn eine DPF-Temperatur und eine Partikelablagerungsmenge jeweils größer als entsprechende vorbestimmte Werte sind, ein Nichteinspritzbetriebszustand vorherrscht und eine Maschinendrehzahl höher als ein entsprechender vorbestimmter Wert ist. Ein zweiter Einlassluftsteuerungsmodus des Einstellens der Einlassdrosselklappe (32) zu (oder nahe zu) einem vollständig geschlossenen Zustand und des Einstellens des AGR-Ventils (51) zu (oder nahe zu) einem vollständig geöffneten Zustand wird durchgeführt, wenn die DPF-Temperatur und die Partikelablagerungsmenge jeweils größer als die entsprechenden vorbestimmten Werte sind, der Nichteinspritzbetriebszustand vorherrscht und die Maschinendrehzahl niedriger als der entsprechende vorbestimmte Wert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-27921 A [0005]
- JP 2002-188493 A [0005]

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (2), gekennzeichnet durch: einen Partikelfilter (6), der in einem Abgasdurchgang (4) der Brennkraftmaschine (2) zum Sammeln von Partikeln vorgesehen ist; eine Temperaturermittlungseinrichtung (61, 62) zum Ermitteln einer Temperatur des Partikelfilters (6); eine Schätzeinrichtung (S30) zum Schätzen einer Ablagerungsmenge der Partikel in dem Partikelfilter (6); eine Einspritzeinrichtung (21) zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine (2); eine Einlassdrosselklappe (32), die in einem Einlassdurchgang (3) vorgesehen ist; ein Abgasrezirkulationsventil (51), das in einem Abgasrezirkulationsdurchgang (5) vorgesehen ist, durch den Abgas von dem Abgasdurchgang (4) zu dem Einlassdurchgang (3) rezirkuliert wird; und eine Steuerungseinrichtung (S60, S61, S62, S70, S80) zum Auswählen von Öffnungsgraden der Einlassdrosselklappe (32) und des Abgasrezirkulationsventils (51) von einem ersten Öffnungsgradbereich oder einem zweiten Öffnungsgradbereich, wenn die mit der Temperaturermittlungseinrichtung (61, 62) ermittelte Temperatur höher als ein erster vorbestimmter Wert ist, die mit der Schätzeinrichtung (S30) geschätzte Ablagerungsmenge größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist und die Kraftstoffeinspritzung mit der Einspritzeinrichtung (21) nicht durchgeführt wird, wobei der erste Öffnungsgradbereich ein vorbestimmter Öffnungsgradbereich ist, der den Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe (32) in einem vollständig geöffneten Zustand und den Öffnungsgrad des Abgasrezirkulationsventils (51) in einem vollständig geschlossenen Zustand beinhaltet, und der zweite Öffnungsgradbereich ein vorbestimmter Öffnungsgradbereich ist, der den Öffnungsgrad der Einlassdrosselklappe (32) in einem vollständig geschlossenen Zustand und den Öffnungsgrad des Abgasrezirkulationsventils (51) in einem vollständig geöffneten Zustand beinhaltet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Drehzahlermittlungseinrichtung (S50) zum Ermitteln einer Drehzahl der Brennkraftmaschine (2), wobei die Steuerungseinrichtung (S60, S61, S62, S70, S80) die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe (32) und des Abgasrezirkulationsventils (51) von dem ersten Öffnungsgradbereich auswählt, wenn die mit der Drehzahlermittlungseinrichtung (S50) ermittelte Drehzahl höher als ein dritter vorbestimmter Wert ist, und die Steuerungseinrichtung (S60, S61, S62, S70, S80) die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe (32) und des Abgasrezirkulationsventils (51) von dem zweiten Öffnungsgradbereich auswählt, wenn die mit der Drehzahlermittlungseinrichtung (S50) ermittelte Drehzahl niedriger als der dritte vorbestimmte Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Einlassmengenermittlungseinrichtung (S51) zum Ermitteln einer Einlassmenge der Brennkraftmaschine (2), wobei die Steuerungseinrichtung (S60, S61, S62, S70, S80) die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe (32) und des Abgasrezirkulationsventils (51) von dem ersten Öffnungsgradbereich auswählt, wenn die mit der Einlassmengenermittlungseinrichtung (S51) ermittelte Einlassmenge größer als ein vierter vorbestimmter Wert ist, und die Steuerungseinrichtung (S60, S61, S62, S70, S80) die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe (32) und des Abgasrezirkulationsventils (51) von dem zweiten Öffnungsgradbereich auswählt, wenn die mit der Einlassmengenermittlungseinrichtung (S51) ermittelte Einlassmenge geringer als der vierte vorbestimmte Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Einlassdruckermittlungseinrichtung (S52) zum Ermitteln eines Einlassdrucks der Brennkraftmaschine (2), wobei die Steuerungseinrichtung (S60, S61, S62, S70, S80) die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe (32) und des Abgasrezirkulationsventils (51) von dem ersten Öffnungsgradbereich auswählt, wenn der mit der Einlassdruckermittlungseinrichtung (S52) ermittelte Einlassdruck niedriger als ein fünfter vorbestimmter Wert ist, und die Steuerungseinrichtung (S60, S61, S62, S70, S80) die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe (32) und des Abgasrezirkulationsventils (51) von dem zweiten Öffnungsgradbereich auswählt, wenn der mit der Einlassdruckermittlungseinrichtung (S52) ermittelte Einlassdruck höher als der fünfte vorbestimmte Wert ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die des Weiteren Folgendes aufweist: eine Einlassmengensteuerungseinrichtung (7) zum Steuern der Einlassmenge der Brennkraftmaschine (2) auf 2 g/s oder weniger, wenn die Steuerungseinrichtung (S60, S61, S62, S70, S80) die Öffnungsgrade der Einlassdrosselklappe (32) und des Abgasrezirkulationsventils (51) von dem zweiten Öffnungsgradbereich auswählt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Öffnungsgradbereich einen Öffnungsgradbereich der Einlassdrosselklappe (32) von dem Öffnungsgrad von 95% oder 97% zu dem Öffnungsgrad bei dem vollständig geöffneten Zustand und einen Öffnungsgradbereich des Abgasrezirkulationsventils (51) von dem Öffnungsgrad bei dem vollständig geschlossenen Zustand zu dem Öffnungsgrad von 3% oder 5% beinhaltet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der zweite Öffnungsgradbereich einen Öffnungsgradbereich der Einlassdrosselklappe (32) von dem Öffnungsgrad bei dem vollständig geschlossenen Zustand bis zu dem Öffnungsgrad von 3% oder 5% und einen Öffnungsgradbereich des Abgasrezirkulationsventils (51) von dem Öffnungsgrad von 95% oder 97% zu dem Öffnungsgrad bei dem vollständig geöffneten Zustand beinhaltet.