DE102009000817B4

DE102009000817B4 - Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009000817B4
Application number: DE102009000817.9A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Takano; Shinichiro Okugawa; Tsukasa Kuboshima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2009-02-12
Publication date: 2022-12-29
Anticipated expiration: 2029-02-13
Also published as: JP2009191684A; DE102009000817A1; JP4936007B2

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (2), mit:einem Partikelfilter (6), der in einem Abgaskanal (5) der Brennkraftmaschine (2) bereitgestellt ist, zum Sammeln von Feststoffen;einer Regenerationseinrichtung (13) zum Regenerieren des Partikelfilters (6) durch Verbrennen der in dem Partikelfilter (6) abgelagerten Feststoffe; undeiner Schätzeinrichtung (S30) zum Schätzen einer Ablagerungsmenge der Feststoffe in dem Partikelfilter (6), wobeidie Regenerationseinrichtung (13) eine Temperatursteuereinheit zum Steuern einer Temperatur des Partikelfilters (6), wenn der Partikelfilter (6) regeneriert wird, und eine Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) zum Regulieren der Temperatursteuereinheit gemäß der durch die Schätzeinrichtung (S30) geschätzten Ablagerungsmenge der Feststoffe aufweist, unddie Regenerationseinrichtung (13) die Temperatursteuereinheit so reguliert, dass eine Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit des Partikelfilters (6) für zumindest eine Ablagerungsmenge mehr verlangsamt wird, wenn die Temperatursteuereinheit verwendet wird, die durch die Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) gemäß der Ablagerungsmenge der Feststoffe reguliert wird, als wenn die Temperatursteuereinheit in dem Fall, dass die Ablagerungsmenge der Feststoffe Null ist, für eine beliebige Ablagerungsmenge der Feststoffe verwendet wird, gekennzeichnet durch:eine Ansaugmengenerhaltungseinrichtung (S10) zum Erhalten einer Luftansaugmenge der Brennkraftmaschine (2), wobeidie Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) die Temperatursteuereinheit gemäß der durch die Ansaugmengenerhaltungseinrichtung (S10) erhaltenen Luftansaugmenge reguliert,die Regenerationseinrichtung (13) die Temperatursteuereinheit so reguliert, dass die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit des Partikelfilters (6) für zumindest eine Luftansaugmenge mehr verlangsamt wird, wenn die Temperatursteuereinheit verwendet wird, die durch die Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) gemäß der Luftansaugmenge reguliert wird, als wenn die Temperatursteuereinheit in dem Fall, dass die Luftansaugmenge der minimale Wert ist, der es ermöglicht, dass die Brennkraftmaschine (2) normal arbeitet, für eine beliebige Luftansaugmenge verwendet wird,die Temperatursteuereinheit eine Rückkopplungssteuereinheit ist,die Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) eine erste Verstärkungsanpassungseinrichtung zum Anpassen einer Rückkopplungsverstärkung der Rückkopplungssteuereinheit gemäß der durch die Ansaugmengenerhaltungseinrichtung (S10) erhaltenen Luftansaugmenge aufweist, unddie Anpassung der Rückkopplungsverstärkung durch die erste Verstärkungsanpassungseinrichtung die Rückkopplungsverstärkung bereitstellt, die einer bestimmten Luftansaugmenge entspricht und kleiner ist als die Rückkopplungsverstärkung, die einer anderen Luftansaugmenge entspricht, die kleiner ist als die bestimmte Luftansaugmenge.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine.
Heutzutage wird das Bewusstsein für Umweltschutz bzw. -erhaltung immer größer, und es wird eine ausgezeichnete Abgasreinigungsleistung einer Brennkraftmaschine gefordert. Im Speziellen ist für eine weitere Verbreitung von Dieselmaschinen eine Beseitigung von Abgaspartikeln (d.h. Feststoffen bzw. Feinstaub) wie etwa Schwarzrauch wichtig, die von der Maschine ausgestoßen werden. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) wird häufig in einem Abgasrohr eingerichtet, um die Feststoffe bzw. den Feinstaub zu beseitigen.
Da der DPF die Feststoffe in dem Abgas sammelt, wird ein Großteil der Feststoffe beseitigt. Falls sich die Feststoffe jedoch nur fortwährend in dem DPF ablagern, wird der DPF dann verstopft werden. Daher ist es notwendig, den DPF zu regenerieren bzw. zu erneuern, indem die abgelagerten Feststoffe verbrannt und beseitigt werden. Um die in dem DPF abgelagerten Feststoffe zu verbrennen, werden Verfahren wie etwa eine Nacheinspritzung verwendet. Die Nacheinspritzung wird in einem Zylinder nach einer Haupteinspritzung durchgeführt.
Falls sich eine Temperatur während der DPF-Regeneration übermäßig erhöht, können Probleme wie etwa ein Schmelzschaden an dem DPF auftreten. Falls eine Temperaturerhöhung während der DPF-Regeneration unzureichend ist, braucht die DPF-Regeneration eine längere Zeit als notwendig. Als Folge hiervon wird sich zum Beispiel der Kraftstoffverbrauch verschlechtern. Daher ist es notwendig, die DPF-Temperatur während der DPF-Regeneration auf einen angemessenen Wert zu steuern. Die Druckschrift JP 2005 - 320 962 A beschreibt eine Technologie, die die Temperatur des DPF während der DPF-Regeneration durch Verwendung der optimalen Rückkopplungsverstärkung steuert.
Eine Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF (im Speziellen eine Zeitverzögerung und eine Zeitkonstante) variiert abhängig davon, ob eine Frischluftmenge (Ansaugmenge) groß oder klein ist. Indem diesem Zusammenhang Beachtung geschenkt wird, schaltet die Technologie von Druckschrift JP 2005 - 320 962 A die Rückkopplungsverstärkung in Übereinstimmung mit gewissen Fällen um, die anhand der Frischluftmenge aufgeteilt sind.
Die Frischluftmenge ist jedoch nicht der einzige Parameter, der die Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF verändert. 7 zeigt Beispiele der Temperaturerhöhung des DPF während der DPF-Regeneration in dem Fall, dass eine Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist, und in dem Fall, dass die Feststoff-Ablagerungsmenge PM klein ist. In den beiden Fällen wird die gleiche Nacheinspritzmenge Qnach eingespritzt, um die Temperatur TDPF des DPF zu erhöhen. Es wird angenommen, dass sich die Temperatur TDPF des DPF verringert und die Nacheinspritzmenge Qnach zur Zeit t0 erhöht wird. Wie es gemäß 7 gezeigt ist, erhöht sich die Temperatur TDPF des DPF nach der Zeit t0. Wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM klein ist, ist ein Wärmeerzeugungsbetrag in Folge einer Verbrennung der Feststoffe klein. Daher wird in einem solchen Fall, selbst wenn die Temperatur TDPF eine Solltemperatur Tt überschreitet, die Temperatur TDPF eine DPF-Bruch-Grenztemperatur Tlim nicht überschreiten. Falls die Temperaturerhöhung, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist, mit der Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit durchgeführt wird, die ähnlich der Geschwindigkeit in dem Fall ist, dass die Feststoff-Ablagerungsmenge PM klein ist, tritt eine übermäßige Temperaturerhöhung auf, da der Wärmeerzeugungsbetrag in Folge der Verbrennung der Feststoffe groß ist, das heißt, dass die Temperatur TDPF des DPF die DPF-Bruch-Grenztemperatur Tlim überschreitet. Die DPF-Bruch-Grenztemperatur Tlim ist eine Temperatur, oberhalb derer der Schmelzschaden an dem DPF durch die hohe Temperatur verursacht wird. Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit kann als ein durchschnittlicher Temperaturerhöhungswert pro Zeiteinheit definiert werden, bevor die Temperatur TDPF die Solltemperatur Tt (oder einen vorbestimmten Prozentsatz der Solltemperatur Tt) erreicht.
8 und 9 zeigen Beziehungen zwischen einer Verbrennungsgeschwindigkeit PMc der Feststoffe, einer Grundmaterialtemperatur Tgrund und der Feststoff-Ablagerungsmenge (-dichte) PM. Wie es gemäß 8 gezeigt ist, erhöht sich die Feststoff-Verbrennungsgeschwindigkeit PMc, wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge PM erhöht. Wie es gemäß 9 gezeigt ist, verbrennen die Feststoffe mit einer beschleunigten Geschwindigkeit, wenn sich der DPF in dem Hochtemperaturzustand befindet. Daher ist nachzuvollziehen, dass 7 das Ergebnis der Situation zeigt, in der die Feststoffe mit einer beschleunigteren Geschwindigkeit verbrennen, selbst wenn die Temperaturerhöhung mit der ähnlichen Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit durchgeführt wird, wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge erhöht, und in der die Temperaturerhöhung unaufhaltbar wird.
Daher ist aus 7 bis 9 nachzuvollziehen, dass die Möglichkeit des Schmelzschadens des DPF in dem Fall, in dem die Temperaturerhöhung mit der gleichen Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit durchgeführt wird, mit der Feststoff-Ablagerungsmenge PM variiert. Es ist auch nachzuvollziehen, dass eine Steuereinheit entworfen werden muss, um die Erhöhungsgeschwindigkeit der DPF-Temperatur TDPF speziell in dem Fall zu verlangsamen, in dem die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist, wenn die Steuerung der DPF-Temperatur (bzw. des -optimums) durchgeführt wird. Es besteht auch eine Möglichkeit darin, dass eine Einspritzvorrichtung eine Tendenz dahingehend aufweist, dass ein wahrer Wert einer Einspritzmenge größer ist als ein Befehls- bzw. Sollwert. In einem solchen Fall erhöht sich das Risiko der übermäßigen Temperaturerhöhung weiter. Daher wird es, falls der Einspritzvorrichtungsfehler auch berücksichtigt wird, noch wichtiger, die Steuereinheit zu entwerfen, um die Temperaturerhöhung der DPF-Temperatur zu verlangsamen, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist. Falls die Verbesserung von diesem Gesichtspunkt aus zu der in der Druckschrift JP 2005 - 320 962 A beschriebenen Technologie hinzugefügt wird, wird eine Realisierung einer noch ausstehenden bzw. außerordentlicheren DPF-Temperatursteuerung erwartet.
Die Druckschrift DE 10 2004 024 115 A1 , die den gattungsbildenden Stand der Technik darstellt, offenbart ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine wie folgt. Ein Dieseloxidationskatalysator ist stromaufwärts von einem Dieselpartikelfilter DPF angeordnet, der in einem Abgasdurchgang von einem Dieselverbrennungsmotor angeordnet ist. Eine elektronische Steuerungseinheit ECU betreibt eine Temperaturerhöhungseinrichtung, die eine Nacheinspritzung durchführt, um in dem DPF gesammelte Partikelstoffe zu beseitigen. Die ECU hat eine erste Korrektureinrichtung und eine zweite Korrektureinrichtung. Die erste Korrektureinrichtung korrigiert eine Stellgröße der Temperaturerhöhungseinrichtung auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einer Solltemperatur und einer Temperatur von dem DPF, die auf der Grundlage einer Information geschätzt wird, die sich auf einen Bereich stromaufwärts von dem DPF bezieht. Die zweite Korrektureinrichtung korrigiert die Stellgröße der Temperaturerhöhungseinrichtung auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen der Solltemperatur und der Temperatur von dem DPF, die auf der Grundlage der Information geschätzt wird, die sich auf einen Bereich stromabwärts von dem DPF bezieht.
Insofern offenbart die Druckschrift DE 10 2004 024 115 A1 eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Weiterer Stand der Technik ist bekannt aus der Druckschrift DE 10 2005 019 816 A1 betreffend eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors und der (nachveröffentlichten) Druckschrift DE 10 2008 002 621 A1 betreffend eine Abgasreinigungsvorrichtung.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die eine übermäßige Temperaturerhöhung verhindert, indem eine schnelle Ansprecheigenschaft eines Steuersystems mehr gelockert bzw. abgeschwächt wird, wenn sich eine Feststoff-Ablagerungsmenge in einem DPF erhöht, wenn eine Steuerung zum Annähern einer Temperatur des DPF an eine Solltemperatur während einer Regeneration des DPF durchgeführt wird.
Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, wie sie in den beiliegenden Patentansprüchen dargelegt ist.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine einen Partikelfilter, der in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine bereitgestellt ist, zum Sammeln von Feststoffen, einen Regenerationsabschnitt zum Regenerieren des Partikelfilters durch Verbrennen der in dem Partikelfilter abgelagerten Feststoffe, und einen Schätzabschnitt zum Schätzen einer Ablagerungsmenge der Feststoffe in dem Partikelfilter. Der Regenerationsabschnitt umfasst eine Temperatursteuereinheit zum Steuern einer Temperatur des Partikelfilters, wenn der Partikelfilter regeneriert wird, und einen Steuereinheitsregulierungsabschnitt zum Regulieren der Temperatursteuereinheit gemäß der durch den Schätzabschnitt geschätzten Ablagerungsmenge der Feststoffe. Der Regenerationsabschnitt reguliert die Temperatursteuereinheit so, dass die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit des Partikelfilters für zumindest eine Ablagerungsmenge mehr verlangsamt wird, wenn die Temperatursteuereinheit verwendet wird, die durch den Steuereinheitsregulierungsabschnitt gemäß der Ablagerungsmenge der Feststoffe reguliert wird, als wenn die Temperatursteuereinheit in dem Fall, dass die Ablagerungsmenge der Feststoffe Null ist, für eine beliebige Ablagerungsmenge der Feststoffe verwendet wird.
Bei der Abgasreinigungsvorrichtung der Brennkraftmaschine gemäß dem vorstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung reguliert somit, wenn der Partikelfilter regeneriert wird, der Steuereinheitsregulierungsabschnitt die Temperatursteuereinheit, die die Temperatur des Partikelfilters steuert, gemäß der Ablagerungsmenge der in dem Partikelfilter abgelagerten Feststoffe. Der Steuereinheitsregulierungsabschnitt reguliert die Temperatursteuereinheit, um die Erhöhungsgeschwindigkeit der Temperatur des Partikelfilters mehr zu verlangsamen, wenn sich die Ablagerungsmenge der Feststoffe erhöht. Daher kann ein Auftreten der übermäßigen Temperaturerhöhung des Partikelfilters verhindert werden, wenn die Ablagerungsmenge der Feststoffe groß ist. Somit kann die Abgasreinigungsvorrichtung realisiert werden, die zum Vermeiden des Schmelzschadens des Partikelfilters fähig ist, der verursacht werden kann, falls die Temperaturerhöhung des Partikelfilters aufgrund der Wärmeerzeugung der Feststoffe übermäßig wird, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge groß ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Temperatursteuereinheit eine Rückkopplungssteuereinheit bzw. eine Regelungseinheit. Der Steuereinheitsregulierungsabschnitt umfasst einen Verstärkungs- bzw. Gewinnanpassungsabschnitt zum Anpassen einer Rückkopplungsverstärkung bzw. eines -gewinns der Rückkopplungssteuereinheit gemäß der durch den Schätzabschnitt geschätzten Ablagerungsmenge der Feststoffe. Die Anpassung der Rückkopplungsverstärkung durch den Verstärkungsanpassungsabschnitt stellt die Rückkopplungsverstärkung bereit, die einer bestimmten Ablagerungsmenge entspricht und kleiner ist als die Rückkopplungsverstärkung, die einer andere Ablagerungsmenge entspricht, die kleiner ist als die bestimmte Ablagerungsmenge.
Auf diese Weise wird die Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung während der Partikelfilterregeneration durchgeführt und wird die Anpassung durchgeführt, um eine grundlegende Tendenz zu schaffen, dass der Wert der Rückkopplungsverstärkung verringert wird, wenn sich die Ablagerungsmenge der Feststoffe erhöht. Somit wird das Ansprechverhalten mit einer schnellen Reaktionseigenschaft des Systems erreicht, das gelockerter bzw. abgeschwächter (verlangsamter) ist, wenn sich die Ablagerungsmenge der Feststoffe erhöht. Dementsprechend wird die übermäßige Temperaturerhöhung des Partikelfilters durch das Ansprechverhalten mit der gelockerten bzw. abgeschwächten schnellen Reaktionseigenschaft vermieden. Somit kann die Abgasreinigungsvorrichtung realisiert werden, die das Risiko des Schmelzschadens des Partikelfilters in Folge der übermäßigen Temperaturerhöhung verhindert.
Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung senkt der Regenerationsabschnitt eine Solltemperatur, wenn sich die durch den Schätzabschnitt geschätzte Ablagerungsmenge der Feststoffe erhöht.
Somit wird die Solltemperatur gesenkt, wenn sich die Ablagerungsmenge der Feststoffe in dem Partikelfilter erhöht. Dementsprechend kann die Marge bzw. der Spielraum bis zu der Schmelzschadensgrenze des DPF erhöht werden. Somit kann die Abgasreinigungsvorrichtung realisiert werden, die das Risiko des Schmelzschadens des Partikelfilters in Folge der übermäßigen Temperaturerhöhung weiter senkt.
Merkmale und Vorteile eines Ausführungsbeispiels werden ebenso wie Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile aus einem Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung, der beiliegenden Patentansprüche und der Abbildungen zu verstehen sein, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden. Bei den Abbildungen gilt:

1 ist eine schematische Konstruktionsdarstellung, die eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Blockschaltbild, das die DPF-Temperatursteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ist ein Ablaufdiagramm, das die Temperatursteuerungsverarbeitung während einer DPF-Regeneration gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ist eine Darstellung, die eine Fallaufteilung der optimalen Rückkopplungsverstärkung gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitverhaltens einer Nacheinspritzmenge und einer DPF-Temperatur gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
6 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines Zeitverhaltens einer Nacheinspritzmenge und einer DPF-Temperatur gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitverhaltens einer Nacheinspritzmenge und einer DPF-Temperatur gemäß einem Stand der Technik zeigt;
8 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Feststoff-Ablagerungsmenge und einer Feststoff-Verbrennungsgeschwindigkeit zeigt;
9 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Grundmaterialtemperatur und der Feststoff-Verbrennungsgeschwindigkeit zeigt;
10 ist ein Diagramm, das eine Feststoff-Ablagerungscharakteristik in einem DPF zeigt;
11 ist ein Diagramm, das ein Einstellungsbeispiel eines Gewichtungsfaktors gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt; und
12 ist eine Darstellung, die eine weitere Konstruktion der vorliegendenErfindung zeigt.

Nachstehend wird hier ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 einer Brennkraftmaschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zeigt.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 gemäß 1 wird zum Beispiel auf eine Vierzylinder-Dieselmaschine 2 (die hierin nachstehend einfach als Maschine bezeichnet wird) angewandt. Von einem Ansaugrohr 3, das mit der Maschine 2 verbunden ist, wird Luft an die Maschine 2 zugeführt. An dem Ansaugrohr 3 ist ein Luftmengenmesser 4 zum Messen einer Ansaugmenge bereitgestellt. An dem Ansaugrohr 3 ist eine Ansaugdrossel(-klappe) 12 bereitgestellt. Die an die Maschine 2 zugeführte Ansaugmenge wird durch Anpassung eines Öffnungsgrads der Ansaugdrossel(-klappe) 12 erhöht/verringert.
Die Maschine 2 ist mit Einspritzvorrichtungen 13 zum Zuführen von Kraftstoff in Zylinder ausgerüstet.Abgas wird an ein Abgasrohr 5ausgestoßen, das mit der Maschine 2 verbunden ist. Eine elektronische Steuervorrichtung 10 (ECU) steuert die Kraftstoffeinspritzung der Einspritzvorrichtungen 13 an die Maschine 2, die Öffnungsgradanpassung der Ansaugdrossel(-klappe) 12 und dergleichen. Die ECU 10 umfasst eine CPU zum Durchführen, verschiedener Arten von Berechnungen und einen Speicher 11 zum Speichern verschiedener Arten von Informationen.
In dem Abgasrohr 5 ist ein Dieselpartikelfilter 6 (ein DPF) bereitgestellt. An dem DPF 6 ist ein Oxidationskatalysator angelagert, so dass der DPF 6 als ein DPF mit dem Oxidationskatalysator (d.h. ein C-DPF) aufgebaut ist, Abgastemperatursensoren 7, 8 sind auf einer Einlassseite beziehungsweise einer Auslassseite des DPF 6 angeordnet, um eine Abgastemperatur an den jeweiligen Positionen zu messen. Es ist ein Differenzdrucksensor 9 bereitgestellt, um einen Differenzdruck (DPF-Differenzdruck, DPF-Druckverlust) als eine Differenz eines Abgasdrucks zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des DPF 6 zu messen. Messwerte des Luftmengenmessers 4, der Abgastemperatursensoreh 7, 8 und des Differenzdrucksensors 9 werden an die ECU 10 gesendet.
Als einen repräsentativen bzw. typischen Aufbau kann der DPF 6eine Wabenstruktur mit Kanälen aufweisen, von denen jeder wechselweise an der Einlassseite oder der Auslassseite angeschlossen ist. Das während eines Betriebs der Maschine 2 ausgestoßene Abgas enthält Feststoffe bzw. Feinstaub (PM). Wenn das Abgas eine DPF-Wand des vorstehend beschriebenen Aufbaus des DPF 6 durchtritt, werden die Feststoffe in einem Inneren oder an einer Oberfläche der DPF-Wand gesammelt. Es ist notwendig, den DPF 6 durch Verbrennen und Beseitigen der abgelagerten Feststoffe jedes Mal dann zu regenerieren bzw. zu erneuern, wenn eine Ablagerungsmenge der in dem DPF 6 abgelagerten Feststoffe ausreichend groß wird. Als ein Verfahren zum Regenerieren des DPF 6 wird zum Beispiel ein Verfahren zum Durchführen einer Nacheinspritzung verwendet, wobei der Kraftstoff von der Einspritzvorrichtung 13 zu einer Zeit nach einer Haupteinspritzung eingespritzt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Temperatursteuerung,während der Regeneration des DPF 6 an der vorstehend beschriebenen Vorrichtungskonfiguration durchgeführt, wie es nachstehend erläutert ist. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Rückkopplungssteuerungs- bzw. Regelungssystems der Temperatursteuerung während der Regeneration des DPF 6. Ein Teil innerhalb einer gestrichelten Linie gemäß 2 ist eine Temperatursteuereinheit zum Durchführen der Temperatursteuerung während der Regeneration des DPF 6. Die Temperatursteuereinheit kann als ein Programm in der ECU 10 realisiert werden.
Es wird angenommen, dass das Steuerungsobjekt dieses Rückkopplungssteuerungs- bzw. Regelungssystems ein Teil ist, dessen Eingabe eine Nacheinspritzmenge Qnach der Maschine 2 ist und dessen Ausgabe die Temperatur TDPF des DPF 6 ist. Daher umfasst das Steuerungsobjekt natürlich die Maschine 2 und den DPF 6. Der Messwert des Abgastemperatursensors 7 oder des Abgastemperatursensors 8 kann als die DPF-Temperatur TDPF verwendet werden.
Wahlweise kann ein Durchschnittswert der Messwerte der Abgastemperatursensoren 7, 8 als die DPF-Temperatur TDPF verwendet werden. Wahlweise kann ein Modell zum Schätzen der inneren Temperatur des DPF 6 aus den Messwerten der Abgastemperatursensoren 7, 8 im Voraus erhalten werden, und kann das Modell verwendet werden.
Eine Solltemperatur Tt kann durch die ECU 10 auf eine Temperatur eingestellt werden, die für die Verbrennung der in dem DPF 6 abgelagerten Feststoffe notwendig ist. Zum Beispiel kann die Solltemperatur Tt auf 550°C oder höher eingestellt werden. Das Rückkopplungssteuerungssystem gemäß 2 umfasst einen Teil, der eine Abweichung der DPF-Temperatur TDPF von der Solltemperatur Tt erhält, und der die Abweichung in einen Integrator bzw. eine Integriervorrichtung eingibt. Mit einer solchen Konstruktionkann ein Versatz mit Bezug auf einen festgelegten Sollwert auf Null eingestellt werden.
Gemäß 2 wird als die Nacheinspritzmenge Qnach, die den Eingabewert an die Maschine 2 darstellt, eine Summe von einem Produkt einer Zustandsvariablen des Steuerungsobjekts und einer Rückkopplungsverstärkung F2 und einem Produkt der Ausgabe des Integrators und einer Rückkopplungsverstärkung F1 verwendet. Ein Befehlswert und ein Integrationswert der vergangenen Nacheinspritzmenge Qnach können als die Zustandsvariablen des Steuerungsobjekts verwendet werden. Die Rückkopplungsverstärkung F1 ist eine Skalargröße, und die Rückkopplungsverstärkung F2 ist eine Zeilenvektorgröße. Eine Rückkopplungsverstärkung einer, Zeilenvektorgröße, die durch Anordnung der Rückkopplungsverstärkungen F1 und F2 aufgebaut ist, wird als F bezeichnet. Die Rückkopplungsverstärkung F wird durch die Optimalreglertheorie berechnet, wie es nachstehend erläutert ist. Die Optimalreglertheorie ist eine Theorie zum Herleiten einer Rückkopplungsverstärkung, die eine vorgegebene Bewertungsfunktion minimiert, wie es wohl bekannt ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Expansions- bzw. Ausdehnungssystem, das aus dem Steuerungsobjekt und dem Integrator besteht, mit einer Zustandsgleichung ausgedrückt, und wird die Optimalreglertheorie auf die Zustandsgleichung angewandt, um die optimale Rückkopplungsverstärkung herzuleiten.
Die Zustandsgleichung des Expansions- bzw. Ausdehnungssystems wird durch folgende Gleichung (E1) und (E2) (oder nur Gleichung (E1)) ausgedrückt, x bezeichnet eine Zustandsvariable und ist als eine Spaltenvektorgröße definiert, dx/dt bezeichnet eine zeitliche Differenziation von x. t ist die Zeit. u ist die momentane Nacheinspritzmenge Qnach, die in die Maschine 2 eingegeben wird, und ist als eine Skalargröße definiert. y ist die DPF-Temperatur TDPF, die die Ausgabe des Steuerungsobjekts darstellt, und ist eine Skalargröße definiert. Die Zustandsvariable x ist ein Vektor, der durch Anordnen des Zustands des Steuerungsobjekts und des Zustands des Integrators aufgebaut ist. A, B und C sind Matrizen, die durch die Charakteristik des Steuerungsobjekts und des Integrators festgelegt sind. A ist eine quadratische Matrix, B ist ein Spaltenvektor, und C ist ein Zeilenvektor. $dx (t) / dt = Ax (t) + Bu (t)$
$y (t) = Cx (t)$
Anstelle der Gleichung (E1) kann die folgende Gleichung (E3) verwendet werden, die mittels einer Durchführung einer Abtastung in einem vorbestimmten Abtastzyklus erstellt wird. xd bezeichnet eine Zustandsvariable zu einer diskreten Zeit, zu der x abgetastet wird. Gleichermaßen ist ud eine Eingabe zu der diskreten Zeit. Ad und Bd sind Matrizen, die aus A und B und dem Abtastzyklus festgelegt sind. k bezeichnet einen Ganzzahlenwert, der die diskrete Zeit angibt. $xd (k + 1) = Adxd (k) + Bdud (k)$
Die Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF 6 ändert sich wie vorstehend erwähnt mit der Frischluftmenge. Die Beziehung zwischen der Nacheinspritzmenge Qnach und der Temperatur TDPF des DPF 6 kann durch ein Totzeitelement und ein System erster Ordnung, ein System zweiter Ordnung oder ein System dritter Ordnung in Reihe ausgedrückt werden. Die Totzeit und eine Zeitkonstante ändern, sich mit einer Erhöhung/Verringerung der Frischluftmenge. Die vorstehende Gleichung (E1) kann ein System verwenden, das durch Annäherung des Systems, das aus dem Totzeitelement und dem System erster Ordnung, dem System zweiter Ordnung oder dem System dritter Ordnung in Reihe besteht, innerhalb eines bestimmten Rahmens kontinuierlicher Zeit gebildet wird. Die vorstehende Gleichung (E3) kann ein System verwenden, das durch Abtastung eines Systems kontinuierlicher Zeit gebildet wird, das aus dem Totzeitelement und dem System erster Ordnung, dem System zweiter Ordnung oder dem System dritter Ordnung in Reihe besteht.
Der folgende Ausdruck (E4) wird als die Bewertungsfunktion verwendet. Q und R sind von einem Entwickler eingestellte Gewichtungsfaktoren. Q ist eine quadratische Matrix mit einem positivenkonstanten Wert,und R ist ein positiver Skalar. X* ist die Transposition (d.h. der transponierte Vektor) der Zustandsvariablen x. Jdt bezeichnet eine zeitliche Integration und wird bei den theoretischen Methoden als eine Integration in unendlicher Zeit von einem Steuerungsstartzeitpunkt aus behandelt. $J 1 = \int (x*Qx + {Ru}^{2}) dt$
Anstelle der vorstehenden Gleichung (E4) kann die folgende Gleichung (E5) als eine Bewertungsfunktion verwendet werden. In der Gleichung (E4) sind die Zustandsvariable x und die Eingabe u Größen in kontinuierlicher Zeit. Im Gegensatz dazu sind in der Gleichung (E5) die Zustandsvariable xd und die Eingabe du Größen zu der diskreten Zeit, die in einem vorbestimmten Abtastzyklus abgetastet werden. In der Gleichung (E5) bezeichnet Σ die Summe, und wird diese bei den theoretischen Methoden als die Summe in der unendlichen Zeit von dem Steuerungsstartzeitpunkt aus behandelt. $J2 = \sum (xd*Qxd + {Rud}^{2})$
Bei den vorgenannten Funktionen J1 oder J2 ist besagt, dass die Zustandsvariable schneller in einen Wert eines stationären Zustands konvergiert, wenn sich der erste Term x*Qx (oder xd*Qxd) verringert. Es ist besagt, dass ein kleinerer Betriebs- bzw. Arbeitsbetrag verwendet wird, wenn sich der zweite Term Ru2 (oder Rud²) verringert. Falls der Entwurf durchgeführt wird, indem der Gewichtungsfaktor Q größer eingestellt wird, kann ein Steuerungssystem mit schnellerem Ansprechverhalten erreicht werden, aber ist im Allgemeinen eine größere Eingabe erforderlich. Falls der Entwurf durchgeführt wird, indem der Gewichtungsfaktor R größer eingestellt wird, wird das Ansprechverhalten langsamer, aber wird ein kleinerer Eingabewert ausreichen. Das heißt, dass das gelockerte bzw. abgeschwächte Ansprechverhalten mit einer verbesserten Stabilität mit der kleineren Eingabe erhalten werden kann.
Somit betrifft der erste Term das Ansprechverhalten (die, schnelle Reaktionseigenschaft) und betrifft der zweite Term die Stabilität. Der erste und der zweite Term weisen die Beziehung des Ausgleichs bzw. der gegenseitigen Abstimmung auf. In der Optimalreglertheorie kann der Entwickler die beiden Steuerungsobjekte des Ansprechverhaltens und der Stabilität optimieren, während der Ausgleich bzw. die gegenseitige Abstimmung berücksichtigt wird, indem die Gewichtungsfaktoren Q und R angemessen eingestellt werden.
In der Optimalreglertheorie wird die optimale Rückkopplungsverstärkung F aus den vorstehend erwähnten Größen A, B (oder Ad, Bd), P und Q durch ein bestimmtes Verfahren berechnet, wie etwa das Lösen der Matrixgleichung (Riccat.i-Gleichung). Dieses Berechnungsverfahren ist wohl bekannt, weshalb eine Erläuterung davon hier ausgelassen ist. Ein Teil der optimalen Rückkopplungsverstärkung F dient als die optimale Rückkopplungsverstärkung F1, und ein anderer Teil dient als die optimale Rückkopplungsverstärkung F2. Die vorstehend beschriebene Zustandsgleichung und die zeitliche Diskretisierung dieser sind wohl bekannt, weshalb eine ausführlichere Erläuterung davon hier ausgelassen ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die optimale. Rückkopplungsverstärkung F unter Verwendung der Optimalreglertheorie berechnet und in dem Speicher 11 der ECU 10 im Voraus gespeichert. Die Charakteristik hinsichtlich der Temperaturerhöhung des DPF 6 ändert sich auch mit der Frischluftmenge Qluft (d.h. der Ansaugmenge), wie es vorstehend erwähnt ist. Die Totzeit und die Zeitkonstante der Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF 6 verringert sich, wenn sich die Frischluftmenge Qluft erhöht. Daher erhöht sich die schnelle Reaktionseigenschaft der Temperatur TDPF des DPF 6, wenn sich die Frischluftmenge Qluft erhöht. In einem solchen Fall besteht eine Möglichkeit eines Auftretens eines Überschwingens der Temperatur TDPF. Wie es gemäß 7 gezeigt ist, variiert die mit der Temperaturerhöhung des DPF 6 in Beziehung stehende Charakteristik abhängig davon, ob die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß oder klein ist. Falls die schnelle Reaktionseigenschaft der DPF-Temperatur TDPF hoch eingestellt ist, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass sich die Temperatur TDPF des DPF 6 übermäßig erhöht und der Schmelzschaden des DPF 6 auftritt.
Die Differenz in der Frischluftmenge Qluft meint die Differenz in dem Steuerungsobjekt. Die geeignete schnelle Reaktionseigenschaft unterscheidet sich zwischen dem Fall, in dem die Feststoff-AblagerungsmengePM groß ist, und dem Fall, in dem die Feststoff-Ablagerungsmenge PM klein ist. Daher werden, um auf die Änderung der Charakteristik des Steuerungsobjekts zu reagieren, Fälle gemäß der Frischluftmenge Qluft aufgeteilt, und wird die Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF 6 für die jeweiligen Fälle modelliert. Dann wird die optimale Rückkopplungsverstärkung F für jedes Modell berechnet. Auf diese Weise kann die Änderung der Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF 6 in Folge der Differenz in der Frischluftmenge Qluft behandelt werden.
Außerdem besteht eine Möglichkeit eines Auftretens einer übermäßigen Temperaturerhöhung, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist, falls die Temperaturerhöhung mit der gleichen Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit wie in dem Fall durchgeführt wird, in dem die Feststoff-Ablagerungsmenge PM klein ist. Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge PM erhöht, der Gewichtungsfaktor Q, der mit der schnellenReaktionseigenschaft der Bewertungsfunktion J1 oder J2 in Beziehung steht, relativ verringert, und wird der Gewichtungsfaktor R, der mit der Stabilität dieser in Beziehung steht, relativ erhöht: Dann wird die dazu korrespondierende Rückkopplungsverstärkung berechnet. Durch Verwendung der Rückkopplungsverstärkung, die durch relatives Erhöhen des Gewichtungsfaktors R bereitgestellt wird, der mit der Stabilität in Beziehung steht, wird die Möglichkeit einer Vermeidung der übermäßigen Temperaturerhöhung verbessert, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist.
Ein Beispiel des vorstehenden Schemas ist gemäß 11 gezeigt. 11 zeigt ein Einstellungsbeispiel des Gewichtungsfaktors R als die positive Skalargröße. Aus dem vorstehend beschriebenen Grund ist der Gewichtungsfaktor R als eine monoton steigende Funktion (oder eine monoton nicht fallende Funktion) mit Bezug auf die Feststoff-Ablagerungsmenge PM definiert. Gemäß 11 ist der Gewichtungsfaktor Q konstant eingestellt. In dem Fall gemäß 11(a) wird der Wert des Gewichtungsfaktors R diskontinuierlich bzw. unstetig vor und nach einem vorbestimmten Schwellenwert M1 der Feststoff-Ablagerungsmenge PM geändert. In dem Fall gemäß 11(b) wird der Wert des Gewichtungsfaktors R monoton und kontinuierlich erhöht. In dem Fall gemäß 11(b) kann der Gewichtungsfaktor R zum Beispiel als eine quadratische Funktion der Feststoff-Ablagerungsmenge.PM definiert sein. In dem Fall gemäß 11(a) können wahlweise zwei oder mehr Schwellenwerte eingestellt sein. Der Wert des Gewichtungsfaktors R kann über jeden Schwellenwert hinweg diskontinuierlich bzw. unstetig geändert werden.
Fälle werden gemäß der Frischluftmenge Qluft und der Feststoff-Ablagerungsmenge PM unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens aufgeteilt, und die optimale Rückkopplungsverstärkung F wird für jeden Fall berechnet und in dem Speicher 11 gespeichert. Ein Modus der Fallaufteilung ist gemäß 4 gezeigt. Zum Beispiel wird eine Ebene, die durch Koordinatenachsen der Frischluftmenge Qluft und der Feststoff-Ablagerungsmenge PM definiert ist, in Bereiche bzw. Flächen in Form von Maschen bzw. Netzen aufgeteilt, und wird die optimale Rückkopplungsverstärkung F (F_ij, F_i(j+1),...) für jeden Bereich des Netzes erhalten. -Wie vorstehend erwähnt wird in dem Bereich, in dem die Feststoff-Ablagerungsmenge PM mit Bezug auf die vertikale Achse gemäß 4 relativ groß ist, der Gewichtungsfaktor R unter den Gewichtungsfaktoren Q und R relativ groß eingestellt, wie es gemäß 11 gezeigt ist.
Wenn die optimale Rückkopplungsverstärkung berechnet ist, nachdem die Rückkopplungsverstärkung durch die Optimalreglertheorie berechnet ist, wie es vorstehend erwähnt ist, kann eine Simulation unter Verwendung der berechneten Rückkopplungsverstärkung durchgeführt werden, und kann die ein wünschenswertes Ansprechverhalten bereitstellende Rückkopplungsverstärkung als die optimale Rückkopplungsverstärkung festgelegt werden. Das wünschenswerte Ansprechverhalten kann ein Ansprechverhalten sowohl mit einem wünschenswerten (d.h. kleinen) Überschwingungsbetrag als auch einer wünschenswerten (d.h. kurzen) Beruhigungs- bzw. Einschwingzeit sein. Da die Optimalreglertheorie nur die numerische Bewertung der Bewertungsfunktion durchführt, kann ein spezielles Bild des Ansprechverhaltens nicht erlangt werden. In dieser Beziehung kann, falls die optimale Rückkopplungsverstärkung durch tatsächliches Durchführen der Simulation festgelegt wird, wie es vorstehend beschrieben ist, der Nachteil der Optimalreglertheorie kompensiert werden.
DerWert der optimalen Rückkopplungsverstärkung, der durch das vorstehend beschriebene Entwurfsverfahren erhalten wird, tendiert schließlich zum Abnehmen, da der Gewichtungsfaktor R erhöht wird, wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge PM erhöht.. Um genau zu sein, gibt es bei der Anpassung der Rückkopplungsverstärkung durch den Verstärkungsanpassungsabschnitt zwei Feststoff-Ablagerungsmengen PM, wobei die Rückkopplungsverstärkung, die der größeren Feststoff-Ablagerungsmenge PM. entspricht, kleiner ist als die Rückkopplungsverstärkung, die der kleineren Feststoff-Ablagerungsmenge PM entspricht. In dem Fall, dass die Rückkopplungsverstärkung ein Vektor (oder eine Matrix) ist, kann ein Wert einer beliebigen Norm bzw. eines beliebigen Typs (einer Vektornorm, einer Matrixnorm) als der Wert der Rückkopplungsverstärkung verwendet werden. Die vorstehend genannte Tendenz stimmt mit einem Hauptanliegen der vorliegenden Erfindung überein, nämlich die übermäßige Temperaturerhöhung zu verhindern, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist. Das heißt, dass die vorliegende Erfindung die Tendenz bereitstellt, dass sich der Wert der Rückkopplungsverstärkung verringert, wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge PM erhöht. Als Folge hiervon wird die schnelle Reaktionseigenschaft des Ansprechverhaltens gelockert bzw. abgeschwächt und wird die übermäßige Temperaturerhöhung verhindert.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Temperatursteuerungsverarbeitung zu der Zeit der Regeneration des DPF 6. Die Verarbeitungsvorgänge.gemäß 3 können von der ECU 10 sequenziell ausgeführt werden. Als nächstes werden die Verarbeitungsvorgänge gemäß 3 erläutert. Das Ablaufdiagramm gemäß 3 wird innerhalb eines Zeitabschnitts durchgeführt, in dem die in dem DPF 6 abgelagerten Feststoffe durch die Nacheinspritzung verbrannt werden und somit die Regeneration des DPF 6 durchgeführt wird.
Zunächst wird in S10 die Frischluftmenge Qluft (d.h. die Ansaugmenge) gemessen. Die Messung kann mit dem Luftmengenmesser 4 durchgeführt werden. Ein Massedurchsatz pro Zeiteinheit kann als die Frischluftmenge Qluft verwendet werden.
Dann wird in S20 der DPF-Differenzdruck PDPF (d.h. der DPF-Druckverlust) als der Differenzdruck zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des DPF 6 gemessen. In S30 wird die Feststoff-Ablagerungsmenge PM in dem DPF 6 unter Verwendung des in S20 gemessenen DPF-Differenzdrucks PDPF geschätzt. Das in S20 verwendete Schätzverfahren wird nachstehend beschrieben.
Dann wird in S40 die optimale Rückkopplungsverstärkung abgerufen bzw. benannt. Wie vorstehend beschrieben wird die Fallaufteilungr vorher gemäß der Frischluftmenge Qluft und der Feststoff-Ablagerungsmenge PM durchgeführt, wie es gemäß 4 gezeigt ist. Zusätzlich wird die optimale Rückkopplungsverstärkung, die die vorstehend genannte Bewertungsfunktion J1 oder J2 optimiert, im Voraus für jeden Bereich erhalten und in dem Speicher 11 gespeichert. In S40 wird aus den in dem Speicher 11 gespeicherten optimalen Rückkopplungsverstärkungen die optimale Rückkopplungsverstärkung des Bereichs abgerufen, der der in S10 erhaltenen Frischluftmenge Qluft und der in S30 erhaltenen Feststoff-Ablagerungsmenge PM entspricht.
Dann wird in S50 die Temperatur TDPF des DPF 6 geschätzt. Wahlweise kann anstelle einer Schätzung der DPF-Temperatur TDPF der Messwert des Abgastemperatursensors 7 oder des Abgastemperatursensors 8 als solches als die DPF-Temperatur TDPF verwendet werden, wie es vorstehend erwähnt ist. Wahlweise kann ein Durchschnittswert der Messwerte der Abgastemperatursensoren 7, 8 als eine Schätzung der Temperatur TDPF des DPF 6 verwendet werden. Wahlweise kann ein Modell zum Schätzen der inneren Temperatur des DPF 6 aus den Messwerten der Abgastemperatursensoren 7, 8 im Voraus erhalten werden, und kann das Modell für die Schätzung verwendet werden.
Schließlich wird in S60 die Nacheinspritzmenge Qnach berechnet. Das Rückkopplungssystem gemäß 2 wird für die Berechnung der Nacheinspritzmenge Qnach verwendet. In dem Rückkopplungssteuerungssystem gemäß 2 wurde die Rückkopplungsverstärkung F in S40 erhalten und wurde die DPF-Temperatur TDPF in S50 erhalten. Daher wird die Nacheinspritzmenge Qnach mit der Konstruktion gemäß 2 unter Verwendung dieser Werte berechnet. Bei der Berechnung kann ein Zustandsbeobachter (ein Beobachter bzw. Wächter) verwendet werden, um die Zustandsvariable des Steuerungsobjekts zu erhalten. Somit kann die Zustandsvariable aus der Eingabe und der Ausgabe erhalten werden.
5 zeigt ein Beispiel eines Verhaltens der Temperatur TDPF des DPF 6, die durch die Verarbeitung des vorstehend beschriebenen Ablaufdiagramms gesteuert wird. Die Feststoff-Ablagerungsmenge PM gemäß 5 ist die gleiche wie die große Ablagerungsmenge PM gemäß 7. Eine durchgezogene Linie a.gemäß 5 zeigt das Verhalten der Temperatur TDPF gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, und eine gestrichelte Linie b zeigt das Verhalten der DPF-Temperatur gemäß einem Stand der Technik. Wie vorstehend beschrieben zeigt 7 (oder die gestrichelte Linie b gemäß 5) das Ansprechverhalten in dem Fall, dass die Temperatursteuereinheit nicht gemäß der Feststoff-Ablagerungsmenge PM reguliert wird. Die gemäß 7 verwendete Rückkopplungsverstärkung ist die gleiche wie die Rückkopplungsverstärkung, die verwendet wird, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM gemäß 5 Null ist. 5 (die durchgezogene Linie a) zeigt den Fall, dass die Temperatursteuereinheit gemäß der Feststoff-Ablagerungsmenge PM reguliert wird, und dass die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist. Daher ist, aus dem Vergleich zwischen 5 und 7 nachzuvollziehen, dass in dem Fall gemäß 5 der Rückkopplungsverstärkungswert kleiner ist und die schnelle Reaktionseigenschaft des Ansprechverhaltens lockerer bzw. abgeschwächter ist als in dem Fall gemäß 7. Daher ist die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit gemäß 5 niedriger als gemäß 7. Dementsprechend überschreitet die mittels der durchgezogenen Linie a gezeigte DPF-Temperatur TDPF gemäß der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu der mittels der gestrichelten Linie b gezeigten herkömmlichen Technologie nicht die DPF-Bruch-Grenztemperatur Tlim, und ist das Risiko des Bruchs bzw. der Zerstörung des DPF 6 in Folge der übermäßigen Temperaturerhöhung behoben.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Temperatursteuereinheitauch gemäß der Frischluftmenge Qluft reguliert. Daher kann auch die Möglichkeit der übermäßigen Temperaturerhöhung in dem Fall reduziert werden, dass die FrischluftmengeQluft groß ist. Falls die Temperatursteuereinheit in dem Fall, dass die Frischluftmenge Qluft der minimale Wert ist, der ermöglicht, dass die Maschine normal arbeitet, für eine beliebige Frischluftmenge Qluft verwendet wird, wird die Wahrscheinlichkeit der übermäßigen Temperaturerhöhung hoch, wenn die Frischluftmenge Qluft groß ist. Im Gegensatz dazu wird bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Temperatursteuereinheit gemäß der Frischluftmenge Qluft reguliert. Daher wird die Wahrscheinlichkeit der übermäßigen Temperaturerhöhung in dem Fall verringert, dass die Frischluftmenge Qluft groß ist.
Das heißt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Wahrscheinlichkeit der übermäßigen Temperaturerhöhung des Partikelfilters für zumindest eine Frischluftmenge mehr verringert werden kann, wenn die Temperatursteuereinheit verwendet wird, die durch den Steuereinheitsregulierungsabschnitt gemäß der Frischluftmenge reguliert wird, als wenn die Tempertursteuereinheit in dem Fall, dass die Frischluftmenge der minimale Wert ist, der ermöglicht, dass die Maschine normal arbeitet, für eine beliebige Frischluftmenge verwendet wird.
Die Temperatursteuereinheit, die gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel entorfen ist, weist die Tendenz auf, dass der Wert der Rückkopplungsverstärkung schließlich abnimmt, wenn sich die Frischluftmenge erhöht. Um genau zu sein, gibt es bei der Anpassung der Rückkopplungsverstärkung durch den Verstärkungsanpassungsabschnitt zweiFrischluftmengen, wobei die Rückkopplungsverstärkung, die der größeren Frischluftmenge entspricht, kleiner ist als die Rückkopplungsverstärkung, die der kleinerenFrischluftmenge entspricht. In dem Fall, dass die Rückkopplungsverstärkung der Vektor (oder die Matrix) ist, kann ein Wert einer beliebigen Norm bzw. eines beliebigen Typs (einer Vektornorm, einer Matrixnorm) als der Wert der Rückkopplungsverstärkung verwendet werden.
Eine solche Tendenz stimmt mit den Anliegen überein, das Risiko der übermäßigen Temperaturerhöhung zu unterdrücken, da das Risiko der übermäßigen Temperaturerhöhung ansteigt, wenn sich die Frischluftmenge erhöht. Das heißt, dass die vorliegende Erfindung die Tendenz schafft, dass der Wert der Rückkopplungsverstärkung abnimmt, wenn sich die Frischluftmenge erhöht. Dementsprechend wird die schnelle Reaktionseigenschaft des Ansprechverhaltens gelockert bzw. abgeschwächt und wird die übermäßige Temperaturerhöhung verhindert.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Entwurfsverfahren der optimalen Rückkopplungsverstärkung gegenüber dem herkömmlichen Verfahren verändert, aber wird die Solltemperatur Tt nicht verändert. Da die hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, die übermäßige Temperaturerhöhung des DPF 6 (und den-Schmelzschaden des DPF 6, der durch die übermäßige Temperaturerhöhung verursacht wird) zu vermeiden, kann es in einigen. Fällen-jedoch auch wirkungsvoll sein, die Solltemperatur Tt zu senken. 6 zeigt ein Beispiel eines Ansprechverhaltens in dem Fall, dass die Solltemperatur Tt gesenkt ist.
Bei diesem Beispiel wird die Rückkopplungsverstärkung F gegenüber 7 nicht verändert, sondern wird nur die Solltemperatur Tt gesenkt. Die Feststoff-Ablagerungsmenge PM gemäß 6 ist gleich der größeren Feststoff-Ablagerungsmenge PMgemäß 7. Falls 6 mit 7 verglichen wird, ist es nachzuvollziehen, dass die übermäßige Temperaturerhöhung gemäß 6 durch Senkung der Solltemperatur Tt vermieden wird.
Das Senken der Solltemperatur Tt kann einzig und allein oder in Kombination mit den Verarbeitungsvorgängen der vorstehend beschriebenen 3 durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der Vorgang eines Senkens der Solltemperatur Tt vor S60 durchgeführtwerden. Wenn einzig und allein die Solltemperatur Tt gesenkt wird, kann die übermäßige Temperaturerhöhung vermieden werden. Jedoch wird das AnsprechverhalLen langsam und verlängert sich die Regenerationszeit des DPF 6. Daher besteht eine Möglichkeit darin, dass der Kraftstoffverbrauch verschlechtert wird. Falls das Senken der Solltemperatur Tt mit der Steuerung gemäß 3 kombiniert wird, können solche Nachteile vermieden werden. Vielmehr kann die Wahrscheinlichkeit der übermäßigen Temperaturerhöhung weiter verringert werden, während das optimale Ansprechverhalten erhalten wird.
Nachstehend wird das Verfahren der in S30 durchgeführten Feststoff-Ablagerungsmenge-Schätzung erläutert. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben Kenntnis darüber, dass eine Beziehung zwischen der Feststoff-Ablagerungsmenge PM und dem DPF-Druckverlust PDPF (d.h. dem Differenzdruck) eine gemäß 10 gezeigte Beziehung ist (oder an diese angenähert ist). Das heißt, dass sich ein Indizierpunkt, der die Feststoff-Ablagerungsmenge PM und den DPF-Druckverlust PDPF indiziert, auf einer ersten Kennlinie 21 von einem gemäß 10 gezeigten Anfangspunkt 20 aus gemäß der Veranschaulichung nach oben rechts bewegt, wenn sich der Betrieb der Brennkraftmaschine fortsetzt und die Feststoffablagerung in dem DPF 6 voranschreitet. Dann, wenn der Indizierpunkt einen Übergangspunkt 22 erreicht, bewegt sich der Indizierpunkt auf einer zweiten Kennlinie 23 gemäß der Veranschaulichung nach oben rechts.
Die erste Kennlinie 21 entspricht einer Phase, in der sich die Feststoffe in der Filterwand des DPF 6 ablagern, und die zweite Kennlinie 23 entspricht einer Phase, in der sich die Feststoffen an der Oberfläche der Filterwand ablagern. In dem Fall, dass sich die Feststoffe in der Filterwand ablagern, ist ein Grad bzw. Maß von sich neuerdings verengenden Durchströmungskanälen des Abgases höher als in dem Fall, dass sich die Feststoffe auf der Wandoberfläche ablagern. Daher wird der Druckverlustwert in dem Fall, dass sich die Feststoffe in der Filterwand ablagern, mehr erhöht als in dem Fall, dass sich die Feststoffe an der Wandoberfläche ablagern. Wie es gemäß 10 gezeigt ist, weist die erste Kennlinie 21 daher eine Steigung auf, die größer ist als die der zweiten Kennlinie 23. Die Steigung gibt ein Verhältnis eines Inkrements bzw. einer Zunahme des DPF-Druckverlusts PDPF zu einem Inkrement bzw. einer Zunahme der Feststoff-Ablagerungsmenge PM an.
Falls die gemäß 10 gezeigte Charakteristik im Voraus erhalten wird, kann die Feststoff-Ablagerungsmenge PM in dem DPF 6 geschätzt werden, indem der DPF-Druckverlustwert PDPF erhalten wird. Der DPF 6 kann regeneriert werden, wenn die auf diese Weise geschätzte Feststoff-Ablagerungsmenge PM ein Niveau erreicht, das die Regeneration notwendig macht.
Falls bestimmt wird, dass die Feststoff-Ablagerungsmenge PM übermäßig ist und die DPF-Regeneration begonnen wird, wenn ein Punkt 24 gemäß 10 erreicht ist, führen anschließend die Feststoff-Ablagerungsmenge PM und der DPF-Druckverlust PDPF Übergänge durch, wie es durch gestrichelte Linien gemäß 10 gezeigt ist. Das heißt, dass sich die Werteder Feststoff-Ablagerungsmenge PM und des DPF-Druckverlusts PDPF zunächst entlang einer geraden Linie 25 verringern. Nachdem ein Übergangspunkt 26 durchschritten ist, verringern sich die Werte der Feststoff-Ablagerungsmenge PM und des DPF-Druckverlusts PDPF entlang einer_geraden Linie 27, und kehren sie zu dem Anfangspunkt 20 zurück.
Die gerade Linie 25 bezeichnet eine Phase, in der die innerhalb der Filterwand abgelagerten Feststoffe verbrennen. Daher ist die Steigung der geraden Linie 25 die gleiche wie diejenige der ersten Kennlinie 21. Die gerade Linie 27 bezeichnet eine Phase, in der die an der Filterwand abgelagerten Feststoffe verbrennen. Daher ist die Steigung der geraden Linie 27 die gleiche wie diejenige der zweiten Kennlinie 23. Somit führen die Werte der Feststoff-Ablagerungsmenge PM und des DPF-Druckverlusts PDPF während der Feststoffablagerung und der Feststoffverbrennung Übergänge gemäß der Charakteristik durch, die durch das gemäß 10 gezeigte Parallelogramm angegeben (oder angenähert) ist.
Die Kennlinie gemäß 10 wird im Voraus für die zu verwendende Vorrichtungskonfiguration erhalten und in dem Speicher 11 gespeichert. Wenn die Kennlinie gespeichert wird, können zum Beispiel nur die Koordinaten des Anfangspunkts 20 und des Übergangspunkts 22 (und ferner des Punkts 24) und die Steigungen der Kennlinien 21, 23 gespeichert werden. In S30 wird die Feststoff-Ablagerungsmenge PM aus der Kennlinie gemäß 10 und dem Messwert des DPF-Differenzdrucks PDPF geschätzt, der in S20 erhalten wird. Das Vorstehende ist die Erläuterung der Verarbeitung von S30.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Ansprechverhalten (die schnelle Reaktionseigenschaft) gelockert bzw. abgeschwächt (d.h. verlangsamt), wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist, wobei der Fall angenommen wird, dass die DPF-Temperatur TDPF niedriger als die Solltemperatur Tt ist. Wenn die DPF-Temperatur TDPF die Solltemperatur Tt aus irgendeinem Grund überschritten hat, ist es sinn- bzw. gegenstandslos, die schnelle Reaktionseigenschaft zu lockern bzw. abzuschwächen. In einem solchen Fall ist es vielmehr erwünscht, die schnelle Reaktionseigenschaft zu verbessern, um die DPF-Temperatur TDPF rasch auf den Sollwert Tt fallen zu lassen. Daher kann das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel derart modifiziert werden, dass die Rückkopplungsverstärkung in dem Fall der kleinen Feststoff-Ablagerungsmenge PM (zum Beispiel Null) ungeachtet, der tatsächlichen Feststoff-Ablagerungsmenge PM verwendet wird, wenn die DPF-Temperatur TDPF höher ist als-die Solltemperatur Tt.
Die vorliegende Erfindung kann auf eine Konstruktion angewandt werden, die einen dem DPF 6 vorgelagerten Oxidationskatalysator 14 aufweist, wie es gemäß 12 gezeigt ist. Bei der Konstruktion gemäß 1 erhöht sich die Temperatur des DPF 6 in Folge einer Aktivität des an dem DPF 6 angelagerten Katalysators. In dem Fall gemäß 12 erhöht sich die Abgastemperatur in Folgeeiner Aktivität des Oxidationskatalysators 14, wodurch die Temperatur des nachgelagerten DPF 6 erhöht wird. Die vorliegende Erfindung ist auch für die Konstruktion gemäß 12 wirkungsvoll.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt der DPF 6 den Partikelfilter dar. Die Einspritzvorrichtung 13 stellt einen Regenerationsabschnitt dar. Die Verarbeitung von S30 stellt einen Schätzabschnitt dar. Die Verarbeitung von S40 stellt einen Steuereinheitsregulierungsabschnitt dar. Die Verarbeitung von S10 stellt einen Ansaugmengenerhaltungsabschnitt dar. Die Verarbeitung von S40 stellt einen Verstärkungsanpassungsabschnitt dar. Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Dieselmaschine als die Brennkraftmaschine verwendet. Die Maschine ist jedoch nicht auf die Dieselmaschine beschränkt. Zum Beispiel kann wahlweise eine Magerverbrennung-Benzinmachine bzw. Ottomaschine verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung soll nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern kann in vielfältiger Art und Weise implementiert werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beiliegenden Patentansprüche definiert ist.
Eine Frischluftmenge wird während einer Regeneration eines DPF (6) mit einem Luftmengenmesser (4) erhalten. Ein Differenzdruck des DPF (6) wird gemessen, und dann wird eine Ablagerungsmenge von Feststoffen in dem DPF (6) geschätzt. Die optimale Rückkopplungsverstärkung wird im Voraus für jeden von Fällen berechnet, die gemäß der Frischluftmenge und der Feststoff-Ablagerungsmenge aufgeteilt sind, und in einer ECU (10) gespeichert. Die optimale Rückkopplungsverstärkung ist eine Verstärkung, die eine schnelle Reaktionseigenschaft einesSystems mehr lockert bzw. abschwächt, wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge erhöht. Die optimale Rückkopplungsverstärkung, die der Frischluftmenge und der Feststoff-Ablagerungsmenge entspricht, wird aus der ECU (10) abgerufen, und eine Nacheinspritzmenge wird unter Verwendung der optimalen Rückkopplungsverstärkung berechnet.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine (2), mit: einem Partikelfilter (6), der in einem Abgaskanal (5) der Brennkraftmaschine (2) bereitgestellt ist, zum Sammeln von Feststoffen; einer Regenerationseinrichtung (13) zum Regenerieren des Partikelfilters (6) durch Verbrennen der in dem Partikelfilter (6) abgelagerten Feststoffe; und einer Schätzeinrichtung (S30) zum Schätzen einer Ablagerungsmenge der Feststoffe in dem Partikelfilter (6), wobei die Regenerationseinrichtung (13) eine Temperatursteuereinheit zum Steuern einer Temperatur des Partikelfilters (6), wenn der Partikelfilter (6) regeneriert wird, und eine Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) zum Regulieren der Temperatursteuereinheit gemäß der durch die Schätzeinrichtung (S30) geschätzten Ablagerungsmenge der Feststoffe aufweist, und die Regenerationseinrichtung (13) die Temperatursteuereinheit so reguliert, dass eine Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit des Partikelfilters (6) für zumindest eine Ablagerungsmenge mehr verlangsamt wird, wenn die Temperatursteuereinheit verwendet wird, die durch die Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) gemäß der Ablagerungsmenge der Feststoffe reguliert wird, als wenn die Temperatursteuereinheit in dem Fall, dass die Ablagerungsmenge der Feststoffe Null ist, für eine beliebige Ablagerungsmenge der Feststoffe verwendet wird, gekennzeichnet durch: eine Ansaugmengenerhaltungseinrichtung (S10) zum Erhalten einer Luftansaugmenge der Brennkraftmaschine (2), wobei die Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) die Temperatursteuereinheit gemäß der durch die Ansaugmengenerhaltungseinrichtung (S10) erhaltenen Luftansaugmenge reguliert, die Regenerationseinrichtung (13) die Temperatursteuereinheit so reguliert, dass die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit des Partikelfilters (6) für zumindest eine Luftansaugmenge mehr verlangsamt wird, wenn die Temperatursteuereinheit verwendet wird, die durch die Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) gemäß der Luftansaugmenge reguliert wird, als wenn die Temperatursteuereinheit in dem Fall, dass die Luftansaugmenge der minimale Wert ist, der es ermöglicht, dass die Brennkraftmaschine (2) normal arbeitet, für eine beliebige Luftansaugmenge verwendet wird, die Temperatursteuereinheit eine Rückkopplungssteuereinheit ist, die Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) eine erste Verstärkungsanpassungseinrichtung zum Anpassen einer Rückkopplungsverstärkung der Rückkopplungssteuereinheit gemäß der durch die Ansaugmengenerhaltungseinrichtung (S10) erhaltenen Luftansaugmenge aufweist, und die Anpassung der Rückkopplungsverstärkung durch die erste Verstärkungsanpassungseinrichtung die Rückkopplungsverstärkung bereitstellt, die einer bestimmten Luftansaugmenge entspricht und kleiner ist als die Rückkopplungsverstärkung, die einer anderen Luftansaugmenge entspricht, die kleiner ist als die bestimmte Luftansaugmenge.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheitsregulierungseinrichtung (S40) eine zweite Verstärkungsanpassungseinrichtung zum Anpassen einer Rückkopplungsverstärkung der Rückkopplungssteuereinheit gemäß der durch die Schätzeinrichtung (S30) geschätzten Ablagerungsmenge der Feststoffe aufweist, und die Anpassung der Rückkopplungsverstärkung durch die zweite Verstärkungsanpassungseinrichtung die Rückkopplungsverstärkung bereitstellt, die einer bestimmten Ablagerungsmenge entspricht und kleiner ist als die Rückkopplungsverstärkung, die einer anderen Ablagerungsmenge entspricht, die kleiner ist als die bestimmte Ablagerungsmenge.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Regenerationseinrichtung (13) eine Solltemperatur senkt, wenn sich die durch die Schätzeinrichtung (S30) geschätzte Ablagerungsmenge der Feststoffe erhöht.