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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungseinrichtung
für einen Verbrennungsmotor.
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2. Beschreibung des zugehörigen
Standes der Technik
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In
der Vergangenheit hat der Bedarf an Verbrennungsmotoren mit einer
hohen Abgasreinigungsleistung aufgrund der verstärkten
Bedeutung des Umweltschutzes zugenommen. Insbesondere ist es in
starkem Maße erforderlich, dass Dieselverbrennungsmotoren
Partikelstoffe (die nachstehend als PM = ”particulate matter” bezeichnet
werden) zu entfernen, die schwarzen Rauch im Abgas erzeugen. Demgemäß sind
Dieselverbrennungsmotoren häufig mit einem DPF (Dieselpartikelfilter)
an ihren Abgasrohren versehen.
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Der
größte Teil des PM kann aus dem Abgas durch einen
DPF entfernt werden. Jedoch ist es erforderlich, das in dem DPF
angesammelte PM zu verbrennen, wenn das angesammelte PM eine bestimmte
Menge erreicht hat, um zu verhindern, dass der DPF durch das angesammelte
PM verstopft wird. Um das in dem DPF angesammelte PM zu verbrennen
und dadurch den DPF zu regenerieren, ist es bekannt, eine Nacheinspritzung
in jedem Zylinder des Verbrennungsmotors nach dem Ausführen
der Haupteinspritzung auszuführen.
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Da
Kraftstoff verbraucht wird, um den DPF zu regenerieren, verschlechtert
sich der Kraftstoffverbrauch, wenn der DPF-Regenerierprozess zu
häufig ausführt wird. Andererseits nimmt, wenn
die Häufigkeit des DPF-Regenerierprozesses zu gering ist,
die Temperatur des DPF übermäßig zu dem
Zeitpunkt zu, bei dem der DPF-Regenerierprozess ausgeführt wird,
da die in dem DPF angesammelte Menge am PM übermäßig
hoch ist. Demgemäß ist es erforderlich, den DPF-Regenerierprozess
zu geeigneten Zeiten auszuführen. Schließlich
sind mehrere Verfahren zum genauen Abschätzen einer Menge
an in einem DPF gesammelter Menge an PM vorgeschlagen worden.
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Eines
dieser Verfahren ist nachstehend unter Bezugnahme auf 11 erläutert,
in der eine Darstellung einer Beziehung als Charakteristik zwischen einer
Menge an gesammeltem PM und einem Wert einer Druckdifferenz über
einen DPF gezeigt ist (diese kann nachstehend als DPF-Druckdifferenz
bezeichnet werden). In 11 ist die Menge an gesammeltem
PM und ist ein Wert der DPF-Druckdifferenz durch einen Zustandspunkt
gezeigt, der sich an einer ersten, zweiten, dritten und vierten
charakteristischen Linie 110, 130, 140 und 170 in
Abhängigkeit von dem Zustand des DPF bewegt. Wie dies in
dieser Zeichnung gezeigt ist, steigt der Zustandspunkt von einem
Anfangspunkt 100 zu einem Punkt 120 entlang der
ersten charakteristischen Linie 110 an und steigt dann
zu einem Punkt 140 entlang der zweiten charakteristischen
Linie 130 während einer Zeitspanne, während
der PM gesammelt wird, an. Andererseits fällt während
einer Zeitspanne, während der PM verbrannt wird, der Zustandspunkt
zu einem Punkt 160 entlang der dritten charakteristischen
Linie 150 ab und kehrt dann zu dem Ausgangspunkt 100 entlang der
vierten charakteristischen Linie 170 zurück. Die Menge
an gesammelten PM wird auf der Basis eines gemessenen Wertes der
Druckdifferenz über dem DPF abgeschätzt, während
auf die in 11 gezeigte Beziehungscharakteristik
Bezug genommen wird.
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Jedoch
muss die in 1 gezeigte Charakteristik in
Hinblick auf das Ansammeln von Asche in dem PDF ausgeglichen (kompensiert)
werden. Hierbei besteht Asche hauptsächlich aus Metallkomponenten,
die im Öl des Verbrennungsmotors enthalten sind und die
oxidiert worden sind. Die in 11 gezeigte
Charakteristik ändert sich zu der in 12 gezeigten
Charakteristik durch die Ansammlung von Asche in dem DPF. In 12 sind
lediglich die geraden Linien 110 und 130 dargestellt.
Wie dies in dieser Zeichnung gezeigt ist, nimmt, wenn die in dem
DPF gesammelte Menge an Asche zunimmt, der Wert der DPF-Druckdifferenz
zu. Außerdem ergibt sich eine Tendenz dahingehend, dass
die Neigungen (Schrägstellungen) der charakteristischen
Linien steiler werden, wenn die Menge an in dem DPF gesammelter Asche
zunimmt, da, wenn die Menge an in dem DPF gesammelter Asche zunimmt,
die effektive Filterfläche des DPF abnimmt, und demgemäß wird
die Lage an gesammeltem PM in dem DPF schneller dick.
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Es
ist erforderlich, die Menge angesammelter Asche mit einem hohen
Genauigkeitsgrad zu erlangen (herauszufinden), um genau die Menge
an gesammeltem PM abzuschätzen. Im Stand der Technik ist
bekannt, dass die Druckdifferenz im DPF gemessen wird, nachdem der
DPF vollständig regeneriert worden ist, d. h. nachdem der
in dem DPF gesammelte PM vollständig weggebrannt worden
ist. Dies geschieht, weil dann, wenn der DPF vollständig regeneriert
ist, angenommen werden kann, dass kein PM in dem DPF angesammelt
ist, und demgemäß zeigt der Differenzwert über
dem DPF eine gute Wechselbeziehung zu der Menge an gesammelter Asche.
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Beispielsweise
offenbart die
japanische
Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2004-211 650 ein
Verfahren, bei dem ein Prozess zum Abschätzen der Menge
an gesammelter Asche jedes Mal dann ausgeführt wird, wenn
der DPF vollständig regeneriert worden ist. Bei dem in
dieser Druckschrift offenbarten Verfahren wird der letzte abgeschätzte
Wert der Menge an gesammelter Asche auf der Grundlage einer Vielzahl
an zuvor abgeschätzten Werten der Menge an gesammelter
Asche bestimmt, die erlangt werden, indem der Abschätzprozess
jedes Mal dann ausgeführt wird, wenn der DPF vollständig
regeneriert worden ist, und auf der Basis des Wertes der DPF-Druckdifferenz,
die gemessen wird, wenn der DPF das letzte Mal vollständig
regeneriert worden ist, während die Methode der kleinsten
Quadrate angewendet wird.
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Jedoch
bringt das Abschätzen der Menge an gesammelter Asche auf
der Grundlage der zuvor abgeschätzten Werte durch die Verwendung
eines statistischen Verfahrens einige Probleme mit sich, wie dies
nachstehend erläutert ist.
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In
dem allgemeinen Fall, bei dem die Menge an PM und die Menge an Asche,
die in dem DPF gesammelt worden ist, unter Verwendung der Druckdifferenz
des DPF abgeschätzt werden, wird, wenn die Menge an gesammelter
Asche zu hoch eingeschätzt wird, demgemäß die
Menge an gesammeltem PM zu niedrig eingeschätzt.
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Wenn
die wahre Menge an gesammeltem PM größer als ihre
abgeschätzte Menge ist, kann sich eine Möglichkeit
dahingehend ergeben, dass eine große Menge an gesammeltem
PM mit einem Schlag verbrennt, was bewirkt, dass die Temperatur des
DPF übermäßig stark ansteigt, und dadurch
der DPF Risse zeigt oder schmilzt. Demgemäß ist
es erwünscht, die Menge an gesammelter Asche nicht zu hoch
einzuschätzen. Bei dem Verfahren zum Abschätzen
der Menge an gesammelter Asche, das in der vorstehenden Druckschrift
offenbart ist, werden diese Probleme nicht berücksichtigt.
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Außerdem
ist, wenn das Öl des Verbrennungsmotors durch ein anderes Öl
ausgetauscht wird, das eine andere sich auf die Asche beziehende Charakteristik
aufweist, die Zunahmerate an gesammelter Asche vor und nach dem
Wechsel des Öls im Verbrennungsmotor unterschiedlich. Demgemäß ist es
in diesem Fall, wenn der Prozess zum Abschätzen der Menge
an gesammelter Asche in der gleichen Weise vor und nach dem Wechsel
des Motoröls ausgeführt wird, es nicht möglich,
einen genauen abgeschätzten Wert über die Menge
an gesammelter Asche zu erlangen. Darüber hinaus ist, wenn
die Zahl an zuvor abgeschätzten Werten, die zum Ausführen des
Abschätzprozesses verwendet werden, gering ist, die Zuverlässigkeit
des Abschätzprozesses, der das statistische Verfahren verwendet,
gering.
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Darüber
hinaus bringt das in der vorstehend erwähnten Druckschrift
offenbarte Verfahren ein weiteres Problem mit sich, was nachstehend
beschrieben ist. Die Volumenströmungsrate des Abgases nimmt
unmittelbar nach der Vollendung der Regenerierung des DPF ab, da
die Temperatur des Abgases abnimmt und demgemäß das
Volumen des Abgases abnimmt. Als ein Ergebnis nimmt die Druckdifferenz des
DPF ab. Da ein gemessener Wert der Druckdifferenz des DPF eine Variation
oder einen Fehler umfasst, bewirkt die Abnahme der Druckdifferenz
des DPF eine Zunahme des Anteils der Variation oder des Fehlers
in dem gemessenen Wert. Demgemäß kann die Genauigkeit
der Messung der Druckdifferenz des DPF unmittelbar nach der Vollendung
der Regenerierung des DPF gering werden.
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Darüber
hinaus kann auch dann, wenn der Fahrzustand des Fahrzeugs sich schnell ändert – beispielweise
wenn das Fahrzeug schnell beschleunigt oder sich schnell verlangsamt,
die Genauigkeit der Messung der Druckdifferenz des DPF gering werden, da
die Strömungsrate des Abgases sich schnell (plötzlich) ändert.
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Wie
dies vorstehend erläutert ist, kann unmittelbar nach der
Vollendung der Regenerierung des DPF oder wenn der Fahrzustand des
Fahrzeugs sich schnell (plötzlich) ändert, die
Messgenauigkeit der Druckdifferenz des DPF und demgemäß die
Messgenauigkeit der Menge an gesammelter Asche, die aus der Druckdifferenz
des DPF abgeschätzt wird, gering werden. Es kann geschehen,
dass die Messung der Druckdifferenz des DPF verzögert wird,
bis die Strömung des Abgases stabil wird. Jedoch ergibt sich
in diesem Fall ein anderes Problem, wie dies nachstehend erläutert
ist. Da die Menge an PM, die erneut in dem DPF angesammelt wird,
mit der Zeit von einem Zeitpunkt an, bei dem der DPF vollständig regeneriert
worden ist, zunimmt, wird die Messung der Druckdifferenz des DPF
durch das erneute Ansammeln von PM beeinflusst, was bewirkt, dass
die Genauigkeit eines Wertes der Menge an gesammelter Asche, der
aus der Druckdifferenz des DPF abgeschätzt wird, geringer
wird.
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Bei
dem Verfahren zum Abschätzen der Menge angesammelter Asche,
das in der vorstehend erwähnten Druckschrift offenbart
ist, sind auch diese Probleme nicht berücksichtigt worden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Abgasreinigungseinrichtung für
einen Verbrennungsmotor mit:
einer Sammeleinrichtung, die in
einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist, um in dem Abgas
enthaltenden Partikelstoff zu sammeln;
einer Abschätzfunktion
zum Ausführen eines Abschätzprozesses zum Berechnen
eines abgeschätzten Wertes einer Menge an Partikelstoff,
der in der Sammeleinrichtung gesammelt wird; und
einer Regenerierfunktion
zum Regenerieren der Sammeleinrichtung durch ein Verbrennen des
Partikelstoffs, der in der Sammeleinrichtung gesammelt ist, wenn
der berechnete abgeschätzte Wert der Menge an Partikelstoff
einen vorbestimmten Wert erreicht;
wobei die Abschätzfunktion
folgende Funktionen aufweist:
eine erste Berechnungsfunktion
zum Berechnen eines ersten provisorisch abgeschätzten Wertes
einer Menge an Asche, die in der Sammeleinrichtung gesammelt ist,
auf der Grundlage der Druckdifferenz über die Sammeleinrichtung;
eine
zweite Berechnungsfunktion zum Berechnen eines zweiten provisorisch
abgeschätzten Wertes einer Menge an Asche, die in der Sammeleinrichtung
gesammelt ist, auf der Grundlage von zuvor abgeschätzten
Mengen an Asche, die in der Sammeleinrichtung gesammelt worden sind;
eine
dritte Berechnungsfunktion zum Berechnen eines abgeschätzten
Wertes einer Menge an Asche, die in der Sammeleinrichtung gesammelt
ist, auf der Grundlage des ersten und des zweiten provisorisch abgeschätzten
Wertes; und
eine Kompensationsfunktion zum Kompensieren des Abschätzprozesses,
der durch die Abschätzfunktion ausgeführt wird,
gemäß dem abgeschätzten Wert einer Menge
an Asche, die in der Sammeleinrichtung gesammelt ist;
wobei
die dritte Berechnungsfunktion so aufgebaut ist, dass sie den abgeschätzten
Wert der Menge an Asche, die in der Sammeleinrichtung gesammelt
ist, bei einem Wert berechnet, der zwischen dem ersten und dem zweiten
provisorisch abgeschätzten Wert liegt und näher
zu dem kleineren Wert aus dem ersten und zweiten provisorisch abgeschätzten
Wert ist.
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Gemäß der
vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung ist es möglich,
zu verhindern, dass eine Abgasreinigungseinrichtung, die so aufgebaut
ist, dass sie die Menge an in einem DPF gesammelter Asche auf der
Grundlage der Druckdifferenz über dem DPF und der zuvor
abgeschätzten Mengen an in dem DPF gesammelter Asche abschätzt,
die Menge an gesammelter Asche zu hoch einschätzt.
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Die
vorliegende Erfindung schafft außerdem eine Abgasreinigungseinrichtung
für einen Verbrennungsmotor mit:
einer Sammeleinrichtung,
die in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist, um
in dem Abgas enthaltenen Partikelstoff zu sammeln;
einer ersten
Funktion zum Ausführen eines Abschätzens einer
Menge an Partikelstoff, die in der Sammeleinrichtung gesammelt ist;
einer
zweiten Funktion zum Ausführen eines Regenerierens der
Sammeleinrichtung durch Bewirken, dass der Verbrennungsmotor einen
Regenerativlauf ausführt, bei dem der in der Sammeleinrichtung
gesammelte Partikelstoff verbrannt wird, wenn die durch die erste
Funktion abgeschätzte Menge einen ersten Wert überschreitet;
einer
dritte Funktion zum Ausführen einer Bestimmung dahingehend,
dass die Sammeleinrichtung vollständig regeneriert worden
ist, wenn der in der Sammeleinrichtung gesammelte Partikelstoff
bis unterhalb eines zweiten Wertes durch die Regenerierung, die
durch die zweite Funktion ausgeführt wird, abnimmt;
einer
vierten Funktion eines Verlängerns des Regenerativlaufs,
nachdem die dritte Funktion die Bestimmung ausgeführt hat;
einer
fünften Funktion zum Erlangen von Daten, die die Menge
an in der Sammeleinrichtung gesammelter Asche anzeigen, während
der Regenerativlauf verlängert ist; und
einer sechsten
Funktion zum Kompensieren der Abschätzung, die durch die
erste Funktion ausgeführt worden ist, gemäß diesen
Daten.
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Gemäß der
vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung ist es möglich,
zu verhindern, dass eine Abgasreinigungseinrichtung, die so aufgebaut
ist, dass sie die Menge an in einem DPF gesammelter Asche unter
Bezugnahme auf eine zuvor gespeicherte Beziehung zwischen der Druckdifferenz über
dem DPF und der Menge an gesammelter Asche abschätzt, eine
ungenaue Abschätzung der Menge angesammelter Asche ausführt,
wenn die Druckdifferenz über dem DPF nicht sofort gemessen werden
kann.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehend
dargelegten Beschreibung und den Ansprüchen und den Zeichnungen
hervor.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Abgasreinigungseinrichtung für
einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm eines DPF-Regenerierprozesses und eines Prozesses zum
Kompensieren einer charakteristischen Linie, die durch eine ECU
ausgeführt werden, die in der Abgasreinigungseinrichtung
des ersten Ausführungsbeispiels enthalten ist.
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3 zeigt
eine Darstellung einer Beziehung zwischen der Druckdifferenz über
einem DPF und der Strömungsrate des Abgases mit einem Parameter
der Menge an gesammelter Asche in der Abgasreinigungseinrichtung
des ersten Ausführungsbeispiels.
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4 zeigt
eine Darstellung zur Erläuterung einer statistischen Behandlung
zum Berechnen eines provisorisch abgeschätzten Wertes der
Menge an gesammelter Asche in der Abgasreinigungseinrichtung des
ersten Ausführungsbeispiels.
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5 zeigt
eine Darstellung zur Erläuterung einer statistischen Behandlung
zum Berechnen eines provisorisch abgeschätzten Wertes der
Menge an gesammelter Asche in der Abgasreinigungseinrichtung des
ersten Ausführungsbeispiels.
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Die 6A und 6B zeigen
Darstellungen zur Erläuterung einer Prozedur zum Berechnen eines
abgeschätzten Wertes der Menge an gesammelter Asche in
der Abgasreinigungseinrichtung des ersten Ausführungsbeispiels.
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7 zeigt
eine schematische Darstellung einer Abgasreinigungseinrichtung für
einen Verbrennungsmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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8 zeigt
ein Flussdiagramm eines DPF-Regenerierprozesses und eines Prozesses zum
Kompensieren (Ausgleichen) einer charakteristischen Linie, die durch
eine ECU ausgeführt werden, die in der Abgasreinigungseinrichtung
des zweiten Ausführungsbeispiels enthalten ist.
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9 zeigt
eine Darstellung einer Beziehung zwischen der Druckdifferenz über
einem DPF und der Strömungsrate des Abgases mit einem Parameter
der Menge an gesammelter Asche in der Abgasreinigungseinrichtung
des zweiten Ausführungsbeispiels.
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10 zeigt
eine Darstellung von Variationen mit der Zeit verschiedener Marken
(flags) und numerischer Werte beim Ausführen des Prozesses von 8.
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11 zeigt
eine Darstellung einer Beziehung zwischen der Druckdifferenz eines
DPF und der Menge an gesammeltem PM in der Abgasreinigungseinrichtung.
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12 zeigt
eine Darstellung einer Beziehung zwischen der Druckdifferenz des
DPF und der Menge an gesammeltem PM mit einem Parameter der Menge
an gesammelter Asche in der Abgasreinigungseinrichtung.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung
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Erstes Ausführungsbeispiel
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Abgasreinigungseinrichtung 1 für
einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Abgasreinigungseinrichtung 1,
die so aufgebaut ist, dass sie bei einem Dieselverbrennungsmotor 2 mit
vier Zylindern anwendbar ist, weist ein Einlassrohr 3,
ein Auslassrohr (Abgasrohr) 4 und ein EGR-Rohr 5 auf.
Der Verbrennungsmotor 2 und die Abgasreinigungseinrichtung 1 sind
an einem Fahrzeug montiert.
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Der
Verbrennungsmotor 2 wird mit Luft durch das Einlassrohr 3 beliefert.
Das Abgas wird zu dem Abgasrohr 4 von dem Verbrennungsmotor 2 abgegeben.
Das Einlassrohr 3 ist mit einem Luftströmungsmesser 31 versehen,
um die Strömungsrate der Einlassluft zu messen. Der Verbrennungsmotor 2 ist
mit Einspritzeinrichtungen 21 versehen, die Kraftstoff
in die Zylinder des Verbrennungsmotors 2 einspritzen.
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Das
EGR-Rohr 5 ist vorgesehen, um eine EGR (Abgasrezirkulation)
auszuführen, durch die ein Teil des in dem Abgasrohr 4 befindlichen
Abgases zu dem Einlassrohr 3 zurückkehrt. Durch
das Ausführen der EGR ist es möglich, die Verbrennungstemperatur des
Verbrennungsmotors 2 zu niedrig zu halten, um dadurch in
dem Abgas befindliches NOx zu reduzieren.
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Das
Abgasrohr 4 ist mit einem DPF 6 versehen. Der
DPF 6 kann ein DOF mit einem Oxidationskatalysator sein.
Abgastemperatursensoren 61 und 62 sind jeweils
an der Einlassseite und an der Auslassseite des DPF 6 angeordnet,
um die Temperaturen des Abgases an ihren Positionen zu messen. Das Abgasrohr 4 ist
außerdem mit einem Druckdifferenzsensor 63 versehen,
um die Druckdifferenz über dem DPF 6 zu messen,
d. h. die Druckdifferenz zwischen der Einlassseite und der Auslassseite
des DPF 6 (diese ist nachstehend als ”DPF-Druckdifferenz” bezeichnet).
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Der
DPF 6 kann einen Wabenaufbau aufweisen, bei dem Einlassöffnungen
und Auslassöffnungen in abwechselnder Weise verpfropft
sind. Das von dem Verbrennungsmotor 2 abgegebene Abgas
enthält PM (Partikelstoffe), das im Inneren der Filterwände
oder an den Oberflächen der Filterwände angesammelt
wird, wenn das Abgas durch die Filterwände tritt.
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Jedes
Mal, wenn PM bis zu einer bestimmten Menge angesammelt worden ist,
wird dieses verbrannt, um den DPF 6 zu regenerieren, indem
beispielsweise eine Nacheinspritzung nach dem Ausführen
der Haupteinspritzung ausgeführt wird. Wenn die Nacheinspritzung
ausgeführt wird, wird nicht verbrannter Kraftstoff zu dem
DPF 6 befördert, wobei seine Temperatur durch
die Wirkung des in dem DPF 6 gehaltenen Oxidationskatalysators
ansteigt, wobei als Folge davon der in dem DPF 6 gesammelte
PM verbrennt.
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Die
Abgasreinigungseinrichtung 1 weist des Weiteren eine ECU
(elektronische Steuereinheit) 7 auf. Die ECU 7 weist
eine CPU, die verschiedene Vorgänge ausführt,
einen RAM als einen Arbeitsbereich der CPU und einen Speicher 71 zum
Speichern verschiedener Daten auf. Die ECU 7 steuert das Kraftstoffeinspritzen
zu dem Verbrennungsmotor 2 durch die Einspritzeinrichtungen 21 und
den Öffnungsgrad eines (nicht dargestellten) Einlassdrosselventils.
Die Werte, die durch den Luftströmungsmesser 31,
die Abgastemperatursensoren 61 und 62 und den
Druckdifferenzsensor 63 gemessen werden, werden zu der
ECU 7 gesendet. Die ECU 7 hat eine Funktion zum
Berechnen einer zurückgelegten Entfernung des Fahrzeugs
auf der Grundlage der Daten, die die Geschwindigkeit des Fahrzeugs
anzeigen, beispielsweise auf der Grundlage des Ausgabesignals eines
Fahrzeugsensors.
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Bei
dem ersten Ausführungsbeispiel mit dem vorstehend beschriebenen
Aufbau wird eine Beziehungscharakteristik zwischen der Menge an
gesammeltem PM und einem Wert der Druckdifferenz des DPF in dem
Speicher 71 zuvor gespeichert, und eine Menge an gesammeltem
PM wird unter Bezugnahme auf dieser Beziehungscharakteristik abgeschätzt. Wenn
die abgeschätzte Menge an gesammeltem PM einen vorbestimmten
Wert überschreitet, wird ein Prozess zum Regenerieren des
DPF ausgeführt. Jedes Mal, wenn der Regenerierprozess vollendet
ist, wird die Menge an gesammelter Asche abgeschätzt, und
die Beziehungscharakteristik wird gemäß der abgeschätzten
Menge an gesammelter Asche kompensiert (ausgeglichen). Der vorstehend
erwähnte Vorgang ist nachstehend detailliert erläutert.
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Wie
dies vorstehend erläutert ist, sind eine Menge an gesammeltem
PM und ein Wert der Druckdifferenz des DPF in der in 11 gezeigten
Beziehung enthalten. Wie dies in 11 dargestellt
ist, steigt ein Zustandspunkt des DPF 6, der durch die Menge
an gesammeltem PM und den Wert der Druckdifferenz des DPF definiert
ist, von dem Anfangspunkt 100 zu dem Punkt 120 entlang
der ersten charakteristischen Linie 110 an, und steigt
dann zu dem Punkt 110 entlang der zweiten charakteristischen
Linie 130 während einer Zeitspanne an, während
der PM gesammelt wird.
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Die
erste charakteristische Linie 110 entspricht einer Zeitspanne,
in der PM in den Poren der Filterwände des DPF 6 angesammelt
wird, und die zweite charakteristische Linie 130 entspricht
einer Zeitspanne, in der PM in den Oberflächen der Filterwände
gesammelt wird. Während PM im Inneren der Filterwände
gesammelt wird, ist die Steigung der ersten charakteristischen Linie 110 steiler
als die zweite charakteristische Linie 130, da der Durchtrittsbereich des
Abgases schneller schmaler gestaltet wird und demgemäß die
Druckdifferenz schneller zunimmt als dann, wenn PM an den Oberflächen
der Filterwände gesammelt wird. Hierbei ist die Steigung
(Neigung) ein Verhältnis der Inkrementierung der Druckdifferenz
des DPF gegenüber der Menge an gesammeltem PM.
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Wenn
der Zustandspunkt den Punkt 140 erreicht und bestimmt wird,
dass die Menge an gesammeltem PM einen vorbestimmten Grenzwert erreicht, wird
der Regenerierprozess gestartet. Als ein Ergebnis bewegt sich der
Zustandspunkt entlang der gestrichelten Linien in 11.
Genauer gesagt nehmen die Menge an gesammeltem PF und der Wert der Druckdifferenz
des DPF entlang der dritten charakteristischen Linie 150 ab,
die sich zu dem Punkt 160 bewegt, und nehmen diese dann
entlang der vierten charakteristischen Linie 170 ab, die
sich zu dem Ausgangspunkt (Anfangspunkt) hin bewegt.
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Die
dritte charakteristische Linie 150 entspricht einer Zeitspanne,
in der PM, das in den Poren der Filterwände angesammelt
worden ist, verbrannt wird. Demgemäß ist die Steigung
der dritten charakteristischen Linie 150 gleich derjenigen
der ersten charakteristischen Linie 110. Die vierte charakteristische
Linie 170 entspricht einer Zeitspanne, in der PM, das in
den Oberflächen der Filterwände angesammelt worden
ist, verbrannt wird. Demgemäß ist die Steigung
der vierten charakteristischen Linie 170 gleich derjenigen
der zweiten charakteristischen Linie 130. Wie dies vorstehend
erläutert ist, bewegt sich der Zustandspunkt des DPF 6,
der die Menge an gesammeltem PM und den Wert der Druckdifferenz des
DPF anzeigt, entlang der vier Seiten des in 11 gezeigten
Parallelogramms, wenn PM angesammelt wird oder angesammeltes PM
verbrannt wird. Die in 11 gezeigte Beziehungscharakteristik
wird beispielsweise durch Experiment erlangt und in dem Speicher 71 zuvor
gespeichert.
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Nachstehend
ist der Prozess zum Regenerieren des DPF 6 und zum Ausgleichen
(Kompensieren) der charakteristischen Linien 110 und 130,
der durch die ECU 7 ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf
das Flussdiagramm von 2 erläutert.
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Dieser
Prozess beginnt, indem die Menge an in dem DPF 6 gesammeltem
PM bei dem Schritt S10 abgeschätzt wird. Dieses Abschätzen
wird ausgeführt, indem der Differenzdruck (Druckdifferenz) über dem
DPF 6 gemessen wird, und ein Wert, der dieser gemessenen
Druckdifferenz entspricht, an der charakteristischen Linie 110 oder 130 in
der in dem Speicher 71 gespeicherten Beziehungscharakteristik
gelesen wird. Die Druckdifferenz über den DPF 6 kann durch
den Druckdifferenzsensor 63 gemessen werden.
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Anschließend
wird bei dem Schritt S20 bestimmt, ob der abgeschätzte
Wert der Menge an gesammeltem PM größer als ein
vorbestimmter Wert M1 ist oder nicht. Wenn das Bestimmungsergebnis bei
dem Schritt S20 JA lautet, geht der Prozess zu dem Schritt S30 weiter,
und ansonsten kehrt er zu dem Schritt S10 zurück um den
vorstehend erläuterten Vorgang zu wiederholen.
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Bei
dem Schritt S30 wird die Regenerierung des DPF 6 beispielsweise
durch das Ausführen einer Nacheinspritzung ausgeführt.
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Danach
wird die Menge an gesammeltem PM bei dem Schritt S40 abgeschätzt.
Die bei dem Schritt S40 ausgeführte Abschätzung
ist eine Abschätzung der Menge an restlichem PM, während
der DPF 6 regeneriert wird, wobei andererseits die Abschätzung
bei dem Schritt S10 eine Abschätzung der Menge an gesammeltem
PM ist, während der DPF 6 nicht regeneriert wird.
Der Schritt S40 ermöglicht das Erfassen der Abnahmerate
an gesammeltem PM, während der DPF 6 regeneriert
wird. Die Abschätzung bei dem Schritt S40 wird ausgeführt,
indem die Druckdifferenz über dem DPF 6 gemessen
wird und ein Wert, der der gemessenen Druckdifferenz entspricht,
an der charakteristischen Linie 150 oder 170 in
der in dem Speicher 71 gespeicherten Beziehungscharakteristik
gelesen wird.
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Alternativ
kann die Abschätzung bei dem Schritt S40 ausgeführt
werden, indem zuvor eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen der
Temperatur im Inneren des DPF 6 und der pro Zeiteinheit
verbrannten Menge an gesammeltem PM zeigt, in dem Speicher 71 gespeichert
wird und die Gesamtmenge an verbranntem PM gemäß der
Tabelle und der Historie der Temperatur im Inneren des DPF 6 bestimmt wird.
Die Temperatur im Inneren des DPF 6 kann ein Wert sein,
der durch einen der Abgastemperatursensoren 61 und 62 gemessen
wird, oder ein Durchschnittswert der Werte, die durch diese gemessen werden.
Ein Modell zum Abschätzen der Temperatur im Inneren des
DPF 6 von einem dieser Werte oder von beiden Werten, die
durch die Abgastemperatursensoren 61 und 62 gemessen
werden, kann vorbereitet und in dem Speicher 71 zuvor gespeichert
werden. Die Abschätzung bei dem Schritt S40 kann durch
eine Kombination aus diesen beiden vorstehend erläuterten
Verfahren ausgeführt werden.
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Bei
dem anschließenden Schritt S50 wird bestimmt, ob die Menge
an gesammeltem PM, die bei dem Schritt S40 abgeschätzt
worden ist, geringer als ein vorbestimmter Wert M2 ist oder nicht.
Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S50 JA lautet, geht
der Prozess zu dem Schritt S60 weiter, und ansonsten kehrt er zu
dem Schritt S30 zurück, um abzuwarten, bis die Menge an
gesammeltem PM kleiner als der Wert M2 wird. Der vorbestimmte Wert
M2 wird auf 0 oder auf einen ausreichend geringen Wert, der einen
möglichen Fehler berücksichtigt, gesetzt.
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Wenn
der Prozess zu dem Schritt S60 weitergeht, kann angenommen werden,
dass der DPF 6 vollständig regeneriert worden
ist, und die Menge an gesammeltem PM wird zu 0 oder zu einem ausreichend
kleinen Wert. Bei dem Schritt S60 und den folgenden Schritten wird
die Menge an gesammelter Asche abgeschätzt, und die nachstehend
erläuterte in 5 dargestellte Charakteristik
wird kompensiert.
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Bei
dem Schritt S60 wird bestimmt, ob die zurückgelegte Entfernung
des Fahrzeugs (die Entfernung, die das Fahrzeug gefahren ist seit
dem Beginn der Anwendung des DPF 6) größer
als oder gleich wie eine vorbestimmte Entfernung D1 ist oder nicht. Wenn
das Bestimmungsergebnis JA lautet, geht der Prozess zu dem Schritt
S70 weiter, und ansonsten geht der Prozess zu dem Schritt S120 weiter.
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Bei
den Schritten S70 bis S90 wird der gegenwärtige Wert der
Druckdifferenz des DPF erlangt, und ein erster provisorisch abgeschätzter
Wert MA der Menge an gesammelter Asche wird auf der Grundlage des
erlangten gegenwärtigen Wertes der Druckdifferenz des DPF
berechnet, wie dies nachstehend erläutert ist. Nach der
Vollendung der Schritte S70 bis S90 wird ein zweiter provisorisch
abgeschätzter Wert MB der Menge an gesammelter Asche berechnet,
indem ein statistischer Prozess über die zuvor abgeschätzten
Werte der Menge an gesammelter Asche bei dem Schritt S100 ausgeführt wird.
Danach wird ein gewichteter Durchschnitt des ersten und zweiten
provisorisch abgeschätzten Wertes MA und MB als der abgeschätzte
Wert M der Menge an gesammelter Asche bei dem Schritt S110 berechnet.
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Bei
dem Schritt S70 wird die Druckdifferenz über dem DPF 6 durch
den Druckdifferenzsensor 63 gemessen. Um die Messgenauigkeit
zu verbessern, kann die Druckdifferenz über dem DPF 6 eine
Vielzahl oft so gemessen werden, dass ein Durchschnittswert einer
Vielzahl an gemessenen Werten für die Abschätzung
verwendet wird. Bei dem folgenden Schritt S80 wird die Strömungsrate
des Abgases berechnet. Die Berechnung bei dem Schritt S80 ist nachstehend
detailliert erläutert.
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Bei
dem Schritt S90 wird ein provisorisch abgeschätzter Wert
MA der Menge an in dem DPF 6 gesammelter Asche durch die
Verwendung einer in 3 dargestellten Tabelle berechnet.
Diese Tabelle zeigt eine Beziehung zwischen der Druckdifferenz über
dem DPF 6 und der Strömungsrate des Abgases mit
einem Parameter der Menge an gesammelter Asche. Bei dem Schritt
S90 wird bestimmt, an welcher Linie in 3 der Punkt
vorhanden ist, dessen Position durch den Wert der Druckdifferenz
des DPF, die bei dem Schritt S70 gemessen wird, und der Strömungsrate
des Abgases, die bei dem Schritt S80 berechnet wird, definiert ist,
und die Menge an gesammelter Asche, die durch die bestimmte Linie
aufgezeigt wird, wird als der provisorisch abgeschätzte Wert
MA an gesammelter Asche gelesen. Die in 3 gezeigte
Tabelle kann in dem Speicher 71 zuvor gespeichert werden.
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Danach
wird bei dem Schritt S100 ein provisorisch abgeschätzter
Wert MB der Menge an gesammelter Asche berechnet, indem ein statistischer Prozess
betreffend die zuvor berechneten abgeschätzten Werte über
die Menge an gesammelter Asche ausgeführt wird. Dieser
statistische Prozess ist nachstehend unter Bezugnahme auf die 4 und 5 erläutert.
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4 zeigt
eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen dem abgeschätzten
Wert an gesammelter Asche und der zurückgelegten Entfernung
des Fahrzeugs. Die jeweiligen Punkte in dieser grafischen Darstellung
zeigen abgeschätzten Werte der Menge an gesammelter Asche,
die nach jeder Vollendung der Regenerierung des DPF berechnet werden.
Wenn die gegenwärtige zurückgelegte Entfernung
D2 ist, ist der Punkt 200 ein Punkt, der den abgeschätzten
Wert der Menge an gesammelter Asche zeigt, der berechnet wird, wenn
der DPF 6 das letzte Mal regeneriert worden ist.
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Bei
diesem Prozess wird der Punkt 201, der sich an der Linie
befindet, die durch den Punkt 200 und den Ursprungspunkt
tritt, und der die zurückgelegte Entfernung von D2 zeigt,
als ein Punkt bestimmt, der den provisorisch abgeschätzten
Wert MB der Menge an gesammelter Asche zeigt. Demgemäß wird
gemäß diesem Prozess der provisorisch abgeschätzte
Wert MB der Menge an gesammelter Asche so berechnet, dass er MB1
ist. Dieser Prozess ermöglicht das Berechnen des zweiten
provisorisch abgeschätzten Wertes der Menge an gesammelter Asche,
ohne durch die Variationen unter den zuvor berechneten abgeschätzten
Werten der Menge an gesammelter Asche und dem Punkt 200 beeinflusst zu
werden.
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Nachstehend
ist ein weiterer statistischer Prozess zum Berechnen des provisorisch
abgeschätzten Wertes MB der Menge an gesammelter Asche
unter Bezugnahme auf 5 erläutert. Wie in 4 ist 5 eine
grafische Darstellung einer Beziehung zwischen dem abgeschätzten
Wert der Menge an gesammelter Asche und der zurückgelegten Entfernung
des Fahrzeugs. In dieser grafischen Darstellung sind die Punkte 202 und 203 Punkte,
die die abgeschätzten Werte der Menge an gesammelter Asche
zeigen, die dann berechnet werden, wenn der DPF 6 vollständig
das vorletzte Mal bzw. das letzte Mal regeneriert worden ist.
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Bei
diesem Prozess wird der Punkt 204, der sich an der Linie
befindet, die durch die Punkte 202 und 203 tritt,
und der die zurückgelegte Entfernung von D2 zeigt, als
ein Punkt bestimmt, der den provisorisch abgeschätzten
Wert MB der Menge an gesammelter Asche zeigt. Demgemäß wird
gemäß diesem Prozess von 5 der provisorisch
abgeschätzte Wert MB der Menge an gesammelter Asche so
berechnet, dass er MB2 ist. Dieser Prozess verwendet nicht die abgeschätzten
Werte der Menge an gesammelter Asche, die vor dem Punkt 202 erlangt
werden. Demgemäß ist es gemäß diesem
Prozess möglich, den provisorisch abgeschätzten
Wert MB der Menge an gesammelter Asche sofort und genau selbst dann zu
berechnen, wenn das Motoröl durch ein Motoröl, das
andere sich auf die Asche beziehende Komponenten enthält,
vor dem Punkt 202 ausgetauscht wurde, was bewirkt, dass
sich die Menge an Asche, die von dem Verbrennungsmotor 2 abgegeben
wird, und die Ansammelcharakteristik der Asche in dem DPF ändern.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 2 wird
bei dem Schritt S110 ein gewichteter Durchschnitt des provisorisch
abgeschätzten Wertes MA der Menge an gesammelter Asche, der
bei dem Schritt S90 erlangt wird, und des provisorisch abgeschätzten
Wertes MB der Menge an gesammelter Asche, der bei dem Schritt S100
erlangt wird, als der gegenwärtige abgeschätzte
Wert M der Menge an gesammelter Asche berechnet. Ein Beispiel einer
Prozedur zum Berechnen des abgeschätzten Wertes M der Menge
an gesammelter Asche bei dem Schritt S110 ist nachstehend unter Bezugnahme
auf 6 erläutert.
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Wie
in den 4 und 5 zeigen die 6A und 6B grafische
Darstellungen einer Beziehung zwischen dem provisorisch abgeschätzten
Wert an gesammelter Asche und der zurückgelegten Entfernung
des Fahrzeugs. Die 6A zeigt einen Fall, bei dem
der bei dem Schritt S90 erlangte Wert MA größer
als der Wert MB ist, der bei dem Schritt S100 erlagt wird, und 6B zeigt
einen Fall, bei dem der Wert MB größer als der
Wert MA ist.
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In
beiden Fällen wird angenommen, dass die zurückgelegte
Entfernung D2 ist. In 6A zeigt der Punkt 211 den
provisorisch abgeschätzten Wert MA der Menge an gesammelter
Asche, der zu diesem Zeitpunkt berechnet wird, und der Punkt 210 zeigt den
provisorisch abgeschätzten Wert MB der Menge an gesammelter
Asche, der zu diesem Zeitpunkt berechnet wird.
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Bei
dem Schritt S110 wird der abgeschätzte Wert M der Menge
an gesammelter Asche gemäß den folgenden Gleichungen
(E1), (E2) und (E3) für den Fall von 6A berechnet,
d. h. in dem Fall, bei dem der Wert MA größer
als der Wert MB ist. In der Gleichung (E2) ist a eine Zahl, die
größer als 0 und kleiner ½ ist. In 6A ist
der Punkt 212 ein Punkt, der den provisorisch abgeschätzten
Wert M der Menge an gesammelter Asche zeigt, der zu diesem Zeitpunkt
bei dem Schritt S110 berechnet wird. M
= MB + L1 (E1) L1 = a·L2 (E2) L2 = MA – MB (E3)
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Diese
Gleichungen (E1), (E2) und (E3) sind gleichwertig der folgenden
Gleichung (E4), da der abgeschätzte Wert M der Menge an
gesammelter Asche, der zu diesem Zeitpunkt berechnet wird, ein gewichteter
Durchschnitt aus den provisorisch abgeschätzten Werten
MA und MB der Menge an gesammelter Asche ist, wobei der Wert MB,
der kleiner als der Wert MA ist, ein stärkeres Gewicht
als der Wert MA hat. M = a·MA
+ (1 – a)·MB (E4)
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Außerdem
wird bei dem Schritt S110 der abgeschätzte Wert M der Menge
angesammelter Asche gemäß den folgenden Gleichungen
(E5), (E6) und (E7) für den Fall der 6B berechnet,
d. h. für den Fall, bei dem Wert MB größer
als der Wert MA ist. In der Gleichung (E6) ist b eine Zahl, die
größer als 0 und kleiner als ½ ist. In 6B ist
der Punkt 222 ein Punkt, der den provisorisch abgeschätzten
Wert M der Menge an gesammelter Asche zeigt, der zu diesem Zeitpunkt
bei dem Schritt S110 berechnet wird. M
= MA + L3 (E5) L3 = b·L4 (E6) L4 = MB – MA (E7)
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Diese
Gleichungen (E5), (E6) und (E7) sind gleichwertig der folgenden
Gleichung (E8), da der abgeschätzte Wert M der Menge an
gesammelter Asche, der zu diesem Zeitpunkt berechnet wird, ein gewichteter
Durchschnitt aus den provisorisch abgeschätzten Werten
MA und MB der Menge an gesammelter Asche ist, wobei der Wert MA,
der kleiner als der Wert MB ist, ein stärkeres Gewicht
als der Wert MB hat. M = (1 – b)·MA
+ b·MB (E8)
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Wie
dies vorstehend erläutert ist, ist es bei dem Schritt S110
möglich, ein zu hohes Abschätzen der Menge an
gesammelter Asche zu vermeiden, da der abgeschätzte Wert
M bei einem Wert berechnet wird, der näher dem kleineren
Wert der Werte MA und MB ist. Die zuvor abgeschätzten Werte
der Menge an gesammelter Asche, die in Abhängigkeit der zurückgelegten
Entfernungen berechnet werden, können in dem Speicher 71 gespeichert
werden. Der Ursprungspunkt in den grafischen Darstellungen der 4 und 5,
bei dem die zurückgelegte Entfernung 0 beträgt,
kann ein Punkt sein, bei dem die Verwendung des DPF 6 beginnt.
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Wenn
der Prozess zu dem Schritt S120 weiter geht, ist es nicht möglich,
den abgeschätzten Wert MB der Menge an gesammelter Asche
mit einem hohen Genauigkeitsgrad durch den vorstehend erläuterten
statistischen Prozess zu berechnen, da die zurückgelegte
Entfernung geringer als die vorbestimmte Entfernung T1 ist und demgemäß die
Zahl an abgeschätzten Werten der Menge an gesammelter Asche
relativ gering ist. Demgemäß wird bei dem Schritt
S120 der abgeschätzte Wert MB der Menge an gesammelter
Asche auf der Grundlage der zurückgelegten Entfernung des
Fahrzeugs berechnet. Schließlich kann eine Beziehung zwischen
der zurückgelegten Entfernung und der Menge an gesammelter
Asche erlangt und in dem Speicher 71 zuvor gespeichert
werden.
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Alternativ
kann der abgeschätzte Wert MB der Menge an gesammelter
Asche auf der Grundlage der Historie des Fahrzustandes des Fahrzeugs
bei dem Schritt S120 berechnet werden. Obwohl der Prozess von dem
Schritt S60 zu dem Prozess 120 weiter geht, wenn die zurückgelegte
Entfernung geringer als die vorbestimmte Entfernung T1 ist, kann der
Prozess derart abgewandelt werden, dass er zu dem Schritt 120 dann
weiter geht, wenn die Anzahl an abgeschätzten Werten der
Menge an gesammelter Asche, die bislang berechnet worden ist, geringer als
eine vorbestimmte Zahl ist. Hierbei ist es die Anzahl der abgeschätzten
Werte der Menge an gesammelter Asche, die bislang berechnet worden
ist, für den Punkt 201 für den Fall von 4.
Diese Abwandlung ermöglicht außerdem ein Berechnen
des abgeschätzten Wertes MB der Menge an gesammelter Asche
mit einem hohen Genauigkeitsgrad selbst dann, wenn die Zahl der
abgeschätzten Werte an gesammelter Asche geringer ist.
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Nach
der Vollendung der Schritte S110 und S120 geht der Prozess zu dem
Schritt S130 weiter. Bei dem Schritt S130 werden die charakteristischen Linien 110 und 130,
die in 11 gezeigt sind, gemäß dem
abgeschätzten Wert M der Menge an gesammelter Asche, der
bei dem Schritt S110 oder S120 berechnet worden ist, kompensiert.
Die Kompensation bei dem Schritt S130 wird ausgeführt,
indem eine der in der Tabelle von 12 gezeichneten Linien
in Abhängigkeit von dem abgeschätzten Wert M der
Menge an gesammelter Asche, der bei dem Schritt S110 berechnet wird,
gewählt wird.
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Gleichzeitig
mit der Kompensation der charakteristischen Linien 110 und 130 werden
auch die charakteristischen Linien 150 und 170 derart
kompensiert, dass die charakteristischen Linien 110, 130, 150 und 170 ein
Parallelogramm bilden. Die in 12 gezeigte
Tabelle kann zuvor erlangt und in dem Speicher 71 gespeichert
werden. Nachdem der in 2 gezeigte Prozess somit vollendet
ist, wird er erneut automatisch durch die ECU 7 ausgeführt.
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Nachstehend
ist ein Prozess zum Berechnen der Strömungsrate des Abgases
erläutert. Hierbei ist die Strömungsrate des Abgases
eine Volumenströmungsrate pro Zeiteinheit. Die Massenströmungsrate
des Abgases pro Zeiteinheit, die durch den Luftströmungsmesser 31 gemessen
wird, wird in die Volumenströmungsrate pro Zeiteinheit
gemäß der folgenden Gleichung (E9) umgewandelt,
wobei V (m3/s) die Volumenströmungsrate
pro Zeiteinheit des Abgases ist, G (g/s) die Massenströmungsrate
der Einlassluft pro Zeiteinheit ist, Tdpf (K) die Temperatur des
DPF ist, P0 (kPa) der Umgebungsdruck ist, Δ (kPa) die Druckdifferenz
des DPF ist und Q (cc/s) die Menge an eingespritztem Kraftstoff
pro Zeiteinheit ist. V (m3/s)
=
[G (g/s)/28,8 (g/mol)]
× 22,4 × 10–3 (m3/mol)
× [Tdpf
(K)/273 (K)]
× [P0 (kPa)/(P0 (kPa) + ΔP (kPa))]
+
Q (cc/s)/207,3 (g/mol)
× 0,84 (g/cc) × 6,75
× 22,4 × 10–3 (m3/mol)
× [P0
(kPa)/(P0 (kPa) + Δ (kPa))] (E9)
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Der
erste Ausdruck an der rechten Seite der Gleichung (E9) zeigt die
Umwandlung der Massenströmungsrate der Einlassluft in die
Volumenströmungsrate, und der zweite Ausdruck zeigt die
Zunahmemenge des Abgases aufgrund des eingespritzten und verbrannten
Kraftstoffs. In dem zweiten Ausdruck ist der numerische Wert 0,84
eine typische Flüssigkeitsdichte (g/cc) von Leichtöl,
ist der numerische Wert 22,4 × 10–3 das
Volumen des idealen Gases pro Mol (m3/mol)
bei 0 Grad Celsius und bei einem Druck von 1 atm, und der numerischer
Wert 6,75 ist eine Zunahmerate des Abgases aufgrund des eingespritzten
und verbrannten Kraftstoffs pro mol.
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Die
vorstehend erwähnte Zunahmerate von 6,75 kann wie folgt
erlangt werden. Die Zusammensetzung von Leichtöl wird typischerweise
durch eine Zusammensetzungsformel C15H27,3 repräsentiert, dessen Molekulargewicht
207,3 beträgt und dessen Verbrennung durch die folgende
Gleichung (E10) repräsentiert wird. C15H27,3 +
21,7502 → 15CO2 +
13,5H2O (E10)
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Demgemäß beträgt
die Molzahl des Abgases 6,75 (= (15 + 13,5) – 21,75) mal
wie soviel der Wert des eingespritzten Kraftstoffs.
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Das
Einspritzen des Kraftstoffs wird in unterbrochener Weise ausgeführt,
d. h. Kraftstoff wird lediglich zu bestimmtem Zeitpunkten, die durch
die ECU 7 bestimmt werden, eingespritzt. Die Kraftstoffeinspritzmenge
Q pro Zeiteinheit (E9) ist ein Wert des eingespritzten Kraftstoffs,
der im Hinblick auf die Zeit ein Durchschnittswert über
sowohl eine Kraftstoffeinspritzperiode als auch eine Kraftstoffnichteinspritzperiode
ist.
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Die
Massenströmungsrate pro Zeiteinheit G (g/s) der Einlassluft
kann durch den Luftströmungsmesser 31 gemessen
werden. Die Temperatur Tdpf (K) des DPF kann durch die Abgastemperatursensoren 61 und 62 gemessen
werden. Die Druckdifferenz des DPF Δ (kPa) kann durch den
Druckdifferenzsensor 63 gemessen werden. Die Kraftstoffeinspritzmenge
Q pro Zeiteinheit kann ein Einspritzmengenbefehlswert sein, der
von der ECU 7 zu der Einspritzeinrichtung 21 ausgegeben
wird.
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Die
Temperatur Tdpf (K) des DPF kann durch eine der Temperaturen, die
durch die Abgastemperatursensoren 61 und 62 gemessen
werden, oder einen Durchschnittswert aus ihnen bestimmt werden.
Alternativ kann die Temperatur Tdpf (K) des DPF durch die Anwendung
eines Modells bestimmt werden, bei dem die Temperatur im Inneren
des DPF 6 von einer der oder beiden Temperaturen abgeschätzt
wird, die durch die Abgastemperatursensoren 61 und 62 gemessen
werden. Ein derartiges Modell kann zuvor erlangt und in dem Speicher 71 gespeichert
werden. In der vorstehend dargelegten Gleichung (E9) wird angenommen,
dass der Druck stromabwärtig des DPF 6 gleich
dem Umgebungsdruck ist. Wenn jedoch dieser Druck nicht gleich dem
Umgebungsdruck ist, beispielsweise aufgrund eines Druckverlustes
in einem Schalldämpfer, kann die Volumenströmungsrate
des Abgases berechnet werden, indem der Wert des Drucks stromabwärtig
des DPF 6 zu dem Wert der Druckdifferenz des DPF hinzuaddiert
wird.
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Wie
vorstehend erwähnten 11 und 12 zeigen
die Beziehungscharakteristiken zwischen der Menge an gesammelter
Asche und dem Wert der Druckdifferenz des DPF unter der Annahme,
dass die Strömungsrate des Abgases konstant ist. In Wirklichkeit
speichert, um das Kompensieren der charakteristischen Linien bei
dem Schritt S130 zu ermöglichen, wenn die Strömungsrate
des Abgases nicht konstant ist, der Speicher 71 die Beziehungscharakteristiken
zwischen der Menge an gesammelter Asche, der Druckdifferenz des
DPF und der Strömungsrate des Abgases. Obwohl das vorstehend
erläuterte Ausführungsbeispiel bei einem Dieselverbrennungsmotor
angewendet worden ist, ist es auch bei einem Benzinverbrennungsmotor
mit magerer Verbrenung anwendbar.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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7 zeigt
eine schematische Darstellung einer Abgasreinigungseinrichtung 1 für
einen Verbrennungsmotor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 des
zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der
Abgasreinigungseinrichtung 1 des vorstehend erwähnten
ersten Ausführungsbeispiels im Hinblick auf den Aufbau dahingehend,
dass sie zusätzlich mit einem Zeitglied 72 versehen
ist.
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Die
nachstehend dargelegte Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels
konzentriert sich auf den Unterschied gegenüber dem ersten
Ausführungsbeispiel. Die Bestandteile des zweiten Ausführungsbeispiels,
die die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und deren Erläuterung
unterbleibt.
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Nachstehend
ist der Prozess zum Regenerieren des DPF 6 und zum Kompensieren
der charakteristischen Linien 110 und 130 bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf das
Flussdiagramm von 8 erläutert.
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Dieser
Prozess beginnt durch das Abschätzen der Menge an PM, die
in dem DPF 6 gesammelt worden ist, bei dem Schritt S10.
Diese Abschätzung wird ausgeführt, indem die Druckdifferenz über
dem DPF 6 gemessen wird und ein Wert, der dieser gemessenen
Druckdifferenz entspricht, an der charakteristischen Linie 110 oder 130 in
der in dem Speicher 71 gespeicherten Beziehungscharakteristik
gelesen wird. Die Druckdifferenz über dem DPF 6 kann
durch den Druckdifferenzsensor 63 gemessen werden.
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Anschließend
wird bei dem Schritt S20 bestimmt, ob der abgeschätzte
Wert der Menge an gesammeltem PM größer als ein
vorbestimmter Wert M1 ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Bestimmung
bei dem Schritt S20 JA lautet, geht der Prozess zu dem Schritt S30
weiter, und ansonsten kehrt er zu dem Schritt S10 zurück,
um den vorstehend erläuternden Vorgang zu wiederholen.
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Bei
dem Schritt S30 wird die Regenerierung des DPF 6 beispielsweise
durch das Ausführen einer Nacheinspritzung ausgeführt.
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Danach
wird die Menge an gesammeltem PM bei dem Schritt S40 abgeschätzt.
Die Abschätzung bei dem Schritt S40 ist eine Abschätzung
der Menge an restlichem PM, während der DPF 6 regeneriert
wird, wobei andererseits die Abschätzung bei dem Schritt
S10 eine Abschätzung der Menge an gesammeltem PM ist, während
der DPF 6 nicht regeneriert wird. Der Schritt S40 ermöglicht
das Erfassen der Abnahmerate an gesammeltem PM, während
der DPF 6 regeneriert wird. Das Abschätzen bei
dem Schritt S40 wird ausgeführt, indem die Druckdifferenz über
dem DPF 6 gemessen wird und ein Wert, der der gemessenen
Druckdifferenz entspricht, an der charakteristischen Linie 150 oder 170 in
der in dem Speicher 71 gespeicherten Beziehungscharakteristik gelesen
wird. Die Druckdifferenz über dem DPF 6 kann durch
den Druckdifferenzsensor 63 gemessen werden.
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Alternativ
kann das Abschätzen bei dem Schritt S40 ausgeführt
werden, indem zuvor eine Tabelle, die eine Beziehung zwischen der
Temperatur im Inneren des DPF 6 und der pro Zeiteinheit
verbrannten Menge an gesammeltem PM zeigt, in dem Speicher 71 gespeichert
wird und die Gesamtmenge an verbranntem PM gemäß dieser
Tabelle und der Historie der Temperatur im Inneren des DPF 6 bestimmt
wird. Die Temperatur im Inneren des DPF 6 kann ein Wert
sein, der durch einen der Abgastemperatursensoren 61 und 62 gemessen
wird, oder kann ein Durchschnittswert der durch diese gemessenen Werte
sein. Ein Modell zum Abschätzen der Temperatur im Inneren
des DPF 6 aus einem oder beiden Werten, die durch die Abgastemperatursensoren 61 und 62 gemessen
werden, kann zuvor vorbereitet und in dem Speicher 71 gespeichert
werden. Die Abschätzung bei dem Schritt S40 kann durch
eine Kombination aus den vorstehend erläuterten zwei Verfahren
ausgeführt werden.
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Bei
dem anschließenden Schritt S50 wird bestimmt, ob die Menge
an gesammeltem PM, die bei dem Schritt S40 abgeschätzt
worden ist, kleiner als ein vorbestimmter Wert M2 ist oder nicht.
Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S50 JA lautet, geht
der Prozess zu dem Schritt S60 weiter, und ansonsten kehrt er zu
dem Schritt S40 zurück, um abzuwarten, bis die Menge an
gesammeltem PM geringer als der Wert M2 wird. In der nachstehend
dargelegten Beschreibung wird angenommen, dass der vorbestimmte
Wert M2 auf 0 oder auf einen ausreichend geringen Wert unter Berücksichtigung
eines möglichen Fehlers gesetzt ist. Das heißt
es wird angenommen, dass der DPF 6 durch das Ausführen des
Schrittes S30 vollständig regeneriert wird.
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Wenn
der Prozess zu dem Schritt S60 weitergeht, kann angenommen werden,
dass der DPF 6 vollständig regeneriert worden
ist, und die Menge an gesammeltem PM wird zu 0 oder zu einem ausreichend
geringen Wert. Demgemäß wird, wie dies nachstehend
erläutert ist, ein Regenerativlauf um eine vorbestimmte
Zeitspanne verlängert, und die Menge an gesammelter Asche
wird während dieser Zeitspanne abgeschätzt, um
die in 11 gezeigte Charakteristik zu
korrigieren. Hierbei ist mit „Regenerativlauf” ein
Laufen des Motors während des Regenerierens des DPF 6 bei
dem Schritt S30 gemeint, bei dem die Nacheinspritzung ausgeführt
wird.
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Bei
dem Schritt S60 stimmt die ECU 70 ein Verlängern
des Regenerativlaufs und startet das Zeitglied 62 zum Messen
einer Zeit, die seit dem Zeitpunkt verstrichen ist, bei dem der
DPF 6 vollständig regeneriert worden ist. Bei
dem Schritt S70 wird bestimmt, ob die verstrichene Zeit, die durch
das Zeitglied 72 gemessen wird, innerhalb einer vorbestimmten
Zeitspanne T1 liegt.
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Die
vorbestimmte Zeitspanne T1 wird auf zumindest 5 Sekunden festgelegt,
um abzuwarten, bis die nachstehend beschriebene Druckdifferenzerfassungsbedingung
erfüllt ist, und wird auf höchstens eine Minute
festgelegt, um zu verhindern, dass der Kraftstoffverbrauch sich
durch das Verlängern des Regenerativlaufs verschlechtert.
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Wenn
das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S70 JA lautet, geht der
Prozess zu dem Schritt S80 weiter, und ansonsten geht er zu dem
Schritt S120 weiter.
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Bei
dem Schritt S80 wird bestimmt, ob die DPF-Erfassungsbedingung erfüllt
ist oder nicht. Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S80 JA
lautet, geht der Prozess zu dem Schritt S90 weiter, und ansonsten
kehrt er zu den Schritt S60 zurück, um den vorstehend erwähnten
Vorgang zu wiederholen.
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Wie
dies vorstehend erläutert ist, kann die Druckdifferenz über
dem DPF 6 nicht genau gemessen werden, wenn die Abgasströmung
außerordentlich gering ist. Außerdem kann, wenn
die Abgasströmung sich im starken Maße ändert,
beispielsweise wenn das Fahrzeug schnell beschleunigt oder schnell
verzögert, die Druckdifferenz über den DPF 6 nicht
genau gemessen werden. Demgemäß ist die Druckdifferenzerfassungsbedingung
bei dem Schritt S80 eine Bedingung dahingehend, ob die Abgasströmungsrate
oberhalb eines bestimmten Wertes ist und der Verbrennungsmotor 2 als
sich in einem stetigen Zustand befindlich erachtet werden kann oder
nicht. Demgemäß ist es der Zweck des Schritts
S80, die Strömungsrate des Abgases zu berechnen, zu bestimmen,
ob die berechnete Strömungsrate oberhalb des vorbestimmten
Wertes ist oder nicht, und zu bestimmen, ob die Strömungsrate
innerhalb eines vorbestimmten Bereiches über eine bestimmte
Zeitspanne war.
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Bei
dem Schritt S90 wird die Druckdifferenz über dem DPF 6 durch
den Druckdifferenzsensor 63 gemessen. Um die Messgenauigkeit
zu verbessern, kann die Druckdifferenz über dem DPF 6 eine
Vielzahl oft so gemessen werden, dass ein Durchschnittswert einer
Vielzahl an gemessenen Werten als der gemessene Wert der Druckdifferenz über dem
DPF 6 verwendet wird. Bei dem anschließenden Schritt
S100 wird die Strömungsrate des Abgases berechnet. Da die
Prozedur zum Messen der Strömungsrate des Abgases die gleiche
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist, wird deren
Erläuterung nicht hier wiederholt.
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Bei
dem Schritt S110 wird ein Wert der Menge an in dem DPF 6 gesammelter
Asche durch die Anwendung einer in 9 gezeigten
Tabelle berechnet. Diese Tabelle zeigt eine Beziehung zwischen der Druckdifferenz über
dem DPF 6 und der Strömungsrate des Abgases mit
einem Parameter der Menge an gesammelter Asche. Bei dem Schritt
S110 wird bestimmt, an welcher Linie in 9 der Punkt
liegt, dessen Position durch den Wert der Druckdifferenz des DPF,
der bei dem Schritt S80 gemessen wird, und der Strömungsrate
des Abgases, die bei dem Schritt S90 berechnet wird, definiert ist.
Die in 9 gezeigte Tabelle kann zuvor in dem Speicher 71 gespeichert worden
sein.
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Wenn
der Prozess zu dem Schritt S120 weitergeht, bedeutet dies, dass
die Menge an gesammelter Asche bei dem Schritt S110 berechnet worden ist,
oder die vorbestimmte Zeitspanne seit der Vollendung der Regenerierung
des DPF 6 verstrichen ist, ohne die Menge an gesammelter
Asche zu berechnen. Demgemäß wird der Regenerativlauf
bei dem Schritt S120 beendet.
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Bei
dem Schritt S130 werden die charakteristischen Linien 110 und 130 kompensiert
(ausgeglichen). Die Kompensation bei dem Schritt S130 wird ausgeführt,
indem eine der in der Tabelle von 12 gezeichneten
Linien in Abhängigkeit von dem Wert M der Menge an gesammelter
Asche, der bei dem Schritt S110 berechnet wird, ausgewählt
wird. Gleichzeitig mit dem Kompensieren der charakteristischen Linien 110 und 130 werden
auch die charakteristischen Linien 150 und 170 derart
kompensiert, dass die charakteristischen Linien 110, 130, 150 und 170 ein
Parallelogramm bilden. Die in 12 gezeigte Tabelle
kann zuvor vorbereitet und in dem Speicher 71 gespeichert
werden. Nachdem der in 8 gezeigte Prozess somit vollendet
ist, wird er erneut automatisch durch die ECU 7 ausgeführt.
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10 zeigt
eine Darstellung von Variationen mit der Zeit von verschiedenen
Marken (sog. Flags) und numerischen Werten beim Ausführen
des Prozesses von 8. In 10 ist
eine Regenerationsausführmarke eine binäre Variable,
die einen Wert 0 oder einen Wert, der nicht 0 ist, einnimmt. Während
die Regenerierung des DPF 6 ausgeführt wird, ist
die Regenerationsausführmarke zum Zeitpunkt des Ausführens
des Schrittes S30 gesetzt. Außerdem ist eine Druckdifferenzerfassungsanforderungsmarke
eine binäre Variable, die den Wert 0 oder einen Wert, der
nicht 0 ist, einnimmt. Während die ECU 7 das Erfassen
der Druckdifferenz über dem DPF 6 anfordert, wird
die Druckdifferenzerfassungsanforderungsmarke gesetzt (auf den Wert,
der nicht 0 ist, gesetzt). Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die Druckdifferenzerfassungsanforderungsmarke zum Zeitpunkt
des Ausführens des Schrittes S90 gesetzt.
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Ein
Zeitpunkt t1 ist ein Zeitpunkt, bei dem die Regenerierung vollendet
ist, d. h. das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S50 wird zu JA.
Ein Zeitpunkt t2 ist ein Zeitpunkt, bei dem der Regenerativlauf
beendet ist, d. h. wenn der Schritt S120 vollendet ist. Demgemäß wird,
wie dies in 10 gezeigt ist, die Regenerationsausführmarke
bis zu dem Zeitpunkt t2 gesetzt, und die Druckdifferenzerfassungsanforderungsmarke
wird zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 gesetzt.
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In 10 sind
die Abgasströmungsrate, die Druckdifferenz über
dem DPF und die Menge an gesammeltem PM gemäß diesem
Ausführungsbeispiel durch durchgehende Linien gezeigt und
jene des Standes der Technik sind durch gestrichelte Linien gezeigt.
Im Stand der Technik nimmt die Abgasströmungsrate nach
dem Zeitpunkt t1 ab, da der Regenerativlauf beendet wird, sobald
die Regenerierung vollendet ist. Andererseits nimmt bei diesem Ausführungsbeispiel,
da der Regenerativlauf von dem Zeitpunkt t1 zu dem Zeitpunkt t2
verlängert ist, die Abgasströmungsrate nicht bis
zum Zeitpunkt t2 ab. Demgemäß wird die Abgasströmungsrate
bei einer Höhe gehalten, die erforderlich ist, um die Druckdifferenz
des DPF während einer Zeitspanne von dem Zeitpunkt t1 bis
zu dem Zeitpunkt t2 zu erfassen.
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Im
Stand der Technik nimmt die Druckdifferenz des DPF nach dem Zeitpunkt
t1 ab, da die Abgasströmungsrate nach dem Zeitpunkt t1
abnimmt. Andererseits nimmt gemäß diesem Ausführungsbeispiel,
da die Abgasströmungsrate sogar nach dem Zeitpunkt t1 nicht
abnimmt, die Druckdifferenz des DPF nicht plötzlich nach
dem Zeitpunkt t1 ab. Folglich ist bei dem Stand der Technik, da
die Druckdifferenz des DPF nach dem Zeitpunkt t1 abnimmt, der Anteil
des Fehlers in dem gemessenen Wert der Druckdifferenz des DPF hoch,
wobei andererseits bei diesem Ausführungsbeispiel die Messgenauigkeit der
Druckdifferenz des DPF bei einem hohen Niveau gehalten werden kann,
da die Druckdifferenz des DPF in einer ausreichend hohen Höhe
gehalten wird.
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Außerdem
beginnt beim Stand der Technik das erneute Sammeln des PM zu dem
Zeitpunkt t1, da der Regenerativlauf bei dem Zeitpunkt t1 endet. Andererseits
beginnt bei diesem Ausführungsbeispiel das erneute Sammeln
von PM nicht bis zu dem Zeitpunkt t2, da der Regenerativlauf bis
zu dem Zeitpunkt t2 verlängert ist. Demgemäß wird
bei diesem Ausführungsbeispiel, da PM nicht während
einer Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2
erneut gesammelt wird, die Messung der Druckdifferenz des DPF, die
während dieser Zeitspanne gemessen wird, nicht durch das
erneute Sammeln von PM beeinflusst, und demgemäß kann die
Menge an gesammelter Asche genau aus der Messung der Druckdifferenz
des DPF abgeschätzt werden.
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Die
vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiele
sind Beispiele der vorliegenden Erfindung, die ausschließlich
anhand der beigefügten Ansprüche beschrieben ist.
Es sollte verständlich sein, dass Abwandlungen gegenüber
den bevorzugten Ausführungsbeispielen für Fachleute
offensichtlich sind.
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Die
Abgasreinigungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor
weist eine Abschätzfunktion zum Ausführen eines
Abschätzprozesses auf, bei dem ein abgeschätzter
Wert einer Menge an Partikelstoff berechnet wird, der in einer Sammeleinrichtung gesammelt
wird. Die Abschätzfunktion weist folgende Funktionen auf:
Eine erste Berechnungsfunktion zum Berechnen eines ersten provisorisch
abgeschätzten Wertes einer Menge an Asche, die in der Sammeleinrichtung
gesammelt worden ist, auf der Grundlage der Druckdifferenz über
der Sammeleinrichtung, eine zweite Berechnungsfunktion zum Berechnen
eines zweiten provisorisch abgeschätzten Wertes einer Menge
an Asche, die in der Sammeleinrichtung gesammelt worden ist, auf
der Grundlage von zuvor abgeschätzten Mengen an gesammelter Asche,
eine dritte Berechnungsfunktion zum Berechnen eines abgeschätzten
Wertes einer Menge an Asche, die in der Sammeleinrichtung gesammelt worden
ist, auf der Grundlage des ersten und des zweiten provisorisch abgeschätzten
Wertes, und eine Funktion zum Kompensieren des Abschätzprozesses
des gesammelten Partikelstoffs gemäß dem abgeschätzten
Wert einer Menge an gesammelter Asche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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