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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Abgas-Emissions-Steuerungssystem
für interne Verbrennungsmaschinen, welche in selbstfahrenden
Fahrzeugen verwendet werden können und genauer auf ein
solches Abgas-Emissions-Steuerungssystem, das dazu ausgebildet ist,
einen Filter, der in einem Abgasrohr einer internen Verbrennungsmaschine
angeordnet ist, zu regenerieren.
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2. Stand der Technik
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Mit
einem Anwachsen des Umweltschutz-Bewusstseins der Menschen wurde
nach einer Verbesserung der Fähigkeit zur Abgas-Emissions-Steuerung
in internen Verbrennungsmaschinen gesucht. Insbesondere ist es unentbehrlich
für Dieselmaschinen, Feststoffe (particulate matter = PM), wie
zum Beispiel Schwarzrauch, aus den Abgas-Emissionen zu entfernen.
Um die PM zu entfernen werden typischerweise Diesel-Partikelfilter
(diesel particulate filter = DPF) verwendet.
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Die
Verringerung der PM-Menge in den Abgas-Emissionen kann durch ein
Einfangen derselben in dem DPF erreicht werden, die PM werden jedoch üblicherweise
im Laufe der Zeit im DPF abgelagert, was zu einer Verstopfung oder
Zusetzung desselben führen kann. Deshalb ist es notwendig,
die PM auszubrennen, um den DPF zu reinigen oder zu regenerieren.
Das Ausbrennen der PM in dem DPF wird beispielsweise durch eine
so genannte Nach-Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder der
Dieselmaschine im Anschluss an die Haupt-Einspritzung von Kraftstoff
erreicht.
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Ein
zu starker Anstieg der Temperatur des DPF während der Regeneration
desselben kann jedoch zu einer thermischen Schädigung des
DPF führen. Zum Beispiel wird eine Verlangsamung oder Drehzahlverminderung
der Maschine, wenn der DPF gerade regeneriert wird, was zu einer
hohen Temperatur des DPF führt, und, wenn eine große
Menge von PM in dem DPF angesammelt ist, zu einer schnellen Abnahme
der Menge der Ansaugluft, was zu einer Abnahme der Wärmemenge
führt, wie sie von dem DPF stromabwärts durch
den Fluss von Abgas, welches von der Maschine ausgestoßen
wird, transportiert wird. Dies verursacht, dass sich mehr Wärme
in dem DPF ansammelt, so dass der DPF überhitzt werden
kann. Die 9(a) und 9(b) stellen
ein derartiges Ereignis dar, bei dem der DPF überhitzt
ist.
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Die
japanische Offenlegungsschrift
Nr. 2002-188493 lehrt das Schließen eines Einlass-Drosselventils
während ein Abgasrückstromventil (exhaust gas
recirculation EGR) vollständig geöffnet wird,
wenn die Möglichkeit besteht, dass der DPF überhitzt,
d. h. wenn die Temperatur des Abgases von der Maschine hoch ist
und die Maschine verlangsamt wird, wodurch die Menge des Sauerstoffs
in der Mischung, die in die Maschine eintritt, verringert, um die
PM zu hindern, in dem DPF verbrannt zu werden.
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Die
Verhinderung der schnellen Verbrennung der PM zur Steuerung der Überhitzung
des DPF erfordert eine genaue und schnelle Anpassung der Sauerstoffkonzentration
an einen Sollwert. Die Sauerstoffkonzentration ist üblicherweise
so niedrig wie 2% bis 3%. Eine zu niedrige Sauerstoffkonzentration
kann zu einem Verbrennungsaussetzer oder Zündausfall in
der Maschine oder zu einer Emission von weißem Rauch aus
der Maschine führen. Umgekehrt kann eine zu hohe Sauerstoffkonzentration
zu einer Überhitzung des DPF führen.
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Typische
Dieselmaschinen arbeiten mit einer hohen Sauerstoffkonzentration
(z. B. 10% bis 20%). Die Sauerstoffkonzentration, welche in die
Maschine eintritt, muss demnach in hohem Maße verringert werden,
um die Überhitzung des DPF zu verhindern. Eine langsame
Abnahme der Sauerstoffkonzentration verursacht, dass die PM schnell
verbrannt werden, was zu einer Schwierigkeit bei der Steuerung der Überhitzung
des DPF führt. Es ist nach wie vor schwierig, eine exakte
und schnelle Anpassung der Sauerstoffkonzentration an einen niedrigen
Wert zu erreichen, um die Überhitzung des DPF zu steuern bzw.
zu verhindern.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Demnach
ist es eine Hauptaufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes
der Technik zu vermeiden.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Abgas-Emissions-Steuerungssystem
für eine interne Verbrennungsmaschine anzugeben, welches mit
einem Filter, wie beispielsweise. einem Dieselpartikelfilter ausgestattet
ist, um schädliche Komponenten im Abgas einzufangen, und
welches ausgebildet ist, um die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, welches
in den Filter eintritt, schnell zu verringern, um eine Überhitzung
des Filters wirksam zu vermeiden.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Abgas-Emissions-Steuerungssystem für
eine interne Verbrennungsmaschine angegeben, welches Folgendes aufweist:
(a) einen Filter, welcher in einem Abgasrohr einer internen Verbrennungsmaschine
angeordnet ist, um Feststoffe, welche in dem Abgas enthalten sind,
einzufangen; (b) eine Regenerationseinrichtung zum Ausbrennen oder
Verbrennen der Feststoffe, welche in dem Filter eingefangen sind, um
den Filter zu regenerieren; (c) eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung,
ob der Filter in einem überhitzbaren Zustand ist, bei welchem
die Möglichkeit besteht, dass der Filter während
seiner Regeneration durch die Regenerationseinrichtung überhitzt wird;
(d) eine erste Sauerstoffkonzentrations-Verringerungseinrichtung
zum Steuern eines gegebenen sauerstoffkonzentrationsbezogenen Parameters,
der zumindest eine Kraftstoffmenge, welche in die interne Verbrennungsmaschine
eingespritzt werden soll, und/oder einer Menge der Ansaugluft enthält,
welche in die interne Verbrennungsmaschine strömt, um eine
Sauerstoffkonzentration im Abgas, welches in den Filter eintritt,
auf einen vorbestimmten Zielwert zu verringern, wenn die Erfassungseinrichtung
erfasst, dass der Filter in einem überhitzbaren Zustand ist;
(e) eine Lerneinrichtung zum Lernen einer Abweichung eines Wertes
der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, welches in den Filter
eintritt, wie sie durch die erste Sau erstoffkonzentrations-Verringerungseinrichtung
verringert wird, von dem vorbestimmten Zielwert, um den sauerstoffkonzentrationsbezogenen
Parameter zu korrigieren, um die Konvergenz der Sauerstoffkonzentration
zu dem Zielwert hin zu verbessern; und (f) eine Zielwert-Bestimmungseinrichtung
zum Bestimmen des Zielwerts in Hinblick auf die verbesserte Konvergenz
der Sauerstoffkonzentration.
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Das
Abgas-Emissions-Steuerungssystem ist speziell dazu ausgebildet,
die Abweichung des Wertes der Sauerstoffkonzentration im Abgas,
wenn diese verringert wird, von dem Zielwert zu lernen und diese
zu benutzen, um den sauerstoffkonzentrationsbezogenen Parameter
zu korrigieren, und dadurch zu ermöglichen, dass der Zielwert
geringer eingestellt wird, als der, der in dem herkömmlichen
System benutzt wird, das im einführenden Teil dieser Anmeldung
diskutiert wurde, und die Genauigkeit und die Geschwindigkeit zu
erhöhen, mit der die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas,
welches in den Filter eintritt, in Übereinstimmung mit
dem Zielwert gebracht wird. Dies verhindert, dass die Sauerstoffkonzentration
unerwünschterweise unter den Zielwert verringert wird,
was zu einem Verbrennungsaussetzer oder Zündaussetzer in
der Maschine oder zu einer Emission von weißem Rauch aus
der Maschine führt.
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In
der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die
Lerneinrichtung eine erste Lerneinrichtung zum Lernen der Abweichung,
wenn die Erfassungseinrichtung erfasst, dass der Filter außerhalb
des überhitzbaren Zustandes ist. Genauer gesagt, arbeitet
die Lerneinrichtung zum Lernen der Abweichung, wenn der Filter in
einem angestrebten Betriebszustand ist, wodurch die Genauigkeit
erhöht wird, mit der die Sauerstoffkonzentration in dem
Abgas, welches in den Filter eintritt, in Übereinstimmung mit
dem Zielwert gebracht wird.
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Die
erste Lerneinrichtung erlangt die Abweichung bezüglich
jedes der gegebenen Betriebszustände der internen Verbrennungsmaschine.
Dies ermöglicht es, den sauerstoffkonzentrationsbezogenen Parameter
für jeden der Betriebszustände der internen Verbrennungsmaschine
exakt zu korrigieren.
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Die
erste Lerneinrichtung kann die Abweichung während eines
Leerlaufbetriebs oder Leerlaufmodus der internen Verbrennungsmaschine
erlangen. Wenn die Maschine im Leerlauf läuft, ist die Menge
der Ansaugluft und die Menge des in die Maschine eingespritzten
Kraftstoffes normalerweise gering, und demnach sind die Menge der
Ansaugluft und die Menge des eingespritzten Kraftstoffs einer Schwankung
unterworfen, so dass die Sauerstoffkonzentration die größte
Veränderung erfährt. Dies stellt den großen
Vorteil beim Lernen der Abweichung bereit.
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Die
interne Verbrennungsmaschine ist in einem Fahrzeug montiert. Die
Lerneinrichtung aktualisiert die Abweichung jedes Mal, wenn das
Fahrzeug eine vorgegebene Wegstrecke zurückgelegt hat, oder
wenn eine vorgegebene Zeitperiode verstrichen ist. Dies gleicht
einen Fehler in der Abweichung aus, der beispielsweise aus der Alterung
eines Bestandteils des Systems entsteht, welches zur Steuerung des
sauerstoffkonzentrationsbezogenen Parameters verwendet wird.
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Das
Abgas-Emissions-Steuerungssystem weist weiterhin eine zweite Sauerstoffkonzentrations-Verringerungseinrichtung
zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas auf, welches in
den Filter eintritt, auf einen zweiten Zielwert, welcher geringer
ist, als der vorbestimmte Zielwert, und zwar nachfolgend auf die
Verringerung der Sauerstoffkonzentration auf den vorbestimmten Zielwert. Genauer
gesagt, kann das Abgas-Emissions-Steuerungssystem die Sauerstoffkonzentration
auf den ersten Zielwert zu verringern, wie dieser im Hinblick auf
die gelernte Abweichung bestimmt wurde, und diesen dann auf den
zweiten Zielwert zu verringern. Dies stellt die Genauigkeit bei
der Regelung oder Steuerung der Sauerstoffkonzentration mit einer
erhöhten Geschwindigkeit sicher.
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Die
zweite Sauerstoffkonzentrations-Verringerungseinrichtung bringt
die Sauerstoffkonzentration im Abgas mit dem zweiten Zielwert in
einem Regelungsmodus in Übereinstimmung.
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Das
Abgas-Emissions-Steuerungssystem kann weiterhin einen Sauerstoffsensor
aufweisen, der eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas misst,
welches stromabwärts des Filters in dem Abgasrohr strömt,
und eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen des Wertes der Sauerstoffkonzentration
in dem Abgas, welches in den Filter eintritt, basierend auf einem
Wert der Sauerstoffkonzentration, welcher durch den Sauerstoffsensor
gemessen wird.
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Das
Abgas-Emissions-Steuerungssystem kann weiterhin einen Sauerstoffsensor
aufweisen, der die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas misst, welches
in den Filter eintritt, und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren
des Wertes der Sauerstoffkonzentration unter Verwendung einer Differenz
zwischen einem Wert der Sauerstoffkonzentration, welcher während
einer Kraftstoffabsperrung in der internen Verbrennungsmaschine
gemessen wird, und einem Wert der Sauerstoffkonzentration in der
Atmosphäre.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der hierin in der Folge gegebenen
detaillierten Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen
von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besser
verständlich, welche jedoch nicht dazu herangezogen werden
sollten, um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen
zu beschränken, sondern welche lediglich dem Zweck der
Erklärung und des Verständnisses dienen.
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In
den beigefügten Zeichnungen ist:
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1 eine
schematische Ansicht, welche ein Abgas-Emissions-Steuerungssystem
gemäß der ersten Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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2 ein
Flussdiagramm eines Lernprogramms, welches von dem Abgas-Emissions-Steuerungssystem
der 1 ausgeführt wird;
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3 ein
Flussdiagramm eines Kühlprogramms, welches die Möglichkeit
der Überhitzung eines Dieselpartikelfilters bestimmt, welcher
in dem Abgas-Emissions-Steuerungssystem der 1 installiert
ist;
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4 ein
Flussdiagramm eines Sauerstoffkonzentrations-Regelungsprogramms
zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration in Abgas, welches in
einen Dieselpartikelfilter eintritt, welcher in dem Abgas-Emissions-Steuerungssystem
der 1 installiert ist;
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5 ein
Flussdiagramm eines Lernprogramms, welches in einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung ausgeführt wird;
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6 ein
Flussdiagramm eines Sauerstoffkonzentrations-Regelungsprogramms
zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration in Abgas, welches in
einen Dieselpartikelfilter eintritt, welcher in einem Abgas-Emissions-Steuerungssystem
einer dritten Ausführungsform der Erfindung installiert
ist;
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7(a) eine Ansicht, welche einen Abfall der Sauerstoffkonzentration
in Abwesenheit und in Anwesenheit eines Lernens einer Abweichung
der Sauerstoffkonzentration und eines Zielwerts demonstriert;
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7(b) eine Ansicht, welche eine Temperaturänderung
eines Dieselpartikelfilters zeigt, welcher in Abwesenheit und in
Anwesenheit eines Lernens einer Abweichung der Sauerstoffkonzentration
und eines Zielwerts gesteuert oder geregelt wird;
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8 eine
Ansicht, welche ein Regelungssystem zur Verwendung bei einer Verbringung
der Sauerstoffkonzentration in Übereinstimmung mit einem
zweiten Zielwert illustriert;
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9(a) ist eine Ansicht, welche eine Geschwindigkeitsänderung
eines Fahrzeugs demonstriert; und
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9(b) ist eine Ansicht, welche ein Beispiel für
eine Temperaturerhöhung eines Dieselpartikelfilters demonstriert.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen, insbesondere auf 1,
ist ein Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 für
interne Verbrennungsmaschinen gemäß der ersten
Ausführungsform der Erfindung gezeigt.
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Das
Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1, wie in 1 dargestellt,
ist zum Beispiel ausgebildet, um Emissionen einer Vier-Zylinder-Dieselmaschine 2 zu
steuern oder zu regeln. Die Maschine 2 und das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 sind
mit einem Ansaugrohr 3, einem Abgasrohr 4 und
einem Abgasrezirkulations- bzw. -rückführrohr 5 (im
folgenden EGR-Rohr 5; exhaust gas recirculation = EGR) ausgestattet.
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Die
Luft wird der Maschine 2 durch das Ansaugrohr 3 zur
Verfügung gestellt. Das Ansaugrohr 3 hat einen
Luftmengenmesser 31 und eine Drosselklappe 32,
welche hierin angeordnet sind. Der Luftmengenmesser 31 wird
betrieben, um die Menge der Ansaugluft zu messen und ein diese anzeigendes
Signal an eine elektronische Steuereinheit (ECU) 7 (electronic
control unit = ECU) auszugeben. Die Menge der Ansaugluft wird beispielsweise
durch einen Massendurchfluss pro Zeiteinheit ausgedrückt.
Die Klappenposition (d. h. der Öffnungsgrad) der Drosselklappe 32 wird
durch die ECU 7 gesteuert oder geregelt, um den Luftdurchfluss,
mit welchem die Maschine 2 versorgt wird, zu erhöhen
oder zu verringern.
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Die
Maschine 2 ist mit Einspritzdüsen 21 und einem
Maschinengeschwindigkeitssensor 22, welche in ihr installiert
sind, ausgestattet. Jede der Einspritzdüsen 21 wird
wirksam, um Kraftstoff in einen entsprechenden Zylinder der Maschine 2 zu
sprühen oder spritzen. Der Maschinengeschwindigkeitssensor 22 wird
wirksam, um die Geschwindigkeit (d. h. die Anzahl der Umdrehungen
pro Zeiteinheit) der Maschine 2 zu messen und um ein diese
anzeigendes Signal an die ECU 7 auszugeben. Der Maschinengeschwindigkeitssensor 22 kann
durch einen Kurbelwinkelsensor implementiert werden, welcher eine Winkelposition
(d. h. einen Drehwinkel) einer Kurbelwelle der Maschine 2 misst
und ein diese anzeigendes Signal an die ECU 7 ausgibt.
Die ECU 7 fragt oder tastet eine Ausgabe des Kurbelwinkelsensors ab
und berechnet eine Änderung in der Winkelposition der Kurbelwelle
pro Zeiteinheit, um die Geschwindigkeit der Maschine 2 zu
bestimmen.
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Abgasemissionen
der Maschine 2 werden in das Abgasrohr 4 ausgestoßen.
Das Abgasrohr 4 hat darin installierte Sauerstoffsensoren 41 und 42,
um die Konzentration von Sauerstoff (O2)
(= Sauerstoffkonzentration) in dem Abgas zu messen. Das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 der
ersten und der zweiten Ausführungsform kann auch ausgebildet sein,
um nur den Sauerstoffsensor 41 zu haben, welcher stromaufwärts
eines DPF (Dieselpartikelfilters) 6 platziert ist. Das
Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 der dritten Ausführungsform
kann alternativ ausgebildet sein, um nur den Sauerstoffsensor 42, welcher
stromabwärts des DPF 6 platziert ist, zu haben.
Abgastemperatursensoren 61 und 62 sind stromaufwärts
und stromabwärts des DPF 6 angeordnet, um die
Temperatur des Abgases an einem Einlass und an einem Auslass des
DPF 6 zu messen. Das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 hat
auch einen Differentialdrucksensor 63, um eine Differenz des
Druckes zwischen dem Einlass und dem Auslass des DPF 6 zu
messen.
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Das
EGR-Rohr 5 ist vorgesehen, um einen Teil des Abgases aus
dem Abgasrohr 4 in das Ansaugrohr 3 zurückzuführen.
Das EGR-Rohr 5 hat ein darin installiertes EGR-Ventil 51,
welches geöffnet oder geschlossen wird, um die Flussrate
des Teils des Abgases, welches zurückgeführt werden
soll, zu steuern oder zu regeln.
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Das
Abgasrohr 4 hat den DPF 6 darin angeordnet, welcher
typischerweise von einer Bienenwaben-Struktur ist, welcher aus Zellen
zusammengesetzt ist, welche alternierend verbunden sind. Die Abgasemissionen
der Maschine 2 schließen gewöhnlicherweise
Feststoffe PMs (particulate matters = PMs) ein. Die PMs werden gesammelt
eingefangen oder in oder an Filterwänden des DPF 6 eingefangen, wenn
sie durch diesen hindurchlaufen. Der DPF 6 kann ausgebildet
sein, um darin einen Oxidationskatalysator aufzunehmen.
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Die
Maschine 2 und das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1,
auf die hierin Bezug genommen werden, sind in einem selbstfahrenden Fahrzeug
installiert, welches mit einem Gaspedalpositionssensor 81 und
einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 82 ausgestattet ist.
Der Gaspedalpositionssensor 81 wird wirksam, um die Position
eines Gaspedals (d. h. den Kraftaufwand eines Fahrers auf das Gaspedal)
zu messen. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 82 wird von
einem Drehwertgeber gebildet, welcher die Geschwindigkeit eines
Straßenrades des Fahrzeugs misst und diese in ein Signal
umwandelt, welches die Geschwindigkeit des Fahrzeugs anzeigt. Die
ECU 7 integriert die Ausgabe des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 82,
um eine Wegstrecke des Fahrzeugs zu berechnen.
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Die
Ausgaben des Luftmengenmessers 31, des Maschinengeschwindigkeitssensors 22,
des Gaspedalpositionssensors 23, der Sauerstoffsensoren 41 und 42,
der Abgastemperatursensoren 61 und 62 und des
Differentialdrucksensors 63 werden alle an die ECU 7 übermittelt.
Die ECU 7 wird auch wirksam, um die Zeitwahl der Einspritzung
zu steuern, wenn der Kraftstoff von jeder der Einspritzdüsen
(d. h. der Einspritzdüsenventile) 21 in die Maschine 2 eingespritzt
werden soll, und um die Menge von Kraftstoff, welche von jeder der
Einspritzdüsen 21 gesprüht oder gespritzt
werden soll und die Öffnungsstellungen der Drosselklappe 32 und
des EGR-Ventils 51 zu steuern oder zu regeln. Die ECU 7 ist
durch einen typischen Mikrocomputer implementiert, welcher mit einer
CPU, welche verschiedene Operationen ausführt, und mit
einem Speicher 71, welcher eine Vielzahl von Informationen
speichert, ausgestattet ist.
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Jedes
Mal, wenn die Menge von PM, welche in dem DPF 6 eingefangen
ist, eine gegebene obere Grenze erreicht, brennt die ECU 7 die
PM aus, um den DPF zu reinigen oder zu regenerieren. Die Menge von
PM, welche in dem DPF 6 eingefangen ist, kann durch Nachschlagen
bestimmt werden unter Verwendung der Ausgabe des Differentialdrucksensors 63 und
eines Kennfeldes, wie es in dem Speicher 71 gespeichert
ist, welches die Beziehungen zwischen einer Differenz des Drucks
zwischen einer stromaufwärts gelegenen Seite und einer
stromabwärts gelegenen Seite des DPF 6 und der
Menge von PM, welche in dem DPF 6 angesammelt ist, auflistet.
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Das
Ausbrennen der PM in dem DPF 6 kann durch eine Öffnung
jeder der Einspritzdüsen 21 erreicht werden, um
die so genannte Nach-Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder
der Maschine 2, folgend auf die Haupt-Einspritzung von
Kraftstoff durchzuführen, so dass unverbrannter Kraftstoff,
so wie er ist, in das Abgasrohr 4 ausgestoßen
wird und um dann mit erhöhter Temperatur durch die Aktivität
des Katalysators, welcher in dem DPF angeordnet ist, die PM in dem
DPF 6 auszubrennen.
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Wenn
die Wahrscheinlichkeit, dass der DPF 6 überhitzt
werden wird, angestiegen ist, wird das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 wirksam,
um die Sauerstoffkonzentration stromaufwärts des DPF 6 zu verringern,
um eine Überhitzung des DPF 6 zu verhindern. Die
Verringerung der Sauerstoffkonzentration wird in zwei Schritten
erreicht. In dem ersten Schritt wird speziell die Sauerstoffkonzentration schnell
auf einen ersten Zielwert verringert. In dem zweiten Schritt wird
die Sauerstoffkonzentration in einem Regelungsmodus exakt auf einen
zweiten Zielwert verringert, um eine Überhitzung des DPF 6 zu vermeiden.
Der erste Zielwert ist höher in der Temperatur als der
zweite Zielwert. Die ECU 7 bearbeitet wenigstens eine Größe
aus der Menge von Kraftstoff, welcher in die Maschine 2 eingespritzt
wird, der Menge der Ansaugluft und einer EGR-Menge, welche die Menge
des EGR-Gases, welches zum Einlass der Maschine 2 zurückgebracht
wird, ist, als einen Eingangsparameter und eine Zielsauerstoffkonzentration
in dem DPF 6 als einen Ausgabeparameter.
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Vor
der oben genannten Operation lernt die ECU 7 eine individuelle
Schwankung in der Leistung und der Alterung der Einspritzdüsen 21 und
des Luftmengenmessers 31, um den ersten Zielwert so niedrig
als möglich zu setzen, d. h. nahe zu dem zweiten Zielwert.
Schritte, um die Sauerstoffkonzentration zu verringern, sind in
den 3 und 4 dargestellt. Schritte, um
die individuelle Schwankung und die Alterung der Einspritzdüsen 21 und
des Luftmengenmessers 31 zu lernen, sind in 2 dargestellt.
Die Schritte in den 2, 3 und 4 sind
in dem Speicher 71 als Tasks, welche durch die ECU 7 automatisch
ausgeführt werden, programmiert und gespeichert. Das Lernprogramm
der 2 wird durchgeführt, wenn es keine Möglichkeit
gibt, dass der DPF 6 überhitzt werden wird, d.
h. ein Kühl-Flag, wie es später detailliert beschrieben
werden wird, eins (1) zeigt.
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Nach
einem Eintritt in das Lernprogramm der 2 schreitet
die Routine zu Schritt 10 vor, in dem bestimmt wird, ob
das Fahrzeug eine gegebene Wegstrecke gelaufen ist oder nicht, seit
das Lernprogramm in dem vorangegangenen Ausführungszyklus beendet
wurde.
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Falls
die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet, dass das Fahrzeug die
gegebene Wegstrecke gelaufen ist, schreitet die Routine zu Schritt 20 vor.
Falls alternativ die Antwort NEIN erhalten wird, wiederholt die
Routine Schritt 10, bis das Fahrzeug die gegebene Wegstrecke
gelaufen ist. Die gegebene Wegstrecke ist z. B. 1.000 km. In Schritt 10 kann alternativ
bestimmt werden, ob eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist oder
nicht, seit das Lernprogramm in dem vorangegangenen Ausführungszyklus
beendet wurde. Dies kann durch die Installation eines Zählers
oder Timers in der ECU 7 erreicht werden.
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In
Schritt 20 wird bestimmt, ob die Menge der PM, welche in
dem DPF 6 gesammelt ist, geringer als ein gegebener Wert
ist oder nicht. Falls die Antwort JA erhalten wird, was bedeutet,
dass die gesammelte Menge von PM kleiner ist als der gegebene Wert, schreitet
die Routine zu Schritt 30 vor. Falls alternativ die Antwort
NEIN erhalten wird, kehrt die Routine zu Schritt 10 zurück.
Die gesammelte Menge von PM kann, wie obenstehend beschrieben, in
der ECU 7 durch eine Beobachtung der Ausgabe des Differentialdrucksensors 63 und
das Finden eines entsprechenden Wertes in dem Kennfeld, das die
Beziehungen zwischen der Differenz im Druck über dem DPF 6 und
der Menge von PM, welche in dem DPF 6 gesammelt ist, auflistet,
bestimmt werden.
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Nur
wenn das Fahrzeug speziell mehr als die gegebene Wegstrecke gelaufen
ist oder die vorbestimmte Zeit seit der vorangegangenen Beendigung des
Lernprogramms verstrichen ist, und wenn die gesammelte Menge von
PM kleiner als der gegebene Wert ist, wird das Lernen der individuellen
Schwankung in der Leistung und der Alterung der Einspritzdüsen 21 und
des Luftmengenmessers 31 in der folgenden Weise durchgeführt.
Der Grund, warm ein solches Lernen nur eingeleitet wird, nachdem
das Fahrzeug mehr als die gegebene Wegstrecke gelaufen ist, oder
die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, ist weil eine bestimmte Zeitperiode
benötigt wird, um die individuelle Schwankung in der Leistung
und der Alterung der Einspritzdüsen 21 und des
Luftmengenmessers 31 korrekt zu lernen, und weil ein bestimmtes
Zeitintervall benötigt wird, um ein redundantes Lernen
zu minimieren. Der Grund, warum das Lernen nur durchgeführt
wird, wenn die gesammelte Menge von PM gering ist, ist es, die Überhitzung
des DPF 6, welche auf das Verbrennen der PM während
des Lernens zurückzuführen ist, zu verhindern.
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In
Schritt 30 werden die Geschwindigkeit der Maschine 2 und
ein Maschinenlastparameter als die Arbeitsbedingungen der Maschine 2 repräsentierend beschafft.
Die Geschwindigkeit der Maschine 2 wird basierend auf der
Ausgabe von dem Maschinengeschwindigkeitssensor 22 bestimmt.
Der Maschinenlastparameter kann die Ausgabe des Gaspedalpositionssensors 81 sein,
welcher die Öffnungsstellung des Gaspedals anzeigt oder
ein Ausgabe-Moment oder -Drehmoment der Maschine 2, wie
es durch die ECU 7 berechnet wird, als eine Funktion der
Geschwindigkeit der Maschine 2 und der Öffnungsstellung
des Gaspedals. Das Ausgabemoment oder Ausgabedrehmoment kann gemäß einem
bekannten Algorithmus bestimmt werden.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 40 vor, in dem ein Zielwert
der Sauerstoffkonzentration in dem DPF 6 bestimmt wird.
Der Zielwert kann als erster Zielwert T1', wie hier später
im Detail beschrieben wird, gesetzt werden.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 50 vor, in dem Zielwerte (auf
die untenstehend auch als Steuerbefehlswerte Bezug genommen wird)
der Menge an Kraftstoff, welcher eingespritzt werden soll, die Menge
der Ansaugluft und die EGR-Menge bestimmt werden, welche benötigt
werden, um die Ausgabe des Sauerstoffsensors 41 in Übereinstimmung
mit dem Zielwert zu bringen, wie er in Schritt 40 unter
der Annahme bestimmt wird, dass die Einspritzdüsen 21 und
der Luftmassenmesser 31 keine individuelle Schwankung in
der Leistung haben und noch nicht gealtert sind. Die Zielwerte können
durch ein Nachschlagen unter Verwendung eines Kennfeldes, welches
in dem Speicher 71 der ECU 7 gespeichert ist, bestimmt
werden. Die EGR-Menge ist, wie obenstehend beschrieben, die Menge
eines Teils des Abgases, welches durch das EGR-Rohr 5 zurückgeführt werden
soll. An Stelle der Menge der Ansaugluft kann die Öff nungsstellung
der Drosselklappe 32 verwendet werden. An Stelle der EGR-Menge
kann die Öffnungsstellung des EGR-Ventils 51 verwendet
werden.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 60 vor, in dem die Steuerbefehlswerte,
wie sie in Schritt 50 erhalten werden, ausgegeben werden.
Besonders regelt die ECU 7 die Einspritzdauer (d. h. eine Öffnungsdauer)
der Einspritzdüsen 21 und die Öffnungsstellungen
der Drosselklappe 32 und des EGR-Ventils 51, um
die Zielwerte zu erreichen, wie sie in Schritt 50 abgeleitet
werden.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 70 vor, in dem die Ausgabe
des Sauerstoffsensors 41 abgefragt oder abgetastet wird,
um die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, welches in den DPF 6 fließt,
zu der Zeit zu bestimmen, wenn erwartet wird, dass sie durch die
Operationen in Schritt 60 verringert worden ist.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 80 vor, in dem eine Abweichung
der Sauerstoffkonzentration, wie sie in Schritt 70 erhalten
wird, von dem Zielwert, wie er in Schritt 40 erhalten wird,
bestimmt wird. Die Abweichung wird als abhängig von der
individuellen Schwankung in der Leistung und der Alterung der Einspritzdüsen 21 und
des Luftmengenmessers 31 angesehen. Die Abweichung wird
in dem Speicher 71 in Beziehung zu den Betriebszuständen
der Maschine 2, wie sie in Schritt 30 abgeleitet
werden, gespeichert.
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Das
Lernprogramm von 2 wird wiederholt um die Abweichung
hinsichtlich jedes der verschiedenen Betriebszustände der
Maschine 2 in dem Speicher 71 der ECU 7 zu
speichern. Die ECU 71 kann z. B. ausgebildet sein, um die
Abweichung, wie sie in Schritt 80 erhalten wird, auf einem
entsprechenden Abschnitt, der in einer XY-Koordinatenebene definiert
ist, zu plotten, dessen X- und Y-Koordinatenachsen die Geschwindigkeit
der Maschine 2 und den Maschinenlastparameter repräsentieren.
Normalerweise wird die Möglichkeit, dass der DPF 6 überhitzt
ist, als dann auftretend angesehen, wenn die Geschwindigkeit und
die Last der Maschine 2 gering sind. Das System kann demnach
durch eine Definition der abweichungsgespeicherten Abschnitte der
X-Y-Koordi natenebene in dem Speicher 71 nur mit Bezug zu
geringen Geschwindigkeiten und einer geringen Last der Maschine 2 vereinfacht
werden.
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3 zeigt
ein Kühlprogramm, welches die Möglichkeit der Überhitzung
des DPF 6 bestimmt und das Kühl-Flag auf eins
(1) zur Kühlung des DPF 6 setzt, wenn bestimmt
worden ist, dass der DPF 6 die Möglichkeit der Überhitzung
hat. Die Programme der 3 und 4 werden
z. B. eingeleitet, wenn die ECU 7 die Einspritzdüsen 120 derart
steuert oder regelt, dass sie die Nach-Einspritzung von Kraftstoff
in die Maschine 2 zur Regeneration des DPF 6 durchführen.
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Nach
dem Eintritt in das Programm der 3 schreitet
die Routine zu Schritt 200 fort, in dem bestimmt wird,
ob die Menge von PM, welche in dem DPF 6 gesammelt ist,
größer als ein gegebener Grenzwert A1 ist oder
nicht. Falls eine Antwort NEIN erhalten wird, wird die Routine beendet.
Falls alternativ eine Antwort JA erhalten wird, schreitet die Routine
zu Schritt 120 vor, wobei die Temperatur des DPF 6 größer
als ein gegebener Grenzwert A2 ist, oder nicht. Falls eine Antwort
NEIN erhalten wird, wird die Routine beendet. Falls alternativ eine
Antwort JA erhalten wird, schreitet die Routine zu Schritt 130 vor, in
dem die Maschine 2 nun die Drehzahl verringert oder nicht.
Falls eine Antwort NEIN erhalten wird, wird die Routine beendet.
Falls alternativ eine Antwort JA erhalten wird, schreitet die Routine
zu Schritt 140 vor, in dem das Kühl-Flag auf eins
(1) gesetzt wird.
-
Der
Grund, warm bestimmt wird, dass der DPF 6 die Möglichkeit
hat, überhitzt zu sein, wenn die Bedingungen in den Schritten 110, 120 und 130 alle erfüllt
sind, ist, dass die Drehzahlverringerung der Maschine 2,
wenn eine große Menge von PM in dem DPF 6 gesammelt
ist und die PM bei hohen Temperaturen ausgebrannt werden, zu einer
Verringerung in der Menge des Abgases führt, welches von
der Maschine 2 emittiert wird, so dass weniger Wärme durch
den Fluss des Abgases stromabwärts des DPF transportiert
wird, wodurch die Möglichkeit der Überhitzung
des DPF 6 ansteigt.
-
Die
gesammelte Menge von PM wird, wie oben stehend beschrieben, als
eine Funktion einer Differenz im Druck über dem DPF 6 bestimmt.
Als die Temperatur des DPF 6 kann die Ausgabe des Temperatursensors 61 oder 62 verwendet
werden, so wie sie ist. Alternativ kann die innere Temperatur des DPF 6 als
eine Funktion der Ausgabe des Abgastemperatursensors 61 oder 62 berechnet
werden. Die Bestimmung, ob die Maschine 2 die Drehzahl
verringert oder nicht, kann durch eine Bestimmung getroffen werden,
ob die Ausgabe des Maschinengeschwindigkeitssensors 22 oder
des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 82 mit einer Rate abnimmt, welche
größer als ein gegebener Grenzwert ist oder nicht.
-
Das
Programm der 4 ist ausgelegt, um die Sauerstoffkonzentration
in dem Abgas, welches in den DPF 6 eintritt, in den zwei
Schritten, wie obenstehend beschrieben, auf ein Niveau zu verringern, welches
gering genug ist, um die Überhitzung des DPF 6 zu
verhindern, basierend auf den Ergebnissen des in 2 durchgeführten
Lernens, wenn in 3 bestimmt wird, dass der DPF 6 Kühlung
benötigt.
-
Zuerst
wird in Schritt 200 bestimmt, ob das Kühl-Flag
eins (1) anzeigt oder nicht. Falls eine Antwort NEIN erhalten wird,
wird die Routine beendet. Falls alternativ eine Antwort JA erhalten
wird, schreitet die Routine zu Schritt 210 vor, in dem
die Geschwindigkeit der Maschine 2 und der Maschinenlastparameter
als die Betriebszustände der Maschine 2 repräsentierend
beschafft werden. Die Geschwindigkeit der Maschine 2 wird,
wie obenstehend beschrieben, basierend auf der Ausgabe von dem Maschinengeschwindigkeitssensor 22 bestimmt.
Der Maschinenlastparameter kann die Ausgabe des Gaspedalpositionssensors 81,
welcher die Öffnungsstellung des Gaspedals anzeigt, sein,
oder das Ausgabedrehmoment der Maschine 2, wie es durch
die ECU 7 berechnet wird, als eine Funktion der Geschwindigkeit
der Maschine 2 und der Öffnungsstellung des Gaspedals.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 220 vor, in dem ein erster
Zielwert bestimmt wird, der ein Zielwert wie obenstehend beschrieben
ist, mit welchem die Sauerstoffkonzentration in dem DPF 6 in Übereinstimmung
gebracht werden soll.
-
Die
Routine schreitet zu Schritt 230 vor, in dem Steuerbefehlswerte
(d. h. Zielwerte) der Menge von Kraftstoff, welche eingespritzt
werden soll, die Menge der An saugluft und die EGR-Menge bestimmt werden,
welche benötigt werden, um die Ausgabe des Sauerstoffsensors 41 exakt
in Übereinstimmung mit dem ersten Zielwert zu bringen,
wie er in Schritt 220 bestimmt wird. Die Steuerbefehlswerte
werden dann basierend auf der Abweichung korrigiert, wie sie in
dem Lernprogramm der 2 abgeleitet wird unter den
Betriebszuständen, wie sie in Schritt 210 abgeleitet
werden.
-
Wenn
die gemessene Sauerstoffkonzentration (d. h. die Ausgabe des Sauerstoffsensors 41)
speziell größer ist als der Zielwert, d. h. eine
tatsächliche Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, welches stromaufwärts
von dem DPF 6 fließt, nicht auf den Zielwert abgefallen
ist, entscheidet die ECU 7, dass die Sauerstoffkonzentration
stromaufwärts des DPF 6 weiter verringert werden
muss und korrigiert die Steuerbefehlswerte so, dass die Menge des
Kraftstoffs, welcher eingespritzt werden soll, erhöht,
die Menge der Ansaugluft verringert und die EGR-Menge erhöht
wird. Umgekehrt entscheidet die ECU 7, wenn die gemessene
Sauerstoffkonzentration (d. h. die Ausgabe des Sauerstoffsensors 41)
geringer als der Zielwert ist, d. h. eine tatsächliche
Sauerstoffkonzentration stromaufwärts des DPF 6 unter
den Zielwert gefallen ist, dass die Sauerstoffkonzentration stromaufwärts
des DPF 6 erhöht werden muss und korrigiert die
Steuerbefehlswerte, so dass die Menge an Kraftstoff, welche eingespritzt
werden soll, verringert, die Menge der Ansaugluft erhöht
und die EGR-Menge verringert wird. Die Rate, mit welcher die Steuerbefehlswerte
korrigiert werden, kann mit einer Erhöhung in der Abweichung,
wie sie in Schritt 80 erhalten wird, erhöht werden.
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7(a) zeigt den ersten Zielwert. In 7(a) zeigt T1 den ersten Zielwert in einem herkömmlichen
System. T1' zeigt den ersten Zielwert an, wie er in dem Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 bestimmt
wird. T2 zeigt den zweiten Zielwert an, auf welchen die Sauerstoffkonzentration
letztendlich in dem zweiten Schritt verringert werden soll, um eine Überhitzung
des DPF 6 zu vermeiden. T0 zeigt ein untere Grenze der
Sauerstoffkonzentration an, unterhalb derer ein Verbrennungsaussetzer
oder ein Zündaussetzer der Maschine 2 oder weißer
Rauch auftreten werden. Der zweite Zielwert T2 ist höher
als die untere Grenze T0.
-
Wenn
bestimmt wird, dass der DPF 6 die Möglichkeit
hat, überhitzt zu sein, ist es, wie obenstehend beschrieben,
erstrebenswert, die Sauerstoffkonzentration in dem DPF 6 schnell
zu verringern. Dies wird dadurch erreicht, dass der erste Zielwert
so niedrig wie möglich gesetzt wird. Die Anpassung der Sauerstoffkonzentration
an den ersten Zielwert kann jedoch verursachen, dass dieser aufgrund
der individuellen Schwankung in der Leistung und einer Änderung
in der Charakteristik der Einspritzdüsen 21 und des
Luftmengenmessers 31 unerwünschterweise unter
den ersten Zielwert fällt. Die Verringerung der Sauerstoffkonzentration
unter die untere Grenze T0 wird, wie obenstehend beschrieben, einen
Verbrennungsaussetzer oder einen Zündaussetzer der Maschine 2 oder
weißen Rauch von der Maschine 2 zur Folge haben.
Diese Situation muss vermieden werden.
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Das
herkömmliche System lernt die individuelle Schwankung in
der Leistung und die Änderung in der Charakteristik der
Einspritzdüsen 21 und des Luftmengenmessers 31 nicht.
Demnach ist es notwendig, den ersten Zielwert T1 auf einen höheren Wert
zu setzen, um den Verbrennungsaussetzer oder den Zündaussetzer
der Maschine 2 oder den weißen Rauch von der Maschine 2 vollständig
zu vermeiden. Das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 dieser Ausführungsform
ist ausgebildet, um die Abweichung von der Abweichung der tatsächlichen
Sauerstoffkonzentration von dem ersten Zielwert zu beschaffen, welche
von der individuellen Schwankung in der Leistung und der Alterung
der Einspritzdüsen 21 und des Luftmengenmessers 31 abhängt,
und die Steuerbefehlswerte der Menge an Kraftstoff, welche eingespritzt
werden soll, die Menge der Ansaugluft und die EGR-Menge zu korrigieren,
wodurch die Genauigkeit beim In-Übereinstimmung-Bringen
der Sauerstoffkonzentration des Abgases, welches in den DPF 6 eintritt,
mit dem ersten Zielwert T1' verbessert wird.
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Der
erste Zielwert T1', wie er in dem Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 dieser
Ausführungsform gewählt wird, kann demnach niedriger sein,
als der erste Zielwert T1, wie er in dem herkömmlichen
System gewählt wird, dies heißt in anderen Worten,
näher zu dem zweiten Zielwert T2. Eine Differenz zwischen
dem ersten Zielwert T1' und dem zweiten Zielwert T2 kann als ein
minimal notwendiger Wert in Hinsicht auf die individuelle Schwankung
in der Leistung und die Alterung der Einspritzdüsen 21 und
des Luftmengenmessers 31 gewählt werden.
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Zurückverweisend
auf 4 schreitet die Routine, nachdem die Steuerbefehlswerte
der Menge an Kraftstoff, welche eingespritzt werden soll, der Menge
der Ansaugluft und der EGR-Menge bestimmt sind, zu Schritt 240 vor,
in dem die Steuerbefehlswerte ausgegeben werden. Die ECU 7 steuert
speziell die Einspritzdauer (d. h. eine Öffnungsdauer)
der Einspritzdüsen 21 und die Öffnungsstellungen
der Drosselklappe 32 und des EGR-Ventils 51, um
die Steuerbefehlswerte, wie sie in Schritt 240 abgeleitet
werden, zu erreichen.
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7(a) demonstriert eine Änderung in der Sauerstoffkonzentration
im Abgas, welches in den DPF 6 eintritt, welche durch die
Sauerstoffkonzentrations-Verringerungsoperation der ECU 7 gesteuert oder
geregelt ist.
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Zu
einem Zeitpunkt t0 startet die ECU 7 die Sauerstoffkonzentrations-Verringerungsoperation. Eine
durchgezogene Linie repräsentiert die Sauerstoffkonzentration,
wie sie durch das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 angepasst
ist auf Basis des Ergebnisses des Lernens der individuellen Schwankung
in der Leistung und der Alterung der Einspritzdüsen 21 und
des Luftmengenmessers 31, wie sie in dem Lernprogramm der 2 gelernt
werden. Eine gestrichelte Linie repräsentiert die Sauerstoffkonzentration,
wie sie durch das herkömmliche System angepasst wird, in
Abwesenheit des Lernens der individuellen Schwankung in der Leistung
und der Alterung der Einspritzdüsen 21 und des
Luftmengenmessers 31. 7(a) zeigt,
dass die Sauerstoffkonzentration durch das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 schneller
als durch das herkömmliche System verringert wird.
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Zurückweisend
auf 4 schreitet die Routine zu Schritt 280 vor,
in dem die Tatsache, dass die Sauerstoffkonzentration auf den ersten
Zielwert T1' gefallen ist, gefunden wird. Die ECU 7 führt
dann den obenstehend beschriebenen zweiten Schritt aus. 8 illustriert
ein Regelungssystem für den Gebrauch in den Schritten 290 und 310.
Der Zielwert, wie in 8 angezeigt, ist der zweite
Zielwert. Das geregelte Objekt 91 ist eines von der Einspritzdüse 21,
der Drosselklappe 32 und dem EGR-Ventil 51. Der
PI(Proportional, Integral)-Regler 90 gibt den Steuerbefehlswert
aus, um jede der Menge an Kraftstoff, welche eingespritzt werden
soll, der Menge der Ansaugluft (d. h. die Öffnungsstellung
der Drosselklappe 32) und der EGR-Menge (d. h. die Öffnungsstellung
des EGR-Ventils 51) zu regeln, um die Sauerstoffkonzentration
im Abgas, welches in den DPF 6 fließt, an den
zweiten Zielwert anzupassen. Im Betrieb führt der PI-Regler 90 eine
bekannte integrale Funktion aus, um die Sauerstoffkonzentration,
welche von einer Ausgabe des geregelten Objekts 91 abhängt,
mit dem zweiten Zielwert T2 exakt in Übereinstimmung zu
bringen. An Stelle des PI-Reglers kann alternativ eine andere Regelungstechnik,
wie eine moderne Regelung verwendet werden.
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In
Schritt 290 verringert die ECU 7 in dem Regelungsmodus,
wie in 7(a) illustriert, die Sauerstoffkonzentration
auf den zweiten Zielwert. Eine zu große Verstärkung
der Rückkopplung (d. h. die Verstärkung des PI-Reglers 90 des
Regelungssystems der 8) wird zu einem Unterschwingen
eines Ansprechverhaltens führen, so dass die Sauerstoffkonzentration
unter den zweiten Zielwert T2 abfällt. Der Abfall in der
Sauerstoffkonzentration unter die untere Grenze T0, sollte, wie
obenstehend beschrieben, vermieden werden. Die Rückmeldungs-Verstärkung
des Regelungssystems, welches in dem zweiten Schritt verwendet wird,
wird deshalb nicht auf einen größeren Wert gesetzt,
so dass die Sauerstoffkonzentration zu dem zweiten Zielwert T2 hin
mit einer Geschwindigkeit, welche geringer ist als die im ersten
Schritt, konvergiert. Die Regelung (d. h. die integrale Funktion
des PI-Reglers 90) verbessert jedoch die Genauigkeit beim
In-Übereinstimmung-Bringen der Sauerstoffkonzentration
mit dem zweiten Zielwert T2.
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Zurückverweisend
auf 4 schreitet die Routine nach Schritt 290 zu
Schritt 310 vor, in dem die Tatsache, dass die Sauerstoffkonzentration
auf den zweiten Zielwert T2 abgefallen ist, gefunden wird. Die Routine
wird dann beendet. 7(a) zeigt, dass das herkömmliche
System, welches die Steuersignale nicht korrigiert, welche an die
Einspritzdüsen 21, die Drosselklappe 32 und
das EGR-Ventil 51 auf Basis der Ergebnisse des Lernens
der individuellen Schwankung in der Leistung und der Alterung der Einspritzdüsen 21 und
des Luftmengenmessers 31 ausgegeben werden, wirksam wird,
um die Sauerstoffkonzentration nur auf den ersten Zielwert T1 in dem
ersten Schritt zu verringern, während das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 dieser
Ausführungsform wirksam wird, um die Sauerstoffkonzentration
in hohem Maße auf den ersten Zielwert T1' zu verringern,
wobei es ermöglicht wird, dass die Menge, um welche die
Sauerstoffkonzentration in dem Regelungsmodus verringert werden
soll, verringert wird.
-
Das
Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 wird speziell wirksam,
um die Sauerstoffkonzentration zu dem zweiten Zielwert T2 innerhalb
einer verringerten Zeit zu konvergieren, so dass die Sauerstoffkonzentration
den zweiten Zielwert T2 zu einem Zeitpunkt t1 erreicht. Im Gegensatz
hierzu verbringt das herkömmliche System die Zeitspanne
bis zu einem Zeitpunkt t2, um die Sauerstoffkonzentration in Übereinstimmung
mit dem zweiten Zielwert T2 zu bringen. Die Einschwingzeit zwischen
dem Zeitpunkt t0, zu welchem die Sauerstoffkonzentrations-Verringerungsoperation
gestartet wird und wenn die Sauerstoffkonzentration den zweiten
Zielwert T2 erreicht, ist demnach bei dem Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 kürzer
als bei dem herkömmlichen System. In anderen Worten gesagt,
ist das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 imstande, die
Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, welches in den DPF 6 fließt,
schnell zu verringern, um die Überhitzung des DPF 6 zu
vermeiden.
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Demnach
ist es aus dem Diagramm der 7(b) offensichtlich,
dass ein Anstieg in der Temperatur des DPF 6 bei dem Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 niedriger
gehalten wird, als bei dem herkömmlichen System, demzufolge
die Vermeidung der Überhitzung des DPF 6 verbessert
wird, und dass das herkömmliche System viel Zeit verbraucht,
bis die Sauerstoffkonzentration auf den zweiten Zielwert T2 verringert
ist, was den DPF 6 dazu veranlassen kann, überhitzt
zu sein.
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Das
Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 der zweiten Ausführungsform,
welches ausgebildet ist, um das Lernprogramm der 5 an
Stelle des in 2 durchzuführen, wird
untenstehend beschrieben. Andere Anordnungen sind identisch mit
denen der ersten Ausführungsform und eine detaillierte
Erklärung hiervon wird an dieser Stelle ausgelassen.
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Das
Lernprogramm der 5 ist von dem der 2 nur
in Schritt 35 unterschiedlich, welcher an Stelle des Schritts 30 der 2 durchgeführt
werden soll. In Schritt 35 wird bestimmt, ob die Maschine 2 nun
im Leerlauf ist, oder nicht. Falls eine Antwort NEIN erhalten wird,
kehrt die Routine zurück zu Schritt 10. Falls
alternativ eine Antwort JA erhalten wird, schreitet die Routine
zu Schritt 40 vor.
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In
dem Lernprogramm der 5 wird speziell nur, wenn das
Fahrzeug mehr als die gegebene Wegstrecke gelaufen ist, oder die
vorbestimmte Zeit seit der vorhergehenden Beendigung des Lernprogramms
abgelaufen ist, und wenn die gesammelte Menge von PM kleiner als
der gegebene Wert ist und die Maschine 2 nun im Leerlauf
ist, eine Abweichung der Sauerstoffkonzentration, wie sie in Schritt 70 abgeleitet
wird, von dem Zielwert davon, wie er in Schritt 40 bestimmt
wird, bestimmt. In anderen Worten gesagt wird das Lernen in dem
Leerlaufmodus des Betriebs der Maschine 2 durchgeführt,
in dem die Menge der Ansaugluft und die Menge des Kraftstoffes der
in die Maschine 2 eingespritzt wird, klein sind, und demnach
die Menge der Ansaugluft und die Menge des Kraftstoffes, der eingespritzt
wird, einer Schwankung unterliegen, so dass die Sauerstoffkonzentration
die größte Änderung erfährt.
Dies stellt den großen Vorteil beim Lernen der individuellen Schwankung
in der Leistung und der Alterung der Einspritzdüsen 21 und
des Luftmengenmessers 31 dar. In der zweiten Ausführungsform
werden die Steuerbefehlswerte der Menge des Kraftstoffes, welche
eingespritzt werden soll, die Menge der Ansaugluft und die EGR-Menge,
wie sie in Schritt 230 der 4 bestimmt
werden, mit einem konstanten Wert korrigiert, wie er, basierend
auf der Abweichung, welche in dem Lernprogramm abgeleitet wird,
ausgewählt wird, unabhängig von den Betriebszuständen der
Maschine 2.
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Das
Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 der dritten Ausführungsform
wird untenstehend beschrieben werden, welches ausgebildet ist, um
die Sauerstoffkonzentrations-Verringerungsoperation der 6 an
Stelle derjenigen der 4 durchzuführen, und
welche keinen Sauerstoffsensor 41, welcher stromaufwärts
des DPF 6 angeordnet ist, hat. Andere Anordnungen sind
identisch mit denen der ersten Ausführungsform und eine
detaillierte Erklärung hiervon wird an dieser Stelle ausgelassen
werden.
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Der
Sauerstoffsensor 42 ist stromabwärts des DPF 6 angeordnet.
Der Sauerstoff wird üblicherweise in dem DPF 6 für
die Verbrennungsreaktion verbraucht, so dass die Sauerstoffkonzentration
in dem Abgas, welches aus dem DPF 6 herausfließt, geringer
ist als die in dem Abgas, welches in den DPF 6 hineinfließt.
Demnach kann, sogar wenn die Sauerstoffkonzentration stromabwärts
des DPF 6 in wünschenswerter Weise abgefallen
ist und der DPF keine Möglichkeit zur Überhitzung
hat, die Sauerstoffkonzentration, welche in den DPF eintritt, groß sein,
was zu einer Überhitzung des DPF 6 führt.
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Um
das obenstehende Problem zu vermeiden, ist das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 dieser
Ausführungsform ausgebildet, um die Sauerstoffkonzentration
in dem Abgas, welches stromaufwärts des DPF 6 fließt,
unter Verwendung des Sauerstoffsensors 42 zu berechnen.
Das Programm der 6 hat Schritte 250 bis 270 und 300 zusätzlich. Andere
Schritte sind identisch mit denen in 4.
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In
Schritt 250 wird die Ausgabe des Sauerstoffsensors 42,
welcher stromabwärts des DPF 6 angeordnet ist,
ausgelesen.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 260 vor, in dem die Menge
des in dem DPF 6 verbrauchten Sauerstoffs berechnet wird.
Dies kann durch eine bekannte Methode erreicht werden, welche ein
mathematisches Modell für den Verbrauch von Sauerstoff
in dem DPF 6 und verschiedene Messwerte verwendet.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 270 vor, in dem die Sauerstoffkonzentration
im Abgas, welches stromaufwärts vom DPF 6 fließt,
d. h. in den DPF 6 eintritt, unter Verwendung der Sauerstoffkonzentration
stromabwärts des DPF 6, wie sie in Schritt 250 abgeleitet
wird, und der verbrauchten Menge des Sauerstoffs wie sie in Schritt 260 erhalten
wird, berechnet wird.
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Die
Schritte 280 und 290 sind dieselben wie in 4.
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Nach
Schritt 290 schreitet die Routine zu Schritt 300 vor,
in dem die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, welches stromaufwärts
des DPF 6 fließt, in derselben Art und Weise berechnet
wird, wie in Schritt 270 während des Regelungsmodus,
in welchem die Sauerstoffkonzentration stromaufwärts des DPF 6 in Übereinstimmung
mit dem zweiten Zielwert in dem zweiten Schritt gebracht wird.
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Die
Routine schreitet zu Schritt 310 vor, in dem die Tatsache,
dass die Sauerstoffkonzentration stromaufwärts des DPF 6 den
zweiten Zielwert erreicht hat, gefunden wird. Die Routine wird dann
beendet.
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Wie
aus der obenstehenden Diskussion offensichtlich wird, ist das Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 dieser
Ausführungsform ausgebildet, um die Sauerstoffkonzentration
in dem Abgas, welches in den DPF 6 eintritt, unter Verwendung
der Ausgabe des Sauerstoffsensors 42, welcher stromabwärts
des DPF 6 angeordnet ist, zu berechnen und die Sauerstoffkonzentration
in dem Abgas, welches in den DPF 6 fließt, schnell
an den zweiten Zielwert anzupassen, was die Überhitzung
des DPF 6 verhindert. In dem Fall, in dem das Lernprogramm
der 2 oder 5 in der dritten Ausführungsform
verwendet wird, wird die berechnete Sauerstoffkonzentration in dem
Abgas, welches in den DPF 6 fließt, in Schritt 80 verwendet,
um die Abweichung zu bestimmen.
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In
jeder der ersten bis dritten Ausführungsformen können
die Ausgaben der Sauerstoffsensoren 41 und 42 korrigiert
werden und in den obenstehenden Operationen durch die ECU 7 benutzt
werden. Die ECU 7 vergleicht z. B. die Ausgabe jedes der
Sauerstoffsensoren 41 und 42, wie sie während einer
Kraftstoffabsperrung in der Maschine 2 gemessen werden,
mit einem bekannten Wert der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre,
um einen Fehler dazwischen zu bestimmen und um die Ausgabe jedes
Sauerstoffsensors 41 und 42 zu korrigieren, um den
Fehler zu eliminieren.
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Die
Sauerstoffsensoren 41 und 42 können durch
A/F (Luft-Kraftstoff-Verhältnis)-Sensoren (Air/Fuel = A/F)
ersetzt werden. In diesem Fall wird die Sauerstoffkonzentration,
welche in den obenstehenden Operationen verwendet wird, durch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ersetzt, wie es durch die A/F-Sensoren gemessen wird. Alternativ
kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wie es durch die A/F-Sensoren
gemessen wird, mathematisch durch die ECU 7 in die Sauerstoffkonzentration
umgerechnet bzw. konvertiert werden. Die ECU 7 kann ausgelegt
sein, um nur eine oder zwei der Mengen des Kraftstoffes, welcher
in die Maschine 2 eingespritzt werden soll, der Menge der
Ansaugluft und der EGR-Menge zu steuern oder zu regeln, um die Sauerstoffkonzentration
im Abgas, welches in den DPF 6 eintritt, anzupassen. Das
Abgas-Emissions-Steuerungssystem 1 in jeder der ersten
bis dritten Ausführungsform kann z. B. auch bei Magergemischmaschinen
verwendet werden.
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Während
die vorliegende Erfindung in Hinsicht auf die bevorzugten Ausführungsformen
offenbart wurde, um ein besseres Verständnis hiervon zu erleichtern,
sollte es anerkannt werden, dass die Erfindung auf verschiedene
Weise ausgeführt werden kann, ohne vom Prinzip der Erfindung
abzuweichen. Demnach sollte es verstanden werden, dass die Erfindung
alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen
der gezeigten Ausführungsformen, welche ohne ein Verlassen
des Prinzips der Erfindung ausgeführt werden können,
wie es in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist, einschließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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