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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung,
die bestimmt, ob ein Oxidationskatalysator abnormal ist, wobei der
Oxidationskatalysator in einer Abgaspassage eines Verbrennungsmotors
zum Verbrennen von schädlichen Substanzen im Abgas vorgesehen ist.
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Es
ist allgemein bekannt, dass ein Oxidationskatalysator in einer Abgaspassage
zum Unterdrücken bzw. Vermindern von schädlichen
Substanzen wie zum Beispiel CO, NOx, HC (englisch: Hydrocarbon)
und Partikel im Abgas eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist. Der
Oxidationskatalysator verursacht eine Oxidationsreaktion eines unverbrannten Kraftstoffs
bei einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur, und verbrennt und
reinigt dadurch die schädlichen Substanzen im Abgas.
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Falls
der Oxidationskatalysator altert, erhöht sich die Aktivierungstemperatur,
und es wird schwieriger, die schädlichen Substanzen in
dem Abgas effektiv zu reinigen. Daher ist es erforderlich, korrekt
zu bestimmen, ob der Oxidationskatalysator gealtert ist (d. h.,
ob der Oxidationskatalysator abnormal ist). Zum Beispiel ist eine
Vorrichtung mit einer Konstruktion wie im Patentdokument 1 beschrieben
(
Japanisches Patent mit der Nummer
2593506 ) als eine Vorrichtung zum Bestimmen der Verschlechterung
des Oxidationskatalysators bekannt.
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Gemäß der
Technologie von Patentdokument 1, sind Temperatursensoren stromaufwärts
und stromabwärts eines Oxidationskatalysators entsprechend
in einer Abgasleitung vorgesehen, wobei die Bestimmungsvorrichtung
Erfassungswerte der Temperaturen stromaufwärts und stromabwärts
des Oxidationskatalysators nach einem Verbrennungsmotorenstart miteinander
vergleicht. Die Bestimmungsvorrichtung bestimmt die Temperatur,
bei welcher die Stromaufwärtstemperatur und die Stromabwärtstemperatur
im Wesentlichen gleich sind, um eine Aktivierungstemperatur des
Oxidationskatalysators zu sein. Die Bestimmungsvorrichtung bestimmt,
dass der Oxidationskatalysator gealtert ist, falls solch eine Aktivierungstemperatur
einen vorbestimmten Referenzwert überschreitet.
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Die
Bestimmungsvorrichtung von Patentdokument 1 kann die Verschlechterung
jedoch nur dann bestimmen, wenn die Temperaturen stromaufwärts und
stromabwärts des Oxidationskatalysators im Wesentlichen
gleich sind. Daher ist der Bestimmungszeitpunkt der Verschlechterung
signifikant beschränkt, und die Bestimmungsvorrichtung
nicht praktikabel.
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Wenn
zum Beispiel die Abgastemperatur wegen des Leerlaufs nach dem Verbrennungsmotorenstart
sehr langsam ansteigt, kann die Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators
nicht erfasst werden. Als Ergebnis kann die korrekte Verschlechterungsbestimmung
des Oxidationskatalysators nicht durchgeführt werden.
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung
vorzusehen, welche in der Lage ist, eine Abnormalitätsbestimmung
eines Oxidationskatalysators in einem Bestimmungszeitpunkt, der
nicht durch einen Betriebszustand eines Verbrennungsmotors beschränkt
ist, korrekt durchzuführen.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben viele Experimente und
Studien zum Lösen des obenstehenden Problems durchgeführt,
und eventuell eine neue Erkenntnis erhalten, dass ein großer Unterschied
zwischen Modi eines normalen Produkts und eines gealterten Produkts
(abnormales Produkt) eines Oxidationskatalysators auftritt, falls
eine Stromaufwärtsabgastemperatur des Oxidationskatalysators
auf einen vorbestimmten Temperaturzustand eingestellt wird, wobei
unverbrannter Kraftstoff dem Oxidationskatalysator zugeführt
wird. Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf dieser Erkenntnis erstellt.
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Der
Oxidationskatalysator verursacht eine Oxidationsreaktion des unverbrannten
Kraftstoffs und verbrennt schädliche Substanzen im Abgas,
und erhöht dadurch die Abgastemperatur. Daher kann ein Zustand,
in welchem ein Veränderungsbetrag einer Stromabwärtsabgastemperatur
bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur des
Oxidationskatalysators im Wesentlichen einen Gleichgewichtszustand erreicht,
nachdem der Veränderungsbetrag schrittweise ansteigt, als
ein aktivierter Zustand des Oxidationskatalysators betrachtet werden.
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Eine
durchgehende Linie in 4(a) stellt eine
Beziehung zwischen einer HC-Reinheitsrate und einer Temperatur eines
Normalprodukts des Oxidationskatalysators (Dieseloxidationskatalysator: DOC)
dar. Eine gestrichelte Linie in 4(a) stellt eine
Beziehung zwischen einer HC-Reinheitsrate und einer Temperatur eines
gealterten Produkts des Oxidationskatalysators dar. Das gealterte
Produkt weist eine gealterte bzw. abgeschwächte Reinigungsleistung
der schädlichen Substanzen basierend auf einer Aktivierung
des Oxidationskatalysators auf. Wie in 4(a) dargestellt,
wird die Aktivierungstemperatur T1 des gealterten Produkts auf eine Hochtemperaturseite,
im Vergleich zu einer Aktivierungstemperatur T2 des Normalprodukts,
geschaltet. Daher wird das gealterte Produkt nicht unter der Temperatur
aktiviert, unter welcher das Normalprodukt bzw. das normale Produkt
aktiviert wird.
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Falls
die Stromaufwärtsabgastemperatur des Oxidationskatalysators
die Aktivierungstemperatur T1 des gealterten Produkts aufgrund des
Abgastemperaturanstiegs wegen einer hohen Geschwindigkeit und/oder
eines hohen Lastbetriebszustands des Verbrennungsmotors oder dergleichen
erreicht hat, wird nicht nur das normale Produkt bzw. Normalprodukt
aktiviert, sondern auch das gealterte Produkt. Als Ergebnis tritt
das Problem auf, dass das Normalprodukt und das gealterte Produkt
bezüglich der Reinigungsleistung, wie in 4(b) dargestellt, nicht
eindeutig unterschieden werden können. ΔT in 4(b) bezeichnet einen Unterschied bzw.
eine Differenz zwischen der Stromaufwärtsabgastemperatur und
der Stromabwärtsabgastemperatur des Oxidationskatalysators.
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In
einem Niedrigtemperaturzustand (T3 in 4(a)),
in welchem die Stromaufwärtsabgastemperatur nicht einmal
die Aktivierungstemperatur des Normalprodukts aufgrund einer konstanten
Geschwindigkeit, einer niedrigen Geschwindigkeit oder eines niedrigen
Lastbetriebszustands des Verbrennungsmotors oder dergleichen erreicht
hat, wird weder das Normaprodukt noch das gealterte Produkt aktiviert.
Als Ergebnis kann das Normalprodukt und das gealterte Produkt nicht
wie in dem Hochtemperaturzustand, in welchem die Stromaufwärtsabgastemperatur
die Aktivierungstemperatur des gealterten Produkts erreicht, unterschieden
werden.
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Daher
steuert nach einem ersten beispielhaften Aspekt der vorliegenden
Erfindung ein Abgastemperatureinstellabschnitt einen Verbrennungsmotor
so, dass eine Stromaufwärtsabgastemperatur eines Oxidationskatalysators
eine Bestimmungserlaubnistemperatur wird, bei welcher der Oxidationskatalysator
aktiviert wird, wenn der Oxidationskatalysator normal ist, und bei
welcher der Oxidationskatalysator nicht aktiviert wird, wenn der
Oxidationskatalysator abnormal ist. Die Bestimmungserlaubnistemperatur
entspricht T2 in 4(a), welche die
Beziehung zwischen der HC-Reinheitsrate und den Temperaturen des
Normalprodukts und des gealterten Produkts des Oxidationskatalysators
darstellt. Falls die Stromaufwärtsabgastemperatur die Bestimmungserlaubnistemperatur
wird, führt ein Unverbrannter-Kraftstoff-Zuführabschnitt
dem Oxidationskatalysator unverbrannten Kraftstoff zu. Ein Bestimmungsabschnitt
berechnet einen Veränderungsbetrag der Stromabwärtsabgastemperatur
bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur des
Oxidationskatalysators. Der Bestimmungsabschnitt bestimmt, dass
der Oxidationskatalysator abnormal ist, wenn der Veränderungsbetrag
kleiner als ein bestimmter Wert ist.
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Somit
unterscheidet der Veränderungsbetrag der Stromabwärtsabgastemperatur
bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur, wie
in 4(c) dargestellt, eindeutig zwischen
dem Normalprodukt und dem gealterten Produkt. Somit können
das Normalprodukt und das gealterte Produkt leicht unterschieden
werden. ζ in 4(c) steht für
den Bestimmungswert. Die Werte d1, d2 werden später im
Detail erklärt.
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Die
vorliegende Erfindung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, dass
die Stromaufwärtsabgastemperatur des Oxidationskatalysators
auf die spezifische Temperatur, die für die Bestimmung
wünschenswert ist, eingestellt wird, um korrekt zu bestimmen,
ob der Oxidationskatalysator abnormal ist, unabhängig vom
Betriebszustand des Verbrennungsmotors, und, dass der unverbrannte
Kraftstoff danach dem Oxidationskatalysator zugeführt wird,
wobei der klare Unterschied im Veränderungsbetrag der Stromabwärtsabgastemperatur
bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur zwischen
dem Normalprodukt und dem gealterten Produkt verwendet wird.
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Gemäß eines
zweiten beispielhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung steuert
der Abgastemperatureinstellabschnitt zumindest einen Zeitpunkt,
eine Dauer und/oder eine Zeitanzahl bzw. Anzahl einer Haupteinspritzung
oder einer Nacheinspritzung, mit dem bzw. der der Kraftstoff in
eine Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors eingespritzt wird.
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Zum
Beispiel in dem Fall, in dem die Stromaufwärtsabgastemperatur,
welche in einem niedrigeren Temperaturbereich als die Bestimmungserlaubnistemperatur
ist, auf die Bestimmungserlaubnistemperatur eingestellt wird, kann
die Stromaufwärtsabgastemperatur angehoben werden, und
durch Durchführen der Nacheinspritzung zu einem Zeitpunkt nahe
der Haupteinspritzung, und durch Erhöhen einer Verbrennungsmenge
bzw. eines Verbrennungsbetrags des unverbrannten Kraftstoffs in
der Verbrennungskammer, oder durch Verzögern des Einspritzzeitpunkts
der Haupteinspritzung und durch Erhöhen eines Umwandlungsbetrags
des unverbrannten Kraftstoffs in eine Abgashitze durch eine Verminderung
einer Leistungseffizienz des Verbrennungsmotors auf die Bestimmungserlaubnistemperatur
eingestellt werden.
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Gemäß des
obenstehend beschriebenen zweiten beispielhaften Aspekts der vorliegenden
Erfindung ist der Abgastemperatureinstellabschnitt unter Verwendung
der Steuerung des Verbrennungsmotors erstellt. Daher ist es nicht
notwendig, den Abgastemperatureinstellabschnitt separat von der
Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors vorzusehen. Daher ist die
Konstruktion des bestimmten Abschnitts vereinfacht.
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Gemäß eines
dritten beispielhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung wird der
unverbrannte Kraftstoff dem Oxidationskatalysator unter Verwendung
eines Injektors zugeführt, der den unverbrannten Kraftstoff
in zumindest eine Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors und/oder
die Stromaufwärtsseite des Oxidationskatalysators in der
Abgaspassage einspritzt. Somit kann der Unverbrannte-Kraftstoff-Zuführabschnitt den
unverbrannten Kraftstoff dem Oxidationskatalysator unter vorheriger Verwendung
des Injektors, der in dem Verbrennungsmotor oder einer Abgasbehandlungsvorrichtung
vorgesehen ist, zugeführt werden. Als Ergebnis kann die Konstruktion
des bestimmten Abschnitts vereinfacht werden.
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Gemäß eines
vierten beispielhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung ist der
Veränderungsbetrag der Stromabwärtsabgastemperatur
bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur eine
Differenz oder ein Verhältnis zwischen einer Mehrzahl von Werten
einer Temperaturdifferenz zwischen der Stromaufwärtsabgastemperatur
und der Stromabwärtsabgastemperatur, die durch den Bestimmungsabschnitt
in einem vorbestimmten Zeitintervall erhalten werden. Demgemäß kann
eine komplizierte Bestimmung, zum Beispiel bei welcher die Veränderungsbeträge
der Stromaufwärtsabgastemperatur und der Stromabwärtsabgastemperatur
individuell gemessen werden und die Veränderungsbeträge
mit Bestimmungswerten entsprechend verglichen werden, verhindert
werden, wenn die Abnormalitätsbestimmung des Oxidationskatalysators
durchgeführt wird.
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Wenn
die Durchflussrate des Abgases, das durch den Oxidationskatalysator
passiert, oder das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases
in der Abgasleitung groß ist, kann die Reaktionshitze bzw.
Reaktionswärme des Oxidationskatalysators einfach durch ein
großes Luftvolumen aufgenommen werden. Als Ergebnis ist
es möglich, dass sich der gewünschte Veränderungsbetrag
der Stromabwärtsabgastemperatur bezüglich der
Stromaufwärtsabgastemperatur verändert, wobei
die Verschlechterungsbestimmung des Oxidationskatalysators nicht
durchgeführt werden kann.
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Daher
wird gemäß eines fünften beispielhaften
Aspekts der vorliegenden Erfindung eine Menge des unverbrannten
Kraftstoffs, der dem Oxidationskatalysator zugeführt wird,
gemäß einer Abgasdurchflussrate oder eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
des Abgases, das durch den Oxidationskatalysator passiert, verändert.
Als Ergebnis kann der Einfluss der Veränderung aufgrund
der Abgasdurchflussrate und des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vermieden
bzw. gehemmt werden, wenn der Veränderungsbetrag gemessen
wird, wobei die Verschlechterungsbestimmung des Oxidationskatalysators
mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
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Wenn
die Abgasdurchflussrate oder das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
groß ist, kann die Menge des unverbrannten Kraftstoffs,
der dem Oxidationskatalysator zugeführt wird, vergrößert
bzw. angehoben werden, da die Abgasdurchflussrate oder das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases, das durch den Oxidationskatalysator passiert, wie in
einem sechsten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung
ansteigt.
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Das
Vermeiden bzw. das Vermindern des Einflusses der Veränderung
aufgrund der Abgasdurchflussrate oder des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
zu dem Zeitpunkt, wenn der Veränderungsbetrag gemessen
wird, ist nicht auf das obenstehend beschriebene Verfahren zum Verändern
der unverbrannten Kraftstoffmenge beschränkt. Alternativ
wird die Verminderung bzw. Vermeidung des Einflusses der Veränderung
aufgrund der Abgasdurchflussrate oder des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
zum Beispiel gemäß einem siebten beispielhaften
Aspekt der vorliegenden Erfindung durch Korrigieren eines Schwellwertes
des Veränderungsbetrags der Stromabwärtsabgastemperatur
bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur gemäß eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
oder einer Abgasdurchflussrate während der Abnormalitätsbestimmung
des Oxidationskatalysators erreicht.
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Wenn
das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder die Abgasdurchflussrate
klein sind, kann der Schwellwert erhöht werden, da das
Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder die Abgasdurchflussrate
wie in einem achten beispielhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung
abfallen.
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Falls
es einen bestimmten Unterschied bzw. eine gewisse Differenz zwischen
der Stromaufwärtsabgastemperatur und der Stromabwärtsabgastemperatur
gibt, bevor der unverbrannte Kraftstoff dem Oxidationskatalysator
zugeführt wird, d. h. selbst wenn der Oxidationskatalysator
keine Oxidationsreaktion des unverbrannten Kraftstoffs verursacht
hat, wird angenommen, dass ein Fehler zwischen den Erfassungsvorrichtungen
der Stromaufwärtsabgastemperatur und der Stromabwärtsabgastemperatur
aufgetreten ist. Falls solch ein Fehler aufgetreten ist bzw. vorhanden
ist, ist es möglich, dass der Veränderungsbetrag
der Stromabwärtsabgastemperatur bezüglich der
Stromaufwärtsabgastemperatur nicht korrekt in der Abnormalitätsbestimmung
des Oxidationskatalysators berechnet werden kann.
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Daher
lernt gemäß eines neunten beispielhaften Aspekts
der vorliegenden Erfindung ein Lernabschnitt eine Differenz zwischen
der Stromaufwärtsabgastemperatur und der Stromabwärtsabgastemperatur
während eines Betriebs des Verbrennungsmotors bzw. nimmt
diese auf, bevor der unverbrannte Kraftstoff dem Oxidationskatalysator
zugeführt wird. Der Schwellwert des Abnormalitätsbestimmung
des Oxidationskatalysators wird basierend auf dem Lernwert korrigiert.
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Somit
wird der Schwellwert der Abnormalitätsbestimmung des Oxidationskatalysators
im Hinblick auf den Fehler zwischen der Erfassungsvorrichtung der
Stromaufwärtsabgastemperatur und der Erfassungsvorrichtung
der Stromabwärtsabgastemperatur eingestellt. Als Ergebnis
kann der Veränderungsbetrag der Stromabwärtsabgastemperatur
bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur korrekt berechnet
werden, wobei die Genauigkeit der Abnormalitätsbestimmung
verbessert werden kann.
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Die
Temperaturerfassungsvorrichtung der Stromaufwärtsabgastemperatur
und die Temperaturerfassungsvorrichtung der Stromabwärtsabgastemperatur
werden über den Oxidationskatalysator an der Abgaspassage
vorgesehen. Daher verursacht die Veränderung der Stromabwärtsabgastemperatur eine
Verzögerung bezüglich der Veränderung
der Stromaufwärtsabgastemperatur gemäß einer
Wärmekapazität oder der Oxidationsreaktion des
Oxidationskatalysators, der Abgasdurchflussrate des Abgases, das
durch den Oxidationskatalysator passiert und dergleichen. Falls
die obenstehend erwähnte Verzögerung nicht in
Betracht gezogen wird, ist eine fehlerhafte Bestimmung, dass die
Stromaufwärtsabgastemperatur, die in einem vorbestimmten
Zeitpunkt gemessen wird, höher als die Stromabwärtsabgastemperatur
ist, möglich, obwohl die Stromabwärtsabgastemperatur
eigentlich höher als die Stromaufwärtsabgastemperatur
ist, wenn der Oxidationskatalysator aktiviert worden ist.
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Daher
wird gemäß eines zehnten beispielhaften Aspekts
der vorliegenden Erfindung eine Ermittlung bzw. ein Schätzwert
der Stromaufwärtsabgastemperatur oder der Stromabwärtsabgastemperatur
unter Verwendung einer Übertragungsfunktion berechnet,
die eine Veränderung der Stromabwärtsabgastemperatur
bezüglich einer Veränderung der Stromaufwärtsabgastemperatur
darstellt. Die Abnormalitätsbestimmung wird durch Vergleichen
eines angenommenen Veränderungsbetrags der Stromabwärtsabgastemperatur
bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur mit
dem Bestimmungswert durchgeführt.
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Die
Beziehung zwischen der Veränderung der Stromaufwärtsabgastemperatur
und der Stromabwärtsabgastemperatur wird durch Verwendung
einer Übertragungsfunktion ausgedrückt, die unter
Berücksichtigung der Verzögerung der Temperaturveränderung
basierend auf der Wärmekapazität des Oxidationskatalysators,
der Abgasdurchflussrate und dergleichen eingestellt ist. Durch Berechnen
der Annahme der Stromabwärtsabgastemperatur von der Stromaufwärtsabgastemperatur
unter Verwendung der Übertragungsfunktion, kann der Veränderungsbetrag
der Stromabwärtsabgastemperatur bezüglich der
Stromaufwärtsabgastemperatur unter Berücksichtigung
der obenstehend erwähnten Verzögerung in einer
Zeitreihe berechnet werden. Als Ergebnis kann die Verschlechterungsbestimmung
des Oxidationskatalysators mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
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Gemäß eines
elften beispielhaften Aspekts der vorliegenden Erfindung wird die Übertragungsfunktion
durch eine proportionale Verzögerung erster Ordnung der
Veränderung der Stromabwärtsabgastemperatur bezüglich
der Veränderung der Stromaufwärtsabgastemperatur
und eines Totzeitpunkts bzw. einer Totpunktzeit ausgedrückt.
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Eine
Studie über den Veränderungsbetrag der Stromabwärtsabgastemperatur
bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur des
Oxidationskatalysators durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung
hat ergeben, dass somit der Veränderungsbetrag einem einfachen
System aus einer proportionalen Verzögerung erster Ordnung
und einem Totzeitpunkt angenähert werden kann. Daher kann
die Verschlechterungsbestimmung des Oxidationskatalysators genau
und einfach durch Berechnen des Schätzwerts der Strom abwärtsabgastemperatur
unter Verwendung einer Invers-Übertragungsfunktion durchgeführt
werden, die mit der proportionalen Verzögerung erster Ordnung
und dem Totzeitpunkt ausgedrückt wird, d. h. zum Beispiel,
einer Umkehrung der obenstehend beschriebenen Übertragungsfunktion und
basierend auf einer vergangenen Temperaturinformation der Stromaufwärts-
und Stromabwärtsabgastemperaturen, die dem Totzeitpunkt
vorausgehen, oder einem Vorhersagewert der Stromabwärtsabgastemperatur,
der nach einer vorbestimmten Zeit, nachdem die Stromabwärtsabgastemperatur
mehrere Male gemessen worden ist, auftretend vorhergesagt wird.
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Im
Gegensatz zu dem Fall, in dem die Stromabwärtsabgastemperatur
(Sensorausgabe) der Zeitreihe der Stromaufwärtsabgastemperatur
unter Verwendung der Invers-Übertragungsfunktion entspricht bzw.
angepasst ist, ist es auch möglich, die Stromaufwärtsabgastemperaturveränderung
der Zeitreihe der Stromabwärtsabgastemperaturveränderung
durch Verzögerung der Stromaufwärtsabgastemperaturveränderung
auf der Berechnung unter Verwendung der obenstehenden Übertragungsfunktion
anzupassen.
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Das
heißt, die obenstehend beschriebene Übertragungsfunktion
umfasst die Übertragungsfunktion zum Anpassen der Stromaufwärtsabgastemperaturveränderung
an die Zeitreihe der Stromabwärtsabgastemperaturveränderung
durch Verzögern der Stromaufwärtsabgastemperaturveränderung,
und die Invers-Übertragungsfunktion zum Anpassen der Stromabwärtsabgastemperaturveränderung
an die Zeitreihe der Stromaufwärtsabgastemperaturveränderung
durch Entfernen der Verzögerung bzw. Aufheben dieser.
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Eigenschaften
und Vorteile einer Ausführungsform, als auch Verfahren
eines Betriebs und die Funktionen der entsprechenden Teile werden
anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten
Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich. In den Figuren
zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm, das eine gesamte Konstruktion eines Steuersystems
eines Dieselverbrennungsmotors darstellt, das mit einer Kataly satorabnormalität-Erfassungsvorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist;
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2 ein
Flussdiagramm, das eine erste Abnormalität-Bestimmungsroutine
unter Verwendung der Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung gemäß der
Ausführungsform darstellt;
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3 ein
Flussdiagramm, das eine zweite Abnormalität-Bestimmungsroutine
unter Verwendung der Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung
gemäß der Ausführungsform darstellt;
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4(a) einen Graph, der eine Beziehung zwischen
einer Temperatur und einer HC-Reinheitsrate von einem Normalprodukt
und einem gealterten Produkt eines Oxidationskatalysators gemäß der Ausführungsform
darstellt;
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4(b) einen Graph, der einen Veränderungsbetrag
einer Differenz zwischen einer Stromaufwärtsabgastemperatur
und einer Stromabwärtsabgastemperatur des Normalprodukts
und des gealterten Produkts des Oxidationskatalysators in einem vorbestimmten
Temperaturzustand gemäß der Ausführungsform
darstellt;
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4(c) einen Graph, der einen Veränderungsbetrag
einer Differenz zwischen der Stromaufwärtsabgastemperatur
und der Stromabwärtsabgastemperatur des Normalprodukts
und des gealterten Produkts des Oxidationskatalysators unter einem
anderen vorbestimmten Temperaturzustandes gemäß der
Ausführungsform darstellt;
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5 einen
Graph, der eine temporäre Übertragung eines tatsächlichen
Messwerts der Stromaufwärtsabgastemperatur und der Stromabwärtsabgastemperatur,
und eine Annahme der Stromabwärtsabgastemperatur gemäß der
Ausführungsform darstellt; und
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6 ein
illustratives Diagramm, das ein Berechnungsverfahren des Schätzwerts
der Stromabwärtsabgastemperatur gemäß der
Ausführungsform darstellt.
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Hiernach
wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezüglich
der Figuren beschrieben. 1 stellt eine gesamte Konfiguration
eines Dieselverbrennungsmotors 12 als einen Verbrennungsmotor
dar, bei welchem eine Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung 10 gemäß der
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt wird.
Die Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung 10 bestimmt,
ob ein Oxidationskatalysator 16 (Dieseloxidationskatalysator:
DOC), der in einer Abgaspassage einer Abgasleitung 14 des
Dieselverbrennungsmotors 12 vorgesehen ist, bei einer Soll-Aktivierungstemperatur
normal funktioniert, wodurch sie ein Normalprodukt und ein gealtertes
Produkt des Oxidationskatalysators 16 unterscheidet.
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Injektoren 18 sind
auf entsprechenden Zylindern des Verbrennungsmotors 12 vorgesehen.
Unverbrannter Kraftstoff, der sich bei einem vorbestimmten Druck
angesammelt hat, wird von einer Common-Rail (nicht dargestellt)
den entsprechenden Zylindern über die Injektoren 18 zugeführt.
Eine Einlassleitung 20 ist mit einer Stromaufwärtsseite
des Verbrennungsmotors 12 verbunden, wobei die Abgasleitung 14 mit
einer Stromabwärtsseite des Verbrennungsmotors 12 verbunden
ist. In der Einlassleitung 20 ist ein Luftdurchflussmeter
bzw. Luftmengenmesser 22 zum Messen einer Einlassluftmenge,
welche in die Zylinder des Verbrennungsmotors 12 aufgenommen
wird, vorgesehen.
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In
der Abgasleitung 14 ist der DOC 16 stromabwärts
des Verbrennungsmotors 12 vorgesehen, wobei ein Partikelfilter 24 (Dieselpartikelfilter:
DPF) stromabwärts des DOC 16 vorgesehen ist.
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Der
DOC 16 besteht aus einem keramischen Grundkörper,
der aus einer Wabenstruktur aus Cordierit oder dergleichen besteht,
und welcher einen Oxidationskatalysator auf seiner Oberfläche
lagert bzw. aufweist. Der DOC 16 verursacht eine Oxidations reaktion
eines Kohlenwasserstoffs (HC, englisch: Hydrocarbon), welcher der
unverbrannte Kraftstoff ist, welcher der Abgasleitung 14 zugeführt
wird, um schädliche Substanzen im Abgas zu verbrennen und die
Abgastemperatur anzuheben. Somit wird die Temperatur des DPF 24 angehoben.
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Der
DPF 24 ist ein Keramikfilter. Der DPF 24 ist z.
B. durch Formen einer hitzebeständigen Keramik, wie z.
B. Cordierit in Wabenstruktur und durch abwechselndes Blockieren
eines Einlasses oder eines Auslasses von jeder der mehreren Zellen,
welche Gaspassagen definieren, ausgebildet. Das Abgas des Verbrennungsmotors 12 fließt
stromabwärts, während es durch poröse
Partitionswände des DPF 24 passiert. Zu diesem
Zeitpunkt werden Partikel (PM, englisch: Particulate Matters) in
dem Abgas durch den DPF 24 gesammelt bzw. aufgenommen. Der
DPF 24 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
weist einen Oxidationskatalysator (DOC) darauf gelagert bzw. vorgesehen
auf. Die in dem DPF 24 abgelagerten Partikel werden durch
einen Verbrennungsvorgang, der durch die Oxidationsreaktion des unverbrannten
Kraftstoffs im DOC verursacht wird, verbrannt.
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Der
Dieselverbrennungsmotor 12, die Abgasleitung 14 und
dergleichen sind mit einem ersten, zweiten und dritten Abgastemperatursensor 26, 28, 30,
den Injektoren 18, dem, Luftmengenmesser 22, einem
Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 32, einem
Differenzdrucksensor 34, einer ECU 36, einem Drehzahlsensor 38,
einem Gaspedalpositionssensor 40, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 und dergleichen
vorgesehen.
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Der
erste Abgastemperatursensor 26 ist stromaufwärts
des DOC 16 in der Abgasleitung 14 vorgesehen.
Der erste Abgastemperatursensor 26 erfasst eine Zuflussgastemperatur
des DOC 16 (bezeichnet als Stromaufwärtsabgastemperatur
Tab), und gibt das Erfassungssignal an die ECU 36 aus.
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Der
zweite Abgastemperatursensor 28 ist stromabwärts
des DOC 16 und stromaufwärts des DPF 24 in
der Abgasleitung 14 vorgesehen. Der zweite Abgastemperatursensor 28 gibt
ein Erfassungssignal einer Ausflussgastemperatur des DOC 16 (bezeich net
als Stromabwärtsabgastemperatur Tdown), oder eine Zuflussgastemperatur
des DPF 24 an die ECU 36 aus.
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Der
dritte Abgastemperatursensor 30 ist stromabwärts
des DPF 24 in der Abgasleitung 14 vorgesehen.
Der dritte Abgastemperatursensor 30 erfasst eine Ausflussgastemperatur
des DPF 24 und gibt das erfasste Signal an die ECU 36 aus.
Somit kann erfasst werden, ob der DPF 24 das Verbrennen bei
einer Temperatur verursacht, die einen Qualitätsschutz
bzw. Beständigkeit gewährleistet.
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Der
Differenzdrucksensor 34 ist zu der Abgasleitung 14 stromaufwärts
und stromabwärts des DPF 24 vorgesehen. Der Differenzdrucksensor 34 erfasst
einen Differenzdruck ΔP zwischen der Stromaufwärtsseite
und der Stromabwärtsseite des DPF 24, und gibt
das Erfassungssignal an die ECU 36 aus. Die Partikelablagerungsmenge,
die durch den DPF 24 aufgenommen wird, wird basierend auf
dem Differenzdruck ΔP gemessen.
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Der
Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 32 ist
stromabwärts des DOC 16 und stromaufwärts des
DPF 24 in der Abgasleitung 14 vorgesehen. Der Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 32 erfasst
ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das den DOC 16 passiert
hat, und gibt das Erfassungssignal an die ECU 36 aus.
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Der
Verbrennungsmotor-Drehzahlsensor 38 ist nahe einer Abtriebswelle
des Verbrennungsmotors 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor-Drehzahlsensor 38 erfasst
eine Drehzahl NE des Verbrennungsmotors 12, und gibt das
Erfassungssignal an die ECU 36 aus.
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Der
Gaspedalpositionssensor 40 ist an einem Gaspedal zum Kommunizieren
einer Drehmomentanforderung eines Fahrers und dergleichen auf einem
Fahrzeug (nicht dargestellt) vorgesehen, das unter Verwendung des
Verbrennungsmotors 12 als Leistungsquelle läuft.
Der Gaspedalpositionssensor 40 gibt ein elektrisches Signal
entsprechend einer Position des Gaspedals (Bewegungsbetrag eines Gaspedals
oder eine Gaspedalposition: ACCP, englisch: Accelerator Position)
an die ECU 36 aus.
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Der
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 240 ist an einem Getriebe
(nicht dargestellt) vorgesehen, welches aus einer Leistungseinheit
des Fahrzeugs zusammen mit dem Verbrennungsmotor 12 besteht. Der
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42 erfasst eine Fahrzeuggeschwindigkeit
Vs basierend auf einer Drehzahl der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors 12,
und gibt das Erfassungssignal an die ECU 36 aus.
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Die
ECU 36 besteht aus einem Mikrocomputer, der hauptsächlich
aus einer CPU, einem ROM, einem RAM, einem Flash-Speicher und dergleichen besteht.
Die ECU 36 erfasst einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 12,
wie z. B. eine niedrige Geschwindigkeit bzw. Drehzahl und einen
niedrigen Lastzustand einschließlich eines Leerlaufzustands und
eine hohe Geschwindigkeit bzw. Drehzahl und einen hohen Lastzustand
basierend auf den Erfassungssignalen des Verbrennungsmotor-Drehzahlsensors 38,
dem Gaspedalpositionssensor 40 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42.
Die ECU 36 berechnet die optimale Kraftstoffeinspritzmenge,
den Einspritzzeitpunkt, die Einspritzzeitanzahl bzw. Einspritzanzahl
und dergleichen korrespondierend zum Verbrennungsmotorbetriebszustand,
und steuert die Kraftstoffeinspritzung des Injektors 18.
Die ECU 36 steuert die Einlassluftmenge, die in die Zylinder
des Verbrennungsmotors 12 durch Steuern eines Ventilöffnungsgrades
eines Einlassdrosselventils (nicht dargestellt), das stromabwärts des
Luftmengenmessers 22 in der Einlassleitung 20 vorgesehen
ist, aufgenommen wird.
-
Die
ECU 36 fährt eine erste Abnormalitätsbestimmungsroutine
aus, die in 2 dargestellt ist, und eine
zweite Abnormalitätsbestimmungsroutine, die in 3 dargestellt
ist, um gemäß der vorliegenden Ausführungsform
zu bestimmen, ob der DOC 16 normal ist oder nicht, unter
Verwendung der Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung 10.
In den 2 und 3 steht ”S” für
einen Schritt.
-
Die
ECU 36 gemäß der vorliegenden Ausführungsform
ist programmiert, um die erste und zweite Abnormalitätsbestimmungsroutine
durchzuführen, wenn das Fahrzeug eine vorbestimmte Distanz
fährt. Alternativ kann die erste und zweite Abnormalitätsbestimmungsroutine
anhand einer beliebigen Voraussetzung bzw. eines beliebigen Zu stands durchgeführt
werden, wie z. B. einer Betriebszeit bzw. eines Betriebszeitpunkts
des Verbrennungsmotors 12.
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(Erste Abnormalitätsbestimmungsroutine)
-
Zuerst
bestimmt die ECU 36 durch Erhalten der Fahrzeugdrehzahl
NE, die Gaspedalposition ACCP, die Fahrzeuggeschwindigkeit Vs und
dergleichen von dem Verbrennungsmotordrehzahlsensor 38, dem
Gaspedalpositionssensor 40 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 42,
und durch Vergleichen der erhaltenen Werte mit vorbestimmten Leerlaufzuständen
basierend auf der Verbrennungsmotorendrehzahl, der Gaspedalposition,
der Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen in S100 von 2,
ob sich der Verbrennungsmotor in einem Leerlaufzustand befindet.
Wenn sich der Verbrennungsmotor 12 in dem Leerlaufzustand
(S100: Ja) befindet, schaltet die ECU 36 den Prozessablauf
auf S102.
-
Wenn
sich der Verbrennungsmotor 12 nicht in den Leerlaufzustand
(S100: Nein) befindet, schaltet die ECU 36 den Prozessablauf
auf S32, und bestimmt, ob das Einstellen einer Nacheinspritzung
bei EIN in S122 durchgeführt worden ist. Wenn die Nacheinspritzung
EIN (S132: Ja) ist, stellt die ECU 36 die Nacheinspritzung
während der Ausführung einer separaten Kraftstoffeinspritzsteuerung
in S134 auf AUS, und beendet die erste Abnormalitätsbestimmungsroutine.
Wenn die Nacheinspritzung nicht EIN (S132: Nein) ist, beendet die
ECU 36 die erste Abnormalitätsbestimmungsroutine
wie sie ist. Anschließend führt die ECU 36 den
Bestimmungsprozess des Leerlaufzustands in S100 in einem vorbestimmten Prozessintervall Δτ durch.
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In
S102 erhält die ECU 36 den Ausgabewert des ersten
Abgastemperatursensors 26 (Sensorausgabe A) und den Ausgabewert
des zweiten Abgastemperatursensors 28 (Sensorausgabe B).
Die ECU 36 erhält einen Abweichungsgrad von der
Sensorausgabe B von der Sensorausgabe A gleich dem Ausgabefehler
zwischen der Sensorausgabe A und der Sensorausgabe B als einen Lernwert
C, der als B/A oder B-A ausgedrückt wird, und schaltet
den Prozessablauf auf S104. Der Lernwert C wird gemäß Be stimmungsinhalten
der Prozessabläufe S108, S112, S116 und dergleichen, später
erklärt, aktualisiert.
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Anschließend
führt die ECU 36 eine Anhebesteuerung der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup des DOC 16 in S104 durch. Die Temperaturanhebesteuerung
wird durch Durchführen einer Nacheinspritzung mit dem Injektor 18 zu
einem Zeitpunkt nahe der Haupteinspritzung durchgeführt,
wodurch ein Verbrennungsbetrag des unverbrannten Kraftstoffs in
einer Verbrennungskammer angehoben wird.
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Die
ECU 36 hat bestimmt, dass sich der Verbrennungsmotor 12 im
Leerlaufzustand in S100 befindet, so dass die Abgastemperatur im
Leerlaufzustand eine niedrige Temperatur ist, bei welcher eine Aktivierungsreaktion
nicht auftritt, selbst wenn der unverbrannte Kraftstoff dem normalen
Oxidationskatalysator zugeführt wird. Daher führt
die ECU 36 die Temperaturanhebesteuerung der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup in S104 durch.
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Die
ECU 36 misst die Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup mit dem ersten Abgastemperatursensor 26 in S106. Die
ECU 36 bestimmt, ob sich die Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup in einem voreingestellten Temperaturbereich zwischen einem vorbestimmten
Wert α1 und einem vorbestimmten Wert α2 in S108
befindet. Die vorbestimmten Werte α1, α2 sind
Werte einer unteren Schwelltemperatur und einer oberen Schwelltemperatur,
die einen Temperaturbereich einer Bestimmungserlaubnistemperatur basierend
auf der Bestimmungserlaubnistemperatur anzeigen. Falls die Stromaufwärtsabgastemperatur Tup
innerhalb des Bereichs bleibt, kann die Bestimmung mit hoher Genauigkeit
durchgeführt werden. Daher wird die Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup in solch einem Fall bestimmt, die Bestimmungserlaubnistemperatur
zu sein.
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Die
Bestimmungserlaubnistemperatur ist die Aktivierungstemperatur des
normalen Oxidationskatalysators, welcher bei einer vorbestimmten
Zieltemperatur bzw. Solltemperatur aktiviert wird. Die Bestimmungserlaubnistemperatur
ist eine Temperatur, bei welcher der gealterte Oxidationskatalysator
nicht aktiviert wird. In der vorliegenden Ausführungsform entspricht
die Bestimmungserlaubnistemperatur T2 in 4(a) (z.
B. 250°C).
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Falls
die Stromaufwärtsabgastemperatur Tup in dem Bereich der
Bestimmungserlaubnistemperatur bleibt (S108: Ja), schaltet die ECU 36 den Prozessablauf
auf S110.
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Falls
die Stromaufwärtsabgastemperatur Tup außerhalb
des Bereichs der Bestimmungserlaubnistemperatur ist (S108: Nein),
führt die ECU 36 den Prozessablauf zu dem Lernprozess
(S102) der Differenz zwischen der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup und der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown zurück.
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In
S110 berechnet die ECU 36 einen Fluktuationsbetrag ΔTup
der Stromaufwärtsabgastemperatur Tup, welche die Bestimmungserlaubnistemperatur
ist. Falls der Fluktuationsbetrag ΔTup der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup kleiner als ein vorbestimmter Fluktuationsbetrag (vorbestimmter
Wert β) in S112 ist (S112: Ja), schaltet die ECU 36 den
Prozessablauf auf S114. Falls der Fluktuationsbetrag ΔTup
gleich oder größer als der vorbestimmte Wert β ist
(S112: Nein), führt die ECU 36 den Prozessablauf zu
S102 zurück.
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Die
ECU 36 erhöht eine Messzeit (ΔTup-Stabilitätszeit)
des Fluktuationsbetrags ΔTup der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup in S114. Falls die Messzeit länger als eine vorbestimmte
Zeit (vorbestimmter Wert γ) in S116 ist, schaltet die ECU 36 den Prozessablauf
auf S118. Falls die Messzeit gleich oder kürzer als die
vorbestimmte Zeit γ ist (S116: Nein), führt die
ECU 36 den Prozessablauf zu S102 zurück.
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In
S104 bis S116 hebt die ECU 36 die Abgastemperatur an und
stabilisiert den Fluktuationsbetrag ΔTup der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup des DOC 16, die auf die Bestimmungserlaubnistemperatur
eingestellt ist. Somit stellt die ECU 16 die Temperatur
des DOC 16 auf die Bestimmungserlaubnistemperatur ein.
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Anschließend
berechnet die ECU 36 in S118 eine Abgasdurchflussrate Qex
von der Einlassluftmenge, die mit dem Luftmengenmesser 22 erfasst wird.
Die Abgasdurchflussrate Qex, die in S118 berechnet wird, ist eine
Massendurchflussrate (g/sek) des Abgases. Da der Luftmengenmesser 22 eine Massendurchflussrate
(g/sek) der Einlassluft normal erfasst, kann angenommen werden,
dass die Einlassluftmenge gleich der Abgasdurchflussrate ist.
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In
S120 stellt die ECU 36 eine Nacheinspritzungsmenge Qpost
zum Zuführen des unverbrannten Kraftstoffs zum DOC 16 basierend
auf der Abgasdurchflussrate Qex ein, die in S118 berechnet wird. Die
Nacheinspritzungsmenge Qpost (Nacheinspritzungszeit) wird zum Beispiel
eingestellt, größer als gewöhnlich zu
sein, um eine Verminderung einer Reaktionshitze bzw. Reaktionswärme
des unverbrannten Kraftstoffs im DOC 16 aufgrund einer
Aufnahme des DOC 16 eines großen Luftvolumens
zu verhindern, wenn die Abgasdurchflussrate Qex größer
als eine vorbestimmte Menge ist, die vorher eingestellt wird. Alternativ
kann die Nacheinspritzungsmenge Qpost eingestellt sein, um kontinuierlich
anzusteigen, da die Abgasdurchflussrate Qex basierend auf einer Beziehung
zwischen der Nacheinspritzungsmenge Qpost und der Abgasdurchflussrate
Qex, die vorher erhalten wird, ansteigt.
-
Die
ECU 36 stellt die Nacheinspritzung während der
Ausführung der separaten Kraftstoffeinspritzungssteuerung
in S122 auf EIN. Somit wird der Kraftstoff während eines
Expansionshubs unter Verwendung des Injektors 18 eingespritzt.
Demgemäß wird der Kraftstoff in der Verbrennungskammer
nicht verbrannt, sondern von der Verbrennungskammer an die Abgaspassage
ausgelassen. Somit wird der Kraftstoff dem DOC 16 entlang
des Durchflusses des Abgases, das von der Stromaufwärtsseite
zur Stromabwärtsseite der Abgaspassage fließt,
zugeführt.
-
Die
ECU 36 erhöht eine Nacheinspritzungsausführungsdauer
Tpost in S124. Die Nacheinspritzungsausführungsdauer Tpost
ist eine Dauer zum Durchführen der Nacheinspritzung und
zum Aufzeichnen der Temperaturveränderung des DOC 16. Das
heißt, die Nacheinspritzungsausführungsdauer Tpost
ist eine Dauer, die notwendig für die Verschlechterungsbestimmung
des DOC 16 ist. Aufgrund der Abgasdurchflussrate, einer
Wärmekapazität des DOC 16 und dergleichen,
startet die Temperaturveränderung des DOC 16 nicht
sofort, wenn die Nacheinspritzung gestartet wird, sondern benötigt eine
gewisse Zeitdauer, um aufzutreten. Daher ist es notwendig, zu bestimmen,
ob die Nacheinspritzungsausführungsdauer Tpost eine bestimmte
Zeit überschritten hat, um die Verschlechterungsbestimmung des
DOC 16 durchzuführen.
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Falls
die erhöhte bzw. verlängerte Nacheinspritzungsdauer
Tpost einen vorbestimmten Wert ε überschreitet
(S126: Ja), wird angezeigt, dass es einen Zustand zum Durchführen
der Verschlechterungsbestimmung des DOC 16 gibt. Daher
stellt die ECU 36 ein Oxidationskatalysatorverschlechterungsbestimmungsflag
Fdeg in S128 auf EIN, und beendet die erste Abnormalitätsbestimmungsroutine.
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Wenn
der Wert der Nacheinspritzungsausführungsdauer Tpost, der
in S124 erhöht wird, gleich oder kleiner als der vorbestimmte
Wert ε ist (S126: Nein), wird angezeigt, dass die Temperaturveränderung
des DOC 16 nicht ausreichend für die Verschlechterungsbestimmung
des DOC 16 ist. Daher stellt die ECU 36 das Oxidationskatalysatorverschlechterungsbestimmungsflag
Fdeg in S130 auf AUS, und beendet die erste Abnormalitätsbestimmungsroutine.
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Die
ECU 36 führ die erste Abnormalitätsbestimmungsroutine
erneut von dem Leerlaufzustandsbestimmungsprozess von S100 in einem
vorbestimmten Prozessintervall Δτ durch. Wenn
sich der Dieselverbrennungsmotor 12 nicht im Leerlaufzustand
in S100 befindet (S100: Nein), schaltet die ECU 36 den
Prozessablauf auf S132, um zu bestimmen, ob die Nacheinspritzung
durchgeführt wird. In diesem Fall wird die Nacheinspritzung
in S134 auf AUS gestellt, da die Nacheinspritzung in S122 auf EIN
eingestellt wird, wobei die erste Abnormalitätsbestimmungsroutine
beendet wird. Das heißt, falls der Zustand, in dem die
Nacheinspritzung auf EIN eingestellt wird, fortgeführt
wird, steigt die Temperatur des DOC 16 weiter an, und erreicht
eventuell einen Gleichgewichtszustand. Daher wird die Nacheinspritzung
in S134 auf AUS eingestellt, um die Information der Temperaturveränderung
des Auftretens der Verschlechterungsbestimmung des DOC 16 zu aktualisieren.
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(Zweite Abnormalitätsbestimmungsroutine)
-
In
der zweiten Abnormalitätsbestimmungsroutine wird eine Verschlechterungsbestimmung
zum Bestimmen, ob der DOC 16 abnormal ist oder nicht, durchgeführt.
-
Zuerst
wird, wie in S200 von 3 dargestellt, bestimmt, ob
das Oxidationskatalysatorverschlechterungsbestimmungsflag Fdeg,
das in S128 oder S130 der ersten Abnormalitätsbestimmungsroutine
eingestellt wird, EIN ist. Die ECU 36 schaltet den Prozessablauf
auf S202, wenn das Oxidationskatalysatorverschlechterungsbestimmungsflag
Fdeg EIN ist (S200: Ja).
-
Wenn
das Oxidationskatalysatorverschlechterungsbestimmungsflag Fdeg nicht
EIN ist (S200: Nein), beendet die ECU 36 die zweite Abnormalitätsbestimmungsroutine.
Anschließend führt die ECU 36 den Prozessablauf
von dem Bestimmungsprozessablauf im Leerlaufzustand in S100 zu der
zweiten Abnormalitätsbestimmungsroutine in einem vorbestimmten
Prozessintervall Δτ erneut durch.
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In
S202 misst die ECU 36 die Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup und die Stromabwärtsabgastemperatur Tdown des DOC 16 unter
Verwendung des ersten Abgastemperatursensors 26 und des zweiten
Abgastemperatursensors 28.
-
Anschließend
berechnet die ECU 36 einen Veränderungsbetrag
(Gradient) der Differenz ΔT zwischen der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup und der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown des DOC 16 in
S204.
-
Der
erste Abgastemperatursensor 26 und der zweite Abgastemperatursensor 28 sind
in der Abgasleitung 14 über den DOC 16 vorgesehen.
Daher tritt eine Verzögerung der Veränderung der
Stromabwärtsabgastemperatur Tdown bezüglich der
Veränderung der Stromaufwärtsabgastemperatur Tup
auf, selbst wenn die Stromaufwärtsabgastemperatur Tup und
die Stromabwärtsabgastemperatur Tdown mit dem ersten Abgastemperatursensor 26 und
dem zweiten Abgastemperatursensor 28 gleichzeitig gemessen
werden (siehe 5).
-
Daher
wird in S204 die Stromabwärtsabgastemperatur Tdown in dem
Fall, in dem angenommen wird, dass sich die Veränderung
der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown nicht von der Veränderung der
Stromaufwärtsabgastemperatur Tup verzögert, zuerst
ermittelt, um den Veränderungsbetrag der Differenz ΔT
zwischen der Stromaufwärtsabgastemperatur Tup und der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown,
die aneinander bezüglich einer Zeitreihe angepasst werden,
zu berechnen, d. h., um einen Schätzungsveränderungsbetrag
der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown bezüglich
der Stromaufwärtsabgastemperatur Tup zu erhalten.
-
Wenn
sich die Stromabwärtsabgastemperatur Tdown nach einer Verzögerung
einer vorbestimmten Zeit verändert, nachdem sich die Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup verändert, wird ein Vorhersagewert der Stromabwärtsabgastemperatur
Tdown, welcher nach einer weiteren vorbestimmten Zeit auftreten
wird, basierend auf dem Veränderungsbetrag des tatsächlichen
Messwerts der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown berechnet.
Die Ermittlung der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown kann
mit hoher Genauigkeit unter Verwendung des Vorhersagewertes und
einer in Invers-Übertragungsfunktion, welche eine Umkehrung
einer Übertragungsfunktion ist, die durch Berücksichtigen
einer Zeit, die für die Stromabwärtsabgastemperatur
Tdown notwendig ist, um den tatsächlichen Messwert des
Vorhersagewertes zu erreichen, und die Verzögerung der
Stromabwärtsabgastemperaturveränderung bezüglich
der Stromaufwärtsabgastemperaturveränderung, eingestellt
wird, berechnet werden.
-
Das
heißt, die Invers-Übertragungsfunktion wird durch
eine proportionale Verzögerung erster Ordnung der Veränderung
der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown bezüglich
der Veränderung der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup und eines Totzeitpunkts dargestellt bzw. ausgedrückt.
Die Übertragungsfunktion der Stromabwärtsabgastemperaturveränderung
bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperaturveränderung
wird durch den folgenden Ausdruck bzw. die folgende Formel dargestellt:
e–LS/(1 + Ts), wobei T eine Zeitkonstante
erster Ordnung darstellt, und L den Totzeitpunkt. Die Zeitkonstante
T und der Totzeitpunkt L können basierend auf temporären
Durchschnittswerten der Stromaufwärtsabgastemperatur Tup
berechnet werden, die mit dem ersten Abgastemperatursensor 26 erfasst
werden, und der Stromabwärtsabgastempera tur Tdown, die
mit dem zweiten Abgastemperatursensor 28 erfasst wird.
Die temporären Durchschnittswerte verändern sich
jedoch mit der Abgasdurchflussrate.
-
Zum
Beispiel erhöht sich eine Wärmeübertragung
zwischen dem Abgas und dem DOC 16 pro Zeiteinheit, da sich
die Abgasdurchflussrate erhöht. Daher fallen die Zeitkonstante
T und der Totpunkt L ab, da sich die Abgasdurchflussrate erhöht.
In einem Bereich, in dem die Abgasdurchflussrate gleich oder größer
einem vorbestimmten Wert ist, sind die Zeitkonstante T und der Totpunktzeit
bzw. die Totzeit L im Wesentlichen konstant. Daher berechnet die
ECU 36 die Abgasdurchflussrate, die durch den DOC 16 passiert,
zuerst, und stellt anschließend die Übertragungsfunktion
basierend auf der Zeitkonstante T der proportionale Verzögerung
erster Ordnung und der Totzeit L, die gemäß der
Abgasdurchflussrate eingestellt wird, ein.
-
Die
ECU 36 berechnet den Vorhersagewert F der Stromabwärtsabgastemperatur
Tdown, welcher nach der Zeit gleich der Totzeit L auftreten wird, gemäß einer
nachfolgenden Formel (1) aus dem Veränderungsbetrag des
tatsächlichen Messwertes der Stromabwärtsabgastemperatur
Tdown, d. h., einer Differenz oder eines Verhältnisses
zwischen der gegenwärtig gelesenen Stromabwärtsabgastemperatur Tdown
und der neu gelesenen Stromabwärtsabgastemperatur Tdown.
In der Formel (1), steht T(i – 1) für die gegenwärtig
gelesene Stromabwärtsabgastemperatur Tdown und T(i) für
die neu gelesene Stromabwärtsabgastemperatur Tdown.
-
Formel (1):
-
-
F = T(i) + L{T(i) = T(i – 1)}
-
Wie
in 6 dargestellt, berechnet die ECU 36 die
Annahme bzw. Ermittlung der Stromabwärtsabgastemperatur
Tdown, welche mit der Stromaufwärtsabgastemperatur Tup
hinsichtlich der Zeitreihe zusammengeführt wird, aus dem
Vorhersagewert F der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown
unter Verwendung der Invers-Übertragungsfunktion, welche die
Umkehrung der obenstehend beschriebenen Übertragungsfunktion
ist.
-
Somit
berechnet die ECU 36, wie in 4(c) dargestellt,
eine erste Schätzungsdifferenz d1, welche eine Ermittlung
der Differenz ΔT zwischen der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup und der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown ist, aus
der Stromaufwärtsabgastemperatur Tup, die mit dem ersten Abgastemperatursensor 26 erfasst
wird, und der Ermittlung der Stromabwärtsabgastemperatur
Tdown, die durch die Invers-Übertragungsfunktion berechnet wird.
Wenn eine vorbestimmte Zeit vergeht, nachdem die ECU 36 die
erste Schätzungsdifferenz d1 berechnet, berechnet die ECU 36 eine
zweite Schätzungsdifferenz d2, welche eine Ermittlung der
Differenz ΔT zwischen der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup und der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown ist. Die
ECU 36 berechnet ein Verhältnis (Gradient) zwischen
der ersten Schätzungsdifferenz d1 und der zweiten Schätzungsdifferenz
d2, d. h., den Schätzungsveränderungsbetrag der
Stromabwärtsabgastemperatur Tdown bezüglich der
Stromaufwärtsabgastemperatur Tup.
-
Anschließend
liest die ECU 36 das Erfassungssignal des Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors 32 in
S206, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F des Abgases
zu messen, und schaltet den Prozessablauf anschließend
auf S208.
-
In
S208 berechnet die ECU 36 den Bestimmungswert ζ,
welcher durch einen vorbestimmten Gradienten ausgedrückt
bzw. dargestellt wird, durch Korrigieren eines Schwellwertes des
Veränderungsbetrags der Stromabwärtsabgastemperatur
Tdown bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup basierend auf dem Lernwert C, der in S102 der ersten Abnormalitätsbestimmungsroutine
berechnet wird, und dem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis
A/F, das in S206 der zweiten Abnormalitätsbestimmungsroutine
gemessen wird.
-
In
S210 bestimmt die ECU 36, ob der Gradient, der in S204
berechnet wird, kleiner als der Bestimmungswert ζ ist,
der in S208 berechnet wird. Wenn der Gradient kleiner als der Bestimmungswert ζ ist
(S210: Ja), wird angezeigt, dass der Veränderungsbetrag
(Anstiegsbetrag in der vorliegenden Ausführungsform) der
Stromabwärtsabgastemperatur Tdown bezüglich der
Stromaufwärtsabgastemperatur Tup nicht auftritt oder klein
ist, obwohl die Stromaufwärtsabgastemperatur Tup auf die
Bestimmungserlaubnistemperatur T2 eingestellt wird und der unverbrannte
Kraftstoff dem DOC 16 zugeführt wird. Daher bestimmt
die ECU 36 in diesem Fall, dass der DOC 16 ein
gealtertes Produkt ist, das bei der vorbestimmten Zieltemperatur
T2 in S212 nicht aktiviert wird.
-
Die
ECU 36 führt eine Leuchtsteuerung (MIL-Leuchten)
einer Oxidationskatalysatorverschlechterungsbestimmungsanzeigeleuchte
(nicht dargestellt) in S214 durch. Die Lampe bzw. Leuchte ist in
einer Position vorgesehen, in welcher der Fahrer die Lampe bzw.
Leuchte visuell wahrnehmen kann. Anschließend schaltet
die ECU 36 den Prozessablauf auf S216.
-
Wenn
der Gradient gleich oder größer als der Bestimmungswert ζ ist
(S210: Nein), wird angezeigt, dass ein bestimmter Veränderungsbetrag
der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown bezüglich
der Stromaufwärtsabgastemperatur Tup durch Einstellen der
Stromaufwärtsabgastemperatur Tup auf die Bestimmungserlaubnistemperatur
T2 und durch Zuführen des unverbrannten Kraftstoffs zum
DOC 16 erhalten worden ist. Daher bestimmt die ECU 36,
dass der EOC 16 ein Normalprodukt ist, welches bei der
vorbestimmten Zieltemperatur T2 aktiviert wird. Anschließend
schaltet die ECU 36 den Prozessablauf auf S216.
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In
S216 bestimmt die ECU 36, ob die Einstellung der Nacheinspritzung
auf EIN in S122 der ersten Abnormalitätsbestimmungsroutine
wie in S132 und S134 der ersten Abnormalitätsbestimmungsroutine durchgeführt
worden ist. Wenn die Nacheinspritzung EIN ist (S216: Ja), stellt
die ECU 36 die Nacheinspritzung während der Ausführung
der separaten Kraftstoffeinspritzsteuerung S218 auf AUS, und beendet anschließend
die zweite Abnormalitätsbestimmungsroutine. Wenn die Nacheinspritzung
nicht AN ist (S216: Nein), beendet die ECU 36 die zweit
Abnormalitätsbestimmungsroutine wie sie ist. Anschließend
führt die ECU 36 die zweite Abnormalitätsbestimmungsroutine 2 erneut
in dem vorbestimmten Prozessintervall Δτ durch.
-
Somit
wird mit der Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform die Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup des DOC 16 gemäß dem Betriebszustand
des Verbrennungsmotors 12 auf die Bestimmungserlaubnistemperatur
(siehe T2 in 4(a) oder (c)) basierend
auf der Steuerung des Verbrennungsmotors 12, die durch
die ECU 36 durchgeführt wird, eingestellt, wenn
sich die Abgastemperatur in dem Niedrigtemperaturbereich befindet
(siehe T3 in 4(a)), in welchem der
normale Oxidationskatalysotor nicht aktiviert wird, oder in dem
Hochtemperaturbereich (siehe T1 in 4(a) oder
(b)), in welchem selbst der gealterte Oxidationskatalysator aktiviert wird.
-
Der
unverbrannte Kraftstoff wird dem Oxidationskatalysator zugeführt,
nachdem die Stromaufwärtsabgastemperatur Tup auf die Bestimmungserlaubnistemperatur
eingestellt ist. Somit kann ein klarer Unterschied im Veränderungsbetrag
der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown bezüglich
der Stromaufwärtsabgastemperatur Tup zwischen dem Normalprodukt
und dem gealterten Produkt des DOC 16 erkannt werden.
-
Daher
kann die Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung 10 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform genau zwischen dem Normalprodukt
und dem gealterten Produkt des DOC 16 unterscheiden, ohne
dabei signifikant durch den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 12 beeinflusst
zu sein.
-
Der
erste Abgastemperatursensor 26 und der zweite Abgastemperatursensor 28 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform entsprechen den Temperaturerfassungsvorrichtungen
zum Erfassen der Stromaufwärtsabgastemperatur Tup und der Stromabwärtsabgastemperatur
Tdown des DOC 16 in der Abgaspassage (Abgasleitung 14).
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Die
ECU 36 funktioniert wie in den nachfolgenden Abschnitten
(i) bis (iv) dargestellt.
- (i) Ein Abgastemperatureinstellbereich
(S104 bis S116 in 2), der den Verbrennungsmotor 12 so steuert,
dass die Stromaufwärtsabgastemperatur Tup die Bestimmungserlaubnistemperatur
wird, bei welcher der normale DOC 16 aktiviert wird und der
abnormale DOC 16 nicht aktiviert wird.
- (ii) Ein Unverbrannter-Kraftstoff-Zuführbereich (S118
bis S130 in 2), der den unverbrannten Kraftstoff
dem DOC 16 zuführt, nachdem die Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup auf die Bestimmungserlaubnistemperatur durch den Abgastemperatureinstellbereich
eingestellt ist.
- (iii) Ein Bestimmungsbereich (S200 bis S214 in 3),
der den Veränderungsbetrag, der Stromabwärtsabgastemperatur
Tdown bezüglich der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup basierend auf der Messung unter Verwendung des ersten und zweiten
Abgastemperatursensors 26, 28 berechnet, nachdem
der unverbrannte Kraftstoff dem DOC 16 über den
Unverbrannten-Kraftstoff-Zuführbereich zugeführt
ist, und bestimmt, dass der DOC 16 abnormal ist, wenn der
Veränderungsbetrag kleiner als der Bestimmungswert ist.
- (iv) Ein Lernbereich (S102 in 2), der
die Differenz zwischen der Stromaufwärtsabgastemperatur
Tup und der Stromabwärtsabgastemperatur Tdown des DOC 16 während
des Betriebs des Verbrennungsmotors 12 lernt, bevor der
Unverbrannte-Kraftstoff-Zuführbereich den unverbrannten
Kraftstoff dem DOC 16 zuführt.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die obenstehend beschriebene
Ausführungsform beschränkt, sondern kann vielmehr,
wie nachfolgend dargestellt, beliebig modifiziert sein.
-
Zum
Beispiel führt die Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung 10 gemäß der
obenstehend beschriebenen Ausführungsform die Abnormalitätsbestimmung
des DOC 16 stromaufwärts des DPF 24 in
der Abgaspassage vorgesehen durch. Alternativ kann die Abnormalitätsbestimmung
des DOC, der auf dem DPF 24 gelagert bzw. aufgebracht ist,
anstelle oder zusätzlich zu der Abnormalitätsbestimmung
des DOC 16 unter Verwendung des ersten Abgastemperatursensors 26 oder
des zweiten Abgastemperatursensors 28 und des dritten Abgastemperatursensors 30 durchgeführt
werden. Daher sind die Anordnungen, die Anzahl, die Strukturen und
dergleichen des DOC 16, des DPF 24 und des ersten
bis dritten Abgastemperatursensors 26, 28, 30 nicht
auf die limi tiert bzw. beschränkt, die in der Beschreibung der
obenstehenden Ausführungsform illustriert sind.
-
Zum
Beispiel ist es in dem Fall, in dem die Abnormalitätsbestimmung
des DOC 16, der auf dem DPF 24 aufgebracht ist,
durch die Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung 10 gemäß der
obenstehend beschriebenen Ausführungsform durchgeführt
wird, wenn eine Stromaufwärtsabgastemperatur des DPF 24 auf
die Bestimmungserlaubnistemperatur unter Verwendung der ECU 36 als
der Abgastemperatureinstellbereich eingestellt wird, auch möglich, die
Stromaufwärtsabgastemperatur des DPF 24 unter
Verwendung der Oxidationsreaktionshitze des unverbrannten Kraftstoffs
in dem DOC 16, der stromaufwärts des DPF 24 vorgesehen
ist, anzuheben.
-
Der
Unverbrannte-Kraftstoff-Zuführbereich gemäß der
obenstehend beschriebenen Ausführungsform verwendet die
Nacheinspritzung des Kraftstoffs durch den Injektor 18.
Alternativ kann z. B. ein zusätzlicher Kraftstoffinjektor
stromaufwärts des DOC 16 in der Abgasleitung 14 vorgesehen
sein, wobei eine Kraftstoffeinspritzung durch den zusätzlichen
Kraftstoffinjektor verwendet bzw. durchgeführt werden kann.
In diesem Fall wird der Kraftstoff nicht in die Verbrennungskammer
sondern direkt in die Abgasleitung eingespritzt. Daher wird der
notwendige und unverbrannte Kraftstoff sicher dem DOC 16 zugeführt.
-
In
der obenstehend beschriebenen Ausführungsform wird die
Kraftstoffzuführmenge gemäß der Abgasdurchflussrate
verändert, wenn die ECU 36 als der Unverbrannte-Kraftstoff-Zuführbereich
dem DOC 16 den unverbrannten Kraftstoff zuführt.
Alternativ kann die ECU 36 z. B. die Kraftstoffzuführmenge
erhöhen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F
des Abgases, das durch den DOC 16 passiert ist und mit dem
Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor 36 erfasst
wird, höher als ein vorbestimmter Wert ist, der vorher
in der ECU 36 eingestellt wird (d. h., wenn ein Luft-Kraftstoffverhältnis
mager ist).
-
In
der obenstehend beschriebenen Ausführungsform wird die
Katalysatorabnormalität-Erfassungsvorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung bei der Abnormali tätsbestimmung
des Oxidationskatalysators in dem Fahrzeug mit dem Dieselverbrennungsmotor 12 angewandt.
Darauf ist die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt.
Die vorliegende Erfindung kann z. B. auch bei einem Fahrzeug mit einem
Benzinverbrennungsmotor und anderen verschiedenen Vorrichtungen
angewandt werden, solange die Vorrichtungen über einen
Oxidationskatalysator verfügen.
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Die
vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsformen
beschränkt sein, sondern kann auf vielerlei andere Arten
und Weisen, implementiert sein ohne dabei vom Kern der Erfindung
abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen
definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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