DE102010044067A1

DE102010044067A1 - Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010044067A1
Application number: DE102010044067A
Authority: DE
Inventors: Satoru Kariya-city Nosaka; Tsukasa Kariya-city Kuboshima; Shinichiro Kariya-city Okugawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2011-05-19
Also published as: JP5071819B2; JP2011106349A

Abstract

Um einen übermäßigen Temperaturanstieg eines Dieselpartikelfilters (7) zu beschränken, wird eine Einlassluftströmungsrate verringert und eine Kraftstoffnacheinspritzung wird durchgeführt, sodass eine Sauerstoffkonzentration verringert wird. Eine Erhöhungsmenge der Kraftstoffeinspritzmenge wird größer als in einem Fall gemacht, in dem die Sauerstoffkonzentration nicht verringert ist. Ferner kann eine Kraftstoffeinspritzzeitgebung vorgerückt werden und die Einlassluftströmungsrate kann erhöht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine.
Insbesondere bei einer Dieselkraftmaschine ist es wichtig, die von der Kraftmaschine abgegebenen Partikelstoffe (PM) zu beseitigen. Zum Beseitigen der Partikelstoffe (PM) ist in einem Abgasrohr ein Dieselpartikelfilter (DPF) vorgesehen.
Der Dieselpartikelfilter fängt die Partikelstoffe in dem Abgas. Die gefangenen Partikelstoffe werden an dem Dieselpartikelfilter gesammelt, wodurch ein Verstopfen des Dieselpartikelfilters verursacht werden kann. Somit ist es erforderlich, die gesammelten Partikelstoffe abzubrennen und den Dieselpartikelfilter zu regenerieren. Nach einer Kraftstoffhaupteinspritzung wird eine Kraftstoffnebeneinspritzung durchgeführt, um die Partikelstoffe abzutrennen.
Jedoch wird in einem Fall, in dem sich während einer Regeneration des Dieselpartikelfilters ein Betriebszustand schnell auf einen Leerlaufzustand ändert oder plötzlich ein Bremsbetrieb durchgeführt wird oder ein spontanes Abbrennen der Partikelstoffe stattfindet, die Abgasdurchflussmenge gesenkt, so dass eine Temperatur des Dieselpartikelfilters übermäßig ansteigen kann. Falls eine Temperatur des Dieselpartikelfilters übermäßig ansteigt, dann kann der Dieselpartikelfilter schmelzen oder der an dem Dieselpartikelfilter getragene Katalysator kann sich verschlechtern.
Die JP-2002-188493 A zeigt ein Abgasreinigungssystem, in welchem dann, wenn ein übermäßiger Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters auftreten kann, ein Öffnungsgrad eines Drosselventils verringert wird und ein Abgasrückführungsventil vollständig geöffnet wird, so dass eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringert wird, um ein übermäßiges Abbrennen der Partikelstoffe zu beschränken.
Um die Sauerstoffkonzentration zu verringern, kann eine Einlassluftdurchflussmenge verringert werden oder ein Kraftstoff kann direkt in einen Zylinder eingespritzt werden, sodass überschüssiger Sauerstoff an einem in einem Abgasrohr angeordneten Katalysator reagiert.
Beispielsweise in einem Fall, in dem die Einlassluftdurchflussmenge verringert wird, um den übermäßigen Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters zu vermeiden, falls sich die Kraftstoffeigenschaft ändert oder eine bestimmte Störung auftritt, können ein Kraftmaschinendrehmoment und eine Kraftmaschinendrehzahl abfallen oder eine Kraftstoffverbrennung in einem Zylinder kann instabil werden, was zu einer Fehlzündung oder einem Abwürgen der Kraftmaschine führen kann. Somit sollte die Einlassluftdurchflussmenge verringert werden, ohne dass eine Fehlzündung oder ein Abwürgen der Kraftmaschine verursacht wird. Jedoch wurden im Stand der Technik diese Probleme nicht ausreichend berücksichtigt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend erwähnten Probleme gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine Fehlzündung und ein Abwürgen der Kraftmaschine in einem Fall beschränken kann, dass die Sauerstoffkonzentration zum Verhindern eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Dieselpartikelfilters verringert wurde. Im Übrigen wird eine Steuerung zum Verringern der Sauerstoffkonzentration im weiteren Verlauf als eine Sauerstoffverringerungssteuerung bezeichnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Abgasreinigungssystem folgendes auf:
einen Filter, der in einem Abgasrohr einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, um die Partikelstoffe zu fangen, die in einem durch das Abgasrohr strömenden Abgas enthalten sind;
einen Oxidationskatalysator, der stromaufwärts des Filters angeordnet ist;
ein Sauerverringerungssteuerungsmittel zum Verringern einer Sauerstoffkonzentration in dem in den Filter strömenden Abgas durch Verringern einer Einlassluftdurchflussmenge und Durchführen einer Kraftstoffeinspritzung nach einer Kraftstoffhaupteinspritzung zum Beschränken eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters; und
ein Anpassungsmittel zum Anpassen zumindest einer Kraftstoffeinspritzmenge, einer Kraftstoffeinspritzzeitgebung und/oder einer Einlassluftdurchflussmenge gemäß einer Änderung einer Kraftmaschinendrehzahl, so dass eine Fehlzündung und ein Abwürgen der Kraftmaschine beschränkt werden, wenn das Sauerstoffverringerungssteuerungsmittel die Sauerstoffkonzentration verringert.
Selbst wenn die Kraftmaschinendrehzahl infolge irgendeines Grunds während der Sauerstoffverringerungssteuerung abfällt, können das Drehmoment, die Kraftmaschinendrehzahl und eine Verbrennungsstabilität wiederhergestellt werden, sodass eine Fehlzündung und ein Abwürgen der Kraftmaschine verhindert werden können.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlicher, in welchen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind, und in welchen:
1 eine schematische Ansicht eines Abgasreinigungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist;
2 ein Ablaufdiagramm ist, das Verarbeitungen einer Steuerung zum Beschränken eines übermäßigen Temperaturanstiegs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 ein Ablaufdiagramm ist, das Verarbeitungen einer Steuerung zum Beschränken eines übermäßigen Temperaturanstiegs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
4 ein Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Kraftstoffeinspritzmenge zeigt;
5 ein Schaubild ist, das eine Beziehung zwischen einer Kraftmaschinendrehzahldifferenz und einer Kraftstoffeinspritzmenge zeigt;
6 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Kraftmaschinendrehzahldifferenz und einer Kraftstoffeinspritzzeitgebung zeigt;
7 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Beziehung zwischen einer Kraftmaschinendrehzahldifferenz und einer Einlassluftdurchflussmenge zeigt; und
8 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Bereich einer übermäßigen Temperatur und einen Sicherheitsbereich zeigt.
Im weiteren Verlauf werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht eines Abgasreinigungssystems 1 für eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Das Abgasreinigungssystem 1 wird auf eine vierzylindrige Dieselkraftmaschine 2 angewendet, die mit einem Einlassrohr 3, einem Abgasrohr 4 und einem Abgasrückführungsrohr 5 versehen ist. Das Abgasrohr 4 ist mit einem Dieseloxidationskatalysator (DOC) 6 und einem Dieselpartikelfilter (DPF) 7 versehen. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 8 steuert die vorstehend beschriebenen Komponenten.
Zu der Kraftmaschine 2 wird durch das Einlassrohr 3 Frischluft zugeführt. Das Einlassrohr 3 ist mit einem Luftmengenmesser 31 und einem Drosselventil 32 versehen. Der Luftmengenmesser 31 erfasst eine Einlassluftdurchflussmenge. Die Einlassluftdurchflussmenge gibt eine Massendurchflussmenge pro Zeiteinheit wieder. Diese Einlassluftdurchflussmenge wird durch Steuern eines Öffnungsgrads des Drosselventils 32 eingestellt.
Die Kraftmaschine 2 ist mit einem Kraftstoffinjektor 21, einem Kraftmaschinendrehzahlsensor 22 und einem Verbrennungsdrucksensor 23 ausgestattet. Der Injektor 21 spritzt den Kraftstoff in eine Brennkammer der Kraftmaschine 2 ein. Der Kraftmaschinendrehzahlsensor 22 erfasst eine Kraftmaschinendrehzahl. Der Kraftmaschinendrehzahlsensor 22 hat einen Kurbelwinkelsensor dessen Erfassungssignal zu der ECU 8 geschickt wird. Der Verbrennungsdrucksensor 23 erfasst einen Druck in einem Zylinder.
Durch das Abgasrohr 4 wird ein Abgas abgegeben. Das Abgasrohr 4 ist mit einem Sauerstoffkonzentrationssensor 41 versehen, welcher eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas erfasst, und ist mit einem Abgastemperatursensor 22 versehen, welcher eine Abgastemperatur erfasst. Auf Grundlage des Erfassungswerts der vorstehend erwähnten Sensoren werden die Abgastemperatur und die Sauerstoffkonzentration des in den Dieselpartikelfilter 7 strömenden Abgases erhalten.
Zum Rückführen des Abgases von dem Abgasrohr 4 zu dem Einlassrohr 3 durch ein Abgasrückführungsrohr 5 wird eine Abgasrückführung (AGR) durchgeführt. Das Abgasrückführungsrohr 5 ist mit einem Abgasrückführungsventil 51 versehen, welches eine Rückführungsmenge des Abgases einstellt.
Der Dieselpartikelfilter 7 hat einen wabenförmigen Aufbau, in welchem der Einlass und der Auslass alternierend verstopft sind. Das von der Kraftmaschine 2 abgegebene Abgas beinhaltet die Partikelstoffe (PM). Wenn das Abgas durch den Dieselpartikelfilter 7 strömt, dann werden die Partikelstoffe durch eine innere oder äußere Fläche der Dieselpartikelfilterwand gefangen. Der Dieselpartikelfilter 7 trägt einen Oxidationskatalysator. Ein Differenzialdrucksensor 70 ist angeordnet, um einen Differenzialdruck (Druckverlust) zwischen dem Abgasdruck am Einlass des Dieselpartikelfilters 7 und dem Abgasdruck am Auslass des Dieselpartikelfilters 7 zu messen.
Das Abgasreinigungssystem 1 ist mit einem Beschleunigungseinrichtungsstellungssensor 90 versehen. Der Beschleunigungseinrichtungsstellungssensor 90 erfasst einen Niederdrückbetrag einer Beschleunigungseinrichtung.
Die Erfassungswerte des Luftmengenmessers 31, des Kraftmaschinendrehzahlsensor 22, des Sauerstoffkonzentrationssensors 41, des Abgastemperatursensors 42, des Differenzialdrucksensors 70 und des Beschleunigungseinrichtungsstellungssensors 90 werden zu der ECU 8 übertragen. Die ECU 8 steuert eine Kraftstoffeinspritzzeitgebung, eine Kraftstoffeinspritzmenge und Öffnungsgrade des Drosselventils 32 und des Abgasrückführungsventils 51. Die ECU 8 ist als ein Computer konfiguriert, der eine CPU und einen Speicher 80 aufweist. Die ECU 8 speichert ein Kennfeld, welches eine Beziehung zwischen dem Differenzialdruck und einer Partikelstoffansammlungsmenge wiedergibt.
Alternativ kann die Partikelstoffansammlungsmenge auf Grundlage einer Fahrhistorie der Kraftmaschine 2 geschätzt werden. Genauer gesagt speichert der Speicher 8 ein Kennfeld, welches eine Beziehung zwischen einem Kraftmaschinenbetriebszustand (Kraftmaschinendrehzahl, Kraftmaschinenlast) und einer Menge der von der Kraftmaschine 2 abgegebenen Partikelstoffe wiedergibt. Auf Grundlage dieses Kennfelds wird die Menge der von der Kraftmaschine 2 abgegebenen Partikelstoffe temporär berechnet. Dann wird die Kraftmaschinendrehzahl durch den Kraftmaschinendrehzahlsensor 22 erfasst und die Kraftmaschinenlast wird durch den Beschleunigungseinrichtungsstellungssensor 90 erfasst.
Wenn die ECU 8 auf Grundlage des Erfassungswerts des Differenzialdrucksensors 70 erfasst, dass die Menge der angesammelten Partikelstoffe groß wird, werden die angesammelten Partikelstoffe verbrannt und beseitigt, um den Dieselpartikelfilter 7 zu regenerieren. Eine Beziehung zwischen der Menge der angesammelten Partikelstoffe und dem Erfassungswert des Differenzialdrucksensors 70 wird im Vorfeld in dem Speicher 80 gespeichert.
Als ein Verfahren zum Regenieren des Dieselpartikelfilters 7 führt der Injektor 21 eine Nacheinspritzung nach einer Haupteinspritzung durch. Unverbrannter Kraftstoff, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, wird zu dem Abgasrohr 4 abgegeben. Dann erreicht der unverbrannte Kraftstoff den Dieselpartikelfilter 7 und verbrennt die an dem Dieselpartikelfilter 7 angesammelten Partikelstoffe in Zusammenwirkung mit dem an dem Dieselpartikelfilter 7 getragenen Katalysator ab. Ein Teil des unverbrannten Kraftstoffs wird durch den DOC 6 oxidiert, so dass die Abgastemperatur und die Temperatur des Dieselpartikelfilters 7 erhöht werden.
Wenn eine Möglichkeit besteht, dass der übermäßige Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters auftreten kann, dann wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Sauerstoffverringerungssteuerung ausgeführt. Dann wird eine Beschränkungssteuerung ausgeführt, um eine Verhinderung einer Fehlzündung und eines Abwürgens der Kraftmaschine während der Sauerstoffverringerungssteuerung auszuführen. 2 ist ein Ablaufdiagramm, das diesen Vorgang zeigt. Die in 2 und 3 gezeigten Abläufe sind in dem Speicher 80 gespeichert.
Es ist anzumerken, dass die Partikelstoffe spontan verbrennen, wenn die Menge der angesammelten Partikelstoffe groß ist und die Kraftmaschine plötzlich beschleunigt wird. Der übermäßige Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters beinhaltet einen übermäßigen Temperaturanstieg infolge eines spontanen Abbrennens der Partikelstoffe. Somit ist der in 2 gezeigte Prozess nicht nur während der Dieselpartikelfilterregeneration sondern auch während einer Zeitspanne implementiert, in welcher die Kraftmaschine 2 läuft.
Eine in 2 gezeigte Verarbeitung wird im weiteren Verlauf beschrieben. Im weiteren Verlauf bedeutet eine Sauerstoffkonzentration, die Sauerstoffkonzentration des in dem Dieselpartikelfilter 7 strömenden Abgases.
In Schritt S10 erfasst die ECU 8 eine Dieselpartikelfiltertemperatur, die Sauerstoffkonzentration, die Einlassluftdurchflussmenge und einen Dieselpartikelfilterdifferenzialdruck. Diese Werte werden jeweils durch den Abgastemperatursensor 42, den Sauerstoffkonzentrationssensor 41, den Luftmengenmesser 31 und den Differenzialdrucksensor 70 ermittelt. Unter Bezugnahme auf die Dieselpartikelfiltertemperatur wird im Vorfeld ein Dieselpartikelfiltertemperaturschätzmodell ermittelt und die Dieselpartikelfiltertemperatur kann auf Grundlage des Erfassungswerts des Abgastemperatursensors 42 und des Schätzmodells abgeschätzt werden.
In Schritt S20 schätzt die ECU 8 eine Menge der angesammelten Partikelstoffe und eine Abgasdurchflussmenge ab. Die Menge der angesammelten Partikelstoffe wird auf Grundlage des durch den Differenzialdrucksensor 70 erfassten Differenzialdrucks oder einer Betriebshistorie abgeschätzt.
In Schritt S30 bestimmt die ECU 8, ob die Sauerstoffverringerungssteuerung ausgeführt werden muss. Wenn die Antwort in Schritt S30 JA lautet, dann schreitet der Ablauf zu Schritt S50 vor. Wenn die Antwort in Schritt S30 NEIN lautet, dann schreitet der Ablauf zu Schritt S40 vor. 8 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern eines speziellen Verfahrens zum Bestimmen, ob die Sauerstoffverringerungssteuerung erforderlich ist.
8 zeigt eine Beziehung zwischen der Einlassluftdurchflussmenge und der Sauerstoffkonzentration. Der Bereich von 8 ist in zwei Bereiche aufgeteilt. In einem Bereich besteht eine Möglichkeit, dass der übermäßige Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters auftritt. In dem anderen Bereich besteht keine Möglichkeit, dass der übermäßige Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters auftritt. Der erste Bereich wird als ein Bereich übermäßiger Temperatur bezeichnet und der andere Bereich wird als ein Sicherheitsbereich bezeichnet. Wie in 8 gezeigt ist, ist es wahrscheinlich, dass der übermäßige Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters einfach auftritt, wenn die Sauerstoffkonzentration relativ hoch ist und die Einlassluftdurchflussmenge relativ niedrig ist. Um den übermäßigen Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters zu verhindern, sollte die Einlassluftdurchflussmenge erhöht werden oder die Sauerstoffkonzentration sollte verringert werden.
Mit zunehmender Menge der angesammelten Partikelstoffe oder mit einem Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters bewegt sich eine Grenzlinie zwischen dem Bereich übermäßiger Temperatur und dem Sicherheitsbereich in 8 nach oben. Mit anderen Worten ist es wahrscheinlicher, dass der übermäßige Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters auftritt, wenn die Menge der angesammelten Partikelstoffe zunimmt oder die Dieselpartikelfiltertemperatur ansteigt.
Ein in 8 gezeigtes Kennfeld wird im Vorfeld in dem Speicher 8 gespeichert. In Schritt S30 bestimmt die ECU 8 auf Grundlage des im Vorfeld gespeicherten Kennfelds, der Dieselpartikelfiltertemperatur, der Sauerstoffkonzentration, der Einlassluftdurchflussmenge und der Menge der angesammelten Partikelstoffe, ob sie sich in dem Bereich übermäßiger Temperatur oder in dem Sicherheitsbereich befindet. Wenn sie sich in dem Bereich übermäßiger Temperatur befindet, dann ist die Sauerstoffverringerungssteuerung erforderlich. Wenn sie sich in dem Sicherheitsbereich befindet, dann ist die Sauerstoffverringerungssteuerung nicht erforderlich. Beispielsweise dann, wenn sich der Kraftmaschinenbetriebszustand während einer Regeneration des Dieselpartikelfilters 7 auf den Leerlaufzustand ändert oder ein spontanes Abbrennen der Partikelstoffe stattfindet, dann schreitet der Ablauf zu Schritt S50 vor.
In Schritt S40 legt die ECU 8 die Kraftstoffeinspritzmenge, die Einspritzzeitgebung und die Einlassluftdurchflussmenge für eine normale Steuerung fest, bei der die Sauerstoffverringerungssteuerung nicht ausgeführt wird. Unterdessen startet die ECU 8 in Schritt S50 die Sauerstoffverringerungssteuerung. Dann legt die ECU 8 in Schritt S60 die Kraftstoffeinspritzmenge, die Einspritzzeitgebung und die Einlassluftdurchflussmenge für die Sauerstoffverringerungssteuerung fest.
In der Sauerstoffverringerungssteuerung wird das Einlassdrosselventil 32 bewegt, um die Einlassluftdurchflussmenge zu verringern und nach einer Kraftstoffhaupteinspritzung wird eine Kraftstoffnacheinspritzung durchgeführt. Im Grunde wird der durch die Kraftstoffnacheinspritzung eingespritzte Kraftstoff in einem Zylinder verbrannt, ohne das Drehmoment zu erhöhen.
Jedoch wird ein Teil des durch die Kraftstoffnacheinspritzung eingespritzten Kraftstoffs nicht verbrannt und reagiert an dem von dem Dieseloxidationskatalysator 6 oder dem Dieselpartikelfilter 7 getragenen Katalysator, so dass Sauerstoff verbraucht wird. Somit wird die Sauerstoffkonzentration verringert, um den übermäßigen Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters zu beschränken.
Ein Grad der Sauerstoffverringerung durch die Sauerstoffverringerungssteuerung wird auf Grundlage des folgenden Verfahrens bestimmt. Im Allgemeinen ist eine Dieselkraftmaschine eine mager verbrennende Kraftmaschine. Bei der mageren Verbrennung hängt ein erzeugtes Drehmoment von der Kraftstoffeinspritzmenge ab. Durch Verringern der Einlassluftdurchflussmenge wird die magere Verbrennung auf eine fette Verbrennung geändert, bei der das erzeugte Drehmoment nicht gemäß der Kraftstoffeinspritzmenge variiert werden kann. Bei der Sauerstoffverringerungsteuerung des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die Einlassluftdurchflussmenge in einem Bereich verringert, in welchem das Drehmoment durch Variation der Kraftstoffeinspritzmenge gesteuert werden kann.
4 bis 7 zeigen Beziehungen zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstoffeinspritzzeitgebung und der Einlassluftdurchflussmenge in der normalen Steuerung und in der Sauerstoffverringerungsteuerung. 4 und 5 zeigen ein Anpassungsverfahren der Kraftstoffeinspritzmenge. In 4 gibt eine Abszissenachse eine Kraftmaschinendrehzahl Ne wieder. In 5 gibt eine Abszissenachse eine Differenzialdrehzahl ΔNe zwischen der gegenwärtigen Kraftmaschinendrehzahl und einer Sollkraftmaschinendrehzahl wieder.
Wie dies in 4 gezeigt ist, wird bei der normalen Steuerung und bei einer herkömmlichen Sauerstoffverringerungssteuerung die Kraftstsoffeinspritzmenge erhöht, wenn die Kraftmaschinendrehzahl kleiner ist. In der Sauerstoffverringerungsteuerung des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die Kraftstoffeinspritzmenge weiter als bei der normalen Steuerung und der herkömmlichen Sauerstoffverringerungssteuerung erhöht, wenn die Kraftmaschinendrehzahl kleiner ist. Wie in 5 gezeigt ist, wird ferner in der Sauerstoffverringerungssteuerung des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Erhöhungsmenge der Kraftstoffeinspritzung mehr als bei der normalen Steuerung und der herkömmlichen Sauerstoffverringerungssteuerung erhöht, wenn die Kraftmaschinendrehzahl niedriger als die Solldrehzahl (ΔNe < 0) ist.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird gemäß der Sauerstoffverringerungssteuerung der vorliegenden Erfindung die Einlassluftdurchflussmenge in einem Bereich verringert, in dem das Drehmoment auf Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge gesteuert werden kann. Selbst wenn die Kraftmaschinendrehzahl infolge irgendeines Grunds während der Sauerstoffverringerungssteuerung abfällt, kann daher die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht werden, sodass das Kraftmaschinendrehmoment und die Kraftmaschinendrehzahl effizient wiederhergestellt werden können. In einem Fall, in dem die Kraftmaschinendrehzahl so gesteuert wird, dass sie mit der Sollkraftmaschinendrehzahl übereinstimmt, wie dies in 5 gezeigt ist, wird ferner die Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage der Differenzialdrehzahl bestimmt, wodurch die Kraftmaschinendrehzahl mit höchster Genauigkeit auf die Sollkraftmaschinendrehzahl gebracht wird.
6 ist ein Ablaufdiagramm zum Erläutern eines Steuerungsverfahrens einer Kraftstoffeinspritzzeitgebung. Bei der normalen Steuerung und bei der herkömmlichen Sauerstoffverringerungssteuerung ist die Zündzeitgebung selbst dann im Wesentlichen konstant, wenn die Kraftmaschinendrehzahl niedriger als die Solldrehzahl ist (ΔNe < 0). In der Sauerstoffverringerungssteuerung des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird die Kraftstoffeinspritzzeitgebung linear um ein gewisses Ausmaß vorgerückt, wenn die Kraftmaschinendrehzahl niedriger als die Solldrehzahl ist.
In der herkömmlichen Sauerstoffverringerungssteuerung ist es wahrscheinlich, dass ein Verbrennungszustand instabil wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Kraftstoffeinspritzzeitgebung vorgerückt, sodass der Verbrennungszustand stabil wird. Selbst wenn die Kraftmaschinendrehzahl aus irgendeinem Grund während der Sauerstoffverringerungssteuerung abfällt, wird daher die Kraftstoffeinspritzzeitgebung vorgerückt, so dass der Kraftmaschinenverbrennungszustand und die Kraftmaschinendrehzahl effizient wiederhergestellt werden können.
7 ist ein Schaubild zum Erläutern eines Steuerungsverfahrens der Einlassluftdurchflussmenge. In einer herkömmlichen Sauerstoffverringerungssteuerung wird die Einlassluftdurchflussmenge stärker als in der normalen Steuerung verringert. Selbst wenn die Kraftmaschinendrehzahl unter die Solldrehzahl fällt, wird die Einlassluftdurchflussmenge jedoch nicht besonders gesteuert. Dahingegen wird gemäß der Sauerstoffverringerungssteuerung der vorliegenden Erfindung dann, wenn die Kraftmaschinendrehzahl unter die Solldrehzahl fällt, die Einlassluftdurchflussmenge linear erhöht, so dass sie mit der Einlassluftdurchflussmenge in der normalen Steuerung übereinstimmt.
Somit wird in der in 7 gezeigten vorstehend erwähnten Steuerung selbst dann, wenn die Kraftmaschinendrehzahl aus irgendeinem Grund während der Sauerstoffverringerungsteuerung abfällt, die Einlassluftdurchflussmenge erhöht, so dass der Kraftmaschinenverbrennungszustand und die Kraftmaschinendrehzahl effizient wiederhergestellt werden können. Die in 7 gezeigte Kraftmaschineneinspritzungsmenge beinhaltet eine Kraftstoffhaupteinspritzungsmenge und die Kraftstoffnacheinspritzungsmenge.
In Schritt S50 kann zumindest die Kraftstoffeinspritzmenge, die Kraftstoffeinspritzzeitgebung und/oder die Einlassluftdurchflussmenge gemäß der Sauerstoffverringerungssteuerung der vorliegenden Erfindung gesteuert werden. Wenn die Kraftmaschinendrehzahl fällt, können alternativ die Erhöhung der Kraftstoffeinspritzung, das Vorrücken der Kraftstoffeinspritzzeitgebung und die Erhöhung der Einlassluftdurchflussmenge sequentiell durchgeführt werden.
Im weiteren Verlauf wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben. Die sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidenden Abschnitte werden im weiteren Verlauf beschrieben. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Beschränkungssteuerung gemäß einem in 3 gezeigten Ablaufdiagramm ausgeführt.
Die Verarbeitungen der Schritte S10 bis S60 sind gleich wie jene in 2. In Schritt S70 ermittelt die ECU 8 einen Verbrennungszustand in einem Zylinder. In Schritt S80 bestimmt die ECU 8, ob der Verbrennungszustand instabil ist. Wenn die Antwort NEIN lautet (stabil), dann wird die Verarbeitung beendet. Wenn die Antwort JA lautet (instabil), dann schreitet der Ablauf zu Schritt S90.
Falls ein Änderungsbereich der durch den Kraftmaschinendrehzahlsensor 22 erfassten Kraftmaschinendrehzahl einen bestimmten Bereich überschreitet, kann die ECU 8 bestimmen, dass der Verbrennungszustand instabil ist. Falls ein Änderungsbereich des durch den Verbrennungsdrucksensor 23 erfassten Verbrennungsdrucks einen bestimmten Bereich überschreitet, kann die ECU 8 alternativ bestimmen, dass der Verbrennungszustand instabil ist. Falls eine Streuung des Verbrennungsdrucks mit Bezug auf jeden Zylinder einen bestimmten Bereich überschreitet, kann die ECU 8 alternativ bestimmen, dass der Verbrennungszustand instabil ist.
In Schritt S90 korrigiert die ECU 8 zumindest die Kraftstoffeinspritzzeitgebung und/oder die Einlassluftdurchflussmenge. Genauer gesagt wird die Kraftstoffeinspritzzeitgebung durch Vorrücken korrigiert und die Einlassluftdurchflussmenge wird durch Erhöhung korrigiert. Diese Korrekturmengen werden im Vorfeld in Übereinstimmung mit der Instabilität des Verbrennungszustands bestimmt. Durch Vorrücken der Kraftstoffeinspritzzeitgebung oder durch Erhöhen der Einlassluftdurchflussmenge wird der Verbrennungszustand stabil oder das Drehmoment wird derart erhöht, dass der übermäßige Temperaturanstieg des Dieselpartikelfilters beschränkt werden kann.
In dem vorstehend erwähnten Ausführungsbeispiel wird die Abgasdurchflussmenge in Schritt S20 geschätzt. Die in 8 gezeigte Charakteristik ändert sich selbst dann nicht, wenn die Vertikalachse die Abgasdurchflussmenge wiedergibt. Somit kann die abgeschätzte Abgasdurchflussmenge in Schritt S20 als ein Parameter in 8 verwendet werden. Da in diesem Fall die den Dieselpartikelfilter 7 durchströmende Abgasdurchflussmenge berücksichtigt wird, wird die Wärmemenge, die das Abgas von dem Dieselpartikelfilter 7 empfängt, präzise bestimmt.
Ein Berechnungsverfahren des Schätzwerts der Abgasdurchflussmenge wird im weiteren Verlauf beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Strömungsrate einen Volumenstrom pro Zeiteinheit (d. h., die Strömungsgeschwindigkeit) wiedergibt. Die durch den Luftmengenmesser 31 erfasste Einlassluftmassendurchflussmenge pro Zeiteinheit wird in eine Abgasvolumendurchflussmenge umgewandelt. Die Abgasvolumendurchflussmenge wird gemäß der folgenden Formel (E1) berechnet: V (m³/sec) = [G (g/Sec)/28,8 (g/Mol)]×22,4 × 10^–3 (m³/Mol) × [Tdpf (K)/273 (K)] × [P0 (kPa)/(P0 (KPa) + ΔP (kPa))] + Q (cc/sec)/207,3 (g/Mol) × 0,84 (g/cc) × 6,75 × 22,4 × 10^–3 (m³/Mol) × [P0 (kPa)/(P0 (KPa) + ΔP (kPa))] (E1) wobei V (m³/sec) eine Abgasvolumendurchflussmenge pro Zeiteinheit wiedergibt, G (g/sec) eine Einlassluftmassendurchflussmenge pro Zeiteinheit wiedergibt, Tdpf eine Dieselpartikelfiltertemperatur wiedergibt, P0 (kPa) den Atmosphärendruck wiedergibt, ΔP (kPa) den Dieselpartikelfilterdifferenzialdruck wiedergibt und Q (cc/sec) eine Kraftstoffeinspritzmenge pro Zeiteinheit wiedergibt. Die Werte von „G”, „Tpdf” und „ΔP” werden jeweils durch den Luftmengenmesser 31, den Abgastemperatursensor 41 bzw. den Differenzialdrucksensor 70 erfasst. Der Wert von „Q” ist ein Befehlswert, der die Kraftstoffeinspritzmenge anzeigt.
In der Formel E1 gibt ein erster Ausdruck auf der rechten Seite eine Einlassluftvolumendurchflussmenge wieder und ein zweiter Ausdruck gibt eine Erhöhung der Abgasdurchflussmenge wieder. In dem zweiten Ausdruck bedeutet „0,84 (g/cc)” eine Flüssigkeitsdichte des Leichtöls, „22,4 × 10^–3 (m³/Mol)” bedeutet ein Volumen je Mol des idealen Gases unter einem Druck von einer Atmosphäre und 0°C. Der Wert „6,75” ist eine Erhöhungsrate der Molanzahl des Abgases bezüglich der Kraftstoffeinspritzmenge eines Mols.
Die Erhöhungsrate „6,75” wird folgendermaßen erhalten. Eine Zusammensetzung des Leichtöls wird typischerweise als C₁₅H_27,3 (Molekulargewicht 207,3) ausgedrückt und seine Verbrennung wird durch die folgende Formel E2 ausgedrückt. Wenn die Kraftstoffeinspritzmenge 1 (Mol) beträgt, dann beträgt das Abgas 6,75 = (15 + 13,5) – 21,75) Mol C₁₅H_27,3 + 21,75 O₂ → 15 CO₂ + 13,5 H₂O (E2)
In der Formel E1 ist die Kraftstoffeinspritzmenge Q eine durchschnittliche Kraftstoffeinspritzmenge.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen entspricht der Vorgang in Schritt S50 einem Sauerstoffverringerungssteuerungsmittel. Die Vorgänge in Schritten S60 und S80 entsprechen einem Anpassungsmittel. Der Vorgang in Schritt S70 entspricht einem Erfassungsmittel. Die vorliegende Erfindung kann sowohl auf einen mager verbrennenden Ottomotor als auch auf eine Dieselkraftmaschine angewendet werden.
Um einen übermäßigen Temperaturanstieg eines Dieselpartikelfilters (7) zu beschränken, wird eine Einlassluftströmungsrate verringert und eine Kraftstoffnacheinspritzung wird durchgeführt, sodass eine Sauerstoffkonzentration verringert wird. Eine Erhöhungsmenge der Kraftstoffeinspritzmenge wird größer als in einem Fall gemacht, in dem die Sauerstoffkonzentration nicht verringert ist. Ferner kann eine Kraftstoffeinspritzzeitgebung vorgerückt werden und die Einlassluftströmungsrate kann erhöht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2002-188493 A [0005]

Claims

Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, mit: einem Filter (7), der in einem Abgasrohr (4) einer Brennkraftmaschine (2) zum Sammeln von Partikelstoffen angeordnet ist, die in einem durch das Abgasrohr strömenden Abgas enthalten sind; einem Oxidationskatalysator (6), der stromaufwärts des Filters angeordnet ist; einem Sauerstoffverringerungssteuerungsmittel (S50) zum Verringern einer Sauerstoffkonzentration in dem in den Filter (7) strömenden Abgas durch Verringern einer Einlassluftdurchflussmenge und Durchführen einer Kraftstoffeinspritzung nach einer Kraftstoffhaupteinspritzung, um einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters zu beschränken; und einem Anpassungsmittel (S60, S80) zum Anpassen zumindest einer Kraftstoffeinspritzmenge, einer Kraftstoffeinspritzzeitgebung und/oder einer Einlassluftdurchflussmenge gemäß einer Änderung einer Kraftmaschinendrehzahl, sodass eine Fehlzündung und ein Abwürgen der Kraftmaschine beschränkt werden, wenn das Sauerstoffverringerungssteuerungsmittel die Sauerstoffkonzentration verringert.
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei das Anpassungsmittel (S60, S80) die Kraftstoffeinspritzmenge stärker als in einem Fall erhöht, in dem das Sauerstoffverringerungssteuerungsmittel die Sauerstoffkonzentration nicht verringert, wenn die Kraftmaschinendrehzahl abgenommen hat.
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei das Anpassungsmittel (S60, S80) eine Kraftstoffeinspritzmengenerhöhungsrate stärker als in einem Fall erhöht, in dem das Sauerstoffverringerungssteuerungsmittel die Sauerstoffkonzentration nicht verringert, wenn eine Differenz zwischen einer Kraftmaschinendrehzahl und einer Sollkraftmaschinendrehzahl größer wird.
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Anpassungsmittel (S60, S80) eine Zündzeitgebung gemäß einer Abnahme der Kraftmaschinendrehzahl vorrückt, während das Sauerstoffverringerungssteuerungsmittel die Sauerstoffkonzentration verringert.
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit: einem Erfassungsmittel (S70) zum Erfassen, ob ein Verbrennungszustand der Brennkraftmaschine instabil ist, wobei das Anpassungsmittel die Kraftstoffeinspritzzeitgebung vorrückt, wenn der Verbrennungszustand instabil ist.
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Anpassungsmittel (S60, S80) eine Einlassluftdurchflussmenge gemäß einer Abnahme der Kraftmaschinendrehzahl erhöht, während das Sauerstoffverringerungssteuerungsmittel die Sauerstoffkonzentration verringert.
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit: einem Erfassungsmittel (S70) zum Erfassen, ob ein Verbrennungszustand der Brennkraftmaschine instabil ist, wobei das Anpassungsmittel eine Einlassluftdurchflussmenge erhöht, wenn der Verbrennungszustand instabil ist.
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Anpassungsmittel die Kraftstoffeinspritzmenge nach einer Kraftstoffhaupteinspritzung erhöht, wenn die Einlassluftdurchflussmenge erhöht ist.
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 5 oder 7, wobei das Erfassungsmittel (S70) eine Änderung einer Winkelgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine erfasst.
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 5 oder 7, wobei das Erfassungsmittel (S70) eine Änderung eines Verbrennungsdrucks der Brennkraftmaschine erfasst.