DE102016105678A1

DE102016105678A1 - Steuervorrichtung für eine dieselmaschine

Info

Publication number: DE102016105678A1
Application number: DE102016105678.2A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kobayashi; Yusuke Nozaki; Masanobu Katayama; Kensuke Kitagawa; Takashi Nishimoto; Shintaro Tomita; Takashi Tomita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2016-10-06
Also published as: JP6287933B2; JP2016194254A

Abstract

Nachdem zu der Zeit einer NOx-Reduktionsteuerung verursacht wurde, dass ein Einspritzer (2) eine Haupteinspritzung eines Kraftstoffs durchführt, wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases durch Durchführen einer Nacheinspritzung von Kraftstoff in einem Expansionstakt eines Zylinders (10) angereichert, und es wird verursacht, das EGR-Gas durch einen EGR-Durchtritt (81) strömt, um zu einem Einlassdurchtritt (6) rezirkuliert zu werden. Zu dieser Zeit wird die Nacheinspritzung in einem Zustand derart durchgeführt, in dem eine Zylindertemperatur (TA) höher als eine im Voraus eingestellte Temperatur (TA1) ist, dass eine SOF-Rate in den PM in dem Abgas (SOF/PM) niedriger als oder gleich wie eine vorbestimmte Rate ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Dieselmaschine und insbesondere eine Steuervorrichtung, die eine Wiederherstellungssteuerung zum Wiederherstellen der Leistungsfähigkeit einer Abgassteuervorrichtung ausführt.
Bekannter Weise ist als eine Abgassteuervorrichtung für eine Dieselmaschine, die z.B. an einem Fahrzeug oder Ähnlichem montiert ist, eine Abgassteuervorrichtung bekannt, die einen De-NOx-Katalysator und einen PM-Filter hat. Der De-NOx-Katalysator ist in der Lage, Stickoxide (NOx) sogar in einem Abgas zu reinigen, das eine hohe Konzentration von Sauerstoff aufweist. Der PM-Filter fängt Partikelbestandteile (PM) in dem Abgas.
Der De-NOx-Katalysator ist ein sogenannter NOx-Speicherreduktionskatalysator und hat ein NOx-Speichermaterial, das NOx in einem Zustand speichert, in dem die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas hoch ist (mit anderen Worten, in einem Zustand, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F des Abgases mager ist). Abgas wird dadurch gereinigt, das verursacht wird, dass das in dem NOx-Speichermaterial gespeicherte NOx mit einem Reduktionsbestandteil wie z.B. mit Kohlenstoffmonoxid (CO) und mit Kohlenwasserstoffen (HC) reagiert, dessen Konzentration in dem Abgas steigt, wenn die Konzentration von Sauerstoff sich verringert, nämlich wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis angereichert wird.
In einem derartigen De-NOx-Katalysator verringert sich mit einem Anstieg der NOx-Speichermenge die Kapazität, das in dem Abgas enthaltene NOx zu speichern, und so wird, wenn die Speichermenge eine vorbestimmte Schwelle erreicht, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases beabsichtigt angereichert, und somit das gespeicherte NOx reduziert (was ein Beispiel einer Wiederherstellungssteuerung zum Wiederherstellen der Reinigungsleistungsfähigkeit der Abgassteuervorrichtung ist, und im Folgenden auch als NOx-Reduktionssteuerung bezeichnet wird).
Ebenfalls wird in dem PM-Filter, da der Luftströmungswiderstand des Filters sich mit einem Anstieg der Menge der gefangenen PM erhöht, wenn die Menge der gefangenen PM eine vorbestimmte Schwelle erreicht, z.B. Kraftstoff in das Abgas zugeführt, und durch die Verbrennung des Kraftstoffs eine Filtertemperatur auf eine vorbestimmte Temperatur oder höher angehoben, und somit die gefangenen PM oxidiert (verbrannt) und entfernt (dies ist ebenfalls ein Beispiel der Wiederherstellungssteuerung und im Folgenden wird dies auch ebenfalls als Filterwiederherstellungssteuerung bezeichnet).
Noch genauer wird in einer Dieselmaschine, die in der Druckschrift JP 2013-194597 A beschrieben ist, zu der Zeit der Wiederherstellungssteuerung wie voranstehend beschrieben eine Haupteinspritzung des Kraftstoffs nahe einem oberen Punkt der Verdichtung eines Zylinders durchgeführt, und dann eine Nacheinspritzung in einem Expansionstakt durchgeführt, und somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases angereichert. Zu dieser Zeit wird ein Teil des Abgases (EGR-Gas) durch Öffnen eines EGR-Ventils zu einem Einlassventil rezirkuliert, und somit ein Anstieg der Verbrennungstemperatur unterdrückt.
Da übrigens das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu der Zeit der Wiederherstellungssteuerung angereichert wird, wie voranstehend beschrieben wurde, haften sich, wenn das EGR-Gas rezirkuliert wird, in dem EGR-Gas enthaltene PM einfach an die Wandoberfläche eines EGR-Durchtritts an, so dass eine Sorge besteht, dass hier eine Ablagerung erzeugt wird und sich ansammelt. Aus diesem Grund wird gemäß der JP 2013-194597 A auf Basis der Temperatur des EGR-Durchtritts oder Ähnlichem bestimmt, ob eine Ablagerung einfach erzeugt wird, und wenn z.B. bestimmt wird, dass eine Kühlmitteltemperatur niedrig ist und eine Ablagerung einfach erzeugt wird, wird das EGR-Ventil geschlossen, um die Strömung des EGR-Gases zu unterbinden.
Auf diese Weise gibt es bekanntermaßen zu der Zeit, zu der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases für die Wiederherstellungssteuerung angereichert wird, einen Fall, in dem es notwendig ist, die Strömung des EGR-Gases durch den EGR-Durchtritt aus dem Grund zu unterbinden, eine Ansammlung einer Ablagerung zu verhindern, und es gibt nur eine kleine Anzahl von günstigen Gelegenheiten, das EGR-Gas rezirkulieren zu lassen. Deswegen besteht hier eine Unbequemlichkeit, dass die Wirkung einer Reduktion der Verbrennungstemperatur oder Ähnliches nicht ausreichend erlangt wird.
Die Erfindung erhöht die Anzahl der günstigen Gelegenheiten, ein EGR-Gas zu rezirkulieren, wenn die Wiederherstellungssteuerung über einer Abgassteuervorrichtung wie z. B. einem De-NOx-Katalysator in einer Dieselmaschine ausgeführt wird, indem es ermöglicht wird, eine Ansammlung einer Ablagerung sogar in einem Zustand zu verhindern, in dem eine Ablagerung aufgrund einer niedrigen Temperatur eines EGR-Durchtritts einfach erzeugt wird.
Die Erfinder der Erfindung haben wiederholt Versuche ausgeführt und einen Prozess untersucht, in dem, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nach einer Einspritzung angereichert wird, PM in dem Abgas sich in einem EGR-Durchtritt in einer Ablagerung ansammelt. Als Ergebnis haben die Erfinder herausgefunden, dass die Rate der SOF (lösliche organische Fraktion) in den PM ein wichtiger Faktor zum Bestimmen der Adhäsionskraft einer Wandoberfläche oder Ähnlichem des EGR-Durchtritts ist. Wenn nämlich die SOF-Rate niedrig ist, löst sich eine PM-Ablagerung aufgrund einer normalen Strömung des EGR-Gases wieder ab, so dass eine Ansammlung der PM als Ablagerung verhindert ist.
Es wurde ebenfalls herausgefunden, dass eine derartige SOF-Rate in den PM stark von einer Zylindertemperatur zu der Zeit der Durchführung der Nacheinspritzung abhängt. Das Voranstehende ergibt sich, wenn die SOF-Rate, mit der die Adhäsionskraft der PM sich abschwächt, wie voranstehend beschrieben wurde, und eine Zylindertemperatur entsprechend der SOF-Rate durch einen Versuch oder Ähnliches eingestellt sind, und die Nacheinspritzung zu der Zeit durchgeführt wird, zu der die Zylindertemperatur höher als oder gleich wie die eingestellte Temperatur ist. Somit ist es zu vermuten, dass es möglich ist, die Ansammlung einer Ablagerung in dem EGR-Durchtritt unabhängig von den anderen Bedingungen zu verhindern.
Die ausgehend von den neuen Erkenntnissen vorgenommene Erfindung nimmt eine Steuervorrichtung für eine Dieselmaschine an. Die Dieselmaschine hat ein Kraftstoffeinspritzventil, das Kraftstoff in einen Zylinder einspritzt, und eine Abgassteuervorrichtung, die in einem Auslassdurchtritt angeordnet ist, und ein Kraftstoffeinspritzsteuermittel, um zu einer Zeit einer Wiederherstellungssteuerung zur Wiederherstellung einer Reinigungsleistungsfähigkeit der Abgassteuervorrichtung ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases anzureichern, indem es verursacht, dass das Kraftstoffeinspritzventil die Nacheinspritzung in einem Expansionstakt nach der Haupteinspritzung des Kraftstoffs durchführt.
Die Steuervorrichtung hat: einen EGR-Durchtritt, der einen Teil des Abgases von dem Auslassdurchtritt zu einem Einlassdurchtritt rezirkuliert; ein EGR-Ventil, das in der Lage ist, den EGR-Durchtritt zu öffnen oder zu schließen; und ein EGR-Steuermittel zum Steuern des EGR-Ventils, um zu öffnen oder zu schließen, und wenn verursacht wird, dass EGR-Gas zu der Zeit der Wiederherstellungssteuerung durch Öffnen des EGR-Ventils durch das EGR-Steuermittel durch den EGR-Durchtritt strömt, das Kraftstoffeinspritzsteuermittel konfiguriert ist, die Nacheinspritzung in einem Zustand durchzuführen, in dem eine Zylindertemperatur höher als 1150 K ist.
Allgemein wird die Dieselmaschine gewöhnlich in einem Zustand betrieben, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist. Deswegen beinhaltet das Anreichern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ebenfalls, ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nahe zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und ist nicht darauf begrenzt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen. Die Zylindertemperatur bedeutet eine Durchschnittstemperatur in dem Zylinder, und eine lokale Temperaturverringerung aufgrund der Verdampfung des nacheingespritzten Kraftstoffs wird nicht berücksichtigt.
Wenn in der voranstehend beschriebenen Steuervorrichtung verursacht wird, dass das EGR-Gas zu der Zeit der Wiederherstellungssteuerung über die Abgassteuervorrichtung während des Betriebs der Dieselmaschine durch den EGR-Durchtritt strömt, wird die Nacheinspritzung in einem Zustand durchgeführt, in dem die Zylindertemperatur in dem Expansionstakt nach der Haupteinspritzung höher als 1150 K ist. Mit dieser Konfiguration ist die thermische Zersetzung des nacheingespritzten Kraftstoffs ausreichend erleichtert, und es kann vermutet werden, dass die SOF-Rate in den in dem Abgas enthaltenen PM sich aufgrund eines Anstiegs der Rate der niedrig-gradigen HC (mit einer kleinen Kohlenstoffzahl) verringert.
Somit schwächt sich die Adhäsionskraft der PM an der Wandoberfläche oder Ähnlichem des EGR-Durchtritts ab, und als Ergebnis wird eine PM-Ablagerung wieder durch die normale Strömung des EGR-Gases abgelöst, so dass es möglich ist, die Ansammlung einer Ablagerung zu unterdrücken. Somit wird z. B., wenn die Wiederherstellungssteuerung über die Abgassteuervorrichtung wie z. B. einen De-NOx-Katalysator ausgeführt wird, dem EGR-Gas gestattet, sogar rezirkuliert zu werden, wenn die Temperatur des EGR-Durchtritts niedrig ist. Auf diese Weise erhöht sich eine günstige Gelegenheit, das EGR-Gas zu rezirkulieren, mit dem Ergebnis, dass die vorteilhafte Wirkung, wie z.B. eine Reduktion der Verbrennungstemperatur ausreichend erlangt wird.
Es ist zu vermuten, dass, wie voranstehend beschrieben wurde, wenn die Zylindertemperatur steigt, mit der die Nacheinspritzung durchgeführt wird, die thermische Zersetzung des Kraftstoffs erleichtert wird, die HC sich progressiv verringern, die SOF-Rate in den PM sinkt, und dann die Adhäsionskraft sich abschwächt. Entsprechend dem durch die Erfinder durchgeführten Versuch wurde herausgefunden, dass, wenn die Nacheinspritzung mit einer Zylindertemperatur höher als oder gleich 1250 K durchgeführt wird, sogar wenn die erzeugten PM wieder an der Wandoberfläche des EGR-Durchtritts anhaften, die PM einfach aufgrund der Strömung des EGR-Gases in einem Dienstbetriebsbereich der Maschine danach abgelöst werden, und es schwierig ist, dass sie sich als Ablagerung ansammeln.
Wenn der Versuch ausgeführt wurde, während die Zylindertemperatur zu der Zeit der Nacheinspritzung verschiedentlich geändert wurde, wurde herausgefunden, dass die Textur der PM variiert hat. Wenn die Nacheinspritzung mit einer Zylindertemperatur niedriger als oder gleich 1150 K durchgeführt wurde, wies die Oberfläche der PM eine harte Textur auf; während, wenn die Nacheinspritzung mit einer Zylindertemperatur höher als 1150 K durchgeführt wurde, die Oberfläche der PM sich mit einem Anstieg der Zylindertemperatur in eine weiche Textur geändert hat. Dies ist wahrscheinlich deswegen der Fall, da sich die Menge der an der Oberfläche der PM anhaftenden SOF mit einem Anstieg der Zylindertemperatur reduziert, und mit der Tendenz der Verringerung der HC mit einem Anstieg der Temperatur zusammenfällt.
Aus dem Voranstehenden kann vermutet werden, dass es möglich ist, wenn die Nacheinspritzung mit einer Zylindertemperatur von zumindest mehr als 1150 K durchgeführt wird, die Ansammlung einer Ablagerung in dem EGR-Durchtritt zu unterdrücken, und es insbesondere möglich ist, wenn die Nacheinspritzung mit einer Zylindertemperatur höher als oder gleich 1250 K durchgeführt wird, die Ansammlung einer Ablagerung zu unterdrücken.
Übrigens verringert sich die Zylindertemperatur mit einer Abwärtsbewegung eines Kolbens in dem Expansionstakt des Zylinders, wenn die Nacheinspritzung des Kraftstoffs mit einer Zylindertemperatur höher als 1150 K durchgeführt werden soll, wie voranstehend beschrieben wurde, sodass es wünschenswert ist, die Nacheinspritzung in der ersten Hälfte des Expansionstakts zu beginnen. Als Ergebnis verbrennt ein Teil des nacheingespritzten Kraftstoffs und als Ergebnis steigt die Zylindertemperatur, so wird die Wiederverbrennung der PM erleichtert, die in dem Verbrennungsgas in dem Zylinder enthalten sind.
Wenn jedoch die Menge der Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffs steigt, besteht eine Sorge, dass entsprechend erzeugte PM (hauptsächlich Ruß) schnell ansteigen. Wie voranstehend beschrieben wurde, wird nämlich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in der Wiederherstellungssteuerung über die Abgassteuervorrichtung angereichert. Um jedoch die Wirkung der Wiederherstellungssteuerung zu erhöhen, ist es wünschenswert, die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs derart ausreichend zu erhöhen, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nahe an das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gerät. Andererseits wird mit dieser Konfiguration in einem Betriebszustand, in dem das Sollmoment der Maschine groß ist, die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs bemerkenswert groß, so dass die PM als Ergebnis der Tatsache schnell ansteigen, dass eine Verbrennung in einem Zustand auftritt, in dem die Begegnungsrate mit Sauerstoff niedrig ist.
Unter Berücksichtigung dieses Punktes kann das Kraftstoffeinspritzsteuermittel die Nacheinspritzung derart durchführen, dass ein Spitzenwert der Zylindertemperatur aufgrund der Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffs niedriger als oder gleich 1800 K ist. Wenn nämlich die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs klein ist und die Zylindertemperatur nicht so stark steigt, sogar wenn ein Teil des nacheingespritzten Kraftstoffs verbrennt, muss die Einspritzzeit lediglich zu einer Vorlaufseite eingestellt werden; während, wenn die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs groß ist und die Zylindertemperatur aufgrund der Verbrennung des Teils des nacheingespritzten Kraftstoffs bemerkenswert steigt, die Einspritzzeit lediglich zu einer Verzögerungsseite eingestellt werden muss.
Noch genauer kann die Zeit der Nacheinspritzung, wie voranstehend beschrieben wurde, in einem Kennfeld oder Ähnlichem im Voraus in Erwiderung auf ein Sollmoment und eine Drehzahl der Maschine eingestellt sein, und das Kraftstoffeinspritzventil kann ausgehend von einem Wert gesteuert werden, der durch das Abfragen eines Kennfelds während des Betriebs der Maschine bestimmt wird. Die Zylindertemperatur in dem Expansionstakt des Zylinders wird durch z. B. einen Einlassluftdruck, eine EGR-Gasströmungsrate, einen Kraftstoffeinspritzdruck und Ähnliches beeinflusst. Jedoch werden diese während der Regelung auf gewünschten Werten gehalten, so dass die Zeit der Nacheinspritzung nicht in Erwiderung auf tatsächliche Zustände geändert werden muss.
Jedoch schwankt aufgrund des Einflusses der Außenluft eine Einlasslufttemperatur, so dass die Zeit der Nacheinspritzung in Erwiderung auf eine Änderung der Zylindertemperatur aufgrund der Einlasslufttemperatur geändert wird. Die Steuervorrichtung kann außerdem ein Einlasslufttemperaturerfassungsmittel zum Erfassen einer Temperatur der Einlassluft haben, die durch den Einlassluftdurchtritt der Maschine strömt, und das Kraftstoffeinspritzsteuermittel kann die Zeit der Nacheinspritzung zu einer Verzögerungsseite korrigieren, die durch das Abfragen des Kennfelds zu der Zeit der Wiederherstellungssteuerung bestimmt wird, wenn die erfasste Temperatur der Einlassluft steigt.
Das EGR-Steuermittel kann eine Strömungsrate des EGR-Gases in dem EGR-Durchtritt durch Öffnen des EGR-Ventils zu der Zeit der Wiederherstellungssteuerung erhöhen. Somit wird durch das Erhöhen der Strömungsrate des EGR-Gases die Menge der in den Zylinder strömenden Luft (Frischluft) reduziert, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird angereichert, so dass es möglich ist, die Nacheinspritzmenge um so viel zu reduzieren, und es möglich ist, die Ansammlung der PM in dem EGR-Durchtritt durch Erhöhen der Strömungsrate des EGR-Gases ebenfalls zu unterdrücken.
Mit der Steuervorrichtung für eine Dieselmaschine gemäß der Erfindung wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch Durchführen der Nacheinspritzung des Kraftstoffs angereichert, um die Wiederherstellungssteuerung über die Abgassteuervorrichtung auszuführen, und, wenn das EGR-Gas zu dem Einlassdurchtritt durch den EGR-Durchtritt rezirkuliert wird, ist es möglich, die Adhäsionskraft der in dem Abgas enthaltenen PM durch Durchführen der Nacheinspritzung in einem Zustand, in dem die Zylindertemperatur höher als eine im Voraus eingestellte Temperatur (z. B. 1150 K) ist, zu schwächen. Somit ist es möglich, die Erzeugung und Ansammlung einer Ablagerung in dem EGR-Durchtritt zu verhindern, so dass eine günstige Gelegenheit zum Rezirkulieren des EGR-Gases mit dem Ergebnis steigt, dass die vorteilhafte Wirkung wie z. B. eine Reduktion der Verbrennungstemperatur ausreichend erhalten wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen:
1 eine Ansicht ist, die die schematische Konfiguration einer Dieselmaschine und ihres Steuersystems gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht jeder Brennkammer und ihrer Umgebung in einem Zylinder der Maschine ist;
3 eine Ansicht ist, die eine Kraftstoffeinspritzsteuerung über jeden Einspritzer darstellt, eine Betriebsart der Kraftstoffeinspritzung während der NOx-Reduktionssteuerung in dem oberen Diagramm zeigt, und ein Beispiel einer Änderung der Zylindertemperatur währenddessen in dem unteren Diagramm zeigt;
4 eine Konzeptansicht eines Kennfelds für eine EGR-Steuerung ausgehend von einem Betriebszustand der Maschine ist;
5 ein Diagramm von Versuchsergebnissen ist, das die Abhängigkeit der SOF-Rate, die in einer Ablagerung enthalten ist, mit Bezug auf eine Zylindertemperatur zu der Zeit der Nacheinspritzung zeigt;
6 ein Diagramm ist, das die Korrelation zwischen einer Zylindertemperatur zu der Zeit der Nacheinspritzung und der HC-Bestandteilrate in dem Verbrennungsgas zeigt;
7 ein Flussdiagramm ist, das die bestimmte Prozedur der NOx-Reduktionssteuerung zeigt;
8 eine Ansicht entsprechend 1 gemäß einer anderen Ausführungsform ist, die auf eine mit einem MPL-EGR-System ausgestatteten Maschine angewendet ist; und
9 eine Ansicht entsprechend 4 gemäß der anderen Ausführungsform ist, die an einer mit dem MPL-EGR-System ausgestatteten Maschine angewendet ist.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben. In der vorliegenden Erfindung wird der Fall beschrieben, in dem die Erfindung auf eine Common-Rail-Dieselmaschine angewendet ist, die an einem Automobil montiert ist. Eine Dieselmaschine 1 (im Folgenden einfach als Maschine 1 bezeichnet), die in 1 schematisch gezeigt ist, ist eine als ein Beispiel Vier-Zylinder-Maschine der Reihenbauart. In der Dieselmaschine 1 sind Einspritzer 2 (Kraftstoffeinspritzventile) derart angeordnet, dass Einspritzbohrungen sich entsprechend zu Verbrennungskammern in Zylindern 10 öffnen (das Bezugszeichen ist lediglich für den rechten Zylinder 10 in der Zeichnung zugewiesen).
Wie nämlich aus 2 in einer vergrößerten Ansicht ersichtlich ist, ist ein Kolben 3 in jedem Zylinder 10 angeordnet, eine Brennkammer ist zwischen jedem Kolben 3 und einem Zylinderkopf 11 definiert, der das obere Ende der Zylinder 10 schließt, und eine Höhlung 31, die einen Teil der Brennkammer bestimmt, ist an dem obersten Bereich von jedem Kolben 3 ausgespart. Andererseits ist jeder Einspritzer 2 an einem Zylinderkopf 11 angeordnet, der die Decke der Brennkammern bestimmt, und ist konfiguriert, Kraftstoff von einer Mehrzahl von Einspritzbohrungen an seinem distalen Ende zu der radial außenliegenden Seite in dem entsprechenden Zylinder 10 einzuspritzen (unteres Ende in der Zeichnung).
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist der Einspritzer 2 von jedem Zylinder 10 mit einer Common-Rail 20 verbunden, die als Kraftstoffsammelschiene dient. In der Common-Rail 20 gesammelter Hochdruckkraftstoff wird zu den Einspritzern 2 verteilt. Obwohl dies aus der Zeichnung nicht ersichtlich ist, ist eine Verstärkerpumpe mit der Common-Rail 20 über eine Kraftstoffleitung verbunden, und Kraftstoff in einem Kraftstofftank wird durch die Verstärkerpumpe mit Druck beaufschlagt und zu der Common-Rail 20 zugeführt. Ein Schienendrucksensor 41 ist in der Common-Rail 20 angeordnet. Der Schienendrucksensor 41 erfasst den Innendruck der Common-Rail 20 (den Druck des Kraftstoffs).
Einlassanschlüsse 111 und Auslassanschlüsse 112 sind in dem Zylinderkopf 11 ausgebildet, um die entsprechenden Einspritzer 2 zu umgeben. Jeder Einlassanschluss 111 wird durch ein Einlassventil 12 geöffnet oder geschlossen, und jeder Auslassanschluss 112 wird durch ein Auslassventil 13 geöffnet oder geschlossen. Die Einlassanschlüsse 111 sind mit einem Einlasskrümmer 63 verbunden, der mit einer Seite (obere Seite in 1) des Zylinderkopfes 11 verbunden ist. Ähnlich sind die Auslassanschlüsse 112 mit einem Auslasskrümmer 72 verbunden, der mit der anderen Seite (untere Seite in 1) des Zylinderkopfs 11 verbunden ist.
Ein Einlassdurchtritt 6 der Maschine 1 ist aus den Einlassanschlüssen 111, dem Einlasskrümmer 63 und einem mit dem Einlasskrümmer 63 verbundenen Einlassrohr 64 ausgebildet. Ein Luftfilter 60, ein Luftstrommesser 43 zum Erfassen der Menge der Einlassluft, ein Verdichterrad 53 eines Turboladers 5 (später beschrieben), ein Zwischenkühler 61, ein Einlassdrosselventil (Dieseldrossel) 62 und Ähnliches sind in dem Einlassdurchtritt 6 in der Reihenfolge von der stromaufwärts liegenden Seite der Strömung der Einlassluft angeordnet. Der Einlassdurchtritt 6 verzweigt in dem Einlasskrümmer 63 entsprechend mit den Zylindern 10.
Andererseits ist ein Auslassdurchtritt der Maschine 1 aus den Auslassanschlüssen 112, dem Auslasskrümmer 72 und einem Auslassrohr 73 ausgebildet, das mit dem Auslasskrümmer 72 verbunden ist. Der Auslassdurchtritt 7 sammelt die Strömung des Abgases von den Zylindern 10 der Maschine 1 in dem Auslasskrümmer 72. Ein Turbinenrad 52 des Turboladers 5 (später beschrieben), ein NOx-Speicherreduktionskatalysator 74 (im Folgenden als De-NOx-Katalysator 74 beschrieben) und ein PM-Filter 75 (Dieselpartikelfilter; im Folgenden als DPF 75 bezeichnet) sind in der Reihenfolge von der stromaufwärts liegenden Seite der Strömung des Abgases in dem Auslassdurchtritt 7 stromabwärts des Auslasskrümmers 72 liegend angeordnet.
Der De-NOx-Katalysator 74 speichert NOx in einem Zustand, in dem der Sauerstoff übermäßig vorliegt; während, wenn die Konzentration des Sauerstoffs sich verringert und von reduzierenden Bestandteile (HC, CO) steigt, gibt der De-NOx-Katalysator 74 NOx frei und reduziert dieses. Zum Beispiel reagiert freigegebenes NOx als NO₂ oder NO schnell mit HC oder CO in dem Abgas, und wird weiter zu N₂ reduziert. HC oder CO selbst wird zu H₂O oder CO₂ durch Reduzieren von NO₂ oder NO oxidiert.
Es ist nämlich durch Anpassen der Konzentration des Sauerstoffs und der reduzierenden Bestandteile in dem in dem De-NOx-Katalysator 74 strömenden Abgas nach Bedarf möglich, die HC, CO und NOx in dem Abgas zu reinigen. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Konzentration des Sauerstoffs und der reduzierenden Bestandteile in dem Abgas durch Verwendung der Nacheinspritzung von Kraftstoff von den Einspritzern 2, Steuerung über die Strömungsrate des EGR-Gases durch eine EGR-Vorrichtung 8 (später beschrieben) oder Steuerung über die Menge der Einlassluft durch das Einlassdrosselventil 62 angepasst.
Der DPF 75 weist z. B. eine poröse Keramikstruktur auf und ist konfiguriert, PM zu fangen, die in dem Abgas vorhanden sind, wenn das Abgas durch eine poröse Wand durchtritt. Ein Katalysator (ein Oxidationskatalysator, der hauptsächlich ein Edelmetall wie Platin enthält) ist auf dem DPF 75 getragen. Der Katalysator wird verwendet, um gefangene PM während der DPF-Regenerierungssteuerung zu oxidieren oder zu verbrennen, die eine Steuerung zur Wiederherstellung der Funktion des DPF 75 ist.
Wie aus 1 ersichtlich ist, hat die Maschine 1 den Turbolader 5. Der Turbolader 5 hat das Turbinenrad 52 und das Verdichterrad 53, die miteinander durch eine Turbinenwelle 51 gekoppelt sind. Das Verdichterrad 53 ist in dem Einlassdurchtritt 6 angeordnet. Das Turbinenrad 52 ist in dem Auslassdurchtritt 7 angeordnet. Da das Turbinenrad 52 sich aufgrund des Empfangs der Abgasströmung (Abgasdruck) dreht, wird die Einlassluft verdichtet und durch das Verdichterrad 53 zugeführt, das zusammen mit dem Turbinenrad 52 dreht. Der Turbolader 5 in der vorliegenden Ausführungsform ist ein Turbolader mit variabler Düse, und hat einen variablen Düsenflügelmechanismus 54 (die Details sind nicht gezeigt) an der Seite des Turbinenrads 52. Durch Anpassen des Öffnungsgrads des variablen Düsenflügelmechanismus 54 ist es möglich, den Grad der Aufladung des Turboladers 5 anzupassen. Durch den Turbolader 5 (Verdichterrad 53) auf diese Weise aufgeladene Einlassluft wird durch den Zwischenkühler 61 des Einlassdurchtritts 6 gekühlt und dann in die Zylinder 10 genommen.
Die Maschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die EGR-Vorrichtung 8. Die EGR-Vorrichtung 8 hat einen EGR-Durchtritt 81 und ein EGR-Ventil 82. Der EGR-Durchtritt 81 rezirkuliert einen Teil des Abgases (EGR-Gas) von dem Auslassdurchtritt 7 stromaufwärts des Turbinenrads 52 des Turboladers 5 liegend (nämlich stromaufwärts des De-NOx-Katalysators 74) zu dem Einlassdurchtritt 6 stromabwärts des Verdichterrads 53 (stromabwärts des Einlassdrosselventils 62) liegend. Das EGR-Ventil 82 ist in der Lage, den EGR-Durchtritt 81 zu öffnen oder zu schließen, und ist in der Lage, die Strömungsdurchtrittsfläche des EGR-Durchtritts 81 zu ändern. In dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel hat die EGR-Vorrichtung 8 außerdem einen EGR-Kühler 83, der das EGR-Gas durch die Verwendung des Kühlmittels für die Maschine 1 kühlt.
Die Strömungsrate des EGR-Gases, das durch den EGR-Durchtritt 81 zu dem Einlassdurchtritt 6 rezirkuliert wird, wird durch die Verwendung des Öffnungsgrads des EGR-Ventils 82 angepasst. Wo es notwendig ist, kann die Strömungsrate des EGR-Gases durch Reduzieren des Öffnungsgrads des Einlassdrosselventils 62 zum Reduzieren der Menge der Frischluft (in den Einlassdurchtritt 6 strömende Außenluft) erhöht werden. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in einer NOx-Reduktionssteuerung (später beschrieben) durch die Verwendung der Nacheinspritzung angereichert wird, wird der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 82 erhöht, um die Strömungsrate des EGR-Gases zu erhöhen.
Sensoren
Verschiedene Sensoren sind an Abschnitten der Maschine 1 eingebaut, und geben Signale betreffend Umgebungsbedingungen und Betriebszustände der Maschine 1 an den entsprechenden Abschnitten aus. Zum Beispiel gibt ein Kurbelpositionssensor 40 jedes Mal ein Erfassungssignal (Impuls) aus, wenn eine Kurbelwelle um einen eingestellten Winkel dreht. Der Schienendrucksensor 41 gibt ein Erfassungssignal entsprechend dem Druck des Kraftstoffs aus, der in der Common-Rail 20 angesammelt ist. Ein Drosselöffnungsgradsensor 42 gibt ein Erfassungssignal entsprechend dem Öffnungsgrad des Einlassdrosselventils 62 aus. Der Luftstrommesser 43 gibt ein Erfassungssignal entsprechend der Strömungsrate der Einlassluft (der Menge der Einlassluft) in dem Einlassdurchtritt 6 stromaufwärts des Einlassdrosselventils 62 liegend aus.
Ein Kühlmitteltemperatursensor 46 gibt ein Erfassungssignal entsprechend einer Kühlmitteltemperatur der Maschine 1 aus. Ein Beschleunigerbetätigungsgrößensensor 47 gibt ein Erfassungssignal entsprechend einer Größe eines Niederdrückens eines Beschleunigerpedals eines Automobils (Beschleunigerbetätigungsgröße) aus. Ein Einlassluftdrucksensor 48 ist in dem Einlassdurchtritt 6 stromabwärts des Einlassdrosselventils 62 liegend angeordnet. Der Einlassluftdrucksensor 48 gibt ein Erfassungssignal entsprechend dem Druck der Einlassluft aus. Ein Einlasslufttemperatursensor 49 ist in dem Einlassdurchtritt 6 stromabwärts des Zwischenkühlers 61 liegend angeordnet. Der Einlasslufttemperatursensor 49 gibt ein Erfassungssignal entsprechend der Temperatur der Einlassluft aus. Ein EGR-Öffnungsgradsensor 50 gibt ein Erfassungssignal entsprechend dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils 82 aus.
Luft-Kraftstoff-Verhältnis(A/F)-Sensoren 441, 442 sind in dem Auslassdurchtritt 7 angeordnet. Der A/F-Sensor 441 gibt ein Signal entsprechend der Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas in dem Auslassdurchtritt 7 stromaufwärts des De-NOx-Katalysators 74 aus. Der A/F-Sensor 442 gibt ein Signal entsprechend der Konzentration des Sauerstoffs in dem Abgas in dem Auslassdurchtritt 7 stromabwärts des De-NOx-Katalysators 74 aus. Ähnlich gibt ein Abgastemperatursensor 451 ein Erfassungssignal entsprechend der Temperatur des Abgases (Abgastemperatur) in dem Auslassdurchtritt 7 stromaufwärts des De-NOx-Katalysators 74 aus. Ein Abgastemperatursensor 452 gibt ein Erfassungssignal entsprechend der Temperatur des Abgases (Abgastemperatur) in dem Auslassdurchtritt 7 stromabwärts des De-NOx-Katalysators 74 aus. Es ist möglich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Temperatur des in dem De-NOx-Katalysator 74 oder dem DPF 75 strömenden Abgases mit der Verwendung dieser A/F-Sensoren 441, 442 und Abgastemperatursensoren 451, 452 zu erfassen. Die Position, an der der A/F-Sensor oder der Abgastemperatursensor angeordnet ist, kann lediglich in dem Auslassdurchtritt 7 stromaufwärts des De-NOx-Katalysators 74 sein oder kann lediglich in dem Auslassdurchtritt 7 stromabwärts des De-NOx-Katalysators 74 sein.
ECU
Eine ECU 100 hat einen Mikrorechner und Eingangs-/Ausgangsschaltkreise. Der Mikrorechner ist aus einer CPU, einem ROM, einem RAM und Ähnlichem (nicht gezeigt) ausgebildet. Der Schienendrucksensor 41, der Drosselöffnungsgradsensor 42, der Luftstrommesser 43, die A/F-Sensoren 441, 442, die Abgastemperatursensoren 451, 452, der Kühlmitteltemperatursensor 46, der Beschleunigerbetätigungsgrößensensor 47, der Einlassluftdrucksensor 48, der Einlasslufttemperatursensor 49, der EGR-Öffnungsgradsensor 50 und Ähnliches sind mit dem Eingangsschaltkreis der ECU 100 verbunden.
Andererseits sind die Verstärkerpumpe, die Einspritzer 2, das Einlassdrosselventil 62, das EGR-Ventil 82 und der variable Düsenflügelmechanismus (Stellglied, das den Öffnungsgrad einer variablen Düse anpasst) 54 des Turboladers 5 mit dem Ausgangsschaltkreis der ECU 100 verbunden. Die ECU 100 führt ausgehend von Ausgaben von den verschiedenen Sensoren und berechneten Werten verschiedene Steuerungen betreffend die Betriebszustände der Maschine 1 aus, die durch arithmetische Ausdrücke erhalten wurden, die die Ausgangswerte durch Abfragen verschiedener in dem ROM gespeicherter Kennfelder verwenden, wo dies erforderlich ist.
Als ein Beispiel führt die ECU 100 eine Kraftstoffeinspritzsteuerung (Steuerung über die Einspritzmenge und über die Einspritzzeit) durch Verwendung der Einspritzer 2, eine Aufladesteuerung über den Turbolader 5, eine Steuerung über den Öffnungsgrad (Drosselöffnungsgrad) des Einlassdrosselventils 62, eine Steuerung über den Öffnungsgrad des EGR-Ventils 82 und Ähnliches aus. Wie insbesondere aus 3 als Beispiel ersichtlich ist, wird nicht nur eine Führungseinspritzung und eine Haupteinspritzung sondern auch eine Nacheinspritzung (die auch als Nacheinspritzung bezeichnet wird und eine Nacheinspritzung gemäß der Erfindung ist) als Kraftstoffeinspritzsteuerung ausgeführt, wo dies notwendig ist. Die unterste Reihe der 3 zeigt ein Beispiel einer Änderung der Zylindertemperatur (durch die Zylindertemperatur TA in der Zeichnung angezeigt) in dem Verdichtungstakt und Expansionstakt von jedem Zylinder 10 aus, und die Änderung wird im Detail später beschrieben.
Wie gut bekannt ist, verursacht die Führungseinspritzung, dass eine kleine Menge Kraftstoff im Voraus vor der Haupteinspritzung verbrennt, um eine Zündverzögerung des nachfolgend in der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zu unterdrücken, und führt somit zu einer stabilen Diffusionsverbrennung. Die Hauteinspritzung ist ein Einspritzvorgang zum Erzeugen des Moments. Die Einspritzmenge der Haupteinspritzung ist grundsätzlich entsprechend der Betriebszustände, zum Beispiel einer Beschleunigerbetätigungsgröße, einer Maschinendrehzahl, einer Kühlmitteltemperatur und einer Einlasslufttemperatur, und wird derart bestimmt, dass ein Sollmoment erhalten wird.
Wenn nämlich z. B. die Beschleunigerbetätigungsgröße steigt oder die Maschinendrehzahl (Maschinendrehzahl, die ausgehend von dem Signal von dem Kurbelpositionssensor 40 berechnet wird) steigt, steigt das Sollmoment der Maschine 1, und die Größe der Haupteinspritzung wird entsprechend auf eine größere Größe eingestellt. Zum Beispiel wird die Führungseinspritzung durchgeführt, bevor ein oberster Verdichtungstotpunkt (TDC) von jedem Zylinder 10 erreicht wird, und die Haupteinspritzung wird nach dem Verstreichen eines vorbestimmten Zeitraums nahe von dem TDC durchgeführt.
Der in der Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoff fängt auf diese Weise Umgebungsluft, während er aufbricht, um einen Kraftstoffnebel auszubilden. Innerhalb des Kraftstoffnebels sind kleine Kraftstofftröpfchen mit der Luft vermischt, während diese verdampfen. Das Luft-Kraftstoffgemisch zündet nach einem so genannten Zündverzögerungszeitraum selbst, um eine Flamme zu erzeugen, und verbrennt, während es Umgebungsluft fängt. Die Zylindertemperatur steigt als Ergebnis einer derartigen Verbrennung (siehe 3), das expandierende Brenngas schiebt den Kolben 3 nach unten und erzeugt ein Maschinenmoment.
Ein Einspritzdruck zu der Zeit der Durchführung der voranstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzung wird ausgehend von dem Innendruck der Common-Rail 20 bestimmt. Die ECU 100 führt eine Regelung derart durch, dass der Common-Rail-Innendruck ein Sollschienendruck durch Anpassen der Verstellung der Verstärkerpumpe in Erwiderung auf eine Abweichung zwischen einem Sollwert des Common-Rail-Innendrucks (Sollschienendruck) und einem erfassten Wert des Schienendrucksensors 41 wird. Der Sollschienendruck wird auf einen höheren Wert eingestellt, wenn das Sollmoment der Maschine 1 steigt, oder wenn die Maschinendrehzahl steigt, durch z. B. Abfragen eines in dem ROM gespeicherten Kennfelds.
Die Nacheinspritzung wird verwendet, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (Abgas A/F) anzureichern oder die Temperatur des De-NOx-Katalysators 74 und die Temperatur des DPF 75 in der NOx-Reduktionssteuerung, DPF-Regenerationssteuerung (später beschrieben) und Ähnlichem zu erhöhen. Wie im Folgenden für die NOx-Reduktionssteuerung im Detail beschrieben wird, wird nämlich z. B. die Nacheinspritzung des Kraftstoffs zu der Zeit durchgeführt, zu der eine NOx-Speichermenge in dem De-NOx-Katalysator 74 eine vorbestimmte Schwelle erreicht und eine NOx-Reduktionssteuerung zum Freigeben des gespeicherten NOx ausgeführt wird.
Anders als die voranstehend beschriebene Kraftstoffeinspritzsteuerung steuert die ECU 100 den Einlassluftdruck, den Öffnungsgrad des Einlassdrosselventils 62 oder den Öffnungsgrad des EGR-Ventils 82 in Erwiderung auf die Betriebszustände der Maschine 1, und passt die Menge der Einlassluft (Frischluft) oder die Menge des rezirkulierenden Abgases (die Strömungsrate des EGR-Gases) an. Diese Steuerung wird durch das Abfragen von Kennfeldern ausgeführt, die im Voraus durch Versuche oder Ähnliches erschaffen werden und in dem ROM gespeichert sind (z. B. Kennfelder für einen Einlassluftdruck, die Menge der Einlassluft, die EGR-Steuerung und Ähnliches).
Zum Beispiel passt die ECU 100 den Grad der Aufladung des Turboladers 5 durch Anpassen des Öffnungsgrads des variablen Düsenventilmechanismus 54 in Erwiderung auf eine Abweichung zwischen einem Sollwert des Einlassluftdrucks (Solleinlassluftdruck) in dem Einlassdurchtritt 6 stromabwärts des Einlassdrosselventils 62 liegend und eines erfassten Werts des Einlassluftdrucksensors 48 an, und führt somit eine Regelung derart aus, dass der Einlassdruck der Sollwert wird. Der Solleinlassluftdruck wird auf einen höheren Wert eingestellt, wenn das Sollmoment der Maschine 1 steigt oder wenn die Maschinendrehzahl steigt, durch Abfragen des Einlassluftdruckkennfelds.
Die ECU 100 führt durch Abfragen des als Beispiel aus 4 ersichtlichen EGR-Steuerkennfelds eine Regelung über den Öffnungsgrad des EGR-Ventils 82 derart aus, dass die Strömungsrate des EGR-Gases in dem EGR-Durchtritt 81 ein Sollwert (Soll-EGR-Gasströmungsrate) wird. Durch das Ausführen dieser Steuerung bestimmt die ECU 100 das EGR-Steuermittel zum Ausführen der Öffnungs- und Schließsteuerung über das EGR-Ventil 82. Die Strömungsrate des EGR-Gases wird unter Verwendung des Öffnungsgrads des EGR-Ventils 82, der Einlasslufttemperatur und eines Druckunterschieds zwischen der Einlassluft und dem Abgas als Parameter berechnet. Der Druckunterschied zwischen der Einlassluft und dem Abgas wird aus einem voreingestellten Kennfeld ausgehend von den Betriebszuständen der Maschine 1 erhalten.
In dem aus 4 ersichtlichen Kennfeld ist ein Betriebsbereich, in dem das Abgas rezirkuliert wird (im Folgenden als EGR-Bereich bezeichnet) mit Ausnahme eines Hochlastbereichs eingestellt, in dem das Sollmoment besonders groß ist. In dem EGR-Bereich verringert sich die EGR-Gasströmungsrate, wenn das Sollmoment steigt oder wenn die Maschinendrehzahl steigt. In dem schraffierten Bereich in 4 wird eine im Folgenden beschriebene NOx-Reduktionssteuerung ausgeführt, wo dies notwendig ist.
NOx-Reduktionssteuerung
Allgemein ist in der Dieselmaschine 1 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im größten Teil des Betriebsbereichs mager, so dass NOx in dem De-NOx-Katalysator 74 in dem Abgas, dessen Sauerstoffkonzentration hoch ist, gespeichert wird, und die NOx-Speicherkapazität des De-NOx-Katalysators 74 sich allmählich mit einem Anstieg der Speichermenge verringert. Wenn die NOx-Speichermenge, die ausgehend von der Betriebsgeschichte oder Ähnlichem geschätzt ist, der Maschine 1 eine vorbestimmte Schwelle erreicht (einen geeigneten Wert, bevor die NOx-Speicherkapazität des De-NOx-Katalysators 74 gesättigt ist), wird die NOx-Reduktionssteuerung ausgeführt.
Wie nämlich im Folgenden beschrieben ist, wird dadurch, dass verursacht wird, dass die Einspritzer 2 die Nacheinspritzung durchführen, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases vorübergehend angereichert, und die Reduktionsbestandteile (CO, HC) werden erhöht. Somit ist ein Lösen des in dem De-NOx-Katalysator 74 gespeicherten NOx, mit dem Ergebnis, dass die NOx-Speicherkapazität wiederhergestellt wird, erleichtert. Eine Technik zum Schätzen der NOx-Speichermenge hat ein Verfahren, in dem eine NOx-Speichermenge einer Maschinendrehzahl entspricht, und eine Kraftstoffeinspritzmenge von den Einspritzern 2 durch Versuch oder Ähnliches im Voraus erhalten wird und in ein Kennfeld geschrieben wird, und eine NOx-Speichermenge, die unter Verwendung des Kennfelds erhalten wird, angesammelt wird.
Zeit der Nacheinspritzung
Übrigens wird das Meiste des nacheingespritzten Kraftstoffs während der NOx-Reduktionssteuerung, wie voranstehend beschrieben wurde, thermisch in ein Hochtemperaturbrenngas zerlegt und sein größter Teil strömt in einem nicht verbrannten Zustand zu dem Auslasskrümmer 72 aus, strömt durch das Abgasrohr 73 und erreicht den De-NOx-Katalysator 74. Als Ergebnis der thermischen Zerlegung des Kraftstoffs (Leichtöl) steigt die Rate der niedrig-gradigen (niedrige Kohlenstoffzahl) HC, und so wird die NOx-Reduktionssteuerung wirkungsvoll ausgeführt.
Falls andererseits das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf diese Weise angereichert wird, und verursacht wird, dass EGR-Gas durch Öffnen des EGR-Ventils 62 durch den EGR-Durchtritt 81 strömt, besteht eine Sorge, dass in dem EGR-Gas enthaltene PM sich leicht an der Wandoberfläche des EGR-Durchtritts 81 anhaften und als eine Ablagerung ansammeln. Deswegen ist bekannter Weise eine günstige Gelegenheit zum Rezirkulieren des EGR-Gases während der NOx-Reduktionssteuerung begrenzt, und es wurde geglaubt, dass es schwierig ist, die Wirkung wie z. B. eine Reduktion der Verbrennungstemperatur ausreichend zu erhalten.
Diesbezüglich haben die Erfinder wiederholt einen Versuch und eine Studie zu dem Punkt vorgenommen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch Durchführen der Nacheinspritzung angereichert wird, wie voranstehend beschrieben wurde, sich die PM in dem Abgas in dem EGR-Durchtritt 81 sammeln und eine Ablagerung ausbilden. Die Erfinder haben derartige Kenntnisse erlangt, dass die SOF-Rate in den PM (SOF/PM) ein wichtiger Faktor der Bestimmung der Adhäsionskraft an der Wandoberfläche oder Ähnlichem des EGR-Durchtritts ist, und wenn die SOF-Rate niedrig ist, eine PM-Ablagerung sich ebenfalls einfach wieder ablöst und schwierig anzusammeln ist.
Noch genauer führten die Erfinder den Versuch in einem Prüfstand durch Verwendung einer Reihen-Vierzylinder-Maschine aus, die wie in dem Fall der Maschine 1 der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist. Zuerst wurde die Dieselmaschine für kontinuierliche 13 Stunden betrieben, um absichtlich zu verursachen, dass PM sich an der Wandoberfläche des EGR-Durchtritts anhaften, während die Beschleunigerbetätigungsgröße bei ungefähr 10 % gehalten wurde, und die Maschinendrehzahl bei ungefähr 1000 U/Min gehalten wurde, während die NOx-Reduktionssteuerung in einem Zustand durchgeführt wurde, in dem die Kühlmitteltemperatur 70 C betrug.
Zu dieser Zeit wurde die Zeit der Nacheinspritzung in der NOx-Reduktionssteuerung verschiedentlich geändert, und die Nacheinspritzung wurde unter verschiedenen Temperaturbedingungen durchgeführt. Insbesondere wurden mehrere Einspritzzeiten derart eingestellt, dass die Nacheinspritzung in verschiedenen Bedingungen innerhalb des Bereichs durchgeführt wurde, in dem die Zylindertemperatur 1050 K bis 1053 K betrug. Die Zylindertemperatur bedeutet eine Durchschnittstemperatur in jedem Zylinder 10, und eine örtliche Temperaturverringerung aufgrund der Verdampfung eines nacheingespritzten Kraftstoffs wird nicht berücksichtigt.
Der Betrieb der Maschine wurde angehalten, der Zustand des EGR-Durchtritts wurde untersucht, und die Tatsache, dass PM sich an der Wandoberfläche angehaftet und an der Wandoberfläche angesammelt hatten, wurde bestimmt. Danach wurde die Maschine in einer EU-Betriebsart betrieben, und der Zustand des EGR-Durchtritts wurde erneut untersucht. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass, wenn die Nacheinspritzung in einem Zustand durchgeführt wurde, in dem die Zylindertemperatur höher als 1150 K war, sich an der Wandoberfläche anhaftende PM wie voranstehend beschrieben abgelöst haben, und als Ergebnis ein Druckverlust in dem EGR-Durchtritt reduziert war. Insbesondere, wenn die Nacheinspritzung mit einer Zylindertemperatur höher als oder gleich 1250 K durchgeführt wurde, kehrte der Druckverlust in dem EGR-Durchtritt zu einem Zustand vor dem Versuch zurück, und so kann vermutet werden, dass sich die meisten an der Wandoberfläche des EGR-Durchtritts anhaftenden PM abgelöst hatten.
Wenn im Gegensatz die Nacheinspritzung mit einer Zylindertemperatur von 1050 K bis 1150 K durchgeführt wurde, reduzierte sich der Druckverlust in dem EGR-Durchtritt sogar nach dem Betrieb in der EU-Betriebsart nahezu gar nicht, und es wurde herausgefunden, dass die PM sich nicht abgelöst hatten. Aus der voranstehend beschriebenen Tatsache ergibt sich, wenn die Nacheinspritzung mit einer Zylindertemperatur von mehr als 1150 K durchgeführt wird, dass PM in dem Abgas sich wieder an der Wandoberfläche des EGR-Durchtritts anhaften, aber danach einfach in einem Dienstbetriebsbereich der Maschine ablösen. Insbesondere, wenn die Nacheinspritzung mit einer Zylindertemperatur höher als oder gleich 1250 K durchgeführt wird, ist es möglich, die Ansammlung von PM in dem EGR-Durchtritt zu verhindern.
Ein Versuch wurde ausgeführt, während die Zylindertemperatur zu der Zeit der Nacheinspritzung auf diese Weise geändert wurde, und PM in dem Abgas wurden gesammelt und beobachtet. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass die Textur unterschiedlich voneinander war. Wenn die Nacheinspritzung mit der Zylindertemperatur niedriger als oder gleich 1150 K durchgeführt wurde, wies die Oberfläche der PM eine harte Textur auf; während, wenn die Nacheinspritzung mit der Zylindertemperatur von mehr als 1150 K durchgeführt wurde, die Oberfläche der PM sich in eine weichere Textur änderte, wenn die Temperatur stieg. Dies ist wahrscheinlich deswegen der Fall, da mit einem Anstieg der Zylindertemperatur zu der Zeit der Nacheinspritzung die Menge der sich an der Oberfläche der PM anhaftenden SOF klein ist.
Deswegen wurde herausgefunden, wenn die Bestandteile der in dem voranstehend beschriebenen Versuch untersucht gesammelten PM analysiert wurden, wie aus dem Beispiel 5 ersichtlich ist, dass die SOF-Rate (SOF/PM) stark von der Zylindertemperatur zu der Zeit der Nacheinspritzung abhing. Wie durch die Strich-Zwei-Punkt-Linie I in 5 angezeigt ist, verringert sich die SOF-Rate mit einem Anstieg der Temperatur; jedoch reduziert sich die Breite der Verlängerung der SOF-Rate allmählich, wenn die Zylindertemperatur ansteigt.
6 zeigt ein Beispiel der Ergebnisse, die durch das Untersuchen der in dem Verbrennungsgas enthaltenen HC durch Gaschromatographie erhalten wurden. Mit einem Anstieg der Zylindertemperatur zu der Zeit der Nacheinspritzung erhöht sich die Rate von Methan (CH₄), während die HC-Rate mit einer Kohlenstoffzahl von zwei wie zum Beispiel Ethylen (C₂H₄) und Ethan (C₂H₆) und die HC-Rate mit einer Kohlenstoffzahl von mehr als zwei reduziert. Aus dem voranstehend Beschriebenen kann vermutet werden, dass eine progressive Verschlechterung der HC aufgrund der thermischen Zerlegung der Faktor einer Verringerung der SOF-Rate ist.
Die Erfinder vermuteten aus solchen Versuchsergebnissen, dass, wenn die Nacheinspritzung mit der Zylindertemperatur von mehr als zumindest 1051 K durchgeführt wurde, die SOF-Rate in den PM, die zu erzeugen sind, kleiner als oder gleich einer vorbestimmten Rate wird (z. B. als 40 % geschätzt), und eine Adhäsionskraft an der Wandoberfläche oder Ähnliches des EGR-Durchtritts sich abschwächt, und es sich als Ergebnis ergibt, die Ansammlung einer Ablagerung zu unterdrücken. Die Erfinder behaupten ebenfalls, dass, wenn die Zylindertemperatur anstieg, die SOF-Rate sich verringert und die Adhäsionskraft der PM sich abschwächt, und bevorzugt ist es möglich, wenn die Nacheinspritzung mit der Zylindertemperatur von mehr als oder gleich 1250 K durchgeführt wird, die Ansammlung einer Ablagerung in dem EGR-Durchtritt im Wesentlichen zu verhindern.
Wie aus der untersten Reihe in 3 als Beispiel ersichtlich ist, steigt die Zylindertemperatur TA allmählich mit einer Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 in dem Verdichtungstakt von jedem Zylinder 10, steigt aufgrund der Zündung des im Zuge der Haupteinspritzung eingespritzten Kraftstoffs weiter, erreicht den Maximalwert in dem Expansionstakt des Zylinders 10 und verringert sich danach allmählich mit der Abwärtsbewegung des Kolbens 3. Wenn die Nacheinspritzung in dem Expansionstakt des Zylinders 10 durchgeführt wird, steigt die Zylindertemperatur aufgrund der Verbrennung eines Teils des nacheingespritzten Kraftstoffs wieder, und die Wiederverbrennung von in dem Brenngas in dem Zylinder 10 enthaltenen PM wird erleichtert.
Jedoch wird in der NOx-Reduktionssteuerung die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs ausreichend derart erhöht, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nahe an das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gerät, wie später beschrieben werden wird. Deswegen ist in einem Betriebszustand, in dem das Sollmoment der Maschine 1 sich erhöht, die Menge der Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffs bemerkenswert groß. Als Ergebnis besteht hier eine Sorge, dass PM (hauptsächlich Ruß) sich aufgrund der Verbrennung in einem Zustand, in dem die Rate der Entgegnung mit Sauerstoff niedrig ist, schnell erhöhen. Unter Berücksichtigung dieses Punkts wird in der vorliegenden Ausführungsform die Nacheinspritzung derart durchgeführt, dass der Spitzenwert (durch den Punkt P in 3 angezeigt) der Zylindertemperatur aufgrund der Verbrennung des Kraftstoffs niedriger als oder gleich 1800 K ist, wie im Folgenden beschrieben wird.
Mit anderen Worten, zu der Zeit, zu der die Maschine 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der NOx-Reduktionssteuerung ausgesetzt ist, wie insbesondere im Folgenden beschrieben werden wird, wird verursacht, dass das EGR-Gas durch den EGR-Durchtritt 81 strömt, indem das EGR-Ventil geöffnet wird, und die Nacheinspritzung in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Zylindertemperatur höher als eine im Voraus eingestellte Temperatur (eingestellte Temperatur) ist, derart, dass die SOF-Rate in in dem Abgas enthaltenen PM niedriger als oder gleich einer vorbestimmten Rate wird.
Detaillierter Steuervorgang
Im Folgenden wird mit Bezug auf das Flussdiagramm der 7 der detaillierte Vorgang der NOx-Reduktionssteuerung beschrieben, die durch die ECU 100 in der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird. Dieses Flussdiagramm wird während des Betriebs der Maschine 1 zu einer vorbestimmten Zeit ausgeführt.
In dem Schritt ST1 nach dem START in dem Fluss der 7 bestimmt die ECU 100 anfänglich, ob ein NOx-Reduktionssteuerungsausführungszeiger sich in einem EIN-Zustand befindet. Dieser Ausführungszeiger ist als Ergebnis des Beginns der NOx-Reduktionssteuerung auf den EIN-Zustand eingestellt. Wenn die NOx-Reduktionssteuerung endet (wenn die NOx-Reduktionssteuerung unter der Annahme endet, dass im Wesentlichen die gesamte Menge der NOx in dem De- NOx-Katalysator 74 freigesetzt wurde), wird der Ausführungszeiger auf einen AUS-Zustand eingestellt. Wenn die NOx-Speichermenge in dem De-NOx-Katalysator 74 klein ist, z. B. zu dem Beginn der Fahrt eines Automobils oder gerade, nachdem die letzte NOx-Reduktionssteuerung endete, wird die NOx-Reduktionssteuerung nicht begonnen, und der Ausführungszeiger wird auf den AUS-Zustand eingestellt.
Wenn der Ausführungszeiger sich in dem AUS-Zustand befindet und eine negative Bestimmung in dem Schritt ST1 vorgenommen wird (NEIN), schreitet der Vorgang zu dem Schritt ST2 voran, und es wird bestimmt, ob die NOx-Speichermenge größer als oder gleich einer Steuerstartschwelle ist. Diese Schwelle wird durch einen Versuch oder Ähnliches im Voraus als Wert eingestellt, an dem die NOx-Reduktionssteuerung erforderlich ist. Wenn die NOx-Speichermenge klein ist, zum Beispiel zu Beginn der Fahrt eines Automobils, wird in einem Schritt ST2 eine negative Bestimmung vorgenommen (NEIN), und die Steuerung endet (ENDE).
Wenn andererseits der Betrieb der Maschine 1 für eine Weile von dem Beginn der Fahrt des Automobils fortgeführt wird, steigt die NOx-Speichermenge des De-NOx-Katalysators 74 in dem Abgas, dessen Sauerstoffkonzentration hoch ist. Wenn die NOx-Speichermenge des De-NOx-Katalysators 74 größer als oder gleich der Schwelle wird, wird in dem Schritt ST2 eine bestätigende Bestimmung vorgenommen (JA), und dann schreitet der Prozess zu dem Schritt ST3 voran. In dem Schritt ST3 wird der NOx-Reduktionssteuerungsausführungszeiger von dem AUS-Zustand zu dem EIN-Zustand geändert, und die NOx-Reduktionssteuerung wird begonnen, wie folgt.
Anfänglich bestimmt die ECU 100 nämlich in dem Schritt ST4 die Menge und Zeit der Nacheinspritzung, die für die NOx-Reduktionssteuerung durchgeführt wird. Die Menge des nacheingespritzten Kraftstoffs ist im Voraus in einem Kennfeld derart eingestellt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein vorbestimmter Wert an der mageren Seite (zum Beispiel A/F = ungefähr 15) nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Erwiderung auf das Sollmoment und die Drehzahl der Maschine 1 wird, und durch Abfragen des Kennfelds während des Betriebs der Maschine 1 bestimmt wird. Die Menge der Nacheinspritzung kann derart eingestellt sein, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Andererseits wird die Zeit der Nacheinspritzung berechnet wie folgt. Wie aus der untersten Reihe in 3 ersichtlich ist, verringert sich in dem Expansionstakt von jedem Zylinder 10 die Zylindertemperatur TA. Um die Nacheinspritzung in einem Zustand durchzuführen, in dem die Zylindertemperatur TA höher als die voranstehend beschriebene eingestellte Temperatur ist, wird zuerst ein Kurbelwinkel (Kurbelposition) θ1, an dem die Zylindertemperatur TA eine eingestellte Temperatur TA1 wird (z. B. 1250 K) durch das Untersuchen einer Änderung der Zylindertemperatur für jeden Betriebszustand (Sollmoment und Drehzahl) der Maschine 1 durch einen Versuch oder Ähnliches im Voraus erhalten, und wird in einem Kennfeld entsprechend dem Betriebszustand der Maschine 1 eingestellt.
Die Zeit (Kurbelwinkel θ2, der durch die Strich-Zwei-Punkt-Linie in 3 angezeigt ist) der Nacheinspritzung, zu der der Spitzenwert der Zylindertemperatur aufgrund der Verbrennung der Nacheinspritzung 1800 K wird, wird ausgehend von der somit untersuchten Zylindertemperatur und der Menge der Nacheinspritzung erhalten, und die Zwischenzeit (Kurbelwinkel) zwischen diesen zwei Kurbelwinkeln θ1, θ2 wird auf die Beginnzeit der Nacheinspritzung eingestellt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Nacheinspritzung in einem Zustand durchzuführen, in dem der Spitzenwert der Zylindertemperatur aufgrund der Verbrennung des Kraftstoffs niedriger als oder gleich 1800 K ist. Der Kurbelwinkel θ2 kann ebenfalls durch einen Versuch oder Ähnliches im Voraus untersucht werden, und als Kennfeld entsprechend dem Betriebszustand der Maschine 1 und der Nacheinspritzmenge eingestellt werden.
Die Menge und Zeit der Nacheinspritzung werden wie voranstehend beschrieben berechnet, und in dem Schritt ST5 wird die Strömungsrate des EGR-Gases in dem EGR-Durchtritt 81 durch Erhöhen des Öffnungsgrads des EGR-Ventils 82 erhöht. Somit wird die Menge der in jeden Zylinder 10 genommenen Luft (Frischluft) reduziert, das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases wird geeignet als Ergebnis der Nacheinspritzung angereichert, und eine Ansammlung von PM in dem EGR-Durchtritt 81 wird unterdrückt. Der Öffnungsgrad des Einlassdrosselventils 62 kann reduziert werden, wo dies notwendig ist. In dem Fluss der 7 ist die Steuerung über das EGR-Ventil 82 (Schritt ST5) nach der Berechnung der Menge und der Zeit der Nacheinspritzung (Schritt ST6) beschrieben; jedoch tatsächlich werden der Vorgang der Kraftstoffeinspritzsteuerung und der Vorgang der EGR-Steuerung parallel zueinander ausgeführt.
Darauffolgend wird in dem Schritt ST6 die Zeit der Nacheinspritzung korrigiert, wo es notwendig ist. Da nämlich die Zylindertemperatur durch die Einlasslufttemperatur, den Einlassluftdruck, die EGR-Gasströmungsrate, den Kraftstoffeinspritzdruck und Ähnliches beeinflusst ist, ist es erwünscht, dass die Zeit der Nacheinspritzung, die von der Einspritzendzeit berechnet wird, die in dem Kennfeld eingestellt ist, wie voranstehend beschrieben wurde, ausgehend von den Signalen von dem Schienendrucksensor 41, dem Einlassluftdrucksensor 48, dem Einlasslufttemperatursensor 49, dem EGR-Öffnungsgradsensor 50 und Ähnlichem korrigiert wird.
Dies bezüglich sind in der vorliegenden Ausführungsform der Einlassluftdruck, die EGR-Gasströmungsrate und der Kraftstoffeinspritzdruck einer Regelung ausgesetzt, um in Erwiderung auf das Sollmoment und die Drehzahl der Maschine 1 im Voraus in dem Kennfeld eingestellte Sollwerte zu werden, wie voranstehend beschrieben wurde. Die Ze0it der Nacheinspritzung muss nicht ausgehend von den Signalen von den Sensoren 41, 48 bis 50 und Ähnlichem korrigiert werden. Da andererseits die Einlasslufttemperatur nicht gesteuert werden kann, wenn die Einlasslufttemperatur aufgrund des Einflusses der Außenluft schwankt, wird die Zeit der Nacheinspritzung in Erwiderung auf eine Änderung der Zylindertemperatur korrigiert.
Insbesondere, wenn die durch den Einlasslufttemperatursensor 49 erfasste Einlasslufttemperatur ansteigt, wird die Zeit der Nacheinspritzung, die durch das Abfragen des Kennfelds in dem Schritt ST4 bestimmt wird, zu einer Verzögerungsseite korrigiert. Dieses Korrekturausmaß ist im Voraus in einem Kennfeld eingestellt, das im Zusammenhang mit dem Betriebszustand der Maschine 1 durch Untersuchen einer Änderung der Zylindertemperatur aufgrund von Schwankungen in der Einlasslufttemperatur mittels Versuch oder Ähnlichem untersucht wurde. Da eine Änderung der Zylindertemperatur aufgrund von Schwankungen in der Einlasslufttemperatur nicht so groß ist, kann eine Korrektur nicht durchgeführt werden, solange die Zylindertemperatur höher als die eingestellte Temperatur zu der Zeit der Nacheinspritzung ist, die in dem Schritt ST4 bestimmt wurde, und der Spitzenwert der Zylindertemperatur aufgrund der Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffs wird niedriger als oder gleich 1800 K.
Die Nacheinspritzung für jeden Zylinder 10 wird in dem Schritt ST7 durchgeführt, und es wird in dem Schritt ST8 bestimmt, ob eine NOx-Emissionsmenge (Reduktionsmenge) von dem De-NOx-Katalysator 74 eine vorbestimmte Menge erreicht hat. Diese vorbestimmte Menge ist eine NOx-Emissionsmenge zum Beenden der NOx-Reduktionssteuerung, und ist z. B. auf einen Wert entsprechend der NOx-Speichermenge an dem Beginn der NOx-Reduktionssteuerung eingestellt oder auf einen Wert geringfügig kleiner als die NOx-Speichermenge eingestellt. Die NOx-Emissionsmenge (Reduktionsmenge) muss lediglich z. B. durch Ansammeln einer Emissionsmenge pro Zeiteinheit erhalten werden, die ausgehend von einer Temperatur und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases erhalten wird.
Da die NOx-Emissionsmenge von dem De-NOx-Katalysator 74 für eine Weile nicht die vorbestimmte Menge von dem Beginn der NOx-Reduktionssteuerung erreicht hat, wird in dem Schritt ST8 eine negative Bestimmung vorgenommen (NEIN), der Vorgang kehrt zu dem Schritt ST4 zurück, und die Menge und Zeit der Nacheinspritzung werden wie voranstehend beschrieben bestimmt. Danach wird der Vorgang des Schritts ST5 bis zu dem Schritt ST7 wiederholt, und die NOx-Reduktionssteuerung wird fortgesetzt, bis die NOx-Emissionsmenge von dem De-NOx-Katalysator 74 die vorbestimmte Menge erreicht.
Wenn die NOx-Emissionsmenge von dem De-NOx-Katalysator 74 die vorbestimmte Menge erreicht und eine bestätigende Bestimmung in dem Schritt ST8 vorgenommen wird (JA), schaltet der Vorgang zu dem Schritt ST9 voran, und als Ergebnis wird der Vorgang der Beendigung der NOx-Reduktionssteuerung ausgeführt. Die Anreicherung des Luft-Kraftstoffverhältnisses durch die Nacheinspritzung wird nämlich beendet, der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 82 wird reduziert, und der NOx-Reduktionssteuerungsausführungszeiger wird auf den AUS-Zustand eingestellt. Die NOx-Reduktionssteuerung endet auf diese Weise (ENDE), und der Vorgang verschiebt sich zu einer normalen Maschinensteuerung in einem Zustand, in dem die Funktion des De-NOx-Katalysators 74 ausreichend wieder hergestellt wurde.
Die Routine der NOx-Reduktionssteuerung, die voranstehend mit Bezug auf 7 beschrieben wurde, wird durch Ausführen eines vorbestimmten Programms in der ECU 100 implementiert. Durch das Ausführen des Vorgangs des Schritts ST5 bestimmt die ECU 100 ein EGR-Steuermittel, um zu verursachen, dass während der NOx-Reduktionssteuerung EGR-Gas durch den EGR-Durchtritt 81 durch Öffnen des EGR-Ventils 82 strömt.
Durch das Ausführen der Vorgänge der Schritte ST4, ST6 und ST7 bestimmt die ECU 100 ein Kraftstoffeinspritzsteuermittel zum Anreichern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, indem verursacht wird, dass jeder Einspritzer 2 die Nacheinspritzung in dem Expansionstakt des entsprechenden Zylinders 10 nach der Haupteinspritzung von jedem Einspritzer 2 während der NOx-Reduktionssteuerung durchführt. Das Kraftstoffeinspritzsteuermittel führt die Nacheinspritzung in einem Zustand, in dem die Zylindertemperatur höher als eine im Voraus eingestellte Temperatur ist, derart durch, dass die SOF-Rate in den in dem Abgas enthaltenen PM niedriger als oder gleich einer vorbestimmten Rate ist.
Wie voranstehend beschrieben wurde, wird mit der Steuervorrichtung für die Dieselmaschine 1 gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn während der NOx-Reduktionssteuerung EGR-Gas rezirkuliert wird, die Nacheinspritzung zum Anreichern des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Abgases in einem Zustand durchgeführt, in dem die Zylindertemperatur höher als die eingestellte Temperatur ist. Somit wird die SOF-Rate in den in dem Abgas enthaltenen PM mit dem Ergebnis verringert, dass es möglich ist, die Adhäsionskraft an der Wandoberfläche des EGR-Durchtritts 82 zu schwächen.
Somit ist es möglich, eine Erzeugung und Ansammlung einer Ablagerung zu verhindern, so dass es möglich ist, die vorteilhafte Wirkung einer Reduktion der Verbrennungstemperatur oder Ähnliches ausreichend zu erhalten, indem eine günstige Gelegenheit zum Rezirkulieren des EGR-Gases erhöht wird. Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform die Nacheinspritzung derart durchgeführt, dass der Spitzenwert der Zylindertemperatur aufgrund der Verbrennung des Kraftstoffs niedriger als oder gleich 1800 K wird, so dass keine Sorge betreffend eines plötzlichen Anstiegs der in dem Abgas enthaltenen PM besteht, und es möglich ist, einen plötzlichen Anstieg der Menge der PM zu verhindern, die in dem DPF 75 gefangen sind.
Alternative Ausführungsformen
In der voranstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Erfindung auf die Common-Rail-Dieselmaschine 1 angewendet, die an einem Automobil montiert ist, jedoch ist die Erfindung nicht auf eine Maschine für ein Automobil begrenzt. Die Erfindung ist ebenfalls an einer Maschine anwendbar, die in anderen Zwecken verwendet wird. Die Anzahl der Zylinder oder eine Art der Maschine (wie z.B. eine Reihenmaschine, V-Maschine oder Horizontal-gegenüberliegende-Maschine (Boxermotor)) ist ebenfalls nicht besonders begrenzt.
In der voranstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Zeit der Nacheinspritzung ausgehend von der Einlasslufttemperatur in dem Schritt ST6 des Flusses der 7 korrigiert, wo dies notwendig ist; jedoch wird ausgehend von der Einlasslufttemperatur, dem Einlassluftdruck, der EGR-Gasströmungsrate, dem Kraftstoffeinspritzdruck oder Ähnlichem keine Korrektur durchgeführt. Jedoch ist dies ebenfalls nicht begrenzt. Die Zeit der Nacheinspritzung kann ausgehend von der Einlasslufttemperatur, dem Einlassluftdruck, der EGR-Gasströmungsrate, dem Kraftstoffeinspritzdruck oder Ähnlichem korrigiert werden, wo dies notwendig ist.
In der voranstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Maschine 1 beschrieben, die mit der EGR-Vorrichtung 8 ausgestattet ist (im Folgenden als Hochdruck-EGR-Vorrichtung 8 bezeichnet), die einen Teil des Abgases von dem Auslassdurchtritt 7 stromaufwärts des Turbinenrads 52 liegend zu dem Einlassdurchtritt 6 stromabwärts des Verdichterrads 53 liegend rezirkuliert; jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Konfiguration begrenzt. Wie z. B. aus 8 aus einem Beispiel ersichtlich ist, ist die Erfindung ebenfalls auf die Maschine 1 anwendbar, die mit der Hochdruck-EGR-Vorrichtung 8 (HPL-EGR) und einer Niederdruck-EGR-Vorrichtung 9 (LPL-EGR) ausgestattet ist.
Im Folgenden bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Bauteile wie die der Maschine 1, die aus 1 ersichtlich ist, und die Beschreibung davon wird ausgelassen. Ein unterschiedliches Bauteil, nämlich die Niederdruck-EGR-Vorrichtung 9 wird einfach beschrieben. Die Niederdruck-EGR-Vorrichtung 9 hat einen Niederdruck-EGR-Durchtritt 91, ein Niederdruck-EGR-Ventil 92 und einen Niederdruck-EGR-Kühler 93. Der Niederdruck-EGR-Durchtritt 91 rezirkuliert das EGR-Gas von dem Auslassdurchtritt 7 stromabwärts des DPF 75 liegend zu dem Einlassdurchtritt 6 stromaufwärts des Verdichterrads 53 liegend. Das Niederdruck-EGR-Ventil 92 wird verwendet, um die Strömungsrate des durch den Niederdruck-EGR-Durchtritt 91 strömenden EGR-Gases anzupassen. Der Niederdruck-EGR-Kühler 93 wird zum Kühlen des EGR-Gases verwendet. Ein Auslassschließerventil 86 ist in dem Auslassdurchtritt 7 stromabwärts des DPF 75 liegend so angeordnet, dass ein Teil des Abgases aktiv durch den Niederdruck-EGR-Durchtritt 91 strömen kann.
Wie aus einem Kennfeld in 9 als ein Beispiel ersichtlich ist, ist der EGR-Bereich in einen Bereich relativ niedriger Last (HPL), einen Bereich relativ hoher Last (LPL) und einen Zwischenlastbereich (MPL) unterteilt. In dem Bereich relativ niedriger Last (HPL) wird lediglich die Hochdruck-EGR-Vorrichtung 8 verwendet. In dem Bereich relativ hoher Last (LPL) wird lediglich die Niederdruck-EGR-Vorrichtung 9 verwendet. In dem Zwischenlastbereich (MPL) werden sowohl die Hochdruck-EGR-Vorrichtung 8 wie auch die Niederdruck-EGR-Vorrichtung 9 verwendet. Wie durch die Schraffur in 9 angezeigt ist, ist ein Bereich über die drei Bereiche eingestellt, in dem die NOx-Reduktionssteuerung durchgeführt wird, wo dies notwendig ist.
Wie in dem Fall der voranstehend beschriebenen Ausführungsform wird nämlich die NOx-Reduktionssteuerung begonnen, wenn die NOx-Speichermenge des De-NOx-Katalysators 74 die vorbestimmte Schwelle erreicht. Zu dieser Zeit wird in den Betriebsbereichen, in denen das EGR-Gas durch die Verwendung des Hochdruck-EGR-Durchtritts 81 (die Bereiche, die in 9 durch HPL und MPL bezeichnet sind) rezirkuliert wird, die Zeit der Nacheinspritzung in Zusammenhang mit der Zylindertemperatur wie in dem Fall der voranstehend beschriebenen Ausführungsform eingestellt. Somit ist es möglich, die Erzeugung und Ansammlung einer Ablagerung in dem Hochdruck-EGR-Durchtritt 81 zu verhindern, so dass eine günstige Gelegenheit zum Rezirkulieren des EGR-Gases sich erhöht, und die vorteilhafte Wirkung ausreichend erhalten wird.
In der voranstehend beschriebenen Ausführungsform ist als ein bestimmtes Beispiel der Wiederherstellungssteuerung für die Abgassteuervorrichtung eine NOx-Reduktionssteuerung zum Wiederherstellen der Funktion des De-NOx-Katalysators 74 beschrieben; jedoch ist die Wiederherstellungssteuerung nicht auf diese Konfiguration begrenzt. Zum Beispiel ist die Erfindung ebenfalls auf eine Wiederherstellungssteuerung zum Entfernen einer Schwefelvergiftung von dem De-NOx-Katalysator 74 anwendbar, und ist ebenfalls auf eine Wiederherstellungssteuerung zum Verbrennen von PM anwendbar, die in dem DPF 75 gefangen sind (DPF-Regenerierungssteuerung).
Die Erfindung macht es möglich, die vorteilhafte Wirkung wie zum Beispiel eine Reduktion der Verbrennungstemperatur durch die Rezirkulation eines Abgases (EGR-Gas) sogar während der Wiederherstellungssteuerung zum Wiederherstellen der Funktion der Abgassteuervorrichtung ausreichend zu erlangen. Daher ist die Erfindung insbesondere in der Anwendung an einer Dieselmaschine nützlich, die an einem Automobil montiert ist.
Nachdem zu der Zeit einer NOx-Reduktionsteuerung verursacht wurde, dass ein Einspritzer (2) eine Haupteinspritzung eines Kraftstoffs durchführt, wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases durch Durchführen einer Nacheinspritzung von Kraftstoff in einem Expansionstakt eines Zylinders (10) angereichert, und es wird verursacht, das EGR-Gas durch einen EGR-Durchtritt (81) strömt, um zu einem Einlassdurchtritt (6) rezirkuliert zu werden. Zu dieser Zeit wird die Nacheinspritzung in einem Zustand derart durchgeführt, in dem eine Zylindertemperatur (TA) höher als eine im Voraus eingestellte Temperatur (TA1) ist, dass eine SOF-Rate in den PM in dem Abgas (SOF/PM) niedriger als oder gleich wie eine vorbestimmte Rate ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-194597 A [0006, 0007]

Claims

Steuervorrichtung für eine Dieselmaschine (1), wobei die Dieselmaschine ein Kraftstoffeinspritzventil (2) hat, das Kraftstoff in einen Zylinder (10) einspritzt, eine Abgassteuervorrichtung (74), die in einem Auslassdurchtritt (7) angeordnet ist, und ein Kraftstoffeinspritzsteuermittel (100), um zu einer Zeit einer Wiederherstellungssteuerung zum Wiederherstellen einer Reinigungsleistungsfähigkeit der Abgassteuervorrichtung ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases anzureichern, indem es verursacht, dass das Kraftstoffeinspritzventil eine Nacheinspritzung in einem Expansionstakt nach einer Haupteinspritzung des Kraftstoffs durchführt, wobei die Steuervorrichtung gekennzeichnet ist durch Umfassen von: einem EGR-Durchtritt (81, 91), der einen Teil des Abgases von dem Auslassdurchtritt zu einem Einlassdurchtritt (6) rezirkuliert; einem EGR-Ventil (82, 92), das in der Lage ist, den EGR-Durchtritt zu öffnen oder zu schließen; und einem EGR-Steuermittel (100), um das EGR-Ventil zu steuern, zu öffnen oder zu schließen, wobei, wenn verursacht wird, dass das EGR-Gas zu der Zeit der Wiederherstellungssteuerung durch Öffnen des EGR-Ventils durch das EGR-Steuermittel durch den EGR-Durchtritt strömt, das Kraftstoffeinspritzsteuermittel konfiguriert ist, die Nacheinspritzung in einem Zustand durchzuführen, in dem eine Zylindertemperatur höher als 1150 K ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kraftstoffeinspritzsteuermittel die Nacheinspritzung in einem Zustand ausführt, in dem die Zylindertemperatur höher als oder gleich wie 1250 K ist.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Kraftstoffeinspritzsteuermittel eine Menge des Kraftstoffs, der durch die Nacheinspritzung eingespritzt wird, derart steuert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nahe an ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis gerät.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Kraftstoffeinspritzsteuermittel die Nacheinspritzung derart durchführt, dass ein Spitzenwert der Zylindertemperatur aufgrund der Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffs niedriger als oder gleich wie 1800 K ist.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zeit der Nacheinspritzung im Voraus in Erwiderung auf ein Sollmoment und eine Drehzahl der Maschine in einem Kennfeld eingestellt ist, die Steuervorrichtung außerdem ein Einlasslufttemperaturerfassungsmittel zum Erfassen einer Temperatur der Einlassluft umfasst, die durch den Einlassdurchtritt strömt, und das Kraftstoffeinspritzsteuermittel die Zeit der Nacheinspritzung, die durch das Abfragen des Kennfelds zu der Zeit der Wiederherstellungssteuerung bestimmt wurde, zu einer Verzögerungsseite korrigiert, wenn die erfasste Temperatur der Einlassluft ansteigt.
Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das EGR-Steuermittel eine Strömungsrate des EGR-Gases in dem EGR-Durchtritt durch Öffnen des EGR-Ventils zu der Zeit der Wiederherstellungssteuerung erhöht.