DE102017102253B4

DE102017102253B4 - Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017102253B4
Application number: DE102017102253.8A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Otsuka; Takashi Tsunooka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2017-02-06
Publication date: 2021-03-04
Anticipated expiration: 2037-02-07
Also published as: DE102017102253A1; JP6432550B2; JP2017155707A

Abstract

Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine (1), aufweisend:einen in einem Abgaskanal (3) der Brennkraftmaschine (1) vorgesehenen Filter (5) zum Abscheiden von Feinstaub im Abgas;eine elektrische Heizvorrichtung (6), die das in den Filter (5) strömende Abgas erhitzt;eine Luftzufuhreinheit (10: S102, S105, S108), die so konfiguriert ist, dass sie dem Filter (5) Luft zuführt, wobei das Abgasreinigungssystem ferner aufweist:eine Schätzeinheit (10), die so konfiguriert ist, dass sie die in dem Filter (5) abgelagerte Feinstaubmenge schätzt;eine Aufheizsteuereinheit (10: S102-S107), die so konfiguriert ist, dass sie eine Aufheizsteuerung zum Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung (6) ausführt, während sie den Betrieb der Brennkraftmaschine (1) weiterführt, wodurch die Temperatur des Filters (5) auf eine vorbestimmte Temperatur erhöht wird, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, und den Betrieb der Brennkraftmaschine (1) in Fällen, in denen die in dem Filter (5) abgelagerte Feinstaubmenge, die von der Schätzeinheit (10) geschätzt wird, zu der Zeit, zu der eine Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) erfüllt wird, höher ist als eine vorbestimmte Ablagerungsmenge, sowie das Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung (6) zu oder nach der Zeit, zu der die Temperatur des Filters (5) auf die vorbestimmte Temperatur erhöht wird, stoppt; undeine Luftzufuhrsteuereinheit (10), die dem Filter (5) durch die Luftzufuhreinheit (10: S102, S105, S108) zu oder nach der Zeit, zu der die Temperatur des Filters (5) die vorbestimmte Temperatur erreicht, in Fällen, in denen die in dem Filter (5) abgelagerte Feinstaubmenge, die von der Schätzeinheit (10) geschätzt wird, zu der Zeit, zu der die Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) erfüllt wird, größer ist als die vorbestimmte Ablagerungsmenge durch Ausführen der Aufheizsteuern durch die Aufheizsteuereinheit (10: S102-S107) Luft zuführt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine.
Stand der Technik
Einige Brennkraftmaschinen sind mit einem in einem Abgaskanal angeordneten Filter versehen. Der Filter hat eine Funktion zum Abscheiden von Feinstaub (das nachstehend auch als „PM“ bezeichnet wird) in dem Abgas. Der abgeschiedene Feinstaub lagert sich allmählich in dem Filter ab. Wenn ein Umstand hergestellt ist, , in dem die Temperatur des Filters eine Temperatur erreicht, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann und Sauerstoff in der Atmosphäre um den Filter vorhanden ist, während die Brennkraftmaschine in Betrieb ist, wird der in dem Filter abgelagerte Feinstaub oxidiert und entfernt. Der vorstehend beschriebene Umstand wird nachstehend als „Feinstaub-Oxidier-Umstand“ bezeichnet. Wenn der Feinstaub-Oxidier-Umstand jedoch während des Betriebs der Brennkraftmaschine nicht hergestellt wird, nimmt die in dem Filter abgelagerte Feinstaubmenge weiter zu. Um dem entgegenzuwirken, wird bekannterweise ein Filterregenerierungsprozess zum Oxidieren des in dem Filter abgelagerten Feinstaubs zum Entfernen desselben durchgeführt. Der Filterregenerierungsprozess ist ein Prozess, der den Feinstaub-Oxidier-Umstand zwangsweise herstellt.
Die JP 2007 - 187 006 A lehrt das Durchführen des Filterregenerierungsprozesses während der Betrieb der Brennkraftmaschine gestoppt ist, in Fällen, in denen die in dem Filter abgelagerte Feinstaubmenge zu der Zeit, zu der der Betrieb der Brennkraftmaschine gestoppt ist, größer ist als eine vorbestimmte Menge. Bei der in der JP 2007 - 187 006 A offenbarten Anordnung ist ein Katalysator mit Oxidationsvermögen auf dem Filter aufgebracht. Der Filter ist mit einer elektrischen Heizvorrichtung zum Erhitzen des Filters versehen. Ferner sind ein Kraftstoffzugabeventil und ein Sekundärluftzufuhrventil in dem Abgaskanal stromaufwärts des Filters vorgesehen. Während der Betrieb der Brennkraftmaschine gestoppt ist, wird der Filter durch die elektrische Heizvorrichtung erhitzt, um die Temperatur des Filters zu erhöhen. Ferner wird Kraftstoff über das Kraftstoffzugabeventil zugeführt, während der Filter durch die elektrische Heizvorrichtung erhitzt wird, um die Temperatur des Filters durch Oxidationswärme, die durch die Oxidation des Kraftstoffs in dem Katalysator erzeugt wird, auf eine Temperatur zu erhöhen, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, und Sekundärluft wird von dem Sekundärluftzufuhrventil bereitgestellt. Dadurch wird der Feinstaub oxidiert und entfernt.
Die JP 2000 - 097 012 A offenbart eine Technik zum Durchführen eines Filterregenerieungsprozesses währen des Betriebs der Brennkraftmaschine. Bei dem in der JP 2000 - 097 012 A offenbarten Filterregenerierungsprozess wird der Filter durch eine elektrische Heizvorrichtung erhitzt, um die Temperatur des Filters auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhöhen, während die Brennkraftmaschine in Betrieb ist, und das Erhitzen des Filters durch die elektrische Heizvorrichtung wird anschließend gestoppt. Im Anschluss daran, wird dem Filter über ein Luftzufuhrventil Luft zum Oxidieren und Entfernen des Feinstaubs zugeführt.
Weitere Abgasreinigungssysteme für eine Brennkraftmaschine sind Gegenstand der US 4 404 795 A , der DE 10 2010 024 857 A1 , der US 2013 / 0 006 499 A1 sowie der US 2011 0 072 793 A1 .
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Technisches Problem
Wenn der Betrieb einer Brennkraftmaschine nach einer relativ langen Zeit, während der ein Feinstaub-Oxidier-Umstand nicht hergestellt worden ist, gestoppt wird, wird der Betrieb der Brennkraftmaschine in einem Zustand gestoppt, in dem sich in manchem Fällen eine große Feinstaubmenge in dem Filter abgelagert hat. In solchen Fällen wird die in dem Filter abgelagerte Feinstaubmenge auch zu der Zeit hoch sein, zu der der Betrieb der Brennkraftmaschine erneut aufgenommen wird. Wenn die Brennkraftmaschine nach dem Betriebsstart in einen Hochlastbetriebszustand eintritt und die Temperatur des Filters auf eine Temperatur ansteigt, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, um einen Feinstaub-Oxidier-Umstand herzustellen, kann die Oxidation des abgelagerten Feinstaubs in manchen Fällen schnell voranschreiten. In solchen Fällen besteht, wenn sich eine große Menge Feinstaub in dem Filter ablagert, die Möglichkeit, dass die Temperatur des Filters übermäßig ansteigt, was zu Schwierigkeiten mit dem Filter führen kann.
Ein mögliches Verfahren, um das Auftreten eines solchen übermäßigen Temperaturansteigt nach dem Betriebsstart der Brennkraftmaschine zu verhindern, besteht darin, den Filter durch eine elektrische Heizvorrichtung zu erhitzen und dem Filter Luft zuzuführen, während der Betrieb der Brennkraftmaschine gestoppt ist, wodurch der in dem Filter abgelagerte Feinstaub, wie auch im Falle des vorstehend beschriebenen Stands der Technik, entfernt wird. Jedoch wird zum Erhöhen der Filtertemperatur durch Erhitzen mit einer elektrischen Heizvorrichtung während des Betriebsstopps der Brennkraftmaschine auf eine Temperatur, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, eine relativ hohe elektrische Leistung benötigt.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf das vorstehend beschriebene Problem gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik zu schaffen, die eine bessere Entfernung von an einem Filter abgelagerten Feinstaub unter Verwendung einer elektrischen Heizvorrichtung bei Betriebsstopp einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur des Filters, wenn die in einem Filter abgelagerte Feinstaubmenge zu der Zeit, zu der eine Bedingung zum Stoppen des Betriebs einer Brennkraftmaschine erfüllt wird, größer ist als eine vorbestimmte Ablagerungsmenge auf eine Temperatur erhöht, bei der der Feinstaub durch Erhitzen des Abgases der Brennkraftmaschine durch eine elektrische Heizvorrichtung oxidiert werden kann, und der Betrieb der Brennkraftmaschine wird anschließend gestoppt. Dem Filter wird zu oder nach der Zeit, zu der die Temperatur des Filters eine Temperatur erreicht, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, Luft zugeführt.
Ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist insbesondere auf: einen in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorgesehenen Filter zum Abscheiden von Feinstaub im Abgas; eine elektrische Heizvorrichtung, die das in den Filter strömende Abgas erhitzt; eine Luftzufuhreinheit, die so konfiguriert ist, dass sie dem Filter Luft zuführt, wobei das Abgasreinigungssystem ferner aufweist: eine Schätzeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie die in dem Filter abgelagerte Feinstaubmenge schätzt; eine Aufheizeinheit, die so konfiguriert ist, dass sie eine Aufheizsteuerung zum Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung ausführt, während sie den Betrieb der Brennkraftmaschine weiterführt, wodurch die Temperatur des Filters auf eine vorbestimmte Temperatur erhöht wird, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, und den Betrieb der Brennkraftmaschine in Fällen, in denen die in dem Filter abgelagerte Feinstaubmenge, die von der Schätzeinheit geschätzt wird, zu der Zeit, zu der eine Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine erfüllt wird, höher ist als eine vorbestimmte Ablagerungsmenge, sowie das Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung zu oder nach der Zeit, zu der die Temperatur des Filters auf die vorbestimmte Temperatur erhöht wird, stoppt; und eine Luftzufuhrsteuereinheit, die dem Filter durch die Luftzufuhreinheit zu oder nach der Zeit, zu der die Temperatur des Filters die vorbestimmte Temperatur erreicht, in Fällen, in denen die in dem Filter abgelagerte Feinstaubmenge, die von der Schätzeinheit geschätzt wird, zu der Zeit, zu der die Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine erfüllt wird, größer ist als die vorbestimmte Ablagerungsmenge durch Ausführen der Aufheizsteuern durch die Aufheizsteuereinheit Luft zuführt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Betrieb der Brennkraftmaschine, selbst wenn die Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine erfüllt wird, in Fällen, in denen die in dem Filter abgelagerte Feinstaubmenge größer ist als die vorbestimmte Ablagerungsmenge, nicht umgehend gestoppt, sondern für eine gewisse Zeitdauer fortgeführt. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „der Betrieb der Brennkraftmaschine wird gestoppt“, dass die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil der Brennkraftmaschine gestoppt wird und die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine beendet wird. Daher wird, obwohl die Drehung der Brennkraftmaschine (d. h. die Drehung der Kurbelwelle) nach Stoppen der Kraftstoffeinspritzung durch die Trägheit ohne Verbrennung von Kraftstoff für eine fortgesetzt wird, dies so ausgelegt, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine nach dem Stopp der Kraftstoffeinspritzung gestoppt ist (nicht in Betrieb ist). Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet der Ausdruck „der Betrieb der Brennkraftmaschine wird fortgesetzt“, dass die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil der Brennkraftmaschine fortgesetzt wird, um die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine fortzusetzen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung meint die Formulierung „eine Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine“ eine Bedingung zum Stoppen der Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil der Brennkraftmaschine, das heißt, eine Bedingung zum Stoppen der Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine. Bei der vorliegenden Erfindung ist die vorbestimmte Ablagerungsmenge als eine Menge festgelegt, bei der oder unterhalb von der davon ausgegangen werden kann, dass das Auftreten einer übermäßigen Temperaturerhöhung des Filters unwahrscheinlich ist, selbst wenn die Temperatur des Filters beim erneuten Starten des Betriebs der Brennkraftmaschine zum Herstellen eines Feinstaub-Oxidier-Umstands, stark ansteigt bis auf eine Temperatur, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, und die Oxidation des Feinstaubs schnell voranschreitet.
Während der Betrieb der Brennkraftmaschine fortgesetzt wird, wird das in den Filter strömende Abgas durch die elektrische Heizvorrichtung erhitzt. Die Steuerung, durch die das Abgas mithilfe der elektrischen Heizvorrichtung erhitzt wird, während der Betrieb der Brennkraftmaschine fortgesetzt wird, wird gemäß der Erfindung als „Aufheizsteuerung“ bezeichnet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Temperatur des Filters durch Ausführen dieser Aufheizsteuerung auf die vorbestimmte Temperatur erhöht. Durch diese Aufheizsteuerung trägt nicht nur die elektrische Energie der elektrischen Heizvorrichtung, sondern auch die thermische Energie des Abgases zum Aufheizen des Filters bei. Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung wird dem Filter von der Luftzufuhreinheit keine Luft zugeführt, bis die Temperatur des Filters die vorbestimmte Temperatur erreicht hat. Daher ist es nicht nötig, zusätzlich zu dem Abgas auch die von der Luftzufuhreinheit zugeführte Luft unter Verwendung der elektrischen Heizvorrichtung zum Erhöhen der Temperatur des Filters auf die vorbestimmte Temperatur zu erhitzen. Dies ermöglicht eine Senkung der von der elektrischen Heizvorrichtung verbrauchten elektrischen Leistung beim Erhöhen der Temperatur des Filters auf die vorbestimmte Temperatur.
Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung wird dem Filter von der Luftzufuhreinheit zu oder nach der Zeit, zu der die Temperatur des Filters durch Ausführen der Aufheizsteuerung die vorbestimmte Temperatur erreicht, Luft zugeführt. Demzufolge wird ein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt, und der in dem Filter abgelagerte Feinstaub wird oxidiert. Daher wird der in dem Filter abgelagerte Feinstaub, solange ein Feinstaub-Oxidier-Umstand gegeben ist (das heißt, solange die Temperatur des Filters eine Temperatur ist, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann), oxidiert und entfernt, selbst wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine und die Erhitzung des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung zu oder nach der Zeit, zu der die Temperatur des Filters auf die vorbestimmte Temperatur erhöht wird, gestoppt werden. Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung eine entsprechende Entfernung des in dem Filter abgelagerten Feinstaubs unter Verwendung der elektrischen Heizvorrichtung bei gestopptem Betrieb der Brennkraftmaschine.
Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung, kann die Aufheizsteuerung den Betrieb der Brennkraftmaschine und die Erhitzung des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung zu der Zeit, zu der die Temperatur des Filters nach dem Ausführungsstart der Aufheizsteuerung die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, stoppen. Dadurch kann die Dauer des Weiterbetriebs der Brennkraftmaschine zum Erhitzen des Filters und die Dauer des Betriebs der elektrischen Heizvorrichtung minimiert werden. Somit kann der Kraftstoffverbrauch und den Verbrauch elektrischer Leistung beim Erhitzen des Filters so gering wie möglich gehalten werden.
Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Luftzufuhreinheit ein Lufteinblasventil umfassen, das Sekundärluft in den Abgaskanal stromaufwärts des Filters einbläst. Bei dieser Anordnung führt die Luftzufuhreinheit dem Filter durch Einblasen von Sekundärluft über das Lufteinblasventil Luft zu.
Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Luftzufuhreinheit einen Elektromotor umfassen, der die Brennkraftmaschine dreht (das heißt, die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine). Bei dieser Anordnung führt die Luftzufuhreinheit dem Filter durch Drehen der Brennkraftmaschine mittels des Elektromotors bei gestopptem Betrieb der Brennkraftmaschine Luft zu. Bei dieser Anordnung ist es möglich, dem Filter Luft zuzuführen, ohne dass es nötig ist, eine separate Vorrichtung zum Zuführen von Sekundärluft vorzusehen.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann die Entfernung von in einem Filter abgelagertem Feinstaub unter Verwendung einer elektrischen Heizvorrichtung bei gestopptem Betrieb einer Brennkraftmaschine verbessern.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das die allgemeine Konfiguration eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Zeitdiagramm, das die zeitliche Änderung der Betriebszustände der Kraftstoffeinspritzventils, der elektrischen Heizvorrichtung, und des Lufteinblasventils, der Filtertemperatur, sowie der in dem Filter abgelagerten Feinstaubmenge in einem Fall zeigt, in dem der Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
3 ist ein Flussdiagramm des Regenerierungsprozesses beim Abschalten der Maschine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Diagramm, das die allgemeine Konfiguration eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm des Regenerierungsprozesses beim Abschalten der Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden die spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die Abmessungen, Materialien, Formen, relativen Anordnungen, und weiteren Merkmale der Komponenten, die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben werden, sollen den technischen Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf selbige beschränken, sofern dies nicht ausdrücklich angegeben wird.
Erste Ausführungsform
Nachstehend wird eine Ausführungsform des Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im hier beschriebenen Fall wird das Abgasreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine benzingetriebene Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs angewandt. Jedoch ist die Brennkraftmaschine, auf welche die vorliegende Erfindung angewandt werden kann, nicht auf die benzingetriebene Maschine beschränkt, sondern die vorliegende Erfindung kann ebenfalls auf andere Maschinen, z. B., eine Dieselmaschine, angewandt werden.
Allgemeine Konfiguration des Abgassystems
1 ist ein Diagramm, das die allgemeine Konfiguration des Abgassystems einer Brennkraftmaschine gemäß der Ausführungsform zeigt. Die Brennkraftmaschine 1 ist eine benzingetriebene Maschine zum Antrieb eines Fahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 1 weist ein Kraftstoffeinspritzventil 2 auf, das Kraftstoff einspritzt, der in einem Zylinder verbrannt wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 2 kann entweder ein Saugrohreinspritzventil sein, das Kraftstoff in einen Ansaugkanal einspritzt, oder ein Zylindereinspritzventil, das Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzt. Die Brennkraftmaschine 1 ist mit einem Abgaskanal 3 verbunden. Der Abgaskanal 3 umfasst einen Abgaskrümmer. Der Pfeil in 1 zeigt die Strömungsrichtung des Abgases in dem Abgaskanal 3 an.
Der Abgaskanal 3 ist mit einem Abgasreinigungskatalysator 4 versehen. Der Abgasreinigungskatalysator 4 kann beispielsweise ein Oxidationskatalysator oder ein Drei-Wege-Katalysator sein. Der Abgaskanal 3 ist mit einem Filter 5 versehen, der stromabwärts des Abgasreinigungskatalysators 4 vorgesehen ist. Der Filter 5 ist ein Wandstromfilter bestehend aus einem porösen Basismaterial und besitzt eine Funktion zum Abscheiden von Feinstaub in dem Abgas. Ein Katalysator mit Oxidationsvermögen kann auf dem Filter 5 aufgebracht sein.
Der Abgaskanal 3 ist mit einer elektrischen Heizvorrichtung 6 versehen, die stromabwärts des Abgasreinigungskatalysator 4 vorgesehen ist und unmittelbar stromaufwärts von dem Filter 5. Die elektrische Heizvorrichtung 6 kann das in den Filter 5 strömende Gas (Abgas) erhitzen. Der Abgaskanal 3 stromabwärts des Filters 5 ist mit einem Temperatursensor 7 versehen, der die Temperatur des aus dem Filter 5 strömenden Gases (Abgas) misst. Der Abgaskanal 3 stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators 4 ist mit einem Lufteinblasventil 8 versehen, das Sekundärluft in den Abgaskanal 3 einbläst. Mittels einer Luftpumpe wird verdichtete Luft über einen Luftzufuhrkanal zu einem Lufteinblasventil 8 gepumpt. Der Luftzufuhrkanal und die Luftpumpe sind in 1 nicht gezeigt.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 10 ist für die Brennkraftmaschine 1 vorgesehen. Die ECU 10 ist eine Einheit, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 steuert. Die ECU 10 ist elektrisch mit dem Temperatursensor 7 verbunden, und der Messwert des Temperatursensors 7 wird in die ECU 10 eingegeben. Die ECU 10 schätzt die Temperatur des Filters 5 anhand des Messwerts des Temperatursensors 7. Die ECU 10 ist ebenfalls elektrisch mit dem Kraftstoffeinspritzventil 2, der elektrischen Heizvorrichtung 6, sowie dem Lufteinblasventil 8 verbunden. Der Betrieb dieser Vorrichtungen wird durch die ECU 10 gesteuert.
Die ECU 10 ist ebenfalls elektrisch mit einem Zündschalter 11 verbunden, der in dem mit der Brennkraftmaschine 1 ausgestatteten Fahrzeug vorgesehen ist. Die ECU 10 steuert den Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 2 der Brennkraftmaschine 1 als Reaktion auf ein von dem Zündschalter 11 ausgegebenen Signal. Die ECU 10 stoppt die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 2 insbesondere, wenn der Zündschalter 11 von dem Fahrer des Fahrzeugs ausgeschaltet wird, während die Brennkraftmaschine 1 in Betrieb ist. Zu dieser Zeit stoppt die ECU 10 auch die Zündung mittels einer Zündkerze (nicht gezeigt). Somit wird die Kraftstoffverbrennung in der Brennkraftmaschine 1 beendet. Das heißt, der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird gestoppt. Es ist zu beachten, dass der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 bei dieser Ausführungsform jedoch nicht unbedingt unmittelbar bei Ausschalten des Zündschalters 11 gestoppt wird.
Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine
Während die Brennkraftmaschine 1 in Betrieb ist, lagert sich abgeschiedener Feinstaub allmählich in dem Filter 5 ab, und die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge nimmt zu. Bei der Brennkraftmaschine 1 wird manchmal eine so genannte Kraftstoffabschaltsteuerung durchgeführt, bei der die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 2 gestoppt wird, um die Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine 1 zu beenden, während das Fahrzeug fährt. Wenn diese Kraftstoffabschaltsteuerung durchgeführt wird, wird dem Filter 5 Luft zugeführt. Daher wird, wenn die Kraftstoffabschaltsteuerung unter einem Umstand durchgeführt wird, bei dem die Temperatur des Filters 5 eine Temperatur erreicht, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, ein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt. Wenn ein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt worden ist, wird der in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaub oxidiert und entfernt, sodass die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge abnimmt.
Wenn die Kraftstoffabschaltsteuerung jedoch in einem Zustand durchgeführt wird, in dem die Abgastemperatur so niedrig ist, dass die Temperatur des Filters 5 keine Temperatur erreicht, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, wird der Feinstaub-Oxidier-Umstand nicht hergestellt. Daher können Fälle auftreten, in denen der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nach einer relativ langen Zeit, während der kein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt worden ist, gestoppt wird, wie in dem Fall, in dem der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nach Fortsetzung des Betriebs bei einer Maschinenlast, bei der die Abgastemperatur so niedrig ist, dass die Temperatur des Filters 5 eine Temperatur, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, nicht erreicht, gestoppt wird. In solchen Fällen wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 in einem Zustand gestoppt, in dem die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge groß ist. In solchen Fällen kann die Oxidation des abgelagerten Feinstaubs, wenn die Brennkraftmaschine 1 nach erneutem Starten des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 in einen Hochlastbetriebszustand eintritt, und die Temperatur des Filters 5 auf eine Temperatur ansteigt, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, um einen Feinstaub-Oxidier-Umstand herzustellen, schnell voranschreiten, was zu einem übermäßigen Temperaturanstieg des Filters 5 führen kann.
Bei dieser Ausführungsform wird ein Filterregenerierungsprozess durchgeführt, wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt ist, um das Auftreten eines übermäßigen Temperaturanstiegs nach dem erneuten Starten des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 zu verhindern. Nachfolgend wird der Filterregenerierungsprozess, der zu der Zeit, zu der der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt ist, durchgeführt wird, mit Bezugnahme auf 2 beschrieben. Dieser Regenerierungsprozess wird nachstehend auch als „Regenerierungsprozess bei Abschalten der Maschine“ bezeichnet. 2 ist ein Zeitdiagramm, das die zeitlichen Änderungen der Betriebszustände des Kraftstoffeinspritzventils, der elektrischen Heizvorrichtung, und des Lufteinblasventils, der Filtertemperatur, sowie der in dem Filter abgelagerten Feinstaubmenge in einem Fall zeigt, in dem der Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird.
In 2 zeigt t1 die Zeit an, zu der der Zündschalter 11 ausgeschaltet wird. Bei dieser Ausführungsform bedeutet das Ausschalten des Zündschalters, dass die „Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine“ gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt wird. Bei dieser Ausführungsform schätzt die ECU 10 die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge, während die Brennkraftmaschine 1 in Betrieb ist. Die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge kann durch ein beliebiges bekanntes Verfahren geschätzt werden. Die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge kann beispielsweise durch Integrieren des von der Brennkraftmaschine 1 abgegebenen Feinstaubanteils und des in dem Filter 5 oxidierten Feinstaubanteils geschätzt werden. In dieser Verbindung kann der von der Brennkraftmaschine 1 abgegebene Feinstaubanteil anhand des Kraftstoffeinspritzanteils in der Brennkraftmaschine 1 etc. geschätzt werden. Der in dem Filter 5 oxidierte Feinstaubanteil kann anhand des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 und der Temperatur des Filters 5 etc. geschätzt werden. Bei dieser Ausführungsform wird die Schätzeinheit gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch das von der ECU 10 durchgeführte Schätzen der in dem Filter 5 abgelagerten Feinstaubmenge realisiert. Bei dieser Ausführungsform wird in Fällen, in denen die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge zu der Zeit, zu der der Zündschalter 11 ausgeschaltet wird, größer ist als eine vorbestimmte Ablagerungsmenge Fpm1, der Regenerierungsprozess bei Abschalten der Maschine durchgeführt. Die vorbestimmte Abscheidungsmenge Fpm1 ist als eine Menge festgelegt, bei der oder unterhalb von der davon ausgegangen werden kann, dass das Auftreten eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters 5 unwahrscheinlich ist, selbst wenn die Temperatur des Filters 5 nach dem erneuten Starten des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 zum Herstellen des Feinstaub-Oxidier-Umstands, stark ansteigt, bis auf eine Temperatur, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, und die Oxidation des Feinstaubs schnell voranschreitet. Die vorbestimmte Abscheidungsmenge Fpm1 kann als solche beispielsweise durch ein Experiment im Voraus bestimmt werden.
Bei dem Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß dieser Ausführungsform wird die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 2, wie in 2 gezeigt ist, wenn der Zündschalter 11 bei Zeit t1 ausgeschaltet wird, nicht unmittelbar gestoppt, sondern wird fortgesetzt. Das heißt, der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird nach Zeit t1 fortgesetzt. Demzufolge strömt in dem Abgaskanal 3 selbst nach Zeit t1 Abgas, solange der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 fortgesetzt wird. Bei Zeit t1 wird die elektrische Heizvorrichtung 6 eingeschaltet. Das heißt, die elektrische Heizvorrichtung 6 beginnt bei Zeit t1, das in den Filter 5 strömende Abgas zu erhitzen. Folglich steigt die Temperatur des Filters 5 an. Die Temperatur des Filters 5 erreicht bei Zeit t2 schließlich eine erste vorbestimmte Temperatur Tfl. Die erste vorbestimmte Temperatur Tf1 wird beispielsweise durch ein Experiment im Voraus als eine solche Temperatur, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, bestimmt, dass die Temperatur des Filters 5 niedriger bleibt als die Obergrenze (Tflimit in 2) eines zulässigen Bereichs der Temperatur des Filters 5 (d. h., eines Bereichs, innerhalb von dem kein übermäßiger Temperaturanstieg auftritt), selbst wenn der in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaub bei Herstellen eines Feinstaub-Oxidier-Umstands oxidiert wird und die Temperatur des Filters 5 aufgrund der bei der Oxidation des Feinstaubs erzeugten Hitze weiter ansteigt.
Wenn die Temperatur des Filters 5 bei Zeit t2 die erste vorbestimmte Temperatur Tfl erreicht, wird die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 2 gestoppt, und die elektrische Heizvorrichtung 6 wird ausgeschaltet. Das heißt, bei Zeit t2 wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt, und das Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung 6 wird gestoppt. Bei dieser Ausführungsform wird die Aufheizsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Fortsetzen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 und Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung 6 im Zeitraum von Zeit t1 bis Zeit t2 ausgeführt. Bei Zeit t2 wird das Einblasen von Sekundärluft durch das Lufteinblasventil 8 gestartet. Daher wird dem Filter 5, dessen Temperatur eine Temperatur erreicht hat, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, Luft zugeführt. Demzufolge wird ein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt.
Wenn bei Zeit t2 ein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt worden ist, beginnt die Oxidation des in dem Filter 5 abgelagerten Feinstaubs. Demzufolge nimmt die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge ab Zeit t2 allmählich ab. Ferner steigt die Temperatur des Filters 5 nach Beginn der Oxidation des in dem Filter 5 abgelagerten Feinstaubs bei Zeit t2 aufgrund der Wärme der Oxidation weiter an. Da die elektrische Heizvorrichtung 6 bei Zeit t2 ausgeschaltet wird, wird dem Filter 5 von der elektrischen Heizvorrichtung 6 nach Zeit t2 keine Wärmeenergie zugeführt. Die durch die Oxidation des Feinstaubs in dem Filter 5 erzeugte Wärme wird durch die über das Lufteinblasventil 8 eingeblasene Luft abgeführt und wird dem Filter 5 zugeführt. Folglich, beginnt die Temperatur des Filters 5, wie in 2 gezeigt ist, einige Zeit nach Zeit t2 abzufallen. Genauer gesagt, steigt die Temperatur des Filters 5 von der Temperatur bei Zeit t2 weiter an, erreicht vor Überschreiten des oberen Grenzwerts Tflimit des zulässigen Bereichs ihren Höchstwert, und fällt anschließend ab.
Die Temperatur des Filters 5 erreicht bei Zeit t3 schließlich eine zweite vorbestimmte Temperatur Tf2. Die zweite vorbestimmte Temperatur Tf2 ist eine niedrigere Temperatur als die erste vorbestimmte Temperatur Tfl. Die zweite vorbestimmte Temperatur Tf2 wird im Voraus durch ein Experiment als die niedrigste Temperatur bestimmt, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann. Daher ist die Temperatur des Filters 5 nach Zeit t3 niedriger als die niedrigste Temperatur, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, und daher wird kein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt, selbst wenn dem Filter 5 Luft zugeführt wird. Daraufhin wird der in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaub nicht mehr oxidiert. Daher wird die Einblasung von Luft durch das Lufteinblasventil 8 bei Zeit t3 gestoppt. Somit wird der Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine beendet.
Durch den Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine, wie er vorstehend beschrieben worden ist, wird im Zeitraum von Zeit t2 bis Zeit t3 ein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt. Daher kann der in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaub in diesem Zeitraum oxidiert und entfernt werden. Somit kann die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge zu der Zeit des erneuten Startens des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 verringert werden. Folglich kann, selbst wenn die Brennkraftmaschine 1 nach dem erneuten Starten des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 in einen Hochlastbetriebszustand eintritt, und die Temperatur des Filters 5 stark ansteigt auf eine Temperatur, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, verhindert werden, dass durch die Wärme der Oxidation des Feinstaubs ein übermäßiger Temperaturanstieg des Filters 5 verursacht wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 beim Ausschalten des Zündschalters 11 nicht unmittelbar gestoppt, sondern fortgesetzt. Währen der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 fortgesetzt wird, wird das in den Filter 5 strömende Abgas von der elektrischen Heizvorrichtung 6 erhitzt, um die Temperatur des Filters 5 auf die erste vorbestimmte Temperatur Tfl zu erhöhen. Daher trägt nicht nur die elektrische Energie der elektrischen Heizvorrichtung 6, sondern auch die thermische Energie des Abgases zu dem Temperaturanstieg des Filters 5 bei. Ferner wird das Einblasen von Sekundärluft durch das Lufteinblasventil 8 bei dem vorstehend beschriebenen Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine nach Zeit t1 nicht durchgeführt, bis die Temperatur des Filters 5 die erste vorbestimmte Temperatur Tfl erreicht. Daher ist es, um die Temperatur des Filters 5 auf die erste vorbestimmte Temperatur Tf1 zu erhöhen, nicht nötig, die durch das Lufteinblasventil 8 eingeblasene Luft zusätzlich zu dem von der Brennkraftmaschine 1 ausgetragenen Abgas durch die elektrische Heizvorrichtung 6 zu erhitzen. Somit kann die Temperatur des Filters 5 auf effektivere Weise auf die erste vorbestimmte Temperatur Tfl erhöht werden, als in dem Fall, in dem die Sekundärluft durch das Lufteinblasventil 8 eingeblasen wird und die Sekundärluft sowie das Abgas durch die elektrische Heizvorrichtung 6 erhitzt werden. Dadurch kann der elektrische Leistungsverbrauch der elektrischen Heizvorrichtung 6 zum Erhöhen der Temperatur des Filters 5 auf die erste vorbestimmte Temperatur Tfl gesenkt werden.
Nachfolgend wird der Ablauf des Regenerierungsprozesses beim Abschalten der Maschine gemäß der Ausführungsform mit Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm des Regenerierungsprozesses beim Abschalten der Maschine gemäß der Ausführungsform. Ein Programm zum Ausführen des Prozesses gemäß dieses Ablaufes ist in der ECU 10 gespeichert und wird von der ECU 10 ausgeführt, wenn der Zündschalter 11 ausgeschaltet wird, das heißt, wenn eine Bedingung zum Stoppen der Brennkraftmaschine 1 erfüllt wird. Wenn die Bedingung zum Stoppen der Brennkraftmaschine 1 während des Ausführens des Prozesses gemäß diesem Ablauf fehlschlägt (das heißt, wenn der Zündschalter 11 eingeschaltet wird, wird die Ausführung des Prozesses im Verlauf beendet.
Bei diesem Ablauf wird bei Schritt S101 die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge zum gegenwärtigen Zeitpunkt eingelesen. Die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge (oder die Feinstaubabscheidungsmenge) wird durch einen weiteren von der ECU 10 ausgeführten Ablauf geschätzt. Der Schätzwert der Feinstaubabscheidungsmenge wird in der ECU 10 gespeichert. Bei Schritt S101 wird dieser gespeicherte Wert der Feinstaubabscheidungsmenge eingelesen. Anschließend wird bei Schritt S102 bestimmt, ob die bei Schritt S101 eingelesene Feinstaubabscheidungsmenge Fpm in dem Filter 5 größer ist als die vorgenannte bestimmte Abscheidungsmenge Fpm1 oder nicht. Wenn die bei Schritt S102 gemachte Bestimmung negativ ist, das heißt, wenn die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge zu der Zeit, zu der der Zündschalter 11 ausgeschaltet ist, geringer ist als oder gleich ist wie die vorbestimmte Abscheidungsmenge Fpm1, ist das Auftreten eines übermäßigen Temperaturanstiegs unwahrscheinlich, selbst wenn die Oxidation des Feinstaubs nach dem ersten Starten des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 schnell voranschreitet. Anschließend wird die Verarbeitung von Schritt S111 ausgeführt. Bei Schritt S111 wird die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 2 der Brennkraftmaschine 1 gestoppt. Ferner wird auch die Zündung durch die Zündkerze gestoppt. Somit wird der Betrieb der Brennkraftmaschine gestoppt. Im Anschluss daran, wird das Ausführen des Prozesses beendet.
Wenn die bei Schritt S102 gemachte Bestimmung hingegen positiv ist, wird als nächstes die Verarbeitung von Schritt S103 ausgeführt. Bei Schritt S103 wird die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 2 fortgesetzt. In diesem Fall wird auch die Zündung durch die Zündkerze fortgesetzt. Folglich, wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 fortgesetzt. Wenn der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 fortgesetzt wird, kann der Kraftstoffeinspritzanteil über das Kraftstoffeinspritzventil 2 entweder gleich wie oder geringer sein als der Kraftstoffeinspritzanteil während des normalen Leerlaufbetriebs. Bei Schritt S104 wird anschließend die elektrische Heizvorrichtung 6 eingeschaltet. Somit wird das in den Filter 5 strömende Abgas durch die elektrische Heizvorrichtung 6 erhitzt. Bei dieser Ausführungsform wird die Aufheizsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ausführen der Verarbeitung der Schritte S103 und S104 ausgeführt.
Anschließend wird bei Schritt S105 bestimmt, ob die Temperatur Tf des Filters 5 gleich ist wie oder höher ist als die erste vorbestimmte Temperatur Tfl oder nicht. Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist die erste vorbestimmte Temperatur Tfl eine solche Temperatur, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, dass die Temperatur des Filters 5 niedriger bleibt als der obere Grenzwert des zulässigen Bereichs der Temperatur des Filters 5, selbst wenn der in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaub mit Herstellen des Feinstaub-Oxidier-Umstands oxidiert wird und die Temperatur des Filters 5 aufgrund der durch die Oxidation des Feinstaubs erzeugten Wärme weiter ansteigt. Bei dieser Ausführungsform entspricht die erste vorbestimmte Temperatur Tf1 der vorbestimmten Temperatur gemäß der vorliegenden Erfindung. Wenn die bei Schritt S105 gemachte Bestimmung negativ ist, das heißt, wenn die Temperatur Tf des Filters 5 die erste vorbestimmte Temperatur Tfl nicht erreicht hat, wird die Verarbeitung der Schritte S103 und S104 erneut ausgeführt. Andererseits wird, wenn die bei Schritt S105 gemachte Bestimmung positiv ist, als nächstes die Verarbeitung von Schritt S106 ausgeführt. Bei Schritt S106 wird die elektrische Heizvorrichtung 6 ausgeschaltet. Somit wird die Erhitzung des in den Filter 5 strömenden Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung 6 beendet. Anschließend wird die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 2 bei Schritt S107 gestoppt. Ferner wird auch die Zündung durch die Zündkerze gestoppt. Somit wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt.
Anschließend wird bei Schritt S108 die Einblasung der Sekundärluft über das Lufteinblasventil 8 durchgeführt. Somit wird dem Filter 5 Luft zugeführt. Demzufolge wird ein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt. Folglich wird der in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaub oxidiert. Bei Schritt S108 wird der Lufteinblasanteil über das Lufteinblasventil 8 auf einen Solleinblasanteil gesteuert, der so bestimmt wird, dass dem Filter 5 ein geeigneter Luftanteil zugeführt wird, durch den ein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt werden kann. Der Soll-Einblasanteil wird beispielsweise durch ein Experiment im Voraus bestimmt. Anschließend wird bei Schritt S109 bestimmt, ob die Temperatur des Filters 5 niedriger ist als die zweite vorbestimmte Temperatur Tf2 oder nicht. Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist die zweite vorbestimmte Temperatur Tf2 als niedrigste Temperatur eingestellt, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann. Zu der Zeit, zu der die Verarbeitung von Schritt S109 ausgeführt wird, strömt in dem Abgaskanal 3 kein Abgas, da der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt worden ist, jedoch strömt Luft, die durch das Lufteinblasventil 8 eingeblasen wird, in dem Abgaskanal 3. Die Temperatur der aus dem Filter 5 ausströmenden Luft kann durch den Temperatursensor 7 gemessen werden. Die ECU 10 kann die Temperatur des Filters 5 anhand der durch den Temperatursensor 7 gemessenen Temperatur der Luft schätzen. Wenn die bei Schritt S109 gemachte Bestimmung negativ ist, das heißt, wenn die Temperatur Tf des Filters 5 noch nicht auf die zweite vorbestimmte Temperatur Tf2 abgefallen ist, wird die Verarbeitung von Schritt S108 erneut ausgeführt.
Wenn die bei Schritt S109 gemachte Bestimmung hingegen positiv ist, wird als nächstes die Verarbeitung von Schritt S110 ausgeführt. Bei Schritt S110 wird die Einblasung von Sekundärluft über das Lufteinblasventil 8 gestoppt. Anschließend wird die Ausführung des Prozesses gemäß diesem Ablauf beendet.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ablauf kann der Feinstaub in Fällen, in denen die Feinstaubabscheidungsmenge Fpm in dem Filter 5 zu der Zeit, zu der der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt ist, größer ist als die vorbestimmte Abscheidungsmenge Fpm1 aus dem Filter 5 entfernt werden, um die abgelagerte Feinstaubmenge mit verringertem Verbrauch elektrischer Leistung durch die elektrische Heizvorrichtung 6 zu verringern.
Bei dieser Ausführungsform umfasst die Luftzufuhrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das Lufteinblasventil 8. Bei dieser Ausführungsform bläst das Lufteinblasventil 8 Sekundärluft in den Abgaskanal 3 stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators 4. Durch diese Anordnung wird die Luft, wenn dem Filter 5 Luft zugeführt wird, dem Filter 5 zugeführt, nachdem sie durch Wärme des Abgasreinigungskatalysators 4 erwärmt worden ist. Demzufolge kann das Absinken der Temperatur des Filters 5 aufgrund der Wärmeübertragung von dem Filter 5 auf die Luft verringert werden. In Fällen, in denen der Abgaskanal 3 stromaufwärts des Filters 5, abgesehen von dem Abgasreinigungskatalysator 4, mit einer Komponente (s) des Abgassystems wie einer Turbine oder einem Turbolader versehen ist, kann das Lufteinblasventil 8 in dem Abgaskanal 3 stromaufwärts dieser Komponente (s) des Abgassystems angeordnet sein. Bei dieser Anordnung wird die Luft, wenn dem Filter 5 von dem Lufteinblasventil 8 eingeblasene Sekundärluft zugeführt wird, durch die Wärme dieser Komponente (s) des Abgassystems erwärmt. Daher kann diese Anordnung ebenfalls den vorstehend beschriebenen vorteilhaften Effekt liefern. Allerdings ist es bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, das Lufteinblasventil in dem Abgaskanal stromaufwärts des Abgasreinigungskatalysators und/oder anderer Komponenten des Abgassystems anzuordnen.
Bei dieser Ausführungsform wird die Aufheizsteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ausführen der Verarbeitung von Schritten S102 bis S107 des in 3 gezeigten Ablaufs durch die ECU 10 realisiert. Ferner wird die Luftzufuhreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ausführen der Verarbeitung von Schritten S102, S105 und S108 des in 3 gezeigten Ablaufs durch die ECU 10 realisiert.
Bei dem Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß dieser Ausführungsform werden der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 und das Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung 6 zu der Zeit gestoppt, zu der die Temperatur des Filters 5 die erste vorbestimmte Temperatur erreicht. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 und das Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung 6 kann jedoch nach der Zeit, zu der die Temperatur des Filters 5 die erste vorbestimmte Temperatur erreicht, fortgesetzt werden. In diesem Fall wird das Einblasen der Sekundärluft durch das Lufteinblasventil 8 ebenfalls nach der Zeit durchgeführt, zu der die Temperatur des Filters 5 die erste vorbestimmte Temperatur erreicht. Daher überschneidet sich der Zeitraum, während dem der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 fortgesetzt wird und das Abgas durch die elektrische Heizvorrichtung 6 erhitzt wird (das heißt, der Zeitraum, während dem die Aufheizsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird) und der Zeitraum, während dem Sekundärluft von dem Lufteinblasventil 8 eingeblasen wird. Wie vorstehend beschrieben worden ist, wird, wenn dem Filter 5 durch Einblasen von Sekundärluft durch das Lufteinblasventil 8 Luft zugeführt wird, ein Feinstaub-Oxidier-Umstand erzeugt, solange die Temperatur des Filters 5 gleich ist wie oder höher ist als die erste vorbestimmte Temperatur, selbst wenn die Temperatur des Filters 5 durch Fortsetzen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 und Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung 6 nicht weiter erhöht wird. Anschließend kann der in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaub oxidiert werden. Durch Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 und Erhitzen des Abgasges durch die elektrische Heizvorrichtung 6 zu der Zeit, zu der die Temperatur des Filters 5 die erste vorbestimmte Temperatur erreicht, kann die Dauer des Weiterbetriebs der Brennkraftmaschine 1 zum Aufheizen des Filters 5 sowie die Dauer des Betriebs der elektrischen Heizvorrichtung 6 minimiert werden. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch und der Verbrauch elektrischer Leistung beim Aufheizen des Filters 5 möglichst gering gehalten werden.
Bei dem Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß dieser Ausführungsform müssen die Zeit des Stoppens des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 (das heißt, die Zeit des Stoppen der Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 2) und die Zeit des Ausschaltens der elektrischen Heizvorrichtung 6 nicht notwendigerweise synchronisiert werden. Bei dem Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß dieser Ausführungsform muss die Zeit des Stoppens des Einblasens von Sekundärluft durch das Lufteinblasventil 8 nicht notwendigerweise die Zeit sein, zu der die Temperatur des Filters 5 die zweite vorbestimmte Temperatur erreicht oder die niedrigste Temperatur, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann. Jedoch kann ein Feinstaub-Oxidier-Umstand durch Einblasen von Sekundärluft durch das Lufteinblasventil 8 bis die Temperatur des Filters 5 die zweite vorbestimmte Temperatur erreicht, so lange wie möglich aufrecht erhalten werden. Daher kann die in dem Filter abgelagerte Feinstaubmenge so weit wie möglich verringert werden.
Der Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß dieser Ausführungsform kann nicht nur dann durchgeführt werden, wenn der Fahrer des Fahrzeugs den Zündschalter 11 ausschaltet, um den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 zu stoppen, sondem auch, wenn eine automatische Betriebsstoppsteuerung durchgeführt wird, die eine Steuerung zum automatischen Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 ist, wenn eine vorbestimmte automatische Stoppbedingung erfüllt wird. In diesem Fall wird der Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß dem vorstehend beschriebenen Ablauf ausgeführt, wenn die automatische Stoppbedingung erfüllt wird. In diesem Fall besteht das Erfüllen der automatischen Stoppbedingung im Erfüllen der Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung. In Fällen, in denen angenommen wird, dass die automatische Stoppbedingung eine Bedingung betreffend die in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaubmenge umfasst, besteht das Erfüllen der Bedingung(en), mit Ausnahme der Bedingung betreffend die Feinstaubmenge im Erfüllen der Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zweite Ausführungsform
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei dem hier beschriebenen Fall wird das Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Hybridsystem angewendet, das als Antriebsquelle eines Fahrzeugs zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine einen Elektromotor umfasst.
4 ist ein Diagramm, das die allgemeine Konfiguration des Abgassystems einer Brennkraftmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. Hier werden nur Merkmale beschrieben, die bei der ersten Ausführungsform nicht vorhanden oder unterschiedlich sind. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine 1 eine Komponente eines Hybridsystems 20. Das Hybridsystem 20 umfasst einen Elektromotor 12, der als Antriebsquelle des Fahrzeugs dient. Der Elektromotor 12 wird von einer Batterie (nicht gezeigt) mit elektrischer Leistung versorgt. Der Elektromotor 12 ist elektrisch mit der ECU 10 verbunden, und der Betrieb des Elektromotors 12 wird von der ECU 10 gesteuert. Das Hybridsystem 20 kann die Brennkraftmaschine 1 drehen (das heißt, kann die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 1) durch den Elektromotor 12 drehen, selbst während der Betrieb der Brennkraftmaschine gestoppt ist. Bei dem System gemäß der zweiten Ausführungsform ist das Lufteinblasventil 8, das das System gemäß der ersten Ausführungsform aufweist, nicht im Abgaskanal 3 der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen.
Bei der zweiten Ausführungsform wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt, wenn die ECU 10 die Antriebsquelle des Fahrzeugs von der Brennkraftmaschine 1 auf den Elektromotor 12 umschaltet, sowie wenn der Zündschalter 11 durch den Fahrer des Fahrzeugs ausgeschaltet wird, wie es in der ersten Ausführungsform beschrieben worden ist. Das heißt, bei der zweiten Ausführungsform gilt das Erfüllen der Bedingung, dass der Elektromotor 12 als Antriebsquelle des Fahrzeugs ausgewählt wird, ebenfalls als Erfüllen der Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1.
Bei dieser zweiten Ausführungsform wird, wenn die Feinstaubabscheidungsmenge in dem Filter 5 zu der Zeit, zu der die Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 erfüllt wird, größer ist als eine vorbestimmte Abscheidungsmenge, ebenfalls der Regenierungsprozess beim Abschalten der Maschine durchgeführt. Wie vorstehend beschrieben worden ist, ist das System dieser Ausführungsform nicht mit einem Lufteinblasventil versehen, das Luft in den Abgaskanal der Brennkraftmaschine 1 einbläst. Daher unterscheidet sich das beim dem Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß dieser Ausführungsform verwendete Verfahren zum Zuführen von Luft zu dem Filter 5 von dem Verfahren, das bei dem Regenerierungsprozess zum Abschalten der Maschine gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird.
Bei dem Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß dieser Ausführungsform wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 ebenfalls nicht unmittelbar nach Erfüllen der Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 gestoppt, sondern der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird fortgesetzt und das Abgas wird durch die elektrische Heizvorrichtung 6 erhitzt, um die Temperatur des Filters 5 auf die erste vorbestimmte Temperatur Tfl zu erhöhen. Zu der Zeit, zu der die Temperatur des Filters 5 die erste vorbestimmte Temperatur Tfl erreicht, wird die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 2 gestoppt, um den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 zu stoppen. Nachdem die Temperatur des Filters 5 die erste vorbestimmte Temperatur Tfl erreicht hat, wird die Brennkraftmaschine 1 durch den Elektromotor 12 gedreht (das heißt, die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wird gedreht), während der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt ist. Demzufolge wird über den Ansaugkanal Luft in die Brennkraftmaschine 1 eingeführt, und die eingeführte Luft wird anschließend von der Brennkraftmaschine 1 in den Abgaskanal 3 abgeführt. Die von der Brennkraftmaschine 1 in den Abgaskanal 3 abgeführte Luft wird dem Filter 5 zugeführt.
Im Folgenden wird der Ablauf des Regenerierungsprozesses beim Abschalten der Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform mit Bezugnahme auf 5 beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm des Regeneriungsprozesses beim Abschalten der Maschine gemäß der zweiten Ausführungsform. In der ECU 10 ist ein Programm zum Ausführen des Prozesses gemäß diesem Ablauf gespeichert und wird von der ECU 10 ausgeführt, wenn der Zündschalter 11 ausgeschaltet wird oder wenn die Bedingung, dass der Elektromotor 12 als Antriebsquelle des Fahrzeugs ausgewählt wird, erfüllt wird, das heißt, wenn eine Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 erfüllt wird. Wenn die Bedingung zum Stoppen der Brennkraftmaschine 1 fehlschlägt (das heißt, wenn der Zündschalter 11 eingeschaltet wird oder die Bedingung, dass die Brennkraftmaschine 1 als Antriebsquelle des Fahrzeugs ausgewählt wird, erfüllt wird), während der Prozess gemäß diesem Ablauf ausgeführt wird, wird das Ausführen des Prozesses im Verlauf beendet. Diejenigen Schritte des in 5 gezeigten Ablaufs, bei denen die gleiche Verarbeitung wie die Verarbeitung des in 3 gezeigten Ablaufs ausgeführt wird, sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet und werden nicht weiter beschrieben.
Bei dem in 5 gezeigten Ablauf wird, nachdem die Kraftstoffeinspritzung über das Kraftstoffeinspritzventil 2 gestoppt wird und der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 bei Schritt S107 gestoppt wird, anschließend die Verarbeitung von Schritt S208 ausgeführt. Bei Schritt S208 wird die Brennkraftmaschine 1 durch den Elektromotor 12 gedreht, während der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt ist. Dadurch wird dem Filter 5 Luft zugeführt. Folglich wird ein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt. Anschließend wird der in dem Filter 5 abgelagerte Feinstaub oxidiert. Bei Schritt S208 wird der Elektromotor 12 auf solche Weise gesteuert, dass die Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine 1 einer Soll-Maschinendrehzahl entspricht, die eingestellt ist, um dem Filter einen Luftanteil zuzuführen, mit dem ein Feinstaub-Oxidier-Umstand hergestellt werden kann. Die Soll-Maschinendrehzahl als solche wird beispielsweise durch ein Experiment im Voraus bestimmt.
Bei diesem Ablauf wird die Verarbeitung von Schritt S210 ausgeführt, wenn bei Schritt 109 gemachte Bestimmung positiv ist, das heißt, wenn die Temperatur Tf des Filters 5 auf eine zweite vorbestimmte Temperatur Tf2 abfällt. Bei Schritt S210 wird die Drehung der Brennkraftmaschine 1 durch den Elektromotor 12 gestoppt. Im Anschluss daran wird das Ausführen des Prozesses gemäß diesem Ablauf beendet.
Bei dem Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß dieser Ausführungsform kann, wie auch bei dem Regenerierungsprozess beim Abschalten der Maschine gemäß der ersten Ausführungsform, in Fällen, in denen die Feinstaubabscheidungsmenge Fpm in dem Filter 5 zu der Zeit, zu der der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 gestoppt ist, größer ist als die vorbestimmte Abscheidungsmenge Fpm1, Feinstaub aus dem Filter 5 entfernt werden, um die abgelagerte Feinstaubmenge mit verringertem Verbrauch von elektrischer Leistung durch die elektrische Heizvorrichtung 6 zu verringern. Das System gemäß dieser Ausführungsform kann dem Filter 5 Luftzuführen, ohne dass es nötig ist, eine zusätzliche Vorrichtung zur Zufuhr von Sekundärluft wie das Lufteinblasventil 8 der ersten Ausführungsform, vorzusehen.
Bei dieser Ausführungsform umfasst die Luftzufuhrvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den elektrischen Motor 12. Bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung muss der Elektromotor zum Drehen der Brennkraftmaschine während der Betrieb der Brennkraftmaschine gestoppt ist, nicht notwendigerweise ein Elektromotor sein, der als Antriebsquelle des Fahrzeugs in dem Hybridsystem dient. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein zum Starten der Brennkraftmaschine verwendeter Anlassmotor als Elektromotor zum Drehen der Brennkraftmaschine, während der Betrieb der Brennkraftmaschine gestoppt ist, verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die Luftzufuhrsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung durch Ausführen der Verarbeitung der Schritte S102, S105, und S208 des in 5 gezeigten Ablaufs durch die ECU 10 realisiert.
Bei dem Regenerierungsprozess gemäß der zweiten Ausführungsform kann der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 und die Zufuhr von Luft zu dem Filter 5, anders als bei der ersten Ausführungsform, nicht gleichzeitig ausgeführt werden. Daher wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 bei der zweiten Ausführungsform zu der Zeit gestoppt, zu der die Temperatur des Filters 5 die erste vorbestimmte Temperatur erreicht, und der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird im Anschluss daran nicht fortgesetzt.
Bezugszeichenliste

1:: Brennkraftmaschine
2:: Kraftstoffeinspritzventil
3:: Abgaskanal
4:: Abgasreinigungskatalysator
5:: Filter
6:: elektrische Heizvorrichtung
7:: Temperatursensor
8:: Lufteinblasventil
10:: ECU
11:: Zündschalter
12:: Elektromotor

Claims

Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine (1), aufweisend: einen in einem Abgaskanal (3) der Brennkraftmaschine (1) vorgesehenen Filter (5) zum Abscheiden von Feinstaub im Abgas; eine elektrische Heizvorrichtung (6), die das in den Filter (5) strömende Abgas erhitzt; eine Luftzufuhreinheit (10: S102, S105, S108), die so konfiguriert ist, dass sie dem Filter (5) Luft zuführt, wobei das Abgasreinigungssystem ferner aufweist: eine Schätzeinheit (10), die so konfiguriert ist, dass sie die in dem Filter (5) abgelagerte Feinstaubmenge schätzt; eine Aufheizsteuereinheit (10: S102-S107), die so konfiguriert ist, dass sie eine Aufheizsteuerung zum Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung (6) ausführt, während sie den Betrieb der Brennkraftmaschine (1) weiterführt, wodurch die Temperatur des Filters (5) auf eine vorbestimmte Temperatur erhöht wird, bei der der Feinstaub oxidiert werden kann, und den Betrieb der Brennkraftmaschine (1) in Fällen, in denen die in dem Filter (5) abgelagerte Feinstaubmenge, die von der Schätzeinheit (10) geschätzt wird, zu der Zeit, zu der eine Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) erfüllt wird, höher ist als eine vorbestimmte Ablagerungsmenge, sowie das Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung (6) zu oder nach der Zeit, zu der die Temperatur des Filters (5) auf die vorbestimmte Temperatur erhöht wird, stoppt; und eine Luftzufuhrsteuereinheit (10), die dem Filter (5) durch die Luftzufuhreinheit (10: S102, S105, S108) zu oder nach der Zeit, zu der die Temperatur des Filters (5) die vorbestimmte Temperatur erreicht, in Fällen, in denen die in dem Filter (5) abgelagerte Feinstaubmenge, die von der Schätzeinheit (10) geschätzt wird, zu der Zeit, zu der die Bedingung zum Stoppen des Betriebs der Brennkraftmaschine (1) erfüllt wird, größer ist als die vorbestimmte Ablagerungsmenge durch Ausführen der Aufheizsteuern durch die Aufheizsteuereinheit (10: S102-S107) Luft zuführt.
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine (1) nach Anspruch 1, wobei die Aufheizsteuereinheit (10: S102-S107) den Betrieb der Brennkraftmaschine (1) sowie das Erhitzen des Abgases durch die elektrische Heizvorrichtung (6) zu der Zeit, zu der die Temperatur des Filters (5) nach dem Starten des Ausführens der Aufheizsteuerung die vorbestimmte Temperatur erreicht, stoppt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Luftzufuhreinheit (10: S102, S105, S108) ein Lufteinblasventil (8) aufweist, das Sekundärluft in den Abgaskanal (3) stromaufwärts von dem Filter (5) einbläst und dem Filter (5) durch Einblasen der Sekundärluft durch das Lufteinblasventil (8) Luft zuführt.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Luftzufuhreinheit (10: S102, S105, S108) einen Elektromotor (12) aufweist, der die Brennkraftmaschine (1) dreht, und dem Filter (5) durch die Drehung der Brennkraftmaschine (1) durch den Elektromotor (12) Luft zuführt, während die Brennkraftmaschine (1) gestoppt ist.