DE102018102239A1

DE102018102239A1 - Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102018102239A1
Application number: DE102018102239.5A
Authority: DE
Inventors: Yoshio Yamashita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-02
Filing date: 2018-02-01
Publication date: 2018-08-02
Also published as: CN108386255A; US20180216511A1; JP2018123776A; US10344645B2

Abstract

Die Erfindung zielt darauf ab, Feststoffpartikel, welche in einem Wandstromfilter abgelagert sind, auf geeignete Weise zu oxidieren und zu entfernen. Es sind ein Wandstromfilter, eine Temperaturerhöhungseinheit, um die Temperatur des Filters von seiner stromabwärtigen Seite aus zu erhöhen, ein Abgas-Absperrventil, eine Steuerungseinheit, um eine Abgasströmung in dem Filter zu steuern, indem sie das Abgas-Absperrventil einmal vollständig schließt und anschließend vollständig öffnet, wenn die Strömungsrate des Abgases gleich oder größer als eine vorbestimmte Strömungsrate ist, so dass Feststoffpartikel, die auf dem Filter abgelagert sind, dazu veranlasst werden, sich zu einem Abschnitt auf der in der Abgasströmungsrichtung stromabwärtigen Seite des Filters zu bewegen; und eine Verarbeitungseinheit bereitgestellt, welche dazu ausgelegt ist, ein Regenerierungsverfahren auszuführen, welches die Feststoffpartikel, die auf dem Filter abgelagert sind, durch Verwendung der Temperaturerhöhungseinheit oxidiert und entfernt, nachdem die Steuerungseinheit die Feststoffpartikel dazu veranlasst hat, sich zum Abschnitt auf der stromabwärtigen Seite des Filters zu bewegen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine.
Beschreibung des Standes der Technik
Es ist eine Methode bekannt, in der ein Wandstromfilter zum Fangen von Feststoffpartikeln (nachfolgend manchmal auch als „FP“ bezeichnet) im Abgas in einer Auslasspassage einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Zusätzlich ist in JP 2006-183507 A eine Methode offenbart, welche die Temperatur eines Wandstromfilters erhöht, wodurch die in dem Filter abgelagerten FP oxidiert und entfernt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn sich die FP zunehmend in dem Wandstromfilter ablagern, wird der Druckverlust des Filters zunehmen, weshalb die Regenerierung des Filters durch Erhöhen der Temperatur des Filters ausgeführt wird, wobei die FP oxidiert und entfernt werden. Hierbei neigen die FP dazu, sich in der Strömungsrichtung des Abgases von einem stromaufwärtsseitigen Abschnitt aus zu einem stromabwärtsseitigen Abschnitt abzulagern. Um die in dem Filter abgelagerten FP zu oxidieren und zu entfernen, ist es folglich notwendig, die Temperatur des Filters von seinem stromaufwärtsseitigen Abschnitt zu seinem stromabwärtsseitigen Abschnitt anzuheben. In diesem Fall erstreckt sich ein Ziel für den Temperaturanstieg des Filters über einen weiten Bereich des Filters, weshalb die Regenerierung des Filters eine große Energiemenge erfordert.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die wie vorstehend verwiesenen Probleme gemacht und die Aufgabe der Erfindung ist es, die in einem Wandstromfilter abgelagerten Feststoffpartikel auf geeignete Weise zu oxidieren und zu entfernen.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung liegt in einer Abgasreinigungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, welche mit einem Wandstromfilter versehen ist, der in einer Auslasspassage der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und eine Vielzahl Zellen hat, die durch Trennwände getrennt sind, welche sich entlang der Abgasströmungsrichtung erstrecken, wobei die Vielzahl Zellen erste Zellen, welche jeweils einen geschlossenen Endabschnitt auf einer in der Abgasströmungsrichtung stromabwärtigen Seite und einen offenen Endabschnitt auf der in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite haben, und zweite Zellen beinhaltet, die jeweils einen geschlossenen Endabschnitt auf der in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite und einen offenen Endabschnitt auf der in der Abgasströmungsrichtung stromabwärtigen Seite haben, wobei die ersten und zweiten Zellen abwechselnd angeordnet sind.
Wenn in solch einem Filter die FP dazu gebracht werden können, sich vermehrt eingehend auf einen bestimmten Teil des Filters abzulagern, kann die Regenerierung des Filters durch Erhöhen der Temperatur dieses Teils, auf dem sich die FP vermehrt abgelagert haben, ausgeführt werden. Zusätzlich ist es in einem Abschnitt des Filters, in dem die Ablagerungsdichte der FP hoch ist, wahrscheinlicher, dass die FP zu der Zeit der Regenerierung des Filters kontinuierlich brennen, als in einem Abschnitt, in dem die Ablagerungsdichte der FP gering ist. Das heißt, wenn die FP dazu gebracht werden können, sich auf dem bestimmten Teil des Filters vermehrt abzulagern, kann die Regenerierung des Filters durch Erhöhen der Temperatur dieses Teils des Filters, auf dem sich die FP vermehrt abgelagert haben, mit einer kleineren Energiemenge und in einer kürzeren Zeitspanne ausgeführt werden, als wenn die Temperatur des Filters im Gesamten erhöht wird.
Folglich beinhaltet die Abgasreinigungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ferner: eine Temperaturerhöhungseinheit, die dazu ausgelegt ist, die Temperatur des Filters von seiner in der Abgasströmungsrichtung stromabwärtigen Seite aus zu erhöhen; ein Abgas-Absperrventil, das in der Auslasspassage auf der stromabwärtigen Seite des Filters angeordnet ist und so aufgebaut ist, um zwischen einem vollständig geöffneten Zustand und einem vollständig geschlossenen Zustand umgeschaltet zu werden; eine Steuerungseinheit, die dazu ausgelegt ist, eine Abgasströmung in dem Filter zu steuern, indem sie das Abgas-Absperrventil einmal vollständig schließt und anschließend vollständig öffnet, wenn eine Strömungsrate des Abgases gleich oder größer als eine vorbestimmte Strömungsrate ist, sodass Feststoffpartikel, die auf dem Filter abgelagert sind, dazu veranlasst werden, sich zu einem in der Abgasströmungsrichtung stromabwärtsseitigen Abschnitt in dem Filter zu bewegen; und eine Verarbeitungseinheit, die dazu ausgelegt ist, ein Regenerierungsverfahren auszuführen, welches die Feststoffpartikel, die auf dem Filter abgelagert sind, durch Verwendung der Temperaturerhöhungseinheit oxidiert und entfernt, nachdem die Steuerungseinheit die Feststoffpartikel dazu veranlasst hat, sich zu dem Abschnitt auf der stromabwärtigen Seite des Filters zu bewegen.
Das Abgas-Absperrventil wird beim Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine dazu gebracht, vollständig geöffnet zu sein, in dem die Steuerung der Auslassströmung durch die Steuerungseinheit nicht ausgeführt wird (nachfolgend kann dies auch einfach als „beim Normalbetrieb“ bezeichnet werden). Beim Normalbetrieb strömt dann das Abgas, welches von der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen wird, mit Pulsation in die Auslasspassage von deren stromaufwärtiger Seite zu deren stromabwärtiger Seite. In der nachfolgenden Erläuterung wird eine Strömung in der Abgasströmung von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite als eine „Vorwärtsströmung“ bezeichnet und eine Strömung von der stromabwärtigen Seite zu der stromaufwärtigen Seite wird als eine „Rückwärtsströmung“ bezeichnet. Wenn die Steuerungseinheit das Abgas-Absperrventil temporär zu dem vollständig geschlossenen Zustand steuert, kann die Abgasströmung in der Auslasspassage temporär rückwärts strömen oder die Pulsationsgröße kann temporär ansteigen, selbst wenn die Abgasströmung dieselbe, d.h., die Vorwärtsströmung bleibt. Wenn sich die Abgasströmung in der Auslasspassage auf diese Weise zu einem relativ großen Ausmaß ändert, dann kann sich die Abgasströmung in dem Filter auch verändern.
Wenn hierbei beim Normalbetrieb das Augenmerk auf den Ablagerungszustand der FP in den Trennwänden des Filters gelegt wird, neigt das Abgas dazu, von einer Oberflächenseite von jeder Trennwand zu deren anderer Oberflächenseite zu strömen, das Innere jeder Trennwand zu passieren und die FP können sich auf der einen Oberfläche und dem Inneren von jeder Trennwand ablagern. Andererseits, wenn die Steuerungseinheit das Abgas-Absperrventil in dem vollständig geschlossenen Zustand temporär steuert, kann sich die Abgasströmung in dem Filter ändern. Insbesondere, wenn die Abgasströmung in der Auslasspassage durch die Steuerung temporär rückwärts strömt, strömt das Abgas, welches die Trennwände passiert, temporär in die entgegengesetzte Richtung als beim Normalbetrieb (d.h., in einer Richtung von der anderen Oberflächenseite zu der einen Oberflächenseite von jeder Trennwand). Wenn die Größe der Pulsation temporär mit der Abgasströmung, welche in der Vorwärtsströmung verbleibt, auch zunimmt, kann zusätzlich das durch die Trennwände strömende Abgas temporär in die entgegengesetzte Richtung strömen als beim Normalbetrieb. Denn unter dem Einfluss der Pulsation, deren Größe zugenommen hat, kann der Druck auf der Seite der einen Oberfläche jeder Trennwand geringer werden als der Druck auf der Seite der anderen Oberfläche jeder Trennwand, wodurch eine Turbulenz in der Abgasströmung in dem Filter auftreten kann. Dann, wenn eine Turbulenz in der Abgasströmung in dem Filter auftritt, in dem das die Trennwände passierende Abgas temporär in die entgegengesetzte Richtung als beim Normalbetrieb strömt, können sich die auf den Trennwänden abgelagerten FP von den Trennwänden ablösen.
Beim Normalbetrieb neigen die FP dazu, sich eher auf einem Abschnitt in dem Filter auf der stromabwärtigen Seite abzulagern (nachfolgend manchmal als ein „stromabwärtsseitiger Abschnitt des Filters“ bezeichnet), wenn die Strömungsrate des Abgases groß ist, als wenn sie klein ist. Durch Nutzen dieser Tendenz kann die Steuerungseinheit die von den Trennwänden abgelösten FP durch temporäres Steuern des Abgas-Absperrventils in den vollständig geschlossenen Zustand dazu veranlassen, sich in Richtung des stromabwärtsseitigen Abschnitts des Filters zu bewegen. Dies wird nachfolgend erklärt. Wie vorstehend erwähnt, kann, wenn das Abgas-Absperrventil temporär in den vollständig geschlossenen Zustand gesteuert wird, eine Turbulenz der Abgasströmung in dem Filter auftreten, in der das die Trennwände passierende Abgas temporär in die entgegengesetzte Richtung strömt als beim Normalbetrieb. Wenn hier in der Abgasströmung in dem Filter solch eine Turbulenz weiter auftritt, ist es schwierig, die sich von den Trennwänden abgelösten FP dazu zu veranlassen, sich auf einem gewünschten Abschnitt des Filters abzulagern. Folglich veranlasst die Steuerungseinheit die Strömung in dem Filter, in dem lokal eine Rückwärtsströmung aufgetreten ist, zu der Vorwärtsströmung zurückzukehren, indem sie das Abgas-Absperrventil vom vollständig geschlossenen Zustand in den vollständig geöffneten Zustand steuert. Insbesondere, wenn die Strömungsrate des Abgases gleich oder größer als die vorbestimmte Strömungsrate ist, veranlasst die Steuerungseinheit, dass die Vorwärtsströmung, welche gleich oder größer als die vorbestimmte Strömungsrate ist, in dem Filter auftritt, indem die Steuerung des Abgas-Absperrventils ausgeführt wird. Demzufolge bewegen sich die abgelösten FP zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters. Hier ist zu beachten, dass die vorbestimmte Strömungsrate als eine Strömungsrate definiert ist, bei der die von den Trennwänden abgelösten FP dazu veranlasst werden können, sich in Richtung des stromabwärtsseitigen Abschnitts des Filters zu bewegen.
Dann, nachdem die Steuerungseinheit die Abgasströmung in dem Filter derart gesteuert hat, dass die FP zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters bewegt werden, wird die Regenerierung des Filters durch das Regenerierungsverfahren ausgeführt, welches durch die Verarbeitungseinheit durchgeführt wird. Wie vorstehend erwähnt, wird das Regenerierungsverfahren durch Nutzung der Temperaturerhöhungseinheit ausgeführt, sodass in dem Regenerierungsverfahren die Temperatur des Filters von seiner stromabwärtigen Seite aus erhöht wird, d.h., die Seite, auf der sich die durch die Steuerung der Abgasströmung bewegten FP vermehrt abgelagert haben. Somit werden in dem Fall des Oxidierens und Entfernens der auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters vermehrt abgelagerten FP, die FP einfach kontinuierlich verbrannt. Hier ist zu beachten, dass ein bereits bekannter Aufbau, wie bspw. eine elektrische Heizvorrichtung, etc. als die Temperaturerhöhungseinheit verwendet werden kann.
Bei der vorstehend beschriebenen Regenerierung des Filters kann die Regenerierung des Filters mit wenig Energie in einer kurzen Zeitspanne ausgeführt werden. Mit anderen Worten ermöglicht die Abgasreinigungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, die in dem Filter abgelagerten FP auf geeignete Weise zu oxidieren und zu entfernen.
Zusätzlich kann der Filter ein SCR-Filter sein, in dem ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NOx durch die Trennwände getragen wird. Hierbei neigt der Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NOx dazu, sich zu verschlechtern, wenn er einer Temperatur ausgesetzt ist, bei der die FP oxidiert und entfernt werden können. Folglich zeichnet sich der SCR-Filter gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch aus, dass der Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NOx auf der in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite eines vorbestimmten stromabwärtsseitigen Abschnitts in dem Filter gelagert ist. Hierbei ist der vorbestimmte Abschnitt ein Abschnitt, in dem sich die durch die Steuerung der Abgasströmung bewegten FP vermehrt ablagern. In der Regenerierung des Filters kann durch Nutzung des vorstehend erwähnten Regenerierungsverfahrens die Temperatur in solch einem vorbestimmten Abschnitt auf der stromabwärtigen Seite einfach erhöht werden. Das heißt, dass während der Ausführung des Regenerierungsverfahrens der Abschnitt des Filters auf der stromaufwärtigen Seite, in dem der Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NOx gelagert ist, die Tendenz hat, in der Temperatur niedriger zu werden als der vorbestimmte Abschnitt. Mit anderen Worten tritt in dem Fall der Oxidierungsentfernung der FP kaum eine Situation auf, in welcher der Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NOx einer Temperatur ausgesetzt ist, bei der sich der Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NOx verschlechtern kann.
Bei der Regenerierung des Filters in solch einem SCR-Filter kann die Regenerierung des Filters mit kleiner Energie in einer kurzen Zeitspanne ausgeführt werden und zu derselben Zeit die Verschlechterung des Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion von NOx, welches die Regenerierung des Filters begleitet, unterdrückt werden. Folglich können die in dem Filter abgelagerten FP auf geeignete Weise oxidiert und entfernt werden.
Darüber hinaus kann die Verarbeitungseinheit das Regenerierungsverfahren ausführen, während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist. In diesem Fall wird das Verfahren durch die Steuerungseinheit während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine ausgeführt und anschließend, wenn die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist, wird das Regenerierungsverfahren ausgeführt. Auf diese Weise ist es durch das Ausführen des Regenerierungsverfahrens, während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist, möglich, den Einfluss des Regenerierungsverfahrens auf die Reduzierung von NOx durch den Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NOx zu eliminieren.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Feststoffpartikel, die in einem Wandstromfilter abgelagert sind, auf geeignete Weise zu oxidieren und zu entfernen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, welches den schematischen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine und seines Ansaug- und Auslasssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Längsschnittansicht, welche den schematischen Aufbau eines Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht, welche den schematischen Aufbau des Filters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, welches einen Steuerungsablauf zur Abgasströmungssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
5A ist ein Diagramm, welches die Strömung des Abgases, welches die Trennwände des Filters durchverläuft, und das Verhaltensmuster der Feststoffpartikel in dem Filter zeigt, wenn die Abgasströmung in der Auslasspassage temporär rückwärts strömt.
5B ist ein Diagramm, welches die Strömung des Abgases, welches die Trennwände des Filters durchverläuft, und das Verhaltensmuster der Feststoffpartikel in dem Filter zeigt, wenn die Abgasströmung in der Auslasspassage eine Vorwärtsströmung bleibt, aber ihre Pulsationsgröße temporär erhöht ist.
5C ist ein Diagramm, welches einen Zustand zeigt, in dem Feststoffpartikel durch die Abgasströmungssteuerung zu einem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters bewegt wurden.
6 ist ein erstes Flussdiagramm, welches einen Steuerungsablauf zur Regenerierung des Filters gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen einer Temperatur einer hinteren Filterseite und einer Zeitspanne der Bestromung zeigt.
8 ist eine Darstellung, welche den schematischen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine und ihrer Ansaug- und Auslasssysteme gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein zweites Flussdiagramm, welches einen Steuerungsablauf zur Regenerierung eines Filters gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist eine Darstellung, welche den schematischen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine und ihres Ansaug- und Auslasssystems gemäß einer Modifizierung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Die Abmaße, Materialien, Formen, relative Anordnungen und andere Merkmale der Komponenten, die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben werden, sind für den technischen Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht beschränkend, außer es ist insbesondere so genannt.
<Erste Ausführungsform>
Nachfolgend wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der beigefügten Zeichnungen erläutert. 1 zeigt eine Darstellung, welche den schematischen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine und ihrer Ansaug- und Auslasssysteme gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine des Kompressionszündungstyps (Dieselmotor), welcher ein Leichtöl als Kraftstoff verwendet. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Verbrennungskraftmaschine des Fremdzündungstyps angewendet werden, welche Benzin oder ähnliches als Kraftstoff verwenden.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 3 zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Zylinder 2 versehen. Hier ist zu beachten, dass, wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 eine Verbrennungskraftmaschine des Fremdzündungstyps ist, das Kraftstoffeinspritzventil 3 derart aufgebaut sein kann, dass Kraftstoff in einen Ansaugkanal eingespritzt wird.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist mit einer Ansaugpassage 4 verbunden. In der Ansaugpassage 4 sind ein Luftströmungsmesser 40 und ein Drosselventil 41 angeordnet. Der Luftströmungsmesser 40 ist ein Sensor, der ein elektrisches Signal ausgibt, welches einer Menge (Masse) der Ansaugluft (Luft) entspricht, welche in der Ansaugpassage 4 strömt. Das Drosselventil 41 ist in der Ansaugpassage 4 auf der stromabwärtigen Seite des Luftströmungsmessers 40 angeordnet. Das Drosselventil 41 dient dazu, die Menge der Ansaugluft in der Verbrennungskraftmaschine 1 durch Verändern des Kanalquerschnitts der Ansaugpassage 4 anzupassen.
Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist mit einer Auslasspassage 5 verbunden. Ein Filtergehäuse 50, ein erster Temperatursensor 55, ein Harnstoff-Wasser-Zugabeventil 54, ein Katalysatorgehäuse 51, ein NOx-Sensor 56 und ein Abgas-Absperrventil 53 sind in der Auslasspassage 5 der Reihe nach gemäß der Abgasströmung angeordnet. Das Filtergehäuse 50 hat einen Partikelfilter 50a (nachfolgend manchmal als „Filter 50a“ bezeichnet), der in einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse aufgenommen ist. Zusätzlich hat das Filtergehäuse 50 eine elektrische Heizeinrichtung 52, welche auf der stromabwärtigen Seite des Filters 50a aufgenommen ist. Der Filter 50a ist ein Wandstromfilter und sein Substrat hat einen porösen Körper, um Feststoffpartikel in dem Abgas zu fangen. Hierbei ist zu beachten, dass die Details des Filters 50a später beschrieben werden. Darüber hinaus ist die elektrische Heizeinrichtung 52 in dieser Ausführungsform ein Heizdraht-Heizgerät. Durch elektrisches Bestromen dieses Heizdraht-Heizgeräts kann die Temperatur des Filters 50a von dessen stromabwärtiger Seite aus erhöht werden. Hier kann zu diesem Zweck jeder bekannte Aufbau verwendet werden, welcher die Temperatur des Filters 50a auf diese Weise von seiner stromabwärtigen Seite aus erhöhen kann, und z.B. kann ein Aufbau verwendet werden, welcher Wärme unter Verwendung des Substrats des Filters 50 als Widerstand durch Aufbringen von Spannung erzeugen kann. Hierbei ist zu beachten, dass in dieser Ausführungsform die elektrische Heizeinrichtung 52 einer Temperaturerhöhungseinheit in der vorliegenden Erfindung entspricht.
Zusätzlich hat das Katalysatorgehäuse 51 einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NOx 51a (nachfolgend manchmal als „SCR-Katalysator 51a“ bezeichnet), welcher in dem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse aufgenommen ist. Der SCR-Katalysator 51a hat die Funktion, NOx in dem Abgas durch Verwendung von Ammoniak als ein Reduktionsmittel zu reduzieren. Hierbei dient das Harnstoff-Wasser-Zugabeventil 54, welches auf der stromaufwärtigen Seite des SCR-Katalysators 51a angeordnet ist, dazu, eine wässrige Harnstofflösung in das Abgas hinzuzufügen, welches in der Auslasspassage 5 strömt, und die so hinzugefügte wässrige Harnstofflösung wird dem SCR-Katalysator 51a zugeführt. Mit anderen Worten, wird Harnstoff, welcher ein Präkursor von Ammoniak ist, dem SCR-Katalysator 51a zugeführt. Dann wird Ammoniak, welches durch die Hydrolyse des so zugeführten Harnstoffs produziert wird, von dem SCR-Katalysator 51a adsorbiert. Das NOx in dem Abgas wird durch Verwendung dieses Ammoniaks reduziert, welches von dem SCR-Katalysator 51a als Reduktionsmittel adsorbiert wird. Hier ist zu beachten, dass statt des Harnstoff-Wasser-Zugabeventils 54 ein Ammoniak-Zugabeventil angeordnet sein kann, welches dazu dient, Ammoniakgas in das Abgas hinzuzufügen.
Darüber hinaus gibt der erste Temperatursensor 55 ein elektrisches Signal aus, welches der Temperatur des Abgases entspricht, und der NOx-Sensor 56 gibt ein elektrisches Signal aus, welches der Konzentration von NOx in dem Abgas entspricht. Zusätzlich ist das Abgas-Absperrventil 53 derart aufgebaut, dass es zwischen einem vollständig geöffneten Zustand und einem vollständig geschlossenen Zustand umzuschalten ist. Hierbei ist zu beachten, dass selbst, wenn das Abgas-Absperrventil 53 unter der Steuerung in dem vollständig geschlossenen Zustand ist, aufgrund struktureller Gründe eine relativ kleine Menge Abgas in einen Abschnitt der Auslasspassage 5 auf der stromabwärtigen Seite des Abgas-Absperrventils 53 strömen kann.
In der Verbrennungskraftmaschine 1 ist in Kombination hiermit eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 10 vorgesehen. Die ECU 10 ist eine Einheit, die einen Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 etc. steuert. Eine Vielzahl an Arten von Sensoren, wie bspw. ein Gaspedalstellungssensor 7, ein Kurbelstellungssensor 8 etc. sind zusätzlich zu dem Luftströmungsmesser 40, dem ersten Temperatursensor 55 und dem NOx-Sensor 56, wie vorstehend erwähnt, mit der ECU 10 elektrisch verbunden. Der Gaspedalstellungssensor 7 ist ein Sensor, welcher ein elektrisches Signal ausgibt, das mit einem Betätigungsbetrag (Gaspedalöffnung) eines nicht dargestellten Gaspedals korreliert. Der Kurbelstellungssensor 8 ist ein Sensor, welcher ein elektrisches Signal ausgibt, das mit der Rotationsstellung einer Motorausgabewelle (Kurbelwelle) der Verbrennungskraftmaschine 1 korreliert. Die Ausgabesignale dieser Sensoren werden in die ECU 10 eingegeben. Die ECU 10 leitet basierend auf dem Ausgangssignal des Gaspedalstellungssensors 7 die Motorlast der Verbrennungskraftmaschine 1 her und leitet auch basierend auf dem Ausgabewert des Kurbelstellungssensors 8 die Motor-Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 her. Zusätzlich schätzt die ECU 10 basierend auf dem Ausgabewert des Luftströmungsmessers 40 die Strömungsrate des Abgases, welches von der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgestoßen wird (nachfolgend manchmal als die „Strömungsrate des Abgases“ bzw. „Abgasströmungsrate“ bezeichnet).
Zusätzlich können verschiedene Ausrüstungsteile, wie bspw. das Kraftstoffeinspritzventil 3, das Drosselventil 41, die elektrische Heizeinrichtung 52, das Abgas-Absperrventil 53, das Harnstoff-Wasser-Zugabeventil 54 usw. mit der ECU 10 elektrisch verbunden sein. Dann steuert die ECU 10 diese verschiedenen Ausrüstungsteile. Zum Beispiel kann die ECU 10 die Temperatur des Filters 50a von seiner stromabwärtigen Seite aus durch Betreiben der elektrischen Heizeinrichtung 52 erhöhen. Dann verbrennen in dem Filter 50a die FP, die durch das Substrat gefangen sind, in einem Abschnitt, in dem die Temperatur gleich oder größer als eine vorbestimmte Temperatur (z.B., 600 °C) geworden ist.
Als Nächstes wird basierend auf 2 und 3 die Struktur des Filters 50a beschrieben. 2 ist eine Längsschnittansicht, welche den schematischen Aufbau des Filters 50a zeigt, und 3 ist eine Querschnittansicht, welche den schematischen Aufbau des Filters 50a zeigt. Wie in 2 und 3 gezeigt, ist ein Substrat 510 einer zylindrischen Form, welches den Filter 50a ausbildet, in dem Filtergehäuse 50 aufgenommen. In dem Substrat 510 ist eine Vielzahl an Passagen 511, 512 ausgebildet, welche sich in einer Axialrichtung erstrecken (d.h., in einer Strömungsrichtung des Abgases), und dabei sind diese Vielzahl an Passagen 511, 512 in einer Wabenform angeordnet. Mit anderen Worten ist das Substrat 510 auf solche Weise ausgebildet, um die Vielzahl der Passagen 511, 512, die in einer Wabenform angeordnet sind, zu definieren. Hierbei ist zu beachten, dass die Anzahl der Passagen 511, 512, die in den 2 und 3 gezeigt sind, bloß ein Beispiel ist und die Anzahl dieser Passagen 511, 512 einfach gemäß der Spezifikationen eines Fahrzeugs und der Verbrennungskraftmaschine 1, welche daran montiert ist, angemessen bestimmt werden sollte.
Unter der Vielzahl Passagen 511, 512 sind die Passagen 511 jeweils durch einen Verschlusskörper 513 an ihrem in der Strömungsrichtung des Abgases stromaufwärtsseitigen Endabschnitt verschlossen. Die verbleibenden Passagen 512 aus der Vielzahl an Passagen 511, 512 sind jeweils durch einen Verschlusskörper 514 an ihrem in der Strömungsrichtung des Abgases stromabwärtsseitigen Endabschnitt verschlossen. Hier ist zu beachten, dass die Passagen 511 und die Passagen 512 abwechselnd angeordnet sind. Damit ist der Wandstromfilter ausgebildet. Nachfolgend werden die Passagen 511 als erste Passagen 511 bezeichnet und die Passagen 512 werden als zweite Passagen 512 bezeichnet.
In dem Substrat 510 sind Trennwände 515, die zwischen den ersten Passagen 511 und den zweiten Passagen 512 angeordnet sind, jeweils aus einem porösen Körper ausgebildet. Hier ist zu beachten, dass nur die Trennwände 515 des Substrats 510 jeweils durch einen porösen Körper ausgebildet sein können oder das gesamte Substrat 510 mit den Verschlusskörpern 513, 514 jeweils aus einem porösen Körper ausgebildet sein kann. Als ein Material für den porösen Körper, auf den sich hierin bezogen wird, kann ein bekanntes Material angenommen werden, welches zum Fangen der Feststoffpartikel (FP) in dem Abgas geeignet ist.
Mittels eines solchen Filters 50a werden die FP in dem Abgas gefangen und die so gefangenen FP lagern sich auf dem Substrat 510 ab. Wenn sich die FP zunehmend auf diese Weise auf dem Filter 50a ablagern, nimmt der Druckverlust des Filters 50a zu, sodass die Regenerierung des Filters 50a durch Erhöhen der Temperatur des Filters 50a ausgeführt wird, wodurch die FP oxidiert und entfernt werden. Hier tendieren die FP dazu, sich in dem Filter 50a von seinem stromaufwärtsseitigen Abschnitt aus zu seinem stromabwärtsseitigen Abschnitt hin abzulagern. Um die FP, die auf dem Filter 50a abgelagert sind, zu oxidieren und zu entfernen, ist es folglich notwendig, die Temperatur des Filters 50a über ein weites Gebiet oder Bereich von seinem stromaufwärtsseitigen Abschnitt zu seinem stromabwärtsseitigen Abschnitt zu erhöhen, und ist eine große Menge Energie für die Regenerierung des Filters 50a erforderlich. Andererseits, wenn in solch einem Filter 50a die FP dazu gebracht werden können, sich auf einem bestimmten Teil des Filters 50a vermehrt abzulagern, kann der Filter 50a mit einer kleineren Energie in einer kürzeren Zeitspanne regeneriert werden, indem die Temperatur von dem Teil, auf den sich die FP vermehrt abgelagert haben, erhöht wird, als in dem Fall, in dem die Temperatur des gesamten Filters 50a erhöht wird.
Folglich, wenn die Strömungsrate des Abgases gleich oder größer als eine vorbestimmte Strömungsrate ist, steuert die ECU 10 die Abgasströmung in dem Filter 50a durch einmal vollständiges Schließen und anschließendes vollständiges Öffnen des Abgas-Absperrventils 53, wodurch die FP, die auf dem Filter 50a abgelagert sind, dazu veranlasst werden, sich zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt in dem Filter 50a (nachfolgend manchmal als der „stromabwärtsseitige Abschnitt auf des Filters“ bezeichnet) zu bewegen. Somit wird die Steuerung der Abgasströmung, welche ausgeführt wird, um die FP dazu zu veranlassen, sich zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters zu bewegen, als eine „Abgasströmungssteuerung“ bezeichnet. Hier ist zu beachten, dass die ECU 10, indem sie die Abgasströmungssteuerung ausführt, als eine Steuerungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung fungiert.
Hier wird ein Steuerungsablauf für die Abgasströmungssteuerung, welche von der ECU 10 ausgeführt wird, basierend auf 4 erklärt. 4 zeigt ein Flussdiagramm, welches den Steuerungsablauf für die Abgasströmungssteuerung zeigt. In dieser Ausführungsform wird der Ablauf in einem vorbestimmten Betriebsintervall auf wiederholte Weise durch die ECU 10 während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgeführt. Mit anderen Worten wird die Abgasströmungssteuerung ungeachtet dessen ausgeführt, ob eine Forderung zur Regenerierung des Filters 50a erfüllt ist.
In diesem Ablauf wird als Erstes in Schritt S101 bestimmt, ob eine Kraftstoffabsperrung ausgeführt wird. Dann, wenn in Schritt S101 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die ECU 10 zu Schritt S102, wohingegen, wenn in Schritt S101 eine negative Entscheidung getroffen wird, die Ausführung dieses Ablaufs beendet wird. Wenn die Abgasströmungssteuerung ausgeführt wird, wenn keine Kraftstoffabsperrung ausgeführt wird, kann sich der Gegendruck der Verbrennungskraftmaschine 1 aufgrund des Einflusses des Abgas-Absperrventils 53, welches temporär geschlossen wird, verändern, und die Verbrennung innerhalb der Zylinder 2 etc. kann betroffen sein. Aus diesem Grund wird in diesem Ablauf, wenn keine Kraftstoffabsperrung ausgeführt wird, die Abgasströmungssteuerung nicht ausgeführt. Jedoch ist es nicht beabsichtigt, dass die Abgasströmungssteuerung darauf begrenzt sein soll, nur ausgeführt zu werden, wenn eine Kraftstoffabsperrung ausgeführt wird. Wenn es keine negativen Auswirkungen auf den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 gibt, selbst wenn die ECU 10 die Steuerung des Abgas-Absperrventils 53 ausführt, kann die ECU 10 diese Steuerung ausführen, selbst wenn keine Kraftstoffabsperrung ausgeführt wird. In diesem Fall wird in Schritt S101 statt der Bestimmung, ob eine Kraftstoffabsperrung ausgeführt wird, bestimmt, ob es keine nachteiligen Auswirkungen auf den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 gibt, selbst wenn die Steuerung des Abgas-Absperrventils 53 ausgeführt wird.
Wenn in Schritt S101 eine positive Entscheidung getroffen wird, dann wird in Schritt S102 die Abgasströmungsrate Fre berechnet. In Schritt S102 wird die Abgasströmungsrate Fre basierend auf dem Ausgabewert des Luftströmungsmessers 40 berechnet. Hierbei ist zu beachten, dass, weil der Ablauf von Schritt S102 während der Ausführung des Kraftstoffabsperrungsablaufs ausgeführt wird, die Abgasströmungsrate Fre, welche in Schritt S102 berechnet wird, die Strömungsrate der Luft ist, die aus der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgestoßen wird. Dann wird in Schritt S103 bestimmt, ob die Abgasströmungsrate Fre, die in Schritt S102 berechnet ist, gleich oder höher als ein vorbestimmter Schwellwert Freth ist. Hier ist der vorbestimmte Schwellwert Freth als eine Strömungsrate definiert, bei der die FP, welche sich von den Trennwänden 515 des Filters 50a durch den Ablauf von Schritt S104, welcher später beschrieben wird, gelöst haben, dazu veranlasst werden können, sich durch den Prozess von Schritt S105, welcher später beschrieben wird, zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters zu bewegen. Hierbei ist zu beachten, dass der vorbestimmte Schwellwert Freth in der vorliegenden Erfindung einer vorbestimmten Strömungsrate entspricht. Dann, wenn in Schritt S103 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die ECU zu Schritt S104, wohingegen, wenn in Schritt S103 eine negative Entscheidung getroffen wird, die Ausführung dieses Ablaufs beendet ist.
Wenn in Schritt S103 eine positive Entscheidung getroffen wird, dann wird in Schritt S104 die Steuerung des Abgas-Absperrventils 53 vom vollständig geöffneten Zustand in den vollständigen geschlossenen Zustand ausgeführt. Demzufolge tritt eine temporäre Turbulenz in der Abgasströmung in dem Filter 50a auf und die FP, die sich auf den Trennwänden 515 abgelagert haben, lösen sich ab. Dies wird nachfolgend unter der Verwendung von 5A und 5B erklärt. 5A zeigt eine Darstellung, welche die Abgasströmung zeigt, die die Trennwände 515 des Filters 50a passiert, und das Verhaltensmuster der Feststoffpartikel (FP) in dem Filter 50a zeigt, wenn die Abgasströmung in der Auslasspassage 5 aufgrund von Schritt S104 temporär rückwärts strömt. Wie in 5A gezeigt, wenn die Abgasströmung in der Auslasspassage 5 rückwärts strömt, wird in der Abgasströmung in dem Filter 50a eine temporäre Turbulenz auftreten, wodurch das Abgas, welches die Trennwände 515 passiert, in eine entgegengesetzte Richtung als beim Normalbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 strömt, in der die Abgasströmungssteuerung nicht ausgeführt wird (nachfolgend kann dies auch einfach als „beim Normalbetrieb“ bezeichnet werden). Demzufolge lösen sich die FP von den Trennwänden 515 ab.
Darüber hinaus zeigt 5B eine Darstellung, welche die Abgasströmung, die die Trennwände 515 des Filters 50a passiert, und das Verhaltensmuster der Feststoffpartikel (FP) in den Filter 50a zeigt, wenn die Abgasströmung in der Auslasspassage 5 die Vorwärtsströmung beibehält, aber deren Pulsationsgröße aufgrund von Schritt S104 temporär erhöht ist. Wenn die Abgasströmung in der Auslasspassage 5 die Vorwärtsströmung beibehält, aber deren Pulsationsgröße temporär zugenommen hat, tritt eine temporäre Turbulenz in der Abgasströmung in dem Filter 50a auf, wodurch das Abgas, welches die Trennwände 515 passiert, sowohl in der Vorwärts- als auch in der Rückwärtsrichtung, wie in 5B gezeigt, strömt. Daher existieren zwei Fälle; ein Fall ist, dass unter dem Einfluss der Pulsation, deren Größe zugenommen hat, der Druck in den zweiten Passagen 512 größer wird als der in den ersten Passagen 511 (in diesem Fall strömt das Abgas, welches die Trennwände 515 passiert, in der Vorwärtsrichtung), und der andere Fall ist, dass der Druck in den zweiten Passagen 512 kleiner wird als der in den ersten Passagen 511 (in diesem Fall strömt das Abgas, welches die Trennwände 515 passiert, in der Rückwärtsrichtung). Dann, wenn das Abgas, welches die Trennwände 515 passiert, aufgrund der Turbulenz in der Abgasströmung, welche temporär in dem Filter 50a aufgetreten ist, in der Rückwärtsrichtung strömt, lösen sich die FP von den Trennwänden 515 ab.
Dann wird in Schritt S105, nach dem Schritt S104, die Steuerung des Abgas-Absperrventils 53 von dem vollständigen geschlossenen Zustand zu dem vollständig geöffneten Zustand ausgeführt. Demzufolge kehrt die Strömung in dem Filter 50a, in dem lokal eine Rückwärtsströmung aufgetreten ist, zu der Vorwärtsströmung zurück und die FP, die sich durch den Ablauf von Schritt S104 gelöst haben, bewegen sich zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters. Dann wird nach dem Ablauf von Schritt S105 die Ausführung dieses Ablaufs beendet. Hier ist zu beachten, dass Schritt S105 zu einem Zeitpunkt ausgeführt wird, zu dem die FP, die sich von den Trennwänden 515 durch Schritt S104 (ab-)gelöst haben, dazu veranlasst werden können, sich zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters zu bewegen. Zum Beispiel kann Schritt S105 nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne seit dem Schritt S104 ausgeführt werden oder kann sofort, nachdem das Abgas-Absperrventil 53 durch den Schritt S104 in den vollständig geschlossenen Zustand gebracht wurde, ausgeführt werden.
5C ist eine Darstellung, welche einen Zustand zeigt, in dem sich die Feststoffpartikel durch den Schritt S105 zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters bewegt haben. Durch die Abgasströmungssteuerung, welche durch die vorstehend erwähnten Schritte S101 bis S105 dargestellt ist und die durch die ECU 10 ausgeführt wird, lagern sich FP, wie in 5C gezeigt, vermehrt auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters ab (d.h., auf der stromabwärtigen Seite einer Linie L1, welche durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist).
Somit können mittels der vorstehend erwähnten Abgasströmungssteuerung FP dazu veranlasst werden, sich vermehrt auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters abzulagern. Aus diesem Grund kann durch Erhöhen der Temperatur des stromabwärtsseitigen Abschnitts die Regenerierung des Filters 50a mit einer kleineren Energie und in einer kürzeren Zeitspanne ausgeführt werden als in dem Fall, in dem die Temperatur des Filters 50a als Gesamtes erhöht wird. Folglich kann die ECU 10 durch Betreiben der elektrischen Heizeinrichtung 52 die Temperatur des Filters 50a von seiner stromabwärtigen Seite aus erhöhen. Damit werden die FP, die sich vermehrt auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters abgelagert haben, oxidiert und entfernt, wodurch der Filter 50a regeneriert wird. Hier ist zu beachten, dass die ECU 10 durch das Ausführen des Ablaufs zur Regenerierung des Filters 50a auf diese Weise als eine Verarbeitungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung fungiert.
Hier wird basierend auf 6 ein Steuerungsablauf zur Regenerierung des Filters 50a, welcher durch die ECU 10 ausgeführt wird, erklärt. 6 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerungsablauf zur Regenerierung des Filters 50a zeigt. In dieser Ausführungsform wird dieser Ablauf durch die ECU 10 während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1 in einem vorbestimmten Betriebsintervall wiederholt ausgeführt.
In diesem Ablauf wird als Erstes in Schritt S111 bestimmt, ob die Anforderung zur Regenerierung des Filters 50a erfüllt ist. Hier ist die Anforderung zur Regenerierung des Filters 50a erfüllt, wenn z.B. geschätzt wird, dass eine Menge an FP gleich oder größer als eine vorbestimmte Menge ist, die sich am Filter 50a abgelagert hat. In diesem Fall wird die Schätzung der Menge der FP-Ablagerung gemäß einem bekannten Ablauf ausgeführt, welcher sich von diesem Ablauf unterscheidet. Dann, wenn in Schritt S111 eine positive Entscheidung getroffen wird, geht die ECU 10 zu Schritt S112, wohingegen, wenn in Schritt S111 eine negative Entscheidung getroffen wird, die Ausführung dieses Ablaufs beendet wird.
Wenn in Schritt S111 eine positive Entscheidung getroffen wird, dann wird in Schritt S112 bestimmt, ob eine Ausführbedingung zum Ausführen der Regenerierung des Filters 50a erfüllt ist. Wie vorstehend erwähnt, erhöht die elektrische Heizeinrichtung 52 die Temperatur des Filters 50a von seiner stromabwärtigen Seite aus. Falls sich die FP nicht vermehrt auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters ablagern sollten, können die FP, selbst wenn die elektrische Heizeinrichtung 52 betrieben wird, nicht ausreichend oxidiert und von dem Filter 50a entfernt werden. Folglich schätzt die ECU 10, ob sich die FP vermehrt auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters abgelagert haben. Dann, wenn geschätzt wird, dass sich die FP vermehrt auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters abgelagert haben, wird in Schritt S112 eine Entscheidung getroffen, dass die Ausführbedingung zum Ausführen der Regenerierung des Filters 50a erfüllt ist. Wenn z.B. die Abgasströmungssteuerung bis zum momentanen Zeitpunkt ausgeführt wurde, nachdem der Filter 50a das letzte Mal regeneriert wurde, lagern sich die FP mittels der Abgasströmungssteuerung vermehrt auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters ab und dann wird die Ausführbedingung zum Ausführen der Regenerierung des Filters 50a als erfüllt angenommen, und in Schritt S102 wird eine positive Entscheidung getroffen. Dann, wenn in Schritt S112 eine positive Entscheidung getroffen ist, geht die ECU 10 zu Schritt S113, wohingegen, wenn in Schritt S112 eine negative Entscheidung getroffen wird, die Ausführung dieses Ablaufs beendet wird.
Wenn in Schritt S112 eine positive Entscheidung getroffen wird, dann wird in Schritt S113 eine Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr berechnet. Die Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr repräsentiert eine geschätzte Temperatur des stromabwärtsseitigen Abschnitts des Filters und wird basierend auf dem Ausgabewert des ersten Temperatursensors 55 berechnet. Insbesondere wurde die Beziehung zwischen der Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr und dem Ausgabewert des ersten Temperatursensors 55 vorab in einem ROM der ECU 10 als ein Kennfeld oder eine Funktion gespeichert und die Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr wird in Schritt S113 basierend auf dem Kennfeld oder der Funktion und dem Ausgabewert des ersten Temperatursensors 55 berechnet.
Nachfolgend wird in Schritt S114 eine Zeitspanne der Bestromung Tmeh der elektrischen Heizeinrichtung 52 berechnet. Hier ist die Zeitspanne der Bestromung Tmeh als eine Zeitspanne der Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung 52 definiert, in der in der Annahme, dass sich die FP vermehrt auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters abgelagert haben, die FP in solch einem Zustand oxidiert und entfernt werden können. Es ist zu beachten, dass in dem Fall, in dem die Dichte der Ablagerung der FP in dem Filter 50a hoch ist, eine größere Tendenz für die FP vorhanden ist, zu der Zeit der Regenerierung des Filters 50a kontinuierlich zu verbrennen als in dem Fall, in dem die Dichte der Ablagerung der FP niedrig ist, wodurch die Zeitspanne der Bestromung Tmeh, welche wie vorstehend definiert ist, relativ kurz wird. Zusätzlich beginnen in dem Filter 50a die FP, die durch das Substrat gefangen sind, in einem Abschnitt zu brennen, in dem die Temperatur gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur (z.B., 600 °C) geworden ist. Folglich wird die Zeitspanne der Bestromung Tmeh als eine Betriebszeit der elektrischen Heizeinrichtung 52 berechnet, in der die Temperatur des stromabwärtsseitigen Abschnitts des Filters gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur gesetzt sein kann. Hier ist die Korrelation zwischen der Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr und der Zeitspanne der Bestromung Tmeh in 7 gezeigt. Je höher die Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr ist, desto kürzer ist die Zeitspanne der Bestromung Tmeh, wie in 7 gezeigt. In Schritt S114 wird die Zeitspanne der Bestromung Tmeh basierend auf der Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr, welche in Schritt S113 berechnet wurde, und einem Kennfeld oder einer Funktion, welche in dem ROM der ECU 10 gespeichert wurde und welche die Korrelation zwischen der Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr und der Zeitspanne der Bestromung Tmeh darstellt, berechnet.
Nachfolgend wird in Schritt S115 die elektrische Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung 52 gestartet. Dies startet den Betrieb der elektrischen Heizeinrichtung 52, sodass die Temperatur des Filters 50a von seiner stromabwärtigen Seite aus erhöht wird. Dann wird in Schritt S116 bestimmt, nachdem die elektrische Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung 52 gestartet wurde, ob die Zeitspanne der Bestromung Tmeh verstrichen ist. Wenn in Schritt S116 eine positive Entscheidung getroffen wird, nämlich, wenn geschätzt wird, dass die Temperatur des stromabwärtsseitigen Abschnitts des Filters gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur ist, geht die ECU 10 zu dem Ablauf von Schritt S117 über. Hier ist zu beachten, dass, wenn die Temperatur des stromabwärtsseitigen Abschnitts des Filters gleich oder höher als die vorbestimmte Temperatur wird, beginnen die FP, die in diesem Abschnitt abgelagert sind, zu brennen. Dann brennen die FP kontinuierlich. Demzufolge werden die FP oxidiert und von dem Filter 50a entfernt. Andererseits, wenn in Schritt S116 eine negative Entscheidung getroffen wird, kehrt die ECU 10 zu Schritt S115 zurück und in Schritt S115 wird die elektrische Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung 52 fortgesetzt.
Wenn in Schritt S116 eine positive Entscheidung getroffen wird, dann wird in Schritt S117 die elektrische Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung 52 beendet. Nach Schritt S117 wird die Ausführung dieses Ablaufs beendet. Hier ist zu beachten, dass die ECU 10 ferner die Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr nach Schritt S117 berechnen kann. Damit kann bestätigt werden, dass sich die Temperatur des stromabwärtsseitigen Abschnitts des Filters zu einem ausreichenden Ausmaß erhöht hat. Falls die Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr niedriger sein sollte als eine vorbestimmte untere Grenztemperatur, kann die ECU 10 entscheiden, dass die Temperatur des stromabwärtsseitigen Abschnitts des Filters die vorbestimmte Temperatur, bei der die FP oxidiert und entfernt werden können, aus einem bestimmten Grund noch nicht erreicht ist, und kann die elektrische Bestromung der elektrischen Heizeinrichtung 52 fortsetzen.
Wie vorstehend angegeben, kann die ECU 10 den Filter 50a mit kleiner Energie und in einer kurzen Zeit regenerieren, indem sie die Abgasströmungssteuerung ausführt, wodurch die FP zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Filters bewegt werden, und ferner indem sie die Temperatur des stromabwärtsseitigen Abschnitts unter der Verwendung der elektrischen Heizeinrichtung 52 erhöht. Mit anderen Worten ermöglicht die Abgasreinigungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, dass die in dem Filter 50a abgelagerten FP auf geeignete Weise oxidiert und entfernt werden.
<Zweite Ausführungsform >
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 8 ist eine Darstellung, welche den schematischen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine und ihrer Ansaug- und Auslasssysteme gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Verbrennungskraftmaschine 1, welche in 8 gezeigt ist, ist eine Verbrennungskraftmaschine des Kompressionszündungstyps (Dieselmotor), welche Leichtöl als Kraftstoff verwendet. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auch auf eine Verbrennungskraftmaschine des Fremdzündungstyps angewendet werden, welche Benzin oder ähnliches als Kraftstoff verwendet. Hier ist zu beachten, dass in dieser zweiten Ausführungsform die detaillierte Beschreibung von im Wesentlichen demselben Aufbau und im Wesentlichen demselben Steuerungsablauf wie in der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform ausgelassen wird.
In einer Auslasspassage 5 der Verbrennungskraftmaschine 1 ist ein Harnstoff-Wasser-Zugabeventil 54, ein Filtergehäuse 50, ein erster Temperatursensor 55, ein NOx-Sensor 56 und ein Abgas-Absperrventil 53 in der Reihenfolge gemäß der Abgasströmung angeordnet. Das Filtergehäuse 50 hat einen SCR-Filter 50b, der in einem im Wesentlichen zylindrischen Gehäuse aufgenommen ist. Zusätzlich hat das Filtergehäuse 50 eine elektrische Heizeinrichtung 52, welche darin auf der stromabwärtigen Seite des SCR-Filters 50b aufgenommen ist. Der SCR-Filter 50b ist in solch einer Weise aufgebaut, dass ein SCR-Katalysator 51a durch einen Wandstromfilter, der aus einem porösen Substrat ausgebildet ist, getragen oder gelagert ist. Der Filter hat hier die Funktion, FP (Feststoffpartikel), die in dem Abgas enthalten sind, zu fangen. Darüber hinaus hat der SCR-Katalysator 51a die Funktion, NOx in dem Abgas durch Verwendung von Ammoniak als Reduktionsmittel zu reduzieren. Aus diesem Grund hat der SCR-Filter 50b die FP-Fangfunktion und die NOx-Reduktionsfunktion. Hier, in dieser zweiten Ausführungsform, wie in 8 gezeigt, wird der SCR-Katalysator 51a durch einen in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtsseitigen Abschnitt in dem SCR-Filter 50b getragen. Somit ist es zu bevorzugen, dass der stromaufwärtsseitige Abschnitt, durch den der SCR-Katalysator 51a getragen wird, auf der stromaufwärtigen Seite einer Linie L1 hierzu um einen bestimmtes Ausmaß entfernt ist, sodass er zumindest auf der stromaufwärtigen Seite der Linie L1 ist, die in der vorstehend erwähnten 5C durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist (wie vorstehend erwähnt, haben sich die FP auf der stromabwärtigen Seite der Linie L1 vermehrt abgelagert), und der Wärmeübergang, der durch das Verbrennen der FP in dem SCR-Katalysator 51a produziert wird, zu einem bestimmten Ausmaß gemildert ist.
In solch einer Abgasreinigungseinrichtung führt die ECU 10, wie in dem Fall der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform, auch die Abgasströmungssteuerung aus. Dann, wenn die ECU 10 die Abgasströmungssteuerung ausführt, bewegen sich die FP, die auf dem SCR-Filter 50b abgelagert sind, zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des SCR-Filters 50b und die FP lagern sich auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt vermehrt ab.
Dann regeneriert die ECU 10 den SCR-Filter 50b ähnlich zu der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform. Insbesondere durch Erhöhen der Temperatur des stromabwärtsseitigen Abschnitts des SCR-Filters 50b unter der Verwendung der elektrischen Heizeinrichtung 52 werden die FP, die sich vermehrt auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt abgelagert haben, oxidiert und entfernt. Dies ermöglicht es, die Regenerierung des SCR-Filters 50b mit einer kleinen Energie und in kurzer Zeit auszuführen.
Hier, in dieser zweiten Ausführungsform, tendiert der stromaufwärtsseitige Abschnitt in dem SCR-Filter 50b, durch den der SCR-Katalysator 51a gehalten ist, zur Zeit der Oxidation und Entfernung der FP dazu, in der Temperatur niedriger zu sein als der stromabwärtsseitige Abschnitt in dem SCR-Filter 50b. Mit anderen Worten wird zur Zeit der Oxidation und Entfernung der FP kaum eine Situation auftreten, in der der SCR-Katalysator 51a Temperaturen ausgesetzt ist, bei denen sich der SCR-Katalysator 51a verschlechtern kann. Demzufolge ist die Verschlechterung des SCR-Katalysators 51a, welche die Regenerierung des SCR-Filters 50b begleitet, unterdrückt. Somit ermöglicht die Abgasreinigungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung auch in dem Aufbau dieser zweiten Ausführungsform die FP, die in dem SCR-Filter 50b abgelagert sind, auf geeignete Weise zu oxidieren und zu entfernen.
Zusätzlich führt die ECU 10 die Abgasströmungssteuerung während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1 aus und, wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 gestoppt ist, kann anschließend die Regenerierung des SCR-Filters 50b ausgeführt werden. Hierbei ist zu beachten, dass „während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1“ einen Zustand repräsentiert, in dem die Zündung nicht aus ist und „während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1“ die Ausführung der vorstehend erwähnten Kraftstoffabsperrung beinhaltet. Ein Steuerungsablauf für solch eine Regenerierung des SCR-Filters 50b, der durch die ECU 10 ausgeführt wird, wird basierend auf 9 erklärt. 9 ist ein Flussdiagramm, welches den Steuerungsablauf zur Regenerierung des SCR-Filters 50b darstellt.
In dem in 9 gezeigten Ablauf wird, ähnlich zu dem in der vorstehend erwähnten 6 gezeigten Ablauf, in Schritt S111 bestimmt, ob eine Anforderung zur Regenerierung des SCR-Filters 50b erfüllt ist. Der Ablauf von Schritt S111 wird in vorbestimmten Betriebsintervallen während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 1 wiederholt ausgeführt. Wenn in Schritt S111 eine positive Entscheidung getroffen ist, wird in Schritt S211 anschließend bestimmt, ob die Verbrennungskraftmaschine 1 gestoppt wurde. Wenn in Schritt S211 eine positive Entscheidung getroffen ist, dann geht die ECU 10 zu Schritt S112, wohingegen, wenn in Schritt S211 eine negative Entscheidung getroffen ist, die ECU 10 den Schritt S211 in einem vorbestimmten Intervall wiederholt. Hier ist zu beachten, dass, während die ECU 10 den Schritt S211 in dem vorbestimmten Intervall wiederholt, führt die ECU 10 den Schritt S211 mit Priorität fort, selbst wenn der nächste Ausführungszeitpunkt dieses Ablaufs kommt.
Auf diese Weise wird in dem in 9 gezeigten Ablauf die Regenerierung des SCR-Filters 50b während des Stopps der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgeführt. Hier tendiert die wässrige Harnstofflösung aus dem Harnstoff-Wasser-Zugabeventil 54 dazu, oxidiert zu werden, um bei hoher Temperatur NOx auszubilden, aber während des Stopps der Verbrennungskraftmaschine 1 wird keine wässrige Harnstofflösung von dem Harnstoff-Wasser-Zugabeventil 54 zugeführt, wodurch, wenn die Regenerierung des SCR-Filters 50b während des Stopps der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgeführt wird, die Ausbildung von NOx aus der wässrigen Harnstofflösung unterdrückt ist. Mit anderen Worten ist es durch Ausführen der Regenerierung des SCR-Filters 50b während des Stopps der Verbrennungskraftmaschine 1 möglich, den Einfluss des Regenerierungsablaufs auf die Reduktion von NOx durch den SCR-Katalysator 51a zu eliminieren.
<Modifizierung der zweiten Ausführungsform>
Jetzt wird Bezug auf eine Modifikation der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform genommen. 10 ist eine Darstellung, welche den schematischen Aufbau einer Verbrennungskraftmaschine und ihrer Ansaug- und Auslasssysteme gemäß dieser Modifikation zeigt. Hier ist zu beachten, dass in dieser Modifikation die detaillierte Erklärung von im Wesentlichen demselben Aufbau und im Wesentlichen demselben Steuerungsablauf wie in der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform ausgelassen wird.
In der Auslasspassage 5 einer Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß dieser Modifikation, sind auf der stromaufwärtigen Seite eines Filtergehäuses 50 zusätzlich zu einem Harnstoff-Wasser-Zugabeventil 54, ein Luftzuführventil 61 und ein zweiter Temperatursensor 62 angeordnet. Das Luftzuführventil 61 ist mit einer nicht dargestellten Pumpe verbunden und führt der Auslasspassage 5 Luft zu. In dem Luftzuführventil 61, dessen Anordnung, die Zuführmenge und der Zuführdruck der Luft von dem Luftzuführventil 61 etc. werden hier auf solche Weise bestimmt, dass, selbst wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 gestoppt wurde, ein Luftstrom von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite in dem SCR-Filter 50b erzeugt werden kann.
In solch einer Abgasreinigungseinrichtung führt die ECU 10, wie in dem Fall der vorstehend erwähnten ersten Ausführungsform, auch die Abgasströmungssteuerung aus. Wenn die ECU 10 die Abgasströmungssteuerung ausführt, dann bewegen sich die FP, die auf im SCR-Filter 50b abgelagert sind, zu dem stromabwärtsseitigen Abschnitt des SCR-Filters 50b und die FP lagern sich vermehrt auf dem stromabwärtsseitigen Abschnitt ab.
Dann kann die ECU 10 die Regenerierung des SCR-Filters 50b, ähnlich zu der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform, während des Stopps der Verbrennungskraftmaschine 1 ausführen. Bei der Regenerierung des SCR-Filters 50b kann eine Situation auftreten, in der die Temperatur des SCR-Filters 50b zu einem übermäßigen Ausmaß ansteigt. Wenn die Temperatur des SCR-Filters 50b während des Stopps der Verbrennungskraftmaschine 1 zu einem übermäßigen Ausmaß angestiegen ist, ist es somit schwierig, den SCR-Filter 50b schnell zu kühlen. Folglich, verursacht die ECU 10 in Fällen, in denen die Gefahr besteht, dass die Temperatur des SCR-Filters 50b bei der Regenerierung des SCR-Filters 50b während des Stopps der Verbrennungskraftmaschine 1 zu einem übermäßigen Ausmaß ansteigt, durch Verwendung des Luftzuführventils 61 in dem SCR-Filter 50b einen Luftstrom von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite. Hier setzt die ECU 10 die Zuführmenge, den Zuführdruck etc. der Luft von dem Luftzuführventil 61 auf solche Weise fest, dass der SCR-Filter 50b schnell gekühlt werden kann. Damit kann in Fällen, in denen die Regenerierung des SCR-Filters 50b während des Stopps der Verbrennungskraftmaschine 1 ausgeführt wird, ein übermäßiger Temperaturanstieg des SCR-Filters 50b auf geeignete Weise unterdrückt werden.
Zusätzlich kann die ECU 10 in dem vorstehend erwähnten, in 9 gezeigten Ablauf ferner die Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr nach dem Schritt S117 berechnen, um zu bestätigen, dass die Temperatur des stromabwärtsseitigen Abschnitts des SCR-Filters 50b zu einem ausreichenden Ausmaß angestiegen ist, jedoch, während des Stopps der Verbrennungskraftmaschine 1 keine Abgasströmung existiert, wodurch eine Gefahr besteht, dass die Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr nicht akkurat berechnet werden kann. Folglich kann die ECU 10 zur Zeit der Berechnung der Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr nach dem Schritt S117 durch Verwendung des Luftzuführventils 61 in dem SCR-Filter 50b den Luftstrom von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite verursachen. Hier ist zu beachten, dass in diesem Fall die Temperatur der von dem Luftzuführventil 61 zu dem SCR-Filter 50b zugeführten Luft durch den zweiten Temperatursensor 62 erfasst wird. Dann kann die Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr basierend auf der Temperatur der in den SCR-Filter 50b einströmenden Luft, die durch den zweiten Temperatursensor 62 erfasst wird, der Temperatur der aus dem SCR-Filter 50b ausströmenden Luft, die durch den ersten Temperatursensor 55 erfasst wird und einem Kennfeld oder einer Funktion, welche/s in dem ROM der ECU 10 gespeichert ist und welche die Korrelation zwischen diesen Temperaturen und der Temperatur der hinteren Filterseite Tcrr repräsentiert, berechnet werden.
Bezugszeichenliste

1:: Verbrennungskraftmaschine
4:: Ansaugpassage
5:: Auslasspassage
10:: ECU
40:: Luftströmungsmesser
50:: Filtergehäuse
50a:: Filter
50b:: SCR-Filter
51:: Katalysatorgehäuse
51a:: SCR-Katalysator
52:: elektrische Heizeinrichtung
53:: Abgas-Absperrventil
54:: Harnstoff-Wasser-Zugabeventil
55:: ein erster Temperatursensor
56:: NOx-Sensor
510:: Substrat
511:: erste Passagen
512:: zweite Passagen
515:: Trennwände

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006183507 A [0002]

Claims

Abgasreinigungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit: einem Wandstromfilter, welcher in einer Auslasspassage der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und eine Vielzahl Zellen hat, die durch Trennwände getrennt sind, welche sich entlang der Abgasströmungsrichtung erstrecken, wobei die Vielzahl Zellen erste Zellen, welche jeweils einen geschlossenen Endabschnitt auf einer in der Abgasströmungsrichtung stromabwärtigen Seite und einen offenen Endabschnitt auf einer in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtgigen Seite haben, und zweite Zellen aufweist, die jeweils einen geschlossenen Endabschnitt auf der in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite und einen offenen Endabschnitt auf der in der Abgasströmungsrichtung stromabwärtigen Seite haben, wobei die ersten und zweiten Zellen abwechselnd angeordnet sind; einer Temperaturerhöhungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, die Temperatur des Filters von seiner in der Abgasströmungsrichtung stromabwärtigen Seite aus zu erhöhen; einem Abgas-Absperrventil, welches in der Auslasspassage auf der stromabwärtigen Seite des Filters angeordnet ist und so aufgebaut ist, um zwischen einem vollständig geöffneten Zustand und einem vollständig geschlossenen Zustand umgeschaltet zu werden; einer Steuerungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, eine Abgasströmung in dem Filter zu steuern, indem sie das Abgas-Absperrventil einmal vollständig schließt und anschließend vollständig öffnet, wenn eine Strömungsrate des Abgases gleich oder größer als eine vorbestimmte Strömungsrate ist, so dass Feststoffpartikel, die auf dem Filter abgelagert sind, dazu veranlasst werden, sich zu einem Abschnitt auf der in der Abgasströmungsrichtung stromabwärtigen Seite des Filters zu bewegen; und einer Verarbeitungseinheit, welche dazu ausgelegt ist, ein Regenerierungsverfahren auszuführen, welches die Feststoffpartikel, die auf dem Filter abgelagert sind, durch Verwendung der Temperaturerhöhungseinheit oxidiert und entfernt, nachdem die Steuerungseinheit die Partikel dazu veranlasst hat, sich zum Abschnitt auf der stromabwärtigen Seite des Filters zu bewegen.
Abgasreinigungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei der Filter ein SCR-Filter ist, in dem ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NO_x durch die Trennwände getragen wird und der Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von NO_x auf der in der Abgasströmungsrichtung stromaufwärtigen Seite eines vorbestimmten, stromabwärtsseitigen Abschnitts in dem Filter getragen wird.
Abgasreinigungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Verarbeitungseinheit das Regenerierungsverfahren ausführt, während die Verbrennungskraftmaschine gestoppt ist.