DE10226963A1 - Vorrichtung zur Abgasreinigung von Kraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung zur Abgasreinigung von Kraftmaschinen

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DE10226963A1
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Masumi Kinugawa
Kiyonori Sekiguchi
Tatsuya Fujita
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Denso Corp
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Abstract

Die Durchlässigkeit eines an einer Dieselkraftmaschine 1 angebrachten DPF 21 wird dadurch ermittelt, dass der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) auf der Grundlage einer Differenz der Drücke zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF 21 und auf der Grundlage von anderen Kraftmaschinendaten berechnet wird, dass ein Alarm zu einem Fahrer auf Grundlage der Ermittlungsergebnisse abgegeben wird und dass der Betriebsmodus umgeschaltet wird, um den DPF 21 wiederherzustellen. Eine durch eine Zerstörung verursachte anormale Vergrößerung des Durchlassflächeninhalts wird genau erfasst, und die PM werden nicht in die Außenluft in langen Zeitperioden aufgrund der Zerstörung des DPF 21 ausgelassen. Des Weiteren kann der DPF 21 zuverlässig ausgebrannt und wiederhergestellt werden, ohne dass der DPF 21 demontiert werden muss oder ohne dass er bei jedem Betriebsmodus der Kraftmaschine 1 in unerwünschter Weise überhitzt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Fahrzeugkraftmaschine. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Kraftmaschine, bei der eine Durchlässigkeit eines an einer Dieselkraftmaschine angebrachten Partikelfilters ermittelt wird, indem der scheinbare Durchlassflächeninhalt auf der Grundlage der Differenz der Drücke zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters und auf der Grundlage von anderen Kraftmaschinendaten berechnet wird, wobei ein Alarm zu dem Fahrer auf der Grundlage des Ergebnisses der Ermittlung abgegeben wird, und der Partikelfilter wird in geeigneter Weise wiederhergestellt.
  • Um die Luftverschmutzung zu verhindern, fand bis jetzt ein Partikelfilter zum Auffangen von aus Fahrzeugkraftmaschinen und insbesondere aus Dieselkraftmaschinen ausgestoßenen Partikelgegenständen weit verbreitet Verwendung. Partikelfilter vielfältiger Bauart wurden vorgeschlagen. Darunter ist ein Partikelfilter jener Bauart, der die aufgefangenen Partikelgegenstände automatisch verbrennt, so dass er wiederhergestellt wird, ohne dass demontiert werden muss, und er hat einen einfachen Aufbau und ist sehr beliebt. Wenn die Partikelgegenstände übermäßig abgelagert werden, dann vermindert der Partikelfilter dieser Bauart die Durchlässigkeit in dem Abgaskanal, was einen unerwünschten Abfall der Kraftmaschinenabgabe und eine unerwünschte Erhöhung der Rauchemissionen hervorruft. Es ist daher notwendig, den Wiederherstellungsprozess korrekt auszuführen, während die Durchlässigkeit des Partikelfilters jederzeit überwacht wird. Wenn der Partikelfilter zerstört wird, dann treten die Partikelgegenstände in die Außenluft aus. Es ist daher notwendig, eine anormale Durchlässigkeit des Partikelfilters zu erfassen und eine Alarmlampe einzuschalten, damit der Fahrer weiß, dass der Partikelfilter repariert werden muss.
  • Als ein Verfahren zum Überwachen der Durchlässigkeit des Partikelfilters ist ein Verfahren zum Überwachen des Differenzdrucks zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters bekannt, wobei ein Differenzialdrucksensor verwendet wird (vorderer Abgassensor und hinterer Abgassensor). Als ein Verfahren mit einer höheren Genauigkeit schlägt die Japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 60-47937 ein Verfahren vor, um einen scheinbaren Durchlassflächeninhalt aus derartigen Daten wie zum Beispiel die Durchsatzrate der in die Kraftmaschine eingelassenen Luft, die Abgastemperatur und der Abgasdruck zu bestimmen, die der Bernoulli'schen Gleichung unterliegen. Das in der Japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 60-47937 offenbarte Verfahren bietet eine höhere Genauigkeit verglichen mit jenem Verfahren, das einfach den Differenzialdruck überwacht. Falls versucht wird, den Abgasdruck und den Differenzialdruck zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters im Mittel zu erfassen, dann tritt jedoch ein mittlerer Fehler aufgrund einer Pulsation in dem Abgasrohr auf, der zu einer Verringerung der Genauigkeit führt.
  • Die Fig. 17 zeigt eine Darstellung eines mittleren Fehlers, der dann auftritt, wenn versucht wird, einen Mittelwert der Drucksignale beim Auftreten der Druckpulsation zu finden. Es gibt eine sekundäre Funktionsbeziehung zwischen der Abgasdurchsatzrate (G) und dem Differenzialdruck (Δ) zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters. Wenn eine Pulsation auftritt, dann weichen deren Mittelwerte von einer statischen sekundären Funktionsbeziehung ab, so dass ein mittlerer Fehler aufgebaut wird, und zwar neigt der erhaltene Wert dazu, dass er zu groß wird und einen Fehler verursacht, auch wenn versucht wird, einen Differenzialdruck (Δ) zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters entsprechend dem Mittelwert der Abgasdurchsatzrate (G) herauszufinden. Auch wenn deshalb versucht wird, die On-Board-Diagnosefunktion (OBD) einzuschalten, ist es nicht möglich, den Wert zu erfassen, wenn der scheinbare Durchlassflächeninhalt anormal groß ist, oder es ist nicht möglich, das Verfahren zum Verbrennen des Partikelgegenstandes zu ändern und den Partikelfilter entsprechend einer Verringerung des scheinbaren Durchlassflächeninhalts wiederherzustellen, während ein hinreichender Zuverlässigkeitsgrad aufrecht erhalten werden soll.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Abgasreinigung von Kraftmaschinen vorzusehen, die dazu in der Lage ist, einen scheinbaren Durchlassflächeninhalt des Partikelfilters zu bestimmen, während eine hinreichend hohe Genauigkeit aufrecht erhalten wird. Die Erfindung sieht des weiteren eine Vorrichtung zur Abgasreinigung von Kraftmaschinen vor, die dazu in der Lage ist, den Partikelfilter komplett wiederherzustellen. Die Erfindung sieht des weiteren eine Vorrichtung zur Abgasreinigung von Kraftmaschinen vor, die dazu in der Lage ist, den Defekt-Zustand wie zum Beispiel eine Zerstörung des Partikelfilters korrekt zu erfassen, um den Fahrer zur Reparatur aufzufordern.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Durchlässigkeit des Partikelfilters ermittelt, der von der Fahrzeugkraftmaschine ausgestoßene Gegenstände auffängt, und zwar wird der scheinbare Durchlassflächeninhalt auf der Grundlage des Differenzialdrucks zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters und auf der Grundlage einer Vielzahl von Kraftmaschinendaten berechnet, und ein Alarm wird erzeugt, wenn bestimmt wird, dass der scheinbare Durchlassflächeninhalt eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, wodurch es möglich ist, den scheinbaren Durchlassflächeninhalt zu bestimmen, wobei eine ausreichend hohe Genauigkeit aufrecht erhalten wird, und wodurch es möglich ist, eine anormale Vergrößerung des Durchlassflächeninhalts genau zu erfassen, die durch einen Fehler wie zum Beispiel die Zerstörung des Partikelfilters hervorgerufen wird. Somit wird der Fehlerzustand wie zum Beispiel die Zerstörung des Partikelfilters korrekt erfasst und eine Alarmeinrichtung wird aktiviert, um so den Fahrer dazu aufzufordern, den Partikelfilter zu reparieren.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Durchlässigkeit des Partikelfilters ermittelt, der die von der Fahrzeugkraftmaschine ausgestoßenen Partikelgegenstände auffängt, und zwar wird der scheinbare Durchlassflächeninhalt auf der Grundlage des Differenzialdrucks zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters sowie auf der Grundlage einer Vielzahl Kraftmaschinendaten berechnet, und ein Alarm wird erzeugt, wenn bestimmt wird, dass der scheinbare Durchlassflächeninhalt größer als ein vorbestimmter Wert oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wodurch es möglich ist, die gleichen Wirkungen zu erzielen, wie sie vorstehend beschrieben wurden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird außerdem bestimmt, ob die Vergrößerungsrate des scheinbaren Durchlassflächeninhalts größer ist als eine vorbestimmte Rate, wodurch es möglich ist, den Fehlerzustand korrekt zu erfassen, wenn der Partikelfilter zerstört ist bzw. Partikelgegenstände an dem Partikelfilter abgelagert sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Durchlässigkeit des Partikelfilters ermittelt, und zwar wird der scheinbare Durchlassflächeninhalt auf der Grundlage des Differenzialdrucks zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters und auf der Grundlage der Vielzahl Kraftmaschinendaten berechnet, ein Befehl zum Wiederherstellen des Partikelfilters wird abgegeben, wenn auf der Grundlage des scheinbaren Durchlassflächeninhalts bestimmt wird, dass der Partikelfilter mit den daran abgelagerten Partikelgegenständen wiederherzustellen ist, und ein Wiederherstellungsbeendigungsbefehl wird zum Beenden des Wiederherstellungsprozesses des Partikelfilters abgegeben, wenn bestätigt wird, dass die Wiederherstellung des Partikelfilters beendet ist, wodurch es möglich ist, den Partikelfilter zuverlässig wiederherzustellen, ohne dass der Partikelfilter demontiert werden muss und ohne dass der Partikelfilter übermäßig erwärmt werden muss, was nicht erwünscht ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein mittlerer Fehler korrigiert, der bei der Pulsation des Abgasdrucks im Zeitraum der Bestimmung des scheinbaren Durchlassflächeninhalts erzeugt wird, indem der Differenzialdruck zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters verwendet wird, wodurch es möglich ist, die Genauigkeit zum Berechnen des scheinbaren Durchlassflächeninhalts zu verbessern, um so den scheinbaren Durchlassflächeninhalt unter Beibehaltung einer ausreichende Genauigkeit zu bestimmen, und wobei es möglich ist, eine anormale Vergrößerung des Durchlassflächeninhalts genau zu erfassen, die durch die Zerstörung des Partikelfilters hervorgerufen wird. Dies verhindert, dass infolge der Zerstörung des Partikelfilters die Partikelgegenstände in die Außenluft über lange Zeiträume ausgestoßen werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden drei oder mehrere Daten als die Vielzahl Kraftmaschinendaten aus der Durchsatzrate der in die Fahrzeugkraftmaschine eingelassenen Luft, der Abgastemperatur, der Temperatur des Partikelfilters, dem Atmosphärendruck und der Durchsatzrate des Kraftstoffes ausgewählt. Unter jenen Bedingungen, dass die Durchsatzrate der in die Fahrzeugkraftmaschine eingelassenen Luft so klein wie beim Leerlaufzustand ist, dann wird der Differenzialdruck zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters sehr klein, und der scheinbare Durchlassflächeninhalt wird nicht hinreichend genau bestimmt. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird daher ein Schritt zum Berechnen des scheinbaren Durchlassflächeninhalts unterbrochen, wenn die Durchsatzrate der in die Kraftmaschine eingelassenen Luft kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Betriebszustandsumschalteinrichtung vorgesehen, um die Betriebszustände einer Fahrzeugkraftmaschine dahingehend umzuschalten, dass als Reaktion auf einen Befehl zum Wiederherstellen des Partikelfilters die Abgastemperatur erhöht wird und der Partikelfilter erwärmt wird, und wenn bestätigt wird, dass der Prozess zum Wiederherstellen des Partikelfilters beendet ist, dann wird ein Befehl zu der Betriebszustandseinrichtung abgegeben, so dass die Betriebszustände der Fahrzeugkraftmaschine zu den anfänglichen Betriebszuständen zurückkehren. Üblicherweise wird dabei die Fahrzeugkraftmaschine unter den Bedingungen eines günstigen Kraftstoffverbrauchs betrieben, wobei die Abgastemperatur niedrig gehalten wird, wodurch es möglich ist, Kraftstoff zu sparen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können, wenn bestimmt wird, dass eine große Partikelgegenstandsmenge abgelagert ist und wenn der Partikelfilter auf jene Temperatur erwärmt wird, bei der die Partikelgegenstände oxidieren und schnell verbrennen, die Partikelgegenstände dabei schnell verbrennen, was eine Überhitzung des Partikelfilters hervorruft. Wenn eine erste Befehlsabgabeeinrichtung einen übermäßigen Abfall des scheinbaren Durchlassflächeninhalts erfasst hat, dann werden daher die Betriebszustände so geändert, dass der Partikelfilter auf jene Temperatur geheizt wird, bei der die an dem Partikelfilter abgelagerten Partikelgegenstände moderat reagieren, um den Partikelfilter moderat wiederherzustellen, ohne dass der Partikelfilter überhitzt wird.
  • Die vorliegende Erfindung wird aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Gesamtaufbaus eines Systems zum Steuern einer Dieselkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Einzelheiten einer Vorrichtung zur Abgasreinigung;
  • Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung von Hauptabschnitten eines Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensors;
  • Fig. 4 zeigt eine Zeitkarte der Wellenformen von Drücken stromaufwärts und stromabwärts von einem Partikelfilter (DPF);
  • Fig. 5 zeigt eine Flusskarte eines Programms zum Bestimmen von Steuerwerten des Systems zum Steuern der Kraftmaschine;
  • Fig. 6 zeigt eine Darstellung von Charakteristika einer ersten bis dritten Abbildungsgruppe, bei denen die Steuerwerte in Abhängigkeit von der Kraftmaschinendrehzahl und den Soll- Momenten der Kraftmaschine bestimmt werden;
  • Fig. 7 zeigt eine Flusskarte eines Programms zum Berechnen des scheinbaren Durchlassflächeninhalts des Partikelfilters (DPF);
  • Fig. 8 zeigt eine Darstellung von Charakteristika einer Beziehung des Soll-Moments der Kraftmaschine, der Kraftmaschinendrehzahl und des korrigierten Wertes des mittleren Fehlers;
  • Fig. 9 zeigt eine Flusskarte eines Programms zum Wiederherstellen des Partikelfilters (DPF);
  • Fig. 10 zeigt eine Darstellung einer Haupteinspritzzeitgebung und einer Nacheinspritzzeitgebung hinsichtlich des Kurbelwinkels;
  • Fig. 11 zeigt eine Darstellung von Charakteristika einer Beziehung zwischen den Temperaturen stromabwärts des Partikelfilters (DPF) und den Fahrzeuggeschwindigkeiten bei den Betriebsmodi gemäß der ersten bis dritten Abbildungsgruppe;
  • Fig. 12 zeigt eine Flusskarte eines Programms zum Ändern eines Wiederherstellungsprozessmodus zu einen Normalbetriebsmodus;
  • Fig. 13 zeigt eine Zeitkarte eines ersten Beispiels eines Betriebs der Kraftmaschine durch die vorstehend beschriebenen Steuervorgänge;
  • Fig. 14 zeigt eine Zeitkarte eines zweiten Beispiels eines Betriebs der Kraftmaschine durch die vorstehend beschriebenen Steuervorgänge;
  • Fig. 15 zeigt eine Flusskarte eines Fehleralarmverfahrens, das den Fehlerzustand des Partikelfilters (DPF) aus dem scheinbaren . Durchlassflächeninhalt des DPF erfasst und eine Alarmlampe einschaltet;
  • Fig. 16 zeigt eine Darstellung einer Beziehung von bestimmten Werten des scheinbaren Durchlassflächeninhalts; und
  • Fig. 17 zeigt eine Darstellung des Auftretens eines mittleren Fehlers, wenn versucht wird, einen Mittelwert von Drucksignalen beim Auftreten einer Druckpulsation zu bestimmen.
    • Aufbau des Ausführungsbeispiels
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines Gesamtaufbaus eines Systems zum Steuern einer Dieselkraftmaschine.
  • Das System zum Steuern der Dieselkraftmaschine gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Common-Rail-Bauart zum Einspritzen des Kraftstoffes in die Verbrennungskammern in den Zylindern einer Fahrzeugkraftmaschine und insbesondere einer Dieselkraftmaschine (nachfolgend zur Vereinfachung als Kraftmaschine bezeichnet) 1, und eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas, das von der Dieselkraftmaschine ausgestoßen wird (nachfolgend als die Vorrichtung zur Abgasreinigung bezeichnet), die einen Partikelfilter aufweist, der einen Oxidationskatalysator zum Oxidieren von Kohlenmonoxiden (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) des von der Kraftmaschine 1 ausgestoßenen Abgases trägt, um diese zu unschädlichem Kohlendioxid (CO2) und Wasserdampf (H2O) zu reinigen.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Common-Rail-Bauart für die Dieselkraftmaschine erfasst die Betriebszustände der Kraftmaschine, Fahrtzustände des Fahrzeugs und Betätigungsbeträge durch den Fahrer unter Verwendung von verschiedenen Sensoren, sie überträgt diese Daten zu einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 3, sie berechnet eine optimale Einspritzmenge und eine optimale Einspritzzeitgebung auf der Grundlage der Daten von den Sensoren, und sie gibt Befehle zu den Aktuatoren zum Ausführen der Steuerungen ab. Bei dem Kraftstofffördersystem der Kraftstoffeinspritzvorrichtung der Common-Rail-Bauart ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe (Hochdruckförderpumpe) 6 angeordnet, die eine Förderpumpe aufweist, welche den Kraftstoff in dem an dem Fahrzeug angebrachten Kraftstoffbehälter 4 durch einen Kraftstofffilter 5 pumpt, den durch die Förderpumpe gepumpten Kraftstoff mit Druck beaufschlagt und den mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoff fördert, und es ist eine Common-Rail 7 angeordnet, die eine Drucksammelkammer zum Sammeln des mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoffes ist, der durch die Hochdruckförderpumpe 6 gefördert wird.
  • Ein Elektromagnetventil 8 zur Mengeneinstellung als ein an der Hochdruckförderpumpe 6 angebrachter Aktuator wird durch ein Steuersignal von der ECU.3 elektronisch gesteuert, um so die Fördermenge des mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoffes von der Hochdruckförderpumpe 6 in die Common-Rail 7 durch ein Rohr so einzustellen, dass sich der Druck zum Einspritzen des Kraftstoffes ändert (Common-Rail-Druck). Hierbei wird der Kraftstoff in dem Kraftstoffbehälter 4 durch die Hochdruckförderpumpe 6 durch den Kraftstofffilter 5 gepumpt und der Common-Rail 7 unter Aufbringung eines Drucks zugeführt. Der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 7 wird durch einen an der Common-Rail 7 angebrachten Kraftstoffdrucksensor 20 erfasst und er wird dadurch eingestellt, dass das an der Hochdruckförderpumpe 6 angebrachte Elektromagnetventil 8 zur Mengensteuerung durch die ECU 3 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen gesteuert wird.
  • Der mit hohem Druck beaufschlagte Kraftstoff wird zu einer Vielzahl Kraftstoffeinspritzventile (nachfolgend als Einspritzvorrichtungen bezeichnet) 9 verteilt, die direkt an den Verbrennungskammern der Zylinder der Kraftmaschine 1 angebracht sind. Die Einspritzvorrichtungen 9 sind mit der Common-Rail 7 durch Rohre verbunden. Als Reaktion auf ein Befehlssignal auf der Grundlage des Soll-Moments (T) der Kraftmaschine, das aus dem Beschleunigungsvorrichtungsöffnungssignal (ACCP) und der Kraftmaschinendrehzahl (Ne) berechnet wird, bewirkt die ECU 3 die Einspritzung des mit hohem Druck beaufschlagten Kraftstoffes in die Verbrennungskammern der Zylinder der Kraftmaschine 1 bei vorbestimmten Einspritzzeitgebungen (θ) unter Beibehaltung vorbestimmter Einspritzmengen (gf), um so eine optimale Verbrennung zu verwirklichen. Die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht sich bei einer Verlängerung jener Zeit, in der die Einspritzvorrichtung 9 geöffnet wird, und sie verringert sich bei einer Verkürzung jener Zeit, in der die Einspritzvorrichtung 9 geöffnet ist.
  • Die in die Kraftmaschine einzulassende Luft wird durch eine Luftreinigungsvorrichtung 10 angesaugt, durch einen Turbolader 11 mit Druck beaufschlagt, durch einen Zwischenkühler 12, ein Einlassdrosselventil 13 sowie Einlassrohre der Zylinder geführt und in die Kraftmaschine 1 eingelassen. Das durch die Verbrennung in der Kraftmaschine 1 gebildete Abgas wird in das Abgasrohr ausgestoßen. Das in das Abgasrohr ausgestoßene Abgas wird ausgelassen, nachdem es die Einlassluft in dem Turbolader mit Druck beaufschlagt hat, das heißt es wird in die Außenluft ausgelassen, indem es durch die Vorrichtung zur Abgasreinigung (katalytischer Wandler) 2 tritt.
  • Hierbei ist das System zum Steuern der Dieselkraftmaschine gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit einer Abgasrückführungsvorrichtung ausgestattet, die einen Teil (EGR- Gas) des von der Kraftmaschine 1 ausgestoßenen Abgases in den Einlassluftkanal in dem Einlassrohr zurückführt, um so schädliche Substanzen (zum Beispiel Stickoxide: NOx) zu verringern, die in dem Abgas enthalten sind. Dabei wird ein Teil des Abgases in das Einlassrohr zurückgeführt (zurückgeleitet), wobei es durch eine EGR-Kühlvorrichtung 14 und ein EGR- Kühlventil 15 hindurchtritt. Die Durchsatzrate des zurückgeführten Abgases (EGR) wird dadurch gesteuert, dass die ECU 3 eine Vielzahl Kraftmaschinendaten sammelt, eine optimale EGR-Gasdurchsatzrate auf der Grundlage dieser Signale bestimmt und das EGR-Ventil 15 und das Einlassdrosselventil 13 einstellt.
  • Der Öffnungsgrad des EGR-Ventils wird durch eine Rückkopplung geregelt und als Reaktion auf ein Signal von einem an dem Abgasrohr angebrachten Sauerstoffkonzentrationssensor 18 (γ- Sensor) genau eingestellt, um so eine Sollkonzentration γ (O2-Konzentration) zu erhalten. Die Vielzahl Kraftmaschinendaten enthalten Daten von einer Luftdurchsatzmessvorrichtung (Einlassluftmengenerfassungseinrichtung) 16 zum Erfassen der in die Kraftmaschine 1 eingelassenen Luftmenge, von einem Einlasslufttemperatursensor 17 zum Erfassen der Temperatur der in die Kraftmaschine 1 eingelassenen Luft, von einem Sauerstoffkonzentrationssensor (O2-Sensor) zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration in dem von der Kraftmaschine 1 ausgestoßenen Abgas, von einem Beschleunigungsvorrichtungsöffnungssensor 19 zum Erfassen des Beschleunigungspedalniederdrückungsbetrags (Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad: ACCP), von einem Kraftmaschinendrehzahlsensor (nicht gezeigt) zum Erfassen der Kraftmaschinendrehzahl (Ne), und von einem Einlassluftdrucksensor (nicht gezeigt) zum Erfassen des Drucks der in die Kraftmaschine 1 eingelassenen Luft.
  • Als nächstes wird der Aufbau der Vorrichtung 2 zur Abgasreinigung gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 kurz beschrieben. Die Fig. 2 zeigt eine detaillierte Darstellung der Vorrichtung 2 zur Abgasreinigung.
  • Die Vorrichtung 2 zur Abgasreinigung hat einen Partikelfilter (nachfolgend als DPF bezeichnet) 21, der den Katalysator trägt, welcher in einem Metallgehäuse (Katalysatorbehälter) 22 gehalten ist, der einen Abgaskanal bildet. Der DPF 21 ist in der Wand- Strömungs-Bauart ausgeführt und weist poröse Keramiken auf, die an ihren Oberflächen mit einem Katalysator beschichtet sind, und er fängt Partikelgegenstände (nachfolgend als PM bezeichnet) auf, die durch feine Partikel gebildet sind (Hauptkomponenten sind hochmolekulare Kohlenwasserstoffe (HC's) wie zum Beispiel Kohlenstoffruß, nicht-verbrannter Kraftstoff, Kraftmaschinenöl etc.), die von der Kraftmaschine 1 ausgestoßen werden. Als der DPF 21 können ein Keramikwabenfilter, ein Schaumfilter oder ein Faserfilter verwendet werden. Des weiteren kann ein Metallfilter verwendet werden.
  • In dem Metallgehäuse 22 sind ein stromaufwärtiger Abschnitt mit einer konischen zylindrischen Form, an der ein später beschriebener erster Abgastemperatursensor 23 angebracht ist, ein zylindrischer Halteabschnitt, um darin den DPF 21 zu halten, und ein stromabwärtiger Abschnitt mit einer konischen zylindrischen Form vorgesehen, an dem ein später beschriebener zweiter Abgastemperatursensor 24 angebracht ist. Das Abgas strömt in der Richtung eines Pfeils. Führungslöcher sind an stromaufwärtigen und stromabwärtigen Positionen des DPF 21 vorgesehen, um die Drücke zu erfassen, und sie sind mit einem Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensor (Stromaufwärts/Stromabwärts- Differenzialdruckerfassungseinrichtung) 26 durch Rohre 28 und 29 verbunden und dienen zum Übertragen eines Drucks (Pu) stromaufwärts von dem DPF 21 und eines Drucks (Pd) stromabwärts von dem DPF 21.
  • Der erste Abgastemperatursensor 23 ist direkt an der stromaufwärtigen Seite des DPF 21 angebracht, um die Temperatur des Abgases (Katalysatortemperatur) direkt an der stromaufwärtigen Seite DPF 21 zu erfassen. Der zweite Abgastemperatursensor 24 ist direkt an der stromabwärtigen Seite des DPF 21 angebracht, um die Temperatur des Abgases (Katalysatortemperatur) direkt an der stromabwärtigen Seite des DPF 21 zu erfassen. Abgastemperatursignale werden von den Abgastemperatursensoren 23 und 24 zu der ECU 3 gesendet. Des weiteren sind Löcher stromaufwärts und stromabwärts von dem DPF 21 vorgesehen, um den Druck abzuleiten, und sie sind mit dem Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensor 26 durch Rohre verbunden. Ein Signal von dem Stromaufwärts/Stromabwärts- Differenzialdrucksensor 26 wird zu der ECU 3 gesendet.
  • Als nächstes wird der Aufbau des Stromaufwärts/Stromabwärts- Differenzialdrucksensors 26 gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 kurz beschrieben.
  • Hierbei zeigt die Fig. 3 eine Darstellung von Hauptabschnitten des Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensors 26.
  • Der Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensor 26 ist eine Durchlässigkeitsüberwachungseinrichtung zum Überwachen der Durchlässigkeit des DPF 21, und er ist eine Stromaufwärts/Stromabwärts- Differenzialdruckerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Differenz des Druckes zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des DPF 21. Die Rohre 28 und 29 sind so mit Rohren 30 und 31 verbunden, dass der Druck (Pu) stromaufwärts von dem DPF 21 und der Druck (Pd) stromabwärts von dem DPF 21 in das Gehäuse 32 geführt werden. Ein Differenzialdruckerfassungsabschnitt 33 des Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensors 26 ist durch einen Halbleiterchip 34 gebildet, der an der Mitte einen dünnen Membranabschnitt aufweist. Der Halbleiterchip 34 ist an einem Glassitz 35 an einem Substrat 36 angebracht, und er ist mit der ECU 3 durch eine Drahtverbindung 37 und einen Anschluß 38 verbunden. Bei dem Differenzialdruckerfassungsabschnitt 33 des Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensors 26 wird die Membran daher in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Druck (Pu) stromaufwärts von dem DPF 21 und dem Druck (Pd) stromabwärts von dem DPF 21 deformiert. Die Deformation der Membran wird in ein elektrisches Signal umgewandelt (Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksignal), das dann verstärkt und zu der ECU 3 gesendet wird.
  • Die Fig. 4 zeigt eine Darstellung von Wellenformen des Drucks (Pu) stromaufwärts von dem DPF 21 und dem Druck (Pd) stromabwärts von dem DPF 21. An Positionen stromaufwärts und stromabwärts von den DPF 21 tritt eine Pulsation aufgrund eines Resonanzphänomens auf, das durch das von der Kraftmaschine 1 intermittierend ausgestoßene Abgas und dem Abgas in dem Abgasrohr hervorgerufen wird. Jedoch hat der zu dem Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensor 26 geführte Druck eine Pulsation, die aufgrund des Volumens in dem Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensor 26 abgeschwächt wird. Schließlich wird eine Differenz des Mittelwertes als ein Differenzialdruck (Δ) erfasst.
  • Die ECU 3 entspricht der Kraftmaschinendatenerfassungseinrichtung, einer Durchlassflächeninhaltsberechnungseinrichtung, einer Filterwiederherstellungsprozesseinrichtung (Betriebszustandsumschalteinrichtung), einer ersten Befehlsabgabeeinrichtung und einer zweiten Befehlsabgabeeinrichtung der vorliegenden Erfindung, und sie hat einen Mikrocomputer, der durch eine CPU gebildet ist, um die Steuerverarbeitung oder eine arithmetische Verarbeitung auszuführen, einen Speicher (RAM, ROM) zum Speichern von verschiedenen Programmen und verschiedenen Daten, einen Zeitgeber, I/O-Anschlüsse und entsprechende Funktionen.
  • Der Mikrocomputer in der ECU 3 nimmt sowohl eine Vielzahl Kraftmaschinendaten von dem Beschleunigungsvorrichtungsöffnungssensor 19, der Luftdurchsatzmessvorrichtung 16, dem Einlasslufttemperatursensor 17, dem Kraftmaschinendrehzahlsensor, dem Einlassluftdrucksensor, dem ersten Abgastemperatursensor 23 und dem zweiten Abgastemperatursensor 24 als auch ein Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksignal von dem DPF 21 von dem Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensors 26 auf, nachdem dieses durch einen A/D-Wandler A/D-gewandelt wurde. Die ECU 3 nimmt des weiteren ein Signal von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 27 auf und schaltet eine Alarmlampe (Alarmeinrichtung) 41 ein, damit der Fahrer über ein ernsthaftes Problem des Steuersystems informiert wird. Die ECU 3 hat des weiteren einen Atmosphärendrucksensor 25 zum Erfassen des Atmosphärendrucks.
  • Die Vorrichtung 2 zur Abgasreinigung gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat eine Vorrichtung zum automatischen Verbrennen und Wiederherstellen des Filters in jenem Zustand, in dem der Filter verwendet wird, ohne dass der DPF 21 demontiert werden muss, an dem die PM abgelagert sind. Wenn die PM übermäßig an dem DPF 21 der vorstehend beschriebenen Bauart abgelagert sind, dann verliert der Abgaskanal die Durchlässigkeit, was zu einer Verringerung der Kraftmaschinenabgabe und einen Anstieg der schädlichen Rauchemissionen führt. Bei der Vorrichtung zum Wiederherstellen des Filters wird daher die Durchlässigkeit des DPF 21 dadurch ermittelt, dass der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) auf der Grundlage der Differenz des Drucks zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des DPF 21 und auf der Grundlage der Vielzahl Kraftmaschinendaten berechnet wird, und dann wird der DPF 21 auf der Grundlage der Ermittlungsergebnisse angemessen wiederhergestellt.
  • Ein konkretes Verfahren zum Wiederherstellen beinhaltet das Ermitteln der Temperatur des Abgases auf der Grundlage einer Nacheinspritzung durch Einspritzen des Kraftstoffes bei jener Zeitgebung, die hinsichtlich des Kurbelwinkels nach der Haupteinspritzung und separat von der Haupteinspritzung ist, die zum Erzeugen einer Kraftmaschinenabgabe dient, das Leiten von nicht-verbranntem HC zu dem DPF 21 (Filterwiederherstellungsprozesseinrichtung, Betriebszustandsumschalteinrichtung), deren Reaktion mit dem Katalysator an der Oberfläche des DPF 21, um die Temperatur weiter anzuheben und das Halten des DPF 2 auf jene Temperatur, die höher ist als eine Temperatur, bei der die an dem DPF 21 abgelagerten PM schnell oxidieren und verbrennen, um dadurch den Prozess zum Wiederherstellen des DPF 21 durchzuführen.
  • Falls der DPF 21 zerstört ist, dann werden die PM in die Atmosphäre ausgelassen. Daher hat dieses Ausführungsbeispiel des weiteren eine Vorrichtung zum Alarmieren eines Fehlers des Filters, indem der Fehlerzustand wie zum Beispiel eine anormale Durchlässigkeit des DPF 21 auf der Grundlage der Ermittlungsergebnisse des scheinbaren Durchlassflächeninhalts (A) erfasst wird und indem die Alarmlampe 41 eingeschaltet wird, um den Fahrer zur Reparatur des DPF 21 aufzufordern.
    • Steuerverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel
  • Ein Verfahren zum Steuern des Kraftmaschinensteuersystems gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 12 kurz beschrieben. Hierbei zeigt die Fig. 5 eine Flusskarte eines Programms zum Bestimmen von Steuerwerten für das Kraftmaschinensteuersystem.
  • Die Flusskarte in der Fig. 5 startet den Betrieb zusammen mit dem Start der Kraftmaschine 1. Zunächst wird eine Vielzahl Daten initialisiert (Schritt S1). Danach wird ein Soll-Moment (T) der Kraftmaschine aus einem durch den Beschleunigungsvorrichtungsöffnungssensor 19 erfassten Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad (ACCP) und aus einer durch den Kraftmaschinendrehzahlsensor erfassten Kraftmaschinendrehzahl (Ne) berechnet (Schritt S2). Danach wird eine Einspritzmenge (qf) aus dem durch den Beschleunigungsvorrichtungsöffnungssensor 19 erfassten Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad (ACCP) und aus der durch den Kraftmaschinendrehzahlsensor erfassten Kraftmaschinendrehzahl (Ne) berechnet (Schritt S3).
  • Als nächstes wird eine Einspritzzeitgebung (θ) aus dem durch den Beschleunigungsvorrichtungsöffnungssensor 19 erfassten Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad (ACCP) und aus der durch den Kraftmaschinendrehzahlsensor erfassten Kraftmaschinendrehzahl (Ne) berechnet (Schritt S4). Danach wird ein Drosselventilöffnungsgrad (α) aus dem durch den Beschleunigungsvorrichtungsöffnungssensor 19 erfassten Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad (ACCP) und aus der durch den Kraftmaschinendrehzahlsensor erfassten Kraftmaschinendrehzahl (Ne) berechnet (Schritt S5). Danach wird eine Sollkonzentration γ (O2-Konzentration) aus dem durch den Beschleunigungsvorrichtungsöffnungssensor 19 erfassten Beschleunigungsvorrichtungsöffnungsgrad (ACCP) und aus der durch den Kraftmaschinendrehzahlsensor erfassten Kraftmaschinendrehzahl (Ne) berechnet (S6). Danach werden die Verarbeitungen des Schritts S2 und der nachfolgenden Schritte wiederholt. Die Sollkonzentration γ (O2-Konzentration) wird zum Regeln des Öffnungsgrads des EGR-Ventils 15 verwendet, so dass der vorbestimmte Sollwert (γ) angenommen wird.
  • Als nächstes zeigt die Fig. 6 eine Darstellung einer ersten bis dritten Abbildungsgruppe (Kraftmaschinenbetriebszustände), bei denen die Steuerwerte in Abhängigkeit der Kraftmaschinendrehzahl (Ne) und des Soll-Moments (T) der Kraftmaschinen bestimmt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die zu verwendenden Abbildungsgruppen in Abhängigkeit der Zustände umgeschaltet, was später beschrieben wird.
  • Die Fig. 7 zeigt eine Flusskarte eines Programms zum Berechnen des scheinbaren Durchlassflächeninhalts (A) des DPF 21. Zunächst wird das Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksignal von dem Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensor 26 gelesen, um die Stromaufwärts/Stromabwärts- Differenzialdruckdaten von dem DPF 21 zu erhalten (Stromaufwärts/Stromabwärts- Differenzialdruckerfassungseinrichtung: Schritt S11). Das Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksignal von dem Stromaufwärts/Stromabwärts-Differenzialdrucksensor 26 kann ein Durchschnitt über eine vorbestimmte Zeitperiode sein.
  • Als nächstes wird eine Vielzahl Kraftmaschinendaten erhalten. Genauer gesagt werden eine Durchsatzrate (Ga) der in die Kraftmaschine 1 eingelassenen Luft, die aus einem Signal von der Luftdurchsatzmessvorrichtung 16 bestimmt wird, eine Einspritzmenge (qf), eine Kraftstoffdurchsatzrate (Gf), die aus der Kraftmaschinendrehzahl (Ne) bestimmt wird, eine Abgastemperatur (Te), die aus den Signalen des ersten und des zweiten Abgastemperatursensors 23, 24 bestimmt wird, und ein Atmosphärendruck (Pa) erhalten, der aus einem Signal von dem Atmosphärendrucksensor 25 bestimmt wird (Kraftmaschinendatenerfassungseinrichtung: Schritt S12).
  • Danach wird ein mittlerer Fehler des Differenzialdrucks (Δ) zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des DPF 21 korrigiert (Schritt S13). An Positionen stromaufwärts und stromabwärts von dem DPF 21 tritt eine Pulsation aufgrund eines Resonanzphänomens auf, das durch das von der Kraftmaschine 1 intermittierend ausgestoßene Abgas und das Abgas in dem Abgasrohr hervorgerufen wird. Der Pulsationszustand ändert sich in Abhängigkeit von den Betriebszuständen der Kraftmaschine 1. Korrekturwerte (ΔPe) des mittleren Fehlers werden unter Verwendung einer Abbildung des Soll-Moments (T) der Kraftmaschine und der Kraftmaschinendrehzahlen (Ne) vorgegeben, wie dies in einer graphischen Darstellung der Fig. 8 gezeigt ist, Korrekturwerte werden aus dieser Abbildung bestimmt und die Korrektur wird durch (ΔP-ΔPe) bewirkt.
  • Dann wird eine Durchlässigkeit des DPF 21 berechnet. Genauer gesagt wird der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 entsprechend der Gleichung 1 berechnet, die durch Lösen der aus dem Bernoulli-Theorem abgeleiteten Strömungsgleichung erhalten wird (Durchlassflächeninhaltsberechnungseinrichtung: Schritt S14). A ist äquivalent zu einem Wert, der durch Multiplizieren des Öffnungsflächeninhaltes mit den Strömungskoeffizienten entsprechend der Strömungsgleichung erhalten wird.


    wobei g die Erdbeschleunigung ist und γo eine vorab vorgegebene spezifische Schwerkraft des Abgases in dem Standardzustand ist.
  • Obwohl der Atmosphärendruck als Ersatz für den Abgasdruck vorgesehen ist, ist es auch zulässig, den Atmosphärendruck (Pa) so zu verwenden, dass er durch den Differenzialdruck (ΔP) zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des DPF 21 oder durch die Durchsatzrate (Ga) der Einlassluft korrigiert wird. Die Kraftstoffdurchsatzrate (Gf) muss nicht addiert werden, da die Durchsatzrate (Gf) sehr viel kleiner als die Durchsatzrate (Ga) der Einlassluft ist. Des weiteren kann die Berechnung entsprechend der Gleichung (1) durch ein Verfahren zum Bestimmen des scheinbaren Durchlassflächeninhalts (A) ersetzt werden, indem verschiedene Abbildungen verwendet werden.
  • Als nächstes wird bestimmt, ob die Durchsatzrate (Ga) der in die Kraftmaschine 1 eingelassenen Luft größer ist als ein vorbestimmter Wert (zum Beispiel 10 g/s)(Schritt S15). Wenn das Bestimmungsergebnis NEIN lautet, dann wird der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 nicht in den Speicher gespeichert, und die Routine verlässt die Flusskarte gemäß der Fig. 7. Dies ist dadurch begründet, dass in jenem Zustand, wenn die Durchsatzrate (Ga) der Einlassluft klein ist, wie zum Beispiel etwa im Leerlaufzustand, dann ist der Differenzialdruck (ΔP) zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des DPF 21 sehr gering, und der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 wird nicht unter Beibehaltung eines ausreichenden Genauigkeitsgrads erhalten. Nur wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S15 JA lautet, das heißt nur wenn die Durchsatzrate (Ga) der in die Kraftmaschine 1 eingelassenen Luft größer als ein vorbestimmter Wert ist, dann schreitet die Routine daher zu einem Schritt S16 weiter, bei dem der bei dem Schritt S14 bestimmte scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) in den Speicher gespeichert wird.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Wiederherstellen des DPF 21 beim Erfassen einer Verringerung des scheinbaren Durchlassflächeninhalts (A) des DPF 21 infolge der Ablagerung der PM auf den DPF 21 beschrieben. Die Fig. 9 zeigt eine Flusskarte eines Programms zum Wiederherstellen des DPF 21.
  • Zunächst wird der gemäß der Flusskarte der Fig. 7 zu bestimmende scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 erhalten (Schritt S21). Als nächstes wird bestimmt, ob der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 größer ist als ein erster vorbestimmter Wert (A1)(Schritt S22). Wenn das Bestimmungsergebnis JA lautet, das heißt wenn A größer ist als A1, dann wird bestimmt, dass die PM in geringen Mengen an dem DPF 21 abgelagert sind und dass der DPF 21 weiterhin dazu in der Lage ist, die PM in ausreichendem Maße aufzufangen. Daher wird die in der Fig. 6 gezeigte erste Abbildungsgruppe vorgeschrieben, um den Normalbetriebsmodus durchzuführen (Schritt 23). Dementsprechend werden die Steuergrößen gemäß der Fig. 5 auf der Grundlage der ersten Abbildungsgruppe bestimmt.
  • Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S22 NEIN lautet, das heißt wenn A kleiner ist als A1, dann wird bestimmt, ob der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 größer als ein zweiter vorbestimmter Wert ist (A2)(Schritt S24). Wenn das Bestimmungsergebnis JA lautet, das heißt wenn A1 > A > A2 gilt, dann wird bestimmt, dass der DPF 21 wiederherzustellen ist, da die PM daran abgelagert sind, und die in der Fig. 6 gezeigte zweite Abbildungsgruppe wird vorgeschrieben (erste Befehlsabgabeeinrichtung: Schritt S25). Dementsprechend werden die Steuergrößen der Fig. 5 auf der Grundlage der zweiten Abbildungsgruppe bestimmt.
  • Hierbei ist die in der Fig. 6 gezeigte zweite Abbildungsgruppe für eine Nacheinspritzung zum Einspritzung des Kraftstoffes bei einer Einspritzzeitgebung mit verzögerten Kurbelwinkel vorgesehen, wie dies in der Fig. 10 gezeigt ist, die von der Haupteinspritzung getrennt ist, welche zum Erhalten der Kraftmaschinenabgabe dient. Die Nacheinspritzung erhöht die Temperatur des Abgases und führt den nicht-verbrannten Kraftstoff (HC) zu dem DPF 21, so dass er mit dem Katalysator an der Oberfläche des DPF 21 reagiert, um so die Temperatur weiter anzuheben. Wie dies in einer grafischen Darstellung der Fig. 11 gezeigt ist, wird der DPF 21 daher über eine Temperatur (400-500°C) erhitzt, bei der die PM schnell oxidieren und verbrennen, und er wird somit wiederhergestellt.
  • Der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 wird infolge des vorstehend beschriebenen Wiederherstellungsprozesses allmählich vergrößert. Der Zustand, in dem die Durchlässigkeit des DPF 21 verbessert ist, wird gemäß der Flusskarte der Fig. 7 überwacht. Wenn der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 A6 überschreitet, wie dies später beschrieben wird, dann wird der Betriebsmodus auf der Grundlage der zweiten Abbildungsgruppe zu dem Betriebsmodus auf der Grundlage der ersten Abbildungsgruppe umgeschaltet, d. h., er kehrt zu dem Normalbetriebsmodus zurück. Wenn dies nicht erforderlich ist, dann wird der Betrieb in dem Normalbetriebsmodus (Wirtschaftlichkeitsmodus) durchgeführt, bei dem die Abgastemperatur niedrig ist und der Kraftstoffverbrauch günstig ist, um so Kraftstoff zu sparen.
  • Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S24 NEIN lautet, d. h., wenn A ≤ A2, dann wird bestimmt, dass die PM in großen Mengen an dem DPF 21 abgelagert sind. Falls der DPF 21 auf jene Temperatur erhitzt ist, bei der große PM-Mengen schnell oxidiert und verbrannt werden, dann verbrennen die großen PM-Mengen gleichzeitig und der DPF 21 kann überhitzt und durch Schmelzen zerstört werden. Um dieses zu verhindern, wird daher die in der Fig. 6 gezeigte dritte Abbildungsgruppe vorgeschrieben (Schritt S26). Dementsprechend werden die Steuergrößen der Fig. 5 auf der Grundlage der dritten Abbildungsgruppe bestimmt.
  • Daher wird die dritte Abbildungsgruppe ausgewählt, um eine Temperatur (350°C bis 450°C) aufrecht zu erhalten, bei der die PM moderat oxidieren, so dass der DPF 21 moderat zum Glühen gebracht wird und bei einer Temperatur wiederhergestellt wird, bei dem sich der DPF 21 nicht überhitzt und nicht durch Schmelzen zerstört wird. Zu jenem Zeitpunkt, wenn der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 2 größer ist als A2, wird die zweite Abbildungsgruppe ausgewählt, und der DPF 21 wird durch das vorstehend beschriebene Verfahren wiederhergestellt. Bei der dritten Abbildungsgruppe ist die in der Fig. 10 gezeigte Nacheinspritzmenge so festgelegt, dass sie kleiner ist als während des Betriebsmodus, der auf der zweiten Abbildungsgruppe beruht, um so die in der Fig. 11 gezeigten Charakteristika zu erhalten.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Ändern der Betriebszustände beschrieben, bei dem der Wiederherstellungsprozessmodus des DPF 21 zu dem Normalbetriebsmodus umgeschaltet wird, wenn bestätigt wird, dass die Durchlässigkeit des DPF 21 in dem Sollzustand (beabsichtigter Zustand) infolge des Wiederherstellungsprozesses des DPF 21 ist. Hierbei zeigt die Fig. 12 eine Flusskarte eines Programms zum Ändern des Wiederherstellungsprozessmodus zu dem Normalbetriebsmodus.
  • Zunächst wird bestimmt, ob der Betriebsmodus auf der Grundlage der zweiten Abbildungsgruppe beruht, d. h., ob der Betriebsmodus der Wiederherstellungsprozessmodus des DPF 21 ist (Schritt S31). Wenn das Bestimmungsergebnis JA lautet, d. h., wenn der Betrieb in dem Wiederherstellungsprozessmodus des DPF 21 ist, dann wird der DPF 21 auf eine höhere Temperatur als jene Temperatur (T1) erwärmt, bei der der DPF 21 wiederhergestellt werden kann. Es wird des Weiteren bestimmt, ob die in diesem Zustand verstrichene Zeit länger als jene Zeit (t1) ist, wie zum Wiederherstellen des DPF 21 ausreichend lang ist (Schritt S32). Wenn das Bestimmungsergebnis JA lautet, dann wird bestimmt, ob der Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 über A6 hinaus wiederhergestellt wurde (Schritt S33). Wenn das Bestimmungsergebnis JA lautet, dann wird der Betriebsmodus auf der Grundlage der ersten Abbildungsgruppe wiederhergestellt, und der Prozess zum Wiederherstellen des DPF 21 wird unterbrochen (zweite Befehlsabgabeeinrichtung: Schritt S34).
  • Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S33 NEIN lautet, dann wird bestätigt, ob A nicht über A6 hinaus wiederhergestellt wurde, obwohl die verstrichene Zeit (t2) länger ist als jene Zeit (t1), die zum Wiederherstellen des DPF 21 ausreichend lang ist (Schritt S35). Wenn das Bestimmungsergebnis JA lautet, d. h., wenn der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) noch nicht über A6 hinaus wiederhergestellt wurde, obwohl die verstrichene Zeit (t2) länger ist als die Zeit t1, dann wird bestimmt, dass der DPF 21 verstopft oder teilweise verstopft ist, wobei ein Fehlercode gespeichert wird (Schritt S36) und eine Alarmlampe (MIL) 41 eingeschaltet wird (Schritt S37), um den Fahrer darüber zu informieren, dass der DPF 21 zu reparieren ist, und der Betrieb kehrt zu dem Betriebsmodus zurück, der auf der ersten Abbildungsgruppe beruht (Schritt S38).
  • Die Fig. 13 zeigt eine Darstellung eines ersten Beispiels des Betriebs der Kraftmaschine 1 unter dem vorstehend beschriebenen Steuervorgang. Bei einem Abschnitt 1 wird der Normalbetriebsmodus durchgeführt, und die PM bleiben an dem DPF 21 haften. Dabei verringert sich der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 im Laufe der Zeit. Wenn der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 kleiner als A1 wird, dann wird ein Betriebsmodus für den Wiederherstellungsprozess angenommen. Wie dies in dem Abschnitt 2 ersichtlich ist, wird dabei die Temperatur stromabwärts von dem DPF 21 allmählich erhöht. Wenn die Zeit t1 verstrichen ist, nachdem die Temperatur stromabwärts von dem DPF 21 größer wurde als T1 (bei diesem Ausführungsbeispiel auf 450°C festgelegt), dann überschreitet der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 nun A6. Dabei kehrt der Betrieb zu dem Normalbetriebsmodus zurück. Bei einem Abschnitt 3 wird die Temperatur stromabwärts von dem DPF 21 allmählich abgesenkt und stabilisiert.
  • Die Fig. 14 zeigt eine Darstellung eines zweiten Beispiels eines Betriebs der Kraftmaschine 1 unter dem vorstehend beschrieben Steuerungsvorgang. Bei einem Abschnitt 4 werden die PM in großen Mengen an den DPF 21 abgelagert, ohne dass der Zustand zum Überwachen des scheinbaren Durchlassflächeninhalts (A) des DPF 21 eingerichtet ist. Dementsprechend verringert sich der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 stark. Der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) wird in jenem Zeitraum überwacht, der zu einem Abschnitt 5 versetzt ist, und er wird kleiner als A2 bestimmt. Daher wird der Betriebsmodus auf der Grundlage der dritten Abbildungsgruppe ausgewählt. Der Betrieb wird zu dem Betriebsmodus zum Ausführen des Wiederherstellungsprozesses in jenem Zeitpunkt umgeschaltet, wenn der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21, welcher bei ungefähr 370°C moderat wiederhergestellt wird, größer als A2 ist. Bei einem Abschnitt 6 steigt die Temperatur stromabwärts von dem DPF 21 weiter an, so dass sie ungefähr 450°C überschreitet. Auch nach dem Verstreichen der Zeit t1 in diesem Zustand überschreitet der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 jedoch noch nicht A6. Dementsprechend wird der Wiederherstellungsprozessmodus fortgesetzt. Der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 überschreitet A6, bevor die Zeit t2 verstreicht. Zu diesem Zeitpunkt wird daher der Betriebsmodus zu dem Normalbetriebsmodus umgeschaltet. Bei einem Abschnitt 7 verringert sich die Temperatur stromabwärts von dem DPF 21 allmählich und bleibt stabil.
  • Die Fig. 15 zeigt eine Flusskarte eines Fehleranzeigeverfahrens zum Einschalten der Alarmlampe 41 beim Erfassen des Fehlerzustands des DPF 21 aus dem scheinbaren Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21.
  • Zunächst wird ein gemäß der Flusskarte in der Fig. 7 zu bestimmender scheinbarer Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 erhalten (Schritt S41). Als nächstes wird bestimmt, ob der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 größer ist als ein dritter vorbestimmter Wert (A3). Es wird nämlich bestimmt, ob der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 größer ist als jener des DPF 2 in dessen früher Gebrauchsphase, d. h., ob er größer ist als der Durchlassflächeninhalt jenes DPF 21, an dem keine PM abgelagert sind (Schritt S42). Wenn das Bestimmungsergebnis JA lautet, d. h., wenn A > A3, dann wird bestimmt, dass der DPF 21 zerstört ist und dass die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite des DPF 21 durch die Risse in Verbindung sind, wodurch ein Fehlercode, der die Zerstörung des DPF 21 darstellt, in den Speicher gespeichert wird (Schritt S43) und die Alarmlampe 41 eingeschaltet wird (Schritt S44), damit der Fahrer weiß, dass der DPF 21 zu reparieren ist.
  • Die Zerstörung kann in jenem Zustand auftreten, wenn die PM abgelagert sind, auch wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S42 NEIN lautet, d. h., wenn A ≤ A3 gilt. Um ein derartiges Auftreten korrekt zu erfassen, wird daher eine Änderung (ΔA) des scheinbaren Durchlassflächeninhalts (A) des DPF 21 pro Zeiteinheit gleichzeitig überwacht (Schritt S45), und es wird bestimmt, ob sich AA innerhalb einer kurzen Zeit stark geändert hat (ΔA > ΔA1) und ob der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 größer ist als ein vierter vorbestimmter Wert (A4), der kleiner ist als A3 (Schritt S46). Wenn das Bestimmungsergebnis JA lautet, d. h., wenn sich ΔA innerhalb einer kurzen Zeitperiode stark geändert hat (ΔA > A1) und wenn der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 größer ist als der Wert A4, der kleiner ist als A3, dann wird in ähnlicher Weise bestimmt, dass der DPF 2 zerstört ist, und die gleiche Verarbeitung wird ausgeführt.
  • Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S46 NEIN lautet, dann wird bestimmt, ob der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 21 kleiner ist als A5 (Schritt S47). Wenn das Bestimmungsergebnis NEIN lautet, dann wird ein Normalcode, der den Normalzustand des DPF 21 darstellt, in den Speicher gespeichert (Schritt S48).
  • Wenn das Bestimmungsergebnis bei dem Schritt S47 JA lautet, d. h., wenn der Durchlassflächeninhalt kleiner ist als der Durchlassflächeninhalt (A5), der sehr viel kleiner ist als der Durchlassflächeninhalt, bei dem große PM-Mengen abgelagert sind, dann wird bestimmt, dass der DPF 21 verstopft ist, ein Fehlercode, der die Zerstörung des DPF 21 darstellt, wird in den Speicher gespeichert (Schritt S49) und die Alarmlampe 41 wird eingeschaltet. In diesem Fall tritt die gleiche Erscheinung auf, auch wenn das Abgas aus dem Abgasrohr stromaufwärts von dem DPF 21 austritt. Daher kann der Fehlercode angezeigt werden, um die Verstopfung des DPF 21 oder das Austreten durch das Abgasrohr anzugeben. Zum besseren Verständnis des Fehleralarmverfahrens zeigt die Fig. 16 eine Beziehung zwischen den Bestimmungswerten der vorstehend beschriebenen scheinbaren Durchlassflächeninhalte.
    • Wirkung des Ausführungsbeispiels
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) des DPF 2 erfasst, der sich aufgrund einer Ablagerung der PM an dem DPF 21 verringert hat, und der DPF 21 wird wiederhergestellt, ohne dass er in unnötigerweise erwärmt wird. Daher wird der DPF 21 ungeachtet jenes Zustands, in dem die PM abgelagert sind, zuverlässig wiederhergestellt, was ein Minimum an Wiederherstellungszeit erfordert, und der Kraftstoffverbrauch kann verringert werden. Beim Wiederherstellen des DPF 21 wird des Weiteren die Wiederherstellung in einer minimalen Zeitperiode ausgeführt, um den bei dem Wiederherstellungsprozess genutzten Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Es ist daher möglich, den Durchlassflächeninhalt des Abgaskanals genau zu erfassen, der infolge der Wiederherstellung wiederhergestellt wurde.
  • Dieses Ausführungsbeispiel sieht ein Verfahren zum Bestimmen des scheinbaren Durchlassflächeninhalts (A) des DPF 21 vor, das einen ausreichenden Genauigkeitsgrad beibehält, wodurch es möglich ist, eine anormale Vergrößerung des Durchlassflächeninhalts genau zu erfassen, die durch eine Zerstörung hervorgerufen wird. Somit dauert jener Zustand nicht lange, bei dem der DPF 2 zerstört ist und die PM in die Atmosphäre ausgelassen werden. Es ist des Weiteren möglich, die Partikelgegenstände zuverlässig zu verbrennen und den DPF 21 wiederherzustellen, ohne dass der DPF 21 demontiert wird und ohne dass der DPF 21 in jedem Betriebsmodus der Kraftmaschine 1 in unerwünschter Weise überhitzt wird. Der DPF 21 wird nicht überhitzt und wird nicht durch die Hitze der Wiederherstellungsbehandlung durch Schmelzen zerstört, auch wenn der Differenzialdruck zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF 21 wie zum Beispiel in dem Leerlaufzustand klein ist und auch wenn die PM in großen Mengen an dem DPF 21 als Folge eines andauernden Betriebs in langen Zeitperioden in jenen Zuständen abgelagert werden, bei denen eine Verringerung des Durchlassflächeninhalts (A) aufgrund der Ablagerung der PM an dem DPF 21 nicht überwacht werden kann.
  • Das Ausführungsbeispiel behandelt die Vorrichtung 2 zum Reinigen von schädlichen Komponenten in dem von der Kraftmaschine 1 ausgestoßenen Abgas zu unschädlichen Komponenten unter Verwendung eines Partikelfilter, der einen Oxidationskatalysator trägt, welcher Kohlenmonoxide (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) des von der Kraftmaschine 1 ausgestoßenen Abgases oxidiert, um diese zu unschädlichen Kohlendioxide (CO2) und Wasserdampf (H2O) zu reinigen. Jedoch kann die Vorrichtung 2 zur Abgasreinigung einen Partikelfilter verwenden, der einen Drei-Wege-Katalysator trägt, der Kohlenmonoxide (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) des von der Kraftmaschine 1 ausgestoßenen Abgases oxidiert und gleichzeitig Stickoxide (NOx) reduziert, um so drei schädliche Komponenten in dem Abgas zu unschädlichen Kohlendioxide (CO2), Wasserdampf (H2O) und Stickstoff (N2) zu reinigen.
  • Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, die dem Zwecke der Darstellung dienen, sollte klar sein, dass vielfältige Abwandlungen durch den Fachmann geschaffen werden können, ohne dass das Konzept der Erfindung verlassen wird.
  • Die Durchlässigkeit eines an einer Dieselkraftmaschine 1 angebrachten DPF 21 wird dadurch ermittelt, dass der scheinbare Durchlassflächeninhalt (A) auf der Grundlage einer Differenz des Druckes zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF 21 und auf der Grundlage von weiteren Kraftmaschinendaten berechnet wird, dass ein Alarm zu einem Fahrer auf der Grundlage der Ermittlungsergebnisse abgegeben wird und dass der Betriebsmodus umgeschaltet wird, um so den DPF 21 wiederherzustellen. Eine durch eine Zerstörung hervorgerufene anormale Vergrößerung des Durchlassflächeninhalts wird genau erfasst, und die PM werden nicht in längeren Zeitperioden in die Außenluft infolge der Zerstörung des DPF 21 ausgelassen. Des Weiteren kann der DPF 21 zuverlässig ausgebrannt und wiederhergestellt werden, ohne dass der DPF 21 demontiert werden muss und ohne dass er in unerwünschter Weise bei jedem Betriebsmodus der Kraftmaschine 1 überhitzt wird.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Kraftmasche mit:
a) einer Stromaufwärts/Stromabwärts- Differenzialdrucksensoreinrichtung zum Erfassen eines Differenzialdrucks zwischen einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite eines Partikelfilters, der aus einer Fahrzeugkraftmaschine ausgestoßene Partikelgegenstände auffängt;
b) einer Kraftmaschinendatenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Vielzahl Kraftmaschinendaten;
c) einer Durchlassflächeninhaltsberechnungseinrichtung zum Berechnen eines scheinbaren Durchlassflächeninhalts des Partikelfilters auf der Grundlage der Vielzahl Kraftmaschinendaten und auf der Grundlage des Differenzialdrucks zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters, um die Durchlässigkeit des Partikelfilters zu ermitteln; und
d) einer Alarmeinrichtung zum Erzeugen eines Alarms, wenn bestimmt wird, dass der scheinbare Durchlassflächeninhalt vorbestimmte Bedingungen erfüllt.
2. Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Kraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Alarmeinrichtung einen Alarm erzeugt, wenn bestimmt wird, dass der scheinbare Durchlassflächeninhalt größer als ein vorbestimmter Wert oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
3. Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Kraftmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Alarmeinrichtung darüber hinaus berücksichtigt, ob die Vergrößerungsrate des scheinbaren Durchlassflächeninhalts größer ist als ein vorbestimmtes Verhältnis.
4. Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Kraftmaschine mit:
a) einer Stromaufwärts/Stromabwärts- Differenzialdrucksensoreinrichtung zum Erfassen eines Differenzialdrucks zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite eines Partikelfilters, der von einer Fahrzeugkraftmaschine ausgestoßene Partikelgegenstände auffängt;
b) einer Kraftmaschinendatenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Vielzahl Kraftmaschinendaten;
c) einer Durchlassflächeninhaltsberechnungseinrichtung zum Berechnen eines scheinbaren Durchlassflächeninhalts des Partikelfilters auf der Grundlage der Vielzahl Kraftmaschinendaten und auf der Grundlage des Druckdifferenzials zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters, um die Durchlässigkeit des Partikelfilters zu ermitteln;
d) einer Filterwiederherstellungsprozesseinrichtung zum Wiederherstellen des Partikelfilters auf der Grundlage eines Befehls;
e) einer ersten Befehlsabgabeeinrichtung, die einen Befehl zum Wiederherstellen des Partikelfilters zu der Filterwiederherstellungsprozesseinrichtung sendet, wenn auf der Grundlage des scheinbaren Durchlassflächeninhalts bestimmt wird, dass die Partikelgegenstände an dem Partikelfilter abgelagert sind und dass der Partikelfilter wiederherzustellen ist; und
f) einer zweiten Befehlsabgabeeinrichtung, die einen Befehl zum Beenden des Wiederherstellungsprozesses für den Partikelfilter zu der Filterwiederherstellungsprozesseinrichtung sendet, wenn bestätigt wird, dass der Wiederherstellungsprozess für den Partikelfilter beendet ist.
5. Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Kraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Durchlassflächeninhaltsberechnungseinrichtung einen Schritt zum Korrigieren eines mittleren Fehlers aufweist, der durch eine Pulsation des Abgasdrucks während der Bestimmung des scheinbaren Durchlassflächeninhalts unter Verwendung des Differenzialdrucks zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters verursacht wird.
6. Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Kraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei für die Vielzahl Kraftmaschinendaten nicht weniger als drei Daten von der Durchsatzrate der in die Fahrzeugkraftmaschine eingelassenen Luft, der Temperatur des Abgases, der Temperatur des Partikelfilters, dem Atmosphärendruck und der Durchsatzrate des Kraftstoffes ausgewählt sind.
7. Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Kraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kraftmaschinendatenerfassungseinrichtung eine Einlassluftmengenerfassungseinrichtung zum Erfassen der Durchsatzrate der in die Fahrzeugkraftmaschine eingelassenen Luft aufweist und die Durchlassflächeninhaltsberechnungseinrichtung den Schritt zum Berechnen des scheinbaren Durchlassflächeninhalts unterbricht, wenn die durch die Einlassluftmengenerfassungseinrichtung erfasste Durchsatzrate der Einlassluft kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.
8. Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Kraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Filterwiederherstellungsprozesseinrichtung eine Betriebszustandsumschalteinrichtung zum Ändern der Betriebszustände der Fahrzeugkraftmaschine dahingehend ist, dass auf der Grundlage eines Befehls zum Wiederherstellen des Partikelfilters die Abgastemperatur angehoben wird und der Partikelfilter erwärmt wird, und wobei die zweite Befehlsabgabeeinrichtung die Betriebszustandsumschalteinrichtung so instruiert, dass die Betriebszustände für die Fahrzeugkraftmaschine auf die Anfangsbetriebszustände zurückgesetzt werden, wenn bestätigt wird, dass der Partikelfilterwiederherstellungsprozess beendet ist.
9. Vorrichtung zur Abgasreinigung einer Kraftmaschine gemäß Anspruch 8, wobei die Betriebszustandsumschalteinrichtung die Betriebszustände so ändert, dass der Partikelfilter auf jene Temperatur erwärmt wird, bei der die an dem Partikelfilter abgelagerten Partikelgegenstände moderat reagieren, wenn die erste Befehlsabgabeeinrichtung einen übermäßigen Abfall des scheinbaren Durchlassflächeninhalts bestimmt hat.
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