DE10251686B4 - Emission control system and method for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine mit: einer Partikelfiltervorrichtung (42, 142) zum Fangen von Fremdstoffen, die in dem Abgas der Brennkraftmaschine enthalten sind, wobei die Filtervorrichtung (42, 142) wiederhergestellt werden kann durch Verbrennen der Fremdstoffe, die durch das Filter gefangen werden, mittels der Zufuhr von Kraftstoff zu dem Abgas und Erhöhen der Temperatur des Filters durch Verbrennen des Kraftstoffs; einer Brennkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung (13), die in einer Brennkammer des Motors vorgesehen ist, die nicht nur eine Hauptkraftstoffeinspritzung durchführen kann, die vorgesehen ist zum Erzeugen eines Drehmoments, sondern auch eine Sekundärkraftstoffeinspritzung, die vorgesehen ist zum Erhöhen der Temperatur der Filtervorrichtung (42, 142) durch Verbrennen dieses Kraftstoffes in dem Abgaskanal; und einer Abgaskanalkraftstoffeinspritzvorrichtung (17), die in einem Abgaskanal des Motors stromaufwärts der Filtervorrichtung (42, 142) vorgesehen ist; dadurch gekennzeichnet, dass wenn ein Wiederherstellprozess der Filtervorrichtung (42, 142) durchgeführt werden soll, Kraftstoff durch die Brennkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung (13) zugeführt wird, wenn eine Betttemperatur...An exhaust purification system for an internal combustion engine comprising: a particulate filter device (42, 142) for trapping foreign matter contained in the exhaust gas of the internal combustion engine, the filter device (42, 142) being recoverable by burning the foreign matter trapped by the filter; by adding fuel to the exhaust gas and increasing the temperature of the filter by burning the fuel; a combustion chamber fuel injection device (13) which is provided in a combustion chamber of the engine, which can perform not only a main fuel injection, which is provided for generating a torque, but also a secondary fuel injection, which is provided for increasing the temperature of the filter device (42, 142) by burning this fuel in the exhaust passage; and an exhaust passage fuel injection device (17) provided in an exhaust passage of the engine upstream of the filter device (42, 142); characterized in that when a recovery process of the filter device (42, 142) is to be performed, fuel is supplied through the combustion chamber fuel injector (13) when a bed temperature ...
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem und ein Verfahren für eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Kraftstofffördersteuerung beziehungsweise Regelung.The invention relates to an exhaust gas purification system and a method for an internal combustion engine and in particular to a fuel delivery control or regulation.
Angesichts von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, ist es in den letzten Jahren erforderlich geworden, die Abgasemissionen zu vermindern durch Beseitigen schädlicher Gasbestandteile wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx), die in dem Abgas enthalten sind, das von einer Brennkraftmaschine abgegeben wird, bevor das Abgas in die Umgebungsluft freigegeben wird.In view of internal combustion engines used in automobiles, it has become necessary in recent years to reduce the exhaust emissions by eliminating harmful gas components such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas which is discharged from an internal combustion engine before the exhaust gas is released into the ambient air.
Bei einem Dieselmotor als ein selbstzündender Motor, der Leichtöl als Kraftstoff verwendet, ist es besonders wichtig, feine Partikel (Fremdstoffe) wie beispielsweise Ruß und SOF (lösliche organische Fraktion) zu beseitigen, die in dem Abgas enthalten sind, sowie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) und so weiter.In a diesel engine as a self-igniting engine using light oil as a fuel, it is particularly important to eliminate fine particles (foreign matter) such as soot and SOF (soluble organic fraction) contained in the exhaust gas, and carbon monoxide (CO). Hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx) and so on.
Jeder Fremdstoff ist eine Mischung, die Ruß als ihren Hauptbestandteil enthält und eine Vielzahl anderer Substanzen. Der Ruß hat seinen Ursprung in dem Kraftstoff und bildet einen schwarzen Rauch. Diese Bestandteile werden in nicht lösliche Substanzen wie beispielsweise Ruß und Sulfate eingeteilt und lösliche Substanzen (SOF) wie beispielsweise unverbrannte Kraftstoffbestandteile und unverbrannte Ölbestandteile in Abhängigkeit dessen, ob sie in einem organischen Lösungsmittel löslich sind.Each impurity is a mixture containing soot as its main component and a variety of other substances. The soot has its origin in the fuel and forms a black smoke. These ingredients are classified into insoluble substances such as carbon black and sulfates, and soluble substances (SOF) such as unburned fuel components and unburned oil components depending on whether they are soluble in an organic solvent.
Es wird angenommen, dass Ruß als ein Ergebnis komplizierte Reaktionen erzeugt wird, die beim Verbrennen von Kraftstoff mit unzureichender Luftmenge auftreten. Insbesondere werden Kraftstoffmoleküle pyrolisiert, um dehydriert zu werden, wodurch Kerne von Fremdstoffen (Vorläufer von Ruß) erzeugt werden. Die Kerne kleben dann zusammen, um aneinander zu haften, wodurch Ruß erzeugt wird. Bei der Dieselverbrennung wird eine große Rußmenge erzeugt während einer Diffusionsverbrennung von Kraftstoff. Wenn Luft in eine Flamme bei einem späten Stadium der Verbrennung eingeführt wird, tritt jedoch eine Nachverbrennung auf und der erzeugte Ruß wird sofort vermindert. Sulfate werden in der Gestalt von Schwefelsäurenebel erzeugt, wenn Schwefelbestandteile oxidiert werden, um Wasser zu binden während der Verbrennung.As a result, it is believed that soot is produced as complicated as the reactions that occur when combusting fuel with an insufficient amount of air. In particular, fuel molecules are pyrolyzed to be dehydrated, thereby producing cores of foreign matter (precursors of carbon black). The cores then stick together to adhere to each other, thereby producing soot. In diesel combustion, a large amount of soot is generated during diffusion combustion of fuel. However, when air is introduced into a flame at a late stage of combustion, afterburning occurs and the generated soot is immediately reduced. Sulfates are produced in the form of sulfuric acid mist when sulfur components are oxidized to bind water during combustion.
Bei einem bekannten Verfahren ist jedoch ein Partikelfilter in einem Abgaskanal eines Dieselmotors angeordnet. Der Partikelfilter ist gebildet aus einem Substrat einschließlich einer großen Anzahl an feinen Poren, die durch mitgerissene Luftblasen gebildet werden, um seine spezifische Oberfläche pro Volumeneinheit zu erhöhen. Wenn das Abgas durch die Poren des Filters hindurchströmt, werden in dem Abgas enthaltene Fremdstoffe adsorbiert und somit an den Oberflächen des Filters gefangen.In a known method, however, a particulate filter is arranged in an exhaust passage of a diesel engine. The particulate filter is formed of a substrate including a large number of fine pores formed by entrained air bubbles to increase its specific surface area per unit volume. As the exhaust gas passes through the pores of the filter, foreign substances contained in the exhaust gas are adsorbed and thus trapped on the surfaces of the filter.
Wenn jedoch übermäßig viele Fremdstoffe an dem Partikelfilter gesammelt und akkumuliert sind, werden die Bahnen des Abgases in dem Filter verstopft, wodurch die Strömung des Abgases blockiert wird.However, if excess impurities are accumulated and accumulated on the particulate filter, the trajectories of the exhaust gas in the filter become clogged, thereby blocking the flow of the exhaust gas.
Wenn die Strömung des Abgases bei dem Partikelfilter wie vorstehend beschrieben blockiert ist, erhöht sich der Druck des Abgases in einem Abschnitt des Abgaskanals, der sich stromaufwärts des Partikelfilters befindet und der somit erhöhte Abgasdruck wirkt als ein Rückdruck auf die Brennkraftmaschine.When the flow of the exhaust gas is blocked at the particulate filter as described above, the pressure of the exhaust gas increases in a portion of the exhaust passage, which is upstream of the particulate filter and thus the increased exhaust pressure acts as a back pressure on the internal combustion engine.
Somit ist es notwendig, das Partikelfilter wiederherzustellen durch Beseitigen der Fremdstoffe, die daran akkumuliert sind, bevor deren Menge übermäßig groß wird.Thus, it is necessary to recover the particulate filter by eliminating the foreign matter accumulated there before the amount thereof becomes excessively large.
Ein Verfahren zum Wiederherstellen eines Partikelfilters besteht in dem Erzeugen einer Oxidationsatmosphäre in dem Partikelfilter, um daran gefangene Fremdstoffe zu oxidieren beziehungsweise zu verbrennen.One method of restoring a particulate filter is to create an oxidizing atmosphere in the particulate filter to oxidize or burn contaminants trapped thereon.
Die Fremdstoffe zünden jedoch bei einer hohen Temperatur von etwa 500 bis 700°C. Zum Oxidieren der gefangenen Fremdstoffe auf die vorstehende Weise ist es deshalb notwendig, die Temperatur der Atmosphäre in dem Partikelfilter auf 500 bis 700°C zu erhöhen und eine Sauerstoffüberschussatmosphäre in der Umgebung des Partikelfilters zu erzeugen.However, the foreign substances ignite at a high temperature of about 500 to 700 ° C. For oxidizing the trapped impurities in the above manner, therefore, it is necessary to raise the temperature of the atmosphere in the particulate filter to 500 to 700 ° C and to generate an oxygen surplus atmosphere in the vicinity of the particulate filter.
Da jedoch ein Dieselmotor im Allgemeinen eine magere Verbrennung durchführt in seinen meisten Betriebsbereichen durch Erzeugen von Atmosphären mit Luftüberschuss, zeigt die Verbrennungstemperatur des Luftkraftstoffgemisches die Neigung niedrig zu sein und die Temperatur des Abgases zeigt demgemäß die Neigung niedrig zu sein. Demgemäß ist es bei Dieselmotoren schwierig, die Temperatur der Atmosphäre in dem Partikelfilter auf 500°C oder höher zu erhöhen bloß durch Anwenden der Wärme des Abgases.However, since a diesel engine generally performs lean combustion in most operating ranges by generating excessively rich atmospheres, the combustion temperature of the air-fuel mixture tends to be low and the temperature of the exhaust gas accordingly exhibits a tendency to be low. Accordingly, in diesel engines, it is difficult to raise the temperature of the atmosphere in the particulate filter to 500 ° C or higher merely by applying the heat of the exhaust gas.
Diesbezüglich wurde ein Dieselabgaspartikelfilter vorgeschlagen, wie er in der Offenlegungsschrift der
Bei Dieselmotoren erhöht sich jedoch die Abgastemperatur kaum auf 350°C oder höher bei einem Niedriglastbetriebsbereich, obwohl sie sich bei 350°C oder höher erhöhen kann in einem Hochlastbetriebsbereich. Wenn der Dieselmotor bei einer niedrigen Last betrieben wird, insbesondere wenn die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen oder angehalten wird wie beispielsweise bei der Verzögerung des Fahrzeugs, wird deshalb ein Abgas mit einer niedrigen Temperatur von dem Dieselmotor abgegeben. Dabei wird angenommen, dass das Partikelfilter durch das Abgas heruntergekühlt wird, was zu einer Verminderung der Oxidationskapazität des Partikelfilters bezüglich der Fremdstoffe führt.However, in diesel engines, the exhaust gas temperature hardly increases to 350 ° C or higher in a low load operating range, although it may increase to 350 ° C or higher in a high load operating range. Therefore, when the diesel engine is operated at a low load, particularly when the fuel injection is stopped or stopped, such as in the deceleration of the vehicle, a low-temperature exhaust gas is discharged from the diesel engine. It is assumed that the particulate filter is cooled down by the exhaust gas, resulting in a reduction of the oxidation capacity of the particulate filter with respect to the foreign matters.
Wenn die Fremdstoffe an dem Partikelfilter oxidiert werden, während der Motor bei einer niedrigen Last betrieben wird, ist es demgemäß notwendig, dass Partikelfilter auf zumindest eine Minimaltemperatur zu erwärmen zum Veranlassen der Oxidation der Fremdstoffe.Accordingly, when the impurities at the particulate filter are oxidized while the engine is operated at a low load, it is necessary to heat the particulate filter to at least a minimum temperature for causing the oxidation of the impurities.
Ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur des Partikelfilters besteht im Aufbringen von Kraftstoff auf das Partikelfilter. Bei diesem Verfahren wird die Betttemperatur des Partikelfilters durch die Wärme erhöht, die erzeugt wird bei der Oxidation des aufgebrachten Kraftstoffs, um dadurch die Fremdstoffe an dem Filter zu verbrennen und zu oxidieren.One method of increasing the temperature of the particulate filter is to apply fuel to the particulate filter. In this method, the bed temperature of the particulate filter is increased by the heat generated in the oxidation of the applied fuel to thereby burn and oxidize the foreign matter on the filter.
Für die Zufuhr des Kraftstoffes zum Erhöhen der Betttemperatur des Partikelfilters werden die folgenden Verfahren verwendet. Ein Verfahren besteht in dem Durchführen einer Sekundärkraftstoffeinspritzung. Bei diesem Verfahren wird ein Teil des in jeden Zylinder des Motors einzuspritzenden Kraftstoffs als eine Kraftquelle sekundär eingespritzt nach dem der Verbrennungsprozess des Kraftstoffs beendet ist. Somit wird der Kraftstoff auf den Filter aufgebracht durch Abgeben des Abgases, dem unverbrannter Kraftstoff wie vorstehend beschrieben zugeführt wird, in den Abgaskanal hinein. Das andere Verfahren besteht in dem Vorsehen einer Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung in dem Abgaskanal, um den Kraftstoff direkt in das Abgas hinein einzuspritzen.For the supply of the fuel for raising the bed temperature of the particulate filter, the following methods are used. One method is to perform a secondary fuel injection. In this method, a part of the fuel to be injected into each cylinder of the engine is secondarily injected as a power source after the combustion process of the fuel is finished. Thus, the fuel is applied to the filter by discharging the exhaust gas to which unburned fuel is supplied as described above into the exhaust passage. The other method is to provide a fuel injection device in the exhaust passage to inject the fuel directly into the exhaust gas.
Das erstgenannte Verfahren, wobei der Kraftstoff als unverbrannter Kraftstoff in die Zylinder hinein zugeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der zugeführte Kraftstoff ausreichend zerstäubt werden kann. Insbesondere wird der Kraftstoff in der Gestalt eines Nebels in jede Brennkammer mit einer hohen Temperatur hinein eingespritzt. Dabei wird der Kraftstoff ausreichend zerstäubt durch Verdampfen in jeder Brennkammer. Somit ist die Verbrennungsreaktivität des Kraftstoffs an dem Partikelfilter verbessert, so dass der Kraftstoff reagieren kann, selbst wenn die Betttemperatur des Partikelfilters sich im Bereich der Minimaltemperatur zum Veranlassen einer Verbrennungsreaktion des Kraftstoffs befindet.The former method, wherein the fuel is supplied into the cylinders as unburned fuel, is characterized in that the supplied fuel can be sufficiently atomized. Specifically, the fuel in the form of a mist is injected into each combustion chamber at a high temperature. The fuel is sufficiently atomized by evaporation in each combustion chamber. Thus, the combustion reactivity of the fuel on the particulate filter is improved so that the fuel can react even when the bed temperature of the particulate filter is in the range of the minimum temperature for causing a combustion reaction of the fuel.
Gemäß diesem Verfahren tritt der zerstäubte Kraftstoff durch den stromaufwärtigen Abschnitt hindurch, um in dem stromabwärtigen Abschnitt zu reagieren, selbst wenn die Temperaturverteilung in dem Partikelfilter ungleichmäßig ist, wobei die Temperatur eines stromabwärtigen Abschnitts des Filters die Reaktionstemperatur erreicht, wohingegen die Temperatur eines stromaufwärtigen Abschnitts dieses nicht tut. Somit ist es möglich, dass Partikelfilter insgesamt auf eine Temperatur zu erwärmen, die erforderlich ist zum Veranlassen der Oxidation der Fremdstoffe.According to this method, the atomized fuel passes through the upstream portion to react in the downstream portion even if the temperature distribution in the particulate filter is uneven, the temperature of a downstream portion of the filter reaches the reaction temperature, whereas the temperature of an upstream portion thereof does not do. Thus, it is possible to heat the particulate filter as a whole to a temperature required for causing the oxidation of the impurities.
Das vorstehende Verfahren, wobei der Kraftstoff in jeden Zylinder hinein als unverbrannter Kraftstoff zugeführt wird, beinhaltet jedoch die folgenden Probleme. Da erstens ein Teil des Kraftstoffs verwendet wird, der in Energie umgewandelt werden soll, ist die Absolutmenge des zuzuführenden Kraftstoffs beschränkt. Wenn zweitens der Motor bei einer hohen Last betrieben wird, kann es sein, dass die Zufuhr des Kraftstoffs nicht zugelassen wird, da eine resultierende Abnahme des Drehmoments befürchtet wird.However, the above method wherein the fuel is supplied into each cylinder as unburned fuel involves the following problems. First, because part of the fuel to be converted into energy is used, the absolute amount of the fuel to be supplied is limited. Second, if the engine is operated at a high load, it may be that the supply of the fuel is not allowed because a resulting decrease in torque is feared.
Gemäß dem anderen Verfahren, wobei Kraftstoff eingespritzt wird und somit in den Abgaskanal zugeführt wird, wird im Gegensatz der Kraftstoff über ein anderes System zugeführt, als jenes, das für die Zufuhr des Kraftstoffes in jedem Zylinder des Motors hinein verwendet wird. Deshalb ist es möglich, eine große Kraftstoffmenge zuzuführen und auf die Kraftstoffeinspritzung unabhängig von dem Betriebszustand des Motors auszuführen.In contrast, according to the other method, wherein fuel is injected and thus supplied into the exhaust passage, the fuel is supplied via a system other than that used for supplying the fuel in each cylinder of the engine. Therefore, it is possible to supply a large amount of fuel and execute on the fuel injection regardless of the operating state of the engine.
Dieses Verfahren, wobei der Kraftstoff in den Abgaskanal hinein eingespritzt wird, beinhaltet jedoch folgende Probleme. Da Kraftstoff in einem flüssigen Zustand in der Gestalt eines Nebels eingespritzt wird, muss die Abgastemperatur bei einem Kraftstoffeinspritzabschnitt, das heißt einem Abschnitt, bei dem der Kraftstoff eingespritzt wird, ausreichend hoch sein, um den Kraftstoff in einer kurzen Zeit zu zerstäuben. Des Weiteren kann der Kraftstoff nicht vollständig zerstäubt werden während der Zufuhr. Deshalb wird dem Partikelfilter bei der Reaktion des Kraftstoffs an diesem die Wärme als latente Wärme entzogen zum Umwandeln des Kraftstoffs in einem flüssigen Zustand zu einem Kraftstoffgas. Demgemäß muss die Betttemperatur des Partikelfilters höher sein als die Minimaltemperatur zum Veranlassen der Reaktion des Kraftstoffs. Beim Einspritzen des Kraftstoffs haftet auch ein Teil des Kraftstoffs an den Abgasleitungen. Wenn die Abgastemperatur dabei niedrig ist, kann sich der anhaftende Kraftstoff in einen flüssigen Zustand sammeln. Somit ist eine Gegenmaßnahme erforderlich insbesondere wenn der Kraftstoff bei einem Abschnitt mit einer Fallenform wie beispielsweise einem Krümmer eingespritzt wird.However, this method wherein the fuel is injected into the exhaust passage involves the following problems. Since fuel is injected in a liquid state in the form of a mist, the exhaust gas temperature at a fuel injection portion, that is, a portion where the fuel is injected, must be high enough to atomize the fuel in a short time. Furthermore, the fuel can not be completely atomized during the feed. Therefore, in the reaction of the fuel thereto, the heat of the particulate filter is removed as latent heat to convert the fuel in a liquid state to a fuel gas. Accordingly, the bed temperature of the particulate filter must be higher than the minimum temperature for causing the reaction of the fuel. When injecting the fuel also a part of the fuel adheres to the exhaust pipes. If the exhaust gas temperature is low, the adhering fuel may accumulate in a liquid state. Thus, a countermeasure is required in particular if the Fuel is injected at a portion having a trap shape such as a manifold.
Angesichts der vorstehenden Probleme wurde die Erfindung gemacht, um ein Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10 für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das geeignet ist für die Auswahl eines effizienten Kraftstoffzufuhrverfahrens auf der Grundlage verschiedener Zustände einer Brennkraftmaschine und eines Abgassystems, um Fremdstoffe zu beseitigen, die an einem Partikelfilter akkumuliert sind.In view of the above problems, the invention has been made to provide an exhaust gas purifying system according to
Das Abgasreinigungssystem der Erfindung umfasst ein Filter, das in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist und dem Fangen von Fremdstoffen dient, die in dem Abgas enthalten sind, eine Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung zum Einspritzen eines Sekundärkraftstoffs zusätzlich zu einer Haupteinspritzung von Kraftstoff, der in Energie umgewandelt wird in jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine, und eine Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung, die in dem Abgaskanal angeordnet ist und dem Einspritzen von Kraftstoff in das Abgas hinein dient. Wenn die Sekundärkraftstoffeinspritzung durchgeführt werden kann und die Betttemperatur des Filters gleich oder höher als eine erste Temperatur ist, eine Temperatur, die eine Oxidation eines Kraftstoffgases veranlasst, spritzt das wie vorstehend beschrieben aufgebaute Abgasreinigungssystem Kraftstoff durch die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung ein. Wenn andererseits die Temperatur gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist, eine Temperatur die eine Kondensation des Kraftstoffs nicht veranlasst, der in den Abgaskanal hinein eingespritzt wird, und eine dritte Temperatur, eine Temperatur die eine Oxidation des Kraftstoffgases einschließlich Kraftstofftröpfchen veranlasst, spritzt das Abgasreinigungssystem Kraftstoff ein durch die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung.The exhaust gas purification system of the invention includes a filter disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and for trapping foreign matter contained in the exhaust gas, combustor fuel supply means for injecting a secondary fuel in addition to a main injection of fuel converted to energy in each Combustion chamber of the internal combustion engine, and a Abgaskanalkellstoffzufuhreinrichtung, which is arranged in the exhaust passage and the injection of fuel into the exhaust gas inside. When the secondary fuel injection can be performed and the bed temperature of the filter is equal to or higher than a first temperature, a temperature that causes oxidation of a fuel gas, the exhaust gas purification system constructed as described above injects fuel through the combustor fuel supply. On the other hand, when the temperature is equal to or higher than a second temperature, a temperature that does not cause condensation of the fuel injected into the exhaust passage, and a third temperature, a temperature that causes oxidation of the fuel gas including fuel droplets, the exhaust purification system injects Fuel through the Abgaskanalkinnstoffzufuhreinrichtung.
Das Abgasreinigungssystem ist geeignet zum Aufbringen von Kraftstoff auf das Filter durch wahlweises Durchführen der Sekundärkraftstoffeinspritzung in jede Brennkammer hinein und der Kraftstoffeinspritzung in den Abgaskanal hinein in Übereinstimmung mit thermischen Zuständen der peripheren Elemente, die sich jeweils in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ändern.The exhaust gas purification system is adapted to apply fuel to the filter by selectively performing the secondary fuel injection into each combustion chamber and injecting fuel into the exhaust passage in accordance with thermal states of the peripheral elements that change depending on the operating state of the internal combustion engine, respectively.
Das heißt wenn der Zustand bezüglich der Brennkraftmaschine, der erfordert, dass die Brennkraftmaschine bei einer niedrigen Last läuft, so dass die Sekundärkraftstoffeinspritzung durchgeführt werden kann, und der Zustand bezüglich der Betttemperatur des Filters, der erfordert, dass die Betttemperatur gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist, beide erfüllt sind, führt das Abgasreinigungssystem die Zufuhr des Kraftstoffs durch Durchführen der Sekundärkraftstoffeinspritzung in jede Brennkammer hinein aus. Wenn andererseits der Zustand bezüglich dem Abgaskanal, der erfordert, dass die Temperatur des Abgaskanals gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist, und der Zustand bezüglich der Betttemperatur des Filters, der erfordert, dass die Betttemperatur des Filters gleich oder höher als die vorgegebene Temperatur ist, beide erfüllt sind, führt das Abgasreinigungssystem die Zufuhr des Kraftstoffs durch Einspritzen von Kraftstoff in den Abgaskanal hinein aus.That is, when the condition regarding the internal combustion engine that requires the internal combustion engine to run at a low load so that the secondary fuel injection can be performed and the condition regarding the bed temperature of the filter requires that the bed temperature be equal to or higher than a predetermined one When both are satisfied, the exhaust purification system performs the supply of the fuel by performing the secondary fuel injection into each combustion chamber. On the other hand, when the condition regarding the exhaust passage that requires the temperature of the exhaust passage is equal to or higher than a predetermined temperature, and the condition regarding the bed temperature of the filter requires that the bed temperature of the filter be equal to or higher than the predetermined temperature When both are met, the exhaust gas purifying system carries out the supply of the fuel by injecting fuel into the exhaust passage.
Es kann auch geschehen, dass die Zustände erlauben, dass die Zufuhr des Kraftstoffs durch jede der vorstehenden beiden Kraftstoffzufuhreinrichtungen ausgeführt wird. Dies ist nämlich dann der Fall, wenn die Sekundärkraftstoffeinspritzung in jede Brennkammer zulässig ist und die Betttemperatur des Filters gleich oder höher ist als sowohl die erste Temperatur, die eine Oxidation eines Kraftstoffgases veranlasst, und die dritte Temperatur, die eine Oxidation eines Kraftstoffgases einschließlich Kraftstofftröpfchen veranlasst und die Temperatur in der Abgaskanal gleich oder höher als die zweite Temperatur ist, die eine Kondensation des in den Abgaskanal einzuspritzenden Kraftstoffs nicht veranlasst. Dabei führt das Abgasreinigungssystem die Zufuhr des Kraftstoffs durch eine oder beide aus der Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung und der Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung aus.It may also happen that the conditions allow the supply of the fuel to be performed by each of the above two fuel supply devices. Namely, this is the case when the secondary fuel injection into each combustion chamber is permitted and the bed temperature of the filter is equal to or higher than both the first temperature causing oxidation of a fuel gas and the third temperature causing oxidation of a fuel gas including fuel droplets and the temperature in the exhaust passage is equal to or higher than the second temperature, which does not cause condensation of the fuel to be injected into the exhaust passage. At this time, the exhaust gas purifying system performs the supply of the fuel by one or both of the combustor fuel supply device and the exhaust gas piping fuel supply device.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Betttemperatur des Filters eingesetzt als ein Zustand zum Ausführen der Zufuhr des Kraftstoffs entweder durch die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung oder die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung. Die erste Temperatur, die erfüllt sein muss bei der Zufuhr des Kraftstoffs durch die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung, ist eine Minimaltemperatur zum Veranlassen der Oxidation des Kraftstoffs an dem Filter. Andererseits ist die dritte Temperatur, die erfüllt sein muss bei der Zufuhr des Kraftstoffs durch die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung, eine Minimaltemperatur zum Veranlassen der Oxidation des Kraftstoffs, selbst nach dem dem Filter die latente Wärme entzogen wurde zum vollständigen Zerstäuben eines Kraftstoffgases einschließlich der Kraftstofftröpfchen. Auf Grund der latenten Wärme, die erzeugt wird beim Umwandeln des Kraftstoffs in ein Kraftstoffgas, wie vorstehend beschrieben ist, muss somit die dritte Temperatur höher sein als die erste Temperatur.As described above, the bed temperature of the filter is employed as a state for carrying out the supply of the fuel either through the combustor fuel supply means or the exhaust gas fuel supply means. The first temperature to be met in the supply of the fuel through the combustor fuel supply means is a minimum temperature for causing the oxidation of the fuel at the filter. On the other hand, the third temperature to be satisfied upon supply of the fuel by the exhaust gas fuel supply means is a minimum temperature for causing the oxidation of the fuel even after the latent heat has been extracted from the filter to completely atomize a fuel gas including the fuel droplets. Due to the latent heat generated when converting the fuel into a fuel gas as described above, therefore, the third temperature to be higher than the first temperature.
Wenn der Kraftstoff durch die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung zugeführt wird, wird der Kraftstoff vollständig zerstäubt in jeder Brennkammer mit einer hohen Temperatur vor dem Aufbringen auf das Filter, wodurch eine wünschenswerte Brennreaktivität des Kraftstoffs erzielt wird. Somit kann eine Brennreaktion des Kraftstoffs veranlasst werden selbst bei der ersten Temperatur in einem Niedrigtemperaturbereich. Wenn andererseits der Kraftstoff durch Einspritzen in den Abgaskanal hinein zugeführt wird, wird der Kraftstoff in der Gestalt eines Nebels eingespritzt und dann zerstäubt durch die Atmosphäre in der Umgebung des Kraftstoffeinspritzabschnitts vor dem Aufbringen auf das Filter. In einigen Fällen wird jedoch der eingespritzte Kraftstoff nicht vollständig zerstäubt in Abhängigkeit von dem Zustand der umgebenden Atmosphäre. Deshalb wird die Zufuhr des Kraftstoffs nur dann zugelassen, wenn die Betttemperatur des Filters gleich oder höher als die dritte Temperatur in einem Hochtemperaturbereich ist.When the fuel is supplied through the combustor fuel supply, the fuel is completely atomized in each combustion chamber at a high temperature prior to application to the filter, thereby achieving a desirable fuel burn reactivity. Thus, a combustion reaction of the fuel can be caused even at the first temperature in a low-temperature region. On the other hand, when the fuel is supplied by being injected into the exhaust passage, the fuel is injected in the form of a mist and then atomized by the atmosphere in the vicinity of the fuel injection portion before being applied to the filter. In some cases, however, the injected fuel is not completely atomized depending on the state of the surrounding atmosphere. Therefore, the supply of the fuel is allowed only when the bed temperature of the filter is equal to or higher than the third temperature in a high-temperature region.
In Zusammenhang mit der ersten und dritten Temperatur muss die zweite Temperatur eine Temperatur sein, die eine Kondensation des Kraftstoffs nicht veranlasst, der in den Abgaskanal hinein eingespritzt wird, nämlich eine Temperatur, bei der der Kraftstoff, der in den Abgaskanal hinein eingespritzt wird, gehalten werden kann ohne Sammeln als ein flüssiger Kraftstoff in dem Kanal.In the context of the first and third temperatures, the second temperature must be a temperature that does not cause condensation of the fuel injected into the exhaust passage, namely, a temperature at which the fuel injected into the exhaust passage is maintained can be without collecting as a liquid fuel in the channel.
Das Filter trägt einen Speicherreduktions-NOx-Katalysator. Dieser Katalysator kann Stickoxide speichern, die in dem Abgas enthalten sind, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, und die gespeicherten Stickoxide freigeben, wenn die Sauerstoffkonzentration abnimmt und Kraftstoff vorhanden ist, der als ein Reduktionsmittel dient.The filter carries a storage reduction NOx catalyst. This catalyst can store nitrogen oxides contained in the exhaust gas when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and release the stored nitrogen oxides when the oxygen concentration decreases and there is fuel serving as a reducing agent.
Außer den vorstehend beschriebenen Eigenschaften dient der Speicherreduktions-NOx-Katalysator auch zum Aktivieren zum Sauerstoff in dem Abgas, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, und zum Reduzieren der Stickoxide und Erzeugen von aktivem Sauerstoff, wenn die Sauerstoffkonzentration abnimmt und Kraftstoff vorhanden ist, der als ein Reduktionsmittel dient. Der aktive Sauerstoff, der somit erzeugt wird, wird verwendet zum Beseitigen von Stickoxiden in dem Abgas und wirkt auch als ein Oxidationsmittel, das bei der Verbrennung der Fremdstoffe verwendet wird.Besides the above-described properties, the storage-reduction type NOx catalyst also serves to activate oxygen in the exhaust gas when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and to reduce the nitrogen oxides and generate active oxygen when the oxygen concentration decreases and fuel is present. which serves as a reducing agent. The active oxygen thus generated is used for removing nitrogen oxides in the exhaust gas and also acts as an oxidizing agent used in the combustion of the foreign matters.
Bei der Erfindung können Fremdstoffe, die an dem Partikelfilter gesammelt werden, wirksam beseitigt werden in Übereinstimmung mit verschiedenen Zuständen, die sich auf die Brennkraftmaschine und das Abgassystem beziehen.In the invention, foreign matters collected at the particulate filter can be effectively eliminated in accordance with various conditions relating to the internal combustion engine and the exhaust system.
Das vorstehend erwähnte beispielhafte Ausführungsbeispiel oder andere beispielhafte Ausführungsbeispiele, Aufgaben, Merkmale, Vorteile, technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden besser verständlich durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele der Erfindung beim Betrachten im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.The above-mentioned exemplary embodiment or other exemplary embodiments, objects, features, advantages, technical and industrial significance of this invention will be better understood by reading the following detailed description of the exemplary embodiments of the invention when considered in conjunction with the accompanying drawings.
Und
In der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung detaillierter beschrieben bezüglich der beispielhaften Ausführungsbeispiele.In the following description and the accompanying drawings, the invention will be described in more detail with respect to the exemplary embodiments.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsbeispiele beschrieben. Bei den Ausführungsbeispielen sind das Abgasreinigungssystem und das Verfahren gemäß der Erfindung in einen Dieselmotorsystem eingebaut.The invention will be described below with reference to its embodiments. In the embodiments, the exhaust gas purification system and the method according to the invention are incorporated in a diesel engine system.
Unter Bezugnahme auf
Das Kraftstoffzufuhrsystem
Die Zufuhrpumpe
Die Zufuhrpumpe
Das Ansaugsystem
Der Motor
In dem Ansaugsystem
In dem Motor
Des Weiteren sind auf der stromabwärtigen Seite eines Abschnitts des Abgassystems
Des Weiteren sind verschiedene Sensoren in den jeweiligen Abschnitten des Motors
Insbesondere erzeugt ein Common-Rail-Drucksensor
Darüber hinaus ist ein Gaspedalöffnungssensor
Wie in
Die ECU
Wie vorstehend beschrieben ist, ist das Abgasreinigungssystem des Motors
Als nächstes wird die Bauweise und Funktion des Katalysatorgehäuses
Der NOx-Katalysator
Das Partikelfilter
Bei dem Ausführungsbeispiel ist bei dem Partikelfilter
Das NOx-Absorptionsmittel hat eine Speichereigenschaft (Absorption) bezüglich NOx, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, und eine Freigabeeigenschaft bezüglich der NOx, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas niedrig ist. Wenn die NOx in das Abgas freigegeben werden, wobei Substanzen wie beispielsweise HC und CO vorhanden sind, fördert der Edelmetallkatalysator auch die Oxidation der HC und CO und veranlasst somit die Oxidationsreduktionsreaktionen zwischen NOx als eine Oxidationssubstanz und HC und CO als eine Reduktionssubstanz. In Folge dessen werden HC und CO jeweils zu CO2 und H2O oxidiert, wohingegen NOx zu N2 reduziert wird.The NOx absorbent has a storage property (absorption) with respect to NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, and a release property with respect to the NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas is low. When the NO x is released into the exhaust gas with substances such as HC and CO, the noble metal catalyst also promotes the oxidation of HC and CO, thus causing the oxidation reduction reactions between NO x as an oxidizing substance and HC and CO as a reduction substance. As a result, HC and CO are oxidized to CO2 and H2O, respectively, whereas NOx is reduced to N2.
Bei der Oxidation von HC, die durch den Edelmetallkatalysator gefördert wird, der den NOx-Katalysator
Wenn das NOx-Absorptionsmittel die NOx mit einer vorgegebenen Grenzmenge absorbiert hat, hält es übrigens die Speicherung weiterer NOx an, selbst wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist. In dem Motor
Der NOx-Katalysator
Nachfolgend werden Prozesse und Verfahren der Beseitigung der NOx detailliert beschrieben.In the following, processes and methods of NOx removal will be described in detail.
Bei Dieselmotoren ist im Allgemeinen die Sauerstoffkonzentration in den Luftkraftstoffgemischen, die in den Brennkammern verbrannt werden sollen, bei den meisten Betriebsbereichen der Motoren hoch. Normalerweise wird die Sauerstoffkonzentration in einem Luftkraftstoffgemisch vor der Verbrennung in den Brennkammern direkt wiedergespiegelt durch die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas. Insbesondere vermindert sich die Sauerstoffkonzentration in dem Luftkraftstoffgemisch nach seiner Verbrennung um einen Grad in Übereinstimmung mit der Menge des Sauerstoffs, die bei der Verbrennung verwendet wird. Wenn die Sauerstoffkonzentration (Luftkraftstoffverhältnis) in dem Luftkraftstoffgemisch hoch ist, wird deshalb die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas grundsätzlich hoch auf eine ähnliche Weise.In diesel engines, in general, the oxygen concentration in the air-fuel mixtures to be burned in the combustion chambers is high in most engine operating ranges. Normally, the oxygen concentration in an air-fuel mixture before combustion in the combustion chambers is directly reflected by the oxygen concentration in the exhaust gas. In particular, the oxygen concentration in the air-fuel mixture after combustion thereof decreases by one degree in accordance with the amount of oxygen used in the combustion. Therefore, when the oxygen concentration (air-fuel ratio) in the air-fuel mixture is high, the oxygen concentration in the exhaust gas basically becomes high in a similar manner.
Wie vorstehend beschrieben ist, hat der NOx-Katalysator
Bei dem vorstehenden Fall muss ein Reduktionsmittel auf das NOx-Absorptionsmittel aufgebracht werden zum Wiederherstellen der NOx-Speicherkapazität des NOx-Katalysators wie vorstehend beschrieben ist. Wenn der Kraftstoff auf eine normale Weise eingespritzt wird, ist es jedoch schwierig bezüglich der Motorbauweise, ein Abgas zu erzeugen, das viel Kraftstoff enthält, der als ein Reduktionsmittel dient.In the above case, a reducing agent needs to be applied to the NOx absorbent for restoring the NOx storage capacity of the NOx catalyst as described above. If the fuel is normal However, it is difficult to generate an exhaust gas containing much fuel serving as a reducing agent with respect to the engine construction.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird deshalb der Kraftstoff in das Abgas zugeführt unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren. Ein Verfahren besteht in der Zufuhr von unverbrannten Kraftstoff durch Einspritzen eines Sekundärkraftstoffs zusätzlich zu einem Hauptkraftstoff für die Umwandlung in Energie in jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine und das andere Verfahren besteht in dem Einspritzen von Kraftstoff in das Abgas hinein unter Verwendung der Kraftstoffzufuhreinrichtung, die in dem Abgaskanal vorgesehen ist. Unter Verwendung eines oder beider dieser Verfahren wird die Menge des Reduktionsmittels in dem Abgas erhöht, um die NOx-Speicherkapazität des NOx-Katalysators wiederherzustellen.In the embodiment, therefore, the fuel is supplied into the exhaust gas using the methods described above. One method is to supply unburned fuel by injecting a secondary fuel in addition to a main fuel for conversion to energy in each combustion chamber of the internal combustion engine and the other method is injecting fuel into the exhaust gas using the fuel supply device located in the exhaust passage is provided. Using one or both of these methods, the amount of reducing agent in the exhaust gas is increased to restore the NOx storage capacity of the NOx catalyst.
Die ECU
Bei dem Ausführungsbeispiel ist somit die ECU
Als nächstes werden die Prozesse und Verfahren zum Beseitigen von Fremdstoffen (die nachfolgend als PM bezeichnet werden) beschrieben, die in dem Abgas enthalten sind.Next, the processes and methods for removing foreign matters (to be referred to as PM hereinafter) included in the exhaust gas will be described.
Wie NOx werden die Fremdstoffe unter Verwendung des Kraftstoffes beseitigt. Die Beseitigung der NOx wird bewirkt unter Anwendung chemischer Reaktionen zwischen HC als eine Hauptkomponente des Kraftstoffs und NOx, wie vorstehend beschrieben ist. Bei der Beseitigung der Fremdstoffe wird andererseits HC hauptsächlich als eine Wärmequelle angewandt, um die Betttemperatur des Katalysators zu erhöhen, so dass Fremdstoffe und Sauerstoff (O2) aktiviert werden, um eine Oxidation der Fremdstoffe zu veranlassen und diese somit zu beseitigen.Like NOx, the foreign matter is eliminated using the fuel. The elimination of the NOx is effected by using chemical reactions between HC as a main component of the fuel and NOx as described above. On the other hand, in the removal of the foreign matters, HC is mainly used as a heat source to increase the bed temperature of the catalyst so that foreign matters and oxygen (O2) are activated to cause oxidation of the foreign matters and thus eliminate them.
Das heißt, dass die Beseitigung der Fremdstoffe bewirkt wird unter Verwendung des Kraftstoffs als eine Wärmequelle in dem Partikelfilter
Bei einem Beispiel eines Steuerverfahrens zum Beseitigen von Fremdstoffen auf die vorstehende Weise führt die ECU
Bei dem Beseitigen der Fremdstoffe wird der Kraftstoff auch bei dem selben Verfahren zugeführt, wie es zum Beseitigen von NOx eingesetzt wird. Das heißt ein Verfahren besteht im Durchführen einer Sekundärkraftstoffeinspritzung (Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung). Bei der Sekundärkraftstoffeinspritzung wird ein Teil des Hauptkraftstoffs, der zu Energie umgewandelt werden soll in jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine, eingespritzt nach dem der Verbrennungsprozess des Hauptkraftstoffs beendet ist, wodurch unverbrannter Kraftstoff in das Abgas zugeführt wird, wie in
Nachfolgend werden die Eigenschaften der Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung und der Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung jeweils beschrieben.Hereinafter, the characteristics of the combustor fuel supply device and the exhaust gas fuel supply device will be described, respectively.
Zunächst hat die Verbrennungskammerkraftstoffzufuhreinrichtung die folgenden Eigenschaften:
- (1) Da der Kraftstoff in jede Brennkammer hinein eingespritzt wird, wird der Kraftstoff ausreichend zerstäubt.
- (2) Da der Kraftstoff zerstäubt wird und somit in aktiviertem Zustand in
das Katalysatorgehäuse 42 eingeführt wird, tritt eine Verbrennungsreaktion des Kraftstoffs auf, selbst wenn die Betttemperatur des Katalysators bei einer ersten Temperatur liegt (die bei etwa 200°C angenommen wird), einer Minimaltemperatur, die erforderlich ist zum Veranlassen einer Verbrennungsreaktion des Kraftstoffs, der zerstäubt und somit aktiviert ist. - (3) Die Kraftstoffeinspritzmenge kann nicht direkt gesteuert werden, da sie von der erforderlichen Kraftstoffmenge abhängig ist, die bestimmt wird auf der Grundlage des Niederdrückungsbetrags des Gaspedals. Eine große Kraftstoffmenge kann übrigens nicht verwendet werden.
- (4) Der Kraftstoff kann nicht zugeführt werden, wenn der Motor mit einer hohen Last betrieben wird oder wenn der Motor gestartet wird, um das Erzeugen einer Drehmomentabstufung oder dergleichen zu vermeiden.
- (1) Since the fuel is injected into each combustion chamber, the fuel is sufficiently atomized.
- (2) Since the fuel is atomized and thus in the activated state in the
catalyst housing 42 is introduced, a combustion reaction of the fuel occurs even if the bed temperature of the catalyst is at a first temperature (assumed to be about 200 ° C), a minimum temperature required to cause a combustion reaction of the fuel, which is atomized and thus activated is. - (3) The fuel injection amount can not be controlled directly because it depends on the required amount of fuel that is determined based on the depression amount of the accelerator pedal. Incidentally, a large amount of fuel can not be used.
- (4) The fuel can not be supplied when the engine is operated at a high load or when the engine is started to avoid generating a torque step or the like.
Andererseits hat die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung die folgenden Eigenschaften:
- (1) Da der Kraftstoff in den Abgaskanal hinein eingespritzt wird, wird befürchtet, dass der Kraftstoff nicht zerstäubt wird, sondern an der Innenfläche des Abgaskanals anhaftet, um daran zu kondensieren, außer wenn die Temperatur des Abgases gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist (die bei etwa 300°C angenommen wird).
- (2) Es kann passieren, dass der Kraftstoff nicht vollständig zerstäubt wird und deshalb ein Teil des Kraftstoffs in
das Katalysatorgehäuse 42 hineinfließt in der Gestalt von Kraftstofftröpfchen. Dabei wird dem Filter die Wärme als latente Wärme entzogen zum vollständigen Zerstäuben des Kraftstoffgases einschließlich der Kraftstofftröpfchen. Deshalb wird eine dritte Temperatur (die bei etwa 250°C angenommen wird), die höher als die erste Temperatur ist, als die Minimaltemperatur eingesetzt, die erforderlich ist zum Veranlassen einer Verbrennungsreaktion des Kraftstoffs an dem Filter. - (3) Der Kraftstoff wird von einem separaten Kraftstoffzufuhrsystem zugeführt, gegenüber dem für die Zufuhr des Kraftstoffs, der bei der Motorverbrennung verwendet wird, deshalb ist es möglich, die Zufuhr des Kraftstoffs unabhängig von dem Betrieb des Motors auszuführen und die Einspritzmenge direkt zu steuern. Des Weiteren kann eine große Kraftstoffmenge verwendet werden.
- (1) Since the fuel is injected into the exhaust passage, it is feared that the fuel will not be atomized but will adhere to the inner surface of the exhaust passage to condense thereon unless the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than a second temperature (which is assumed at about 300 ° C).
- (2) It may happen that the fuel is not completely atomized and therefore part of the fuel is in the
catalyst housing 42 flows in the form of fuel droplets. The heat is removed from the filter as latent heat to completely atomize the fuel gas including the fuel droplets. Therefore, a third temperature (assumed to be about 250 ° C) higher than the first temperature is used as the minimum temperature required to cause a combustion reaction of the fuel to the filter. - (3) The fuel is supplied from a separate fuel supply system to that for the supply of the fuel used in the engine combustion, therefore, it is possible to carry out the supply of the fuel independently of the operation of the engine and to directly control the injection amount. Furthermore, a large amount of fuel can be used.
Die Eigenschaften der Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung und der Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung werden folgendermaßen zusammengefasst. Zunächst kann gemäß der Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung der Kraftstoff zugeführt werden, selbst wenn die Betttemperatur des Katalysators niedrig ist, obwohl das Hinzufügen des Kraftstoffs angewandt wird in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors. Eine große Kraftstoffmenge kann jedoch nicht verwendet werden und die Einspritzmenge kann nicht einfach eingestellt werden. Gemäß der Abgas kanalkraftstoffzufuhreinrichtung kann andererseits der Kraftstoff unabhängig von dem Betriebszustand des Motors zugeführt werden und die Einspritzmenge kann einfach eingestellt werden. Die Betttemperatur des Katalysators muss jedoch hoch sein und die Temperatur des Abgaskanals ist beschränkt.The characteristics of the combustor fuel supply system and the exhaust gas fuel supply device are summarized as follows. First, according to the combustor fuel supply device, the fuel may be supplied even if the bed temperature of the catalyst is low, although the addition of the fuel is applied depending on the operating state of the engine. However, a large amount of fuel can not be used and the injection amount can not be easily adjusted. On the other hand, according to the exhaust gas fuel supply device, the fuel can be supplied regardless of the operating state of the engine, and the injection amount can be easily adjusted. However, the bed temperature of the catalyst must be high and the temperature of the exhaust passage is limited.
Als nächstes werden Steuerungen beschrieben, die ausgeführt werden zum Ermitteln, ob die Zufuhr des Kraftstoffs ausgeführt werden soll. Die Programme werden bestimmt auf der Grundlage der Eigenschaften der jeweiligen Kraftstoffzufuhrverfahren. Wenn bestimmt wird, dass es notwendig ist, die gespeicherten Fremdstoffe zu beseitigen, wird zunächst eine Katalysatorausgangsabgastemperatur, das heißt eine Temperatur des Abgases, das von dem Katalysator herausströmt, mittels des Abgastemperatursensors
Als nächstes wird eine Steuerung beschrieben zum Ermitteln, ob die Zufuhr des Kraftstoffs durch die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung ausgeführt werden soll. Nach dem die Katalysatorausgangsabgastemperatur wie vorstehend beschrieben gemessen ist, wird bestimmt, ob der Motor sich bei einem Hochlastzustand befindet, auf der Grundlage von Signalen von dem Gaspedalöffnungssensor
Als nächstes wird eine Steuerung beschrieben zum Ermitteln, ob der Kraftstoff durch die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung zugeführt werden soll. Nach dem die Katalysatorausgangsabgastemperatur wie vorstehend beschrieben gemessen ist, wird eine Katalysatoreingangsabgastemperatur, das heißt eine Temperatur des Abgases, das in das Katalysatorgehäuse
Nachfolgend wird die Prozedur einer ”Kraftstoffzufuhrsteuerung” detailliert unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von
Wenn diese Routine gestartet wird, ermittelt die ECU
Beim Schritt S102 ermittelt die ECU
Bei den folgenden Schritten nach dem Schritt S102 werden Prozesse durchgeführt zum Ermitteln, ob die Brennkammerkraftstoffzufuhr ausgeführt werden kann. Zunächst wird die Kühlmitteltemperatur des Motors
Beim Schritt S104 ermittelt die ECU
Beim Schritt S105 wird die Betttemperatur des Katalysators gemessen. Wenn die Betttemperatur niedriger als 200°C ist, schreitet die ECU
Von S108 werden Prozesse durchgeführt zum Ermitteln, ob die Abgaskanalkraftstoffzufuhr ausgeführt werden kann. Zunächst wird die Katalysatoreingangsabgastemperatur beim Schritt S108 gemessen. Wenn die Katalysatoreingangsabgastemperatur niedriger als 300°C ist, schreitet die ECU
Beim Schritt
Bei der vorstehend beschriebenen Routine ermittelt die ECU
Nachfolgend wird ein abgewandeltes Beispiel des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei ein Katalysatorgehäuse
Dieses abgewandelte Beispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Katalysator
Bei dem Katalysatorgehäuse
Mit dieser Anordnung werden das Kraftstoffgas, das in das Abgas zugeführt wird bei der Sekundärkraftstoffeinspritzung und/oder das Kraftstoffgas einschließlich der Kraftstofftröpfchen, die in den Abgaskanal eingespritzt werden, verbrannt (oxidiert) an dem Oxidationskatalysator
Es kann übrigens ein Katalysator mit einer Oxidationseigenschaft wie beispielsweise ein NOx-Katalysator, der Platin oder dergleichen trägt, als der Katalysator
Der Oxidationskatalysator
Nachfolgend wird eine Steuerprozedur beschrieben, die bei dem abgewandelten Beispiel eingesetzt wird.Hereinafter, a control procedure used in the modified example will be described.
Zunächst wird ermittelt, ob die Sekundärkraftstoffeinspritzung in die Brennkammer
Anschließend wird ermittelt, ob Kraftstoff in den Abgaskanal eingespritzt werden soll auf der Grundlage der folgenden beiden Bedingungen. Die erste Bedingung erfordert, dass die Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor
Des Weiteren ist es bei dem abgewandelten Beispiel mit dem Abgastemperatursensor
Übrigens sind die Temperaturen, die bei den jeweiligen Prozessen der Routine des Ausführungsbeispiels eingesetzt werden, nicht beschränkt, sondern können geändert werden in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschine und dem verwendeten Abgassystem. Beim Schritt S108 wird die Betttemperatur auch gemessen und verwendet zum Schätzen der Temperatur des Abgases bei dem Kraftstoffeinspritzabschnitt. Diese ist jedoch nur ein Verfahren zum Schätzen der Temperatur des Abgases bei dem Kraftstoffeinspritzabschnitt. Somit kann die Temperatur des Abgases bei dem Kraftstoffeinspritzabschnitt mit einem anderen Verfahren geschätzt werden beispielsweise auf der Grundlage der Kühlmitteltemperatur, der Ansauglufttemperatur, der Einspritzmenge, der Drehzahl und so weiter. Es kann nämlich jedes Verfahren eingesetzt werden so lange wie die Temperatur geschätzt werden kann. Dies gilt auch für die anderen Prozesse. Beispielsweise werden die Kühlmitteltemperatur und die Last des Motors jeweils bei den Schritten S103 und S104 der Routine ermittelt. Jeder dieser Prozesse stellt jedoch nur ein Beispiel der Prozesse zum Ermitteln dar, ob die Sekundärkraftstoffeinspritzung des Motors durchgeführt werden soll.Incidentally, the temperatures used in the respective processes of the routine of the embodiment are not limited, but may be changed depending on the engine and the exhaust system used. At step S108, the bed temperature is also measured and used for estimating the temperature of the exhaust gas at the fuel injection portion. However, this is only one method of estimating the temperature of the exhaust gas at the fuel injection portion. Thus, the temperature of the exhaust gas in the fuel injection portion may be estimated by another method, for example, based on the coolant temperature, the intake air temperature, the injection amount, the rotational speed, and so on. Any method can be used as long as the temperature can be estimated. This also applies to the other processes. For example, the coolant temperature and the load of the engine are respectively determined at steps S103 and S104 of the routine. However, each of these processes is just one example of the processes for determining if the secondary fuel injection of the engine is to be performed.
Wenn die Brennkammerkraftstoffzufuhr und die Abgaskanalkraftstoffzufuhr beide zulässig sind, kann auch eine oder beide durchgeführt werden. Wenn beispielsweise die vorgegebenen Temperaturen, die bei den jeweiligen thermischen Zuständen zum Durchführen der Abgaskanalkraftstoffzufuhr eingesetzt werden, ausreichend erfüllt sind wenn der Motor im Leerlauf läuft, ist es nicht notwendig, die Abgaskanalkraftstoffzufuhr auszuführen. Dabei können die in dem Katalysator gesammelten Fremdstoffe ausreichend beseitigt werden nur durch Durchführen der Brennkammerkraftstoffzufuhr. Wenn der Motor abwechselnd mit hoher Last und niedriger Last betrieben wird, können die Fremdstoffe auch ausreichend beseitigt werden nur durch Durchführen der Abgaskanalkraftstoffzufuhr während dem Betrieb des Motors mit niedriger Last ohne Durchführen der Brennkammerkraftstoffzufuhr.If the combustor fuel supply and the exhaust gas fuel supply are both allowable, one or both may also be performed. For example, if the predetermined temperatures used in the respective thermal states for performing the exhaust gas fuel supply are sufficiently satisfied when the engine is idling, it is not necessary to carry out the exhaust gas fuel supply. At this time, the foreign matters collected in the catalyst can be sufficiently removed only by performing the combustor fuel supply. Also, when the engine is alternately operated at a high load and a low load, the foreign matters can be sufficiently removed only by performing the exhaust gasoline fuel supply during the operation of the low load engine without performing the combustor fuel supply.
Wie vorstehend beschrieben ist, führt das Abgasreinigungssystem der Erfindung die Zufuhr des Kraftstoffs durch in Abhängigkeit von den Zuständen der Brennkraftmaschine des Abgassystems, um die Temperatur des Partikelfilters zu erhöhen, was der Oxidation der Fremdstoffe dient, die in dem Abgas enthalten sind. Somit können die Fremdstoffe zuverlässig mit Effizienz beseitigt werden.As described above, the exhaust gas purification system of the invention performs the supply of the fuel depending on the conditions of the engine of the exhaust system to increase the temperature of the particulate filter, which serves to oxidize the foreign matters contained in the exhaust gas. Thus, the foreign matter can be reliably eliminated with efficiency.
Insbesondere wählt das Abgasreinigungssystem der Erfindung ein geeignetes Kraftstoffzufuhrverfahren auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine und des thermischen Zustands des Abgassystems. Somit können die Fremdstoffe stabil an dem Filter verbrannt werden ohne Veranlassen einer Verschlechterung der Bestandteile des Abgases, das in das Katalysatorgehäuse einströmt, und wobei ein Verstopfen des Katalysatorgehäuses durch den zugeführten Kraftstoff verhindert wird.In particular, the exhaust gas purification system of the invention selects a suitable fueling method based on the operating state of the internal combustion engine and the thermal state of the exhaust system. Thus, the foreign matters can stably be burned on the filter without causing deterioration of the constituents of the exhaust gas flowing into the catalyst case, and clogging of the catalyst case by the supplied fuel is prevented.
Ein Abgasreinigungssystem und Verfahren für eine Brennkraftmaschine werden geschaffen, die eine Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung (
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