DE10326530A1

DE10326530A1 - Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10326530A1
Application number: DE10326530A
Authority: DE
Inventors: Makoto Kariya Saito; Shigeto Kariya Yahata; Tsukasa Kariya Kuboshima; Shinichiro Kariya Okugawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-06-14
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2023-06-13
Also published as: JP2004019523A; US6829889B2; JP4042476B2; US20030230075A1; DE10326530B4

Abstract

Ein Wiederherstellungszeitplan für einen Dieselpartikelfilter (DPF) kann in einfacher Weise und genau bestimmt werden. Ein Differentialdrucksensor ist vorgesehen, der einen Differentialdruck DELTAPf in dem DPF erfasst, sowie eine Luftdurchsatzmessvorrichtung, die die Strömungsgeschwindigkeit v in einem Abgaspfad erfasst. Eine ECU berechnet die Menge der abgelagerten feinen Abgaspartikel ML folgendermaßen: DOLLAR A ML = [DELTAP - (Amuv + Cpv·2·)] / (Bmuv + Dpv·2·) DOLLAR A Der Wiederherstellungsvorgang des Filters wird gemäß einer Bestimmungsformel bestimmt, die zum Vergleichen der berechneten Ablagerungsmenge ML mit einer Referenzmenge verwendet wird. In dieser Art und Weise kann die Ablagerungsmenge genau erhalten werden, ohne dass eine Abbildung verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Technologie zum Wiederherstellen eines Partikelfilters.
Im Allgemeinen besteht ein erhöhter Bedarf an der kontinuierlichen Reduzierung von Abgasemissionen aus Brennkraftmaschinen, die in Fahrzeugen und dergleichen verwendet werden, und insbesondere bei Selbstzündungs-Dieselkraftmaschinen, die Dieselöl als Kraftstoff verwenden. CO, HC und NOx sind nicht nur Gase, die aus dem Abgas beseitigt werden sollen, sondern auch Rauch und kleine Abgaspartikel wie zum Beispiel SOF, die in dem Abgas enthalten sind. Daher ist ein Partikelfilter in dem Abgaspfad vorgesehen, um die feinen Partikel einzufangen, die in dem Abgas enthalten sind.
Der Partikelfilter erlaubt eine Strömung eines eingehenden Abgases durch seine poröse Membran, um in dem Abgas vorhandene feine Partikel an der Oberfläche oder den feinen Poren der Membran einzufangen. Wenn sich die einzufangende und abzulagernde Partikelmenge auf ein übermäßiges Maß erhöht, dann wird der Staudruck in der Brennkraftmaschine erhöht, wenn sich der Strömungswiderstand aufgrund des Partikelfilters erhöht. Dies mindert die Funktion der Kraftmaschine. Daher müssen durch den Partikelfilter eingefangene feine Abgaspartikel angemessen aus dem Filter beseitigt werden, so dass der Partikelfilter wiederhergestellt werden kann, um seine Fähigkeit zum Einfangen von feinen Partikeln aus dem Abgas wiederherzustellen.

Ein bekannter Partikelfilter hat einen Oxidationskatalysator wie zum Beispiel Platin, der in dem Filter vorgesehen ist und dessen Wiederherstellung durch die Oxidationsfunktion des Katalysators während eines Betriebs der Brennkraftmaschine ermöglicht. Bei diesem Partikelfilter wird zum Beispiel bei einer Kraftstoffnacheinspritzung bei dem Abgasprozess Kraftstoff dem Partikelfilter zugeführt, so dass die Wärme von dem katalytisch oxidierten Kraftstoff zum Oxidieren und Beseitigen von abgelagerten feinen Abgaspartikeln genutzt wird, die nicht oxidiert sind, und zwar genauso einfach wie der eingespritzte Kraftstoff.

Ein häufiges Wiederherstellen des Partikelfilters verschlechtert den Kraftstoffverbrauch, während ein Teil der überschüssigen abgelagerten feinen Abgaspartikel plötzlich verbrennen kann, wenn das Wiederherstellungsintervall zu lang ist, was zu einer anormal hohen Temperatur und einer Befriedigung des Partikelfilters führt. Daher wird die Menge der abgelagerten feinen Abgaspartikel vorzugsweise gemessen, um den Start des Wiederherstellvorganges zu bestimmen. Gemäß der Offenbarung der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-H07-332065 wird das Differential zwischen dem Druck an dem Einlass und dem Auslass des Partikelfilters gemessen, um eine Bestimmung auf der Tatsache zu ermöglichen, dass sich der Differntialdruck aufgrund einer Erhöhung des Strömungswiderstandes erhöht, der durch die angestiegene Menge der feinen Abgaspartikel an dem Filter hervorgerufen wird. Dann wird der Zeitpunkt als der Wiederherstellungszeitpunkt bestimmt, wenn der erfasste Differentialdruck jenseits eines vorgeschriebenen Wertes ist.

Gemäß der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-H07-332065 kann jedoch die Menge der abgelagerten feinen Abgaspartikel bei gleichem erfasstem Differentialdruck abweichen, und zwar in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Dementsprechend kann die Menge der abgelagerten feinen Abgaspartikel nicht in erforderlicher Weise mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden. Detaillierte Abbildungen für unterschiedliche Betriebszustände könnten zwar gespeichert werden, aber sie können nicht in einfacher Weise bereitgestellt werden, da eine große Speicherkapazität erforderlich wäre.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung richtet sich auf eine Lösung des vorstehend genannten Nachteils, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem einfachen Aufbau vorzusehen, die in korrekter Weise den Zeitpunkt zum Wiederherstellen des Filters bestimmen kann.

Die Erfinder haben den Partikelfilter zusammen mit der Ablagerung der feinen Abgaspartikel und deren Wirkung auf die Strömung des Abgases erforscht und untersucht, und sie haben herausgefunden, dass die folgende Modellgleichung gilt. ΔP = Mμv + Nρv2

Wobei ΔP das Differential zwischen dem Druck an der Einlassseite und der Auslassseite des Partikelfilters ist, das heißt der Druckverlust in dem Partikelfilter, v die Strömungsgesschwindigkeit des durch den Partikelfilter strömenden Abgases ist, μ die Viskosität des Abgases ist und ? die Dichte des Abgases ist. Die Koeffizienten M und N werden größer, wenn sich die Menge der abgelagerten feinen Abgaspartikel vermehrt. Insbesondere ist M oder N im Wesentlichen eine lineare Funktion der abgelagerten Menge ML, und wenn die abgelagerte Menge jenseits eines bestimmten Wertes ist, dann wird das Änderungsverhältnis von M, N bezüglich der abgelagerten Menge ML reduziert. Das Verhältnis ändert sich vor und hinter dem bestimmten Wert, da der Druckverlust in dem Partikelfilter anfänglich gemäß dem Verhältnis der mit den feinen Abgaspartikeln gefüllten feinen Poren zu den feinen Poren in dem Partikelfilter vergrößert wird. Wenn einmal fast alle Poren mit feinen Abgaspartikeln gefüllt sind, dann sollte sich der Druckverlust auf der Grundlage der Dicke der Lage der abgelagerten feinen Abgaspartikel ändern. Die vorliegende Erfindung beruht auf diesen Erkenntnissen.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung hat eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter, der in einem Abgaspfad zum Einfangen von feinen Abgaspartikeln vorgesehen ist, eine Differentialdruckerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Differentials zwischen dem Druck an der Einlassseite und der Auslassseite des Partikelfilters, eine Strömungsgeschwindigkeitserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Strömungsgeschwindigkeit eines durch den Partikelfilter strömenden Abgases und eine Wiederherstellungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob der Partikelfilter wiederhergestellt werden soll oder nicht, und zwar gemäß einer Bestimmungsformel zum Bestimmen eines Wertes einer Menge von feinen Abgaspartikeln, die an dem Partikelfilter abgelagert sind, auf der Grundlage des erfassten Differentialdruckes und der Strömungsgeschwindigkeit. Die Bestimmungsformel entspricht der folgenden Formel. ΔP ≧ Mμv + Nρv2

Wobei ΔP der Differentialdruck ist, v die Strömungsgeschwindigkeit ist, μ die Viskosität des durch den Partikelfilter strömenden Abgases ist, ? die Dichte des Abgases ist und M sowie N Konstanten sind. Wenn die Formel erfüllt ist, dann darf der Partikelfilter wiederhergestellt werden.

Wie dies vorstehend bezüglich der Abgasströmung in dem Partikelfilter beschrieben ist, gilt ΔP ≧ Mμv + Nρv² und wenn M und N für eine Referenzablagerungsmenge erhalten werden, dann kann der Wert der Ablagerungsmenge der feinen Abgaspartikel daher auf der Grundlage der Bestimmungsformel genau bestimmt werden. Auf diese Art und Weise wird die Größe der zu speichernden Daten nicht so groß wie bei einer Abbildung.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ermöglicht die Wiederherstellungsbestimmungseinrichtung bei dem Aufbau gemäß dem ersten Aspekt eine Berechnung der Ablagerungsmenge durch die folgende Bestimmungsformel: ML = [ΔP – (Aμv + Cρv2)]/(Bμv + Dρv2), wobei ML die Ablagerungsmenge ist, A, B, C sowie D Konstanten sind und die Bestimmungsformel zum Vergleichen des Wertes der berechneten Ablagerungsmenge und einer vorbestimmten Ablagerungsmenge verwendet wird.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, sind M und N lineare Funktionen der Ablagerungsmenge ML, und daher gilt die vorstehend genannte Berechnungsformel für ML bei der Modellformel: ΔP ≧ Mμv + Nρv2 so dass die Ablagerungsmenge der feinen Abgaspartikel objektiv erhalten werden kann.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung speichert bei dem Aufbau gemäß dem zweiten Aspekt die Wiederherstellungsbestimmungseinrichtung zwei Berechnungsformeln für die Ablagerungsmenge mit unterschiedlichen Werten für die Konstanten A, B, C und D, wobei eine Berechnungsformel an einer Ablagerungsmenge in einem Bereich gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Referenzwert angepasst ist, während die andere Formel an eine Ablagerungsmenge innerhalb eines Bereiches gleich oder größer als der Referenzwert angepasst ist, und wenn die gemäß der einen Berechnungsformel berechnete Ablagerungsmenge außerhalb des Bereiches der Ablagerungsmenge ist, an den die Berechnungsformel angepasst ist, dann wird die Ablagerungsmenge gemäß der anderen Berechnungsformel erneut berechnet.

Wenn sich die Hauptursache für den Druckverlust in dem Partikelfilter ändert, dann kann eine geeignetere Bestimmungsformel ausgewählt werden, und daher kann die Ablagerungsmenge der feinen Abgaspartikel noch genauer erhalten werden.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung hat der Partikelfilter bei dem Aufbau gemäß dem zweiten oder dem dritten Aspekt einen Oxidationskatalysator zum Oxidieren und Verbrennen der daran abgelagerten feinen Abgaspartikel. Die Vorrichtung hat des weiteren eine Einrichtung zum Erfassen einer Reduzierung der berechneten Ablagerungsmenge während des Wiederherstellvorganges des Partikelfilters und eine Katalysatorverschlechterungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, dass sich der Katalysationskatalysator weiter verschlechtert hat, wenn sich die berechnete Ablagerungsmenge noch langsamer reduziert.

Wenn der Oxidationskatalysator verschlechtert ist und seine Oxidationsfunktion vermindert ist, dann wird die Verbrennungsgeschwindigkeit der abgelagerten feinen Abgaspartikel während des Wiederherstellvorganges des Partikelfilters reduziert, so dass die Reduzierungsrate der Ablagerungsmenge abgesenkt wird. Infolgedessen kann auf der Grundlage der Reduzierung der berechneten Ablagerungsmenge bestimmt werden, ob der Partikelfilter eine Fehlfunktion aufweist oder verschlechtert ist oder nicht.

Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung hat die Vorrichtung bei dem Aufbau gemäß einem des ersten bis vierten Aspektes des weiteren eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Abgases, das durch den Partikelfilter strömt. Die Wiederherstellungsbestimmungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Viskosität μ auf der Grundlage der erfassten Temperatur gemäß einer im voraus gespeicherten Beziehung zwischen der Viskosität und der Temperatur des Abgases zu erhalten.

Da die Viskosität μ des Abgases noch genauer erhalten wird, kann eine noch angemessenere Bestimmungsformel bereitgestellt werden.

Gemäß einem sechsten Aspekt der Erfindung hat die Vorrichtung bei dem Aufbau gemäß einem des ersten bis fünften Aspektes eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur des durch den Partikelfilter strömenden Abgases. Die Wiederherstellungsbestimmungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Dichte ρ auf der Grundlage der erfassten Temperatur gemäß einer im voraus gespeicherten Beziehung zwischen der Dichte und der Temperatur des Abgases zu erhalten. Da die Dichte ? des Abgases noch genauer erhalten wird, kann eine noch angemessenere Bestimmungsformel bereitgestellt werden.

Gemäß einem siebten Aspekt der Erfindung hat die Strömungsgeschwindigkeitserfassungseinrichtung bei dem Aufbau gemäß einem des ersten bis sechsten Aspektes eine Einlassluftmengenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Luftmenge, die in die Brennkraftmaschine eingezogen wird, und eine Korrektureinrichtung zum Hinzufügen einer Volumenerhöhung, die durch die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes hervorgerufen wird, zu einer Einlassluftmenge, wodurch eine Volumendurchsatzrate des Abgases erzeugt wird, das durch den Partikelfilter strömt. Dann wird die Volumendurchsatzrate zu einer Strömungsgeschwindigkeit umgewandelt.

Wenn der eingespritzte Kraftstoff in den Zylindern verbrannt wird, dann übersteigt die Volumendurchsatzrate des Abgases die Einlassluftmenge in Abhängigkeit von der Kraftstoffmenge, die zur Verbrennung zugeführt wird. Daher kann die Volumendurchsatzrate des Abgases genau erhalten werden, ohne dass das Abgas direkt gemessen wird, das die feinen Abgaspartikel enthält. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das durch den Partikelfilter strömt, ist proportional durch einen Koeffizienten, der durch die Form des Partikelfilters definiert ist, und sie kann aus der Volumendurchsatzrate umgewandelt werden.

Wenn die Durchsatzrate des Abgases, das die feinen Abgaspartikel enthält, aus den Zylindern direkt erfasst wird, dann könnte die Erfassungscharakteristik durch die Kontaminierung des Erfassungssensors durch die feinen Abgaspartikel beeinträchtigt werden. Jedoch muß lediglich die Durchsatzrate der relativ sauberen Einlassluft erfasst werden, und daher wird die Erfassungscharakteristik nicht beeinträchtigt und eine hoch zuverlässige Erfassung kann hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases erreicht werden. Darüber hinaus ist die Brennkraftmaschine mit einer Luftdurchsatzmessvorrichtung versehen, die als eine übliche Einlasslufterfassungseinrichtung dient, und die durch die Luftdurchsatzmessvorrichtung erfasste Einlassluftmenge kann direkt verwendet werden, und zwar kann die Erfassung anders gesagt mit einem einfachen Aufbau durchgeführt werden.

Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Es sollte klar sein, dass die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele, die das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung angeben, lediglich der Darstellung dienen und den Umfang der Erfindung nicht beschränken sollen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, wobei:
1 zeigt den Aufbau einer Brennkraftmaschine, bei der die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung angewendet wird;
2 zeigt eine erste Flusskarte zur Darstellung des Inhaltes einer Steuerung, die durch eine ECU durchgeführt wird, welche verschiedene Teile der Brennkraftmaschine steuert;
3 zeigt eine graphische Darstellung eines Beispieles der Beziehung zwischen der Viskosität und der Temperatur eines Abgases, das aus der Brennkraftmaschine ausgelassen wird;
4 zeigt eine graphische Darstellung eines Beispieles der Beziehung zwischen der Dichte und der Temperatur des Abgases, das aus der Brennkraftmaschine ausgelassen wird;
5 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Menge der feinen Abgaspartikel, die an dem Partikelfilter abgelagert ist, und dem Druckverlust;
6A zeigt die Verteilung eines Abgases in dem Partikelfilter in der Abgasreinigungsvorrichtung;
6B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Partikelfilters gemäß der 6A, und zwar einer Verteilung des Abgases in dem Partikelfilter der Abgasreinigungsvorrichtung;
7A zeigt die Ablagerung von feinen Abgaspartikeln einer ersten Menge in dem Partikelfilter in der Abgasreinigungsvorrichtung;
7B zeigt die Ablagerung von feinen Abgaspartikeln mit einer zweiten Menge an dem Partikelfilter der Abgasreinigungsvorrichtung;
7C zeigt die Ablagerung von feinen Abgaspartikeln mit einer dritten Menge an dem Partikelfilter der Abgasreinigungsvorrichtung;
8A zeigt eine Abgasströmung durch einen Partikelfilter mit einem anderen Aufbau;
8B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Partikelfilters gemäß der 8A, und zwar hinsichtlich einer Abgasströmung durch den Partikelfilter mit einem anderen Aufbau;
9 zeigt eine zweite Flusskarte zum Darstellen des Inhaltes einer Steuerung, die durch eine ECU durchgeführt wird, die verschiedene Teile der Brennkraftmaschine steuert; und
10 zeigt eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der zurückgelegten Wegstrecke und der Reinigungsgeschwindigkeit von feinen Abgaspartikeln während des Wiederherstellvorganges des Partikelfilters.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele dient lediglich der Darstellung und soll in keiner Weise den Umfang der Erfindung, ihrer Anwendung oder Verwendung beschränken.
Die 1 zeigt den Aufbau einer Dieselkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der Dieselkraftmaschine hat ein Kraftmaschinenhauptkörper 1 vier Zylinder. Der Hauptkörper ist mit einem Einlasskrümmer 21 verbunden, der an dem stromabwärtigsten Abschnitt eines Einlasspfades 2 angeordnet ist, und mit einem Abgaskrümmer 31 an dem stromaufwärtigsten Abschnitt eines Abgaspfades 3. Bei dem Abgaspfad 3 ist der Vereinigungsabschnitt des Abgaskrümmers 31 mit einem Partikelfilter 32 gekoppelt. Der Partikelfilter 32 hat einen Hauptfilterkörper 4, der durch ein Blockieren der Pfade eines Wabenkörpers gebildet wird, der aus einer porösen Keramik wie zum Beispiel Kordierit und Siliciumkarbit besteht. Das Abgas aus den Zylindern des Kraftmaschinenhauptkörpers 1 gelangt aus dem Einlass 32 durch die poröse Membran und strömt stromabwärts aus dem Auslass 32b. Dabei fängt der Partikelfilter 32 feine Abgaspartikel ein, die in dem Abgas enthalten sind, und die Partikel werden fortlaufend abgelagert, wenn sich die Bewegungsdistanz vergrößert. Ein Oxidationskatalysator mit einem Edelmetall wie zum Beispiel Platin und Palladium als Hauptbestandteil wird an der Oberfläche des Hauptfilterkörpers 4 des Partikelfilters 32 getragen. Dieser oxidiert und verbrennt die feinen Abgaspartikel in einem Temperaturzustand, der zur Beseitigung vorgeschrieben ist.
Eine ECU 51 steuert verschiedene Teile der Kraftmaschine wie zum Beispiel die Einspritzvorrichtung des Kraftmaschinenhauptkörpers 1. Die ECU 51 nimmt verschiedene Eingabesignale auf, die den Betriebszustand angeben. Diese Signale enthalten ein Signal, das zum Bestimmen der Menge der feinen Abgaspartikel verwendet wird, die an dem Partikelfilter 32 abgelagert sind, und zwar durch einen Sensor zum Erhalten dieses Signales. Insbesondere sind Temperatursensoren 53a und 53b eine Temperaturerfassungseinrichtung, die durch eine Rohrwand in dem Abgaspfad 3 vorgesehen ist, um die Abgastemperatur zu erfassen. Die Temperatursensoren 53a, 53b sind unmittelbar stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts von dem Partikelfilter 32 vorgesehen. Die durch den Temperatursensor 53a erfasste Temperatur ist die Temperatur des an dem Einlass 32a des Partikelfilters 32 strömenden Abgases und wird nachfolgend als die „DPF-Einlasstemperatur" bezeichnet. Die durch den Temperatursensor 53b erfasste Temperatur ist die an dem Auslass 32b des Partikelfilters 32 strömenden Abgases, und sie wird nachfolgend als die „DPF-Auslasstemperatur" bezeichnet.
Der Abgaspfad 3 ist mit einem ersten Zweigpfad 33a verbunden, der unmittelbar stromaufwärts von dem Partikelfilter 32 abzweigt, und mit einem zweiten Zweigpfad 33b, der unmittelbar stromabwärts von dem Partikelfilter 32 abzweigt. Ein Drucksensor 54 dient als die Differentialdruckerfassungseinrichtung und ist in den Zweigpfaden 33a, 33b vorgesehen, und er erfasst die Differenz zwischen dem Druck an dem Einlass 32a und an dem Auslass 32b des Partikelfilters. Der Differentialdruck gibt den Druckverlust aufgrund des Partikelfilter 32 an. Eine Luftdurchsatzmessvorrichtung 52 dient als die Einlassluftmengenerfassungseinrichtung und ist in dem Einlasspfad 2 vorgesehen, und sie erfasst die Einlassluftmenge.
Es ist klar, dass die ECU 51 mit anderen Eingabeparametern versorgt wird, die mit den Betriebszuständen verknüpft sind, wie zum Beispiel eine Beschleunigungsvorrichtungsöffnung und die Temperatur des Kühlwassers. Die ECU 51 hat einen bekannten Aufbau mit einem Mikrocomputer als ein Hauptelement. Sein ROM speichert Steuerprogramme zum Steuern von verschiedenen Teilen der Brennkraftmaschine und auch Programme, die zum Berechnen der Menge der feinen Abgaspartikel verwendet werden, die an dem Partikelfilter 32 abgelagert sind. Zusätzlich speichert der ROM Informationen, die zum Spezifizieren von Bestimmungsformeln verwendet werden, die für die Berechnungsprogramme verwendet werden. Die Bestimmungsformeln werden später beschrieben. Auf der Grundlage der berechneten Ablagerungsmenge wird bestimmt, ob der Partikelfilter 32 wieder hergestellt werden soll oder nicht.
Die 2 zeigt den Inhalt von Steuerungsschritten, die sich auf den Wiederherstellungsvorgang des Partikelfilters 32 beziehen und die durch die ECU 51 ausgeführt werden. Zu Beginn werden bei einem Schritt S101 die DPF-Temperatur, die Einlassluftmenge und der Druckverlust erhalten. Die DPF-Temperatur wird durch einen Vorgang auf der Grundlage der DPF-Einlasstemperatur und der DPF-Auslasstemperatur erhalten. Da die DPF-Einlasstemperatur stark schwankt, wird vorzugsweise die Temperatur nach einer Verarbeitung mit einem ersten Verzögerungsfilter verwendet. Hierbei wird die Einlassluftmenge durch die Massendurchsatzrate wiedergegeben.
Ein Schritt S102 ist ein Prozess, der als die Korrektureinrichtung der ECU 51 wirkt. Die ECU 51 und die Luftdurchsatzmessvorrichtung 52 bilden die Strömungsgeschwindigkeitserfassungseinrichtung. Bei einem Schritt S102 wird die Volumendurchsatzrate des Abgases berechnet. Die Berechnung wird gemäß dem Ausdruck (1) durchgeführt. Es ist zu beachten, dass die Luftdurchsatzmessvorrichtung 52 stromaufwärts von dem Einlasskrümmer 21 angeordnet ist. Volumendurchsatzrate (m3/s) = [Einlassluftmenge (g/s)/28,8 (g/mol)] × 22,4 × 10–3 (m3/mol) × [DPF-Temperatur (K)/273 (K)] × [Atmosphärendruck (kPa)/(Atmosphärendruck (kPa) + Differentialdruck (kPa))] + Kraftstoffeinspritzmenge (cc/s)/207,3 (g/mol)] × 0, 84 (g/cc) × 6,75 (mol) × 22,4 × 10–3 (m3/mol) × [Atmosphärendruck (kPa)/(Atmosphärendruck (kPa) + Differentialdruck (kPa))] (1)
Der erste Term des Ausdruckes (1) ist die Einlassluftmenge, die von der Massendurchsatzrate zu der Volumendurchsatzrate umgewandelt wird. Der zweite Term ist die Vermehrung des Abgases bezüglich der Einlassluftmenge. Bei dem zweiten Term ist 0,84 (g/cc) die übliche Flüssigkeitsdichte von Dieselöl. Der Wert „6,75 (mol)" ist die Erhöhung der Anzahl der Mole entsprechend einem Mol des eingespritzten Kraftstoffes.
Die Erhöhung (6,75 (mol)) wird folgendermaßen erhalten. Die übliche Zusammensetzung von Dieselöl ist C₁₅H_27,3 (Molekulargewicht: 207,3), und die Reaktionsformel während der Verbrennung ist folgendermaßen: C15H27,3 + 21,75O2 → 15CO2 + 13,5H2O
Daher beträgt die Erhöhung der Anzahl der Mole 6,75 (= (15 + 13,5) – 21,75) bezüglich einem Mol des eingespritzten Kraftstoffes. Der Kraftstoff wird bei einer vorgeschriebenen Einspritzzeitgebung intermittierend eingespritzt, die durch die ECU 51 bestimmt wird. Die Kraftstoffeinspritzmenge in dem Ausdruck (1) ist die durchschnittliche Kraftstoffeinspritzmenge über Einspritz- als auch Nicht-Einspritz-Perioden. Die Volumendurchsatzrate des Abgases wird durch die wirksame Pfadfläche des Partikelfilters 32 dividiert und zu einer Strömungsgeschwindigkeit umgewandelt.
Bei einem Schritt S103 wird die Viskosität μ des Abgases auf der Grundlage der DPF-Temperatur berechnet. Dieses wird auf der Grundlage einer vorgeschriebenen Betriebsformel oder -abbildung durchgeführt. Die 3 zeigt die Beziehung zwischen der Viskosität und der Temperatur des Abgases. Zusätzlich wird bei einem Schritt S103 die Dichte ? des Abgases auf der Grundlage der DPF-Temperatur berechnet. Dies wird auf der Grundlage einer vorgeschriebenen Betriebsformel oder -abbildung durchgeführt. Die 4 zeigt die Beziehung zwischen der Dichte und der Temperatur des Abgases.
Bei einem Schritt S104 wird die Menge der abgelagerten feinen Abgaspartikel berechnet (nachfolgend als „PM-Ablagerungsmenge" bezeichnet). Als die Formel zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge werden die folgenden Ausdrücke (2-1) und (2-2) in dem ROM gespeichert. Bei diesen Ausdrücken ist ML die Ablagerungsmenge, ΔP ist der Druckverlust und v ist die Strömungsgeschwindigkeit.
Bei dem Ausdruck (2-1) sind A1, B1, C1 sowie D1 Konstanten und bei dem Ausdruck (2-2) sind A2, B2, C2 sowie D2 Konstanten. ML = [ΔP – (A1μv + C1ρv2)]/(B1μv + D1ρv2) (2-1) ML = [ΔP – (A2μv + C2ρv2)]/(B2μv + D2ρv2) (2-2)
Nun werden Ausdrücke (2-1) und (2-2) beschrieben.
Die Erfinder haben die Beziehung zwischen der Ablagerung von feinen Abgaspartikeln an einem Partikelfilter und deren Wirkung auf die Strömung des Abgases erforscht und untersucht, und sie haben die folgende Beziehung herausgefunden. Bei dem Partikelfilter 32 wird die Beziehung durch die Modellgleichung, das heißt den Ausdruck (3) wiedergegeben, der zwischen dem Druckverlust ΔP und der Strömungsgeschwindigkeit v gilt. Die Koeffizienten M und N haben einen größeren Wert, wenn die PM-Ablagerungsmenge größer ist. ΔP = Mμv + Nρv2 (3)
Es wurde außerdem herausgefunden, dass sich der Druckverlust ΔP als eine lineare Funktion der PM-Ablagerungsmenge ML ändert. Wie dies in der 5 gezeigt ist, ändert sich die Steigung der Schwankung an einem Punkt (nachfolgend als der „Übergangspunkt" bezeichnet), bei dem die PM-Ablagerungsmenge ML einen bestimmten Wert annimmt (nachfolgend als die „Übergangspunktablagerungsmenge" bezeichnet).
Die Erfinder haben bestätigt, dass diese Schlußfolgerung auch aus einem theoretischen Modell für den Druckverlust des Partikelfilters 32 hergeleitet werden kann. Die 6A zeigt eine allgemeine Ansicht des Partikelfilters, während die 6B eine vergrößerte Ansicht des Partikelfilters 32 zeigt. Während der Zeitperiode, in der Abgas an dem Einlass 32a eingelassen wird und aus dem Auslass 32b austritt, wird ein Druckverlust durch die Reibung in dem Rohr und einer plötzlichen Vergrößerung oder Reduzierung des Pfadquerschnittsflächeninhaltes hervorgerufen, wenn das Gas durch die Membran des Hauptfilterkörpers hier hindurchtritt. Nun wird der Druckverlust ΔPi beschrieben.
Druckverlust durch Reibung in dem Pfad
Ein Ausdruck (4) gilt für den Druckverlust ΔPi, wobei λ ein Koeffizient ist, der den Verlustgrad wiedergibt, l ist die Länge des Pfades, d ist der Durchmesser des Pfades und g ist die Gravitationskonstante. ΔPi/(ρg) = λ(l/d) (v2/2g) (4)
Hierbei gilt λ = 64/Re, wobei Re die Reynoldszahl ist, Re = vd/r und r = μ/ρ für eine laminare Strömung. Daher kann der Ausdruck (4) zu einem Ausdruck (5) umgeschrieben werden, wobei a ein Koeffizient ist. ΔPi = αμv (5)
Druckverlust durch plötzliche Reduzierung des Pfadquerschnittsflächeninhaltes
Ein Ausdruck (6) gilt für den Druckverlust ΔPi, wobei ζ ein Koeffizient ist, der den Verlustgrad wiedergibt. ΔPi/(ρg) = ζ(v2/2g) (6)
Daher kann der Ausdruck (6) zu einem Ausdruck (7) umgeschrieben werden, wobei β ein Koeffizient ist. ΔPi = βpv2 (7)
Druckverlust durch plötzliche Reduzierung des Pfadquerschnittsflächeninhaltes
Ein Ausdruck (8) gilt für den Druckverlust ΔPi, wobei ζ ein Koeffizient ist, der den Verlustgrad wiedergibt. ΔPi/(ρg) = ζ(v2/2g) (8)
Daher kann der Ausdruck (8) zu einem Ausdruck (9) umgeschrieben werden, wobei ? ein Koeffizient ist. ΔPi = γρv2 (9)
Druckverlust durch Passieren einer Membran des Hauptfilterkörpers
Ein Ausdruck (10) gilt für den Druckverlust Δpi. Dieser ist als die „Ergun-Gleichung" bekannt. In diesem Ausdruck sind k1 und k2 Koeffizienten, ε ist die Porösität, S ist der Flächeninhalt/Volumen des porösen Elementes und L* ist die Dicke der Übertragungslage. ΔPig = ki[(1-ε) 2/ε3] S2L*μv + k2[(1-ε)/ε3]SL*ρv2 (10)
Der Ausdruck (10) ist sowohl für die Membran des Hauptfilterkörpers 4 (Differentialdruck ΔPiW) als auch der PM-Ablagerungslage (Differentialdruck ΔPiS) gültig, und daher kann er durch Ausdrücke (11-1) und (11-2) wiedergegeben werden, wobei L die Dicke der PM-Ablagerungslage ist. ΔPiW = δWμv + ηWρv2 (11-1) ΔPiS = (δSμv + ηSρv2)L (11-2)
Der durch den Differentialsensor 54 erfasste Druckverlust kann durch Addieren der Druckverluste ΔPi, ΔPiW und ΔPiS erhalten werden, und somit gilt der Ausdruck (3). Wenn sich die PM-Ablagerungsmenge vergrößert, dann wird die PM-Ablagerungslage dicker, und daher werden (für größere PM-Ablagerungsmengen) M und N größer. Es ist zu beachten, dass bei den Ausdrücken, die die Druckverluste ΔPi, ΔPiW und ΔPiS wiedergeben, die Terme der Strömungsgeschwindigkeit stromaufwärts und stromabwärts von dem Partikelfilter 32 ignoriert werden. Dies ist dadurch begründet, dass die Strömungsgeschwindigkeit verglichen mit der Strömungsgeschwindigkeit im Inneren des Partikelfilters 32 unbedeutend ist.
Wenn L aML gilt, dann gelten Ausdrücke (12-1) und (12-2). M = α + δw + δSL = α + δw + δSaML (12-1) M = β + δS + ηSL = β + δs + ηSaML (12-2)
Wenn die Ausdrücke (12-1) und (12-2) zu Ausdrücken (13-1) und (13-2) umgeschrieben werden, dann kann der Ausdruck (3) zu einem Ausdruck (14) umgeschrieben werden, wobei A, ?, C und D Konstanten sind. M = A + BML (13-1) N = C + DML (13-2) ΔP = (Aμv + Cρv2) + (Bμv + Dρv2) ML (14)
Der Ausdruck (14) kann zu einem Ausdruck (15) abgewandelt werden. ML = [ΔP – (Aμv + Cρv2)]/(Bμv + Dρv2) (15)
Hierbei wird beschrieben, in wie weit sich das Änderungsverhältnis des Verlustes ΔP vor und nach der Übergangspunkt Ablagerungsmenge gemäß der 5 ändert. Die
7A, 7B und 7C zeigen die Ablagerung von feinen Abgaspartikeln an der Membranoberfläche des Partikelhauptfilterkörpers 4. Die PM-Ablagerungsmenge vergrößert sich in der Reihenfolge von der 7A bis zur 7C.
Die 7A zeigt einen Partikelfilter 32, der entweder neu ist oder vollständig wiederhergestellt wurde, das heißt er wurde gereinigt, da er keine feinen Abgaspartikel aufweist. Der Druckverlust beim Hindurchtreten der feinen Abgaspartikel durch die Membran des Partikelhauptfilterkörpers 4 wird durch die Form des Partikelfilters 32 und dergleichen definiert.
Aus dem diesem Zustand, wie dieser in der 7B gezeigt ist, werden feine Abgaspartikel an der Oberfläche der Membran abgelagert und füllen die feinen Poren, wodurch der Druckverlust ansteigt. Jedoch strömt das Abgas zu den feinen Poren, wie dies durch den Pfeil gezeigt ist, und somit sind die gefüllten Poren eine Hauptursache für den Druckverlust.
Wenn die meisten feinen Poren gefüllt sind und die PM-Ablagerungslage an der gesamten Oberfläche ausgebildet ist, dann erhöht sich die Dicke der PM-Ablagerungslage gemäß der 7C. Hierbei ist die Verdickung der PM-Ablagerungslage, die die gesamte Membranoberfläche abdeckt, eine Hauptursache für den Druckverlust.
In dieser Art und Weise werden die Hauptursachen für den Druckverlust zwischen einem vorherigen Bereich (erster Bereich) und einem nachfolgenden Bereich (zweiter Bereich) – vor und nach dem Übergangspunkt – unterschieden, wobei die meisten feinen Poren gefüllt sind und eine PM-Ablagerungslage an der gesamten Oberfläche ausgebildet ist. Die feinen Poren ermöglichen eine behutsame Strömung, wenn sie nicht durch feine Abgaspartikel gefüllt sind. Wenn die Poren mit eingefangenen feinen Partikeln gefüllt sind, dann erhöht sich der Druckverlust plötzlich. Daher ist das Änderungsverhältnis des Druckverlustes bezüglich der PM- Ablagerungsmenge relativ groß, bevor die meisten der feinen Poren gefüllt sind, wie dies in der 5 gezeigt ist (gerade Linie 1). Währenddessen ist die Hauptursache für den Druckverlust das Verdicken der PM-Ablagerungslage, nachdem die meisten Poren gefüllt wurden, und das Änderungsverhältnis des Druckverlustes bezüglich der PM-Ablagerungsmenge wird geringer (gerade Linie 2).
Der Ausdruck (14) stellt in geeigneter Weise dar, wie sich der Druckverlust linear bezüglich der PM-Ablagerungsmenge ändert. Jedoch werden angesichts der unterschiedlichen Hauptursachen vor und nach dem Übergangspunkt zwei Werte jeweils für A, B, C und D betrachtet. Die resultierenden unterschiedlichen Ausdrücke können je nach Bedarf verwendet werden, so dass die PM-Ablagerungsmenge mit hoher Genauigkeit in einem breiten Bereich bestimmt werden kann. Die unterschiedlichen Ausdrücke sind Ausdrücke (2-1) und (2-2). A1, B1, C1 und D1 in dem Ausdruck (2-1) sind A, B, C und D, die an den ersten Bereich angepasst sind, während A2, B2, C2 und D2 in dem Ausdruck (2-2) A, B, C und D sind, die an den zweiten Bereich angepasst sind.
Bei dem Steuerungsfluss wird bestimmt, ob die abgelagerte Menge, die gemäß dem Ausdruck (2-1) berechnet wird, oberhalb eines Referenzwertes liegt oder nicht. Dann wird die Ablagerungsmenge gemäß dem Ausdruck (2-2) bei dem nächsten Schritt erneut berechnet, falls die Menge oberhalb des Referenzwertes liegt. Neben diesem Steuerungsfluss kann eine Bestimmung gemäß dem Ausdruck (2-2) der Berechnung gemäß dem Ausdruck (2-1) vorangehen.
Daten der Ablagerungsmenge an dem Übergangspunkt, das heißt der Referenzwert, wird aus Experimenten im voraus erhalten und gespeichert. Wenn eine Strömung durch einen Monolithträger 41 stromaufwärts eines Hauptfilterkörpers 40 ohne einen daran angebrachten Oxidationskatalysator vorgesehen wird, und zwar anders gesagt bei einem Aufbau mit einem Katalysator in einer vorangehenden Stufe, wie dies in der 8A gezeigt ist, ist noch eine Rohrreibung der Strömung durch den Monolithträger 41 vorhanden. Eine plötzliche Reduzierung des Querschnittsflächeninhaltes tritt an dem Einlass der Strömung durch den Monolithträger 41 auf, während eine plötzliche Erhöhung an dem Auslass auftritt. Ungeachtet des Aufbaus des Partikelfilters wird der Druckverlust ΔP in ähnlicher Weise durch die Ausdrücke (2-1), (2-2) und (14) wiedergegeben. Die 8B zeigt eine vergrößerte Ansicht der Strömung durch den Hauptfilterkörper 40 gemäß der 8A.
Bei einem Schritt S104 wird eine PM-Ablagerungsmenge ML gemäß dem Ausdruck (2-1) berechnet, der an den ersten Bereich angepasst ist. Bei einem Schritt S105 wird die berechnete PM-Ablagerungsmenge ML mit der PM-Ablagerungsmenge an dem Übergangspunkt verglichen, und es wird bestimmt, ob die PM-Ablagerungsmenge ML kleiner ist als die Übergangspunktablagerungsmenge.
Falls das Ergebnis der Bestimmung positiv ist, dann schreitet die Steuerung zu einem Schritt S106 weiter, bei dem bestimmt wird, ob die PM-Ablagerungsmenge ML ≥ der Referenzablagerungsmenge MLth ist oder nicht. Die Referenzablagerungsmenge MLth wird angesichts eines oberen Grenzwertes für die Ablagerungsmenge festgelegt, die das Wiederherstellen des Partikelfilters weiterhin ermöglicht, da der Kraftmaschinenstaudruck oder deren Abgabe nicht zu niedrig ist.
Falls das Ergebnis der Bestimmung bei dem Schritt S106 negativ ist, dann kehrt die Steuerung zu dem Schritt S101 zurück, und der Prozess nach dem Schritt S101 wird wiederholt.
Wenn mehr feine Abgaspartikel an dem Partikelfilter 32 abgelagert wurden, dann ist das Ergebnis der Bestimmung bei dem Schritt S105 negativ. Wenn das Ergebnis negativ ist, dann schreitet die Steuerung zu einem Schritt S108 weiter, und die PM-Ablagerungsmenge ML wird gemäß dem Ausdruck (2-2) berechnet, der an dem zweiten Bereich nach dem Übergangspunkt angepasst ist. In dieser Art und Weise kann die PM-Ablagerungsmenge noch genauer bestimmt werden.
Falls das Ergebnis der Bestimmung bei dem Schritt S106 positiv ist, dann schreitet die Steuerung zu einem Schritt S107 weiter, und der Partikelfilter 32 wird wiederhergestellt. Dies wird zum Beispiel durch eine Nacheinspritzung durchgeführt.
In dieser Art und Weise ist die bestimmte PM-Ablagerungsmenge bei der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der Erfindung noch genauer, so dass der Partikelfilter 32 in einem noch angemesseneren Zeitplan wiederhergestellt werden kann. Daher kann ein voreiliges Wiederherstellen verhindert werden, dass den Kraftstoffverbrauch verschlechtert. Währenddessen kann eine Verzögerung des Wiederherstellvorganges, die die Abgabe der Brennkraftmaschine absenkt, oder ein anormaler Anstieg der Temperatur des Partikelfilters 32 verhindert werden. Darüber hinaus ist die Datenmenge nicht so bedeutend wie bei der Abbildung, da die Ausdrücke (2-1) und (2-2) nur gespeichert werden müssen.
Ein anderer Steuerungsfluss ist in der 9 gezeigt, der durch die ECU 51 durchgeführt wird. Dieser wird während des Wiederherstellvorganges des Partikelfilters 32 durchgeführt, und er wird als Reaktion auf den Start des Wiederherstellvorganges gestartet. Schritte S201 bis S205 bilden einen Prozess, der die Einrichtung zum Erfassen irgendeiner Reduzierung der Ablagerungsmenge wiedergibt.
Beim Beginn wird ein Zählvorgang des Zeitgebers bei einem Schritt S201 gestartet, die PM-Ablagerungsmenge wird gemäß dem Ausdruck (2-2) bei einem Schritt S202 berechnet und der Wert wird als ein Vor- Übergangswert MLi bezeichnet. Bei einem Schritt S203 wird der Zählwert des Zeitgebers mit einer vorbestimmten Referenzzeit t0 verglichen, und es wird bestimmt, ob der Zählwert t die Referenzzeit t0 erreicht hat oder nicht. Falls das Ergebnis der Bestimmung positiv ist, das heißt falls die Referenzzeit verstrichen ist, dann schreitet die Steuerung zu einem Schritt S204 weiter.
Bei dem Schritt S204 wird die PM-Ablagerungsmenge gemäß dem Ausdruck (2-2) berechnet, und der Wert wird als ein Nach-Übergangswert MLf bezeichnet. Bei einem Schritt S205 wird die Differenz ΔML zwischen den PM-Ablagerungsmengen gemäß einem Ausdruck (16) berechnet. ΔML = MLi – MLf (16)
Bei einem Schritt S206, der ein Prozess ist, welcher die Einrichtung zum Bestimmen irgendeiner Verschlechterung des Katalysators wiedergibt, wird bestimmt, ob die Differenz ΔML kleiner ist als der Schwellwert ΔML0 oder nicht. Falls das Ergebnis der Bestimmung positiv ist, dann wird eine Warnleuchte 55 bei einem Schritt S207 eingeschaltet, und der Fluss endet. Falls das Ergebnis der Bestimmung bei dem Schritt S206 negativ ist, dann wird ein Schritt S207 übersprungen und der Fluss endet.
Die Differenz ΔML zwischen den PM-Ablagerungsmengen ist eine Reduzierung der PM-Ablagerungsmenge in der festen Zeitperiode t0, und sie gibt an, wie schnell der Wiederherstellungsvorgang fortschreitet. Dieses ist kleiner und langsamer, wenn der an dem Partikelhauptfilterkörper 4 getragene Katalysator weiter verschlechtert ist. Die Geschwindigkeit verringert sich allmählich in Folge einer Verschlechterung im Laufe der Zeit, zum Beispiel wenn sich die Wegstrecke erhöht, wie dies in der 10 gezeigt ist.
Der Schwellwert ΔML0 wird auf einen unteren Grenzwert für die Differenz ΔML festgelegt, bei dem der Katalysator als normal betrachtet werden kann (der dem Definitionswert der katalytischen Funktion gemäß der Figur entspricht), so dass irgendeine Anomalität des Katalysators verhindert werden kann oder die Betriebsperson in geeigneter Weise über den Zeitpunkt für einen Austausch benachrichtigt werden kann.
Es sollte klar sein, dass der Steuerungsfluss mit dem Start des Wiederherstellvorganges des Partikelfilters 32 durchgeführt wird, und dass der Wiederherstellungsvorgang dann gestartet wird, wenn die PM-Ablagerungsmenge die obere Grenze der Ablagerungsmenge MLth erreicht. Daher ist der Vor-Übergangswert MLi ungefähr gleich der oberen Grenze der Ablagerungsmenge MLth. Daher kann eine Reduzierung der PM-Ablagerungsmenge stets in dem gleichen Zustand angemessen erfasst werden, während der Zähler gestartet werden kann, wenn die PM-Ablagerungsmenge einmal einen vorbestimmten Wert erreicht. In diesem Fall kann die PM-Ablagerungsmenge, für die der Zähler gestartet wird, auf jenen Wert festgelegt werden, der um einen bestimmten Betrag kleiner ist als die obere Grenze der Ablagerungsmenge MLth. Die Messung kann dann stattfinden, wenn eine Verbrennung der PM-Ablagerungsmenge vollständig durchgeführt wird. In diesem Fall kann die PM-Ablagerungsmenge, für die der Zähler gestartet wird, in dem ersten Bereich sein. Es sollte klar sein, dass die Ausdrücke (2-1) und (2-2), die zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge verwendet werden, vor und hinter dem Übergangspunkt umgeschaltet werden.
Vielmehr kann der Zeitraum gezählt werden, in dem zwei vorbestimmte PM-Ablagerungsmengen erhalten werden, als dass die Änderung der PM-Ablagerungsmenge nach dem Referenzzeitpunkt t0 erfasst wird. Wenn die verstrichene Zeit größer ist als die Referenzzeit, dann kann bestimmt werden, dass sich der Oxidationskatalysator verschlechtert hat.
Es sollte gemäß dem Ausführungsbeispiel klar sein, dass die PM-Ablagerungsmenge auf der Grundlage der Viskosität μ und der Dichte ? berechnet wird, die auf der Grundlage des Druckverlustes ΔP berechnet werden, der Volumendurchsatzrate V, der DPF-Einlasstemperatur und der DPF-Auslasstemperatur. Das Erfordernis eines Wiederherstellvorganges wird auf der Grundlage des Wertes der PM-Ablagerungsmenge bestimmt. Währenddessen kann ein beliebiges Verfahren unter Verwendung des Ausdruckes (3) angewendet werden. Zum Beispiel sind M und N auf jene Werte festgelegt, die der Referenz-PM-Ablagerungsmenge entsprechen, die den Wiederherstellungsvorgang erfordern, um so ΔP(v, μ, ?) = Mμv + Nρv² zu berechnen. Dann wird bestimmt, ob eine Bestimmungsformel ΔP ≥ ΔP(v, μ, ?) gilt oder nicht. Falls der Wiederherstellungsvorgang nicht erforderlich ist, dann gilt ΔP < ΔP(v, μ, ?), und die Formel gilt nicht. Wenn der Wiederherstellungsvorgang erforderlich ist, dann gilt die Formel ΔP ≥ ΔP (v, μ, ρ).
Gemäß dem Ausführungsbeispiel werden μ und ? auf der Grundlage der DPF-Einlasstemperatur und der DPF-Auslasstemperatur berechnet, die durch die beiden Temperatursensoren erfasst werden, obwohl die Berechnung lediglich auf der Temperatur von einem der Temperatursensoren beruhen kann. In diesem Fall kann eine Temperatur, die durch Addieren/Subtrahieren einer vorgeschriebenen Offset-Temperatur zu/von der erfassten Temperatur erzeugt wird, als die DPF-Temperatur festgelegt werden. Alternativ können die Viskosität μ und/oder die Dichte ? ein fester Wert sein. Es sollte klar sein, dass der Wert, der weniger von der PM-Ablagerungsmenge abhängt, als ein fester Wert festgelegt wird, wenn einer der Werte festgelegt ist.
Die Erhöhung der Volumendurchsatzrate durch die Kraftstoffeinspritzung wird bei dem Ausdruck (1) berücksichtigt, aber in Abhängigkeit von der geforderten Spezifikation kann der erste Term des Ausdruckes (1) die Volumendurchsatzrate des Abgases sein. Die Strömungsgeschwindigkeit kann vielmehr direkt durch einen Strömungsgeschwindigkeitserfassungssensor erfasst werden, der in dem Abgaspfad 3 vorgesehen ist, als dass die Volumendurchsatzrate des Abgases unter Verwendung der Einlassluftmenge berechnet wird, die durch die Luftdurchsatzmessvorrichtung 52 erfasst wird.
Die Beschreibung der Erfindung dient lediglich der Darstellung, und somit sind Änderungen, die den Umfang der Erfindung nicht verlassen, innerhalb des Umfanges der Erfindung. Derartige Änderungen verlassen nicht den Umfang der Erfindung, der in den Ansprüchen definiert ist.
Der Wiederherstellungszeitplan für einen Dieselpartikelfilter (DPF) kann in einfacher Weise und genau bestimmt werden. Es ist ein Differentialdrucksensor vorgesehen, der einen Differentialdruck ΔP des DPF erfasst, und eine Luftdurchsatzmessvorrichtung, die die Strömungsgeschwindigkeit v in einem Abgaspfad erfasst. Eine ECU berechnet die Menge der abgelagerten feinen Abgaspartikel ML gemäß: ML = [ΔP – (Aμv + Cρv2)]/Bμv + Dρv2)
Der Wiederherstellungsvorgang des Filters wird gemäß einer Bestimmungsformel bestimmt, die zum Vergleichen der berechneten Ablagerungsmenge ML mit einer Referenzmenge verwendet wird. In dieser Art und Weise kann die Ablagerungsmenge genau erhalten werden, ohne dass eine Abbildung verwendet wird.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter, der in einem Abgaspfad zum Einfangen von feinen Abgaspartikeln vorgesehen ist, mit: einer Differentialdruckerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Differentialdruckes zwischen einem Druck an einer Einlassseite und einem Druck an einer Auslassseite des Partikelfilters; einer Strömungsgeschwindigkeitserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Strömungsgeschwindigkeit eines durch den Partikelfilter strömenden Abgases; und einer Wiederherstellungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob der Partikelfilter wiederhergestellt werden soll oder nicht, und zwar gemäß einer Bestimmungsformel, die einen Wert einer Ablagerungsmenge von feinen Abgaspartikeln an dem Partikelfilter auf der Grundlage des erfassten Differentialdruckes und der erfassten Strömungsgeschwindigkeit bestimmt, wobei die Bestimmungsformel zu folgender Formel äquivalent ist: ΔP ≥ Mμv + Nρv², wobei ΔP der Differentialdruck ist, v die Strömungsgeschwindigkeit ist, μ eine Viskosität des Abgases ist, das in dem Partikelfilter verteilt ist, ? eine Dichte des Abgases ist und M sowie N Konstanten sind, und der Partikelfilter dann wiederhergestellt werden darf, wenn die Bestimmungsformel erfüllt ist.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Wiederherstellungsbestimmungseinrichtung die Berechnung der Ablagerungsmenge durch folgende Bestimmungsformel ermöglicht: ML = [ΔP – (Aμv + Cρv²)]/(Bμv + Dρv²), wobei ML eine Ablagerungsmenge ist und A, B, C sowie D Konstanten sind, und die Bestimmungsformel zum Vergleichen des berechneten Ablagerungsmengenwertes mit einer vorbestimmten Ablagerungsmenge verwendet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Wiederherstellungsbestimmungseinrichtung eine erste Berechnungsformel und eine zweite Berechnungsformel für die Ablagerungsmenge mit unterschiedlichen Werten der Konstanten A, B, C sowie D speichert, wobei die erste Berechnungsformel an eine Ablagerungsmenge in einem Bereich angepasst ist, der kleiner ist als ein vorbestimmter Referenzwert, während die zweite Berechnungsformel an eine Ablagerungsmenge innerhalb eines Bereiches angepasst ist, der gleich oder größer als der Referenzwert ist, und wenn die Ablagerungsmenge, die gemäß einer der Berechnungsformeln berechnet ist, außerhalb des Bereiches der Ablagerungsmenge ist, an den die Berechnungsformel angepasst ist, dann wird die Ablagerungsmenge gemäß der anderen Berechnungsformel erneut berechnet.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der Partikelfilter einen Oxidationskatalysator zum Oxidieren und Verbrennen der daran abgelagerten feinen Abgaspartikel aufweist, wobei die Vorrichtung des weiteren folgendes aufweist: eine Einrichtung zum Erfassen einer Reduzierung der berechneten Ablagerungsmenge während des Wiederherstellvorganges des Partikelfilters; und eine Katalysatorverschlechterungsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, dass sich der Oxidationskatalysator weiter verschlechtert hat, wenn sich die berechnete Ablagerungsmenge langsamer reduziert.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, des weiteren mit: einer Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Abgases, das durch den Partikelfilter strömt, wobei die Wiederherstellungsbestimmungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Viskosität μ auf der Grundlage der erfassten Temperatur gemäß einer im voraus gespeicherten Beziehung zwischen der Viskosität und der Temperatur des Abgases zu erhalten.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, des weiteren mit: einer Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Temperatur des Abgases, das durch den Partikelfilter strömt, wobei die Wiederherstellungsbestimmungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die Dichte ? auf der Grundlage der erfassten Temperatur gemäß einer im voraus gespeicherten Beziehung zwischen der Dichte und der Temperatur des Abgases zu erhalten.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Strömungsgeschwindigkeitserfassungseinrichtung folgendes aufweist: eine Einlassluftmengenerfassungseinrichtung zum Erfassen einer in die Brennkraftmaschine eingelassenen Luftmenge; und eine Korrektureinrichtung zum Addieren einer durch die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffes hervorgerufenen Volumenerhöhung zu der Einlassluftmenge, um dadurch eine Volumendurchsatzrate des Abgases zu erzeugen, die durch den Partikelfilter hindurch strömt, wobei die Volumendurchsatzrate zu einer Strömungsgeschwindigkeit umgewandelt wird.