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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Abgasreinigungssystem für
eine Brennkraftmaschine, und insbesondere ein Verfahren zum Regenerieren
eines Partikelfilters.
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In der Vergangenheit wurde eine Verbesserung
der Abgasemission einer Brennkraftmaschine erforderlich, die an
einem Fahrzeug oder ähnlichem montiert
ist. Insbesondere sollten Abgaspartikelstoffe, wie zum Beispiel
Russ oder eine lösliche
organische Fraktion, die in dem Abgas enthalten sind, das von einem
Dieselverbrennungsmotor der Verdichtungszündungsbauart beziehungsweise
Selbstzünderbauart
ausgestoßen
wird, der mit Dieselöl
läuft, ebenso
wie Kohlenstoffoxid, Kohlenwasserstoff und Stickstoffoxid entfernt
werden. Daher ist ein Partikelfilter, der aus einem porösen Material
besteht, in einem Abgasdurchgang des Dieselverbrennungsmotors zum
Sammeln der in dem Abgas enthaltenen Abgaspartikelstoffe angeordnet.
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Wenn das Abgas durch poröse Filterwände des
Partikelfilters hindurchtritt, werden die Partikelstoffe, die in
dem Abgas enthalten sind, an Flächen oder
Poren der Filterwände
gefiltert. Wenn eine übermäßige Menge
der Partikelstoffe gesammelt ist, kann sich ein Strömungswiderstand
an dem Partikelfilter erhöhen.
Als Folge kann ein Gegendruck des Verbrennungsmotors erhöht werden
und kann die Verbrennungsmotorabgabe verringert werden. Daher sollte
die Fähigkeit
des Partikelfilters, die Abgaspartikelstoffe zu sammeln, durch Regenerieren
des Partikelfilters wiederhergestellt werden. Der Partikelfilter wird
durch Beseitigen der gesammelten Abgaspartikelstoffe regeneriert.
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Ein Partikelfilter mit einem Oxidationskatalysator,
wie zum Beispiel Platin, an selbigem kann während des Betriebs des Verbrennungsmotors
unter der Verwendung einer Oxidationswirkung des Oxidationskatalysators
regeneriert werden. Beispielsweise wird eine Nacheinspritzung zum
Einspritzen von Kraftstoff bei einem Expansionshub des Verbrennungsmotors
bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung zum Bereitstellen des Kraftstoffs
für den
Partikelfilter durchgeführt
werden. Die Temperatur des Oxidationskatalysators wird unter Verwendung
von Wärme
erhöht,
die durch Verbrennen des Kraftstoff erzeugt wird. Somit werden die
gesammelten Partikelstoffe beseitigt. Anderenfalls wird die Zeitabstimmung
der normalen Kraftstoffeinspritzung verzögert, um die Effizienz des
Verbrennungsmotors zu verringern. Somit wird Abwärme, die nicht in Bewegungsenergie
umgewandelt wird, vermehrt und wird die Temperatur des Oxidationskatalysators
unter der Verwendung der Abwärme
erhöht.
Somit werden die Partikelstoffe, die sich an dem Partikelfilter
ablagern, verbrannt und beseitigt.
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Bei einem in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift
Nr. H11-13455 (erstes Beispiel) offenbarten Verfahren wird eine
Menge der Abgaspartikelstoffe, die bei einem Brennkraftmaschinenhauptkörper erzeugt
werden, auf der Grundlage einer gemessenen Verbrennungsmotordrehzahl
und einer Durchflussrate des Kraftstoffs berechnet. Dann wird eine
Menge der durch den Partikelfilter gesammelten Abgaspartikelstoffe
durch Integrieren der Menge der bei dem Verbrennungsmotor erzeugten Partikelstoffe
geschätzt.
Bei diesem Verfahren wird eine Abbildung beziehungsweise ein Kennfeld "verwendet, das die
Verbrennungsmotordrehzahl und die Kraftstoffdurchflussrate mit der
Menge der erzeugten Abgaspartikelstoffe verknüpft. Daten in dem Kennfeld
werden durch Berechnen einer Erzeugungsmenge der Abgaspartikelstoffe
auf der Grundlage von verschiedenen Drehzahlen und Durchflussraten
des Kraftstoffs über
Fixpunktversuche und ähnliches
erhalten.
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Jedoch muss zum genauen Messen der Menge
der gesammelten Partikelstoffe eine Genauigkeit des Kennfelds durch
feines Aufteilen der Verbrennungsmotordrehzahl und der Durchflussrate
des Kraftstoffs verbessert werden. Da die Daten des Kennfelds bei
einem durchgehenden Betriebszustand erhalten werden, wird ein Fehler
erzeugt, wenn das Kennfeld in einem Übergangszustand verwendet wird.
Der Übergangszustand
wird viele Male gebildet, bis die Menge der gesammelten Partikelstoffe
sich bis auf ein Niveau erhöht,
bei dem die Regeneration des Partikelfilters erforderlich ist. Daher
werden Fehler akkumuliert und kann die Zeitabstimmung der Regeneration
fehlerhaft werden.
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Bei einem anderen in der japanischen
ungeprüften
Patentoffenlegungsschrift Nr. H07-332065 (zweites Beispiel) offenbarten
Verfahren wird eine Zeitabstimmung zum Starten der Regeneration
des Partikelfilters auf der Grundlage einer Druckdifferenz zwischen
einem Einlass und einem Auslass des Partikelfilters ermittelt. Der
Strömungswiderstand
an dem Partikelfilter erhöht
sich, wenn sich die Menge der gesammelten Partikelstoffe erhöht. Die
Druckdifferenz erhöht
sich, wenn sich der Strömungswiderstand
erhöht.
Daher wird ermittelt, dass die Regeneration bei der Zeitabstimmung
gestartet werden sollte, wenn die Druckdifferenz einen vorbestimmten Wert übersteigt.
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Jedoch ist die Druckdifferenz klein,
wenn die Durchflussrate des Abgases klein ist, das durch den Partikelfilter
hindurchtritt. Daher kann die Sammelmenge der Partikelstoffe mit
einer geeigneten Genauigkeit notwendigerweise gemessen werden. Darüber hinaus
kann eine durchgehende Druckdifferenz in dem Übergangszustand nicht erhalten
werden. Als Folge kann die Messungsgenauigkeit verschlechtert werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Abgasreinigungssystem für
eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das in der Lage ist, eine Zeitabstimmung
zum Regenerieren eines Partikelfilters geeignet zu ermitteln.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung hat eine Brennkraftmaschine einen Partikelfilter, der
in einem Abgasrohr zum Sammeln von Partikelstoffen angeordnet ist,
die in dem Abgas enthalten sind, das von Zylindern eines Verbrennungsmotorhauptkörpers ausgestossen
wird, und der bei einer vorbestimmten Zeitabstimmung durch Beseitigen
der gesammelten Partikelstoffe regeneriert wird. Ein Abgasreinigungssystem
des Verbrennungsmotors hat eine Durchtrittszustandserfassungseinrichtung,
eine Betriebszustandserfassungseinrichtung, eine Messungsgenauigkeitsermittlungswertberechnungseinrichtung,
eine Messungsgenauigkeitsermittlungseinrichtung, eine erste Sammelmengenberechnungseinrichtung,
eine Sammelmengeninkrementwertberechnungseinrichtung, eine zweite
Sammelmengenberechnungseinrichtung, eine Regenerationsermittlungseinrichtung
und eine Regenerationsdurchführungseinrichtung.
Die Durchtrittszustandserfassungseinrichtung erfasst einen Durchtrittszustand
des Abgases durch den Partikelfilter. Die Betriebszustandserfassungseinrichtung
erfasst einen Betriebszustand des Verbrennungsmotorhauptkörpers. Die
Messungsgenauigkeitsermittlungswertberechnungseinrichtung berechnet
einen Messungsgenauigkeitsermittlungswert auf der Grundlage des
erfassten Betriebszustands oder des erfassten Durchtrittszustands.
Die Messungsgenauigkeitsermittlungseinrichtung ermittelt, ob die
Messungsgenauigkeit einer Sammelmenge der gesammelten Partikelstoffe
höher als
eine Grenzwertmessungsgenauigkeit ist oder nicht, durch Vergleichen des
Messungsgenauigkeitsermittlungswerts mit einem vorbestimmten Wert.
Die erste Sammelmengenberechnungseinrichtung berechnet die Sammelmenge
auf der Grundlage des erfassten Durchtrittszustands des Abgases,
wenn ermittelt wird, dass die Messungsgenauigkeit höher als
die Grenzwertmessungsgenauigkeit ist. Sammelmengeninkrementwertberechnungseinrichtung
berechnet eine Ausstoßmenge
pro Zeiteinheit der Partikelstoffe, die von dem Verbrennungsmotorhauptkörper ausgestoßen werden,
auf der Grundlage des erfassten Betriebszustands des Verbrennungsmotorhauptkörpers. Die Sammelmengeninkrementwertberechnungseinrichtung
berechnet ebenso einen Sammelmengeninkrementwert pro Zeiteinheit
von der berechneten Ausstoßmenge
pro Zeiteinheit, wenn ermittelt wird, dass die Messungsgenauigkeit
niedriger als die Grenzwertmessungsgenauigkeit ist. Die zweite Sammelmengenberechnungseinrichtung
berechnet die Sammelmenge durch Addieren des Sammelmengeninkrementwerts
zu der vorhergehenden Sammelmenge, wenn ermittelt wird, dass die
Messungsgenauigkeit niedriger als die Grenzwertmessungsgenauigkeit ist.
Die Regenerationsermittlungseinrichtung ermittelt, ob die Sammelmenge,
die durch die erste oder die zweite Sammelmengenberechnungseinrichtung berechnet
ist, größer als
eine Grenzwertsammelmenge ist oder nicht. Die Regenerationsdurchführungseinrichtung
führt die
Regeneration des Partikelfilters durch, wenn ermittelt wird, dass
die Sammelmenge größer als
die Grenzwertsammelmenge ist.
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Wenn der Verbrennungsmotor sich in
einem durchgehenden Betriebszustand befindet und die Messungsgenauigkeit
hoch ist, wird die Sammelmenge der Partikelstoffe auf der Grundlage
des Durchtrittszustands des Abgases bei dem Partikelfilter berechnet.
Wenn der Betriebszustand ein Übergangszustand
wird und sich die Messungsgenauigkeit verringert, wird die Sammelmenge
zu der Zeit durch Akkumulieren der Sammelmengeninkrementwerte mit
einem Basisanteil beziehungsweise Basisabschnitt berechnet. Der
Basisanteil ist die Sammelmenge, die auf der Grundlage des Durchtrittszustands
des Abgases berechnet wird, während
die Messungsgenauigkeit hoch ist. Der Sammelmengeninkrementwert
wird auf der Grundlage einer Menge der ausgestoßenen Partikelstoffe berechnet,
die von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotorhauptkörpers geschätzt wird.
Daher ist der größte Teil des
Messfehlers der Sammelmenge in den akkumulierten Sammelmengeninkrementwerten
enthalten, die nach der letzten Berechnung der Sammelmenge auf der
Grundlage des Durchtrittszustandes des Abgases berechnet werden.
Daher akkumulieren sich die Gesamtfehler der Sammelmengeninkrementwerte
anders als bei dem ersten Beispiel des Stands der Technik nicht,
seit das System zum ersten Mal verwendet wurde. Bei dem ersten Beispiel
werden sich die Gesamtfehler der Sammelmengeninkrementwerte akkumulieren,
da die vorliegende Sammelmenge durch Akkumulieren der Sammelmengeninkrementwerte
seit der ersten Verwendung des Systems (oder seit der letzten Regeneration
des Systems) berechnet wird.
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Der Basisanteil der Sammelmenge ist
die Sammelmenge, die vorhergehend auf der Grundlage des Durchtrittszustands
des Abgases an dem Partikelfilter berechnet ist, wenn der Verbrennungsmotor sich
in dem durchgehenden Betriebszustand befindet und die Messungsgenauigkeit
hoch ist. Daher kann eine Erzeugung eines großen Fehlers ungeachtet der
Betriebsbedingung des Verbrennungsmotorhauptkörpers anders als bei dem zweiten
Beispiel des Stands der Technik verhindert werden. In dem zweiten
Beispiel kann ein großer
Fehler in einigen Betriebsbedingungen erzeugt werden, da die vorliegende
Sammelmenge auf der Grundlage des Durchtrittszustandes des Abgases
an dem Partikelfilter zu der Zeit berechnet wird, wenn die vorliegende
Sammelmenge berechnet wird.
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Merkmal und Vorteile der Ausführungsbeispiele
werden ebenso wie Verfahren zum Betrieb und die Funktion von zugehörigen Teilen
aus einem Studium der folgenden genauen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und
den Zeichnungen erkennbar, die alle einen Teil dieser Anmeldung
bilden.
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1 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Brennkraftmaschine mit einem
Abgasreinigungssystem gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, die eine durch eine elektronische Steuerungseinheit
des Verbrennungsmotors durchgeführte
Regelung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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3 ist
eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Sammelmenge der
Partikelstoffe, einer Abgasdurchflussrate und einer Druckdifferenz zeigt;
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4 ist
eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Rauchkonzentration
und einer Partikelstoffkonzentration zeigt;
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5 ist
ein Zeitablauf, der Inhalte der Regelung, die durch die elektronische
Steuerungseinheit durchgeführt
wird, gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zeigt; und
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6 ist
ein schematisches Diagramm, das eine Brennkraftmaschine mit einem
Abgasreinigungssys.tem gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Dieselverbrennungsmotor mit
einem Abgasreinigungssystem gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
dargestellt. Ein Verbrennungsmotorhauptkörper 1 ist mit einem
Einlassdurchgang 2, durch den Einlassluft hindurchtritt,
und mit einem Abgasdurchgang 3 verbunden, durch den Abgas
hindurchtritt. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 4 ist in
dem Abgasdurchgang 3 angeordnet. Ein Filterhauptkörper des
DPF 4 besteht aus Waben von porösen Keramiken, wie zum Beispiel Kordierit,
oder Siliziumkarbid. Ein Einlass oder ein Auslass von jedem Durchgang
des Wabenkörpers
ist verschlossen beziehungsweise blockiert. Das von den jeweiligen
Zylindern des Verbrennungsmotorhauptkörpers 1 ausgestoßene Abgas
tritt in den DPF 4.durch einen Einlass 4a des
DPF 4 ein und tritt durch poröse Filterwände, strömt dann stromabwärts durch
einen Auslass 4b des DPF 4. Dabei werden Abgaspartikelstoffe,
die in dem Abgas enthalten sind, durch den
DPF 4 gesammelt und lagern sich an dem DPF 4 ab.
Ein Oxidationskatalysator, dessen Hauptkomponente ein Edelmetall
ist, wie zum Beispiel Platin oder Palladium, ist an einer Fläche des
Filterhauptkörpers
des DPF 4 gestützt.
Somit werden die Partikelstoffe durch eine Oxidation und eine Verbrennung
unter vorbestimmten Temperaturbedingungen beseitigt.
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Eine elektronische Steuerungseinheit
(ECU) 51 zum Steuern verschiedener Teile des Verbrennungsmotorhauptkörpers 1,
wie zum Beispiel der Einspritzeinrichtungen, ist vorgesehen. Die
ECU 51 hat einen allgemeinen Aufbau, der hauptsächlich einen
Mikrocomputer aufweist.
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Die ECU 51 nimmt verschiedene
Signale auf, die einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors angeben.
Beispielsweise nimmt die ECU 51 Signale von Temperatursensoren 52a, 52b als
Einrichtung zum Messen einer Temperatur des Abgases auf. Die Temperatursensoren 52a, 52b sind
so angeordnet, dass sie in eine Durchgangswand des Abgasdurchgangs 3 eindringen.
Der Temperatursensor 52a ist gerade stromaufwärts von
dem DPF 4 angeordnet und der Temperatursensor 52b ist
gerade stromabwärts
von dem DPF 4 angeordnet. Der stromaufwärtige Temperatursensor 52a misst
eine DPF-Einlasstemperatur oder die Temperatur des hindurchtretenden
Abgases an dem Einlass 4a des DPF 4. Der stromabwärtige Temperatursensor 52b misst
eine DPF-Auslasstemperatur,
die Temperatur des hindurchtretenden Abgases an dem Auslass 4b des DPF 4.
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Die ECU 51 berechnet eine
DPF-Temperatur T aus der DPF-Einlasstemperatur
und der DPF-Auslasstemperatur. Die DPF-Temperatur T stellt die Temperatur des
DPF 4 dar und wird mit der Temperatur des Filterhauptkörpers und
des an dem Filterhauptkörper
gestützten
Oxidationskatalysators koreliert beziehungsweise in Verbindung gebracht.
Die DPF-Temperatur T ist ein Durchschnittswert der DPF-Auslasstemperatur
und eines Ausgangswerts, der durch Anwenden einer Filterberechnung
einer Verzögerung
erster Ordnung auf die DPF-Einlasstemperatur vorgesehen wird. Auf
die DPF-Einlasstemperatur wird die Filterberechnung der Verzögerung erster
Ordnung zum Beseitigen einer Schwankungswirkung angewendet, die
von einem Ausstoßzustand
des Abgases aus dem Verbrennungsmotorhauptkörper 1 abhängt. In
Abhängigkeit
von erforderlichen Spezifikationen kann die DPF-Temperatur T einfach
ein Durchschnittswert oder ein gewichteter Durchschnitt der DPF-Einlasstemperatur
und der DPF-Auslasstemperatur sein. Jede Temperatur kann als die
Temperatur T eingesetzt werden, wenn sie die Temperatur des DPF 4 darstellt.
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Ein erster Abzweigdurchgang 31a und
ein zweiter Abzweigdurchgang 31b sind mit dem Abgasdurchgang 3 verbunden.
Der erste Abzweigdurchgang 31a zweigt von dem Abgasdurchgang 3 an
einem Abschnitt gerade stromaufwärts
von dem DPF 4 ab. Der zweite Abzweigdurchgang 31b zweigt
von dem Abgasdurchgang 3 an einem Abschnitt gerade stromabwärts von
dem DPF 4 ab. Ein Druckdifferenzsensor 53, der
zwischen dem ersten und dem zweiten Abzweigdurchgang 31a, 31b angeordnet
ist, misst die Druckdifferenz zwischen dem Einlass 4a und
dem Auslass 4b des DPF 4. Die Druckdifferenz ist
ein Abgasdruck, der sich erhöht,
wenn sich ein Druckverlust an dem DPF 4 erhöht. Der
Druckverlust erhöht
sich, wenn sich die an dem DPF 4 gesammelte Menge der Partikelstoffe
(PM-Sammelmenge) erhöht.
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Ein Luftdurchflussmessgerät 54 ist
in dem Einlassdurchgang 2 zum Messen der Durchflussrate der
Einlassluft angeordnet (Einlassluftdurchflussrate). Eine Beschleunigerposition
wird auf der Grundlage eines Abgabesignals gemessen, das von einem Beschleunigerpositionssensor 55 abgegeben
wird. Eine Verbrennungsmotordrehzahl wird auf der Grundlage eines
von einem Kurbelwinkelsensor 56 abgegebenen Abgabesignals
gemessen.
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Als nächstes wird eine Regenerationssteuerung
des DPF 4, die durch die ECU 51 durchgeführt wird,
auf der Grundlage eines in 2 gezeigten
Ablaufdiagramms erklärt.
Das Ablaufdiagramm in Fig. 2 ist
ein Programm, das bei einem vorbestimmten Intervall mit einer Zeitgeberunterbrechung
gestartet wird. Zunächst
werden in Schritt S101 die Einlassluftdurchflussrate GA (Gewichtsdurchflussrate),
die DPF-Temperatur T, die Druckdifferenz P und die Beschleunigerposition α eingegeben.
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Dann wird in Schritt S102 die Abgasdurchflussrate
Vex auf der Grundlage der Einlassluftdurchflussrate GA, der DPF-Temperatur
T und der Druckdifferenz P berechnet. Somit wird die Einlassluftdurchflussrate
GA in der Gewichtsdurchflussrate in eine Volumendurchflussrate auf
der Grundlage der DPF-Temperatur T und der Druckdifferenz P umgewandelt.
Unterdessen wird eine Beschleunigerpositionsänderungsrate α' oder eine Rate einer Änderung der
Beschleunigerposition α in
Schritt S102 berechnet. Die Beschleunigeränderungsrate α' ist eine Differenz
zwischen der vorliegenden Beschleunigerposition α und der vorhergehenden Beschleunigerposition α als Beispiel.
Die Beschleunigerpositionsänderungsrate α' wird positiv, wenn
das Fahrzeug beschleunigt wird, und wird negativ, wenn das Fahrzeug verzögert wird.
In dem Ausführungsbeispiel
wird nur die Skala der Beschleunigerpositionsänderungsrate α' verwendet.
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Dann wird in Schritt S103 ermittelt,
ob die Abgasdurchflussrate Vex größer als ein vorbestimmter Wert
Vex0 ist oder nicht. Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt
S103 in „JA" ist, schreitet der Vorgang
zu Schritt S104 weiter. In Schritt S104 wird ermittelt, ob die Beschleunigerpositionsänderungsrate α' geringer als ein
vorbestimmter Wert α'0 ist oder nicht.
Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt S104 „JA" ist, schreitet der
Vorgang zu Schritt S105 weiter.
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In Schritt S105 wird die PM-Sammelmenge m
auf der Grundlage der Abgasdurchflussrate Vex und der Druckdifferenz
P berechnet. Dann schreitet der Vorgang zu Schritt S111 weiter.
Die PM-Sammelmenge
m wird auf der Grundlage eines Kennfelds berechnet, das in einem
ROM der ECU 51 gespeichert ist. Das Kennfeld ist in 3 gezeigt. Jede durchgezogene
Linie in 3 zeigt eine
Beziehung zwischen der Abgasdurchflussrate Vex und der Temperaturdifferenz
P, die eine identische PM-Sammelmenge m vorsieht. Wenn die PM-Sammelmenge
m identisch beziehungsweise gleichbleibend ist, verringert sich die
Druckdifferenz P, wenn sich die Abgasdurchflussrate Vex verringert,
wie in 3 gezeigt ist.
Daten in dem Kennfeld werden im voraus durch Experimente und ähnliches
erhalten. In 3 erhöht sich
die PM-Sammelmenge m in eine Richtung, die durch einen Pfeil „a" gezeigt ist, und
verringert sich in eine Richtung, die durch einen weiteren Pfeil „b" gezeigt ist.
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Wenn die Ermittlung in Schritt S103
oder in Schritt S104 negativ festgestellt wird, schreitet der Vorgang
zu Schritt S111 nach dem Durchführen
der Schritte von S106 bis S110 weiter. Genauer gesagt wird der Schritt
S105 nur dann durchgeführt,
wenn die Abgasdurchflussrate Vex größer als der vorbestimmte Wert
Vex0 ist und die Beschleunigerpositionsänderungsrate α' geringer als der
vorbestimmte Wert α' ist.
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Wenn die Abgasdurchflussrate Vex
klein ist, wird eine geeignete Druckdifferenz an dem DPF 4 nicht
erzeugt. Für
einen derartigen Fall wird ein Messfehler der PM-Sammelmenge vergrößert, wenn die
PM-Sammelmenge m auf der Grundlage der Druckdifferenz P und der
Abgasdurchflussrate Vex im Schritt S105 berechnet wird. In einem Übergangszustand,
in dem die Beschleunigerposition a sich in hohem Maße ändert, wird
die Abgasdurchflussrate Vex und die Druckdifferenz P unstabil. Daher
wird der Messfehler der PM-Sammelmenge
m vergrößert, wenn
sich die Beschleunigerpositionsänderungsrate α' erhöht, wenn
die PM-Sammelmenge
m in Schritt S105 berechnet wird. Die Messungsgenauigkeit der PM-Sammelmenge
m kann so ermittelt werden, dass sie geeignet ist, wenn die Ermittlungen
in Schritt S103 und S104 zustimmend ermittelt werden. Dagegen wird
ermittelt, dass die Messungsgenauigkeit der PM-Sammelmenge m unzureichend
ist, wenn zumindest eine der Ermittlungen in "Schritt S103 und in Schritt S104 negativ
ermittelt wird. Somit wird nur dann, wenn die Messungsgenauigkeit
der PM-Sammelmenge m geeignet ist, Schritt S105 durchgeführt.
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Andererseits werden die Schritte
von Schritt S106 bis zu Schritt S110 zum Berechnen der PM-Sammelmenge
m durchgeführt,
wenn die PM-Sammelmenge m nicht mit der geeigneten Genauigkeit in
Schritt S105 berechnet werden kann, da die Abgasdurchflussrate Vex
klein ist oder die Beschleunigeränderungsrate α' groß ist. In
Schritt S106 wird ermittelt, ob eine Kraftstoffeinspritzmenge Q,
die eine Zustandsgröße ist,
die den Betriebszustand anzeigt, eine Rauchschutzeinspritzmenge
QG erreicht hat oder nicht. Die Rauchschutzeinspritzmenge QG ist
ein Maximalwert einer zulässigen
Kraftstoffeinspritzmenge zum Beschränken einer Konzentration von
Rauch, der von dem Verbrennungsmotorkörper 1 ausgestoßen wird,
unterhalb einer vorbestimmten Schutzkonzentration SG. Die Rauchschutzkraftstoffeinspritzmenge
QG wird für
jeden Betriebszustand ermittelt, wie zum Beispiel die Verbrennungsmotordrehzahl
oder das Ausgangsdrehmoment. Wenn die Ermittlung in Schritt S106
zustimmend ermittelt wird, schreitet der Vorgang zu Schritt S107
weiter. In Schritt S107 wird die Ausstoßmenge „me" der Abgaspartikelstoffe, die von dem
Verbrennungsmotorhauptkörper 1 pro
Zeiteinheit ausgestoßen
wird, berechnet. Die Einheitszeit ist das Zeitintervall zum Starten
des in 2 gezeigten Regelungsablaufs. Dann
schreitet der Vorgang zu Schritt S109 weiter. Wenn die Ermittlung
in Schritt S106 negativ ermittelt wird, wird die Ausstoßmenge „me" in Schritt S108
berechnet und schreitet dann der Vorgang zu Schritt S109 weiter.
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Die Ausstoßmenge „me" wird in Schritt S107 oder in Schritt
S108 wie folgt berechnet. Bei der Berechnung der Ausstoßmenge „me" wird eine Konzentration
(PM-Konzentration) D1, D2 der in dem Abgas enthaltenen Partikelstoffe
verwendet, das von dem Verbrennungsmotorhauptkörper 1 ausgestoßen wird. Die
PM-Konzentration
D1, D2 ist ein feststehender Wert, der in dem ROM der ECU 51 gespeichert
wird und gelesen wird, wenn ein Zündschalter eingeschaltet wird.
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Die von dem Dieselverbrennungsmotor
ausgestoßenen
Abgaspartikelstoffe weisen Ruß und eine
lösliche
organische Fraktion (SOF) auf. Die SOF ist halbtransparente Komponente,
die hauptsächlich Kohlenwasserstoff
aufweist, die sich in einem organischen Lösungsmittel lösen kann.
Im Allgemeinen entspricht die Rauchkonzentration des Abgases nicht einer
PM-Ausstoßmenge
oder einer Menge von Partikelstoffen, die von dem Verbrennungsmotorhauptkörper ausgestoßen wird.
Das liegt daran, dass die SOF selten als Rauch erfasst wird, auch
wenn sie als die Abgaspartikelstoffe erfasst wird. Jedoch wird der größte Teil
der SOF, der von dem DPF gesammelt wird, verbrannt, wenn die Temperatur
des DPF auf 200°C
oder darüber
erhöht
wird. Für
einen derartigen Fall gibt es keinen Bedarf, die SOF als eine Ursache für den Druckverlust
bei dem DPF zu berücksichtigen.
Daher ist es vorzuziehen, die PM-Ausstoßmenge auf der Grundlage der
Rußkonzentration
zu berechnen, da der Ruß hauptsächlich zu
der Erhöhung des
Strömungswiderstands
bei dem DPF 4 beiträgt. In
dem Ausführungsbeispiel
wird die PM-Konzentration gemäß der Konzentration
des Rußes
ermittelt, der von dem Verbrennungsmotorkörper 1 ausgestoßen wird,
die Rußkonzentration
der Rauchkonzentration entspricht.
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Eine Graphik in 4 zeigt eine Beziehung zwischen der Rauchkonzentration
S und der PM-Konzentration D in dem Abgas, die zu der Erhöhung des
Druckverlusts bei dem DPF 4 beiträgt. Die Schutzkonzentration
SG ist eine Rauchkonzentration zu dieser Zeit, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge
die Rauchschutzeinspritzmenge QG ist. Daher ist die Schutzkonzentration
SG der Maximalwert der Rauchkonzentration S. Die erste PM-Konzentration Dl
ist auf einen Wert entsprechend der Schutzkonzentration SG gesetzt.
Die zweite PM-Konzentration D2
auf einen Wert entsprechend einer Rauchkonzentration gesetzt, die
niedriger als die Schutzkonzentration SG ist. Wenn in dem Ausführungsbeispiel
die Kraftstoffeinspritzmenge Q die Rauchschutzeinspritzmenge QG
erreicht, wird die erste PM-Konzentration D als die PM-Konzentration des
Abgases verwendet, das von dem Verbrennungsmotorhauptkörper 1 ausgestoßen wird.
Wenn die Kraftstoffeinspritzmenge Q die Rauchschutzeinspritzmenge
QG nicht erreicht hat, wird die zweite PM-Konzentration D2 als die
PM-Konzentration von dem Verbrennungsmotorhauptkörper 1 ausgestoßenen Abgases
verwendet. Somit wird einer von diskreten Werten als die PM-Konzentration
gemäß der Kraftstoffeinspritzmenge
Q ausgewählt.
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In Schritt S107 oder in Schritt S108
wird die Abgasdurchflussrate Vex als die Durchflussrate des Abgases
berücksichtigt,
die von dem Verbrennungsmotorhauptkörper 1 ausgestoßen wird.
In Schritt S107 wird die Ausstoßmenge "me" durch Multiplizieren
der ersten PM-Konzentration durch die Abgasdurchflussrate Vex berechnet
(Dl × Vex).
Andererseits wird in Schritt S108 die Ausstoßmenge "me" durch
Multiplizieren der zweiten PM-Konzentration D2 mit der Abgasdurchflussrate
Vex berechnet (D2 × Vex).
Die Abgasdurchflussrate Vex ist auf eine Durchflussrate standardisiert,
deren Zeiteinheit das Zeitintervall zum Starten des in 2 gezeigten Regelungsablaufs
ist.
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Es wird ermittelt, ob die Kraftstoffeinspritzmenge
Q gleich der Rauchschutzeinspritzmenge QG ist oder nicht bei der
Kraftstoffeinspritzregelung. Daher kann der Schritt S106 nach dem
Aufnehmen der Information der Ermittlung durchgeführt werden.
Somit kann die PM-Ausstoßmenge
einfach ohne die Verwendung eines detaillierten Kennfeldes oder ähnlichem
berechnet werden.
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Die Regelung wird durch Setzen der PM-Konzentration
in zwei Schritten vereinfacht. Vorzugsweise sollte ein Verfahren
zum Setzen der Werte der PM-Konzentration über Experimente und ähnliches
optimiert werden, um den durch das Auswählen der PM-Konzentration von den diskreten Werten
verursachten Fehler zu verhindern. Die PM-Konzentration kann aus
drei oder mehreren diskreten Werten gemäß der Kraftstoffeinspritzmenge
und ähnlichem ausgewählt werden.
Alternativ kann die PM- Konzentration
mit einer kontinuierlichen Funktion gemäß der Kraftstoffeinspritzmenge
und ähnlichem
berechnet werden.
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In Schritt S109 wird ein Sammelmengeninkrementwert Δm durch Multiplizieren
der Ausstoßmenge "me" mit einer vorbestimmten
Sammeleffizienz n berechnet. Der Sammelmengeninkrementwert Δm ist eine
Sammelmenge der Partikelstoffe, deren Zeiteinheit gleich dem Zeitintervall
zum Starten des in 2 gezeigten
Richtungsablaufs ist. Die Sammeleffizienz n ist ein Verhältnis der
durch den DPF 4 gesammelten Partikelstoffe relativ zu der
Menge der von dem Verbrennungsmotorhauptkörper 1 ausgestoßenen Partikelstoffe.
Die Sammeleffizienz n variiert gemäß den Spezifikationen des DPF 4.
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Dann wird in Schritt S110 die PM-Sammelmenge
m durch Addieren des Sammelmengeninkrementwerts Δm zu der vorhergehenden PM-Sammelmenge m erneuert
beziehungsweise aktualisiert. Dann schreitet der Vorgang zu Schritt
S111 weiter.
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In Schritt S111 wird ermittelt, ob
die PM-Sammelmenge m größer als
eine PM-Sammelmenge mth des Regenerationsstarts ist, welche ein
Grenzwert ist. Die PM-Sammelmenge mth des Regenerationsstarts wird
eingegeben, wenn der Zündschalter
beispielsweise eingeschaltet wird. Die PM-Sammelmenge mth des Regenerationsstarts
ist eine PM-Sammelmenge, bei der die Regeneration des DPF 4 gestartet
werden sollte. Die PM-Sammelmenge
des Regenerationsstarts ist so groß wie möglich in einem zulässigen Bereich
zum Unterbinden der Erhöhung der
Häufigkeit
der Regeneration gesetzt. Wenn die Ermittlung in Schritt S111 zustimmend
ermittelt ist, wird die Temperatur T des DPF 4 erhöht, um den DPF 4 in
Schritt S112 zu regenerieren. Die Temperatur T des DPF 4 wird
durch Durchführen
einer Nacheinspritzung oder durch Verzögern der Einspritzzeitabstimmung
erhöht.
Wenn die Ermittlung in Schritt S111 negativ ermittelt ist, wird
ermittelt, dass die Menge der gesammelten Partikelstoffe ein Niveau nicht
erreicht hat, bei dem die Regeneration des DPF 4 erforderlich
ist, und wird der Schritt S112 nicht durchgeführt.
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Wenn die Messungsgenauigkeit der PM-Sammelmenge
m, die auf der Grundlage der Druckdifferenz P und der Abgasdurchflussrate
Vex berechnet wird, geeignet ist, werden die Ermittlungen in dem
Schritt S103 und in dem Schritt S104 zustimmend ermittelt. Für diesen
Fall ist die PM-Sammelmenge m, die bei der Ermittlung in Schritt
S111 verwendet wird, derjenige, der auf der Grundlage der Druckdifferenz
P und der Abgasdurchflussrate Vex berechnet ist. Wenn der Betriebszustand
in den Übergangszustand
eintritt und sich die Messungsgenauigkeit verschlechtert, wird die
Ermittlung in Schritt S103 oder im Schritt S104 negativ ermittelt. Für diesen
Fall ist die PM-Sammelmenge m die Summe der integrierten Sammelmengeninkrementwerte Δm und eines
Basisanteils. Der Basisanteil ist die PM-Sammelmenge m, die vorhergehend
in Schritt S105 auf der Grundlage der Druckdifferenz P und der Abgasdurchflussrate
Vex berechnet wurde, während die
Messungsgenauigkeit geeignet ist.
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Daher ist der größte Teil des Messfehlers in der
PM-Sammelmenge m in den Sammelmengeninkrementwerten Δm enthalten.
Die Sammelmengeninkrementwerte Δm
werden nur dann akkumuliert, nachdem die PM-Sammelmenge m als Basisanteil auf
der Grundlage der Druckdifferenz P und der Abgasdurchflussrate Vex
berechnet ist. Daher weist ungeachtet dessen, wie häufig die
Messungsgenauigkeit aufgrund einer Beschleunigung und ähnlichem niedrig
wird, bevor die PM-Sammelmenge m als Basisanteil berechnet wird,
die PM-Sammelmenge m die Messungsfehler nicht auf, die verursacht
werden, während
die Messungsgenauigkeit niedrig. ist .
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Im normalen Betrieb setzt sich ein
Beschleunigungszustand, bei dem die Beschleunigerposition sich ändert, oder
ein Leerlauf zustand, in dem die Abgasdurchflussrate sehr klein
ist, nicht über
eine lange Zeit fort. Das Verhältnis
des Fehlers der PM-Sammelmenge relativ zu der gesamten PM-Sammelmenge ist
relativ klein.
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Wenn die PM-Sammelmenge m die PM-Sammelmenge
mth des Regenerationsstarts übersteigt,
unterscheidet sich die tatsächliche
Menge der gesammelten Partikelstoffe nicht in hohem Maße von der
PM-Sammelmenge mth des Regenerationsstarts. Demgemäß kann die
Regeneration bei einer geeigneten Zeitabstimmung durchgeführt werden. Genauer
gesagt akkumulieren sich die Gesamtfehler, die in der PM-Sammelmenge
enthalten sind, von der Erstverwendung des Systems anders als bei
dem ersten Beispiel des Stands der Technik nicht. Außerdem kann
die Erzeugung eines großen
Fehlers ungeachtet des Betriebszustands des Verbrennungsmotorhauptkörpers 1 oder
des Durchtrittszustands des Abgases anders als bei dem zweiten Beispiel
des Stands der Technik verhindert werden.
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Ein Zeitablauf in 5 zeigt einen Betriebszustand von verschiedenen
Teilen des Dieselverbrennungsmotors des Ausführungsbeispiels, wenn das Fahrzeug
fährt.
In dem in dem Zeitablauf von 5 gezeigten
Betrieb wird der Betätigungsgrad des
Beschleunigerpedals geändert.
In 5 stellt die Achse „V" die Geschwindigkeit
des Fahrzeugs dar und stellt die Achse „J" einen Zustand einer PM-Mengenberechnungsverfahrenwechselmarke
J dar. Wenn die Marke J 1 ist, wird die PM-Sammelmenge m in Schritt
S105 berechnet. Wenn die Marke J 0 ist, wird die PM-Sammelmenge
m in Schritt S110 berechnet. Bis zu einem Zeitpunkt „A" in 5 wird ermittelt, dass der Betriebszustand
sich in dem Bereich mit niedriger Messungsgenauigkeit befindet (in Schritt
S103) und die Marke J 0 ist, da die Abgasdurchflussrate Vex niedriger
als der vorbestimmte Wert Vex0 ist. In dem Zeitraum bis zu dem Zeitpunkt „A" übersteigt die Abgasdurchflussrate
Vex den vorbestimmten Wert Vex0 für einen Moment aufgrund einer Änderung
der Beschleunigerposition. Jedoch wird ermittelt, dass sich der
Betriebszustand in dem Bereich mit niedriger Messungsgenauigkeit
befindet (in Schritt S104), da die Beschleunigerpositionänderungsrate α' den vorbestimmten
Wert α' 0 übersteigt, wenn
das Beschleunigerpedal zurückgestellt
wird. Die Marke J verbleibt bei 0.
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Dann erhöht sich die Beschleunigerposition α von dem
Zeitpunkt „A" erneut und übersteigt
die Abgasdurchflussrate Vex den vorbestimmten Wert VexO. Jedoch
wird das Beschleunigerpedal stark gedrückt und übersteigt die Beschleunigerpositionsänderungsrate α' den vorbestimmten
Wert α'0. Wenn das Beschleunigerpedal
geringfügig
zurückgestellt wird,
ist die Beschleunigerpositionsänderungsrate α' ebenso größer als
der vorbestimmte Wert α'0. Daher verbleibt
die Marke J bei 0.
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Wenn darauf die Beschleunigerposition α bei einem
relativ hohen Wert stabilisiert wird, wird die Beschleunigerpositionsänderungsrate α' in hohem Maße verringert
und verbleibt die Abgasdurchflussrate Vex auf einem relativ hohen
Wert. Daher wird ermittelt, dass der Betriebszustand sich in einem
Bereich mit hoher Messungsgenauigkeit befindet (in Schritt S103
und in Schritt S104), und wird die Marke J auf 1 zu dem Zeitpunkt „B" geändert. Darauf
wird die PM-Sammelmenge genau auf der Grundlage der Druckdifferenz
P und der Abgasdurchflussrate Vex berechnet. Wenn daher die tatsächliche
PM-Sammelmenge die PM-Sammelmenge mth des Regenerationsstarts erreicht,
wird die Zeitabstimmung genau erzielt.
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Wenn darauf die Beschleunigerposition α sich allmählich beziehungsweise
graduell erneut erhöht
und die Beschleunigeränderungsrate α' den vorbestimmten
Wert α'0 zu dem Zeitpunkt „C" übersteigt, wenn das Beschleunigerpedal
zurückgestellt
wird, wird die Marke J auf Ziffer 0 geändert. Die PM-Sammelmenge m
zu dieser Zeit wird durch sequentielles Addieren der Sammelmengeninkrementwerte Δm zu der
PM-Sammelmenge m
berechnet, die auf der Grundlage der Druckdifferenz P und der Abgasdurchflussrate
Vex berechnet wird, gerade bevor die Marke J zu 0 geändert wird.
Wie vorstehend erklärt
ist, besteht der Messfehler der PM-Sammelmenge m in dem Fehler, der in
den PM-Sammelmengeninkrementwerten Δm enthalten
ist. Auch wenn daher die tatsächliche
PM-Sammelmenge die PM-Sammelmenge des Regenerationsstarts während des
Zeitraums erreicht, kann dies im Allgemeinen bei der tatsächlichen
Zeitabstimmung erzielt werden.
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Wenn darauf die Beschleunigerposition
a auf einem relativ hohen Wert stabilisiert wird, wird die Marke
J auf 1 bei dem Zeitpunkt „D" geändert. Somit wird
der Fehler, der in den PM-Sammelmengeninkrementwerten Δm enthalten
ist, vorgesehen, bis die Zeitabstimmung aufgehoben wird, und werden
diese nicht akkumuliert.
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Wenn das Beschleunigerpedal abrupt
zu einem Zeitpunkt „E" zurückgestellt
wird und sich die Abgasdurchflussrate Vex rasch unterhalb des vorbestimmten
Werts Vex0 verringert, wird die Marke J auf 0 geändert. Dann hält das Fahrzeug
an und führt
einen Übergang
zu dem Leerlauf zustand zu dem Zeitpunkt „F" durch. Nach dem Zeitpunkt „E" wird die PM-Sammelmenge
m zu der Zeit durch sequentielles Addieren der Sammelmengeninkrementwerte Δm zu der
PM-Sammelmenge m berechnet, die auf der Grundlage der Druckdifferenz
P und der Abgasdurchflussrate Vex berechnet wird, gerade bevor die
Marke J zu 0 geändert
wird. Wie vorstehend erklärt
ist, besteht der Messfehler der PM-Sammelmenge m im Allgemeinen
aus den Fehlern, die in den PM-Sammelmengeninkrementwerten Δm enthalten
sind. Auch wenn daher die tatsächliche
PM-Sammelmenge die PM-Sammelmenge
des Regenerationsstarts während
des Zeitraums erreicht,, kann dies im Allgemeinen bei der tatsächlichen
Zeitabstimmung durchgeführt
werden.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel
wird als eine Zustandsgröße, die
den Durchtrittszustand des Abgases durch den DPF 4" darstellt,
der Strömungswiderstand
an dem DPF 4 eingesetzt. Alternativ kann die Abgabe des
Luftdurchflussmessgeräts
oder die Einlassluftdurchflussrate als die Zustandsgröße eingesetzt
werden. Die Einlassluftdurchflussrate verringert sich, wenn sich
die Menge der sich ablagernden Partikelstoffe erhöht, auch
wenn die Betriebsbedingung gleich ist. Daher kann der Durchtrittszustand des
Abgases durch den DPF 4 aus der Einlassluftdurchflussrate
ermittelt werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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In 6 ist
eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasreinigungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
dargestellt.
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Ein Drucksensor 53A ist
gerade stromaufwärts
von dem DPF 4 zum Messen des Drucks des Abgases angeordnet,
das durch das Abgasrohr 3 an dem Punkt hindurchtritt. Eine
ECU 51A speichert ein Kennfeld einer Beziehung zwischen
dem Abgasdruck gerade stromaufwärts
von dem DPF 4 und der PM-Sammelmenge. Somit wird die PM-Sammelmenge
gemäß dem durch
den Drucksensor 53A gemessenen Druck vorgesehen. Die ECU 51A berechnet die
PM-Sammelmenge auf
der Grundlage des durch den Drucksensor 53A gemessenen
Drucks, während die
Messungsgenauigkeit hoch ist.
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Der Druck gerade stromabwärts von
dem DPF 4 ist eine Summe aus dem atmosphärischen Druck
beziehungsweise dem Umgebungsdruck und dem Druckverlust an dem Katalysator
oder dem Schalldämpfer
stromabwärts
von dem DPF 4. Daher kann der Druck gerade stromabwärts von
dem DPF 4 als konstant für den Fall betrachtet werden,
wenn eine bestimmte Messungsgenauigkeit erforderlich ist. Daher
kann das in dem ersten Ausführungsbeispiel
verwendete Kennfeld in das Kennfeld für das zweite Ausführungsbeispiel
durch Erhalten des Druckverlustes im voraus umgewandelt werden.
Alternativ kann der Umgebungsdruck als der `IIruck
gerade stromabwärts
von dem DPF 4 eingesetzt werden. Die Messungsgenauigkeit
kann durch Erhalten des Grades der Abweichung des Druckverlusts
im voraus erhöht
werden.
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Anstelle der Beschleunigerpositionsänderungsrate α' kann jede andere
Größe, die
sich gemäß der Messungsgenauigkeit
der PM-Sammelmenge ändert, eingesetzt
werden. Beispielsweise kann die Verbrennungsmotordrehzahl oder eine Änderungsrate
der Fahrzeuggeschwindigkeit eingesetzt werden.
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Die Ausstoßmenge der Partikelstoffe von dem
Verbrennungsmotorhauptkörper 1 wird
auf der Grundlage der Kraftstoffeinspritzmenge und der Rauchschutzeinspritzmenge
als Zustandsgrößen berechnet,
die den Betriebszustand des Verbrennungsmotorhauptkörpers 1 darstellen.
Alternativ können andere
Zustandsgrößen eingesetzt
werden, die den Betriebszustand des Verbrennungsmotorhauptkörpers 1 darstellen.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht
auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
beschränkt,
sondern sie kann auf anderen Wegen ohne Abweichung von dem Grundgedanken
der Erfindung ausgeführt
werden.
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Somit wird bei dem Abgasreinigungssystem einer
Brennkraftmaschine mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) 4 eine
Messungsgenauigkeit einer Sammelmenge von Partikelstoffen, die durch
den DPF 4 gesammelt werden, auf der Grundlage einer Beschleunigerpositionsänderungsrate
und einer Abgasdurchflussrate geschätzt. Wenn die Messungsgenauigkeit
hoch ist, wird die Sammelmenge auf der Grundlage einer Druckdifferenz
und der Abgasdurchflussrate bei dem DPF 4 berechnet. Wenn
die Messungsgenauigkeit niedrig ist, wird ein Inkrementwert der
Sammelmenge auf der Grundlage einer Menge der Partikelstoffe berechnet,
die von einem Verbrennungsmotorhauptkörper 1 ausgestoßen wird.
Dann wird die Sammelmenge durch Addieren des Sammelmengeninkrementwerts
zu der vorangehenden Sammelmenge berechnet, die auf der Grundlage
der Druckdifferenz und der Abgasdurchflussrate berechnet wird, während die
Messungsgenauigkeit hoch ist.