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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1.
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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 Kraftstoffs 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
JP-A 11-13455 (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
JP-A 07-332065 (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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Im Stand der Technik nach
DE 100 14 224 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem vorgeschlagen. Das Abgasnachbehandlungssystem nach diesem Stand der Technik umfasst einen Partikelfilter zum Sammeln von Abgaspartikelstoffen, die in dem Abgas enthalten sind. Hierzu werden die Druckdifferenz über den Partikelfilter und der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfasst. Ausgehend davon wird ein Sammelmengeninkrementwert berechnet. Im Normalbetrieb wird die Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit Hilfe der auf der Druckdifferenz basierten Berechnungsmethode gesteuert, während bei einem erkannten Fehler dieser Berechnung auf eine Inkrementwert basierte Methode umgestellt wird.
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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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Die Aufgabe wird durch ein Abgasreinigungssystem mit der Kombination der Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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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. Die 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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Merkmale 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 Abgasreinigungssystem 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 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 α 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 D1 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 (D1 × 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 η berechnet. Der Sammelmengeninkrementwert Δm ist eine Sammelmenge der Partikelstoffe, deren Zeiteinheit gleich dem Zeitintervall zum Starten des in 2 gezeigten Richtungsablaufs ist. Die Sammeleffizienz η ist ein Verhältnis der durch den DPF 4 gesammelten Partikelstoffe relativ zu der Menge der von dem Verbrennungsmotorhauptkörper 1 ausgestoßenen Partikelstoffe. Die Sammeleffizienz η 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 Leerlaufzustand, 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 Vex0. 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 α 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 Leerlaufzustand 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 Druck 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.
