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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Abgasreinigungssystem für
eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Abgasreinigungssystem
für die
Brennkraftmaschine, das in der Lage ist, eine Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung
zu schätzen
und die Abgasnachbehandlungsvorrichtung auf einem optimalen Zustand
auf der Grundlage der geschätzten
Temperatur zu halten.
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Herkömmlicher Weise werden als Mittel
zum Schützen
der Umwelt verschiedenartige Abgasnachbehandlungsvorrichtungen zum
Verringern von Luftschadstoffen vorgeschlagen, die von einer Brennkraftmaschine
ausgestoßen
werden. Beispielsweise wurden in fortschreitendem Maße Katalysatorsysteme,
wie zum Beispiel Oxidationskatalysatoren, NOx-Entfernungskatalysatoren
und Drei-Wege-Katalysatoren eingeführt. Eine Emission von Partikelstoffen,
die in dem Abgas eines Dieselverbrennungsmotors enthalten sind,
ist ein zu lösendes
Problem. Daher wurde der Einführung
eines Dieselpartikelfilters (DPF) oder eines DPF, an dem ein Katalysator
gestützt
bzw. geträgert
ist, Beachtung geschenkt. Der DPF sammelt die Partikelstoffe und
beseitigt die gesammelten Partikelstoffe regelmäßig durch Verbrennung.
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Eine Temperatursteuerung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung
ist ein wichtiger Faktor für einen
wirksamen Betrieb der Vorrichtung. Insbesondere für den Fall,
bei dem der Katalysator eingesetzt wird, sollte die Vorrichtung
sich in einem bestimmten Betriebstemperaturbereich (beispielsweise 200–700°C) zum Betreiben
der Vorrichtung oberhalb einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur
verwendet werden, oberhalb der der Katalysator ausreichend aktiviert
ist und um einen Schaden des Katalysators zu verhindern, der durch
eine übermäßige Temperaturerhöhung verursacht
wird. Beispielsweise wird der DPF durch Aufheizen des DPF über 600°C unter der
Verwendung von unverbranntem Kohlenwasserstoff regeneriert, der
durch Durchführen
einer Nacheinspritzung und ähnlichem
zugeführt
wird. Jedoch gibt es unter einigen Bedingungen eine Möglichkeit,
dass der DPF übermäßig mit
der Verbrennungswärme
der Partikelstoffe aufgeheizt wird. Als Folge kann der Katalysator
verschlechtert werden oder kann ein Filterbasismaterial beschädigt werden.
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Ein Verfahren zum Erfassen eines
Zustands des Katalysators durch Messen der Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung
wird beispielsweise vorgeschlagen, wie es in der japanischen Patentoffenlegungsschrift
H 04-224221 (eine erste Patentdruckschrift) oder in dem japanischen
Patent Nr. 2593506 (eine zweite Patentdruckschrift) offenbart ist.
In der ersten Patentdruckschrift ist eine Temperaturmesseinrichtung,
die an einem Abgasreinigungssystem mit einem NOx-Reduktionskatalysator
angeordnet ist, offenbart. Das Abgasreinigungssystem steuert die
Temperatur des Katalysators innerhalb eines gewissen Temperaturbereichs
durch Ändern
eines Überschussluftverhältnisses
gemäß der gemessenen
Temperatur. In der zweiten Patentdruckschrift sind erste und zweite
Temperaturmesseinrichtungen, die stromaufwärts bzw. stromabwärts von
dem Katalysator angeordnet sind, offenbart. Ausgangssignale von
den ersten und zweiten Temperaturmesseinrichtungen werden miteinander
verglichen, um eine Verschlechterung des Katalysators zu ermitteln.
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Der Zustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung,
wie zum Beispiel des Katalysators oder des DPF, wird am geeignetsten
durch die Temperatur eines Zentrums bzw. einer Mitte der Vorrichtung
dargestellt. Jedoch ist es eine Tatsache, dass es schwierig ist,
die Temperatur an der Mitte der Vorrichtung direkt zu messen. Daher
wird bei herkömmlichen
Vorrichtungen eine Temperatur des Abgases stromaufwärts oder
stromabwärts
von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung als die Temperatur der Vorrichtung betrachtet.
Beispielsweise wird in der ersten Patentdruckschrift die Temperatur
des Katalysators auf der Grundlage einer Annahme gesteuert, dass
die Temperatur des Abgases, das aus dem Katalysator ausströmt, mit
der Temperatur des Katalysators übereinstimmt.
Wenn jedoch ein Fahrzeug beschleunigt oder verzögert wird, stimmt die Temperatur
des Abgases, das aus dem Katalysator herausströmt nicht notwendiger Weise
mit der Temperatur des Katalysators überein. Als Folge kann die
Temperatur des Katalysators nicht in einem geeigneten Bereich gehalten werden.
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Das liegt daran, dass ein Katalysatorträger oder
ein Filterbasismaterial üblicher
Weise aus einem keramischen Wabenstrukturkörper ausgebildet ist, der eine
große
Wärmekapazität hat. Da
der Katalysatorträger
oder das Filterbasismaterial aus dem keramischen Wabenstrukturkörper ausgebildet
ist, gibt es eine Zeitverzögerung,
von der Änderung
der Temperatur an der Mitte der Vorrichtung, bis die Änderung
der Temperatur an der Mitte der Vorrichtung sich in der Temperatur
des Abgases stromabwärts von
der Vorrichtung widerspiegelt. Zusätzlich kann die geschätzte Temperatur
von der tatsächlichen Temperatur
in hohem Maße
aufgrund einer katalytischen Reaktion oder einer Verbrennung von
Partikelstoffen abweicht. Für
diesen Fall besteht die Möglichkeit,
dass der Katalysator verschlechtert wird.
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Bei der Ermittlung der Verschlechterung
des Katalysators, die in der zweiten Patentdruckschrift offenbart
ist, ist es schwierig, zu ermitteln, ob eine Differenz zwischen
Ausgängen
der zwei Temperaturmesseinrichtungen eine Temperaturänderung
ist, die durch die katalytische Reaktion verursacht wird, oder eine Änderung
der Temperatur des Abgases selbst (eine Änderung der Temperatur des
Abgases vor dem Eintritt in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung).
Das liegt daran, dass sich die Temperatur des Abgases selbst mit
der Beschleunigung oder der Verzögerung
des Fahrzeugs ändert.
Daher kann bei diesem Verfahren die Verschlechterungsermittlung
nur dann durchgeführt
werden, während
das Fahrzeug nicht fährt
oder während
das Fahrzeug bei einer konstanten Geschwindigkeit fährt. Jedoch
fährt bei
der tatsächlichen
Fahrt das Fahrzeug selten bei einer konstanten Geschwindigkeit.
Daher ergibt sich ein praktisches Problem bei dem vorstehend genannten Verfahren.
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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 Temperatur
an einer Mitte einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie zum Beispiel
eines Katalysators oder eines DPF, genau zu messen und eine Temperatursteuerung
des Katalysators oder eine Regenerationssteuerung des DPF oder eine Verschlechterungsermittlung
auf der Grundlage der gemessenen Temperatur durchzuführen. Somit
kann ein in hohem Maße
sicheres, fortschrittliches und vorteilbringendes Abgasreinigungssystem
geschaffen werden.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung hat ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine eine
Abgasnachbehandlungsvorrichtung, eine Auslassgastemperaturmesseinrichtung,
eine Temperaturschätzeinrichtung
und eine Zustandserfassungseinrichtung. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung
ist in einem Abgasdurchgang angeordnet. Die Auslassgastemperaturmesseinrichtung
misst eine Auslassgastemperatur des Abgases stromabwärts von
der Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Die Temperaturschätzeinrichtung
berechnet eine geschätzte
Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung aus einem Ausgang
bzw. einer Abgabe der Auslassgastemperaturmesseinrichtung. Die Zustandserfassungseinrichtung
ermittelt, ob sich die Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einem
vorbestimmten Zustand befindet, auf der Grundlage der geschätzten Temperatur, die
durch die Temperaturschätzeinrichtung
berechnet wird. Die Temperaturschätzeinrichtung berechnet die
geschätzte
Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung unter der Verwendung
einer inversen Übertragungsfunktion
einer Änderung
der Auslassgastemperatur mit Bezug auf eine Änderung der Temperatur der
Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
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Die Temperatur (die Auslassgastemperatur) des
Abgases stromabwärts
von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie zum Beispiel eines
Katalysators oder eines DPF, ei de eine exotherme Reaktion auftritt,
spiegelt die Änderung
der Temperatur an der Mitte der Vorrichtung wider. Eine genaue Temperaturschätzung kann
relativ einfach durch Verwendung der inversen Übertragungsfunktion der Änderung
der Auslassgastemperatur mit Bezug auf die Änderung der Temperatur der
Abgasnachbehandlungsvorrichtung durchgeführt werden. Somit kann ermittelt
werden, ob der Zustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung sich
in einem geeigneten Temperaturbereich befindet, auf der Grundlage
der geschätzten
Temperatur. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung wird auf der Grundlage
des Ergebnisses der Ermittlung gesteuert. Somit kann die Vorrichtung in
einem optimalen Zustand gehalten werden und kann das Abgas sicher
und wirksam gereinigt werden. Als Folge wird die Zuverlässigkeit
des Systems verbessert.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt
der vorliegenden Erfindung hat ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine
eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, einen Einlassgastemperatursensor,
einen Auslassgastemperatursensor, eine erste Temperaturschätzeinrichtung,
eine zweite Temperaturschätzeinrichtung
und eine Zustandserfassungseinrichtung. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung
ist in einem Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors angeordnet. Der
Einlassgastemperatursensor misst eine Einlassgastemperatur des Abgases
stromaufwärts
von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Der Auslassgastemperatursensor misst
eine Auslassgastemperatur des Abgases stromabwärts von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
Die erste Temperaturschätzeinrichtung
berechnet eine erste geschätzte
Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung aus einem Ausgang bzw.
einer Abgabe des Einlassgastemperatursensors. Die zweite Temperaturschätzeinrichtung
berechnet eine zweite geschätzte
Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung aus einer Abgabe bzw.
einem Ausgang des Auslassgastemperatursensors. Die Zustandserfassungseinrichtung
ermittelt, ob sich die Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einem
vorbestimmten Zustand befindet, auf der Grundlage der ersten geschätzten Temperatur,
die durch die erste Temperaturschätzeinrichtung berechnet wird
und die zweite geschätzte
Temperatur, die durch die zweite Temperaturschätzeinrichtung berechnet wird.
Die erste Temperaturschätzeinrichtung
berechnet die erste geschätzte
Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung unter der Verwendung
einer Übertragungsfunktion
einer Änderung
der Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung mit Bezug auf
eine Änderung
der Einlassgastemperatur. Die zweite Temperaturschätzeinrichtung
berechnet die zweite geschätzte
Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung unter Verwendung
einer inversen Übertragungsfunktion
einer Änderung
der Auslassgastemperatur mit Bezug auf die Änderung der Temperatur der
Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
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Die erste geschätzte Temperatur, die durch die
erste Temperaturschätzeinrichtung
berechnet wird, spiegelt die Wirkung der Wärmeerzeugung an der Abgasnachbehandlungsvorrichtung
nicht wider. Die zweite geschätzte
Temperatur, die durch die zweite Temperaturschätzeinrichtung berechnet wird, spiegelt
die Wirkung der Wärmeerzeugung
an der Abgasnachbehandlungsvorrichtung wider. Daher kann der Zustand
der Abgasnachbehandlungsvorrichtung genau durch Vergleichen der
ersten geschätzten
Temperatur und der zweiten geschätzten Temperatur
bestimmt werden. Für
diesen Fall können
die erste geschätzte
Temperatur und die zweite geschätzte
Temperatur relativ einfach unter Verwendung der Übertragungsfunktion bzw. der
inversen Übertragungsfunktion
berechnet werden. Wirkungen einer Abweichung einer sich ändernden
Zeitabstimmung der Temperatur und einer allmählichen Änderung der Auslassgastemperatur
aufgrund einer Änderung
des Betriebszustands können
durch Vergleichen der ersten geschätzten Temperatur mit der zweiten
geschätzten
Temperatur beseitigt werden. Somit kann die Änderung der Temperatur genau
gemessen werden.
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Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele
werden ebenso wie Verfahren zum Betrieb und die Funktion der zugehörigen Teile
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 ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Graphik, die Änderungen
der DPF-Mitteltemperatur
und der Auslassgastemperatur zeigt, wenn die Einlassgastemperatur
eines DPF mit einem Oxidationskatalysator sich ändert;
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3A ist
eine Graphik, die Beziehungen der Einlassgastemperatur, der DPF-Mitteltemperatur und
der Auslassgastemperatur für
den Fall zeigt, bei dem eine geringe Wärme an dem DPF mit dem Oxidationskatalysator erzeugt
wird;
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3B ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen der DPF-Mitteltemperatur
zeigt;
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4A ist
eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Zeitkonstanten der Änderung
der Auslassgastemperatur mit Bezug auf die Änderung der DPF-Mitteltemperatur
und einer Durchflussrate des Abgases zeigt;
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4B ist
eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Totzeit der Änderung
der Auslassgastemperatur mit Bezug auf die Änderung der DPF-Mitteltemperatur
und der Durchflussrate des Abgases zeigt;
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5 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung
und eine Regenerationssteuerung zeigt, die durch eine ECU gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
durchgeführt
wird;
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6 ist
ein Zeitablaufdiagramm, das eine geschätzte DPF-Mitteltemperatur und
die tatsächliche
DPF-Mitteltemperatur
gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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7 ist
ein schematisches Diagramm, das ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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8A ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen der ersten geschätzten Temperatur an
der Mitte eines DPF gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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8B ist
ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen der zweiten geschätzten Temperatur an
der Mitte des DPF gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
zeigt;
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9A ist
eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Zeitkonstante der Änderung
der DPF-Mitteltemperatur mit Bezug auf die Änderung der Einlassgastemperatur
und der Durchflussrate des Abgases zeigt;
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9B ist
eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Totzeit der Änderung
der DPF-Mitteltemperatur mit Bezug auf die Änderung der Einlassgastemperatur
und der Durchflussrate des Abgases zeigt;
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10 ist
ein Ablaufdiagramm, das eine Katalysatorverschlechterungsbestimmungssteuerung zeigt,
die durch eine ECU gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
durchgeführt
wird; und
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11 ist
eine Graphik, die einen Standardwert für die Katalysatorverschlechterungsbestimmungssteuerung
zeigt, die durch die ECU gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
durchgeführt
wird.
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Abgasreinigungssystem für einen
Dieselverbrennungsmotor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dargestellt. In einem Abgasdurchgang
des Verbrennungsmotors 1 ist ein Dieselpartikelfilter (DPF) 3 mit
einem Oxidationskatalysator als eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung
zwischen einem stromaufwärtigen
Abgasrohr 2a und einem stromabwärtigen Abgasrohr 2b angeordnet.
Der DPF 3 ist aus einer wärmebeständigen Keramik, wie zum Beispiel
Cordierit, in der Gestalt einer Wabe, mit einer Vielzahl von Zellen
als Abgasdurchgänge
ausgebildet, die durch Filterwände
vorgesehen sind. Ein Einlass oder ein Auslass jeder Zelle ist abwechselnd blockiert.
Der Oxidationskatalysator wie zum Beispiel Platin, ist auf Flächen der
Filterwände
der Zellen aufgebracht. Das Abgas, das von dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßen wird,
strömt
stromabwärts, während es
durch die porösen
Filterwände
des DPF 3 hindurchtritt. Somit werden in dem Abgas enthaltene
Partikelstoffe gesammelt und an dem DPF 3 allmählich akkumuliert.
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Ein Abgastemperatursensor 41 als
Auslassgastemperaturmesseinrichtung zum Messen der Temperatur des
DPF 3 ist in dem Abgasrohr 2b stromabwärts von
dem DPF 3 angeordnet. Der Abgastemperatursensor 41 ist
mit einer Verbrennungsmotorsteuerungseinheit (ECU) 6 verbunden.
Der Abgastemperatursensor 41 misst die Auslassgastemperatur
des DPF 3 (die Temperatur des Abgases, das aus dem DPF 3 strömt) und
gibt ein Signal entsprechend der gemessenen Temperatur zu der ECU 6 ab.
Ein Luftdurchflussmessgerät
(Einlassluftdurchflussratensensor) 71 ist an einem Einlassrohr 7 des
Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Das Luftdurchflussmessgerät 71 misst
eine Durchflussrate der Einlassluft und gibt ein Signal entsprechend
der Einlassluftdurchflussrate an die ECU 6 ab.
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Ein Druckdifferenzsensor 5 zum
Messen einer Druckdifferenz zwischen einer stromaufwärtigen Seite
und einer stromabwärtigen
Seite des DPF 3 ist mit den Abgasrohren 2a, 2b zum
Schätzen
einer Menge der durch den DPF 3 gesammelten Partikelstoffe
oder einer PM-Sammelmenge
verbunden. Ein Ende des Druckdifferenzsensors
5 ist mit
dem Abgasrohr 2a stromaufwärts von dem DPF 3 durch
ein Druckeinführrohr 51 verbunden.
Das andere Ende des Druckdifferenzsensors 5 ist mit dem
Abgasrohr 2b stromabwärts
von dem DPF 3 durch ein Druckeinführrohr 52 verbunden.
Der Druckdifferenzsensor 5 gibt ein Signal entsprechend
der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite
des DPF 3 an die ECU 6 aus.
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Des weiteren ist die ECU 6 mit
verschiedenartigen Sensoren, wie zum Beispiel einem Beschleunigerpositionssensor 61 und
einem Drehzahlsensor 62 verbunden. Die ECU 6 erfasst
einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 auf der
Grundlage der erfassten Signale von den verschiedenartigen Sensoren.
Die ECU 6 berechnet eine optimale Kraftstoffeinspritzmenge,
Einspritzzeitabstimmung, Einspritzdruck und dergleichen gemäß dem Betriebszustand
des Verbrennungsmotors 1 und führt eine Rückführregelung des Verbrennungsmotors 1 durch.
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Die ECU 6 hat eine Temperaturschätzeinrichtung
zum Berechnen einer geschätzten
Temperatur in der Mitte des DPF 3 (DPF-Mitteltemperatur)
auf der Grundlage der Ausgangswerte des Abgastemperatursensors 41 und
des Luftdurchflussmessgeräts 71.
Die ECU 6 hat eine Zustandserfassungseinrichtung zum Bestimmen,
ob sich der DPF 3 in einem vorbestimmten Bereich der Temperatur
befindet, auf der Grundlage der geschätzten DPF-Mitteltemperatur. Die ECU 6 hat
eine Steuerungseinrichtung zum Durchführen einer Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung
des DPF 3 zum Verhindern einer übermäßigen Erhöhung der
Temperatur des DPF 3. Die Zustandserfassungseinrichtung
der ECU 6 berechnet die Menge der Partikelstoffe, die an dem DPF 3 gesammelt
sind (PM-Sammelmenge), auf der Grundlage der DPF-Mitteltemperatur
und der Ausgangswerte des Druckdifferenzsensors 5 und des Luftdurchflussmessgeräts 71.
Die Zustandserfassungseinrichtung der ECU 6 ermittelt,
ob die PM-Sammelmenge größer als
ein vorbestimmter Wert ist. Die Steuerungseinrichtung der ECU 6 steuert
die Regeneration des DPF 3.
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Als nächstes wird ein Schätzverfahren
der DPF-Mitteltemperatur
erklärt,
die durch die Temperaturschätzeinrichtung
durchgeführt
wird.
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2 zeigt Änderungen
der Einlassgastemperatur (Temperatur des Abgases, das in den DPF 3 strömt) Tex1,
der DPF-Mitteltemperatur (der Temperatur des DPF, die DPF-Temperatur)
TDPF und die Auslassgastemperatur Tex2 für den Fall, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge
stufenweise geändert
(erhöht)
wird, während
die Verbrennungsmotordrehzahl konstant ist. Wie in 2 gezeigt ist, erhöht sich auch dann, wenn die
Einlassgastemperatur Tex1 sich erhöht, die DPF-Temperatur TDPF
und die Auslassgastemperatur Tex2 nicht unmittelbar. Darauf erhöhen sich
die DPF-Temperatur TDPF und die Auslassgastemperatur Tex2 allmählich. Das
liegt daran, dass der DPF 3 aus einem keramischen Strukturkörper mit einer
großen
Wärmekapazität besteht.
Wenn das Abgas eine große
Menge Kohlenwasserstoff enthält, werden
die DPF-Temperatur
TDPF und die Auslassgastemperatur Tex2 höher als die Einlassgastemperatur
Tex2 aufgrund der Wärmeerzeugung,
die durch die Oxidation und Verbrennung des Kohlenwasserstoffs an
dem Oxidationskatalysator verursacht wird, der an dem DPF 3 gestützt ist.
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Daher kann die DPF-Temperatur TDPF
nicht genau aus der Einlassgastemperatur Tex1 gemessen werden, da
die Wärme
an dem DPF 3 erzeugt wird. Andererseits folgt die Auslassgastemperatur Tex2
der Änderung
der DPF-Temperatur TDPF relativ gut. Jedoch gibt es eine Zeitverzögerung zwischen den Änderungen
der DPF-Temperatur TDPF und der Auslassgastemperatur Tex2, wie in 2 gezeigt ist. In einem
in 2 gezeigten Beispiel
gibt es eine Übergangszeitdauer
von einem Mehrfachen von zehn Sekunden, da die Einlassgastemperatur
Tex1 beginnt sich zu ändern,
bis die Auslassgastemperatur Tex2 im Wesentlichen mit der DPF-Temperatur TDPF übereinstimmt.
Wenn der Zustand des Katalysators bestimmt wird oder die PM-Sammelmenge
unter Verwendung der Auslassgastemperatur Tex2 als die DPF-Temperatur
berechnet wird, wird die Steuerbarkeit in dem Übergangszeitraum verschlechtert.
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Daher wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
unter verstärktem
Augenmerk auf die Auslassgastemperatur Tex2, die die Wirkung der
Reaktionswärme
wiedergibt, die durch den Oxidationskatalysator erzeugt wird, eine
Beziehung zwischen der Auslassgastemperatur Tex2 und der DPF-Temperatur TDPF durch
eine einfache Übertragungsfunktion
ausgedrückt.
Somit kann die DPF-Temperatur TDPF aus der Auslassgastemperatur
Tex2 genau berechnet werden. Zur Klarstellung sind die Änderungen
der Einlassgastemperatur Tex1, der DPF-Temperatur TDPF und der Auslassgastemperatur
Tex2 für
den Fall, bei dem die Menge des Kohlenwasserstoffs, der in dem Abgas
enthalten ist, klein ist und nur wenig Wärme an den DPF 3 erzeugt
wird, in 3A gezeigt.
Wie in 3A gezeigt ist, ändert sich,
nachdem die DPF-Temperatur TDPF beginnt sich zu erhöhen, die
Auslassgastemperatur Tex2 für eine
Weile nicht und erhöht
sich dann die Auslassgastemperatur Tex2. Jedoch ist die Geschwindigkeit der
Erhöhung
der Auslassgastemperatur Tex2 kleiner als diejenige der DPF- Temperatur TDPF.
Daher kann die Beziehung zwischen der DPF-Temperatur TDPF und der
Auslassgastemperatur Text mit einer einfachen Kombination einer
Verzögerung
und Totzeit erster Ordnung ausgedrückt werden. Auf der Grundlage
der Beziehung kann die DPF-Mitteltemperatur unter der Verwendung
einer inversen Übertragungsfunktion
der Änderung
der Auslassgastemperatur Tex2 mit Bezug auf die Änderung der DPF-Temperatur
TDPF geschätzt
werden, wie in 3B gezeigt
ist. In 3B stellt T2
eine Zeitkonstante der Verzögerung
erster Ordnung dar und stellt L2 eine Totzeit dar und stellt TDPFest
die geschätzte DPF-Mitteltemperatur
dar.
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Die Zeitkonstante T2 der Verzögerung erster Ordnung
und die Totzeit L2 können
auf der Grundlage der in 3A gezeigten
Graphik berechnet werden. Jedoch ändert sich die Beziehung, die
in 3A gezeigt ist, mit
der Durchflussrate Vex des Abgases. Die Zeitkonstante T2 und die
Totzeit L2 ändern
sich gemäß der Abgasdurchflussrate
Vex, wie in den Graphiken der 4A und 4B gezeigt ist. Die in den 4A und 4B gezeigten Graphiken werden über ein Experiment
durch Ändern
der Abgasdurchflussrate Vex erhalten. Die Zeitkonstante T2 und die
Totzeit L2 verringern sich, wenn sich die Abgasdurchflussrate Vex
erhöht.
Das liegt daran, dass die Wärmeübertragung
pro Zeiteinheit zwischen dem Abgas und dem DPF 3 sich erhöht, wenn
sich die Abgasdurchflussrate Vex erhöht. In einem Bereich, in dem
die Abgasdurchflussrate Vex höher
als ein gewisser Wert ist, bleiben die Zeitkonstante T2 und die
Totzeit L2 im Wesentlichen konstant. Daher berechnet die Temperatur-Schätzeinrichtung
der ECU 6 die Abgasdurchflussrate Vex zunächst und ändert dann
die Temperaturschätzeinrichtung
die Setzwerte beziehungsweise die Einstellungswerte der Zeiten T2
der Verzögerung erster
Ordnung und die Totzeit L2 gemäß der Abgasdurchflussrate
Vex. Unterdessen schätzt
die Temperaturschätzeinrichtung
die DPF-Temperatur TDPF unter Verwendung der Einstellwerte der Zeitkonstanten
T2 der Verzögerung
erster Ordnung, der Totzeit L2 und der in 3B gezeigten inversen Übertragungsfunktion.
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Als nächstes wird ein Beispiel eines
Betriebs der ECU 6 auf der Grundlage eines in 5 gezeigten Ablaufdiagramms
geklärt.
Die ECU 6 führt
den Prozess, der in dem Ablaufdiagramm von 5 gezeigt ist, in einem vorbestimmten
Zyklus durch. Zunächst
wird in Schritt 101 eine Einlassluftdurchflussrate GA von dem Luftdurchflussmessgerät 71 eingegeben
und wird die Auslassgastemperatur Tex2 des DPF 3 von dem
Abgastemperatursensor 41 eingegeben. Dann wird in Schritt
102 die Abgasdurchflussrate Vex aus der Einlassluftdurchflussrate
GA berechnet. Die Abgasdurchflussrate Vex wird in der Massendurchflussrate
(g/s) berechnet. Das Luftdurchflussmessgerät 71 misst die Massendurchflussrate (g/s)
der Einlassluft normalerweise. Daher stimmt die Einlassluftdurchflussrate
GA mit der Abgasdurchflussrate Vex überein.
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In Schritt 103 werden die Zeitkonstante
T2 der Verzögerung
erster Ordnung und die Totzeit L2 bei der in Schritt 102 berechneten
Abgasdurchflussrate Vex berechnet. Die ECU 6 speichert
die Beziehung zwischen der Abgasdurchflussrate Vex und der Zeitkonstanten
T2 oder der Totzeit L2 als eine Abbildung beziehungsweise ein Kennfeld
im voraus wie in den 4A und 4B gezeigt ist. Die ECU 6 berechnet die
Zeitkonstante T2 und die Totzeit L2 auf der Grundlage des Kennfelds
in Schritt 103. Dann berechnet in dem Schritt 104 die ECU 6 die
DPF-Mitteltemperatur
TDPF des DPF 3 auf der Grundlage der diversen Übertragungsfunktion
gemäß der Zeitkonstante
T2 und der Totzeit L2, wie in Schritt 103 berechnet sind.
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In Schritt 105 wird ermittelt, ob
die DPF-Mitteltemperatur
TDPF des DPF 3 die in Schritt 104 berechnet wird, niedriger
als eine vorbestimmte zulässige
Temperatur T0 ist. Die zulässige
Temperatur T0 ist auf eine bestimmte Temperatur (beispielsweise 800°C) festgesetzt,
oberhalb der der Oxidationskatalysator, der durch den DPF 3 gestützt ist
verschlechtert werden kann. Wenn das Ergebnis der Ermittlung in
Schritt 105 „JA" ist, wird ermittelt,
dass der DPF 3 sich in dem zulässigen Temperaturbereich befindet, und
schreitet der Prozess zu Schritt 106 weiter. Wenn das Ergebnis der
Ermittlung bei Schritt 105 „NEIN" ist, schreitet der
Prozess zu Schritt 107 weiter. In Schritt 107 wird ein Temperaturverringerungsbetrieb (TDPF-Verringerungsbetrieb)
des DPF 3 zum Verringern der DPF-Mitteltemperatur
TDPF durchgeführt, um
die Verschlechterung des Oxidationskatalysators, die durch eine übermäßige Temperaturerhöhung verursacht
wird zu verhindern.
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Der TDPF-Verringerungsbetrieb in
Schritt 107 wird durch vollständiges Öffnen einer
Einlassdrossel zum Erhöhen
der Abgasdurchflussrate Vex beispielsweise durchgeführt. Somit
wird der DPF 3 gekühlt.
Wenn alternativ der Temperaturerhöhungsbetrieb (TDPF-Erhöhungsbetrieb)
zum Erhöhen
der DPF-Temperatur TDPF zum Regenerieren des DPF 3 durchgeführt wurde,
kann der TDPF-Verringerungsbetrieb durch Anhalten des Temperaturerhöhungsbetriebs
beispielsweise durchgeführt
werden. Somit kann die übermäßige Erhöhung der
DPF-Temperatur TDPF über
die zulässige
Temperatur T0 verhindert werden. Dann wird der Prozess einmal beendet.
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In Schritt 106 wird die PM-Sammelmenge
m der Partikelstoffe, die in dem DPF 3 gesammelt werden,
berechnet. Die PM-Sammelmenge m wird gemäß der Einlassluftdurchflussrate
GA der DPF-Mitteltemperatur TDPF des DPF 3, die in Schritt
104 berechnet wird, und der Druckdifferenz P zwischen der stromaufwärtigen Seite
und der stromabwärtigen Seite
des DPF 3, die durch den Druckdifferenzsensor 5 gemessen
wird, auf der Grundlage einer in dem Speicher der ECU 6 im voraus
gespeicherten Abbildung berechnet. Im Allgemeinen erhöht sich
die Druckdifferenz P, die durch den Druckdifferenzsensor 5 gemessen
wird, wenn sich die Menge der Partikelstoffe erhöht, die in dem DPF 3 gesammelt
sind. Auch wenn die PM-Sammelmenge m identisch ist, variiert der
gemessene Wert der Druckdifferenz P gemäß einer volumetrischen Durchflussrate
Vex' (l/min) des
Abgases. Daher kann die PM-Sammelmenge m durch Erhalten der vorstehend
genannten Beziehungen im voraus durch Experiment oder Ähnliches
berechnet werden. Die volumetrische Durchflussrate Vex' (l/min) des Abgases
kann durch Umwandeln der Einlassluftdurchflussrate GA (g/s) in die
volumetrische Luftdurchflussrate (l/min) unter der Verwendung der
DPF-Mitteltemperatur
TDPF und der Druckdifferenz P berechnet werden.
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In Schritt 108 wird ermittelt, ob
die in Schritt 16 berechnete PM-Sammelmenge m geringer als die zulässige PM-Sammelmenge
m0 ist. Die zulässige PM-Sammelmenge
m0 ist eine vorbestimmte Menge (beispielsweise 10 g), die im voraus
ermittelt wird, um eine Verringerung der Abgabe des Verbrennungsmotors 1 aufgrund
der Erhöhung
der PM-Sammelmenge m
oder einen Schaden des Oxidationskatalysators oder des Filterbasismaterials
zu verhindern. Der Schaden des Oxidationskatalysators oder des Filterbasismaterials
wird verursacht, wenn eine große Menge
der Partikelstoffe verbrannt wird. Wenn die Folge der Ermittlung
in Schritt 108 „JA" ist, wird ermittelt,
dass die Regeneration nicht notwendig ist, und wird der Prozess
einmal beendet. Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt 108 „NEIN" ist, schreitet der
Prozess zu Schritt 109 weiter und wird der Temperaturerhöhungsbetrieb
zum Regenerieren des DPF 3 durchgeführt.
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Genauer gesagt wird eine Nacheinspritzung durchgeführt oder
wird die Eintrittszeitabstimmung verzögert, wenn der Kraftstoff in
die Brennkammer aus einem Kraftstoffeinspritzventil 12 bei
dem Temperaturerhöhungsbetrieb
in Schritt 109 zum Regenerieren des DPF 3 eingespritzt
wird. Wenn die Nacheinspritzung durchgeführt wird oder die Einspritzzeitabstimmung
verzögert
wird, wird die Temperatur des Abgases im Vergleich mit dem Fall
der normalen Einspritzung erhöht.
Unterdessen wird der unverbrannte Kohlenwasserstoff in den DPF 3 zugeführt und
wird durch den Oxidationskatalysator oxidiert. Als Folge erhöht sich
die Temperatur des Abgases weitergehend. Somit kann die Temperatur
des DPF 3 für
eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 600°C) erhöht werden. Somit können sich
ablagernde Partikelstoffe verbrannt und beseitigt werden und kann
die Sammelfähigkeit
des DPF 3 regeneriert werden. Andere Verfahren können eingesetzt
werden, um die dem Temperaturerhöhungsbetrieb
durchzuführen, oder
ein geeignetes Verfahren zum Temperaturerhöhungsbetrieb kann aus einer
Vielzahl von Verfahren gemäß dem Betriebszustand
ausgewählt
werden.
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In einem in 6 gezeigten Zeitablaufdiagramm wird die
tatsächliche
DPF-Mitteltemperatur TDPFact des DPF 3 mit der geschätzten DPF-Mitteltemperatur
TDPFest verglichen, die aus der Auslassgastemperatur Tex2 berechnet
wird. In 6 stellt eine
gestrichelte Linie TDPFest die geschätzte DPF-Mitteltemperatur des
DPF 3 dar und stellt eine durchgezogene Linie TDPFact die
tatsächliche DPF-Mitteltemperatur
des DPF 3 dar. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V geändert wird
wie in 6 gezeigt ist, ändert sich
die tatsächliche
DPF-Mitteltemperatur
TDPFact gemäß der Änderung
der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Wie in 6 gezeigt
ist, weicht die geschätzte
DPF-Mitteltemperatur TDPFest nicht von der tatsächlichen DPF-Mitteltemperatur
TDPFact in hohem Maße
ab. Somit ist verifiziert, dass die Temperaturschätzeinrichtung
des vorliegenden Ausführungsbeispiels
die DPF-Mitteltemperatur mit einer extrem hohen Genauigkeit schätzen kann.
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Somit kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
die Mitteltemperatur des DPF 3 sehr genau unter Verwendung
der einfachen Übertragungsfunktion
geschätzt
werden. Daher kann sehr genau bestimmt werden, ob der DPF 3 sich
in dem geeigneten Temperaturbereich befindet. Wenn die DPF-Mitteltemperatur
TDPF die zulässige
Temperatur T0 übersteigt,
wird der Temperaturverringerungsbetrieb unmittelbar durchgeführt, um
die übermäßige Temperaturerhöhung des
DPF 3 zu verhindern. Somit kann die Verschlechterung des
Katalysators und die Beschädigung
des Filterbasismaterials verhindert werden, so dass die Haltbarkeit
des DPF 3 verbessert werden kann. Für den Fall, bei dem die Schätzgenauigkeit
der Temperatur gering ist, besteht die Möglichkeit, dass der Temperaturerhöhungsbetrieb angehalten
wird, auch wenn die tatsächliche
Temperatur niedriger als die zulässige
Temperatur TO während
der Regeneration des DPF 3 ist. Für den Fall können die
Partikelstoffe nicht ausreichend beseitigt werden. Als Folge wird
die Häufigkeit
der Regeneration erhöht.
Dagegen kann die Erhöhung
der. Häufigkeit
der Regeneration in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verhindert werden,
da die Temperatur genau geschätzt
werden kann.
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Da darüber hinaus die ECU 6 des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
die Temperatur genau schätzen
kann, wird ein nicht notwendiger Temperaturerhöhungsbetrieb (die Nacheinspritzung)
nicht durchgeführt,
so dass die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindert
werden kann.
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Da darüber hinaus die geschätzte Mitteltemperatur
des DPF 3 bei der Berechnung der PM-Sammelmenge während der
Regenerationssteuerung verwendet wird, wird die Genauigkeit der
Berechnung der PM-Sammelmenge m verbessert. Daher kann genau bestimmt
werden, ob die PM-Sammelmenge
m sich in dem zulässigen
Bereich befindet. Wenn die PM-Sammelmenge m die vorbestimmte zulässige PM-Sammelmenge m0 übersteigt,
wird der Temperaturerhöhungsbetrieb
des DPF 3 durchgeführt,
um die Partikelstoffe durch Verbrennung zu beseitigen. Somit kann
die Regenerationssteuerung effizient durchgeführt werden.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel
wird als Abgasnachbehandlungsvorrichtung der DPF 3 mit dem
Oxidationskatalysator verwendet. Auch für den Fall, bei dem ein DPF
mit einem Katalysator, der ein anderer als der Oxidationskatalysator
ist, oder ein DPF mit keinem Katalysator verwendet wird, kann die Mitteltemperatur
des DPF aus der Auslassgastemperatur in ähnlicher Weise geschätzt werden.
Eine hohe Abgasreinigungsleistungsfähigkeit kann durch Durchführen der Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung
und der Regenerationssteuerung auf der Grundlage der geschätzten Temperatur erzielt
werden, während
der Katalysator und der DPF beschützt werden. Ein Katalysator,
wie zum Beispiel der Oxidationskatalysator, ein NOx-Entfernungskatalysator
oder ein Drei-Wege-Katalysator,
können
als Abgasnachbehandlungsvorrichtung verwendet werden, die eine andere
als der DPF ist. Ebenso kann für diesen
Fall eine ähnliche
Wirkung durch Durchführen der Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung
auf der Grundlage der Mitteltemperatur der Vorrichtung erzielt werden,
die in ähnlicher
Weise geschätzt
wird. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann eine Kombination
einer Vielzahl von Katalysatoren und von dem DPF sein.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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Nachstehend wird ein Abgasreinigungssystem
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
auf der Grundlage von 7 erklärt. Wie
in 7 gezeigt ist, ist
ein Abgastemperatursensor 42 als Einlassgastemperaturmesseinrichtung
in dem Abgasrohr 2a stromaufwärts von dem DPF 3 mit
dem Oxidationskatalysator angeordnet. Der Abgastemperatursensor 42 misst
die Einlassgastemperatur des DPF 3 und gibt ein Signal
entsprechend der Einlassgastemperatur an die ECU 6 aus.
Das Abgasreinigungssystem des zweiten Ausführungsbeispiels bestimmt die
Verschlechterung des Oxidationskatalysators auf der Grundlage der
geschätzten
Werte der DPF-Mitteltemperatur, die aus der Auslassgastemperatur
und der Einlassgastemperatur berechnet wird.
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Die ECU 6 des zweiten Ausführungsbeispiels
hat eine zweite Temperaturschätzeinrichtung zum
Berechnen der geschätzten
Mitteltemperatur des DPF 3, die die Wirkung der Wärmeerzeugung, die
durch die katalytische Reaktion verursacht wird, auf der Grundlage
der Ausgangswerte des Abgastemperatursensors 41 stromabwärts von
dem DPF 3 und dem Luftdurchflussmessgerät 41 wiedergibt. Die geschätzte Mitteltemperatur
des DPF 3, die auf der Grundlage der Ausgangswerte des
Abgastemperatursensors 41 und des Luftdurchflussmessgeräts 71 berechnet
wird, wird im Folgenden als eine zweite geschätzte Temperatur (eine zweite
Schätzung PDFest2)
bezeichnet. Die ECU 6 hat eine erste Temperaturschätzeinrichtung
zum Berechnen der geschätzten
Mitteltemperatur des DPF 3, die frei von der Wirkung der
Wärmeerzeugung
ist, die durch die katalytische Reaktion verursacht wird, auf der
Grundlage der Ausgangswerte des Abgastemperatursensors 42 stromaufwärts von
dem DPF und dem Luftdurchflussmessgerät 71. Die geschätzte Mitteltemperatur
des DPF 3, die auf der Grundlage der Ausgangswerte des
Abgastemperatursensors 42 und des Luftdurchflussmessgeräts 71 berechnet
wird, wird im Folgenden als erste geschätzte Temperatur (eine erste
Schätzung
TDPFest1) bezeichnet. Die ersten und zweiten Schätzungen TDPFest1, TDPFest2
werden in einem Zustand berechnet, in dem die gesammelten Partikelstoffe
nicht zur Beseitigung verbrannt werden. Die ECU 6 hat eine
Zustandserfassungseinrichtung oder eine Verschlechterungsbestimmungseinrichtung
zum Messen einer Temperaturerhöhung,
die durch die katalytische Reaktion verursacht wird, durch Berechnen
einer Differenz zwischen der ersten Schätzung TDPFest1 und der zweiten
Schätzung
TDPFest2. Wenn die Differenz kleiner als ein vorbestimmter Wert
ist, ermittelt die Zustandsbestimmungseinrichtung oder die Verschlechterungsbestimmungseinrichtung,
dass der Oxidationskatalysator sich verschlechtert hat.
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Ein Verfahren zum Ermitteln der Verschlechterung
durch Vergleichen der Abgaben der Abgastemperatursensoren stromaufwärts und
stromabwärts
von dem Katalysator ist gut bekannt. Jedoch kann eine Verschlechterung
nicht genau durch ledigliches Vergleichen der Temperaturdifferenz
zwischen den Ausgängen
der zwei Abgastemperatursensoren bestimmt werden. Das liegt daran,
dass der Katalysator, der zwischen zwei Abgastemperatursensoren
angeordnet ist, aus einem keramischen Strukturkörper mit einer großen Wärmekapazität ausgebildet
ist. Wenn der Betriebszustand sich aufgrund einer Beschleunigung,
einer Verzögerung
oder ähnlichem ändert, weicht
die Änderungszeitabstimmung
der Auslassgastemperatur Tex2 von derjenigen der Einlassgastemperatur
Tex1 ab und ändert
sich die Auslassgastemperatur Tex2 gradueller als die Einlassgastemperatur
Tex2, wie in 2 gezeigt
ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden unter Berücksichtigung
dieser Punkte die Beziehungen zwischen den Änderungen der Einlassgastemperatur
Tex1, der DPF-Mitteltemperatur
TDPF und der Auslassgastemperatur Tex2 mit einer Kombination der
Verzögerung erster
Ordnung und der Totzeit ähnlich
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
ausgedrückt.
Die ersten und zweiten Schätzungen
TDPFest1, TDPFest2 werden aus der Einlassgastemperatur Tex1 und
der Auslassgastemperatur Tex2 jeweils auf der Grundlage einer Übertragungsfunktion
und einer inversen Übertragungsfunktion
berechnet, wie in den 8A und 8B gezeigt ist. Dann werden
die Wirkungen der Abweichung der Änderungszeitabstimmung der
Temperatur und der graduellen Änderung
der Auslassgastemperatur Tex2 durch Vergleichen der ersten Schätzung TDPFest1
mit der zweiten Schätzung TDPFest2
aufgehoben. In den 8A und 8B stellen T1 und T2 die
Zeitkonstanten der Verzögerung
erster Ordnung dar und stellen L1, L2 die Totzeit dar.
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Genauer gesagt berechnet die zweite
Temperaturschätzeinrichtung
die geschätzte
Mitteltemperatur des DPF 3 (die zweite Schätzung TDPFest2) aus
der Auslassgastemperatur Tex2 unter der Verwendung der inversen Übertragungsfunktion
(in 8B gezeigt) der Änderung
der Auslassgastemperatur Tex2 mit Bezug auf die Änderung der DPF-Mitteltemperatur
TDPF. Die zweite Schätzung TDPFest2
gibt die Wirkung der Reaktionswärme
an, die durch den Oxidationskatalysator erzeugt wird, wie in dem
ersten Ausführungsbeispiel
erklärt
wird. Andererseits berechnet die erste Temperaturschätzeinrichtung
die geschätzte
Mitteltemperatur des DPF 3 (die erste Schätzung TDPFest1)
aus der Einlassgastemperatur Tex1 unter Verwendung der Übertragungsfunktion
(in 8A gezeigt) der Änderung
der DPF-Mitteltemperatur TDPF mit Bezug auf die Änderung der Einlassgastemperatur
Tex1. Die erste Schätzung
TDPFest1 gibt die Wirkung der Reaktion der Wärme nicht wieder, die durch
den Oxidationskatalysator erzeugt wird. Daher können die Wirkungen der Abweichung
der Änderungszeitabstimmung
der Temperatur und der graduellen Änderung der Auslassgastemperatur
Tex2 durch Berechnen einer Differenz zwischen den ersten und zweiten
Schätzungen
TDPFest1, TDPFest2 beseitigt werden. Somit kann die Änderung
der Temperatur zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite
des DPF 3, die durch die katalytische Reaktion verursacht
wird, genau gemessen werden.
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Ebenso werden in dem zweiten Ausführungsbeispiel
die Zeitkonstanten T1, T2 der Verzögerung erster Ordnung und die
Totzeit L1, L2 gemäß der Abgasdurchflussrate
Vex unter Berücksichtigung der
Tatsache geändert,
dass die Wärmeübertragung zwischen
dem Abgas und dem DPF 3 sich erhöht, wenn die Abgasdurchflussrate
Vex sich erhöht.
Wie in den 4A, 4B, 9A und 9B gezeigt
ist, werden die Zeitkonstanten T1, T2 und die Totzeit L1, L2 verringert,
wenn sich die Abgasdurchflussrate Vex erhöht.
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Als nächstes wird ein Beispiel eines
Betriebs der ECU 6 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel auf
der Grundlage eines in 10 gezeigten
Ablaufdiagramms erklärt.
Die ECU 6 führt
den Prozess, der in dem Ablaufdiagramm von 10 gezeigt ist, mit einem vorbestimmten
Zyklus durch. Zuerst wird ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 aus
den Ausgängen
der verschiedenartigen Sensoren in Schritt 201 erfasst.
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Unterdessen werden die Einlassluftdurchflussrate
GA, die Einlassgastemperatur Tex1 und die Auslassgastemperatur Tex2
von dem Luftdurchflussmessgerät 71,
dem Abgastemperatursensor 42 und dem Abgastemperatursensor 41 jeweils
in dem Schritt 201 eingegeben. Dann wird die zweite Schätzung TDPFest2
der DPF-Temperatur aus der Auslassgastemperatur Tex2 in Schritt
202 berechnet. Schritt 202 entspricht den Schritten von Schritt
102 bis Schritt 104 in dem in 5 gezeigten
Ablaufdiagramm. In Schritt 202 wird die Abgasdurchflussrate Vex
aus der Einlassluftdurchflussrate GA berechnet. Dann werden die
Zeitkonstante T2 der Verzögerung erster
Ordnung und die Totzeit L2 bei der Abgasdurchflussrate Vex auf der
Grundlage der in den 4A und 4B gezeigten Graphiken berechnet. Dann
wird die Schätzung
TDPFest2 auf der Grundlage der inversen Übertragungsfunktion berechnet,
die in 8B gezeigt ist.
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In Schritt 203 wird ermittelt, ob
die zweite Schätzung
TDPFst2, die in Schritt 202 berechnet wird, höher als ein vorbestimmter Wert
TDPFa ist. Der vorbestimmte Wert TDPFa ist auf eine Aktivierungstemperatur
(beispielsweise 200°C)
des Oxidationskatalysators gesetzt, der an dem DPF 3 gestützt ist.
Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt 203 „JA" ist, wird ermittelt, dass die Temperatur
des DPF 3 höher
als die Aktivierungstemperatur TDPFa ist, und schreitet der Prozess
zu Schritt 204 weiter. Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt
203 „NEIN" ist, wird ermittelt,
dass der Oxidationskatalysator nicht aktiviert ist. Für den Fall
kann die Temperaturerhöhung
aufgrund der katalytischen Reaktionswärme nicht gemessen werden.
Daher wird der Prozess unmittelbar beendet.
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In Schritt 204 wird die erste Schätzung TDPFest1
der DPF-Temperatur
aus der Einlassgastemperatur Tex des DPF 3 berechnet. Zunächst werden
die Zeitkonstante T1 der Verzögerung
der ersten Ordnung und die Totzeit L1 bei der Abgasdurchflussrate
Vex, die in Schritt 202 berechnet wird auf der Grundlage der in
den 9A und 9B gezeigten Graphiken berechnet.
Dann wird die erste Schätzung TDPFest1
auf der Grundlage der in 8A gezeigten Übertragungsfunktion
berechnet. Dann wird in Schritt 205 ein Standardwert STcat für die Verschlechterungsbestimmung
des Oxidationskatalysators aus dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1,
wie zum Beispiel der Verbrennungsmotordrehzahl NE, dem Drehmoment
oder der Kraftstoffeinspritzmenge berechnet. Die Menge des unverbrannten
Kohlenwasserstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, ändert sich
gemäß dem Betriebszustand
des Verbrennungsmotors 1. Als Folge ändert sich der erwartete Wert
der Temperaturerhöhung
aufgrund der katalytischen Reaktion gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1.
Der Standardwert STcat wird erhöht,
wenn sich der erwartete Wert der Temperaturerhöhung erhöht. Eine Abbildung, die bei
der Berechnung des Standardwerts STcat verwendet wird, wird im voraus über ein
Experiment und ähnliches
bereitgestellt und in dem Speicher der ECU 6 gespeichert.
Der Standardwert STcat ändert
sich beispielsweise gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl Ne
und dem Drehmoment, wie in 11 gezeigt
ist. In 11 erhöht sich
der Standardwert STcat entlang der Pfeilmarkierung.
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In Schritt 206 wird eine Differenz
zwischen der ersten Schätzung
TDPFest1 und der zweiten Schätzung
TDPFest2 berechnet und wird die Differenz mit dem Standardwert STcat
verglichen, die in Schritt 205 berechnet wird. Wenn die Differenz,
die durch Subtrahieren der ersten Schätzung TDPFest1 von der zweiten
Schätzung
TDPFest2 erhalten wird, größer als
der Standardwert STcat ist, wird bestimmt, dass die Temperaturerhöhung des
DPF 3 aufgrund der Reaktion bei dem Oxidationskatalysator
höher als
ein vorbestimmter erwarteter Wert ist und dass der Oxidationskatalysator
nicht verschlechtert ist. Dann wird der Prozess beendet. Wenn das
Ergebnis der Ermittlung in Schritt 206 „NEIN" ist, wird bestimmt, dass die Temperaturerhöhung geringer
als der erwartete Wert ist und dass der Katalysator nicht ausreichend
aufgrund der Verschlechterung funktioniert. Dann wird in Schritt
207 eine Ausfallwarnlampe MIL eingeschaltet.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird die zweite geschätzte
DPF-Mitteltemperatur (die zweite Schätzung TDPFest2) aus der Auslassgastemperatur
Tex2 berechnet und wird die erste geschätzte DPF-Mitteltemperatur (die
erste Schätzung TDPFest1)
aus der Einlassgastemperatur Tex1 berechnet auf der Grundlage der
einfachen Übertragungsfunktionen.
Die Wirkung der Änderung
der Abgastemperatur selbst kann durch Vergleichen der ersten und
zweiten Schätzungen
TDPFest1, TDPFest2 beseitigt werden. Daher kann auch für den Fall,
bei dem sich der Betriebszustand aufgrund der Beschleunigung, der
Verzögerung
oder ähnlichem ändert, die
Verschlechterung des Katalysators genau erfasst werden und dem Fahrer
des Fahrzeugs angezeigt werden. Somit kann die Zuverlässigkeit
des Systems in hohem Maße
verbessert werden.
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Während
der Generation des DPF 3 wird die Temperaturerhöhung durch
die Verbrennung des Kohlenwasserstoffs und der Partikelstoffe verursacht.
Daher wird für
diesen Fall eine Abbildung für die
Ermittlung bereitgestellt, die von der in 11 gezeigten Abbildung unterschiedlich
ist. Jedoch kann auch während
der Regeneration die Verschlechterung in ähnlicher Weise durch Berechnung
des Standardwerts für
die Verschlechterungsermittlung unter Berücksichtigung der Wirkung der
Temperaturerhöhung
aufgrund der Verbrennung des Kohlenwasserstoffs und der Partikelstoffe
ermittelt werden.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel
wird als Abgasnachbehandlungsvorrichtung der DPF mit dem Oxidationskatalysator
eingesetzt. Alternativ kann ein DPF mit einem Katalysator, der ein
anderer als der Oxidationskatalysator ist, oder ein Katalysator,
wie zum Beispiel der Oxidationskatalysator, der NOx-Entfernungskatalysator
oder der Drei-Wege-Katalysator als Abgasnachbehandlungsvorrichtung
eingesetzt werden. In ähnlicher
Weise kann die Verschlechterung des Katalysators genau durch Vergleichen
von geschätzten
Werten der Mitteltemperatur des Katalysators erfasst werden, die
jeweils aus der Einlassgastemperatur und der Auslassgastemperatur
unabhängig
von dem Betriebszustand berechnet werden.
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Wie vorstehend erwähnt ist
kann in den vorliegenden Ausführungsbeispielen
genau ermittelt werden ob der Katalysator oder der DPF sich in dem geeigneten
Temperaturbereich befindet, oder ob der Katalysator verschlechtert
ist, und kann der Verbrennungsmotor so gesteuert werden, dass der
Katalysator oder der DPF sich in dem vorbestimmten Zustand befindet.
In den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen
wird die Temperaturschätzeinrichtung
der vorliegenden Erfindung bei der Temperatursteuerung des Katalysators
oder des DPF, der Regenerationssteuerung, der Verschlechterungsermittlung
und der gleichen verwendet. Alternativ kann die vorliegende Erfindung
auf andere Arten der Steuerung angewendet werden. Beispielsweise
bei dem ersten Ausführungsbeispiel
wird die Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung,
der Betrieb zum Verringern der Temperatur, wenn die Temperatur der
Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine vorbestimmte Temperatur übersteigt,
durchgeführt.
Alternativ kann ein Betrieb zum Erhöhen der Temperatur zum Halten des
Katalysators oberhalb der Aktivierungstemperatur, wenn sich die
Temperatur unter einer vorbestimmten Temperatur verringert, durchgeführt werden.
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Zur Vereinfachung der Erklärung wird
die Mitteltemperatur des DPF 3 auf der Grundlage der Übertragungsfunktion
in den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen
geschätzt.
Tatsächlich
haben die stromaufwärtige
Seite, die stromabwärtige
Seite, der äußere Randbereich
und der innere Randbereich des DPF jeweils verschiedene Temperaturverteilungen.
Daher wird ein im Wesentlichen geschätzter Wert der Temperatur an
jeweiligen Abschnitten des DPF als die Temperatur des DPF selbst
in der Praxis geschätzt.
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Die vorliegende Erfindung sollte
nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
beschränkt
werden, sondern sie kann auf viele andere Arten ohne Abweichen vom
Grundgedanken der Erfindung ausgeführt werden.
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Somit ist der Diesel-Partikelfilter
(DPF) 3 mit dem Oxidationskatalysator ist zwischen Abgasrohren 2a, 2b einer
Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Ein Abgastemperatursensor 41 misst
eine Auslassgastemperatur des DPF 3. Eine Verbrennungsmotorsteuereinheit
(ECU) 6 berechnet eine geschätzte Mitteltemperatur des DPF 3 aus
einer Abgabe des Abgastemperatursensors 41 unter Verwendung
einer inversen Übertragungsfunktion
einer Änderung
der Auslassgastemperatur mit Bezug auf eine Änderung der Temperatur des
DPF 3. Auf der Grundlage der geschätzten Temperatur führt die
ECU 6 eine Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung oder
eine Regenerationssteuerung des DPF 3 durch. Die Übertragungsfunktion
ist einfach mit einer Verzögerung
erster Ordnung und einer Totzeit ausgedrückt. Eine Zeitkonstante der
Verzögerung
erster Ordnung und die Totzeit werden gemäß einer Abgasdurchflussrate
gesetzt.