DE112012001284B4

DE112012001284B4 - Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzvorrichtung, Abgasreinigungssystem und Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzverfahren

Info

Publication number: DE112012001284B4
Application number: DE112012001284.4T
Authority: DE
Inventors: Hideo Oguri; Akikazu Miyahara
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: US8762034B2; KR101420582B1; JP5325249B2; CN103261598A; KR20130114174A; WO2012127973A1; DE112012001284T5; US20130269323A1; CN103261598B; JP2012197705A

Abstract

Bereitgestellt sind: Berechnen einer Differenzialdruckablagerungsmenge von PM, die in einem DPF abgelagert sind, ausgehend von einer Abgasströmungsrate und einem Differenzialdruck des DPF, Berechnen einer Modellablagerungsmenge der PM unter Verwendung eines Modells, in dem eine PM-Menge, die in dem DPF verbrannt wird, von der PM-Menge abgezogen wird, Berechnen einer Zeitänderungsrate einer Differenzialdruckablagerungsmenge und Einstellen eines Werts eines ersten Koeffizienten, dass er größer als der Wert eines zweiten Koeffizienten ist, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet, und Einstellen den ersten Koeffizienten, dass er klein ist, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert überschreitet und die Zeitänderungsrate eine vorbestimmte Schwelle oder höher ist, wenn die Differenzialdruckablagerungsmenge und die Modellablagerungsmenge mit dem ersten Koeffizienten, bzw. mit dem zweiten Koeffizienten multipliziert ist, und einen Additionswert der entsprechenden multiplizierten Werte als die PM-Ablagerungsmenge berechnet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzvorrichtung, die eine PM-Ablagerungsmenge innerhalb eines DPF (Dieselpartikelfilter) schätzt, wenn der DPF wiederhergestellt wird, was einen Partikelbestandteil (PM: Partikelbestandteil) entfernt, der in einem Abgas einer Maschine vorhanden ist, ein Abgasreinigungssystem, das den selben einsetzt und ein Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzverfahren.
Hintergrund
In einer Dieselmaschine ist ein DPF in einer Abgasrohrleitung bereitgestellt, um in einem Abgas vorhandene PM zu reduzieren. Der DPF fängt die PM wie z. B. Ruß, die in einem Abgas vorhanden sind, und gibt das Abgas an die Außenluft ab, aus dem die PM entfernt wurden. Wenn die Menge der PM ansteigt, die durch den DPF gefangen werden, verschlechtert sich eine Filterfunktion. Aus diesem Grund wird der DPF durch das Verbrennen der gefangenen PM wiederhergestellt. Das Wiederherstellen schließt ein natürliches Wiederherstellen ein, in dem die abgelagerten PM natürlich verbrannt werden, wenn die Temperatur des Abgases hoch ist, und eine erzwungene Wiederherstellung, die durchgeführt wird, wenn eine PM-Ablagerungsmenge einen vorbestimmten Bezugswert überschreitet. In der erzwungenen Wiederherstellung wird der Maschinenbetriebszustand angepasst, um die Abgastemperatur zu erhöhen, und eine externe Dosierung zum Einspritzen eines Kraftstoffs in der vorderen Stufe des DPF oder eine interne Dosierung zum Einspritzen eines Kraftstoffs in einen Zylinder der Maschine wird durchgeführt, um die PM gezwungen zu verbrennen. Die gezwungene Wiederherstellung schließt außerdem eine automatische gezwungene Wiederherstellung und eine manuelle gezwungene Wiederherstellung ein. Wenn eine Möglichkeit besteht, dass der DPF aufgrund der PM-Ablagerungsmenge blockiert ist, die größer als ein Bezugswert in der automatischen gezwungenen Wiederherstellung wird, wird eine Meldung zum Verursachen der Ausführung der manuellen gezwungenen Wiederherstellung an einen Fahrer ausgegeben.
Da die PM-Ablagerungsmenge der in dem DPF gefangenen PM während des Betriebs der Maschine nicht tatsächlich gemessen werden kann, wird die PM-Ablagerungsmenge durch die Schätzung berechnet. Zum Beispiel offenbart die Druckschrift JP 2009-185781 A (Familienmitglied EP 2 163 740 A1 ) eine DPF-Ablagerungsmengenschätzvorrichtung, die ein PM-Abgabemengenmodell hat, von dem eine PM-Abgabemenge durch einen Maschinenbetriebszustand eingestellt ist, ein PM-Wiederherstellungsgrößenmodell, von dem eine PM-Wiederherstellungsgröße durch einen Temperaturunterschied zwischen einer Auslasstemperatur und einer Einlasstemperatur eines DPF eingestellt ist, und ein DPF-Differenzialdruckmodell, von dem eine PM-Ablagerungsmenge aus einer Abgasströmungsrate und einem Differenzialdruck des DPF eingestellt ist und eine PM-Ablagerungsschätzgröße des DPF durch Hinzuzählen einer PM-Ablagerungskorrekturgröße berechnet wird, die einen geschätzten Wert des DPF-Differenzialdruckmodells unter Verwendung eines Koeffizienten K korrigiert, der gemäß einer Maschinendrehzahl und einer Maschinenkraftstoffeinspritzmenge auf einen Unterschied zwischen der PM-Abgabemenge und der PM-Wiederherstellungsgröße eingestellt ist.
Außerdem offenbart die Druckschrift JP 2004-293413 A ein Abgasreinigungssystem, das eine Zeitänderungsrate einer PM-Produktionsmenge und der Verwendung einer PM-Produktionsmengenschätzmodellgleichung als einem mathematischen Modell offenbart, das die PM-Produktionsmenge aus einer Maschinendrehzahl, einer Kraftstoffströmungsrate und einer DPF-Differenzialdruckänderungsrate als Zeitänderungsrate eines Differenzialdrucks vor und nach einem DPF berechnet, eine Zeitänderungsrate einer PM-Reinigungsgröße und der Verwendung einer PM-Reinigungsgrößenschätzmodellgleichung eines mathematischen Modells erhält, das die PM-Reinigungsgröße berechnet, und schätzt eine PM-Ansammlungsgröße des DPF aus der Zeitänderungsrate der PM-Produktionsmenge, der Zeitänderungsrate der PM-Reinigungsgröße und der Fangrate des DPF.
Als nächstliegender Stand der Technik wird die Druckschrift EP 2 216 521 A1 angesehen. Diese offenbart einen Schätzalgorithmus zur Bestimmung einer in einem Partikelfilter abgelagerten Partikelmenge aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, wobei die Partikelmenge aus dem Differentialdruck zwischen der Einlass- und der Auslassseite des Partikelfilters sowie der Abgasströmungsrate berechnet wird, wenn die Abgasströmungsrate einen Schwellwert übersteigt. Liegt die Abgasströmungsrate unterhalb dieses Schwellwerts, wird eine Modellablagerungsmenge der Partikelmenge auf Grundlage von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors berechnet. Auf Grundlage der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors wird ebenfalls die abgelagerte Partikelmenge bestimmt, wenn zusätzlich zur Abgasströmungsrate auch die zeitliche Änderung des Differenzdrucks des Partikelfilters einen bestimmten Wert überschreitet.
Technisches Problem
Übrigens ist ein PM 101, der innerhalb einer Zelle gefangen ist, die einen DPF bestimmt, gleichförmig innerhalb der Zelle abgelagert, wie in der oberen Stufe der 13 dargestellt ist, aber wenn die Menge der PM 101 ansteigt, wird beobachtet, dass der PM 101, der innerhalb der Zelle abgelagert ist, an einigen Positionen abgehoben wird und die Zelle durch einen abgehobenen PM 102 blockiert ist, wie in der unteren Stufe der 13 dargestellt ist.
Wenn hier die PM-Ablagerungsmenge unter Verwendung des Differenzialdrucks geschätzt wird, wie dies in der Patentliteratur 1 der Fall ist, entsteht ein Problem, wenn die Zelle blockiert ist. Wenn die PM-Ablagerungsmenge unter Verwendung des Differenzialdrucks in einem Fall geschätzt wird, in dem die Zelle blockiert ist, wird nämlich die geschätzte PM-Menge größer als die tatsächliche PM-Ablagerungsmenge. Aus diesem Grund besteht darin ein Problem, dass eine Meldung zum Verursachen der Ausführung der manuell erzwungenen Wiederherstellung erzeugt wird, sogar obwohl das PM nicht tatsächlich in der Menge abgelagert ist, in der die manuell gezwungene Ablagerung benötigt ist.
Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung der voranbeschriebenen Umstände gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine PM-Ablagerungsmenge mit hoher Genauigkeit zu schätzen, ein Diesel verwendendes Abgasreinigungssystem und ein Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzverfahren.
Lösung des Problems
Um die Probleme zu überwinden und die Aufgabe zu lösen, umfasst eine Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einheit zum Berechnen einer Differenzialdruckablagerungsmenge, die eine Differenzialdruckablagerungsmenge berechnet, die durch das Schätzen einer Ablagerungsmenge eines Partikelbestandteils in einem Partikelbestandteile entfernenden Filter, der einen Partikelbestandteil von einem Abgas einer Maschine entfernt, ausgehend von einer Abgasströmungsrate und einem Differenzialdruck zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Partikelbestandteile entfernenden Filters erhalten wird; eine Einheit zum Berechnen einer Modellablagerungsmenge, die eine Modellablagerungsmenge berechnet, die durch das Schätzen der Partikelbestandteilablagerungsmenge in dem die Partikelbestandteile entfernenden Filter unter Verwendung eines Modells erhalten wird, in dem eine Menge der in dem Partikelbestandteile entfernenden Filter verbrannten Partikelbestandteile von der Menge der Partikelbestandteile in dem Abgas abgezogen wird, das in den die Partikelbestandteile entfernenden Filter eingebracht wird; einer Einheit zum Berechnen einer Änderungsrate einer Differenzialdruckablagerungsmenge, die eine Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge berechnet; und eine Einheit zum Berechnen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge, die einen Wert eines ersten Koeffizienten einstellt, dass er größer als ein Wert eines zweiten Koeffizienten ist, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet, und den ersten Koeffizienten einstellt, dass er klein ist, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet und die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge ein vorbestimmter Schwellwert oder höher ist, als Zustand, in dem eine Summe des ersten Koeffizienten und des zweiten Koeffizienten ein konstanter Wert wird, um die Partikelbestandteilablagerungsmenge zu berechnen, wenn die Einheit zum Berechnen der Partikelbestandteilablagerungsmenge einen Additionswert eines Wertes, der durch das Multiplizieren der Differenzialdruckablagerungsmenge mit dem ersten Koeffizienten erhalten wird, und eines Werts, der durch das Multiplizieren der Modellablagerungsmenge mit dem zweiten Koeffizienten erhalten wird, als die Partikelbestandteilablagerungsmenge berechnet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung stellt die Einheit zum Berechnen der Partikelbestandteilablagerungsmenge die Summe des ersten Koeffizienten und des zweiten Koeffizienten auf 1, stellt den Wert des ersten Koeffizienten auf 1, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert überschreitet, und setzt den Wert des ersten Koeffizienten auf 0, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung verringert die Einheit zum Berechnen der Partikelbestandteilablagerungsmenge den ersten Koeffizienten mit einem Anstieg in der Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet, und die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge der vorbestimmte Schwellwert oder höher ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt die Einheit zum Berechnen der Partikelbestandteilablagerungsmenge eine Anweisung aus, an dem die Partikelbestandteile entfernende Filter eine manuelle erzwungene Wiederherstellung durchzuführen, wenn die berechnete Partikelbestandteilablagerungsmenge einen Schwellwert überschreitet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Abgasreinigungssystem: einen Partikelbestandteile entfernenden Filter, der einen Partikelbestandteil von einem Abgas einer Maschine entfernt; eine Maschinensteuereinheit, die die Maschine steuert; eine Wiederherstellungssteuereinheit, die die Wiederherstellung des Partikelbestandteile entfernenden Filters steuert; einen Differenzialdrucksensor, der einen Differenzialdruck zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Partikelbestandteile entfernenden Filters erfasst; und eine Wiederherstellungsanweisungseinheit, die eine Anweisung zu dem die Partikelbestandteile entfernenden Filters abgibt, eine manuelle erzwungene Wiederherstellung durchzuführen, wobei die Wiederherstellungssteuereinheit eine Einheit zum Berechnen einer Differenzialdruckablagerungsmenge hat, die eine Differenzialdruckablagerungsmenge berechnet, die durch das Schätzen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge in dem die Partikelbestandteile entfernenden Filter ausgehend von dem Differenzialdruck und einer von der Maschinensteuereinheit eingegebenen Abgasströmungsrate erhalten wird, eine Einheit zum Berechnen einer Modellablagerungsmenge, die eine Modellablagerungsmenge berechnet, die durch das Schätzen der Partikelbestandteilablagerungsmenge in dem die Partikelbestandteile entfernenden Filter unter Verwendung eines Modells erhalten wird, in dem eine Menge der in dem die Partikelbestandteile entfernenden Filter verbrannten Partikelbestandteile von der Menge der Partikelbestandteile in dem Abgas abgezogen wird, das in den die Partikelbestandteile entfernenden Filter eingebracht wird, einer Einheit zum Berechnen einer Differenzialdruckänderungsrate, die eine Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge berechnet, und eine Einheit zum Berechnen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge, die einen Wert eines ersten Koeffizienten einstellt, dass er größer als ein Wert eines zweiten Koeffizienten ist, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet, und den ersten Koeffizienten einstellt, dass er klein ist, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet und die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge ein vorbestimmter Schwellwert oder höher ist, als Zustand, in dem eine Summe des ersten Koeffizienten und des zweiten Koeffizienten ein konstanter Wert wird, um die Partikelbestandteilablagerungsmenge zu berechnen, wenn die Einheit zum Berechnen der Partikelbestandteilablagerungsmenge einen Additionswert eines Werts, der durch das Multiplizieren der Differenzialdruckablagerungsmenge mit dem ersten Koeffizienten erhalten wird, und eines Werts, der durch das Multiplizieren der Modellablagerungsmenge mit dem zweiten Koeffizienten erhalten wird, als die Partikelbestandteilablagerungsmenge berechnet, wobei die Einheit zum Berechnen der Partikelbestandteilablagerungsmenge eine Anweisung an die Wiederherstellungsanweisungseinheit abgibt, die manuelle erzwungene Regeneration durchzuführen, wenn die berechnete Partikelbestandteilablagerungsmenge einen Schwellwert überschreitet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung führt die Wiederherstellungssteuereinheit die manuelle erzwungene Wiederherstellung durch die Maschinensteuereinheit durch, wenn sie eine Anweisung von der Regenerationsanweisungseinheit empfängt, eine manuelle erzwungene Regeneration durchzuführen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Schätzen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge: Berechnen einer Differenzialdruckablagerungsmenge, die durch das Schätzen einer Ablagerungsmenge eines Partikelbestandteils in einem Partikelbestandteile entfernenden Filters, der die Partikelbestandteile von einem Abgas einer Maschine entfernt, ausgehend von einer Abgasströmungsrate und einem Differenzialdruck zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des die Partikelbestandteile entfernenden Filters erhalten wird; Berechnen einer Modellablagerungsmenge, die durch das Schätzen der Partikelbestandteilablagerungsmenge, in dem die Partikelbestandteile entfernenden Filter unter Verwendung eines Modells erhalten wird, in dem eine Menge der in dem die Partikelbestandteile entfernenden Filter verbrannten Partikelbestandteile von der Menge der Partikelbestandteile in dem Abgas abgezogen wird, das in den die Partikelbestandteile entfernenden Filter eingebracht wird; Berechnen einer Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge; und Einstellen eines Werts eines ersten Koeffizienten, dass er größer als ein Wert eines zweiten Koeffizienten ist, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert überschreitet und den ersten Koeffizienten einstellt, dass er klein ist, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet und die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge ein vorbestimmter Schwellwert oder höher ist, als Zustand, in dem eine Summe des ersten Koeffizienten und des zweiten Koeffizienten ein konstanter Wert wird, um die Partikelbestandteilablagerungsmenge zu berechnen, wenn ein Additionswert eines Werts, der durch das Multiplizieren der Differenzialdruckablagerungsmenge mit dem ersten Koeffizienten erhalten wird, und eines Werts, der durch das Multiplizieren der Modellablagerungsmenge mit dem zweiten Koeffizienten erhalten wird, als die Partikelbestandteilablagerungsmenge berechnet wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist es möglich, die Partikelbestandteilablagerungsmenge mit hoher Genauigkeit zu schätzen, da die Partikelbestandteilablagerungsmenge so berechnet wird, dass ein Wert eines ersten Koeffizienten eingestellt ist, größer als ein Wert eines zweiten Koeffizienten zu sein, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet, und der erste Koeffizient eingestellt ist, klein zu sein, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert überschreitet, und die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge ein vorbestimmter Schwellwert oder mehr ist, wenn ein Additionswert eines Werts, der durch das Multiplizieren der Differenzialdruckablagerungsmenge mit dem ersten Koeffizienten erhalten wird, und eines Werts, der durch Multiplizieren der Modellablagerungsmenge mit dem zweiten Koeffizienten erhalten wird, als Partikelbestandteilablagerungsmenge unter einem Zustand berechnet wird, in dem die Summe des ersten Koeffizienten und des zweiten Koeffizienten ein konstanter Wert wird. Entsprechend ist es möglich, ein Problem zu verhindern, in dem eine fehlerhafte Meldung erzeugt wird, um die Ausführung der manuell erzwungenen Wiederherstellung zu veranlassen, wenn der Differenzialdruck schnell unabhängig von der tatsächlichen Partikelbestandteilablagerungsmenge ansteigt, so dass die geschätzte Partikelbestandteilablagerungsmenge bemerkenswert ansteigt, wie in dem Fall, in dem die Zelle innerhalb des DPF blockiert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung einer Dieselmaschine darstellt, die ein Abgasreinigungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hat.
2 ist ein Blockdiagramm, die eine Anordnung einer Wiederherstellungssteuerungseinheit darstellt, die in 1 dargestellt ist.
3 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einem Differenzialdruck und einer Abgasströmungsrate unter Verwendung einer PM-Ablagerungsmenge als ein Parameter darstellt.
4 ist ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration einer Modellablagerungsmengenberechnungseinheit darstellt.
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Vorgang eines PM-Ablagerungsmengenberechnungsprozesses darstellt, der durch eine PM-Ablagerungsmengenberechnungseinheit durchgeführt wird.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozessvorgang eines Koeffizientenbestimmungsprozesses darstellt, der in 5 dargestellt ist.
7 ist eine Ansicht, die eine Abgasströmungsratenabhängigkeitseigenschaft eines Koeffizienten α darstellt.
8 ist eine Ansicht, die einen Bereich darstellt, der hauptsächlich eine Differenzialdruckablagerungsmengenberechnung aufnimmt.
9 ist ein Zeitdiagramm, das eine Änderung mit der Zeit in einer PM-Ablagerungsmenge, eines Differenzialdrucks und einer Differenzialdruckablagerungsmengenzeitänderungsrate darstellt, wenn ein Differenzialdruck schnell aufgrund einer Blockierung einer Zelle eines DPF ansteigt.
10 ist eine Ansicht, die ein Beispiel einer Funktion einer Verringerung eines Koeffizienten α' mit einem Anstieg in der Differenzialdruckablagerungsmengenzeitänderungsrate darstellt.
11 ist eine Ansicht, die ein Beispiel darstellt, in dem eine Modulation an einen Koeffizienten α in der Nähe eines Schwellwerts einer Abgasströmungsrate angewendet wird.
12 ist eine Ansicht, die ein Beispiel in einem Fall darstellt, in dem sowohl eine Differenzialdruckablagerungsmenge wie auch eine Modellablagerungsmenge verwendet werden, wenn eine PM-Ablagerungsmenge berechnet wird.
13 ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem eine Zelle eines DPF blockiert ist.
Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Konfiguration einer Dieselmaschine 100 darstellt, die ein Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der Erfindung hat. In 1 hat die Dieselmaschine 100 einen Maschinenkörper 1, dem eine Vielzahl von Verbrennungskammern vorhanden sind, und einen Luftfilter 2, der zugeführte Luft unter Verwendung eines Filters filtert und verhindert, dass Fremdstoffe wie z. B. Staub in eine Brennkammer gemischt werden, eine Einlassrohrleitung 3, die zugeführte Luft zu jeder Brennkammer innerhalb des Maschinenkörpers 1 zuführt, eine Abgasrohrleitung 4, die ein von jeder Brennkammer innerhalb des Maschinenkörpers 1 abgegebenes Abgas abgibt, einen Kühlmechanismus 5, einen Abgasturbinenlader 6, eine Abgasreinigungsvorrichtung 7, ein Abgasrezirkulationssystem 8, eine Maschinensteuerung 30, eine Wiederherstellungssteuereinheit 40 und eine Wiederherstellungsanweisungseinheit 50.
Ein Einlasskrümmer 3A ist zwischen dem Maschinenkörper und der Einlassrohrleitung 3 so angebracht, dass die von der Einlassrohrleitung 3 zugeführte Luft zu jeder Brennkammer innerhalb des Maschinenkörpers 1 verteilt wird. Ein Abgaskrümmer 4A ist zwischen dem Maschinenkörper 1 und der Abgasrohrleitung 4 so angebracht, dass ein von jeder Brennkammer innerhalb des Maschinenkörpers 1 abgegebenes Abgas gesammelt in die Abgasrohrleitung 4 strömt.
Die Einlassrohrleitung 3 ist mit einem Nachkühler 11 bereitgestellt, der durch den Abgasturbinenlader 6 verdichtete Luft kühlt. Der Kühlmechanismus 5 hat eine Pumpe 12, die durch eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) innerhalb des Maschinenkörpers 2 angetrieben ist. Kühlwasser, das durch die Pumpe 12 unter Druck zugeführt wird, kühlt einen Abschnitt wie z. B. den Maschinenkörper 1, den Abgasturbinenlader 6 und einen Ölkühler (nicht dargestellt), der zu kühlen ist, und wird durch einen Kühler 13, der in dem Kühlmechanismus 5 bereitgestellt ist, mittels Luft gekühlt. Der Nachkühler 11 und der Kühler 13 sind in dem Maschinenkörper 1 bereitgestellt, und die Kühltätigkeit davon wird durch einen Ventilator 14 verbessert, der drehend durch die Kurbelwelle angetrieben ist (nicht dargestellt).
Der Abgasturbinenlader 6 hat eine Turbine 21, die in dem Zug der Abgasrohrleitung 4 bereitgestellt ist, einen Verdichter 22, der in dem Kurs der Einlassrohrleitung 3 bereitgestellt ist und angetrieben wird, während er mit der Turbine 21 verbunden ist, und eine variable Turbodüse 23, die eine Strömungsrate eines Abgases steuert, das zu der Turbine 21 zugeführt wird. Der Abgasturbinenlader 6 steuert die Maschinendrehzahl der Turbine 21 durch Steuern des Öffnungsgrads der variablen Turbodüse 23. Der Verdichter 22 wird durch die Drehung der Turbine 21 angetrieben, um die zu dem Maschinenkörper 1 zugeführte Luft aufzuladen. Wenn darüber hinaus die variable Turbodüse 23 vollständig geschlossen ist, wird das Abgas durch einen Umgehungsdurchtrittsweg 24 zu der Abgasreinigungsvorrichtung 7 abgegeben. Wenn die variable Turbodüse 23 nämlich geöffnet ist, wird das Abgas in einen Turbinenrotor 21a zugeführt. Wenn die variable Turbodüse 23 vollständig geschlossen ist, wird das Abgas durch den Umgehungsdurchtrittsweg 24 zu der Abgasreinigungsvorrichtung 7 abgegeben, und die Last auf dem Turbinenrotor 21a verringert sich, um die Abgastemperatur zu erhöhen.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 2 ist an der stromabwärts liegenden Seite der Turbine 21 bereitgestellt, um die in dem Abgas enthaltenen PM zu entfernen, und hat einen DOC (Dieseloxidationskatalysator) 71, einen DPF 72, einen Differenzialdrucksensor 73 und einen Temperatursensor 74. Der DOC 71 und der DPF 72 sind innerhalb einer zylindrischen Abgasrohrleitung bereitgestellt, wo der DOC 71 an der stromaufwärts liegenden Seite der Abgasrohrleitung bereitgestellt ist und der DPF 72 an der stromabwärts liegenden Seite der Abgasrohrleitung bereitgestellt ist. Außerdem ist eine Dosierdüse 70a, die einen dosierten Kraftstoff einspritzt, der von einer Zufuhrvorrichtung 70 für dosierten Kraftstoff zugeführt wird, zwischen der Turbine 21 und der Abgasreinigungsvorrichtung 7 vorgesehen. Das Einspritzen des dosierten Kraftstoffs wird durchgeführt, wenn eine gezwungene Wiederherstellungsanweisung vorliegt.
Der DOC 71 wird durch Pt oder ähnliches realisiert, und entfernt CO (Kohlenstoffmonoxid) und HC (Kohlenwasserstoff), die in dem Abgas enthalten sind, und SOF (lösliche organische Bestandteile), die in dem PM enthalten sind, durch Oxidation. Außerdem ändert der DOC 21 NO (Stickstoffmonoxid), das in dem Abgas enthalten ist, durch Oxidation NO₂ (Stickstoffdioxid), und oxidiert den Dosierungskraftstoff, der von der Dosierungsdüse 70a eingespritzt wird, um die Abgastemperatur zu erhöhen.
Der DPF 72 fängt die PM. Der DPF 72 ist unter Verwendung von Siliziumcarbid oder Ähnlichem als Grundstoff realisiert. Die in dem Abgas enthaltenen PM werden gefangen, wenn sie durch eine mikroskopische Bohrung durchtreten, die in dem DPF 72 ausgebildet ist. Wie in 1 dargestellt ist, weist dann der DPF 72 eine Konfiguration auf, in der Zellen, die mikroskopische Strömungsdurchtritte in der Abgasströmungsrichtung aufweisen, dicht innerhalb der zylindrischen Abgasrohrleitung angeordnet sind. Dann wird ein Wandströmungs-DPF eingesetzt, in dem eine Zelle, die ein versiegeltes stromaufwärts liegendes Ende aufweist, und eine Zelle, die ein versiegeltes stromabwärts liegendes Ende aufweist, abwechselnd angeordnet. Der gefangene PM wird durch den in dem Abgas enthaltenen Sauerstoff und durch den DOC 71 erzeugtes NO₂ als eine Bedingung oxidiert (verbrannt), in der die Temperatur die Temperatur erreicht, die die Oxidationsreaktion des Abgases verursacht.
Der Differenzialdrucksensor 73 hat einen Drucksensor 73a, der an der stromaufwärts liegenden Seite des DPF 72 vorgesehen ist, um den stromaufwärts liegenden Druck des DPF 72 zu erfassen, einen Drucksensor 73b, der an der stromabwärts liegenden Seite des DPF 72 vorgesehen ist, um den stromabwärts liegenden Druck des DPF 72 zu erfassen, und einen Differenzialdruckerfasser 73c, der einen Differenzialdruck ausgibt, der durch das Abziehen des durch den Drucksensor 73b erfassten Drucks von dem durch den Drucksensor 73a erfassten Drucks erhaltenen Differenzialdrucks zu der Wiederherstellungssteuereinheit 40 ausgibt.
Der Temperatursensor 74 ist an der stromaufwärts liegenden Seite des DPF 72 vorgesehen, um die Abgastemperatur des Einlasses des DPF 72 zu erfassen und gibt das Erfassungsergebnis als DPF-Temperatur zu der Wiederherstellungssteuereinheit 40 aus.
Das Abgasrezirkulationssystem 8 hat einen Abgasrezirkulationsdurchtrittsweg 31, der verursacht, dass der Abgaskrümmer 4A und die Einlassrohrleitung 3 miteinander in Verbindung sind. Der Abgasrezirkulationsdurchtrittsweg 31 zieht einen Teil des Abgases aus dem Abgaskrümmer 4A und rezirkuliert das Abgas in die Einlassrohrleitung 3. Der Abgasrezirkulationsdurchtrittsweg 31 ist mit einem EGR-Ventil 32 bereitgestellt, das den Abgasrezirkulationsdurchtrittsweg 31 öffnet und schließt, und einen EGR-Kühler 33, der das Abgas von dem Abgaskrümmer 4A kühlt. Das Abgasrezirkulationssystem 8 verursacht, dass ein Teil des Abgases durch den Abgasrezirkulationsdurchtrittsweg 31 zurück zu dem Einlasskrümmer 3A strömt, um die Sauerstoffkonzentration in der zugeführten Luft zu verringern, und die Verbrennungstemperatur des Maschinenkörpers 1 zu verringern. Entsprechend ist es möglich, die Menge der in dem Abgas enthaltenen Stickoxide zu verringern.
Hier hat die Dieselmaschine 100 einen Maschinendrehzahlsensor 3a, einen Einlassdrucksensor 3c, einen Abgasdrucksensor 3d, einen Turbinendrehzahlsensor 3e und einen Strömungsratensensor 3f als ein Steuersystem. Der Maschinendrehzahlsensor 3r erfasst die Drehzahl der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Maschinenkörpers 1 und gibt ein Signal ein, das die Drehzahl der Kurbelwelle (nicht dargestellt) an die Maschinensteuerung 30 darstellt.
Der Einlassdrucksensor 3c erfasst den Einlassdruck zwischen dem Auslassdurchtrittsweg des Verdichters 22 und dem Einlasskrümmer 3a und gibt das Erfassungsergebnis zu der Maschinensteuerung 30 ein. Der Auslassdrucksensor 3d erfasst den Auslassdruck zwischen dem Abgaskrümmer 4A und dem Einlassdurchtrittsweg der Turbine 21, und gibt ein den Abgasdruck darstellendes Signal zu der Maschinensteuerung 30 ein. Ein Turbinendrehzahlsensor 4e erfasst die Drehzahl der Turbine 21 und gibt ein die Drehzahl der Turbine 21 darstellendes Signal zu der Maschinensteuerung 30 ein.
Die Maschinensteuerung 30 steuert die Maschinendrehzahl oder das Moment durch das Anpassen der Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstoffeinspritzzeit, des EGR-Ventils 32 und der variablen Turbodüse 23 in Erwiderung auf den Eingangswert der Eingangseinheit entsprechend der Anforderung des Bedieners für ein Beschleunigerpedal (nicht dargestellt) und erhöht die Abgastemperatur durch das Anpassen der Kraftstoffeinspritzmenge, der Kraftstoffeinspritzzeit, des EGR-Ventils 32 und der variablen Turbodüse 23 gemäß der Anweisung von der Wiederherstellungssteuereinheit 40. Dann steuert die Maschinensteuerung die erzwungene Wiederherstellung durch das Einspritzen des Dosierungskraftstoffs von der Dosierungsdüse 70a. Insbesondere erhöht die Maschinensteuerung 30 die Abgastemperatur durch das Unterdrücken der Kraftstoffeinspritzmenge und Schließen von jedem der EGR-Ventile 32 und variabler Turbodüse 23, wenn die erzwungene Wiederherstellung gesteuert wird.
Die Wiederherstellungssteuereinheit 40 hat eine Differenzialdruckablagerungsmengenberechnungseinheit 41, eine Modellablagerungsmengenberechnungseinheit 42, eine Einheit 43 zum Berechnen einer Zeitänderungsrate einer Differenzialdruckablagerungsmenge, und eine Einheit 44 zum Berechnen einer PM-Ablagerungsmenge (Menge der abgelagerten PM). Die Wiederherstellungssteuereinheit 40 schätzt die PM-Ablagerungsmenge in dem DPF 72 ausgehend von der Abgasströmungsrateninformation, der PM-Produktionsmengeninformation und der PM-Verbrennungsmengeninformation, die von der Maschinensteuerung 30 erhalten wird, dem Differenzialdruck, der von dem Differenzialdrucksensor 73 erhalten wird, und der DPF-Temperatur, die von dem Temperatursensor 74 erhalten wird, und informiert die PM-Ablagerungsmenge zu der Wiederherstellungsanweisungseinheit 50, wenn die PM-Ablagerungsmenge einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Außerdem verursacht die Wiederherstellungssteuereinheit 40, dass die Maschinensteuerung 30 die manuelle erzwungene Wiederherstellung durchführt, wenn eine manuelle Wiederherstellungsanweisung von der Wiederherstellungsanweisungseinheit 50 vorliegt. Außerdem wird die Wiederherstellungsanweisungseinheit 50 von dem Zustand informiert, wenn die manuelle gezwungene Wiederherstellung endet.
Die Wiederherstellungsanweisungseinheit 50 ist in einem Anzeigepanel bereitgestellt, das nahe einem Fahrersitz bereitgestellt ist, so dass ein Eingabe-/Ausgabevorgang durchgeführt werden kann. Die Wiederherstellungsanweisungseinheit zeigt eine Meldung zum Verursachen der manuellen Wiederherstellungsanweisung, wenn eine Meldung von der Wiederherstellungssteuereinheit 40 vorliegt, und gibt die manuelle Wiederherstellungsanweisung zu der Wiederherstellungssteuereinheit 40 aus, wenn die manuelle Wiederherstellungsanweisung durchgeführt wird. Wenn außerdem das Ende der manuellen gezwungenen Wiederherstellungsanweisung bemerkt wird, zeigt die Wiederherstellungsanweisungseinheit 50 den Zustand an.
Hier wird ein Wiederherstellungssteuerprozess beschrieben, der durch die Wiederherstellungssteuereinheit 40 durchgeführt wird. 2 ist ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Konfiguration der Wiederherstellungssteuereinheit 40 darstellt. In 2 empfängt die Differenzialdruckablagerungsmengenberechnungseinheit 41 den Differenzialdruck von dem DPF 72 von dem Differenzialdrucksensor 73, die DPF-Temperatur von dem Temperatursensor 74 und die Abgasströmungsrateninformation von der Maschinensteuerung 30. Die Abgasströmungsrateninformation ist die Abgasvolumenströmungsrate, die in dem DPF 72 eingegeben wird. Die Maschinensteuerung 30 gibt die Massenströmungsrate, die durch das Hinzuzählen der zugeführten Luftmassenströmungsrate, die durch den Strömungsratensensor 3f erfasst wird, zu der Abgasmassenströmungsrate, die von der Kraftstoffeinspritzmenge geschätzt wird, die durch einen Kraftstoffeinspritzmengensensor 3b erfasst wird, zu der Einheit 41 zum Berechnen der Differenzialdruckablagerungsmenge aus. Dann wandelt die Einheit 41 zum Berechnen der Differenzialdruckablagerungsmenge die Abgasströmungsrate, die von der Maschinensteuerung 30 eingegeben wurde, in die Abgasvolumenströmungsrate ausgehend von der DPF-Temperatur um, die von dem Temperatursensor 74 eingegeben wird.
Die Einheit 41 zum Berechnen der Differenzialdruckablagerungsmenge hat ein dreidimensionales Kennfeld, das ein Verhältnis zwischen der umgewandelten Abgasströmungsrate, dem Differenzialdruck und der PM-Ablagerungsmenge darstellt, und gibt die PM-Ablagerungsmenge unter Verwendung der umgewandelten Abgasströmungsrate und des Differenzialdrucks als Eingangswerte aus. 3 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Abgasströmungsrate und dem Differenzialdruck unter Verwendung der PM-Ablagerungsmenge als einen Parameter darstellt. Wenn die Abgasströmungsrate konstant ist, erhöht sich die PM-Ablagerungsmenge mit einem Anstieg des Differenzialdrucks. Wenn außerdem der Differenzialdruck konstant ist, verringert sich die PM-Ablagerungsmenge mit einem Anstieg in der Abgasströmungsrate. Wie z. B. in 3 dargestellt ist, werden die entsprechenden PM-Ablagerungsmengen P1 bis P4, wenn die Abgasströmungsrate durch QV1 bezeichnet ist und der Differenzialdruck durch DP1 bis DP4 bezeichnet ist. In der PM-Ablagerungsmenge ist P4 nämlich größer als P1. Dann gibt die Einheit 41 zum Berechnen der Differenzialdruckablagerungsmenge die geschätzte PM-Ablagerungsmenge als die Differenzialdruckablagerungsmenge PMa zu der Einheit 44 zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge und der Einheit 43 zum Berechnen der Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge aus.
Wie in 4 dargestellt ist, empfängt indes die Einheit 42 zum Berechnen der Modellablagerungsmenge die PM-Erzeugungsmengeninformation und die PM-Verbrennungsmengeninformation von der Maschinensteuerung 30 und die DPF-Temperatur von dem Temperatursensor 74. Die Maschinensteuerung 30 gibt die PM-Produktionsmengeninformation, die eine PM-Produktionsmenge innerhalb des Abgases darstellt, die ausgehend von der Kraftstoffeinspritzmenge oder dem Kraftstoffverbrauch geschätzt ist und eine PM-Verbrennungsmengeninformation, die eine geschätzte NO₂-Produktionsmenge darstellt, die von dem DOC 71 abgegeben wird und eine O₂-Produktionsmenge, die von dem DOC 71 abgegeben wird, zu der Einheit 42 zum Berechnen der Modellablagerungsmenge aus. Die Einheit 42 zum Berechnen der Modellablagerungsmenge verwendet ein Verbrennungsmodell M, das die PM-Ablagerungsmenge durch das Subtrahieren der PM-Verbrennungsmenge in dem DPF 72 von der PM-Produktionsmenge in der Maschine schätzt. Darüber hinaus berechnet das Verbrennungsmodell M eine PM-Ablagerungsgeschwindigkeit.
Eine Einheit 42a zum Berechnen der PM-Verbrennungsmenge durch NO₂ berechnet eine PM-Verbrennungsgeschwindigkeit durch NO₂ unter Verwendung eines Kennfelds, das einer Reaktionsgeschwindigkeit entspricht, in der das in dem DPF 72 abgelagerte PM durch NO₂ oxidiert (verbrannt) wird und das im Voraus durch die tatsächliche Messung ausgehend von der DPF-Temperatur und der NO₂-Produktionsmenge, die von der Maschinensteuerung 30 eingegeben wird, erhalten wird. Eine Einheit 42b zur Berechnung einer PM-Verbrennungsmenge durch O₂ berechnet eine PM-Verbrennungsgeschwindigkeit durch O₂ unter Verwendung eines Kennfelds entsprechend einer Reaktionsgeschwindigkeit, in der die in dem DPF 72 abgelagerten PM durch O₂ oxidiert (verbrannt) werden, und die im Voraus durch die tatsächliche Messung ausgehend von der DPF-Temperatur und der O₂-Produktionsmenge erhalten werden, die von der Maschinensteuerung 30 eingegeben werden. Hier ist die PM-Produktionsmenge, die von der Maschinensteuerung 3 eingegeben wird, die PM-Produktionsgeschwindigkeit, und ein Rechner 42c gibt die PM-Ablagerungsgeschwindigkeit aus, die durch das Abziehen der PM-Verbrennungsgeschwindigkeit durch NO₂ und die PM-Verbrennungsgeschwindigkeit durch O₂ von der PM-Erzeugungsgeschwindigkeit erhalten wird, zu einem Integrator 42d aus. Der Integrator 42d integriert die PM-Ablagerungsmenge ausgehend von der eingegebenen PM-Ablagerungsgeschwindigkeit und gibt die integrierte PM-Ablagerungsmenge als eine Modellablagerungsmenge PMb zu der Einheit 44 zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge aus.
Zurück zu 2 berechnet die Einheit 44 zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge eine PM-Ablagerungsmenge PMs durch das Anwenden eines Gewichtskoeffizienten auf die Differenzialdruckablagerungsmenge PMa, die von der Einheit 41 zum Berechnen der Differenzialdruckablagerungsmenge eingegeben wurde und der Modellablagerungsmenge PMb, die von der Einheit 42 zum Berechnen der Modellablagerungsmenge eingegeben wurde. Die PM-Ablagerungsmenge PMs kann durch die folgende Gleichung (1) ausgehend von dem Koeffizienten α (0 ≤ α ≤ 1) nämlich ausgedrückt werden. PMs = α·PMa + (1 – α)·PMb (1)
Es werden nämlich der Koeffizient α als der Gewichtskoeffizient, der auf die Differenzialdruckablagerungsmenge PMa angewendet ist, und der Koeffizient (1 – α) als der Gewichtskoeffizient, der auf die Modellablagerungsmenge PMb angewendet ist, entsprechend addiert, um „1” zu ergeben. Mit anderen Worten, das Verteilungsverhältnis zwischen der Differenzialdruckablagerungsmenge PMa und der Modellablagerungsmenge PMb wird durch den Koeffizienten α bestimmt. Wenn der Koeffizient α 1 beträgt, wird die PM-Ablagerungsmenge Ps der Wert der Differenzialdruckablagerungsmenge PMa, und wenn der Koeffizient α 0 beträgt, wird die PM-Ablagerungsmenge Ps der Wert der Modellablagerungsmenge PMb.
Außerdem hat die Einheit 44 zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge eine Koeffizientenbestimmungseinheit 45, die den Koeffizienten α bestimmt. Die Koeffizientenbestimmungseinheit 45 empfängt die Abgasströmungsrateninformation von der Maschinensteuerung 30 und die DPF-Temperatur von dem Temperatursensor 24 und berechnet die Abgasströmungsrate in dem DPF 72, die als die DPF-Temperatur umgewandelt und korrigiert ist. Der Koeffizient α wird auf 1 eingestellt, wenn der Wert der Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert QVth überschreitet, und der Koeffizient α wird auf 0 eingestellt, wenn der Wert der Abgasströmungsrate weniger als der vorbestimmte Wert QVth ist. Indes berechnet die Einheit 43 zum Berechnen der Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge eine Zeitänderungsrate Δ PMa der Differenzialdruckablagerungsmenge als die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge, die von der Einheit 41 zum Berechnen der Differenzialdruckablagerungsmenge eingegeben wurde, und gibt das Ergebnis zu einer Koeffizientenkorrektureinheit 46 innerhalb der Koeffizientenbestimmungseinheit 45 aus. Die Koeffizientenbestimmungseinheit 46 korrigiert den Wert des Koeffizienten α als den Koeffizienten α kleiner als der Wert des Koeffizienten α, wenn die Zeitänderungsrate Δ PMa der Differenzialdruckablagerungsmenge einen Schwellwert Δ PMath überschreitet.
Mit Bezug auf die Flussdiagramme in 5 und 6 wird die Prozessprozedur der Einheit 44 zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge beschrieben. Zuerst erlangt in 5 die Einheit 44 zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge die Differenzialdruckablagerungsmenge PMa von der Einheit 41 zum Berechnen der Differenzialdruckablagerungsmenge (Schritt S101). Außerdem erlangt die Einheit 44 zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge die Modellablagerungsmenge PMb von der Einheit 42 zum Berechnen der Modellablagerungsmenge (Schritt S102). Darauffolgend wird der Koeffizientenbestimmungsprozess zum Bestimmen des Koeffizienten α durch die Einheit 45 zum Bestimmen des Koeffizienten durchgeführt (Schritt S103). Darauffolgend berechnet die Einheit 44 zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge die PM-Ablagerungsmenge PMs gemäß der Gleichung (1) unter Verwendung des bestimmten Koeffizienten α (Schritt S104). Darauffolgend bestimmt die Einheit 44 zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge, ob die berechnete PM-Ablagerungsmenge PMs einen Schwellwert PMth überschreitet (Schritt S105). Wenn die PM-Ablagerungsmenge PMs den Schwellwert PMth nicht überschreitet (Nein in dem Schritt S105), schreitet die Routine zu dem Schritt S101 voran, um den voranstehend beschriebenen Prozess zu wiederholen. Wenn die PM-Ablagerungsmenge PMs den Schwellwert PMth überschreitet (JA in dem Schritt S105), wird indes die manuell erzwungene Wiederherstellung durch die Wiederherstellungsanweisungseinheit 50 angewiesen (Schritt S106), und dann schreitet die Routine zu dem Schritt S101 voran, um den voranstehend beschriebenen Prozess zu wiederholen.
Der Koeffizientenbestimmungsprozess, der in dem Schritt S103 dargestellt ist, wird gemäß dem in 6 dargestellten Flussdiagramm durchgeführt. Die Koeffizientenbestimmungseinheit 45 bestimmt nämlich zuerst, ob die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert QVth überschreitet (Schritt S201). Wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert QVth nicht überschreitet (Nein in dem Schritt S201), wird der Koeffizient α auf 0 eingestellt (Schritt S203), und die Routine kehrt zu dem Schritt S103 zurück. Wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert QVth überschreitet (Ja in dem Schritt 201), wird indes bestimmt, ob die Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge den Schwellwert ΔPMath überschreitet (Schritt S202). Wenn die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge ΔPMa den Schwellwert ΔPMath nicht überschreitet (Nein in dem Schritt S202), wird der Koeffizient α auf 1 eingestellt (Schritt 204), und die Routine kehrt zu dem Schritt S103 zurück. Wenn die Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge den Schwellwert ΔPMath überschreitet (Ja in dem Schritt S202), wird der Koeffizient α als der Koeffizient α' kleiner als 1 korrigiert (Schritt S205), und die Routine kehrt zu dem Schritt S103 zurück.
Als Ergebnis wird der Koeffizient α bestimmt, wie in 7 dargestellt ist. Wenn nämlich die Abgasströmungsrate QV kleiner als der vorbestimmte Wert QVth ist, wird der Koeffizient α zu 0. Wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert QVth überschreitet und die Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge kleiner als der Schwellwert ΔPMath ist, wird der Koeffizient α 1. Wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert QVth überschreitet und die Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge den Schwellwert ΔPMath überschreitet, wird der Koeffizient α als Koeffizient α' kleiner als 1 korrigiert.
Der Grund, warum der Koeffizient α auf 0 eingestellt wird, wenn die Abgasströmungsrate QV kleiner als der vorbestimmte Wert QVth ist (der Bereich R1, der in 8 dargestellt ist), ist hier, dass die Schätzgenauigkeit der Differenzialdruckablagerungsmenge PMa in dem Bereich R1 niedrig ist. Aus diesem Grund ist in dem Bereich R1 die PM-Ablagerungsmenge PMs durch die Modellablagerungsmenge PMb durch das Einstellen des Koeffizienten α auf 0 geschätzt. Wenn außerdem die Abgasströmungsrate QV dem vorbestimmten Wert QVth überschreitet (der Bereich R2, der in 8 dargestellt ist), wird die PM-Ablagerungsmenge PMs durch die Differenzialdruckablagerungsmenge PMa durch das Einstellen des Koeffizienten α auf 1 geschätzt.
Wenn indes die PM-Ablagerungsmenge PMs durch die Differenzialdruckablagerungsmenge PMa durch das Einstellen des Koeffizienten α auf 1 in einem Fall geschätzt wird, in dem die Abgasströmungsrate QV den vorbestimmten Wert QVth überschreitet (der Bereich R2, der in 8 dargestellt ist), gibt es einen Fall, in dem die PM innerhalb der Zelle des DPF 72 abgelöst werden, so dass die Zelle blockiert ist, wie in 13 dargestellt ist. In diesem Fall steigt der Differenzialdruck unabhängig von der tatsächlichen PM-Ablagerungsmenge schnell, so dass die PM-Ablagerungsmengenschätzungsgenauigkeit bemerkenswert verschlechtert ist und die nutzlose manuelle erzwungene Wiederherstellung angewiesen wird. Wenn die Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge den Schwellwert ΔPMath überschreitet, wird aus diesem Grund der Koeffizient α auf den Koeffizienten α' kleiner als 1 eingestellt, um den Einfluss zu reduzieren, der durch einen Anstieg der Differenzialdruckablagerungsmenge PMa aufgrund des Differenzialdrucks zu reduzieren, der durch das Blockieren der Zelle schnell ansteigt.
Wenn z. B. die Zelle des DPF 72 zu dem Zeitpunkt t1 blockiert ist, der in 9 dargestellt ist, steigt der Differenzialdruck DP mit der Blockade der Zelle schnell an, wie durch den Abschnitt strichlierter Linie bezeichnet ist, wie in 9(b) dargestellt ist. Zu dieser Zeit überschreitet die Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge den Schwellwert ΔPMath wie der Abschnitt strichlierter Linie zu dem Zeitpunkt t1, wie in 9(c) dargestellt ist. In diesem Fall überschreitet die berechnete PM-Ablagerungsmenge PMs den Schwellwert PMath zum Durchführen der manuell erzwungenen Wiederherstellungsanweisung, wie in 9(a) dargestellt ist. In diesem Fall tritt aufgrund der PM-Ablagerungserhöhungsmenge ΔS, die dem diagonalen Linienabschnitt als dem Unterschied zwischen der tatsächlichen PM-Ablagerungsmenge, die durch die durchgehenden Linie bezeichnet ist, und der PM-Ablagerungsmenge, die durch die strichlierte Linie der 9(a) bezeichnet ist, ein großer Fehler auf. Aus diesem Grund wird der Koeffizient α auf den Koeffizienten α' kleiner als 1 eingestellt, und die PM-Ablagerungserhöhungsmenge ΔS wird verringert, so dass das Schätzverhältnis der Modellablagerungsmenge PMb erhöht und ausgeglichen wird.
Entsprechend wird in der Ausführungsform in dem Bereich R1, in dem die Abgasströmungsrate QV den vorbestimmten Wert QVth nicht überschreitet, die PM-Ablagerungsmenge PMs durch das Verwenden der Modellablagerungsmenge PMb geschätzt, deren Fehler kleiner als der der Differenzialdruckablagerungsmenge PMa ist. In dem Bereich R2, in dem die Abgasströmungsrate QV den vorbestimmten Wert QVth überschreitet, wird die PM-Ablagerungsmenge PMs unter Verwendung der Differenzialdruckablagerungsmenge PMa mit hoher Genauigkeit geschätzt. Außerdem wird in dem Bereich R2, in dem die Abgasströmungsrate QV den vorbestimmten Wert QVth überschreitet, der Koeffizient α verringert, um die Fehlerkomponente zu verringern, die durch den schnell ansteigenden Differenzialdruck aufgrund des Blockierens der Zelle des DPF 72 verursacht wird. Entsprechend ist es möglich, die manuell erzwungene Wiederherstellung mit hoher Genauigkeit und Leistungsfähigkeit zuverlässig anzuweisen.
Darüber hinaus ist in der voran stehend beschriebenen Ausführungsform der Koeffizient α' unabhängig von einer Änderung in der Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge auf einem vorbestimmten konstanten Wert eingestellt (L1 von 10), aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Zum Beispiel kann der Koeffizient α' auf einen Funktionswert der Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge eingestellt sein. Eine Gleichung α' = f(ΔPMa) ist nämlich hergestellt. Wie durch L2 von 10 bezeichnet ist, kann der Wert des Koeffizienten α' mit einem Anstieg der Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge sich verringern. Entsprechend ist es möglich, die Schätzgenauigkeit unter Verwendung der Differenzialdruckablagerungsmenge PMa soweit wie möglich zu verbessern und die unnötige manuelle erzwungene Wiederherstellungsanweisung zu unterdrücken. Darüber hinaus kann die Funktion der Zeitänderungsrate des Differenzialdrucks anstelle der Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge eingesetzt werden.
Außerdem ändert sich in der voranstehend beschriebenen Ausführungsform, wie in 7 dargestellt ist, der Koeffizient plötzlich an dem vorbestimmten Wert QVth der Abgasströmungsrate QV, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Wie z. B. in 11 dargestellt ist, kann die Modulation ebenfalls so angewendet werden, dass der Koeffizient α sich gleichmäßig ändert, nachdem er den vorbestimmten Wert QVth überschritten hat.
Darüber hinaus wird in der voranstehend beschriebenen Ausführungsform angenommen, dass der Koeffizient α in dem Bereich R1 auf 0 eingestellt ist und dass der Koeffizient α in dem Bereich R2 auf 1 eingestellt ist, wenn die Zeitänderungsrate ΔPMa der Differenzialdruckablagerungsmenge nicht schnell ansteigt, aber die Erfindung ist nicht darauf begrenzt. Wie z. B. in 12 dargestellt ist, wird die Modellablagerungsmenge PMb hauptsächlich in dem Bereich R1 anstelle des Koeffizienten α verwendet, der in dem Bereich R1 auf 0 eingestellt ist, und die Differenzialdruckablagerungsmenge PMa kann hauptsächlich in dem Bereich R2 anstelle des Koeffizienten α verwendet werden, der in dem Bereich R2 auf 1 eingestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Maschinenkörper
2: Luftfilter
3: Einlassrohrleitung
4: Abgasrohrleitung
5: Kühlmechanismus
6: Abgasturbinenlader
7: Abgasreinigungsvorrichtung
8: Abgasrezirkulationssystem
3a: Maschinendrehzahlsensor
3c: Einlassdrucksensor
3d: Abgasdrucksensor
3e: Turbinendrehzahlsensor
3f: Strömungsratensensor
21: Turbine
21a: Turbinenrotor
22: Verdichter
23: Variable Turbodüse
24: Umgehungsdurchtrittsweg
30: Maschinensteuerung
31: Abgasrezirkulationsdurchtrittsweg
32: EGR-Ventil
33: EGR-Kühler
40: Wiederherstellungssteuereinheit
41: Einheit zum Berechnen der Differenzialdruckablagerungsmenge
42: Einheit zum Berechnen der Modellablagerungsmenge
42a: Einheit zum Berechnen der PM Verbrennungsmenge durch NO₂
42b: Einheit zum Berechnen der PM Verbrennungsmenge durch O₂
42c: Rechner
42d: Integrator
43: Einheit zum Berechnen der Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge
44: Einheit zum Berechnen der PM-Ablagerungsmenge
45: Koeffizientenbestimmungseinheit
46: Koeffizientenkorrektureinheit
50: Wiederherstellungsanweisungseinheit
70: Dosierungskraftstoffzufuhrvorrichtung
70a: Dosierungsdüse
71: DOC
72: DPF
73: Differenzialdrucksensor
74: Temperatursensor
100: Dieselmaschine

Claims

Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzvorrichtung mit: einer Einheit zum Berechnen einer Differenzialdruckablagerungsmenge, die eine Differenzialdruckablagerungsmenge berechnet, die durch das Schätzen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge in einem Partikelbestandteile entfernenden Filter, der die Partikelbestandteile von einem Abgas einer Maschine entfernt, ausgehend von einer Abgasströmungsrate und einem Differenzialdruck zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Partikelbestandteile entfernenden Filters erhalten wird; einer Einheit zum Berechnen einer Modellablagerungsmenge, die eine Modellablagerungsmenge berechnet, die durch das Schätzen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge in dem Partikelbestandteile entfernenden Filter unter Verwendung eines Modells erhalten wird, in dem eine Partikelbestandteilmenge, die in dem Partikelbestandteile entfernenden Filter verbrannt wird, von der Partikelbestandteilmenge in dem Abgas, das in den Partikelbestandteile entfernenden Filter eingebracht wird, abzieht; einer Einheit zum Berechnen einer Änderungsrate einer Differenzialdruckablagerungsmenge, die eine Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge berechnet; und einer Einheit zum Berechnen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge, die einen Wert eines ersten Koeffizienten einstellt, größer als ein Wert eines zweiten Koeffizienten zu sein, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet, und den ersten Koeffizient ändert, kleiner als der eingestellte erste Koeffizient zu sein, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert überschreitet und die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, als Zustand, in dem eine Summe des ersten Koeffizienten und des zweiten Koeffizienten ein konstanter Wert wird, um die Partikelbestandteilablagerungsmenge zu berechnen, wenn die Einheit zum Berechnen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge einen Additionswert eines Wertes, der durch das Multiplizieren der Differenzialdruckablagerungsmenge mit dem ersten Koeffizienten erhalten wird, und eines Werts, der durch das Multiplizieren der Modelablagerungsmenge mit dem zweiten Koeffizienten erhalten wird, als die Partikelbestandteilablagerungsmenge berechnet.
Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einheit zum Berechnen der Partikelbestandteilablagerungsmenge die Summe des ersten Koeffizienten und des zweiten Koeffizienten auf 1 einstellt, den Wert des ersten Koeffizienten auf weniger als 1 einstellt, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert überschreitet und die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge den vorbestimmten Schwellwert überschreitet, und den Wert des ersten Koeffizienten auf 0 einstellt, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Einheit zum Berechnen der Partikelbestandteilablagerungsmenge den eingestellten ersten Koeffizienten mit einem Anstieg der Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge verringert, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert überschreitet und die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge der vorbestimmte Schwellwert oder höher ist.
Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einheit zum Berechnen der Partikelbestandteilablagerungsmenge eine Anweisung ausführt, eine manuell erzwungene Wiederherstellung an dem Partikelbestandteile entfernenden Filter durchzuführen, wenn die berechnete Partikelbestandteilablagerungsmenge einen Schwellwert überschreitet.
Abgasreinigungssystem mit: einem Partikelbestandteile entfernenden Filter, der einen Partikelbestandteil von einem Abgas einer Maschine entfernt; einer Maschinensteuereinheit, die die Maschine steuert; einer Wiederherstellungssteuereinheit, die das Wiederherstellen des Partikelbestandteile entfernenden Filters steuert; einem Differenzialdrucksensor, der einen Differenzialdruck zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Partikelbestandteile entfernenden Filters erfasst; und einer Wiederherstellungsanweisungseinheit, die eine Anweisung an den Partikelbestandteile entfernenden Filter ausgibt, eine manuell erzwungene Wiederherstellung des Partikelbestandteile entfernenden Filters durchzuführen, wobei die Wiederherstellungssteuereinheit hat: eine Einheit zum Berechnen einer Differenzialdruckablagerungsmenge, die eine Differenzialdruckablagerungsmenge berechnet, die durch das Schätzen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge in dem Partikelbestandteile entfernenden Filter ausgehend von dem Differenzialdruck und einer von der Maschinensteuereinheit eingebrachten Abgasströmungsrate erhalten wird, eine Einheit zum Berechnen einer Modellablagerungsmenge, die eine Modellablagerungsmenge berechnet, die durch das Schätzen der Partikelbestandteilablagerungsmenge in dem Partikelbestandteile entfernenden Filter unter Verwendung eines Modells erhalten wird, das eine in dem Partikelbestandteile entfernenden Filter verbrannte Partikelbestandteilmenge von der Partikelbestandteilmenge in dem in den Partikelbestandteile entfernenden Filter eingebrachten Abgases abzieht, eine Einheit zum Berechnen einer Differenzialdruckänderungsrate, die eine Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge berechnet, und eine Einheit zum Berechnen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge, die einen Wert eines ersten Koeffizienten einstellt, größer als ein Wert eines zweiten Koeffizienten zu sein, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet, und den ersten Koeffizient ändert, kleiner als der eingestellte erste Koeffizient zu sein, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert überschreitet und die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, als Zustand, in dem eine Summe des ersten Koeffizienten und des zweiten Koeffizienten ein konstanter Wert wird, um die Partikelbestandteilablagerungsmenge zu berechnen, wenn die Einheit zum Berechnen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge einen Additionswert eines Werts, der durch das Multiplizieren der Differenzialdruckablagerungsmenge mit dem ersten Koeffizienten erhalten wird, und eines Werts, der durch das Multiplizieren der Modellablagerungsmenge mit dem zweiten Koeffizienten erhalten wird, als die Partikelbestandteilablagerungsmenge berechnet, wobei die Einheit zum Berechnen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge eine Anweisung zu der Wiederherstellungsanweisungseinheit ausgibt, die manuelle erzwungene Wiederherstellung durchzuführen, wenn die berechnete Partikelbestandteilablagerungsmenge einen Schwellwert überschreitet.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5, wobei die Wiederherstellungssteuereinheit die manuelle erzwungene Wiederherstellung durch die Maschinensteuereinheit durchführt, wenn sie von der Wiederherstellungsanweisungseinheit eine manuelle erzwungene Wiederherstellungsdurchführungsanweisung empfängt.
Partikelbestandteilablagerungsmengenschätzverfahren mit: Berechnen einer Differenzialdruckablagerungsmenge, die durch das Schätzen einer Partikelbestandteilablagerungsmenge in einem Partikelbestandteile entfernenden Filter, der die Partikelbestandteile von einem Abgas einer Maschine entfernt, ausgehend von einer Abgasströmungsrate und einem Differenzialdruck zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite des Partikelbestandteile entfernenden Filters erhalten wird; Berechnen einer Modellablagerungsmenge, die durch das Schätzen der Partikelbestandteilablagerungsmenge in dem Partikelbestandteile entfernenden Filter unter Verwendung eines Modells erhalten wird, in dem eine in dem Partikelbestandteil entfernenden Filter verbrannte Partikelbestandteilmenge von der Partikelbestandteilmenge innerhalb des in den Partikelbestandteile entfernenden Filters eingebrachten Abgases abgezogen wird; Berechnen einer Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge; und Einstellen eines Werts eines ersten Koeffizienten, dass er größer als ein Wert eines zweiten Koeffizienten ist, wenn die Abgasströmungsrate einen vorbestimmten Wert überschreitet, und Ändern des ersten Koeffizienten, dass er kleiner als der eingestellte erste Koeffizient ist, wenn die Abgasströmungsrate den vorbestimmten Wert überschreitet und die Zeitänderungsrate der Differenzialdruckablagerungsmenge einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, als Zustand, in dem eine Summe des ersten Koeffizienten und des zweiten Koeffizienten ein konstanter Wert wird, um die Partikelbestandteilablagerungsmenge zu berechnen, wenn ein Additionswert eines Werts, der durch das Multiplizieren der Differenzialdruckablagerungsmenge mit dem ersten Koeffizienten erhalten wird, und eines Werts, der durch das Multiplizieren der Modellablagerungsmenge mit zweiten Koeffizienten erhalten wird, als die Partikelbestandteilablagerungsmenge berechnet wird.