DE112016004382B4

DE112016004382B4 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112016004382B4
Application number: DE112016004382.1T
Authority: DE
Inventors: Hideki Aoki
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2015-09-28
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2036-08-26
Also published as: JP6061009B1; WO2017056800A1; DE112016004382T5; JP2017066880A

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung (1) zum Reinigen von von einem Verbrennungsmotor (2) ausgestoßenem Abgas, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (1) aufweist:einen Filter (6), der in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial sammelt;eine Kraftstoffversorgungseinheit (7), die dem Filter (6) Kraftstoff zuführt;eine Differenzdruckerfassungseinheit (8), die einen Differenzdruck zwischen einem Druck auf einer stromaufwärtigen Seite des Filters (6) und einem Druck auf einer stromabwärtigen Seite des Filters (6) erfasst;eine erste Temperaturerfassungseinheit (9), die eine Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6) erfasst;eine zweite Temperaturerfassungseinheit (10), die eine Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6) erfasst;eine Temperaturgradientenschätzeinheit (12), die einen Temperaturgradienten innerhalb des Filters (6) auf der Grundlage der durch die erste Temperaturerfassungsseinheit (9) detektierten Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6) und der von der zweiten Temperaturerfassungseinheit (10) erfassten Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6) schätzt;eine Flächenverhältnisberechnungseinheit (13), die Flächenverhältnisse eines stromaufwärtsseitigen Blocks (Bin) und eines stromabwärtsseitigen Blocks (Bout) des Filters (6) auf der Grundlage des durch die Temperaturgradientenschätzeinheit (12) geschätzten Temperaturgradienten innerhalb des Filters (6) berechnet;eine Differenzdruckkorrektureinheit (14), die den von der Differenzdruckerfassungseinheit (8) erfassten Differenzdruck zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6) und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6) korrigiert, auf der Grundlage der von der ersten Temperaturerfassungseinheit (9) erfassten Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6), der von der zweiten Temperaturerfassungseinheit (10) erfassten Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6), und den durch die Flächenverhältnisberechnungseinheit (13) berechneten Flächenverhältnissen des stromaufwärtsseitigen Blocks (Bin) und des stromabwärtsseitigen Blocks (Bout) des Filters (6), um einen korrigierten Differenzdruck des Filters (6) zu berechnen; undeine Regenerierungssteuereinheit (15), die die Kraftstoffversorgungseinheit (7) auf der Basis des durch die Differenzdruckkorrektureinheit (14) berechneten korrigierten Differenzdrucks des Filters (6) steuert, um das auf dem Filter (6) abgeschiedene Partikelmaterial mittels des Kraftstoffs zu verbrennen.

Description

Technisches Gebiet
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung.
Stand der Technik
Als herkömmliche Abgasreinigungsvorrichtung ist beispielsweise eine in Patentdokument 1 beschriebene Vorrichtung bekannt. In einem Fall, in dem eine Temperaturverteilung in einem Dieselpartikelfilter (DPF) auf der Grundlage einer Abgasströmungsrate, eines Dieselpartikelfilterdifferenzdrucks, von Mitteltemperaturen vor und hinter dem Dieselpartikelfilter, eines A/F innerhalb des Dieselpartikelfilters, einer Rußverteilung innerhalb des Dieselpartikelfilters, eines Abgasbrennwerts, eines Kraftstoffbrennwerts für Temperaturanstieg und einer Dieselpartikelfilter-Strahlungsmenge geschätzt wird, wird in der in JP 2010- 203 280 A beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung ein Dieselpartikelfiltertemperaturgradient auf der Grundlage der Temperaturverteilung innerhalb des Dieselpartikelfilters berechnet, und wenn der Dieselpartikelfiltertemperaturgradient einen kritischen Wert überschreitet, wird eine Zieltemperatur bei der Partikelmaterialregenerierung verringert und die Partikelmaterialregenerierung auf der Grundlage der Zieltemperatur fortgesetzt.
Ferner offenbaren die JP H04- 325 707 A , die JP 2013- 234 610 A , die DE 10 2005 034 115 A1 sowie die DE 10 2005 008 529 A1 Abgasreinigungsvorrichtungen für ein Fahrzeug.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Partikelmaterialregenerierung wird auf der Basis eines Differenzdrucks zwischen einem Druck auf einer stromaufwärtigen Seite eines Dieselpartikelfilters und einem Druck auf einer stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters (Filterdifferenzdruck) durchgeführt. Insbesondere bei Arbeitsfahrzeugen, wie einem Schaufellader und einem Bagger, wird aufgrund von Besonderheiten der Arbeit oftmals eine Lastschwankung verursacht, und ein Temperaturgradient innerhalb des Dieselpartikelfilters wird groß. Wenn der Temperaturgradient innerhalb des Dieselpartikelfilters groß ist, ist es schwierig, einen hochgenauen Filterdifferenzdruck zu gewinnen.
Eine Aufgabe eines Aspekts der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen hochgenauen Filterdifferenzdruck zu erhalten, sogar wenn innerhalb eines Filters ein Temperaturgradient vorliegt.
Lösung des Problems
Eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen von von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenem Abgas, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung enthält: einen Filter, der in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial sammelt; eine Kraftstoffversorgungseinheit, die (vor) dem Filter Kraftstoff zuführt; eine Differenzdruckerfassungseinheit, die einen Differenzdruck zwischen einem Druck auf einer stromaufwärtigen Seite des Filters und einem Druck auf einer stromabwärtigen Seite des Filters erfasst; eine erste Temperaturerfassungseinheit, die eine Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters erfasst; eine zweite Temperaturerfassungseinheit, die eine Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters erfasst; eine Temperaturgradientenschätzeinheit, die einen Temperaturgradienten innerhalb des Filters auf der Grundlage der durch die erste Temperaturdetektionseinheit detektierten Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters und der von der zweiten Temperaturerfassungseinheit erfassten Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters schätzt; eine Flächenverhältnisberechnungseinheit, die Flächenverhältnisse eines stromaufwärtsseitigen Blocks und eines stromabwärtsseitigen Blocks des Filters auf der Grundlage der von der ersten Temperaturerfassungseinheit erfassten Abgastemperatur an der stromaufwärtigen Seite des Filters, der von der zweiten Temperaturerfassungseinheit erfassten Abgastemperatur an der stromabwärtigen Seite des Filters und den durch die Flächenverhältnisberechnungseinheit berechneten Flächenverhältnissen des stromaufwärtsseitigen Blocks und des stromabwärtsseitigen Blocks des Filters erkannt wird, um einen korrigierten Differenzdruck des Filters zu berechnen; und eine Regenerierungssteuereinheit, die die Kraftstoffzufuhreinheit auf der Basis des durch die Differenzdruckkorrektureinheit berechneten korrigierten Differenzdrucks des Filters steuert, um das auf dem Filter abgeschiedene Partikelmaterial mittels des Kraftstoffs zu verbrennen.
In einer solchen Abgasreinigungsvorrichtung wird der Temperaturgradient innerhalb des Filters auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters und der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters geschätzt, und das Flächenverhältnis des stromaufwärtsseitigen Blocks und des stromabwärtsseitigen Blocks des Filters wird auf der Grundlage des Temperaturgradienten innerhalb des Filters berechnet. Dann wird der durch die Differenzdruckerfassungseinheit erfasste Differenzdruck zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Filters und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Filters auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite, der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters und der Flächenverhältnisse des stromaufwärtsseitigen Blocks und des stromabwärtsseitigen Blocks des Filters korrigiert, so dass der korrigierte Differenzdruck des Filters berechnet wird. Folglich kann, selbst bei einem innerhalb des Filters vorhandenem Temperaturgradient ein hochgenauer Filterdifferenzdruck (Differenzdruck zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Filters und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Filters) erhalten werden.
In einer Ausführungsform kann die Temperaturgradienten-Schätzeinheit den Filter in eine Mehrzahl von Bereichen entlang einer Richtung teilen, in der das Abgas strömt, und kann Temperaturen der mehreren Bereiche auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters und der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters schätzen, und die Flächenverhältnisberechnungseinheit kann die Flächenverhältnisse des stromaufwärtsseitigen Blocks und des stromabwärtsseitigen Blocks des Filters auf der Basis der Temperaturen der mehreren Bereiche berechnen. In diesem Fall kann der Temperaturgradient innerhalb des Filters zuverlässig geschätzt werden, indem beispielsweise ein bekanntes Temperaturausbreitungsmodell verwendet wird. Zusätzlich können die Flächenverhältnisse des stromaufwärtsseitigen Blocks und des stromabwärtsseitigen Blocks des Filters einfacher durch vorbestimmte Berechnungsausdrücke berechnet werden.
In einer Ausführungsform kann die Differenzdruckkorrektureinheit den Differenzdruck zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Filters und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Filters auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters korrigieren, um einen ersten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert zu berechnen, und kann den Differenzdruck zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Filters und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Filters auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters korrigieren, um einen zweiten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert zu berechnen, und kann danach einen Wert, der durch Multiplizieren des ersten Differenzdrucktemperaturkorrekturwerts mit dem Flächenverhältnis des stromaufwärtsseitigen Blocks des Filters erhalten wird, zu einem Wert addieren, der durch Multiplizieren des zweiten Differenzdrucktemperaturkorrekturwerts mit dem Flächenverhältnis des stromabwärtsseitigen Blocks des Filters erhalten wird, um den korrigierten Differenzdruck des Filters zu berechnen. In diesem Fall kann der korrigierte Differenzdruck des Filters leichter durch vorbestimmte Berechnungsausdrücke berechnet werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein hochgenauer Filterdifferenzdruck selbst dann erhalten werden, wenn ein Temperaturgradient eines Filters vorhanden ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Aufbaudarstellung, die eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellt.
2(a) bis 2(c) sind Abbildungen, die ein geeignetes Modell zum Schätzen eines Temperaturgradienten innerhalb eines Dieselpartikelfilters und zum Berechnen von Flächenverhältnissen eines stromaufwärtsseitigen Blocks und eines stromabwärtsseitigen Blocks des Dieselpartikelfilters darstellen.
4 4 ist ein Schaltungsplan, der eine Funktion einer in 1 dargestellten Differenzdruckkorrektureinheit darstellt.
5 ist ein Diagramm, das eine Temperaturkorrekturabbildung darstellt, die in einer in 4 dargestellten Korrekturkoeffizienterfassungseinheit verwendet wird.
6 ist eine Darstellung, die Detektionsdaten darstellt, die verwendet werden, wenn der korrigierte Differenzdruck des Dieselpartikelfilters in einer herkömmlichen Technologie berechnet wird.
7 zeigt einen Schaltungsplan, der eine Funktion einer Differenzdruckkorrektureinheit darstellt, die den korrigierten Dieselpartikelfilterdifferenzdruck nach der herkömmlichen Technologie berechnet.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine schematische Aufbaudarstellung, die eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform darstellt. In 1 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform an einem Fahrzeug angebracht. Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 reinigt Abgas, das von einem Dieselmotor 2 (im Folgenden einfach als Motor bezeichnet) als Verbrennungsmotor abgegeben wird. Der Motor 2 hat eine Mehrzahl von Einspritzvorrichtungen 3, die Kraftstoff in mehrere jeweilige Zylinder (nicht dargestellt) einspritzen.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 umfasst einen Dieseloxidationskatalysator 5 (DOC: Dieseloxidationskatalysator) und einen Dieselpartikelfilter 6 (DPF: Dieselpartikelfilter), die von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite in einem mit dem Motor 2 verbundenen Abgaskanal 4 angeordnet sind. Der Dieseloxidationskatalysator 5 oxidiert und entfernt im Abgas enthaltenes Partikelmaterial (PM: Partikelmaterial). Der Dieselpartikelfilter 6 sammelt das in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial. Der Dieselpartikelfilter 6 ist aus Cordierit, SiC oder dergleichen gebildet.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 umfasst ein Kraftstoffzufuhrventil 7, das auf der stromaufwärtigen Seite des Dieseloxidationskatalysators 5 in dem Abgaskanal 4 angeordnet ist und dem Abgaskanal 4 Kraftstoff hinzufügt. Der von dem Kraftstoffzufuhrventil 7 hinzugefügte Kraftstoff wird hauptsächlich als Reduktionsmittel verwendet, wenn die Regenerierung des Dieselpartikelfilters 6 durchgeführt wird. Die „Regenerierung des Dieselpartikelfilters 6“ ist das Verbrennen von auf dem Dieselpartikelfilter 6 abgeschiedenem Partikelmaterial unter hoher Temperatur des Abgases mittels Kraftstoff. Das Kraftstoffzufuhrventil 7 bildet eine Kraftstoffzufuhreinheit, die dem Dieselpartikelfilter 6 Kraftstoff zuführt.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 umfasst einen Differenzdrucksensor 8 (Differenzdruckerfassungseinheit), der einen Differenzdruck (DieselpartikelfilterDifferenzdruck) zwischen einem Druck auf einer stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und einem Druck auf einer stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 erfasst, einen Temperatursensor 9 (erste Temperaturerfassungseinheit), der eine Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 erfasst, einen Temperatursensor 10 (zweite Temperaturerfassungseinheit), der eine Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 erfasst, und eine Steuerung 11, die mit dem Kraftstoffzufuhrventil 7, dem Differenzdrucksensor 8 und den Temperatursensoren 9, 10 verbunden ist.
Die Steuerung 11 erhält als Eingang Erfassungssignale des Differenzdrucksensors 8 und der Temperatursensoren 9, 10, führt einen vorbestimmten Prozess durch und steuert das Kraftstoffzufuhrventil 7 zum Durchführen eines Regenerationsprozesses des Dieselpartikelfilters 6. Die Steuerung 11 besitzt eine Temperaturgradientenschätzeinheit 12, eine Flächenverhältnisberechnungseinheit 13, eine Differenzdruckkorrektureinheit 14 und eine Regenerierungssteuereinheit 15.
Die Temperaturgradientenschätzeinheit 12 schätzt einen Temperaturgradienten innerhalb des Dieselpartikelfilters 6 auf der Grundlage einer durch den Temperatursensor 9 erfassten Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und einer durch den Temperatursensor 10 erfassten Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6. Die Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 ist gleich einer Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6, und die Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 ist gleich einer Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6 (siehe 2 (a)).
Wie in 2 (b) dargestellt ist, unterteilt die Temperaturgradientenschätzeinheit 12 den Dieselpartikelfilter 6 in eine Mehrzahl von Bereichen entlang der Strömungsrichtung des Abgases (Abgasrichtung). Zu diesem Zeitpunkt sind die jeweiligen Größen der Bereiche in der Abgasrichtung gleich. Im Nachstehenden ist der Dieselpartikelfilter 6 entlang der Auslassrichtung in vier Bereiche R1 bis R4 unterteilt.
Die Temperaturgradientenschätzeinheit 12 schätzt jeweilige Temperaturen T1 bis T4 der Bereiche R1 bis R4 des Dieselpartikelfilters 6 zum Beispiel unter Verwendung eines bekannten Dieselpartikelfiltertemperaturausbreitungsmodells. Das Dieselpartikelfiltertemperaturausbreitungsmodell ist ein Modell zum Eingeben von Parametern, wie zum Beispiel der Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6, der Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6, einer Strömungsrate des Abgases und der Wärmekapazität des Dieselpartikelfilters 6, und zum Schätzen eines Temperaturausbreitungsstatus im Inneren des Dieselpartikelfilters 6. In der 2 (b) ist die Temperatur T1 des Bereichs R1 die Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6, und die Temperatur T4 des Bereichs R4 ist die Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6.
Die Flächenverhältnisberechnungseinheit 13 berechnet Flächenverhältnisse eines stromaufwärtsseitigen Blocks B_in und eines stromabwärtsseitigen Blocks B_out des Dieselpartikelfilters 6, die in 2 (c) dargestellt sind, auf der Grundlage des von der Temperaturgradientenschätzeinheit 12 geschätzten Temperaturgradienten innerhalb des Dieselpartikelfilters 6. Die Flächenverhältnisse des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in und des stromabwärtsseitigen Blocks B_out des Dieselpartikelfilters 6 sind Verhältnisse von Größen des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in und des stromabwärtsseitigen Blocks B_out des Dieselpartikelfilters 6 in der Abgasrichtung. In einem Fall, in dem der Dieselpartikelfilter 6 entlang der Abgasrichtung in zwei Blöcke unterteilt ist, ist der stromaufwärtsseitige Block B_in ein Block, der zumindest auf der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, und der stromabwärtsseitige Block B_out ein Block, der zumindest auf der stromabwärtigen Seite in a angeordnet ist. Das bedeutet, dass der stromabwärtsseitige Block B_out sich auf der stromabwärtigen Seite des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in befindet. Der stromaufwärtsseitige Block B_in und der stromabwärtsseitige Block B_out sind durch die Bereiche R1 bis R4 des Dieselpartikelfilters 6 festgelegt.
Die Flächenverhältnisberechnungseinheit 13 berechnet einen Mittelwert (mittlere Temperatur) der jeweiligen Temperaturen der Bereiche R1 bis R4 des Dieselpartikelfilters 6. Die Flächenverhältnisberechnungseinheit 13 berechnet ein Flächenverhältnis α für stromaufwärtsseitigen Block B_in und stromabwärtsseitigen Block B_out des Dieselpartikelfilters 6, indem Sie den folgenden Ausdruck verwenden $\begin{array}{l} Fl \ddot{a} cheverh \ddot{a} ltnis α = (mittlere Temperatur - minimale Temperatur) / (maximale \\ Temperatur - minimale Temperatur) \end{array}$
Die minimale Temperatur ist die niedrigste Temperatur der jeweiligen Temperaturen der Bereiche R1 bis R4 des Dieselpartikelfilters 6. Die maximale Temperatur ist die höchste Temperatur der jeweiligen Temperaturen der Bereiche R1 bis R4 des Dieselpartikelfilters 6.
Wenn die Temperatur T1 des Bereichs R1 (Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6) höher ist als die Temperatur T4 des Bereichs R4 (Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6), ist dabei das Flächenverhältnis α die Größe des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in in die Abgasrichtung im Verhältnis zur Summe der Größe des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in in der Abgasrichtung und der Größe des stromabwärtsseitigen Blocks B_out in Abgasrichtung. Wenn die Temperatur T4 des Bereichs R4 (Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6) höher ist als die Temperatur T1 des Bereichs R1 (Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6), ist das Flächenverhältnis α die Größe des stromabwärtsseitigen Blocks B_out in Abgasrichtung zur Summe der Größe des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in in Abgasrichtung und der Größe des stromabwärtsseitigen Blocks B_out in Abgasrichtung.
Die Flächenverhältnisberechnungseinheit 13 berechnet ein Flächenverhältnis β des anderen des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in und des stromabwärtsseitigen Blocks B_out des Dieselpartikelfilters 6 unter Verwendung des folgenden Ausdrucks $Fl \ddot{a} chenverh \ddot{a} ltnis β = 1 - α$
Zum Beispiel beträgt in einem Fall, in dem die Temperaturen des Bereichs R1 bis R3 auf 300°C eingestellt sind und die Temperatur des Bereichs R4 auf 200°C eingestellt ist, die mittlere Temperatur der Bereiche R1 bis R4 275°C. Wie in 3 dargestellt ist, beträgt das Flächenverhältnis α des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in des Dieselpartikelfilters 6 0,75 und das Flächenverhältnis β des stromabwärtsseitigen Blocks B_out des Dieselpartikelfilters 6 0,25. Das heißt, dass ein Flächenverhältnis des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in zum stromabwärtsseitigen Block B_out 3 : 1 beträgt. In 3 sind die maximale Temperatur von 300°C auf 100% und die minimale Temperatur von 200°C auf 0% eingestellt. Wie in 2 (c) dargestellt ist, sind zu dieser Zeit die Bereiche R1 bis R3 des Dieselpartikelfilters 6 der stromaufwärtsseitige Block B_in und der Bereich R4 des Dieselpartikelfilters 6 der stromabwärtsseitige Block B_out.
Die Differenzdruckkorrektureinheit 14 berechnet den korrigierten Differenzdruck des Dieselpartikelfilters 6 (nachfolgend der korrigierte Dieselpartikelfilterdifferenzdruck) durch Korrigieren des Differenzdrucks zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und dem durch den Differenzdrucksensor 8 erfassten Druck (nachstehend der erfasste Dieselpartikelfilterdifferenzdruck) auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 auf der Grundlage der durch den Temperatursensor 9 erfassten Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6, der durch den Temperatursensor 10 erfassten Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und den Flächenverhältnissen des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in des Dieselpartikelfilters 6 und des stromabwärtsseitigen Blocks B_out, berechnet durch die Flächenverhältnisberechnungseinheit 13.
Wie in 4 dargestellt ist, weist die Differenzdruckkorrektureinheit 14 eine Korrekturkoeffizientakquisitionseinheit 16, eine Koeffizientmultiplikationseinheit 17, eine Korrekturkoeffizientakquisitionseinheit 18, eine Koeffizientmultiplikationseinheit 19, eine Verhältnismultiplikationseinheit 20, eine Verhältnismultiplikationseinheit 21 und eine Additionseinheit 22 auf.
Die Korrekturkoeffizientakquisitionseinheit 16 erarbeitet einen Korrekturkoeffizienten K_in, der der durch den Temperatursensor 9 erfassten Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 entspricht, das heißt der Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6, unter Verwendung einer Korrekturkoeffizientabbildung dargestellt in 5. Die Koeffizientmultiplikationseinheit 17 multipliziert den erfassten Dieselpartikelfilterdifferenzdruck ΔP mit dem Korrekturkoeffizienten K_in, um einen ersten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert zu berechnen. In einem Fall beispielsweise, in dem die Eingangstemperatur Tir, des Dieselpartikelfilters 6 300°C beträgt, ist der Korrekturkoeffizient K_in 1,0, und daher wird der erfasste Dieselpartikelfilterdifferenzdruck P mit 1,0 multipliziert.
Die Korrekturkoeffizienterfassungseinheit 18 erarbeitet einen Korrekturkoeffizienten K_out, der der durch den Temperatursensor 10 erfassten Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 entspricht, das heißt die Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6, unter Verwendung der in 5 dargestellten Temperaturkorrekturabbildung. Die Koeffizientmultiplikationseinheit 19 multipliziert den erfassten Dieselpartikelfilterdifferenzdruck ΔP mit dem Korrekturkoeffizienten K_out, um einen zweiten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert zu berechnen. In einem Fall beispielsweise, in dem die Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6 200°C beträgt, ist der Korrekturkoeffizient K_out 1,25, und daher wird der erfasste Dieselpartikelfilterdifferenzdruck ΔP mit 1,25 multipliziert.
Der Grund, warum der erfasste Dieselpartikelfilterdifferenzdruck ΔP temperaturkorrigiert ist, besteht darin, dass eine Änderung von Viskosität und Dichte des Abgases aufgrund der Abgastemperatur (Temperatur des Abgases) berücksichtigt wird.
Die Verhältnismultiplikationseinheit 20 multipliziert den durch die Koeffizientmultiplikationseinheit 17 berechneten ersten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert mit dem durch die Flächenverhältnisberechnungseinheit 13 berechneten Flächenverhältnis des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in des Dieselpartikelfilters 6, um einen ersten Differenzdruckverhältniskorrekturwert zu berechnen. Wenn die Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6 höher ist als die Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6, multipliziert die Verhältnismultiplikationseinheit 20 den ersten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert mit dem Flächenverhältnis α. Wenn die Ausgabetemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6 höher als die Eingabetemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6, multipliziert die Verhältnismultiplikationseinheit 20 den ersten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert mit dem Flächenverhältnis β.
Die Verhältnismultiplikationseinheit 21 multipliziert den durch die Koeffizientmultiplikationseinheit 19 berechneten zweiten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert mit dem durch die Flächenverhältnisberechnungseinheit 13 berechneten Flächenverhältnis des stromabwärtsseitigen Blocks B_out des Dieselpartikelfilters 6, um einen zweiten Differenzdruckverhältniskorrekturwert zu berechnen. Wenn die Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6 höher als die Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6 ist, multipliziert die Verhältnismultiplikationseinheit 21 den zweiten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert mit dem Flächenverhältnis β. Wenn die Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6 höher ist als die Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6, multipliziert die Verhältnismultiplikationseinheit 21 den zweiten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert mit dem Flächenverhältnis α.
Die Additionseinheit 22 addiert den ersten Differenzdruckverhältniskorrekturwert zu dem zweiten Differenzdruckverhältniskorrekturwert, um den korrigierten Dieselpartikelfilterdifferenzdruck zu berechnen.
Somit berechnet die Differenzdruckkorrektureinheit 14 den korrigierten Dieselpartikelfilterdifferenzdruck durch den folgenden Ausdruck (A), wenn die Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6 höher als die Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6 ist, und die Differenzdruckkorrektureinheit 14 berechnet den korrigierten Dieselpartikelfilterdifferenzdruck durch den folgenden Ausdruck (B), wenn die Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6 höher als die Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6 ist. Wenn die Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6 und die Ausgangstemperatur T_out des Dieselpartikelfilters 6 gleich sind, kann jeder der Ausdrücke (A) und (B) verwendet werden. $korrigierter Dieselpartikelfilterdifferenzdruck = α \times K_{in} \times Δ P + β \times K_{out} \times Δ P$
$korrigierter Dieselpartikelfilterdifferenzdruck = β \times K_{in} \times Δ P + α \times K_{out} \times Δ P$
Die Regenerierungssteuereinheit 15 steuert das Kraftstoffzufuhrventil 7, um eine Partikelmaterialregenerierung auf der Grundlage des durch die Differenzialdruckkorrektureinheit 14 berechneten korrigierten Dieselpartikelfilterdifferenzdrucks durchzuführen. Genauer gesagt steuert die Regenerierungssteuereinheit 15 das Kraftstoffzufuhrventil 7, um eine Zufuhr von Kraftstoff von dem Kraftstoffzufuhrventil 7 durchzuführen, um eine Partikelmaterialregenerierung durchzuführen, wenn der korrigierte Dieselpartikelfilterdifferenzdruck einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht
Herkömmlicherweise werden, wie in den 6 und 7 dargestellt ist, eine Eingangstemperatur T_in eines Dieselpartikelfilters 6 und ein Differenzdruck ΔP zwischen dem Druck auf einer stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und dem Druck auf einer stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 erfasst. Nachfolgend korrigiert eine Differenzdruckkorrektureinheit 50 den Differenzdruck (erfasster Dieselpartikelfilterdifferenzdruck) ΔP zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 auf der Grundlage der Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6, um einen korrigierten Dieselpartikelfilterdifferenzdruck zu berechnen.
Die Differenzdruckkorrektureinheit 50 weist eine Korrekturkoeffizientakquisitionseinheit 51 und eine Koeffizientmultiplikationseinheit 52 auf. Die Korrekturkoeffizientakquisitionseinheit 51 erstellt einen Korrekturkoeffizienten K, der der Eingangstemperatur T_in des Dieselpartikelfilters 6 entspricht, unter Verwendung der in 5 dargestellten Korrekturkoeffizientabbildung. Die Koeffizientmultiplikationseinheit 52 multipliziert den erfassten Dieselpartikelfilterdifferenzdruck ΔP mit dem Korrekturkoeffizienten K, um den korrigierten Dieselpartikelfilterdifferenzdruck zu berechnen.
Zum Beispiel läuft in einem Auto eine Hauptaufgabe ab, und es gibt daher viele Zustände, in denen eine Abgasströmungsrate und eine Temperatur einheitlich werden. Die Temperatur des Inneren des Dieselpartikelfilters 6 ist daher im Wesentlichen einheitlich, und der korrigierte Dieselpartikelfilterdifferenzdruck daher kann durch die in 7 dargestellte Differenzdruckkorrektureinheit 50 berechnet werden.
In einem Arbeitsfahrzeug, wie einem Schaufellader und einem Bagger, werden jedoch durch Eigenheiten der Arbeit häufig Lastschwankungen verursacht, und es ist unwahrscheinlich, dass ein Zustand erreicht wird, in dem die Abgasströmungsrate und die Temperatur einheitlich stabilisiert werden, und es wird daher ein Temperaturgradient innerhalb des Dieselpartikelfilters 6 erzeugt. Folglich kann der korrigierte Dieselpartikelfilterdifferenzdruck durch die in 7 dargestellte Differenzdruckkorrektureinheit 50 nicht genau berechnet werden.
Andererseits wird in der vorliegenden Ausführungsform der Temperaturgradient innerhalb des Dieselpartikelfilters 6 auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 geschätzt, um Flächenverhältnisse des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in und des stromabwärtsseitigen Blocks B_out des Dieselpartikelfilters 6 auf der Grundlage des Temperaturgradienten innerhalb des Dieselpartikelfilters 6 zu berechnen. Nachfolgend wird der erfasste Dieselpartikelfilterdifferenzdruck auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6, der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und der Flächenverhältnisse des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in und des stromabwärtsseitigen Blocks B_out des Dieselpartikelfilters 6 korrigiert, so dass der korrigierte Dieselpartikelfilterdifferenzdruck berechnet wird. Folglich kann ein hochgenauer Dieselpartikelfilterdifferenzdruck erhalten werden, selbst wenn innerhalb des Dieselpartikelfilters 6 ein Temperaturgradient vorhanden ist.
Zusätzlich ist der Dieselpartikelfilter 6 entlang der Strömungsrichtung des Abgases in eine Mehrzahl von Bereichen unterteilt, und schätzt die Temperaturen der Mehrzahl von Bereichen auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6, um Flächenverhältnisse des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in und des stromabwärtsseitigen Blocks B_out des Dieselpartikelfilters 6 auf der Basis der Temperaturen der mehreren Bereiche zu berechnen. Folglich kann der Temperaturgradient im Inneren des Dieselpartikelfilters 6 zuverlässig geschätzt werden, indem beispielsweise das bekannte Dieselpartikelfiltertemperaturausbreitungsmodell verwendet wird. Die Flächenverhältnisse des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in und des stromabwärtsseitigen Blocks B_out des Dieselpartikelfilters 6 können einfacher durch die vorbestimmten Berechnungsausdrücke berechnet werden.
Ferner wird der Differenzdruck zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 korrigiert, so dass der erste Differenzdrucktemperaturkorrekturwert berechnet wird, und der Differenzdruck zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters 6 korrigiert wird, so dass der zweite Differenzdrucktemperaturkorrekturwert berechnet wird. Nachfolgend wird ein Wert, der durch Multiplizieren des ersten Differenzdrucktemperaturkorrekturwerts mit dem Flächenverhältnis des stromaufwärtsseitigen Blocks B_in des Dieselpartikelfilters 6 erhalten wird, zu einem Wert addiert, der durch Multiplizieren des zweiten Differenzdrucktemperaturkorrekturwerts mit dem Flächenverhältnis des stromabwärtsseitigen Block B_out des Dieselpartikelfilters 6 erhalten wird, so dass der korrigierte Differenzdruck des Dieselpartikelfilters 6 berechnet wird. Folglich kann der korrigierte Dieselpartikelfilterdifferenzdruck leichter durch die vorbestimmten Berechnungsausdrücke berechnet werden.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel wird in der obigen Ausführungsform Kraftstoff von dem Kraftstoffzufuhrventil 7 zugeführt, so dass eine Regenerierung des Dieselpartikelfilters 6 durchgeführt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Form beschränkt, und die Regenerierung des Dieselpartikelfilters 6 kann durch Einspritzen von Kraftstoff aus den in dem Motor 2 angeordneten Einspritzvorrichtungen 3 in die Zylinder (nicht dargestellt) durchgeführt werden. In diesem Fall bilden die Einspritzvorrichtungen 3 eine Kraftstoffversorgungseinheit, die dem Dieselpartikelfilter 6 Kraftstoff zuführt.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 1 der obigen Ausführungsform enthält den Dieselpartikelfilter 6 als einen Filter. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist jedoch auch auf eine Abgasreinigungsvorrichtung anwendbar, die einen Dieselpartikel-NOx-Reduktionskatalysator (DPNR: Dieselpartikel-NOx-Reduktion) oder dergleichen als Filter umfasst.
Bezugszeichenliste

1: Abgasreinigungsvorrichtung
2: Dieselmotor (Verbrennungsmotor)
6: Dieselpartikelfilter (Filter)
7: Kraftstoffzufuhrventil (Kraftstoffversorgungseinheit)
8: Differenzdrucksensor (Differenzdruckerfassungseinheit)
9: Temperatursensor (erste Temperaturerfassungseinheit)
10: Temperatursensor (zweite Temperaturerfassungseinheit)
11: Steuerung
12: Temperaturgradientenschätzeinheit
13: Flächenverhältnisberechnungseinheit
14: Differenzdruckkorrektureinheit
15: Regenerierungssteuereinheit
Bin: stromaufwärtsseitiger Block
Bout: stromabwärtsseitiger Block
R1 bis R4: Bereich

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung (1) zum Reinigen von von einem Verbrennungsmotor (2) ausgestoßenem Abgas, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (1) aufweist: einen Filter (6), der in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial sammelt; eine Kraftstoffversorgungseinheit (7), die dem Filter (6) Kraftstoff zuführt; eine Differenzdruckerfassungseinheit (8), die einen Differenzdruck zwischen einem Druck auf einer stromaufwärtigen Seite des Filters (6) und einem Druck auf einer stromabwärtigen Seite des Filters (6) erfasst; eine erste Temperaturerfassungseinheit (9), die eine Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6) erfasst; eine zweite Temperaturerfassungseinheit (10), die eine Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6) erfasst; eine Temperaturgradientenschätzeinheit (12), die einen Temperaturgradienten innerhalb des Filters (6) auf der Grundlage der durch die erste Temperaturerfassungsseinheit (9) detektierten Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6) und der von der zweiten Temperaturerfassungseinheit (10) erfassten Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6) schätzt; eine Flächenverhältnisberechnungseinheit (13), die Flächenverhältnisse eines stromaufwärtsseitigen Blocks (B_in) und eines stromabwärtsseitigen Blocks (B_out) des Filters (6) auf der Grundlage des durch die Temperaturgradientenschätzeinheit (12) geschätzten Temperaturgradienten innerhalb des Filters (6) berechnet; eine Differenzdruckkorrektureinheit (14), die den von der Differenzdruckerfassungseinheit (8) erfassten Differenzdruck zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6) und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6) korrigiert, auf der Grundlage der von der ersten Temperaturerfassungseinheit (9) erfassten Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6), der von der zweiten Temperaturerfassungseinheit (10) erfassten Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6), und den durch die Flächenverhältnisberechnungseinheit (13) berechneten Flächenverhältnissen des stromaufwärtsseitigen Blocks (B_in) und des stromabwärtsseitigen Blocks (B_out) des Filters (6), um einen korrigierten Differenzdruck des Filters (6) zu berechnen; und eine Regenerierungssteuereinheit (15), die die Kraftstoffversorgungseinheit (7) auf der Basis des durch die Differenzdruckkorrektureinheit (14) berechneten korrigierten Differenzdrucks des Filters (6) steuert, um das auf dem Filter (6) abgeschiedene Partikelmaterial mittels des Kraftstoffs zu verbrennen.
Abgasreinigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Temperaturgradientenschätzeinheit (12) den Filter (6) entlang einer Strömungsrichtung des Abgases in eine Mehrzahl von Bereichen (R1 bis R4) unterteilt und Temperaturen der mehreren Bereichen (R1 bis R4) auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6) und der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6) schätzt, und die Flächenverhältnisberechnungseinheit (13) die Flächenverhältnisse des stromaufwärtsseitigen Blocks (B_in) und des stromabwärtsseitigen Blocks (B_out) des Filters (6) auf der Grundlage der Temperaturen der mehreren Bereiche (R1 bis R4) berechnet.
Abgasreinigungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Differenzdruckkorrektureinheit (14) den Differenzdruck zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6) und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6) auf der Basis der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6) korrigiert, um einen ersten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert zu berechnen, und den Differenzdruck zwischen dem Druck auf der stromaufwärtigen Seite des Filters (6) und dem Druck auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6) auf der Grundlage der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Filters (6) korrigiert, um einen zweiten Differenzdrucktemperaturkorrekturwert zu berechnen, und danach einen Wert, erhalten durch Multiplizieren des ersten Differenzdrucktemperaturkorrekturwerts mit dem Flächenverhältnis des stromaufwärtsseitigen Blocks (B_in) des Filters (6), zu einem Wert, erhalten durch Multiplizieren des zweiten Differenzdrucktemperaturkorrekturwerts mit dem Flächenverhältnis des stromabwärtsseitigen Blocks (B_out) des Filters (6), addiert, um einen korrigierten Differenzdruck des Filters (6) zu berechnen.