DE112018002095T5

DE112018002095T5 - Abgasbehandlungsvorrichtung für Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE112018002095T5
Application number: DE112018002095.9T
Authority: DE
Inventors: Marie Horikawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2020-01-09
Also published as: JP2018178981A; WO2018193833A1; JP6711310B2

Abstract

Eine Abgasbehandlungsvorrichtung (50) wird auf eine Verbrennungskraftmaschine (10) angewendet, wobei in einem Auslassdurchlass (22) ein Dreiwegekatalysator (26) zum Oxidieren oder Reduzieren einer in einem Abgas enthaltenen Komponente und ein Partikelfilter (27) zum Sammeln von im Abgas enthaltenen Partikeln vorgesehen sind. Wenn eine vorbestimmte Ausführungsbedingung erfüllt ist, bewirkt die Abgasbehandlungsvorrichtung, dass die im Partikelfilter gesammelten Partikel verbrannt und entfernt werden. Die Abgasbehandlungsvorrichtung umfasst eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine steuert, um zu veranlassen, dass eine Menge an Stickoxid, das von der Verbrennungskraftmaschine in einer Zeitspanne der Durchführung der Verbrennungsentfernung der im Partikelfilter gesammelten Partikel ausgestoßen wird, kleiner oder gleich einem vorbestimmten zulässigen Emissionswert wird.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität aus der am 21. April 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2017-84886 . Die gesamten Offenbarungen aller vorstehenden Anmeldungen werden hierin durch Inbezugnahme mit aufgenommen.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, und insbesondere eine Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Dreiwegekatalysator und einem Partikelfilter als eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Reinigung eines Abgases.
Allgemeiner Stand der Technik
Herkömmlich wurden verschiedene Technologien zum Sammeln von Partikeln (PM), die von einer Verbrennungskraftmaschine durch eine Verbrennung eines Kraftstoffs in einem Abgasdurchlass ausgestoßen werden, vorgeschlagen (beispielsweise Bezug auf Patentliteratur 1). Patentliteratur 1 offenbart, dass eine Magerverbrennung zur Regeneration eines Partikelfilters in einem stöchiometrischen Motor durchgeführt wird. Da die im Abgas des Motors enthaltene Sauerstoffmenge während einer stöchiometrischen Verbrennung sehr gering ist, wird in Patentliteratur 1 dem Partikelfilter durch das Durchführen der Magerverbrennung ein für die Verbrennungsentfernung von PM notwendiger Sauerstoff zugeführt.
Patentliteratur des Stands der Technik
Patentliteratur
Patentliteratur 1: US 2016/0123200
Kurzfassung der Erfindung
Im Falle eines Abgasreinigungssystems unter Verwendung eines Dreiwegekatalysators wird, wenn zur Regeneration des Partikelfilters lediglich ein Abmagern durchgeführt wird, eine NOx-Reinigungsrate dadurch abgesenkt, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem Reinigungsfenster des Dreiwegekatalysators hin zu einer mageren Seite abweicht, und es besteht die Befürchtung, dass die Abgasemission verschlechtert wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, die in der Lage ist, die von einem Partikelfilter gesammelten Partikel zu verbrennen und zu entfernen, während die Verschlechterung der Abgasemission reduziert wird.
Um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, werden bei der vorliegenden Offenbarung die folgenden Maßnahmen ergriffen.
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine ist mit einem Dreiwegekatalysator zum Oxidieren oder Reduzieren einer in einem Abgas enthaltenen Komponente und einem Partikelfilter zum Sammeln von im Abgas enthaltenen Partikeln in einem Auslassdurchlass vorgesehen. Die Abgasbehandlungsvorrichtung ist derart konfiguriert, dass diese veranlasst, dass die im Partikelfilter gesammelten Partikel verbrannt und entfernt werden, wenn eine vorbestimmte Ausführungsbedingung erfüllt ist. Die Abgasbehandlungsvorrichtung weist eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit auf, welche derart konfiguriert ist, dass diese ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine steuert, um zu veranlassen, dass eine Menge an Stickoxid, das aus der Verbrennungskraftmaschine in einer Zeitspanne der Durchführung der Verbrennungsentfernung der im Partikelfilter gesammelten Partikel emittiert bzw. ausgestoßen wird, kleiner oder gleich einem vorbestimmten zulässigen Emissionswert wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Konfiguration wird bei der Verbrennung und Entfernung der vom Partikelfilter gesammelten Partikel ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, dass die von der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßene Stickoxidmenge kleiner oder gleich einem zulässigen Emissionswert wird, und somit kann bei der Verbrennung und Entfernung der Partikel der Stickoxidausstoß reduziert werden. Dies ermöglicht es, die vom Partikelfilter gesammelten Partikel zu verbrennen und zu entfernen, während die Verschlechterung der Abgasemission reduziert wird.
Figurenliste
Die Vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen ersichtlicher. In den Abbildungen sind:

1 eine schematische Gesamtkonfigurationsabbildung eines Maschinensteuerungssystems,
2 ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einem Maschinen-NOx-Emissionsbetrag bzw. einer NOx-Emissionsmenge des Motors und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigt,
3 ein Diagramm, welches ein Verfahren zum Einstellen eines Regenerations-Verbrennungs-A/F-Wertes zeigt,
4 ein Flussdiagramm, welches einen Verarbeitungsablauf eines Filterregenerationsprozesses gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt,
5 ein Diagramm, welches einen Maschinen- bzw. Motorbetriebsbereich zeigt, in dem eine Filterregeneration durchgeführt werden kann,
6 ein Diagramm, welches die NOx-Emissionsmenge des Motors gemäß einer Motorlast zeigt,
7 ein Diagramm, welches eine Beziehung zwischen einer Sauerstoffkonzentration und einer PM-Verbrennungsrate zeigt,
8 ein Zeitdiagramm, welches einen spezifischen Modus eines Filterregenerationsprozesses gemäß der ersten Ausführungsform zeigt,
9 ein Flussdiagramm, welches einen Verarbeitungsablauf einer Nacheinspritzsteuerung zeigt,
10 ein Flussdiagramm, welches einen Verarbeitungsablauf eines Filterregenerationsprozesses gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt,
11 ein Zeitdiagramm, welches einen spezifischen Modus des Filterregenerationsprozesses gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt,
12 ein Flussdiagramm, welches einen Verarbeitungsablauf eines Filterregenerationsprozesses gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt,
13 ein Zeitdiagramm, welches einen Verarbeitungsablauf des Filterregenerationsprozesses gemäß der dritten Ausführungsform zeigt,
14 ein Diagramm, welches eine maximale Einspritzmenge bei einer Nacheinspritzung darstellt,
15 ein Flussdiagramm, welches einen Verarbeitungsablauf eines Filterregenerationsprozesses gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt, und
16 ein Zeitdiagramm, welches einen Verarbeitungsablauf des Filterregenerationsprozesses gemäß der vierten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
(Erste Ausführungsform)
Im Folgenden werden Ausführungsformen mit Bezug auf die Abbildungen beschrieben. Die vorliegende Ausführungsform entspricht einem fahrzeuginternen Mehrzylinder-Viertakt-Ottomotor, der einer Verbrennungskraftmaschine entspricht, und konfiguriert ein Maschinen- bzw. Motorsteuerungssystem für einen Motor vom Direkteinspritztyp und einen Motor vom Fremdzündungstyp. Bei dem Steuerungssystem wird eine elektronische Steuerungseinheit (im Folgenden als „ECU“ bezeichnet) als eine Zentrale verwendet, um eine Steuerung für eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Steuerung für einen Zündzeitpunkt und dergleichen zu implementieren. 1 zeigt eine schematische Gesamtkonfigurationsabbildung des Motorsteuerungssystems.
Bei einem in 1 gezeigten Motor 10 ist eine Einlassleitung bzw. ein Ansaugrohr 11 mit einem Drosselventil bzw. einer Drosselklappe 14 versehen, bei der ein Öffnungsgrad durch ein Drosselstellglied 13, wie einen Gleichstrommotor, angepasst wird. Die Öffnung (Drosselöffnungsgrad) der Drosselklappe 14 wird unter Verwendung eines im Drosselstellglied 13 aufgenommenen Drosselöffnungssensors erfasst.
Auf einer Stromabwärtsseite der Drosselklappe 14 ist ein Ausgleichsbehälter 15 vorgesehen, und in dem Ausgleichsbehälter 15 ist ein Ansaugrohrinnendrucksensor 16 zum Erfassen eines Ansaugrohrinnendrucks vorgesehen. Ein Ansaugkrümmer 17 zum Einführen einer Luft in jeden Zylinder des Motors 10 ist mit dem Ausgleichsbehälter 15 verbunden. Der Ansaugkrümmer 17 ist mit einem Ansaugkanal jedes Zylinders verbunden.
Ein Einlassventil 18 und ein Auslassventil 19 sind in einem Ansaugkanal bzw. einem Auslasskanal des Motors 10 vorgesehen. Eine Luft im Ausgleichsbehälter 15 wird durch den Öffnungsvorgang des Einlassventils 18 in eine Brennkammer 21 eingeführt, und ein Abgas nach einer Verbrennung wird durch den Öffnungsvorgang des Auslassventils 19 in ein Abgasrohr 22 ausgestoßen. Öffnungs- und Schließzeiten (Ventilsteuerzeit) des Einlassventils 18 und des Auslassventils 19 werden durch eine variable Ventilsteuerzeitvorrichtung 20 variabel gesteuert.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 23 zum direkten Zuführen von Kraftstoff in die Brennkammer 21 ist an einem oberen Abschnitt jedes Zylinders des Motors 10 angebracht. Das Kraftstoffeinspritzventil 23 ist über eine Kraftstoffleitung mit einem Kraftstofftank verbunden (nicht gezeigt). Der Kraftstoff im Kraftstofftank wird dem Kraftstoffeinspritzventil 23 jedes Zylinders zugeführt und von dem Kraftstoffeinspritzventil 23 in die Brennkammer 21 eingespritzt.
Eine Zündkerze 24 ist an einem Zylinderkopf des Motors 10 angebracht. Eine Hochspannung wird zu einem gewünschten Zündzeitpunkt durch eine Zündvorrichtung 25, die durch eine Zündspule oder dergleichen konfiguriert ist, auf die Zündkerze 24 aufgebracht. Wenn eine Hochspannung an die Zündkerzen 24 angelegt wird, wird eine Funkenentladung zwischen gegenüberliegenden Elektroden jeder Zündkerze 24 erzeugt, und ein Gemisch aus dem Kraftstoff und einer Ansaugluft in der Brennkammer 21 wird für die Verbrennung entzündet. Eine Verbrennungssteuerung des Motors 10 wird mit einem Ansaugtakt, einem Verdichtungstakt, einem Arbeitstakt und einem Auslasstakt als ein Verbrennungszyklus durchgeführt.
Das Abgasrohr 22 ist mit einem Dreiwegekatalysator 26 und einem GPF (Benzinpartikelfilter) 27 als eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Reinigen des Abgases versehen. Der Dreiwegekatalysator 26 ist ein Katalysator zur Oxidation oder Reduktion von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC) und Stickoxid (NOx), die Komponenten in dem Abgas sind. Der GPF 27 entspricht einer Filtervorrichtung zum Sammeln der Partikel (PM) im Abgas und ist auf der Stromabwärtsseite des Dreiwegekatalysators 26 vorgesehen. Der GPF 27 ist ein katalysatorbeschichteter Filter mit einem oberflächenbeschichteten Oxidationskatalysator (z.B. Pt).
Im Abgasrohr 22 sind auf der Stromaufwärts- und Stromabwärtsseite des Dreiwegekatalysators 26 Sauerstoffkonzentrationssensoren zum Erfassen der Sauerstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Gemisches mit dem Abgas als ein Detektionsziel vorgesehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist für die Sauerstoffkonzentrationssensoren ein A/F-Sensor 28 vom linearen Erfassungstyp auf der Stromaufwärtsseite des Dreiwegekatalysators 26 angeordnet, und ein O2-Sensor 29 vom binären Erfassungstyp ist auf der Stromabwärtsseite des Dreiwegekatalysators 26 angeordnet. Das Abgasrohr 22 ist mit einem Differenzdrucksensor 31 zum Erfassen eines Differenzdrucks zwischen der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite des GPF 27 versehen. Der Differenzdrucksensor 31 kann die Menge an PM erfassen, die auf dem GPF 27 abgelagert ist. Ein Abgastemperatursensor 32 zum Erfassen einer Abgastemperatur ist im Abgasrohr 22 auf der Stromabwärtsseite des Dreiwegekatalysators 26 und auf der Stromaufwärtsseite des GPF 27 vorgesehen.
Dieses System ist mit einem Auflader vorgesehen, der die Luft unter Verwendung des Abgases verdichtet. Der Auflader umfasst einen Ansaugverdichter 33, der auf der Stromaufwärtsseite der Drosselklappe 14 im Ansaugrohr 11 angeordnet ist, und eine Auslassturbine 34, die auf der Stromaufwärtsseite des Dreiwegekatalysators 26 in der Nähe eines Auslasses des Auslasskanals im Abgasrohr 22 angeordnet ist. Der Ansaugverdichter 33 und die Auslassturbine 34 sind durch eine Drehwelle 35 miteinander verbunden. Wenn die Auslassturbine 34 durch das im Abgasrohr 22 strömende Abgas rotiert wird, wird der Ansaugverdichter 33 zusammen mit der Rotation der Auslassturbine 34 rotiert. Zu dieser Zeit wird die Ansaugluft im Ansaugrohr 11 durch eine Zentrifugalkraft verdichtet, die durch die Rotation des Ansaugverdichters 33 erzeugt wird. Im Ansaugrohr 11 ist auf der Stromabwärtsseite des Ansaugverdichters 33 ein Zwischen- bzw. Ladeluftkühler 12 als ein Wärmetauscher angeordnet. Da die aufgeladene Ansaugluft durch den Ladeluftkühler 12 gekühlt wird, wird eine Abnahme des Verdichtungswirkungsgrades verhindert.
Darüber hinaus ist der Motor 10 mit einem Kühlmitteltemperatursensor 41 zum Erfassen einer Kühlmitteltemperatur, einem Kurbelwinkelsensor 42 zum Ausgeben eines rechteckigen Kurbelwinkelsignals bei jedem vorbestimmten Kurbelwinkel des Motors 10 und dergleichen vorgesehen.
Die ECU 50 ist hauptsächlich durch einen Mikrocomputer konfiguriert, der bekanntlich eine CPU, einen ROM, einen RAM und dergleichen umfasst, und führt verschiedene im ROM gespeicherte Steuerprogramme aus, um verschiedene Steuerungen des Motors 10 gemäß jedem Motorbetriebszustand durchzuführen. Mit anderen Worten, die ECU 50 empfängt Erfassungssignale von den verschiedenen oben beschriebenen Sensoren und dergleichen, berechnet die Kraftstoffeinspritzmenge, den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, den Zündzeitpunkt und dergleichen basierend auf den verschiedenen empfangenen Erfassungssignalen und steuert den Antrieb des Kraftstoffeinspritzventils 23 und der Zündvorrichtung 25 und dergleichen. Bei der Kraftstoffeinspritzsteuerung berechnet die ECU 50 den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge basierend auf den jeweiligen Motorbetriebszuständen (z.B. der Motordrehzahl und der Motorlast). Ferner steuert die ECU 50 den Antrieb des Kraftstoffeinspritzventils 23, so dass eine gewünschte Einspritzmenge von Kraftstoff zum berechneten Einspritzzeitpunkt eingespritzt wird.
Die ECU 50 führt eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung durch, indem der Öffnungsgrad der Drosselklappe 14 (im Folgenden auch als „Drosselöffnungsgrad“ bezeichnet) und die vom Kraftstoffeinspritzventil 23 in die Brennkammer 21 eingespritzte Kraftstoffmenge angepasst werden. Insbesondere wird in einem Normalbetrieb der stöchiometrische Betrieb durchgeführt, bei dem der Drosselöffnungsgrad und die Kraftstoffeinspritzmenge so gesteuert werden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 10 zu dem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird (A/F ≈ 14.7).
Der Motor 10 ist ein stöchiometrischer Motor, dieser kann aber auch bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden. Insbesondere wenn ein Luftüberschuss bei der mageren Verbrennung durch eine AGR-Rate ersetzt wird, kann der Motor 10 in allen Betriebsbereichen des Motors 10 mit der AGR-Rate von 18 % oder höher betrieben werden, wenn nur eine Temperaturerhöhung durchgeführt wird, und der Motor 10 kann mit einer AGR-Rate von 25 % oder höher betrieben werden, falls die Temperaturerhöhung und die Filterregeneration durchgeführt werden.
Bei der Bestimmung, dass PM mit einem vorbestimmten Betrag oder mehr auf dem GPF 27 abgeschieden wurden, führt die ECU 50 eine Filterregenerationssteuerung durch, um die auf dem GPF 27 abgeschiedenen PM zu verbrennen und zu entfernen. Dadurch führt die ECU 50 die Regeneration der PM-Sammelfunktion des GPF 27 durch (Filterregeneration). Zur Durchführung der Filterregeneration ist es erforderlich, dass die Temperatur des GPF 27 (im Folgenden auch als „Filtertemperatur“ bezeichnet) höher oder gleich einer vorbestimmten Temperatur ist, und dass im GPF 27 Sauerstoff vorhanden ist.
In einem Zustand, in dem die Verbrennung bei einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird (stöchiometrische Verbrennung), ist die im Abgas enthaltene Sauerstoffmenge extrem gering. Aus diesem Grund wird während der stöchiometrischen Verbrennung die für die Filterregeneration benötigte Sauerstoffmenge nicht zu dem GPF 27 geführt und die Filterregeneration kann nicht durchgeführt werden. Daher ist es denkbar, dass zum Zeitpunkt der Filterregeneration das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert wird, dass dieses vorübergehend magerer ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, um so dem GPF 27 die für die Filterregeneration erforderliche Sauerstoffmenge zuzuführen. Wird jedoch bei dem Abgasreinigungssystem unter Verwendung des Dreiwegekatalysators 26 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis lediglich zum Zwecke der Filterregeneration mager gemacht, weicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem Reinigungsfenster des Dreiwegekatalysators 26 hin zur mageren Seite ab, wodurch die NOx-Reinigungsrate abnehmen kann und sich die NOx-Emission verschlechtern kann.
Bei diesem Beispiel unterscheidet sich die NOx-Menge in dem vom Motor 10 durch die Verbrennung des Kraftstoffs ausgestoßenen Abgases in Abhängigkeit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Insbesondere nimmt, wie in 2 gezeigt ist, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Stöchiometrie einer Magergrenze annähert, die NOx-Menge vorübergehend zu und nimmt dann allmählich ab, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis die magere Seite erreicht. Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom stöchiometrischen Wert der Fettgrenze annähert, nimmt die NOx-Menge ferner allmählich ab, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis die fette Seite erreicht. Unter Berücksichtigung des vorstehenden Punkts wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der vorliegenden Ausführungsform so gesteuert, dass die vom Motor 10 ausgestoßene NOx-Menge (im Folgenden auch als „NOx-Emissionsmenge des Motors“ bezeichnet) kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert (im Folgenden als „ein zulässiger Emissionswert NOth“ bezeichnet) wird, als ein Wert, der einen Ausstoß von dem Motor 10 ermöglicht, während eines Zeitraums, in dem die vom GPF 27 gesammelten PM verbrannt und entfernt werden. Folglich wird die vom Motor 10 ausgestoßene NOx-Menge reduziert, während dem GPF 27 während der Zeitspanne der Durchführung der Verbrennungsentfernung der PM eine ausreichende Menge an Sauerstoff zugeführt wird.
Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu der Zeit der Verbrennung des Motors 10 so gesteuert, dass dieses magerer ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, so dass die NOx-Emissionsmenge des Motors während des Zeitraums der Durchführung der Verbrennungsentfernung von PM kleiner oder gleich dem zulässigen Emissionswert NOth wird. Genauer gesagt ist, wie in 2 gezeigt ist, ein NOx-Reduktionsbereich Raf durch einen Bereich auf der mageren Seite eingestellt, der durch einen unteren A/F-Grenzwert Amin (z.B. A/F ≈ 19), der ein unterer Grenzwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereichs ist, in dem die NOx-Emissionsmenge des Motors kleiner oder gleich dem zulässigen Emissionswert NOth ist, und einen oberen A/F-Grenzwert Amax (z.B. A/F ≈ 23), der einer Grenze (Magergrenze) des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, bei der eine normale Verbrennung im Motor 10 durchgeführt werden kann, definiert ist. Zu der Zeit der Filterregeneration wird das Verbrennungs-A/F so gesteuert, dass dieses in den NOx-Reduktionsbereich Raf fällt.
Der Filterregenerationsprozess der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 3 beschrieben. Zum Zeitpunkt der Regeneration des Filters wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, dass die Sauerstoffkonzentration in dem dem GPF 27 zugeführten Abgas höher oder gleich einer vorbestimmten Konzentration wird, die basierend auf der Anforderung der Verbrennungsrate der PM bestimmt ist, während die Sauerstoffkonzentration im Abgas auf eine Sauerstoffkonzentration sichergestellt ist, welche in der Lage ist, den NOx-Ausstoß auf den zulässigen Emissionswert NOth oder niedriger zu reduzieren. Folglich wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, um die NOx-Emissionsreduktionsanforderung und eine Anforderung basierend auf der Sauerstoffkonzentration im Abgas (im Folgenden auch einfach als „Sauerstoffkonzentrationsanforderung“ bezeichnet), die für die Einstellung der Verbrennungsrate der PM auf einen vorbestimmten Wert oder mehr erforderlich ist, zu erfüllen.
Insbesondere wird ein O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2, der dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Erfüllen einer Sauerstoffkonzentrationsanforderung entspricht, mit dem unteren A/F-Grenzwert Amin verglichen, und die Verbrennung erfolgt unter Verwendung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit einer größeren Abweichung vom theoretischen (stöchiometrischen) Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das heißt, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einer magereren Seite. Falls beispielsweise der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 weiter vom theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entfernt ist als der untere A/F-Grenzwert Amin und einem Wert A2 auf der mageren Seite entspricht, wird der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 auf das Verbrennungs-A/F eingestellt. Wenn andererseits der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 näher am theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt als der untere A/F-Grenzwert Amin und dem vorbestimmten Wert A1 auf der fetten Seite entspricht, wird der untere A/F-Grenzwert Amin, welcher dem Grenzwert auf der fetten Seite unter den A/Fs entspricht, welche die NOx-Reduktionsanforderung erfüllen, auf das Verbrennungs-A/F eingestellt. Anschließend werden die Lufteinlassmenge und die Kraftstoffeinspritzmenge des Motors 10 gesteuert, um den eingestellten Verbrennungs-A/F zu erreichen. Der „O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2“ entspricht einem ersten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und der „untere A/F-Grenzwert Amin“ entspricht einem zweiten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Anschließend wird ein Verarbeitungsablauf des Filterregenerationsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf ein Flussdiagramm von 4 beschrieben. Dieser Prozess wird durch die ECU 50 in vorbestimmten Abständen ausgeführt.
In 4 wird bei Schritt S101 basierend auf der PM-Ablagerungsmenge bestimmt, ob eine Filterregenerationsanforderung vorliegt oder nicht. In diesem Beispiel wird bestimmt, ob die PM mit einem Regenerationsbestimmungswert Wth oder mehr auf dem GPF 27 abgeschieden sind oder nicht. Insbesondere erfolgt eine zustimmende Bestimmung, wenn ein Differenzdruck zwischen der Stromaufwärtsseite und der Stromabwärtsseite des GPF 27 unter Verwendung der Erfassungswerte des Differenzdrucksensors 31 höher oder gleich einem vorbestimmten Druck wird.
Ein Verfahren zum Bestimmen der Notwendigkeit der Filterregeneration ist nicht auf das Verfahren unter Verwendung des Differenzdrucksensors 31 beschränkt. So kann beispielsweise die Notwendigkeit der Filterregeneration bestimmt werden, indem bestimmt wird, ob Bedingungen erfüllt sind, wie (1), dass die unter Verwendung des PM-Sensors erfasste Menge an PM zu einem vorbestimmten Wert oder mehr wird, (2), dass eine vorbestimmte Zeit oder mehr ausgehend von einem vorherigen Filterregenerationsprozess verstrichen ist, (3), dass ein Fahrzeug eine vorbestimmte Strecke oder mehr ausgehend von dem vorherigen Filterregenerationsprozess zurückgelegt hat, und dergleichen.
Bei der Bestimmung, dass eine Filterregenerationsanforderung vorliegt, wird bei Schritt S102 bis S105 bestimmt, ob eine Ausführungsbedingung des Filterregenerationsprozesses erfüllt ist oder nicht. Genauer gesagt, wird zunächst bei Schritt S102 bestimmt, ob der Motor 10 in Betrieb ist oder nicht. Wenn der Motor in Betrieb ist, fährt die Routine mit Schritt S103 fort und es wird unter Verwendung eines Erfassungswerts des Kühlwassertemperatursensors 41 oder dergleichen bestimmt, ob das Aufwärmen des Motors 10 abgeschlossen wurde oder nicht. Falls das Aufwärmen abgeschlossen wurde, fährt die Routine mit Schritt S104 fort und es wird bestimmt, ob der vorliegende Motorbetriebszustand innerhalb eines Motorbetriebsbereichs liegt, in dem die Filterregeneration durchgeführt werden kann. In diesem Beispiel ist der Motorbetriebsbereich, in dem die Filterregeneration durchgeführt werden kann, als ein Kennfeld oder dergleichen (z.B. ein Kennfeld von 5) gemäß der Motordrehzahl und der Motorlast (beispielsweise dem Ansaugrohrinnendruck) vorbestimmt. Unter Verwendung des vorstehenden Kennfelds oder dergleichen wird basierend auf den Erfassungswerten der Motordrehzahl und der Motorlast bestimmt, ob sich der Motor in dem Motorbetriebsbereich befindet, in dem die Filterregeneration durchgeführt werden kann.
Gemäß dem Kennfeld von 5 ist die Filterregeneration in einem Bereich A zugelassen, der vorbestimmten Mitteldrehzahl-/Mittel- und Hochlastbereichen und einem Mittel- und Hochdrehzahl-/Niederlastbereich entspricht. Die Filterregeneration ist in einem vorbestimmten Niedrigdrehzahl-/Niedriglastbereich B und einem vorbestimmten Hochdrehzahl-/Hochlastbereich C verhindert. Der Bereich A ist ein Betriebsbereich, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis nach Bedarf hin zu der mageren Seite gesteuert werden kann.
Falls bestimmt wird, dass sich der Motor in dem Motorbetriebsbereich befindet, in dem die Filterregeneration durchgeführt werden kann, fährt die Routine mit Schritt S 105 fort und es wird bestimmt, ob die Temperatur des GPF 27 (im Folgenden auch als „Filtertemperatur“ bezeichnet) höher als eine Solltemperatur Tpm ist oder nicht. Die Solltemperatur Tpm wird im Voraus basierend auf der Zündtemperatur der PM bestimmt und auf einen Wert von oder nahe beispielsweise 600 °C eingestellt. Die Filtertemperatur kann aus dem Motorbetriebszustand oder der Abgastemperatur abgeschätzt werden oder direkt durch die Bereitstellung eines Temperatursensors zum Erfassen der Filtertemperatur erfasst werden. Bei Schritt S105 wird die Filtertemperatur vor Beginn der Filterregeneration als ein Ziel bestimmt.
Wird in zumindest einem der Schritte S102 bis S105 eine negative Bestimmung erhalten, wird die Filterregeneration nicht gestartet, bis alle Ausführungsbedingungen des Filterregenerationsprozesses erfüllt sind, und die Filterregeneration wird so ausgesetzt. Falls in allen Schritten S102 bis S105 eine zustimmende Bestimmung erhalten wird, wird bestimmt, dass die Ausführungsbedingung für den Filterregenerationsprozess erfüllt ist, und die Routine fährt mit Schritt S106 fort.
Bei Schritt S106 wird der untere A/F-Grenzwert Amin berechnet. In diesem Beispiel unterscheidet sich die NOx-Emissionsmenge des Motors je nach Motorbetriebszustand, und wie in 6 gezeigt ist, steigt die NOx-Emissionsmenge des Motors mit zunehmender Motorlast stärker an. Zusammen mit der obigen Bedingung wird der untere Grenzwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Bereichs, in dem die NOx-Emissionsmenge des Motors kleiner oder gleich dem zulässigen Emissionswert NOth ist, mit zunehmender Belastung des Motors 10 magerer. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform der untere A/F-Grenzwert Amin basierend auf der Motorlast berechnet. Genauer gesagt wird ein in 6 gezeigtes Kennfeld im Voraus gespeichert und der untere A/F-Grenzwert Amin entsprechend jeder der Motorlasten wird unter Verwendung des Kennfelds ausgelesen. Gemäß dem Kennfeld von 6 wird der Wert auf der mageren Seite als der untere A/F-Grenzwert Amin eingestellt, wenn der Motor 10 stark belastet wird.
Bei Schritt S107 wird ein O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Erfüllung der Sauerstoffkonzentrationsanforderung berechnet. 7 zeigt eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration im Abgas, das dem GPF 27 zugeführt werden soll, und der PM-Verbrennungsrate. Wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem niedrigen Konzentrationsbereich liegt, wird die PM-Verbrennungsrate stark reduziert. Um die Filterregeneration innerhalb einer begrenzten Zeit sicher durchzuführen, ist es aus diesem Grund notwendig, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so zu steuern, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas auf einem bestimmten Niveau oder mehr sichergestellt werden kann.
In Anbetracht der vorstehenden Bedingung ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Sauerstoffkonzentration (im Folgenden auch als „minimale O2-Konzentration Dmin“ bezeichnet) zum Kompensieren der auf das Minimum zu sichernden Verbrennungsrate Vmin im Voraus eingestellt, und der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 ist eingestellt, um zu ermöglichen, die minimale O2-Konzentration Dmin sicherzustellen. In diesem Beispiel ist ein unterer Grenzwert D1 (z.B. etwa 5 %) des Sauerstoffkonzentrationsbereichs, bei dem sich der Änderungsbetrag der PM-Verbrennungsrate einem vorbestimmten Wert oder weniger annähert, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas hin zu einer Zunahmeseite geändert wird, auf den O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 eingestellt. Da der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 näher an der Magergrenze liegt, ist es wahrscheinlich, dass die Abgastemperatur abnimmt, und es ist wahrscheinlich, dass eine Verbrennungsstabilität abnimmt, und daher ist bei der vorliegenden Ausführungsform der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 auf den unteren Grenzwert D1 eingestellt, um die übermäßige Abmagerung zu reduzieren.
Im nachfolgenden Schritt S108 wird bestimmt, ob der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 größer als der untere A/F-Grenzwert Amin ist, das heißt, ob der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 ein Wert ist, der magerer als der untere A/F-Grenzwert Amin ist. Falls der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 magerer als der untere A/F-Grenzwert Amin ist, geht die Routine zu Schritt S109 über und der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 wird auf ein Verbrennungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Filterregeneration eingestellt (im Folgenden auch als „Regenerations-Verbrennungs-A/F“ bezeichnet). Wenn der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 andererseits einem Wert entspricht, der fetter ist als der untere A/F-Grenzwert Amin, fährt die Routine mit Schritt S110 fort, und der untere A/F-Grenzwert Amin wird als das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt. Danach fährt die Routine mit Schritt S111 fort.
Bei Schritt S111 wird bestimmt, ob die Abgastemperatur höher als die Solltemperatur Tpm ist oder nicht, nachdem das Abmagern gestartet wurde. Wenn die Abgastemperatur höher als die Solltemperatur Tpm ist, fährt die Routine mit Schritt S113 fort. Wenn die Abgastemperatur andererseits niedriger oder gleich der Solltemperatur Tpm ist, fährt die Routine mit Schritt S112 fort, und die Abgastemperaturerhöhungssteuerung wird durchgeführt. Dadurch wird ein Zustand kompensiert, in dem die Filtertemperatur höher ist als die Solltemperatur Tpm. Beispiele für die Abgastemperaturerhöhungssteuerung umfassen einen Zündverzögerungswinkel und dergleichen. Die Abgastemperaturerhöhungssteuerung wird durch eine andere Routine ausgeführt (nicht gezeigt). Für die Abgastemperatur kann ein Erfassungswert des Abgastemperatursensors 32 verwendet werden oder ein aus dem Motorbetriebszustand abgeschätzter Schätzwert kann verwendet werden. Innerhalb einer vorbestimmten Zeit vor dem Start des Abmagerns oder unmittelbar nach dem Start des Abmagerns fährt die Routine mit Schritt S113 fort, ohne die Prozesse der Schritte S111 und S112 durchzuführen. Alternativ kann in einer vorbestimmten Zeit unmittelbar nach Beginn der Abmagerung die Abgastemperatur nach der vorbestimmten Zeit ab Beginn der Abmagerung abgeschätzt werden, und die Abgastemperaturerhöhungssteuerung kann basierend auf dem Schätzwert durchgeführt werden.
Im nachfolgenden Schritt S113 wird ein Filterregenerationsprozess durchgeführt. Genauer gesagt wird beispielsweise die Lufteinlassmenge des Motors 10 gesteuert, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Regenerations-Verbrennungs-A/F wird. Folglich wird der Filterregenerationsprozess durchgeführt. Bei Schritt S114 wird die durch den Filterregenerationsprozess verbrannte PM-Verbrennungsmenge berechnet, und bei Schritt S115 wird bestimmt, ob eine vorbestimmten Menge an PM (z.B. die Menge an PM, die zum Zeitpunkt des Beginns des Filterregenerationsprozesses abgeschieden war) verbrannt wurde oder nicht. Wird bei Schritt S115 eine negative Bestimmung erhalten, werden die Prozesse von Schritt S102 und den nachfolgenden Schritten erneut ausgeführt. Wenn bei Schritt S115 eine zustimmende Bestimmung erhalten wird, fährt die Routine mit Schritt S116 fort, die Filterregeneration wird beendet und die Routine wird beendet.
Nachfolgend wird eine spezifische Ausführungsform des Filterregenerationsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf ein Zeitdiagramm von 8 beschrieben. In 8 wird davon ausgegangen, dass die PM-Ablagerungsmenge größer oder gleich dem Regenerationsbestimmungswert Wth ist und eine Filterregenerationsanforderung vorliegt.
Falls die Filtertemperatur niedriger ist als die Solltemperatur Tpm, nachdem die Filterregenerationsanforderung erfolgte, wird der Filterregenerationsprozess für eine Weile nicht gestartet und das Verbrennungs-A/F wird durch die Stöchiometrie gesteuert. Nimmt dann die Abgastemperatur zu und wird die Filtertemperatur höher als die Solltemperatur Tpm, wird zu einem Zeitpunkt t11 ein Wert auf der mageren Seite relativ zur Stöchiometrie als das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt und die Filterregeneration wird gestartet.
Wenn zu diesem Zeitpunkt der untere A/F-Grenzwert Amin magerer ist als der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 (Bezug auf eine strichpunktierte Linie mit einem Punkt in 8), wird der untere A/F-Grenzwert Amin basierend auf der Emissionsanforderung auf das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt, und die Lufteinlassmenge wird so gesteuert, dass diese den unteren A/F-Grenzwert Amin erreicht, wie in 8 gezeigt ist. Mit anderen Worten, auch wenn die Filtertemperatur ausreichend hoch ist und die abgeschiedenen PM verbrannt und entfernt werden können, indem die Filtertemperatur durch den O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 gesteuert wird, wenn der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 fetter ist als der NOx-Reduktionsbereich Raf, wird die Filterregeneration in einem weiter mageren bzw. magereren Zustand durchgeführt. Folglich wird die Filterregeneration durchgeführt, während die vom Motor 10 ausgestoßene NOx-Menge in einem zulässigen Bereich gehalten wird. Die strichpunktierten Linien mit einem Punkt bei „A/F“ und „O2-Konzentration im Abgas“ in 8 geben an, dass die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung mit dem O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 zu der Zeit der Filterregeneration durchgeführt wird. Wenn die auf dem GPF 27 abgeschiedenen PM durch die Filterregeneration verbrannt und entfernt sind, wird das Abmagern zu einem Zeitpunkt t12 beendet und die Steuerung auf die stöchiometrische Steuerung umgeschaltet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die vorstehend ausführlich beschrieben wurde, können die folgenden herausragenden Effekte erzielt werden.
Zu der Zeit der Filterregeneration wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesteuert, dass die NOx-Emissionsmenge des Motors kleiner oder gleich dem zulässigen Emissionswert NOth ist, so dass die Stickoxidemission reduziert werden kann, wenn die auf dem GPF 27 abgeschiedenen PM verbrannt und entfernt werden. Dies ermöglicht die Verbrennung und Entfernung von PM, während die Verschlechterung der Abgasemission verhindert wird.
Die Verbrennungsrate der abgeschiedenen PM hängt von der dem GPF 27 zugeführten Sauerstoffkonzentration ab, und wenn die Sauerstoffkonzentration höher ist, nimmt die PM-Verbrennungsrate stärker zu. Da das Regenerations-Verbrennungs-A/F neben der Anforderung basierend auf der NOx-Emissionsreduktion (NOx-Reduktionsanforderung) auch unter Berücksichtigung der Sauerstoffkonzentrationsanforderung für die PM-Verbrennungsentfernung eingestellt ist, kann die Filterregeneration mit Blick auf den vorstehenden Umstand schnell durchgeführt werden, während die NOx-Emission reduziert wird.
Genauer gesagt wird der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 als das erste erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, um die Sauerstoffkonzentration im dem dem GPF 27 zugeführten Abgas als eine Sauerstoffkonzentration einzustellen, welche die Anforderung der Verbrennungsrate der PM erfüllt. Der untere A/F-Grenzwert Amin wird als das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht, um die NOx-Menge, die vom Motor 10 in einem Zeitraum der Durchführung der Verbrennungsentfernung der PM ausgestoßen wird, auf kleiner oder gleich dem zulässigen Emissionswert NOth einzustellen. Die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung wird durch Verwenden eines magereren Werts aus dem O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 und dem unteren A/F-Grenzwert Amin durchgeführt, um dadurch einen Filterregenerationsprozess durchzuführen. Gemäß der vorstehenden Konfiguration wird, wenn das erste erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis näher an der mageren Seite liegt als das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und wenn die Sauerstoffkonzentrationsanforderung und die NOx-Reduktionsanforderung durch die Steuerung auf das erste erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis erfüllt sind, keine weitere Abmagerung durchgeführt, wodurch ermöglicht wird, die Verschlechterung der Abgasemission zu reduzieren, während die übermäßige Abmagerung verhindert wird. Umgekehrt wird, wenn die NOx-Reduktionsanforderung auf dem ersten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht erfüllt wird, die Filterregeneration beim zweiten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt, so dass die Verschlechterung der Abgasemissionen reduziert werden kann, während die Filterregeneration schnell durchgeführt wird.
Da der untere A/F-Grenzwert Amin als das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird, kann ferner das übermäßige Abmagern reduziert werden, wenn das erste erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter ist als das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Filterregeneration bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf der mageren Seite des ersten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird. Dadurch kann eine Abnahme der Abgastemperatur aufgrund von Abmagern reduziert und außerdem die Verbrennungsstabilität sichergestellt werden.
Da der untere A/F-Grenzwert Amin basierend auf der Motorlast eingestellt ist, kann, auch wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem die NOx-Emissionsmenge des Motors kleiner oder gleich dem zulässigen Emissionswert NOth ist, je nach Motorlast unterschiedlich ist, die Filterregeneration mit einem geeigneten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Reduktion von NOx durchgeführt werden. Insbesondere wenn sich der Motor 10 in einem Hochlastbetriebszustand befindet, ist der untere A/F-Grenzwert Amin auf der mageren Seite eingestellt, so dass die NOx-Emission auch während eines Hochlastbetriebs ausreichend reduziert werden kann. Darüber hinaus ist der untere A/F-Grenzwert Amin, wenn sich der Motor 10 in einem Niedriglastbetriebszustand befindet, auf einen relativ fetten Zustand eingestellt, wodurch die NOx-Emission reduziert werden kann, während die Erzeugung einer Fehlzündung so weit wie möglich reduziert werden kann.
(Zweite Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform unter Fokussierung auf Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform wird der Filterregenerationsprozess in Erwartung des Erreichens der Solltemperatur Tpm durch die Filtertemperatur durchgeführt, wenn die Filterregeneration erforderlich ist, die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform jedoch dadurch, dass eine Nacheinspritzung zur Erhöhung der Filtertemperatur durchgeführt wird.
Bei einer Kraftstoffeinspritzsteuerung führt eine ECU 50 eine Nacheinspritzung zum Zuführen eines Kraftstoffes in eine Brennkammer 21 nach einer Haupteinspritzung (z.B. während eines Arbeitstaktes oder eines Auslasstaktes) und eine Temperaturerhöhungssteuerung zum Anheben einer Abgastemperatur durch. Zum Zeitpunkt der Nacheinspritzung ist eine Nacheinspritzmenge Gp so eingestellt, dass eine Temperatur des einem GPF 27 zuzuführenden Abgases höher oder gleich einer Solltemperatur Tpm wird. In diesem Beispiel wird eine Nacheinspritzmenge Gp basierend auf einer Differenz zwischen der Solltemperatur Tpm und einem Istwert oder Schätzwert der Abgastemperatur und einer Abgasströmungsrate berechnet.
Eine Nacheinspritzsteuerung wird anhand eines Flussdiagramms von 9 beschrieben. Dieser Prozess wird von der ECU 50 in jedem vorbestimmten Zyklus ausgeführt. Bei Schritt S501 in 9 wird basierend auf der PM-Ablagerungsmenge bestimmt, ob eine Filterregenerationsanforderung vorliegt oder nicht. Falls die Filterregenerationsanforderung vorliegt, fährt die Routine mit Schritt S502 fort und es wird bestimmt, ob die Filtertemperatur höher als eine Starttemperatur Tstart ist oder nicht. Die Starttemperatur Tstart entspricht einem Wert, der auf eine Temperatur eingestellt ist, die höher ist als eine Zündtemperatur des nachträglich eingespritzten Kraftstoffs, und diese ist beispielsweise auf 300 °C oder einen Wert in der Nähe von 300 °C eingestellt. Falls bei Schritt S502 eine negative Bestimmung erfolgt, wird die Routine einmal beendet, und falls eine positive Bestimmung erfolgt, fährt die Routine mit Schritt S503 fort.
Bei Schritt S503 wird bestimmt, ob die Abgastemperatur niedriger als oder gleich einer Temperaturerhöhungsbestimmungstemperatur Trn ist oder nicht. Falls die Abgastemperatur gleich oder niedriger als die Temperaturerhöhungsbestimmungstemperatur Trn ist, fährt die Routine mit Schritt S504 fort, und die Nacheinspritzmenge Gp wird basierend auf einer Differenz zwischen der Solltemperatur Tpm und der vorliegenden Abgastemperatur und der Abgasströmungsrate berechnet. Im nachfolgenden Schritt S505 wird die Nacheinspritzung durchgeführt. Wenn die Abgastemperatur andererseits höher ist als die Temperaturerhöhungsbestimmungstemperatur Trn, fährt die Routine mit Schritt S506 fort, die Nacheinspritzmenge Gp wird auf null eingestellt und die Routine endet.
Nachfolgend wird der Verarbeitungsablauf des Filterregenerationsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform anhand eines Flussdiagramms von 10 beschrieben. Dieser Prozess wird durch die ECU 50 in vorbestimmten Intervallen bzw. Abständen ausgeführt. In der Beschreibung von 10 sind der gleichen Verarbeitung wie dieser von 4 die Schrittnummern von 4 zugeordnet und eine Beschreibung der gleichen Verarbeitung entfällt.
In 10 wird bei den Schritten S201 bis S204 der gleiche Prozess wie dieser der Schritte S101 bis S104 in 4 ausgeführt. Im nachfolgenden Schritt S205 wird bestimmt, ob die Filtertemperatur höher als die Starttemperatur Tstart ist oder nicht. Falls in zumindest einem der Schritte S202 bis S205 eine negative Bestimmung erfolgt, wartet der Filterregenerationsprozess, bis alle Ausführungsbedingungen des Filterregenerationsprozesses erfüllt sind. Falls hingegen in allen Schritten S202 bis S205 eine zustimmende Bestimmung erfolgt, wird bestimmt, dass die Ausführungsbedingung für den Filterregenerationsprozess erfüllt ist, und die Routine schreitet zu Schritt S206 voran.
Bei Schritt S206 wird der untere A/F-Grenzwert Amin auf die gleiche Art und Weise berechnet wie bei Schritt S106 von 4. Im nachfolgenden Schritt S207 wird der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 berechnet. Wenn in diesem Beispiel die Nacheinspritzung durchgeführt wird und der Filterregenerationsprozess durchgeführt wird, ist Sauerstoff nicht nur für die Verbrennungsentfernung von PM erforderlich, sondern auch für die Verbrennung des Kraftstoffs der Nacheinspritzung. Mit Blick auf den vorstehenden Umstand wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 basierend auf der Nacheinspritzmenge und der Sauerstoffkonzentrationsanforderung berechnet. So wird beispielsweise der untere Grenzwert D1 gemäß der Nacheinspritzmenge Gp korrigiert und der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 entsprechend der korrigierten Sauerstoffkonzentration wird berechnet. Zu dieser Zeit ist, wenn die Nacheinspritzmenge Gp größer ist, die Sauerstoffkonzentration im Abgas höher eingestellt und der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 ist auf der mageren Seite eingestellt.
In den nachfolgenden Schritten S208 bis S210 wird der gleiche Prozess wie dieser der Schritte S108 bis S110 in 4 ausgeführt. Mit anderen Worten, falls der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 einem Wert entspricht, der magerer ist als der untere A/F-Grenzwert Amin, wird der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 auf das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt. Andererseits wird, wenn der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 einem Wert entspricht, der fetter ist als der untere A/F-Grenzwert Amin, der untere A/F-Grenzwert Amin auf das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt.
Bei Schritt S211 wird bestimmt, ob die Abgastemperatur nach Beginn der Abmagerung höher ist als die Zündtemperatur des nachträglich eingespritzten Kraftstoffs (nachfolgend als „Kraftstoffzündtemperatur Tbum“ bezeichnet). Die Kraftstoffzündtemperatur Tbum entspricht beispielsweise 250 °C oder einem Wert in der Nähe von 250 °C. Falls die Abgastemperatur höher ist als die Kraftstoffzündtemperatur Tburn, fährt die Routine mit Schritt S213 fort. Wenn die Abgastemperatur gleich oder niedriger als die Kraftstoffzündtemperatur Tbum ist, fährt die Routine mit Schritt S212 fort, und nachdem die Abgastemperaturerhöhungssteuerung durchgeführt wurde, fährt die Routine mit Schritt S213 fort. In den Schritten S213 bis S216 wird der gleiche Prozess wie dieser in den Schritten S113 bis S116 von 4 ausgeführt und die vorliegende Routine endet.
Anschließend wird ein spezifischer Modus des Filterregenerationsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf ein Zeitdiagramm von 11 beschrieben.
Nachdem die Filterregenerationsanforderung geschaffen wurde, wird, wenn die Filtertemperatur höher als die Starttemperatur Tstart wird, die Nacheinspritzung zu einem Zeitpunkt t21 gestartet, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird so gesteuert, dass dieses mager ist, um den Filterregenerationsprozess zu starten. Da der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 zu dieser Zeit fetter ist als der untere A/F-Grenzwert Amin, wird der untere A/F-Grenzwert Amin als das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt (Zeiten t21 bis t23). Wenn dann zum Zeitpunkt t23 der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 aufgrund einer Erhöhung eines Gaspedalbetätigungsbetrags magerer wird als der untere A/F-Grenzwert Amin, wird der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 als das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt (Zeiten t23 bis t26). Folglich wird die Filterregeneration durchgeführt, während die vom Motor 10 ausgestoßene NOx-Menge in einem zulässigen Bereich gehalten wird. Da die Abgastemperatur zu den Zeiten t24 bis t25 höher ist als die Temperaturerhöhungsbestimmungstemperatur Trn, wird die Nacheinspritzung unterbrochen. Wenn die auf dem GPF 27 abgeschiedenen PM durch die Filterregeneration verbrannt und entfernt sind, wird das Abmagern zum Zeitpunkt t26 beendet und die Steuerung wechselt auf die stöchiometrische Steuerung.
Gemäß der vorstehend näher beschriebenen vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Filtertemperatur durch die Nacheinspritzung während der Filterregeneration erhöht wird, die NOx-Emissionsmenge des Motors kleiner oder gleich dem zulässigen Emissionswert NOth eingestellt, und das Regenerations-Verbrennungs-A/F wird so eingestellt, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas, das dem GPF 27 nach der Verbrennung des durch Nacheinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zugeführt wird, die Sauerstoffkonzentrationsanforderung erfüllt. Mit der vorstehenden Konfiguration kann auch bei Erhöhung der Filtertemperatur durch die Nacheinspritzung die NOx-Emissionsmenge reduziert werden, während die für eine schnelle Verbrennung und Entfernung der PM erforderliche Sauerstoffmenge dem GPF 27 zugeführt wird.
(Dritte Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform unter Fokussierung auf die Unterschiede zur zweiten Ausführungsform beschrieben. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform dahingehend, dass ein Regenerations-Verbrennungs-A/F auf einen oberen A/F-Grenzwert Amax eingestellt ist, der einer Magergrenze entspricht.
Ein Verarbeitungsablauf einer Filterregenerationsverarbeitung der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf das Flussdiagramm von 12 beschrieben. Dieser Prozess wird von der ECU 50 in vorbestimmten Abständen ausgeführt. In der Beschreibung von 12 sind der gleichen Verarbeitung wie diese von 4 die Schrittnummern von 4 zugeordnet und eine Beschreibung der gleichen Verarbeitung entfällt.
In 12 wird bei Schritt S301 bis S304 der gleiche Prozess wie dieser der Schritte S101 bis S104 in 4 ausgeführt. Im nachfolgenden Schritt S305 wird bestimmt, ob die Filtertemperatur höher als die Starttemperatur Tstart ist oder nicht. Falls in zumindest einem der Schritte S302 bis S305 eine negative Bestimmung erfolgt, wartet der Filterregenerationsprozess, bis alle Ausführungsbedingungen des Filterregenerationsprozesses erfüllt sind. Falls hingegen in allen Schritten S302 bis S305 eine zustimmende Bestimmung erfolgt, wird bestimmt, dass die Ausführungsbedingung für den Filterregenerationsprozess erfüllt ist, und die Routine schreitet zu Schritt S306 voran.
Bei Schritt S306 wird der obere A/F-Grenzwert Amax berechnet, und der berechnete obere A/F-Grenzwert Amax wird auf das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt. In diesem Beispiel wird der obere A/F-Grenzwert Amax gemäß den Motorbetriebszuständen (z.B. einer Motordrehzahl und einer Motorlast) berechnet. Der obere A/F-Grenzwert Amax kann unabhängig von den Motorbetriebszuständen ein festgelegter Wert sein. Wenn das Regenerations-Verbrennungs-A/F durch den oberen A/F-Grenzwert Amax gesteuert wird, wird die Ansaugluft durch Öffnen der Drosselklappe 14 erhöht, ohne die Kraftstoffeinspritzmenge zu verändern, so dass kein Drehmomentmangel auftritt.
In dem nachfolgenden Schritt S307 wird bestimmt, ob die Abgastemperatur nach Beginn des Abmagerns höher ist als die Kraftstoffzündtemperatur Tbum. Falls die Abgastemperatur höher ist als die Kraftstoffzündtemperatur Tbum, fährt die Routine mit Schritt S309 fort. Falls die Abgastemperatur hingegen gleich oder niedriger als die Kraftstoffzündtemperatur Tbum ist, fährt die Routine mit Schritt S308 fort, und nachdem die Abgastemperaturerhöhungssteuerung durchgeführt wurde, fährt die Routine mit Schritt S309 fort. Bei Schritt S309 wird bestimmt, ob die minimale O2-Konzentration Dmin sichergestellt werden kann oder nicht, und falls die minimale O2-Konzentration Dmin sichergestellt werden kann, geht die Routine zu den Schritten S310 bis S313 über, und der gleiche Prozess wie dieser bei Schritt S113 bis S116 von 4 wird ausgeführt. Dann endet die Routine.
Als nächstes wird ein spezifischer Modus des Filterregenerationsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf ein Zeitdiagramm von 13 beschrieben.
Nachdem die Filterregeneration erforderlich wurde, wird, wenn die Filtertemperatur höher wird als die Starttemperatur Tstart, die Nacheinspritzung zu einem Zeitpunkt t31 gestartet. Die Nacheinspritzmenge wird basierend auf der Solltemperatur Tpm berechnet, wie bei der zweiten Ausführungsform. Zum Zeitpunkt t31 wird der obere A/F-Grenzwert Amax als das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt und der Filterregenerationsprozess wird gestartet. Das Regenerations-Verbrennungs-A/F wird auf den oberen A/F-Grenzwert Amax eingestellt, wodurch nach der Zeit t31 die Sauerstoffkonzentration im dem dem GPF 27 zuzuführenden Abgas höher wird als der untere Grenzwert D1, und die PM werden mit einer hohen Verbrennungsrate verbrannt. Da die Abgastemperatur zu den Zeiten t32 bis t33 höher ist als die Temperaturerhöhungsbestimmungstemperatur Trn, wird die Nacheinspritzung unterbrochen. Wenn die auf dem GPF 27 abgeschiedenen PM durch die Filterregeneration verbrannt und entfernt sind, wird das Abmagern zu einem Zeitpunkt t34 beendet und die Steuerung auf die stöchiometrische Steuerung gewechselt.
Da bei der dritten Ausführungsform, die vorstehend ausführlich beschrieben ist, der Filterregenerationsprozess mit dem Regenerations-Verbrennungs-A/F als der obere A/F-Grenzwert Amax durchgeführt wird, kann die Filterregeneration durchgeführt werden, während der Effekt der NOx-Emissionsreduzierung weiter verstärkt wird. Da die Sauerstoffkonzentration im Abgas hoch ist, ist die Verbrennungsrate von PM zudem hoch und der Filterregenerationsprozess kann in einer kurzen Zeitspanne beendet werden.
(Vierte Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine vierte Ausführungsform unter Fokussierung auf die Unterschiede zu der dritten Ausführungsform beschrieben. Bei der vierten Ausführungsform wird ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform ein Filterregenerationsprozess durchgeführt, indem ein oberer A/F-Grenzwert Amax auf ein Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt wird, die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform jedoch dahingehend, dass zum Zeitpunkt der Nacheinspritzung so viel Kraftstoff wie möglich zugeführt wird.
Eine PM-Verbrennungsrate reagiert leicht auf eine Sauerstoffkonzentration in einem Abgas und eine Filtertemperatur und variiert sowohl in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration als auch von der Filtertemperatur, diese reagiert jedoch leichter auf die Filtertemperatur. In Anbetracht des obigen Punktes wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Filtertemperatur niedriger als eine Starttemperatur Tstart ist, eine maximale Einspritzmenge des Kraftstoffs durch die Nacheinspritzung zugeführt, die in einem Bereich zulässig ist, in dem die Sauerstoffkonzentration in dem dem GPF 27 zuzuführenden Abgas, nachdem der Nacheinspritzungskraftstoff verbrannt wurde, gleich oder höher als eine minimale O2-Konzentration wird. Folglich wird die Filtertemperatur schnell erhöht, um eine effiziente Filterregeneration durchzuführen.
Der Filterregenerationsprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird mit Bezug auf 14 beschrieben. In 14 zeigt (a) Gaskomponenten in einem Zylinder eines Motors 10, und (b) die Unterteilung einer Anwendung des einem GPF 27 zuzuführenden Abgases. Während der Filterregeneration wird der obere A/F-Grenzwert Amax als das Regenerations-Verbrennungs-A/F so weit wie möglich mager gemacht, so dass nach der Verbrennung des Haupteinspritzungskraftstoffes Sauerstoff im Abgas zurückbleibt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die minimale O2-Konzentration Dmin für die PM-Verbrennung in der zusätzlich durch Abmagern zugeführten Luftmenge Q1 sichergestellt, und die Temperatur wird erhöht, indem durch die Nacheinspritzung unter Verwendung des verbleibenden Sauerstoffs so viel Kraftstoff wie möglich zugeführt wird.
Genauer gesagt wird die maximale Einspritzmenge Gmax, die durch die Nacheinspritzung eingespritzt werden kann, basierend auf der verbleibenden Luftmenge (Q1-Q2) berechnet, die durch Subtrahieren der Luftmenge Q2 der minimalen O2-Konzentration Dmin von der Luftmenge Q1 erhalten wird, unter Berücksichtigung der oberen und unteren Grenzen der Nacheinspritzungsmenge und einer oberen Grenze einer Grundmaterialtemperatur des GPF 27. In diesem Fall wird der verbleibende Sauerstoff, der durch Subtrahieren des für die Verbrennung der maximalen Einspritzmenge Gmax erforderlichen Sauerstoffs und des Sauerstoffs der minimalen O2-Konzentration Dmin erhalten wird, als PM-Verbrennungssauerstoff verwendet. Die für die PM-Verbrennung verwendete Sauerstoffmenge wird gemäß der Sauerstoffkonzentration berechnet, die nach der Verbrennung des Nacheinspritzungskraftstoffs zurückbleibt. Die Sauerstoffkonzentration kann aus dem Motorbetriebszustand abgeschätzt oder durch einen O2-Sensor oder dergleichen erfasst werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird bei Schritt S504 von 9 die maximale Einspritzmenge Gmax als die Nacheinspritzmenge unter Berücksichtigung der oberen und unteren Grenzen der Nacheinspritzmenge und der Obergrenze der Grundmaterialtemperatur des GPF 27 basierend auf der verbleibenden Luftmenge, die durch Subtrahieren der Luftmenge Q2 der minimalen O2-Konzentration Dmin von der Luftmenge Q1 erhalten wird, berechnet.
Anschließend wird der Verarbeitungsablauf des Filterregenerationsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform anhand eines Flussdiagramms von 15 beschrieben. Dieser Prozess wird durch die ECU 50 in vorbestimmten Abständen ausgeführt. In der Beschreibung von 15 sind der gleichen Verarbeitung wie dieser von 4 die Schrittnummern von 4 zugeordnet und eine Beschreibung der gleichen Verarbeitung entfällt.
In 15 wird bei Schritt S401 bis S404 der gleiche Prozess wie dieser der Schritte S101 bis S104 in 4 ausgeführt. Im nachfolgenden Schritt S405 wird bestimmt, ob die Filtertemperatur höher als die Starttemperatur Tstart ist oder nicht. Falls in zumindest einem der Schritte S402 bis S405 eine negative Bestimmung erfolgt, wartet der Filterregenerationsprozess, bis alle Ausführungsbedingungen des Filterregenerationsprozesses erfüllt sind. Falls hingegen in allen Schritten S402 bis S405 eine zustimmende Bestimmung erfolgt, wird bestimmt, dass die Ausführungsbedingung für den Filterregenerationsprozess erfüllt ist, und die Routine geht zu Schritt S406 über.
Bei Schritt S406 wird der obere A/F-Grenzwert Amax berechnet, und der berechnete obere A/F-Grenzwert Amax wird auf das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt. Der obere A/F-Grenzwert Amax kann ein variabler Wert oder ein festgelegter Wert sein, wie bei der dritten Ausführungsform. Bei dem nachfolgenden Schritt S407 wird bestimmt, ob die Abgastemperatur nach dem Beginn der Abmagerung höher ist als die Kraftstoffzündtemperatur Tburn. Falls die Abgastemperatur höher ist als die Kraftstoffzündtemperatur Tbum, fährt die Routine mit Schritt S409 fort. Falls die Abgastemperatur gleich oder niedriger als die Kraftstoffzündtemperatur Tbum ist, fährt die Routine mit Schritt S408 fort, und nachdem die Abgastemperaturerhöhungssteuerung durchgeführt wurde, fährt die Routine mit Schritt S409 fort. Bei Schritt S409 wird der Filterregenerationsprozess durchgeführt. Genauer gesagt wird die Lufteinlassmenge des Motors 10 so gesteuert, dass das Verbrennungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu dem Regenerations-Verbrennungs-A/F wird. In den Schritten S410 bis S412 wird der gleiche Prozess wie dieser in den Schritten S114 bis S116 von 4 ausgeführt, und die vorliegende Routine endet.
Als nächstes wird ein spezifischer Modus des Filterregenerationsprozesses gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf ein Zeitdiagramm von 16 beschrieben.
Nachdem die Filterregeneration erforderlich wurde, wird, wenn die Filtertemperatur höher wird als die Starttemperatur Tstart, die Nacheinspritzung zu einem Zeitpunkt t41 gestartet. Zum Zeitpunkt t41 wird der obere A/F-Grenzwert Amax als das Regenerations-Verbrennungs-A/F eingestellt und der Filterregenerationsprozess wird gestartet. Bei der Nacheinspritzung wird der Kraftstoff der maximalen Einspritzmenge Gmax eingespritzt. Folglich nimmt die Filtertemperatur weiter zu als eine PM-Zündtemperatur (Tpm) und steigt bis in die Nähe des oberen Grenzwertes Tmax der Filtertemperatur (z.B. bis in die Nähe von 850 °C). Darüber hinaus wird während der Filterregeneration die Sauerstoffkonzentration im dem dem GPF 27 zuzuführenden Abgas so gesteuert, um die minimale O2-Konzentration Dmin nicht zu unterschreiten. Zu den Zeiten t42 bis t43 wird die Nacheinspritzung unterbrochen, da die Abgastemperatur höher ist als die Temperaturerhöhungsbestimmungstemperatur Trn. Wenn die auf dem GPF 27 abgeschiedenen PM durch die Filterregeneration verbrannt und entfernt sind, wird das Abmagern zu einem Zeitpunkt t44 beendet und die Steuerung auf die stöchiometrische Steuerung gewechselt.
Da der Filterregenerationsprozess bei der vorstehend im Detail beschriebenen vierten Ausführungsform mit dem Regenerations-Verbrennungs-A/F als der obere A/F-Grenzwert Amax und der Kraftstoffeinspritzmenge durch die Nacheinspritzung als die maximale Einspritzmenge Gmax durchgeführt wird, kann die Filterregeneration in einer kurzen Zeitspanne beendet werden, während der Effekt der NOx-Emissionsreduzierung weiter verstärkt werden kann.
(Weitere Ausführungsformen)
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann beispielsweise wie folgt implementiert werden.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen sind der untere A/F-Grenzwert Amin und der O2-Anforderungs-A/F-Wert Ao2 auf variable Werte eingestellt, jedoch kann zumindest einer dieser Werte auf einen festgelegten Wert eingestellt sein.
Bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform ist das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf den unteren A/F-Grenzwert Amin eingestellt, dieses kann jedoch auch einem Wert auf der mageren Seite des unteren A/F-Grenzwertes Amin und auf der fetten Seite des oberen A/F-Grenzwerts Amax entsprechen.
Bei der vorstehenden Ausführungsform kann, wenn die Verbrennungssteuerung des Motors 10 durchgeführt wird, die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Feedback-Steuerung durchgeführt werden, um das tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Übereinstimmung zu bringen. Insbesondere kann im Falle der Filterregeneration die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Feedback-Steuerung so durchgeführt werden, dass das Regenerations-Verbrennungs-A/F auf das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist und das vom Sauerstoffkonzentrationssensor erfasste tatsächliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit dem Regenerations-Verbrennungs-A/F übereinstimmt.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen wurde das Auslasssystem beispielhaft beschrieben, in dem der GPF 27 auf der Stromabwärtsseite des Dreiwegekatalysators 26 angeordnet ist, die Konfiguration des Auslasssystems ist jedoch nicht auf das vorstehende Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann in dem System von 1 ein weiterer Dreiwegekatalysator weiter auf der Stromaufwärtsseite oder der Stromabwärtsseite des Dreiwegekatalysators 26 angeordnet sein. In diesem Fall kann auch ein Filter, der nicht mit einem Oxidationskatalysator beschichtet ist, als GPF 27 verwendet werden. Wenn ein katalysatorbeschichteter Filter als der GPF 27 verwendet wird, kann der GPF 27 auf der Stromaufwärtsseite des Dreiwegekatalysators 26 angeordnet sein.
Bei den vorstehenden Ausführungsformen wurde der Fall beschrieben, in dem die vorliegende Offenbarung auf den Motor 10 vom Fremdzündungstyp angewendet wird, die vorliegende Offenbarung kann jedoch auf einen Motor vom Verdichtungs-Selbstzündungstyp angewendet werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung auf einen Motor mit einem Auflader angewendet wird, kann die vorliegende Offenbarung zudem auf einen natürlichen Ansaugmotor (N/A) ohne die Einbeziehung eines Aufladers angewendet werden.
Jede der vorstehend beschriebenen Komponenten ist konzeptionell und nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise können die Funktionen einer Komponente durch Verteilung auf mehrere Komponenten realisiert werden, oder die Funktionen der mehreren Komponenten können durch eine Komponente realisiert werden.
Obwohl die vorliegende Offenbarung gemäß den Beispielen beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf solche Beispiele oder Strukturen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Modifikationen und Variationen im Äquivalenzbereich. Darüber hinaus fallen verschiedene Kombinationen und Konfigurationen sowie weitere Kombinationen und Konfigurationen, die nur ein Element, mehr oder weniger umfassen, in den Schutzumfang und Grundgedanken der vorliegenden Offenbarung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201784886 [0001]
US 2016/0123200 [0004]

Claims

Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine (10), die mit einem Dreiwegekatalysator (26) zum Oxidieren oder Reduzieren einer in einem Abgas enthaltenen Komponente und einem Partikelfilter (27) zum Sammeln von im Abgas enthaltenen Partikeln in einem Auslassdurchlass (22) vorgesehen ist, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung derart konfiguriert ist, dass diese veranlasst, dass die im Partikelfilter gesammelten Partikel verbrannt und entfernt werden, wenn eine vorbestimmte Ausführungsbedingung erfüllt ist, wobei die Abgasbehandlungsvorrichtung aufweist: eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine steuert, um zu veranlassen, dass eine Menge an Stickoxid, das aus der Verbrennungskraftmaschine in einer Zeitspanne der Durchführung der Verbrennungsentfernung der im Partikelfilter gesammelten Partikel ausgestoßen wird, kleiner oder gleich einem vorbestimmten zulässigen Emissionswert wird.
Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese das Luft-Kraftstoff-Verhältnis steuert, um zu veranlassen, dass die Menge an Stickoxid, das von der Verbrennungskraftmaschine in der Zeitspanne der Durchführung der Verbrennungsentfernung ausgestoßen wird, kleiner oder gleich dem vorbestimmten zulässigen Emissionswert wird, und um zu veranlassen, dass eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das dem Partikelfilter zugeführt wird, größer oder gleich einer vorbestimmten Konzentration wird, die basierend auf einer Anforderung einer Verbrennungsrate der Partikel bestimmt ist.
Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: eine erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese ein erstes erforderliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Einstellen der Sauerstoffkonzentration in dem dem Partikelfilter zugeführten Abgas auf eine Sauerstoffkonzentration, welche die Anforderung der Verbrennungsrate der Partikel erfüllt, entspricht; und eine zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese ein zweites erforderliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet, das einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Einstellen der Menge an Stickoxid, das von der Verbrennungskraftmaschine in der Zeitspanne der Durchführung der Verbrennungsentfernung ausgestoßen wird, als kleiner oder gleich dem vorbestimmten zulässigen Emissionswert entspricht, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese in der Zeitspanne der Durchführung der Verbrennungsentfernung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine so steuert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem aus dem ersten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem zweiten erforderlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, das von einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis stärker abweicht.
Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese das zweite erforderliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis basierend auf einer Last der Verbrennungskraftmaschine berechnet.
Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ferner aufweisend: eine Temperaturerhöhungssteuerungseinheit, welche derart konfiguriert ist, dass diese veranlasst, dass eine Nacheinspritzung zum Zuführen eines Kraftstoffs hin zu der Verbrennungskraftmaschine nach einer Haupteinspritzung der Verbrennungskraftmaschine eine Temperatur des Partikelfilters erhöht, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese das Luft-Kraftstoff-Verhältnis steuert, um zu veranlassen, dass die Menge an Stickoxid, das in der Zeitspanne der Durchführung der Verbrennungsentfernung aus der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen wird, kleiner oder gleich dem vorbestimmten zulässigen Emissionswert wird, und veranlasst, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas, das dem Partikelfilter nach der Verbrennung des durch die Nacheinspritzung eingespritzten Kraftstoffs zugeführt wird, größer oder gleich der vorbestimmten Konzentration wird.
Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungseinheit derart konfiguriert ist, dass diese das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennungskraftmaschine auf ein Fehlzündungs-Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis steuert, welches einer Grenze eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht, das die Durchführung einer normalen Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht.