DE19957715C2 - Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasausstoß- Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine.
Eine große Menge von im wesentlichen aus Kohlenstoffen oder dergleichen bestehenden Partikeln ist im Abgas einer Brennkraftmaschine enthalten. Zum Sammeln dieser Partikel und zum Verhindern eines Ausstoßes in die Atmosphäre weist eine bekannte Brennkraftmaschine einen Partikelfilter auf, das in der Abgasanlage der Maschine angeordnet ist. Im Laufe des Betriebs der Maschine steigt die Menge angesammelter Partikel im Partikelfilter an und es vergrößert sich der Gegendruck in der Maschine. Es ist daher erforderlich, die angesammelten Partikel zu entfernen, d. h. den Partikelfilter zu reaktivieren, bevor der Gegendruck in der Maschine größer als ein zulässiger maximaler Druck wird.
Dokument DE 40 07 516 A1 offenbart eine Dieselmaschine mit einem Partikelfilter und einer Reaktivierungsvorrichtung, die in der Abgasanlage stromauf des Partikelfilters angeordnet ist. Die Reaktivierungsvorrichtung ermöglicht eine automatische Reaktivierung des Partikelfilters während des Betriebes des Dieselmotors. Eine Abgasausstoß- Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 ist durch dieses Dokument bekannt.
Zur Reaktivierung eines Partikelfilters ist eine Abgasausstoß-Steuerungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt (JP-A-60-47973), bei welcher ein Brenner in der Abgasanlage stromauf des Partikelfilters angeordnet ist, und es wird die Temperatur des in den Partikelfilter strömenden Abgases vergrößert, so dass hierdurch die Partikel verbrennen.
Zusätzlich zur Verwendung eines derartigen Brenners und zur Vergrößerung der Temperatur des in den Partikelfilter einströmenden Abgases wurden unterschiedliche Verfahren vorgeschlagen einschließlich eines Verfahrens zur Verzögerung einer Hauptkraftstoffeinspritzperiode in einer Dieselmaschine und eines Verfahrens zur Vergrößerung der rückgeführten Gasmenge bei einer Abgasrückführung (Exhaust Gas Recirculation, EGR) in erheblichem Umfang über den normalen Betrieb hinaus.
Wird ein Brenner verwendet, dann kann die Temperatur verlässlich auf eine Temperatur erhöht werden, die zur Reaktivierung des Partikelfilters erforderlich ist, auch wenn die Temperatur des in den Partikelfilter einströmenden Abgases relativ niedrig ist. Es ist jedoch Kraftstoff für den Brenner erforderlich, auch wenn die Temperatur des in den Partikelfilter einströmenden Abgases relativ hoch ist.
Andererseits kann in dem Verfahren zur Verzögerung der Hauptkraftstoffeintrittsperiode, wenn die Temperatur des in den Partikelfilter einströmenden Abgases niedrig ist, die Temperatur des Partikelfilters nicht auf die erforderliche Temperatur vergrößert werden, wobei jedoch der Kraftstoffverbrauch nicht so stark ansteigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abgasausstoß- Steuerungsvorrichtung zu schaffen, die einerseits eine zuverlässige Reaktivierung des Partikelfilters ermöglicht, andererseits aber den Kraftstoffverbrauch nicht unnötig erhöht, also eine günstige Energieeffizienz hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Abgasausstoß- Steuerungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Erfindung ermöglicht es durch Auswahl der jeweils dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine zweckmäßig angepassten Reaktivierungseinrichtung für eine verlässliche Reaktivierung des Partikelfilters zu sorgen, wobei es die Erfindung ferner ermöglicht, jeweils diejenige Reaktivierungseinrichtung auszuwählen, die bei dem gegebenen Betriebszustand die Reaktivierung mit geringstmöglichem Mehrverbrauch an Kraftstoff bewirkt. Beispielsweise kann dann, wenn die Temperatur des in dem Partikelfilter einströmenden Abgases ohnehin vergleichsweise hoch ist, eine Reaktivierungseinrichtung eingesetzt werden, die mit nur geringem Mehrverbrauch an Kraftstoff geringe erforderliche Temperaturerhöhungen des Abgases bewirkt, während nur dann, wenn die Temperatur des in den Partikelfilter einströmenden Abgases vergleichsweise gering ist, eine Reaktivierungseinrichtung gewählt wird, die mit höherem Mehrverbrauch an Kraftstoff die erforderliche stärkere Temperaturerhöhung des Abgases bewirkt.
Fig. 1 ist eine Gesamtansicht einer Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Darstellung von Bereichen I bis V zur Durchführung einer Reaktivierungssteuerung eines Partikelfilters;
Fig. 3 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Partikelfilter-Reaktivierungsvorgangs;
Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung eines Auswahlbereichs ASLCT;
Fig. 5 und 6 sind Ablaufdiagramme zur Durchführung eines Markierungssteuerung;
Fig. 7 und 8 sind Ablaufdiagramme zur Durchführung einer Reaktivierungssteuerung des Partikelfilters;
Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung Startbedingungen der Reaktivierungssteuerung des Partikelfilters;
Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung Beendigungsbedingungen der Reaktivierungssteuerung des Partikelfilters;
Fig. 11 ist ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung der Betriebsvariablen bei der Reaktivierungssteuerung des Partikelfilters;
Fig. 12 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer Korrektur der Abgasrückführungs-Gasmenge bei der Reaktivierungssteuerung des Partikelfilters;
Fig. 13 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung einer Korrektur der Abgasrückführungs-Gasmenge bei der Reaktivierungssteuerung des Partikelfilters; und
Fig. 14 ist ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ansaugluftsteuerungsbetriebs bei der Reaktivierungssteuerung des Partikelfilters.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Figuren beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel der Anwendung der vorliegenden Erfindung bei einer Diesel-Brennkraftmaschine. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar bei einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine.
Eine Brennkraftmaschine 1, im Folgenden als Maschine bezeichnet, umfasst vier Zylinder #1, #2, #3 und #4. Jeder Zylinder ist mit einem Ausgleichsbehälter 3 mittels einer entsprechenden Ansaugzweigleitung 2 verbunden. Der Ausgleichsbehälter 3 ist mit dem Auslass eines Kompressors 6c eines Aufladers (beispielsweise eines Abgasturboladers 6) mittels eines Ansaugkanals 4 und eines Zwischenkühlers 5 verbunden. Der Einlass des Kompressors 6c ist mit einem Luftfilter 8 über ein Ansaugrohr 7 verbunden. Ein Ansaugdrosselventil 10, das mittels eines Betätigungsglieds 9 angetrieben wird, ist innerhalb des Luftansaugkanals 4 zwischen dem Ausgleichsbehälter 3 und dem Zwischenkühler 5 angeordnet. Ferner weist jeder Zylinder ein Einspritzventil 11 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in eine Brennkammer auf. Jedes Einspritzventil 11 ist mit einer Kraftstoffpumpe 13 verbunden, die in der Lage ist, die Einspritzmenge über eine gemeinsame Sammelkammer 12 zu steuern. Mittels der Kraftstoffpumpe 13 wird die Einspritzmenge derart gesteuert, dass der Kraftstoffdruck in der Sammelkammer 12 einen Sollkraftstoffdruck annimmt.
Eine jeweilige Zweigleitung 15 eines Abgaskrümmers 14 ist mit jedem Zylinder verbunden, und ein Partikelfilter 16 ist in jeder Zweigleitung 15 angeordnet. Der Auslass des Abgaskrümmers 14 ist mit dem Einlass einer Abgasturbine 6t des Abgasturboladers 6 verbunden; der Einlass der Abgasturbine 6t ist mit einem Gehäuse 20, das einen NOx- Absorber 19 enthält, mittels eines Abgasrohrs 18 verbunden; und das Gehäuse 20 ist mit einem Abgasrohr 21 verbunden. Des weiteren wird in dem Abgasrohr 18 zwischen der Abgasturbine 6t und dem NOx-Absorber 19 ein reduzierendes Mittel entgegen der Abgasströmung eingespritzt und ist ein Zuführungsventil 22 zum Zuführen eines Reduktionsmittels zu dem NOx-Absorber 19 vorgesehen. Dieses Zuführungsventil 22 ist mit der Sammelkammer 12 verbunden. In den bevorzugten Ausführungsbeispielen wird ein Maschinenkraftstoff (Kohlenwasserstoffe) als Reduktionsmittel verwendet. Das Reduktionsmittel umfasst beispielsweise Kohlenwasserstoffe wie Gasolin, Iso-Oktan, Hexan, Heptan, Leichtöl, Kerosin, Butan und Propan, Wasserstoff, Ammoniak und Harnstoff.
Ferner sind der Abgaskrümmer 14 stromab der Partikelfilter 16 und der Ansaugkanal 4 stromab der Ansaugdrosselklappe 10 miteinander über einen EGR-Durchlass 23 verbunden, wobei "EGR" hier für "Abgasrückführung" verwendet wird. Ein EGR- Steuerungsventil 25, das mittels eines Betätigungsglieds 24 angetrieben wird, ist innerhalb des EGR-Durchlasses 23 angeordnet. Wird somit der EGR-Durchlass 23 weiter stromauf als das Zuführungsventil 22 angeordnet, dann wird ein vom Zuführungsventil 22 zugeführter sekundärer Kraftstoff daran gehindert, zusammen mit dem EGR-Gas zum Ansaugkanal rückgeführt zu werden.
Ferner ist innerhalb des Abgasrohrs 18 zwischen der Abgasturbine 6t und dem Zuführungsventil 22 eine Abgasdrosselklappe 26 angeordnet, das mittels eines Betätigungsglieds 27 angetrieben wird. Die Abgasdrosselklappe 26 wird in vollständig geöffnetem Zustand gehalten.
Eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 30 besteht aus Digitalcomputern und umfasst ein ROM (nur Lesespeicher) 32, der mittels eines bidirektionalen Busses 31 verbunden ist; ein RAM (Schreib/Lesespeicher) 33, eine CPU (Mikroprozessor) 34; ein B-RAM (Sicherungs-RAM) 35, das ständig mit einer Stromquelle verbunden ist; einen Eingabebereich 36; und einen Ausgabebereich 37. Ein Durchflusssensor 38 zur Erfassung des Massendurchflusses der Ansaugluft ist in dem Ansaugrohr 7 angeordnet. In der Sammelkammer 12 ist ein Kraftstoffdrucksensor 39 zur Erzeugung einer Ausgangsspannung proportional zum Kraftstoffdruck in der Sammelkammer 12 angeordnet. Ein Temperatursensor 40a zur Erzeugung einer Ausgangsspannung zur Angabe der Temperatur TPF des Partikelfilters 16 (eine Ausgangsspannung proportional zu der Temperatur des in einen Partikelfilter 16 einströmenden Abgases) ist in einer Zweigleitung 15 des Abgaskrümmers 14 stromauf des Partikelfilters 16 angeordnet. Ein Temperatur­ sensor 40b zum Erzeugen einer Ausgangsspannung zur Angabe der Temperatur TNA eines NOx-Absorbers 19 (eine Ausgangsspannung proportional zu der Temperatur des aus dem NOx-Absorber 19 abströmenden Abgases) ist an dem Abgasrohr 21 stromab des NOx-Absorbers 19 angeordnet. Ein Betätigungssensor 41 erzeugt eine Ausgangsspannung proportional zum Betätigungsausmaß DEP eines Fahrpedals. Ein Durchflussmesser 51 ist in einer Luftansaugleitung angeordnet und erzeugt eine Ausgangsspannung entsprechend dem Massendurchfluss Ga der Ansaugluft. Die Ausgangsspannungen dieser Sensoren 38, 39, 40a, 40b, 41 und 51 werden jeweils in den Eingangsbereich 36 über entsprechende AD-Wandler 42 eingegeben. Ferner ist ein Drehzahlsensor 43 zum Erzeugen eines Ausgangspulses entsprechend der Drehzahl der Maschine mit dem Eingangsbereich 36 verbunden. Der Ausgangsbereich 37 ist mit jedem der Einspritzventile 11, der Betätigungsglieder 9, 24 und 27, der Kraftstoffpumpe 13 und dem Zuführungsventil 22 jeweils über entsprechende Ansteuerungsschaltungen 44 verbunden.
Der NOx-Absorber 19 weist beispielsweise Aluminium als Träger auf. Der Träger trägt zumindest eines der ausgewählten Elemente von Alkalimetallen wie Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Cäsium Cs, Erdalkalimetalle wie Barium Ba und Calcium Ca, und seltene Erdenmetalle wie Lanthanium La und Yttrium Y, sowie Edelmetalle wie Platin Pt, Palladium Pd, Rhodium Rh und Iridium Ir. Wird ein Verhältnis einer gesamten Luftmenge, die in ein Reduktionsmittel für eine gesamte Verbrennungsmenge in eine Abgasanlage, eine Brennkammer und einen Luftansaugdurchlass weiter stromauf als eine Position in der Maschinenabgasanlage als ein Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases zur Verteilung in dieser Position bezeichnet, dann absorbiert der NOx-Absorber 19 NOx, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist.
Wird die Sauerstoffkonzentration im einströmenden Abgas vermindert, dann wird ein NOx-Absorptions- und - Entladevorgang zur Entladung von absorbierten NOx durchgeführt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Luft- Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemischs zur Verbrennung durch jeden Zylinder auf einen mageren Wert eingestellt während eines normalen Betriebs, so dass daher NOx im Abgas, das vom Zylinder ausgestoßen wird, während des normalen Betriebs durch den NOx-Absorber 19 absorbiert wird.
Die NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Absorbers 19 ist jedoch begrenzt, und erfordert eine Beseitigung von NOx vom NOx- Absorber 19, bevor die Absorptionsfähigkeit gesättigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Reduktionsmittel zeitweilig mittels des Zuführungsventils 22 dem NOx-Absorber 19 zugeführt, wenn eine erreichte NOx-Absorptionsmenge des NOx-Absorbers 19 größer als eine vorbestimmte Menge ist, so dass NOx in den NOx-Absorber 19 entladen und reduziert wird.
Das von der Maschine ausgestoßene Abgas beinhaltet Partikel bestehend aus Ruß, Kohlenstoff, lösbaren organischen Substanzen (SOF), Sulfaten und dergleichen, und diese Partikel werden durch den Partikelfilter 16 gesammelt. Nimmt jedoch die Menge der angesammelten Partikel im Partikelfilter 16 zu, dann wird dessen Gegendruck vergrößert. Es ist daher erforderlich, die Partikel vom Partikelfilter 16 zu entfernen, d. h. einen Reaktivierungsvorgang des Partikelfilters 16 durchzuführen, bevor der Gegendruck vergrößert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Partikelfilter 16 reaktiviert, wenn die erreichte Menge an gesammelten Partikeln durch den Partikelfilter 16 größer als ein vorbestimmter oberer Grenzwert ist. Nachstehend wird ein Verfahren zur Reaktivierung des Partikelfilters 16 im Einzelnen beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird gemäß der Darstellung in Fig. 2 der Betriebszustand der Maschine, der definiert ist durch das Betätigungsausmaß DEP als Maß für die Maschinenlast und die Drehzahl NE, in fünf Bereiche I, II, III, IV und V aufgeteilt.
In dem Bereich I ist die Temperatur des in den Partikelfilter 16 einströmenden Abgases sehr hoch. Selbst wenn kein Temperaturerhöhungsbetrieb von außerhalb durchgeführt wird, wird die Temperatur des Partikelfilters 16 größer als die Zündtemperatur der Partikel. Die Partikel starten somit mit der natürlichen Verbrennung, wodurch auf natürliche Weise der Partikelfilter 16 reaktiviert wird. Daher wird das natürliche Reaktivierungsverfahren, in welchem der Partikelfilter 16 in natürlicher Weise reaktiviert wird, als erstes Reaktivierungsverfahren bezeichnet.
In den anderen Bereichen als dem Bereich I wird der Partikelfilter 16 nicht in natürlicher Weise reaktiviert, wodurch es erforderlich ist, dass Filter zwangsweise zu reaktivieren. Im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden das zweite bis vierte zwangsweise Reaktivierungsverfahren bereitgestellt zum zwangsweisen Reaktivieren des Partikelfilters 16.
Das zweite Reaktivierungsverfahren ist ein Verfahren zur erheblichen Verzögerung der Hauptkraftstoffeinspritzperiode gegenüber dem normalen Betrieb. Wird die Hauptkraftstoffeinspritzperiode erheblich gegenüber dem normalen Betrieb verzögert, dann erhöht sich die Temperatur des aus der Brennkammer ausgestoßenen Abgases. Daher wird die Temperatur des in den Partikelfilter 16 einströmenden Abgases vergrößert, wodurch es möglich ist, den Partikelfilter 16 zu reaktivieren.
Ein drittes Reaktivierungsverfahren ist ein Verfahren, bei dem der Öffnungsgrad DEGR des EGR-Steuerungsventils 25 in erheblichem Umfang gegenüber dem normalen Betrieb vergrößert wird, während eine Sekundärkraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Zusätzlich zur Hauptkraftstoffeinspritzung, die in der Nähe des oberen Totpunkts durchgeführt wird, wird bei der Sekundärkraftstoffeinspritzung, d. h. einer zweiten Kraftstoffeinspritzung mittels des Einspritzventils 11 während des Arbeitstaktes oder des Ausstoßtaktes, die Temperatur des Partikelfilters 16 vergrößert. Da aufgrund des vergrößerten Öffnungsgrades DEGR des EGR-Steuerungsventils 25 die EGR-Gasmenge vergrößert wird, wird ferner die Menge frischer, der Brennkammer zuzuführender Luft vermindert. Das EGR-Gas ist so heiß, dass die Temperatur des in den Partikelfilter 16 einströmenden Abgases leicht erhöht werden kann.
Die Verbrennung infolge der Sekundärkraftstoffeinspritzung trägt kaum zur abgegebenen Maschinenleistung bei.
Ein viertes Reaktivierungsverfahren ist ein Verfahren, bei dem der Öffnungsgrad DEX des Abgasdrosselventils 26 in höherem Maß als während eines normalen Betriebs vermindert wird, während eine Sekundärkraftstoffeinspritzung durchgeführt wird. Wird die Sekundärkraftstoffeinspritzung durchgeführt, dann wird die Temperatur des in den Partikelfilter 16 einströmenden Abgases in der vorstehend beschriebenen Weise vergrößert. Da aufgrund des verminderten Öffnungsgrades DEX des Abgasdrosselventils 26 die in den Partikelfilter 16 einströmende Abgasmenge vermindert wird, wird ferner der Durchfluss des erhitzten Abgases vermindert. Daher kann die Temperatur des in den Partikelfilter 16 einströmenden Abgases leichter erhöht werden. Anstelle des Abgasdrosselventils 26 kann das Ansaugdrosselventil 10 oder können sowohl das Ansaugdrosselventil 10 als auch das Abgasdrosselventil 26 entsprechend eingestellt werden.
Bei dem zweiten Reaktivierungsverfahren ist es erforderlich, die Hauptkraftstoffeinspritzmenge zu vergrößern, damit keine Verminderung des abgegebenen Maschinendrehmoments bewirkt wird. Die vergrößerte Menge ist klein, wobei jedoch das mögliche Ausmaß der Verzögerung der Hauptkraftstoffeinspritzperiode begrenzt ist, so dass die Temperatur des Partikelfilters 16 nicht wesentlich und schnell erhöht werden kann. Bei dem dritten Reaktivierungsverfahren wird zusätzlicher Kraftstoff für die Sekundärkraftstoffeinspritzung verbraucht, wobei jedoch die Temperatur des Partikelfilters 16 erheblich und schnell erhöht werden kann. Bei dem vierten Reaktivierungsverfahren ist es erforderlich, die Hauptkraftstoffeinspritzmenge zu vergrößern, um nicht eine Verminderung des abgegebenen Maschinendrehmoments zu bewirken. Der Durchfluß des zu erhitzenden Abgases ist jedoch vermindert, so dass die Temperatur des Partikelfilters 16 erheblich und schneller erhöht werden kann als bei dem dritten Reaktivierungsverfahren. Daher ist der Kraftstoffverbrauch in den jeweiligen Reaktivierungsverfahren der geringste im ersten Reaktivierungsverfahren, und er wird erheblich im zweiten, dritten und vierten Reaktivierungsverfahren in dieser Reihenfolge vergrößert. Hierbei ist die Temperaturerhöhung die größte im vierten Reaktivierungsverfahren, und sie ist im dritten und zweiten Reaktivierungsverfahren in dieser Reihenfolge geringer.
Bezüglich des Kraftstoffverbrauchs ist die Verwendung des zweiten Reaktivierungsverfahrens am vorteilhaftesten. In den Bereichen III und IV kann jedoch die Temperatur des Partikelfilters 16 nicht in ausreichender Weise vergrößert werden, da die Temperatur des in den Partikelfilter 16 einströmenden Abgases niedrig ist, wenn das zweite Reaktivierungsverfahren verwendet wird. In gleicher Weise kann bei der Verwendung des dritten Reaktivierungsverfahrens im Bereich IV die Temperatur des Partikelfilters 16 nicht in ausreichender Weise vergrößert werden. Wird das vierte Reaktivierungsverfahren im Bereich III verwendet, dann steigt der Kraftstoffverbrauch an. Das zweite Reaktivierungsverfahren wird in dem Bereich II verwendet, das dritte Reaktivierungsverfahren wird im Bereich III verwendet und das vierte Reaktivierungsverfahren wird im Bereich IV verwendet. Eine Korrelation zwischen jedem Bereich und dem Reaktivierungsverfahren ist in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben.
TABELLE 1
In dem Bereich V ist die Temperatur des in den Partikelfilter 16 einströmenden Abgases sehr niedrig. Es ist daher sehr schwierig, den Partikelfilter 16 zu reaktivieren. Im Bereich V ist eine Reaktivierung des Partikelfilters 16 ausgesetzt.
Es ist wünschenswert, ein Partikelfilter- Reaktivierungsverfahren auszuwählen entsprechend dem Bereich (Bereich I bis Bereich V), zu dem der Betriebszustand der Maschine am häufigsten gehört.
Beispielsweise gehört der Betriebszustand häufig zum Bereich II. Es sei angenommen, dass der Betriebszustand zu dem Bereich IV übergeht und die gesammelte Partikelmenge größer als der obere Grenzwert wird. Wird der Partikelfilter 16 dann mittels des vierten Reaktivierungsverfahren reaktiviert, tritt hierbei eine Vergrößerung des Kraftstoffverbrauchs auf, wobei dies nicht wünschenswert ist. Zu diesem Zeitpunkt wird daher die Reaktivierung des Partikelfilters ausgesetzt. Geht sodann der Betriebszustand zurück zu dem Bereich II, dann kann der Kraftstoffverbrauch in erheblichem Maß vermindert werden unter Verwendung des zweiten Reaktivierungsverfahrens. Zusätzlich kann der Kraftstoffverbrauch weiter erheblich vermindert werden, wenn ein Versuch unternommen wird, den Partikelfilter unter Verwendung des ersten Reaktivierungsverfahrens zu reaktivieren, nachdem der Betriebszustand zu dem Bereich I übergegangen ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Bereich AFRQ, zu welchem der Betriebszustand der Maschine häufig gehört, aus den Bereichen I bis IV auf der Basis der Geschichte des Betriebszustands der Maschine erhalten, und dieser Bereich AFRQ und ein Bereich, in welchem ein Reaktivierungsverfahren mit einem Kraftstoffverbrauch gleich oder kleiner als demjenigen, der für den Bereich AFRQ eingestellt ist, werden ausgewählt (nachstehend wird dieser Bereich als Auswahlbereich ASLCT bezeichnet). Nimmt die Menge gesammelter Partikel einen größeren Wert als den oberen Grenzwert an, wenn der Betriebszustand nicht zu dem ausgewählten Bereich ASLCT gehört, dann wird das Reaktivierungsverfahren für den Partikelfilter 16 ausgesetzt. Wenn dann der Betriebszustand zu dem Auswahlbereich ASLCT übergeht, wird der Partikelfilter 16 reaktiviert mittels des für den Auswahlbereich eingestellten Reaktivierungsverfahrens.
Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt einen Zusammenhang zwischen dem Bereich AFRQ, zu welchem der Betriebszustand am häufigsten gehört, und den Auswahlbereich ASLCT.
TABELLE 2
Fig. 3 zeigt ein Zeitdiagramm, wenn der Bereich AFRQ, zu welchem der Betriebszustand am häufigsten gehört, der Bereich II ist (wenn es sich bei den Auswahlbereichen ASLCT um die Bereiche I und II handelt). In der Figur bezeichnet EIN die Durchführung des Reaktivierungsvorgangs des Partikelfilters 16 mit dem jeweiligen Reaktivierungsverfahren; und AUS bezeichnet die Beendigung des Reaktivierungsvorgangs.
Zuerst wird angenommen, dass die Menge SP gesammelter Partikel größer als der obere Grenzwert SPU zu einer Zeit 'a' ist. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Bereich DOCA, zu dem der Betriebszustand gehört, der Bereich IV, und der Reaktivierungsvorgang des Partikelfilters 16 wird nicht durchgeführt. Geht der Bereich DOCA zu dem Bereich II zum Zeitpunkt 'b' über, dann wird ein Reaktivierungsvorgang des Partikelfilters 16 mittels des zweiten Reaktivierungsverfahrens gestartet. Nach dem weiteren Zeitablauf, wenn der Bereich DOCA zu dem Bereich I zum Zeitpunkt 'c' übergeht, wird das zweite Reaktivierungsverfahren beendet, und es wird das erste Reaktivierungsverfahren durchgeführt. Wenn der Bereich DOCA erneut zu dem Bereich II zum Zeitpunkt 'd' übergeht, dann wird das zweite Reaktivierungsverfahren erneut durchgeführt. Erreicht die Menge der gesammelten Partikel SP den unteren Grenzwert SPL zu einer Zeit 'e', dann wird das zweite Reaktivierungsverfahren beendet, und der Reaktivierungsvorgang des Partikelfilters 16 ist vollendet.
In dem Fall, dass der Bereich DOCA zu dem Bereich III übergeht (d. h. außerhalb des Auswahlbereichs ASLCT), wenn zu einer Zeit 'f' der Reaktivierungsvorgang des Partikelfilters 16 durchgeführt wird, wird der Reaktivierungsvorgang des Partikelfilters 16 beendet, auch wenn die Menge der gesammelten Partikel SP größer als der untere Grenzwert SPL ist.
Somit wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Auswahlbereich ASLCT bestimmt auf der Basis der Geschichte des Betriebszustands der Maschine. Gehört der Betriebszustand zu dem Auswahlbereich ASLCT, dann wird der Partikelfilter 16 reaktiviert. Die Partikelfilter werden hierbei in den Bereich I bis IV jeweils reaktiviert. Daher wird zumindest eine aus einer Vielzahl von Reaktivierungsverfahren ausgewählt auf der Basis der Geschichte des Betriebszustands, und es wird der Partikelfilter 16 reaktiviert. Soweit die Menge aufgesammelter Partikel größer als der obere Grenzwert SPU ist, wird die Reaktivierung des Partikelfilters 16 jedesmal dann gestartet, wenn der Betriebszustand zu dem Auswahlbereich ASLCT gehört. Daher wird eine Periode, zu der der Partikelfilter 16 zu reaktivieren ist, auf der Basis der Geschichte des Betriebszustands bestimmt.
Ferner ist es wie bei dem vierten Reaktivierungsverfahren beispielsweise nicht wünschenswert, eine große Menge von Partikeln zu einer Zeit unter Verwendung eines Reaktivierungsverfahrens mit einem großen Kraftstoffverbrauch zu entfernen. Wird ferner der obere Grenzwert SPU vermindert, dann kann die in einem Reaktivierungsvorgang zu entfernende Partikelmenge vermindert werden. Wenn ein Reaktivierungsverfahren mit einem großen Kraftstoffverbrauch durchgeführt wird, ist bei diesem Ausführungsbeispiel der obere Grenzwert SPU niedriger bestimmt, als wenn der Kraftstoffverbrauch klein wäre. Im Ergebnis wird die in einem Reaktivierungsvorgang zu entfernende Partikelmenge vermindert.
Der obere Grenzwert SPU ist am kleinsten, wenn der Bereich AFRQ, zu welchem der Betriebszustand am häufigsten gehört, der Bereich IV ist. Der obere Grenzwert SPU wird größer in der Reihenfolge, wie sich der Bereich AFRQ vom Bereich III zu dem Bereich I ändert.
Fig. 4 zeigt eine Routine zur Bestimmung des Auswahlbereichs ASLCT. Die Routine wird in vorbestimmten Zeitintervallen entsprechend jeweiligen Interrupts durchgeführt.
Zuerst wird in Schritt 50 der Bereich DOCA, zu welchem der Betriebszustand gegenwärtig gehört unter Verwendung eines in Fig. 2 gezeigten Kennfelds bestimmt. In Schritt 51 wird bestimmt, ob der gegenwärtige Bereich DOCA der gleiche Bereich wie Bereich AOLD im vorherigen Ablaufzyklus ist. Gilt DOCA = AOLD, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 52, und es wird ein Zählwert CA zur Angabe einer Zeit, in der ein Bereich, zu dem der Betriebszustand gehört, in gleicher Weise aufrecht erhalten wird, um eins hochgezählt. Sodann erfolgt ein Übergang von Schritt 52 zu Schritt 56. Gilt im Vergleich dazu DOCA ≠ AOLD in Schritt 51, d. h. wenn der gegenwärtige Bereich DOCA vom vorherigen Bereich AOLD abweicht, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 53 und es wird bestimmt, ob der Zählwert CA größer als ein bestimmter Wert CAT ist oder nicht. Gilt CA ≦ CAT, dann erfolgt ein Sprung zu Schritt 55. Gilt CA ≧ CAT, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 54 und eine Frequenz S(AOLD) des Bereichs AOLD wird um eins hochgezählt. In diesem Fall zeigt der Zählwert CA eine Zeit an, zu der der Betriebszustand in AOLD verbleibt. Wird der Betriebszustand im Bereich AOLD aufrecht gehalten während einer vorbestimmten Zeitdauer oder länger, dann wird die Frequenz S(AOLD) vergrößert. Im nachfolgenden Schritt 55 wird der Zählwert CA gelöscht.
In Schritt 56 wird der gegenwärtige Bereich DOCA als AOLD gespeichert. Im nachfolgenden Schritt 57 ist die größte der Frequenzen S(i) (i = I, II, III und IV) der Wert AFRQ. Im nachfolgenden Schritt 58 wird der Auswahlbereich ASLCT auf der Basis von AFRQ bestimmt.
In den Fig. 5 und 6 ist eine Routine zur Durchführung einer Markierungssteuerung gezeigt. Die Routine wird mittels eines Interrupts nach jeder vorbestimmten Zeit DLT durchgeführt.
In Schritt 60 wird der Bereich DOCA, zu welchem der gegenwärtige Betriebszustand gehört, unter Verwendung des in Fig. 2 gezeigten Kennfelds bestimmt. In Schritt 61 wird bestimmt, ob der gegenwärtige Bereich DOCA der Bereich I ist oder nicht.
Ist der Bereich DOCA nicht der Bereich I (DOCA ≠ "I"), dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 62. In Schritt 62 wird bestimmt, ob eine Reaktivierungsdurchführungsmarke XCR gesetzt ist oder nicht. Die Reaktivierungsdurchführungsmarke XCR wird gesetzt, wenn der Partikelfilter 16 zwangsläufig reaktiviert werden soll unter Verwendung des zweiten bis vierten Reaktivierungsverfahrens (XCR = "1"), und andernfalls wird die Marke rückgesetzt (XCR = "0"). Wird die Reaktivierungsdurchführungsmarke XCR rückgesetzt, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 63, und es wird bestimmt, ob eine Reaktivierungsanforderungsmarke XRD gesetzt ist oder nicht. Die Reaktivierungsanforderungsmarke XRD wird gesetzt, wenn der Partikelfilter 16 reaktiviert werden soll (XRD = "1"), und andernfalls wird die Marke rückgesetzt (XRD = "0"). Wird die Reaktivierungsanforderungsmarke XRD rückgesetzt, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 64, und die Partikelmenge dCP, die mittels des Partikelfilters 16 je Zeiteinheit gesammelt werden soll, wird berechnet. Die Partikelmenge dCP wird im voraus in der ROM 32 als Funktion einer Vielzahl von Größen wie der mittels des Einspritzventils 11 eingespritzten Kraftstoffmenge des Massendurchflusses Ga der Ansaugluft der Drehzahl NE und der Partikelsammelfähigkeit des Partikelfilters 16, beispielsweise. Im nachfolgenden Schritt 65 wird ein Produkt (dCP × DLT) aus dem Interruptzeitintervall DLT und dem Wert dCP dieser Routine gebildet, wobei die Menge der gesammelten Partikel SP des Partikelfilters 16 berechnet wird (SP = SP + dCP × DLT). In Schritt 66 wird der obere Grenzwert SPU berechnet auf der Basis des Bereichs AFRQ, zu welchem der Betriebszustand am häufigsten gehört. Im Schritt 67 wird bestimmt, ob die Menge der gesammelten Partikel SP größer als der obere Grenzwert SPU ist oder nicht. Gilt SP ≦ SPU, dann wird der Ablaufzyklus beendet. Gilt SP < SPU, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 68, und die Reaktivierungsanforderungsmarke XRD wird gesetzt. Wurde in Schritt 63 die Reaktivierungsanforderungsmarke XRD gesetzt, dann erfolgt ein Übergang von Schritt 63 zu Schritt 69 und es wird bestimmt, ob der gegenwärtige Bereich DOCA mit dem Auswahlbereich ASLCT übereinstimmt oder nicht. Gilt DOCA ≠ ASLCT, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 70, und die Reaktivierungsdurchführungsmarke XCR wird rückgesetzt. Dies bedeutet, dass ein Reaktivierungsvorgang des Partikelfilters 16 abgeschaltet wird. Es erfolgt sodann ein Übergang zu Schritt 64, und es wird die Menge der gesammelten Partikel SP berechnet. Gilt demgegenüber DOCA = ASLCT im Schritt 69, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 61, und die Reaktivierungsdurchführungsmarke XCR wird gesetzt. Somit wird der Reaktivierungsvorgang des Partikelfilters 16 gestartet. Wird die Reaktivierungsdurchführungsmarke XCR in Schritt 62 gesetzt, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 72, und eine vom Partikelfilter 16 pro Zeiteinheit zu entfernende Partikelmenge dRP wird berechnet. Die Partikelmenge dRP wird im ROM 32 im voraus gespeichert beispielsweise als Funktionen des Reaktivierungsverfahrens der Temperatur TPF des Partikelfilters, des Massendurchflusses Ga der Ansaugluft und der Drehzahl NE. In Schritt 73 wird ein negatives Produkt (-dRP × DLT) aus dem Interruptzeitintervall DLT und dem Wert dRP dieser Routine berechnet, wobei die Menge der mittels des Partikelfilters 16 gesammelten Partikel SP berechnet wird (SP = SP - dRP × DLT). In Schritt 74 wird bestimmt, ob die mittels des Partikelfilters 16 gesammelte Partikelmenge SP kleiner als der untere Grenzwert SPL ist. Gilt SP ≧ SPL, dann wird der Ablaufzyklus beendet. Gilt SP < SPL, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 75 und die Reaktivierungsdurchführungsmarke XCR und die Reaktivierungsanforderungsmarke XRD werden rückgesetzt.
Ist andererseits der gegenwärtige Bereich DOCA der Bereich I (DOCA = "1"), dann erfolgt ein Übergang von Schritt 61 zu Schritt 76. In Schritt 76 wird die vom Partikelfilter 16 pro Zeiteinheit unter Verwendung des ersten Reaktivierungs­ verfahrens zu entfernende Partikelmenge dPR berechnet. Im nachfolgenden Schritt 77 wird, wie in Schritt 73, die Menge der gesammelten Partikel SP berechnet (SP = SP - dRP × DLT). In Schritt 78 wird die Reaktivierungsdurchführungsmarke XCR rückgesetzt.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Routine zur Durchführung der Reaktivierungssteuerung. Diese Routine wird entsprechend einem Interrupt nach jedem vorbestimmten Zeitintervall durchgeführt.
Es wird in Schritt 100 bestimmt, ob die Reaktivierungs­ durchführungsmarke XCR gesetzt ist oder nicht. Ist die Reaktivierungsdurchführungsmarke XCR gesetzt, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 101. In Schritt 101 wird unter Verwendung des in Fig. 2 gezeigten Kennfelds der Bereich DOCA bestimmt, zu welchem der Betriebszustand gegenwärtig gehört. In Schritt 102 wird bestimmt, ob der gegenwärtige Bereich DOCA der Bereich II ist. Ist der gegenwärtige Bereich DOCA der Bereich II (DOCA = "II"), d. h. soll das zweite Reaktivierungsverfahren durchgeführt werden, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 103, und ein Korrekturkoeffizient KT (< 0) der Hauptkraftstoffeinspritzperiode TMI wird berechnet. Der Korrekturkoeffizient KT wird im voraus im ROM 32 gespeichert als Funktion der Temperatur TRF des Partikelfilters des Massendurchflusses Ga der Ansaugluft und der Drehzahl NE. In Schritt 104 wird eine sekundäre Kraftstoffeinspritzmenge QSI auf Null eingestellt. In Schritt 105 wird ein Korrekturkoeffizient KEGR des Öffnungsgrads DEGR eines EGR- Steuerungsventils 25 auf Null eingestellt. In Schritt 106 wird ein Korrekturkoeffizient KEX des Öffnungsgrads DEX des Abgasdrosselventils 26 auf Null eingestellt, und es erfolgt sodann ein Übergang zu Schritt 120.
Gilt in Schritt 102 DOCA ≠ "II", dann erfolgt ein Übergang von Schritt 102 zu Schritt 107, und es wird bestimmt, ob der gegenwärtige Bereich DOCA der Bereich III ist oder nicht. Ist der gegenwärtige Bereich DOCA der Bereich III (DOCA = "III"), d. h. soll das dritte Reaktivierungsverfahren durchgeführt werden, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 108, und der Korrekturkoeffizient KT der Hauptkraftstoffeinspritzperiode TMI wird auf Null eingestellt. In Schritt 109 wird die Sekundärkraftstoffeinspritzmenge QSI berechnet. In Schritt 110 wird der Korrekturkoeffizient KEGR (< 0) des Öffnungsgrads DEGR des EGR-Steuerungsventils berechnet. Die Sekundärkraftstoffeinspritzmenge QSI und der Korrekturkoeffizient KEGR werden im voraus im ROM 32 gespeichert jeweils als Funktionen der Temperatur TPF des Partikelfilters des Massendurchflusses Ga der Ansaugluft und der Drehzahl NE gespeichert. In Schritt 111 wird der Korrekturkoeffizient KEX des Öffnungsgrads DEX des Abgasdrosselventils auf Null eingestellt, und es erfolgt ein Übergang zu Schritt 120.
Gilt in Schritt 107 DOCA ≠ "III", d. h. ist der gegenwärtige Bereich DOCA der Bereich IV (DOCA = "IV"), und soll das vierte Reaktivierungsverfahren durchgeführt werden, dann erfolgt ein Übergang von Schritt 107 zu Schritt 112, und der Korrekturkoeffizient KT der Hauptkraftstoffeinspritzperiode TMI wird auf Null eingestellt. In Schritt 113 wird die Sekundärkraftstoffeinspritzmenge QSI berechnet, und im nachfolgenden Schritt 114 wird der Korrekturkoeffizient KEGR des Öffnungsgrads DEGR des EGR-Steuerungsventils auf Null eingestellt. In Schritt 115 wird der Korrekturkoeffizient KEX (< 0) des Öffnungsgrads DEX des Abgasdrosselventils berechnet. Der Korrekturkoeffizient KEX wird im voraus im ROM 32 gespeichert als Funktionen der Temperatur TPF des Partikelfilters des Massendurchflusses Ga der Ansaugluft und der Drehzahl NE. Sodann erfolgt ein Übergang zu Schritt 120.
In Schritt 120 wird eine Grundhauptkraftstoffeinspritzperiode TMB berechnet und in Schritt 121 wird die Hauptkraftstoffeinspritzperiode TMI berechnet auf der Basis der Grundhauptkraftstoffeinspritzperiode TMB und des Korrekturkoeffizienten KT (TMI = TMB + KT). In Schritt 122 wird der Grundöffnungsgrad DEGRB des EGR-Steuerungsventils berechnet, und in Schritt 123 wird der Öffnungsgrad DEGR des EGR-Steuerungsventils berechnet auf der Basis des Grundöffnungsgrads DEGRB und des Korrekturkoeffizienten KEGR (DEGR = DEGRB + KEGR). In Schritt 124 wird ein Grundöffnungsgrad DEXB des Abgasdrosselventils berechnet, und in Schritt 125 wird der Öffnungsgrad DEX des Abgasdrosselventils berechnet aus dem Grundöffnungsgrad DEXB und dem Korrekturkoeffizienten KEX (DEX = DEXB + KEX). Die Grundhauptkraftstoffeinspritzperiode TMB, der Grundöffnungsgrad DEGRB und der Grundöffnungsgrad DEXB werden im voraus jeweils im ROM 32 gespeichert als Funktionen beispielsweise des Massendurchflusses Ga der Ansaugluft und der Drehzahl NE.
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wird die Reaktivierungssteuerung aktiviert oder deaktiviert auf der Basis des Betriebszustands der Maschine. Der Reaktivierungsbetrieb kann jedoch auch auf der Basis der Temperatur des Partikelfilters gesteuert werden.
Im zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann auch dann, wenn der Betriebszustand den Reaktivierungsbetriebsbereich (Bereiche I bis IV) während eines Partikelfilterreaktivierungsvorgangs verlässt, dieser Reaktivierungsbetrieb andauern, solange die Temperatur des Partikelfilters vorbestimmte Betriebsbedingungen erfüllt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die gesammelte Partikelmenge des Partikelfilters 16 ständig überwacht.
Erreicht die Menge der gesammelten Partikel eine vorbestimmte Menge, und liegt ein Betriebszustand der Maschine in einem der vorstehenden Bereiche II bis IV vor, dann wird eine Reaktivierung des Partikelfilters 16 gestartet unter Verwendung eines Reaktivierungsverfahrens gemäß diesem Bereich. Die Menge der mittels des Partikelfilters 16 gesammelten Partikel kann beispielsweise berechnet werden durch Erfassen eines Differenzdrucks zwischen dem Einlass und dem Auslaß des Partikelfilters 16. Bei diesem Ausführungsbeispiel zählt die ECU 30 einen Sammlungszähler auf und ab auf der Basis des Betriebszustands, damit dadurch die Menge der gesammelten Partikel berechnet werden kann.
Dabei wird die in der Maschine erzeugte Partikelmenge bestimmt in Abhängigkeit vom Belastungszustand der Maschine (beispielsweise Kraftstoffeinspritzmenge und Drehzahl). In diesem Ausführungsbeispiel wird die während einer Zeiteinheit von der Maschine erzeugte Partikelmenge experimentell im voraus bestimmt durch Betreiben einer tatsächlichen Maschine und Ändern einer Kombination aus der Kraftstoffeinspritzmenge und der Drehzahl der Maschine. Diese Menge wird sodann in dem ROM der ECU 30 in Form einer numerischen Tabelle unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzmenge und der Drehzahl gespeichert. Die ECU 30 berechnet die pro Zeiteinheit erzeugte Partikelmenge aus der vorstehend genannten numerischen Tabelle unter Verwendung der Kraftstoffeinspritzmenge und der Drehzahl nach bestimmten Zeitintervallen während des Maschinenbetriebs, und zählt den Sammlungszähler um einen Betrag hoch, der erhalten wird durch Multiplizieren dieser berechneten Partikelmenge mit einer vorbestimmten Sammelrate. Auf diese Weise zeigt der Inhalt des Sammlungszählers die vom Partikelfilter 16 zu sammelnde Menge der von der Maschine erzeugten Partikel an. Ist andererseits die Temperatur des Partikelfilters 16 in einem natürlichen Reaktivierungsbereich (Fig. 2 und Bereich I) oder durch Durchführen eines Reaktivierungsvorgangs angestiegen, dann werden die mittels des Partikelfilters gesammelten Partikel verbrannt. In diesem Fall wird eine zu verbrennende Partikelmenge pro Zeiteinheit bestimmt auf der Basis der Temperatur des Partikelfilters. Die ECU 30 berechnet den Inhalt des Sammlungszählers in Abhängigkeit von der erzeugten Partikelmenge gemäß der vorstehenden Beschreibung; berechnet die Verbrennungsmenge der gesammelten Partikel pro Zeiteinheit durch den Partikelfilter aus der vorstehenden numerischen Tabelle; und vermindert den Inhalt des Sammlungszählers durch die berechnete Verbrennungsmenge.
Die ECU 30 erhöht somit nach jedem vorbestimmten Zeitintervall während des Maschinenbetriebs den Inhalt des Sammlungszählers um die vom Partikelfilter zusätzlich gesammelte Partikelmenge. Ist die Temperatur des Partikelfilters durch eine Änderung des Betriebszustands oder aufgrund eines Reaktivierungsvorgangs angestiegen, dann vermindert die ECU 30 den Inhalt des Sammlungszählers um die auf dem Partikelfilter verbrannte Partikelmenge. Auf diese Weise kennzeichnet der Inhalt des Sammlungszählers genau stets die Partikelmenge, die im Partikelfilter 16 vorliegt.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Reaktivierungsvorgang natürlich gestartet, unabhängig von der angesammelten Partikelmenge im Partikelfilter 16, wenn die Maschine im Bereich I betrieben wird. Wird die Maschine in einem der Bereiche II bis IV betrieben, dann wird ein Reaktivierungsvorgang lediglich dann gestartet, wenn die Partikelmenge einen vorbestimmten Wert überschreitet. In diesem Fall ist der zu startende Reaktivierungsvorgang der gleiche wie der bereichsabhängige Reaktivierungsvorgang gemäß der vorstehenden Beschreibung. In den Bereichen II bis IV wird, wenn der Inhalt des vorstehend angegebenen Sammlungszählers gleich einem oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, während ein Reaktivierungsvorgang durchgeführt wird, der Reaktivierungsvorgang beendet.
In diesem Ausführungsbeispiel geht ferner in gleicher Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Reaktivierungsvorgang nicht unmittelbar zu dem in den Bereichen II bis IV über, wenn die Maschine im Bereich I betrieben wird und eine Partikelverbrennung andauert und sich dann der Betriebszustand zu einem der Bereiche II bis IV ändert. Auch wenn sich der Betriebszustand vom Bereich I zu einem der Bereiche Ii bis IV ändert, wird die Temperatur des Partikelfilters nicht unmittelbar vermindert auf eine einem der Bereiche II bis IV entsprechende Temperatur. Vielmehr wird die Temperatur allmählich während einer gewissen Zeitdauer vermindert. Auch wenn sich der Betriebszustand vom Bereich I zu dem Bereich II ändert, während die Temperatur des Partikelfilters hoch ist, ist es möglich, die Partikelverbrennung in befriedigender Weise fortzusetzen durch Vornahme eines sanften Temperaturerhöhungsbetriebs (beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzverzögerung mit kleinerem Betrag der Verzögerung als während des Reaktivierungsbetriebs im Bereich II). In diesem Fall wird die Partikelverbrennung fortgesetzt durch einen sanften Temperaturerhöhungsbetrieb, wobei es möglich ist, einen Anstieg des Kraftstoffverbrauchs in größerem Maß zu unterdrücken, als wenn der Reaktivierungsbetrieb des Bereichs II durchgeführt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein sanfter Temperaturerhöhungsbetrieb durchgeführt zum Fortsetzen der Partikelverbrennung in dem Fall, dass der Betriebszustand sich zu einem anderen Bereich ändert, während die Partikelverbrennung in Bereich I stattfindet und während die Partikelfiltertemperatur hoch ist.
Der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Partikelfilter ist vom separaten Typ und die von ihm aufsammelbare Partikelmenge ist relativ klein, wobei jedoch zur Reaktivierung eine kurze Zeit erforderlich ist. Auch wenn sich der Betriebszustand vom Bereich I zu einem anderen Bereich ändert, ist daher die Wahrscheinlichkeit der Vollendung einer Reaktivierung (Verbrennung der gesammelten Partikel) relativ groß, bevor die Temperatur des Partikelfilters absinkt. Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird, auch wenn sich der Betriebszustand von Bereich I zu einem anderen Bereich ändert, die Häufigkeit des Vollendens der Partikelfilterreaktivierung durch lediglich sanften Temperaturerhöhungsbetrieb groß, so dass ein stärkerer Anstieg des Kraftstoffverbrauchs durch die Partikelfilterreaktivierung unterdrückt wird.
Wenn sich der Betriebszustand zu dem Bereich V (Nicht- Reaktivierungsbereich) ändert, während der Partikelfilter in den Bereichen II bis IV reaktiviert wird, wird die Temperatur des Partikelfilters für eine gewisse Zeitdauer auf einem erhöhten Wert gehalten. Es wird somit der Reaktivierungsvorgang nicht sofort beendet, wenn sich der Betriebszustand zu dem Nicht-Reaktivierungs-Betriebsbereich verändert hat. Vielmehr wird der Reaktivierungsbetrieb (Kombination von Arbeitstakteinspritzung und Ansaugluft- und Abgasdrosselung) weiter durchgeführt. Auf diese Weise wird die Wahrscheinlichkeit der Vollendung der Partikelverbrennung groß, und der Partikelfilter wird vollständig reaktiviert. Nachdem der Betriebszustand den Bereich V erreicht hat, sinken die Abgastemperatur und die Temperatur des Partikelfilters. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Reaktivierungsvorgang dann beendet, wenn die Temperatur des Partikelfilters in einem Ausmaß gesunken ist, dass die Partikelverbrennung nicht aufrecht erhalten werden kann unter lediglicher Verwendung des Reaktivierungsverfahrens gemäß Bereich IV. Dadurch wird verhindert, dass der Partikelfilter durch einen erheblichen Anstieg der Abgastemperatur belastet wird, bis sich die Temperatur des Partikelfilters vermindert hat, und eine Vergrößerung des Kraftstoffverbrauchs wird verhindert.
Die Fig. 9 und 10 sind Ablaufdiagramme zur Erläuterung des Reaktivierungsbetriebs gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Fig. 9 zeigt die Bestimmung der Startbedingungen für den Reaktivierungsbetrieb. Fig. 10 zeigt den Betrieb zum Bewerten der Beendigungsbedingungen für den Reaktivierungsbetrieb. Die in den Fig. 9 und 10 gezeigten Abläufe werden mittels einer Routine durch die ECU 30 nach jedem vorbestimmten Zeitintervall durchgeführt.
In dem Ablauf gemäß Fig. 9 wird ein zwangsläufiger Reaktivierungsbetrieb gestartet, wenn die Menge SP der gesammelten Partikel den oberen Grenzwert SPU erreichen und die Maschine in einem der Bereich II bis IV gemäß Fig. 2 betrieben wird.
Wird der in Fig. 9 gezeigte Ablauf gestartet, dann wird der Inhalt SP des Sammlungszählers, der durch einen Sammlungszähler-Berechnungsvorgang (nicht gezeigt), der andernfalls im Schritt 201 durchgeführt wird, berechnet wurde, eine Kraftstoffeinspritzmenge QIJ und die Drehzahl NE jeweils gelesen.
Sodann wird in Schritt 203) auf der Basis eines Werts eines Parameters RX bestimmt, ob der Reaktivierungsbetrieb (Verbrennung der Partikel) des Partikelfilters 16 gegenwärtig durchgeführt wird oder nicht. Hierbei gibt der Wert des Parameters RX den Typ des gegenwärtig durchgeführten Reaktivierungsbetriebs an, wie es nachstehend noch beschrieben wird. Die Angabe RX = 1 gibt an, dass gegenwärtig der natürliche Reaktivierungsbetrieb im Bereich I (Partikelverbrennung) durchgeführt wird; ferner gibt RX = 2 an, dass ein zwangsläufiger Reaktivierungsbetrieb im Bereich II durchgeführt wird (Kraftstoffeinspritzperioden­ verzögerung). Des weiteren geben RX = 3 und RX = 4 jeweils an, dass ein Reaktivierungsbetrieb in den Bereichen III und IV durchgeführt wird (Kombination einer Arbeitstakteinspritzung und EGR und Kombination einer Arbeitstakteinspritzung und Ansaugluft/Abgasdrosselung). Ferner gibt RX = 5 an, dass der vorstehend angegebene sanfte Temperaturerhöhungsbetrieb (kleine Kraftstoffeinspritzperiodenverzögerung) durchgeführt wird. RX = 0 zeigt an, dass gegenwärtig keine Partikelverbrennung stattfindet.
Gilt im Schritt 203 RX ≠ 0, dann wird irgendein Reaktivierungsbetrieb gegenwärtig durchgeführt. Dabei besteht kein Bedarf zur neuerlichen Bewertung der Reaktivierungsbetriebstartbedingungen, so dass dieser Ablauf sofort beendet wird. Gilt ferner RX = 0, dann wird kein Reaktivierungsbetrieb gegenwärtig durchgeführt, so dass die Startbedingungen zur Durchführung eines Reaktivierungsbetriebs in Schritt 205 oder den nachfolgenden Schritten bestimmt werden.
Im einzelnen wird in Schritt 205 bestimmt, ob die Maschine gegenwärtig im Bereich I betrieben wird auf der Basis der in Schritt 201 gelesenen Kraftstoffeinspritzmenge QIJ und der Drehzahl NE.
Wird die Maschine im Bereich I betrieben, dann wird eine Partikelverbrennung gestartet unabhängig von der gegenwärtigen Menge der mittels des Partikelfilters 16 gesammelten Partikel. Der Ablauf geht sodann zu Schritt 207 über und der Wert des Parameters RX wird auf ein 1 eingestellt (wobei der natürliche Reaktivierungsbetrieb durchgeführt wird). Ferner wird im Schritt 205, wenn die Maschine gegenwärtig nicht im Bereich I betrieben wird, ein Übergang zu Schritt 209 durchgeführt und es wird dort auf der Basis des Inhalts SP des Sammlungszählers bestimmt, ob eine mittels des Partikelfilters 16 gesammelte Partikelmenge gegenwärtig einen vorbestimmten Wert erreicht.
Gilt in Schritt 209 SP < SPU, dann erreicht die Menge der gesammelten Partikel nicht den vorbestimmten Wert. Es besteht daher kein Bedarf zum neuerlichen Starten des zwangsläufigen Reaktivierungsbetriebs, und es wird dieser Ablauf unmittelbar beendet ohne Verarbeitung des Schritts 211 und der nachfolgenden Schritte. Gilt ferner in Schritt 209 SP ≧ SPU, dann ist die Menge der gesammelten Partikel im Partikelfilter 16 so angestiegen, dass es erforderlich wird, den Reaktivierungsbetrieb zu starten. Somit wird in den Schritten 211 bis 221 ein Wert des Parameters RX in Abhängigkeit von dem Bereich des Betriebszustandes eingestellt.
In den Schritten 211 bis 221 wird auf der Basis der Kraftstoffeinspritzmenge QIJ und der Drehzahl NE (Schritte 211, 215 und 219) bestimmt, ob die gegenwärtigen Betriebszustände in einem der Bereiche II bis IV gemäß Fig. 2 liegen. Im Falle eines dieser Bereiche wird der Wert des Parameters RX eingestellt auf einen Wert von 2 bis 4 in Abhängigkeit vom Bereich (Schritte 313, 317 und 321). Wird die Maschine nicht im Bereich IV betrieben, dann wird in Schritt 219 zugleich angegeben, dass die Maschine gegenwärtig im Bereich V betrieben wird. Daher wird ein zwangsläufiger Reaktivierungsbetrieb des Partikelfilters 16 nicht durchgeführt. In diesem Fall wird der Wert des Parameters RX nicht geändert (der Wert von RX = 0 wird aufrecht erhalten), und der Ablauf ist beendet.
Wird der Wert des Parameters RX auf einem Wert zwischen 2 und 4 mittels des in Fig. 9 gezeigten Ablaufs eingestellt, dann wird ein Reaktivierungsbetrieb des Partikelfilters 16 in Abhängigkeit von dem Wert des Parameters RX unter Steuerung mittels der ECU 30 durchgeführt.
Fig. 10 zeigt den Ablauf zur Bestimmung der Beendigungsbedingungen für einen durchgeführten Reaktivierungsbetrieb. Wie es vorstehend beschrieben wurde, wird, wenn sich der Maschinenbetriebszustand geändert hat zu einem anderen Bereich im Betriebszustand vom Bereich I mit Partikelverbrennung ausgehend geändert hat zu einem anderen Bereich, die Partikelverbrennung weitergeführt durch Durchführen eines sanften Temperaturerhöhungsbetriebs (RX = 5), bis die Temperatur des Partikelfilters 16 stärker als auf eine vorbestimmte Temperatur gesunken ist. Ändert sich ferner der Betriebszustand zu dem Bereich V (Nicht- Reaktivierungsbereich) während in einem der Bereiche II bis IV ein zwangsläufiger Reaktivierungsbetrieb durchgeführt wird, dann wird der zwangsläufige Reaktivierungsbetrieb in gleicher Weise wie im Bereich IV fortgesetzt, bis sich die Temperatur des Partikelfilters 16 auf eine Temperatur vermindert hat, bei welcher die Partikelverbrennung nicht mehr aufrecht erhalten werden kann.
In dem Falle der Verminderung der Temperatur des Partikelfilters 16 im Bereich V unter die vorstehend genannte Temperatur, und in dem Fall, dass die Menge SP (Inhalt des Sammlungszählers) gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert während dieses Reaktivierungsbetriebs ist (beispielsweise in dem Fall, dass die Gesamtmenge der gesammelten Partikel mittels des Reaktivierungsvorgangs verbrannt wird), wird der Wert des Parameters RX auf Null eingestellt, und es wird der zwangsläufige Reaktivierungsbetrieb beendet.
Wenn der Ablauf gemäß Fig. 10 gestartet wird, dann werden die Menge SP (Inhalt des Sammlungszählers), die Kraftstoff­ einspritzmenge QIJ, die Drehzahl NE und die Temperatur TPF des Partikelfilters, die mittels des Temperatursensors 40a erfasst wird, in Schritt 301 gelesen. In Schritt 303 wird auf der Basis des Werts des Parameters RX bestimmt, ob ein Reaktivierungsbetrieb gegenwärtig durchgeführt wird oder nicht. Gilt in Schritt 303 RX = 0, dann wird gegenwärtig kein Reaktivierungsbetrieb (Partikelverbrennung) durchgeführt. Es besteht daher keine Veranlassung, die Beendigungsbedingungen für den Reaktivierungsbetrieb zu bewerten, so dass dieser Ablauf unmittelbar beendet wird.
Gilt demgegenüber RX ≠ 0 in Schritt 303, d. h. gilt RX = 1 bis 5, dann wird gegenwärtig ein Reaktivierungsbetrieb durchgeführt. In Schritt 305 wird zuerst bestimmt, ob die Maschine gegenwärtig im Bereich I betrieben wird. Wird die Maschine gegenwärtig im Bereich I betrieben, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 307, und der Wert des Parameters RX wird erneut auf 1 gesetzt. Liegt der Betriebszustand außerhalb des Bereichs I, dann wird im nächsten Schritt 309 bestimmt, ob die Temperatur TBF des Partikelfilters 16 gleich oder größer als eine vorbestimmte Temperatur T1 ist oder nicht. Die Temperatur T1 entspricht einer natürlichen Zündtemperatur der Partikel, und T1 wird auf einen Wert in der Nähe von 600°C beispielsweise in diesem Ausführungsbeispiel eingestellt.
Gilt in Schritt 309 TPF ≧ T1, dann lag der Betriebszustand in dem Bereich I. Die Temperatur des Partikelfilters ist noch hoch, wodurch es möglich wird, die Partikelverbrennung aufrechtzuerhalten durch Durchführen eines sanften Temperaturerhöhungsbetriebs. Es erfolgt ein Übergang zu Schritt 311, und der Wert des Parameters RX wird auf 5 eingestellt. Auf diese Weise wird die Kraftstoffeinspritzperiode leicht verzögert (um ein Verzögerungsausmaß kleiner als im Reaktivierungsbetrieb in Bereich II), und die Geschwindigkeit der Temperaturverminderung des Partikelfilters 16 wird weiter vermindert. Auch in einem Bereich der nicht der Bereich I ist, ist es somit möglich, die Partikelverbrennung ohne Durchführen eines zwangsläufigen Reaktivierungsbetriebs entsprechend den Bereichen II bis IV fortzusetzen, während eine Vergrößerung des Kraftstoffverbrauchs unterdrückt wird.
Ist die Temperatur des Partikelfilters niedriger als T1, dann wird auf der Basis von QINJ und NE in den nachfolgenden Schritten 313 bis 321 bestimmt, ob der Betriebszustand geändert wurde zu einem der Bereiche II bis IV. Hat sich der Betriebszustand geändert zu einem der Bereiche II bis IV, dann wird der Wert des Parameters RX rückgesetzt auf einen Wert entsprechend dem Bereich (ein Wert zwischen 2 und 4). Auf diese Weise wird der Reaktivierungsbetrieb nachfolgend durchgeführt entsprechend dem Bereich des Betriebszustands.
Wenn in Schritt 321 bestimmt wird, dass die Maschine aus dem Bereich IV heraustritt, d. h. dass die Maschine gegenwärtig im Bereich V betrieben wird, wird in Schritt 325 wird bestimmt, ob die Temperatur des Partikelfilters 16 gegenwärtig stärker vermindert ist als ein vorbestimmter Wert T2. T2 bezeichnet die niedrigste Temperatur, bei der die Partikelverbrennung fortgesetzt werden kann, wobei diese Temperatur auf einen Wert in der Nähe von 400°C beispielsweise im vorliegenden Ausführungsbeispiel eingestellt wird.
In Schritt 325 wird die Maschine im Bereich V (Nicht- Reaktivierungsbereich) betrieben. Wenn gilt TPF ≧ T2 ist die Temperatur des Partikelfilters 16 nicht um einen derartigen Betrag vermindert, dass die Partikelverbrennung nicht mehr aufrecht erhalten werden kann, so dass ein Übergang zu Schritt 323 erfolgt, und der Wert des Parameters RX auf 4 eingestellt wird. Auf diese Weise wird der zwangsläufige Reaktivierungsbetrieb des Bereichs IV durchgeführt, und ebenfalls im Bereich V wird die Geschwindigkeit der Temperaturverminderung des Partikelfilters vermindert, und die Partikelverbrennung dauert an. Auch wenn der Betriebszustand den Nicht-Reaktivierungsbereich annimmt, dauert der Reaktivierungsvorgang an, solange die Temperatur des Partikelfilters 16 hoch genug ist, so dass die Möglichkeit zur Vollendung der Reaktivierung gegeben ist. Wenn in Schritt 325 gilt TPF < T2, ist es schwierig, die Partikelverbrennung im Reaktivierungsbetrieb des Bereichs IV aufrechtzuerhalten. Daher erfolgt ein Übergang zu Schritt 331, und der Wert des Parameters RX wird auf Null eingestellt und der zwangsläufige Reaktivierungsbetrieb wird beendet. Dabei wird verhindert, dass ein großer Energiebetrag verbraucht wird für einen Temperaturanstieg des Partikelfilters, und es wird somit eine Vergrößerung des Kraftstoffverbrauchs verhindert.
Wird ein Reaktivierungsbetrieb entsprechend einem der Werte RX = 1 bis 5 durchgeführt, dann wird in dem Falle, dass die gegenwärtige Menge SP (Inhalt des Sammlungszählers) in Schritt 327 kleiner als Null ist, d. h. in dem Fall, dass eine gesamte Menge der gesammelten Partikel verbrannt wird, die MengeSP auf Null gesetzt, und in Schritt 331 wird der Wert des Parameters RX auf Null gesetzt und es wird der Reaktivierungsbetrieb beendet.
Bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel kann zur Durchführung der vorstehenden zweiten bis vierten Reaktivierungsverfahren jede der Betriebsvariablen wie die Kraftstoffeinspritzmenge, die Kraftstoffeinspritzperiode, die EGR-Gasmenge in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Maschine und dem Typ des Reaktivierungsverfahrens gesteuert werden.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Steuerung dieser Betriebsvariablen beschrieben.
In einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jede Betriebsvariable bestimmt in Abhängigkeit davon, ob ein Abgasdrosselungsbetrieb vorgesehen ist oder nicht.
Ist eine Abgasdrosselung vorgesehen, dann wird ein Abgasdrosseldruckverlust vergrößert, wodurch es möglich ist, die Hauptkraftstoffeinspritzmenge und die Arbeitstaktkraftstoffeinspritzmenge (Sekundärkraftstoff­ einspritzmenge) erheblich zu vergrößern, ohne zugleich die abgegebene Leistung der Maschine wesentlich zu erhöhen. Ist jedoch eine Abgasdrosselung implementiert, dann ist es erforderlich, dass jede der anderen Betriebsvariablen in Abhängigkeit von der Abgasdrosselung erheblich verändert wird.
Wird beispielsweise eine Abgasdrosselung durchgeführt, dann wird der Abgasdruck erhöht. Auch wenn der Öffnungsgrad des EGR-Steuerungsventils 25 nicht geändert wird, wird die EGR- Gasmenge, die zum Luftansaugsystem zurückfließt, vergrößert. Die angesaugte Luftmenge wird zugleich vermindert durch Abgasdrosselung, wodurch eine instabile Verbrennung oder eine niedrigere abgegebene Leistung bewirkt wird. Zur Verhinderung dieser Auswirkungen ist es erforderlich, die EGR-Gasmenge auf einen optimalen Wert in Abhängigkeit von der verminderten Ansaugluftmenge zu steuern. Zur Vergrößerung der Abgastemperatur auf einen optimalen Wert innerhalb einer kurzen Zeit ist es erforderlich, die Kraftstoffeinspritzmenge oder die Einspritzperiode der Hauptkraftstoffeinspritzung oder die Kraftstoffmenge oder die Einspritzperiode der Arbeitstakteinspritzung in Abhängigkeit von der Abgasdrosselung zu ändern.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Kraftstoffeinspritzmenge oder die Einspritzperiode der Hauptkraftstoffeinspritzung im Reaktivierungsbetrieb des Partikelfilters 16, die Einspritzmenge oder die Einspritzperiode der Arbeitstakteinspritzung und jede Betriebsvariable der EGR-Gasmenge oder dergleichen in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Maschine (Maschinenbelastung) bestimmt. Auch wenn sich der Betriebszustand (Maschinenbelastung) nicht ändert in Abhängigkeit davon, ob eine Abgasdrosselung vorgesehen ist oder nicht, ist es jedoch gemäß der vorstehenden Beschreibung erforderlich, diese Betriebsvariablen in Abhängigkeit davon zu ändern, ob ein Abgasdrosselungsbetrieb vorgesehen ist oder nicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jede Betriebsvariable auf der Basis einer diskreten Beziehung bestimmt, wenn während der Durchführung eines Reaktivierungsbetriebs eine Abgasdrosselung vorgesehen ist oder nicht.
Im Einzelnen wird die Maschine im voraus betrieben durch Änderung der Belastungsbedingungen (beispielsweise Kraftstoffeinspritzmenge QIJ und Drehzahl NE); jede Betriebsvariable, die für eine optimale Abgastemperatur für einen Reaktivierungsbetrieb des Partikelfilters 16 erforderlich ist, wird erhalten; die jeweiligen Betriebsvariablen werden in dem ROM der ECU 30 in Form eines numerischen Kennfelds unter Verwendung der Größen QIJ und NE als Parameter gespeichert; und jede Betriebsvariable wird aus den gegenseitigen Werten QIJ und NE während des Reaktivierungsbetriebs des Partikelfilters 16 unter Verwendung dieses numerischen Kennfelds bestimmt. Hierbei werden zwei numerische Kennfelder in Abhängigkeit davon bereitgestellt, ob ein Reaktivierungsbetrieb mit Abgasdrosselung durchgeführt wurde oder ob ein Reaktivierungsbetrieb ohne Abgasdrosselung durchgeführt wurde. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, wenn ein Reaktivierungsbetrieb durchgeführt wird, jede Betriebsvariable bestimmt unter Verwendung unterschiedlicher Kennfelder in Abhängigkeit davon, ob eine Abgasdrosselung vorgesehen ist oder nicht, wobei optimale Betriebsvariablen in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsfällen erhalten werden.
Fig. 11 zeigt ein Ablaufdiagramm zur besonderen Veranschaulichung der Bestimmung jeder Betriebsvariablen, wenn der vorstehend beschriebene Reaktivierungsbetrieb gemäß diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist. Der Ablauf wird mittels einer Routine durchgeführt, die nach jedem vorbestimmten Zeitintervall durch die ECU 30 verarbeitet wird.
In Schritt 401 wird bestimmt, ob die Ausführungsbedingungen für einen Reaktivierungsbetrieb erfüllt sind oder nicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die vom Partikelfilter 16 während des Maschinenbetriebs gesammelte Partikelmenge ständig unter Verwendung des Sammlungszählers überwacht. Steigt der Inhalt des Sammlungszählers auf einen vorbestimmten Wert an, dann wird bestimmt, dass ihre Reaktivierungsausführungsbedingungen erfüllt sind. Werden die Partikel mittels der Durchführung eines Reaktivierungsvorgangs oder dergleichen verbrannt, und ist der Inhalt des Sammlungszählers gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert (beispielsweise in der Nähe von Null), dann wird bestimmt, dass die Reaktivierungsausführungs­ bedingungen nicht erfüllt sind.
Sind die Reaktivierungsausführungsbedingungen im Schritt 401 nicht erfüllt, dann wird dieser Ablauf im gegenwärtigen Zustand beendet. In diesem Fall werden keine Abgasdrosselung und Arbeitstakteinspritzung durchgeführt, und die Hauptkraftstoffeinspritzmenge, die Einspritzperiode und die EGR-Gasmenge werden durch einen allgemeinen Steuerungsbetrieb bestimmt.
Sind die Reaktivierungsausführungsbedingungen im Schritt 401 erfüllt, dann werden im nachfolgenden Schritt 403 die Hauptkraftstoffeinspritzmenge QIJ und die Drehzahl NE gelesen. Die Hauptkraftstoffeinspritzmenge QIJ wird getrennt auf der Basis der Drehzahl NE und des Betätigungsausmaßes DEP des Fahrpedals berechnet. Bei diesem Ablauf werden die Größen QIJ und NE als Parameter verwendet zur Darstellung des Betriebszustands der Maschine (Belastungszustand).
In einem Schritt 405 wird aus den gelesenen Größen QIJ und NE bestimmt, ob die Maschine gegenwärtig in einem Bereich betrieben wird, in welchem eine Abgasdrosselung erforderlich ist zur Durchführung des Reaktivierungsbetriebs. Der Abgasdrosselbetrieb erfordert eine relativ große Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs. Somit ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Abgasdrosselung lediglich in einem Bereich des Betriebszustandes vorgesehen, in welchem der Partikelfilter 16 nicht reaktiviert werden kann, solange die Maschinenbelastung relativ niedrig ist, und wird dann die Abgastemperatur erheblich vergrößert.
Ist eine Abgasdrosselung erforderlich, dann wird in Schritt 407 auf der Basis der Maschinenbelastung (QIJ, NE) mittels einer vorbestimmten Beziehung der Grad der Abgasdrosselung (Öffnungsgrad des EGR-Steuerungsventils 26) bestimmt. Der Öffnungsgrad des EGR-Steuerungsventils kann kontinuierlich verändert werden in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung. Es wird jedoch zur Erzielung einer vereinfachten Steuerung auf drei Stufen gesteuert, d. h. auf volle Öffnung, halbe Öffnung (50% Öffnungsgrad) und vollständig geschlossen. In Schritt 407 wird der Öffnungsgrad des EGR-Steuerungsventils auf der Basis der Werte von QIJ und NE entweder auf den voll geöffneten oder halb geöffneten Zustand eingestellt.
Schritt 409 zeigt einen Berechnungsvorgang einer Korrekturmenge (Vergrößerung) der Hauptkraftstoffeinspritzmenge. In Schritt 409 wird die Korrekturmenge bestimmt auf der Basis det Werte von QIJ und NE aus einem numerischen Kennfeld, das im voraus auf der Basis der Ergebnisse des Maschinenbetriebs mit Abgasdrosselung gebildet wurde. Ist eine Abgasdrosselung vorgesehen, ist es möglich, die Hauptkraftstoffeinspritzmenge in größerem Umfang zu vergrößern als in dem Fall, dass eine Abgasdrosselung nicht vorgesehen ist. Daher wird in Schritt 409 eine Vergrößerung der Hauptkraftstoffeinspritzmenge auf einem relativ großen Wert eingestellt. Während des Reaktivierungsbetriebs ist die tatsächliche Hauptkraftstoffeinspritzmenge auf einen Wert eingestellt, der erhalten wird durch Addieren der in Schritt 409 berechneten Korrekturmenge zu dem Wert QIJ.
Ferner wird im Schritt 411 die Einspritzperiode der Hauptkraftstoffeinspritzung in ähnlicher Weise bestimmt auf der Basis der Werte von QIJ und NE aus dem numerischen Kennfeld, dass im voraus auf der Basis der Ergebnisse des Maschinenbetriebs mit Abgasdrosselung gebildet wurde.
In den Schritten 413, 415 und 417 werden jeweils die Kraftstoffeinspritzmenge, die Einspritzperiode und die EGR- Gasmenge einer Arbeitstakteinspritzung bestimmt unter Verwendung der Werte von QIJ und NE aus dem numerischen Kennfeld, das auf der Basis der Ergebnisse des Maschinenbetriebs mit Abgasdrosselung gebildet wurde. Die EGR-Gasmenge wird auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als derjenige, wenn keine Abgasdrosselung durchgeführt, wegen der Verminderung der frischen Ansaugluftmenge infolge der Abgasdrosselung.
Schritt 419 zeigt einen Ablauf zur Steuerung des Werts jeder Betriebsvariablen auf einen Wert, der mittels des zuvor beschriebenen Ablaufs eingestellt wird. In Schritt 419 wird der Öffnungsgrad des EGR-Steuerungsventils 26 derart gesteuert, dass der in Schritt 407 eingestellte Öffnungsgrad erzielt wird. Ferner werden der Hub und die Periode des Einspritzventils 11 jedes Zylinders derart eingestellt, dass die Einspritzmenge und die Einspritzperiode der Hauptkraftstoffeinspritzung nach der Korrektur erreicht wird. Für den Arbeitstakt jedes Zylinders werden ferner dieser Hub und diese Periode derart eingestellt, dass die Arbeitstaktkraftstoffeinspritzung mit der Einspritzmenge und der Einspritzperiode gemäß der Einstellung in den Schritten 413 und 415 durchgeführt wird. Des weiteren wird der Öffnungsgrad des Ansaugdrosselventils 10 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerungsventils 26 derart eingestellt, dass die in Schritt 417 eingestellte EGR-Gasmenge erhalten wird.
Wird demgegenüber die Maschine in einem Bereich des Betriebszustandes betrieben, in welchem gemäß Schritt 405 eine Abgasdrosselung nicht erforderlich ist bei dem Reaktivierungsbetrieb, dann werden die Haupteinspritzungskorrekturmenge, die Haupteinspritzperiode, die Arbeitstakteinspritzmenge und die Arbeitstakteinspritzperiode und die EGR-Gasmenge in den Schritten 421 bis 429 in ähnlicher Weise wie in den Schritten 409 bis 417 bestimmt. In diesem Fall wird jede Betriebsvariable in jedem Schritt bestimmt aus den gegenwärtigen Werten von QIJ und NE auf der Basis des numerischen Kennfelds, das im voraus aus den Ergebnissen des Maschinenbetriebs ohne Abgasdrosselung ermittelt wurde. In Schritt 431 werden das Einspritzventil, das Ansaugdrosselventil 10 und das EGR-Steuerungsventil 25 in gleicher Weise wie in Schritt 419 gesteuert, wobei jedoch der Öffnungsgrad des Abgasdrosselventils 26 im voll geöffneten Zustand gehalten wird.
Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird jede Betriebsvariable in diesem Ausführungsbeispiel in Abhängigkeit davon eingestellt, ob eine Abgasdrosselung vorgesehen ist oder nicht, so dass es möglich ist, eine Sollabgastemperatur in genauer Weise innerhalb einer kurzen Zeit zu erhalten, wenn eine Abgasdrosselung vorgesehen ist.
Im tatsächlichen Betrieb kann eine Zeitverzögerung auftreten, bis durch die Einstellung des Öffnungsgrades des EGR- Steuerungsventils die gewünschte Abgasdrosselung erhalten wird, da eine Betätigungsverzögerung des EGR- Steuerungsventils 26 vorliegt. Bei den Einstellungen in Schritt 419 können die Hauptkraftstoffeinspritzung oder die Arbeitstakteinspritzung und die EGR in Abhängigkeit von der Betätigungsgeschwindigkeit des EGR-Steuerungsventils 26 geändert werden.
Nachstehend wird nun ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Reaktivierungsbetrieb des Partikelfilters 16 mittels Arbeitstakteinspritzung durchgeführt. Ferner ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Abgasrückführung (EGR) in nahezu sämtlichen Bereichen des Betriebszustands der Maschine vorgesehen. Ist eine EGR vorgesehen, dann wird Hochtemperaturgas dem Luftansaugsystem zurückgeführt, und es steigt die Abgastemperatur an, da die frische Ansaugluftmenge vermindert wird. Ist die Arbeitstakteinspritzung vorgesehen, dann wird der EGR-Betrieb fortgesetzt, wodurch es möglich ist, die Erhöhung der Abgastemperatur zu vergrößern.
Wird die Arbeitstakteinspritzung durchgeführt, dann steigt jedoch die Abgasenergie an. In einer mit einem Abgasturbolader ausgestatteten Maschine steigt daher dessen Leistung an, und der Aufladedruck steigt ebenfalls. Daher kann die von der Maschine angesaugte Frischluftmenge stärker ansteigen als in dem Fall, dass keine Arbeitstakteinspritzung durchgeführt wird. Zur Erhöhung der Abgastemperatur auf eine gewünschte Temperatur mit dem vergrößerten Frischluftdurchfluss, entsteht ein Bedarf nach einer Vergrößerung der Arbeitstaktkraftstoffeinspritzmenge um eine Menge, die von der Erhöhung der Frischluftmenge abhängt, wodurch ein Ansteigen des Kraftstoffverbrauchs auftritt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird dann, wenn Arbeitstakteinspritzung und EGR-Betrieb durchgeführt werden, die EGR-Gasmenge in stärkerer Weise vergrößert als in dem Fall, dass keine Arbeitstakteinspritzung erfolgt, auch wenn die Maschinenbelastungen zueinander identisch sind. Auf diese Weise wird ein Ansteigen des Frischluftdurchflusses infolge der Arbeitstakteinspritzung unterdrückt, und es wird eine Vergrößerung des Kraftstoffverbrauchs verhindert.
Fig. 12 zeigt ein Ablaufdiagramm zum speziellen Veranschaulichen der Steuerung der EGR-Gasmenge in dem vorstehend erläuterten Reaktivierungsbetrieb. Dieser Ablauf wird von der ECU 30 immer nach vorbestimmten Zeitintervallen mittels einer Routine durchgeführt.
In Schritt 501 wird bestimmt, ob gegenwärtig die Reaktivierungsausführungsbedingungen erfüllt sind. Dabei wird Schritt 501 durchgeführt unter Verwendung des gleichen Verfahrens wie in Schritt 401 gemäß Fig. 11. Sind die Reaktivierungsausführungsbedingungen gegenwärtig erfüllt, dann werden in Schritt 403 die Kraftstoffeinspritzmenge QIJ und die Drehzahl NE gelesen. Es wird in Schritt 505 bestimmt, ob die Maschine gegenwärtig mittels Arbeitstakteinspritzung unter Belastungsbedingungen betrieben wird, bei welchen ein Reaktivierungsvorgang des Partikelfilters 16 durchgeführt werden soll. Wird beispielsweise die Maschine in einem Bereich betrieben, in welchem die Maschinenbelastung hoch ist und die Abgastemperatur relativ hoch ist, dann wird keine Reaktivierung des Partikelfilters 16 mittels Arbeitstakteinspritzung vorgesehen. Vielmehr ist eine Reaktivierung des Partikelfilters 16 unter Verwendung eines anderen Verfahrens (beispielsweise der Hauptkraftstoffeinspritzperiodenverzögerung oder dergleichen) vorgesehen, wobei der andere Ablauf durch die ECU 30 verarbeitet wird.
Erfolgt in Schritt 505 eine Reaktivierung des Partikelfilters 16 durch eine Arbeitstakteinspritzung, dann werden die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einspritzperiode gemäß dem nächsten Schritt 507 in Abhängigkeit von der Maschinenbelastung bestimmt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Einspritzmenge und die Einspritzperiode, die optimal sind zur Erhöhung der Abgastemperatur auf einen Sollwert, im voraus mittels eines Tests bei verschiedenen Maschinenbelastungen (QIJ, NE) erhalten. Diese Menge und diese Periode werden im ROM der ECU 30 in Form eines numerischen Kennfelds unter Verwendung der Größen QIJ und NE als Parameter gespeichert. In Schritt 507 werden die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einspritzperiode für die Arbeitstakteinspritzung unter Verwendung der Werte von QIJ und NE entsprechend diesem numerischen Kennfeld eingestellt.
In Schritt 509 wird die EGR-Korrekturmenge (Vergrößerung) für die Arbeitstakteinspritzung berechnet. Dabei wird die für den Fall der Arbeitstakteinspritzung erforderliche Vergrößerung der rückgeführten Abgasmenge zuvor durch Tests ermittelt und im ROM der ECU 30 in Form eines numerischen Kennfelds mit QIJ und NE als Parameter gespeichert. Im Schritt 509 wird die EGR-Korrekturmenge mittels dieses Kennfelds unter Verwendung der Werte von QIJ und NE bestimmt.
In Schritt 511 werden die bestimmte Einspritzmenge und Einspritzperiode für die Arbeitstakteinspritzung in einer Einspritzschaltung eingestellt, und in Schritt 513 wird die EGR-Gasmenge vergrößert. Gemäß der vorstehenden Beschreibung wird die EGR-Gasmenge erhöht durch entweder eine Öffnungsgradvergrößerung des EGR-Steuerungsventils 25 oder eine Öffnungsgradverminderung des Ansaugdrosselventils 10 oder beide Maßnahmen. Auf diese Weise wird, wenn Arbeitstakteinspritzung vorgesehen ist, die EGR-Gasmenge in stärkerem Maße vergrößert gegenüber dem Fall, dass keine Arbeitstakteinspritzung vorgesehen ist, und eine Vergrößerung in der Kraftstoffeinspritzmenge der Arbeitstakteinspritzung wird verhindert.
Nachstehend wird nun ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Reaktivierung des Partikelfilters 16 durchgeführt durch entweder Arbeitstakteinspritzung oder Abgasdrosselung, oder beide Maßnahmen. Werden jedoch sowohl Arbeitatakteinspritzung als auch Abgasdrosselung gleichzeitig durchgeführt, dann steigt der Abgasdruck erheblich an. Auch wenn der Öffnungsgrad des EGR-Steuerungsventils 25 leicht geändert wird, ändert sich die EGR-Gasmenge erheblich. Daher wird die EGR-Gasmenge in übergroßen Ausmaß vergrößert, so dass Fehlzündungen auftreten können. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zur Verhinderung von Fehlzündungen das EGR-Steuerungsventil 25 vollständig geschlossen und wird die Abgasrückführung beendet, wenn Abgasdrosselung und Arbeitstakteinspritzung durchgeführt werden.
Fig. 13 zeigt ein Ablaufdiagramm zum speziellen Veranschaulichen des vorstehend angegebenen EGR- Gasmengensteuerungsbetriebs dieses Ausführungsbeispiels. Dieser Ablauf wird immer nach vorbestimmten Zeitintervallen als Routine mittels der ECU 30 durchgeführt.
IN Schritt 601 werden die Maschinenbelastungsbedingungen (Kraftstoffeinspritzmenge QIJ und Drehzahl NE) gelesen. Es wird ferner in Schritt 603 bestimmt, ob gegenwärtig die Reaktivierungsausführungsbedingungen für den Partikelfilter 16 erfüllt sind oder nicht. Diese Bewertung erfolgt auf der Basis des Inhalts des Sammlungszählers, der getrennt in einer Weise wie in Schritt 401 gemäß Fig. 11 und Schritt 501 gemäß Fig. 12 berechnet wurde.
Sind in Schritt 603 die Reaktivierungsausführungsbedingungen erfüllt, dann wird im nachfolgenden Schritt 605 auf der Basis der Maschinenbelastung (QIJ, NE) bestimmt, ob die Maschine gegenwärtig in einem Bereich betrieben wird, in welchem eine Reaktivierung des Partikelfilters 16 mittels Arbeitstakteinspritzung erfolgen soll. Sind die Reaktivierungsausführungsbedingungen nicht erfüllt, oder wird die Maschine in einem Bereich betrieben, in welchem gemäß Schritt 605 keine Arbeitstakteinspritzung vorgesehen ist (beispielsweise in einem Bereich, in welchem die Reaktivierung durch eine Verzögerung der Hauptkraftstoffeinspritzung bewirkt wird), dann wird Schritt 611 verarbeitet. Dabei wird die EGR-Gasmenge aus dem zuvor gebildeten numerischen Kennfeld für den normalen Betrieb berechnet auf der Basis der Maschinenbelastung (QIJ, NE). In diesem Fall wird die EGR-Gasmenge auf einen Wert eingestellt, der für den normalen Betrieb geeignet ist.
Wird ferner die Maschine in einem Bereich betrieben, in welchem gemäß Schritt 605 Arbeitstakteinspritzung durchgeführt werden soll, dann wird gemäß Schritt 607 auf der Basis der Maschinenbelastung bestimmt, ob die Maschine in einem Bereich betrieben wird, in welchem Arbeitstakteinspritzung und Abgasdrosselung gleichzeitig durchgeführt werden sollen. Wird keine Abgasdrosselung durchgeführt, d. h. im Falle eines Bereichs, in welchem die Reaktivierung des Partikelfilters 16 lediglich durch Arbeitstakteinspritzung durchgeführt wird, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 611. Sodann wird die EGR-Gasmenge auf der Basis des zuvor gebildeten numerischen Kennfelds für den Fall der Arbeitstakteinspritzung eingestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ebenfalls die EGR-Gasmenge auf einen Wert eingestellt, der größer als derjenige während des normalen Betriebs ist, wenn Arbeitstakteinspritzung vorgesehen ist.
Wird demgegenüber die Maschine in einem Bereich betrieben, in welchem gemäß Schritt 607 sowohl Arbeitstakteinspritzung als auch Abgasdrosselung durchgeführt werden sollen, dann erfolgt ein Übergang zu Schritt 609. Sodann wird das EGR- Steuerungsventil 25 vollständig geschlossen, und der EGR- Betrieb wird beendet. Auf diese Weise wird die Erzeugung von Fehlzündungen infolge von unzureichender Steuerung der EGR- Gasmenge verhindert.
Nachstehend wird ein sechstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Sollansaugluftmenge (Frischluftmenge) der Maschine auf einen unterschiedlichen Wert eingestellt in Abhängigkeit davon, ob nur Arbeitstakteinspritzung durchgeführt wird oder ob Abgasdrosselung und Arbeitstakteinspritzung gleichzeitig vorgesehen sind, falls die Reaktivierung des Partikelfilters 16 durchgeführt wird durch Implementieren entweder der Arbeitstakteinspritzung oder der Abgasdrosselung oder beider Maßnahmen.
Ist eine Arbeitstakteinspritzung vorgesehen, dann steigt beispielsweise gemäß der vorstehenden Beschreibung der Aufladedruck stärker als im normalen Betrieb, und es steigt damit die Ansaugluftmenge an. Ferner ist zur Verbrennung des Kraftstoffs, der mittels der Arbeitstakteinspritzung eingespritzt wird, und zur Vergrößerung der Abgastemperatur eine größere Ansaugluftmenge erforderlich als im normalen Betrieb. Somit ändert sich die optimale Ansaugluftmenge in Abhängigkeit davon, ob Arbeitstakteinspritzung vorgesehen ist oder nicht.
Werden Abgasdrosselung und Arbeitstakteinspritzung gleichzeitig durchgeführt, wie es im fünften Ausführungsbeispiel beschrieben ist, dann kann die EGR- Abgasmenge im Übermaß groß werden, wodurch es erforderlich ist, die EGR-Gasmenge stärker als üblich zu vermindern oder den EGR-Betrieb zu beenden. In diesem Fall wird die Ansaugluftmenge durch die Verminderung der EGR-Gasmenge auch während der Abgasdrosselung vergrößert. Es ist ferner eine angemessene Ansaugluftmenge erforderlich zur Verbrennung der Kraftstoffeinspritzmenge, die durch die vorgesehene Abgasdrosselung vergrößert ist. Ist somit ebenfalls Arbeitstakteinspritzung vorgesehen, dann ändert sich die optimale Ansaugluftmenge in Abhängigkeit davon, ob Abgasdrosselung vorgesehen ist oder nicht.
Bezüglich eines Falls des normalen Betriebs (wenn keine Arbeitstakteinspritzung vorgesehen ist), eines Falls, bei dem lediglich Arbeitstakteinspritzung vorgesehen ist, und eines Falls, bei dem sowohl Arbeitstakteinspritzung als auch Abgasdrosselung vorgesehen sind, wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein Testbetrieb der Maschine unter verschiedenen Belastungsbedingungen (Kraftstoffeinspritzmenge QIJ und Drehzahl NE) durchgeführt und werden dadurch optimale Werte der Ansaugluftmenge (Sollansaugluftmenge) erhalten. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Fall der vorstehend genannten Fälle wird die optimale Ansaugluftmenge unter Verwendung der Größen QIJ und NE im ROM der ECU 30 als numerisches Kennfeld gespeichert. Sodann wird die Sollansaugluftmenge berechnet auf der Basis der Belastungsbedingungen unter Verwendung des entsprechenden numerischen Kennfelds in Abhängigkeit davon, ob während des Betriebs der Maschine Arbeitstakteinspritzung vorliegt oder nicht und ob Abgasdrosselung vorliegt oder nicht.
Ferner werden bei diesem Ausführungsbeispiel der Öffnungsgrad des Ansaugluftdrosselventils 10 und der Öffnungsgrad des EGR- Ventils 25 derart gesteuert, dass die tatsächliche Ansaugluftmenge gleich der vorstehend berechneten Sollansaugluftmenge ist. Somit wird die Ansaugluftmenge auf eine optimale Ansaugluftmenge in Abhängigkeit davon gesteuert, ob Arbeitstakteinspritzung vorgesehen ist oder nicht oder ob Abgasdrosselung vorgesehen ist oder nicht, so dass es möglich ist, eine Verschlechterung der Abgaseigenschaften infolge einer übergroßen Verminderung der Ansaugluftmenge zu verhindern, während gleichzeitig die Abgastemperatur während der vorgesehenen Reaktivierung genau auf die Solltemperatur vergrößert wird.
Fig. 14 zeigt ein Ablaufdiagramm zur speziellen Veranschaulichung des vorstehend angegebenen Ansaugluftmengensteuerungsablaufs. Dieser Ablauf wird nach jedem vorbestimmten Zeitintervall durch die ECU 30 mittels einer Routine verarbeitet.
In Schritt 701 werden die Belastungsbedingungen der Maschine (Kraftstoffeinspritzmenge QIJ und Drehzahl NE) gelesen. Es wird sodann in Schritt 703 bestimmt, ob gegenwärtig ein Arbeitstakteinspritzbetrieb durchgeführt wird, d. h. ob gegenwärtig eine Reaktivierung des Partikelfilters 16 durchgeführt wird oder nicht. Wird gegenwärtig keine Arbeitstakteinspritzung durchgeführt, d. h. liegt gegenwärtig ein normaler Betrieb vor, dann erfolgt ein Übergang zum nachfolgenden Schritt 707. Sodann wird die Sollansaugluftmenge eingestellt anhand der Werte QIJ und NE, die in Schritt 701 gelesen wurden, unter Verwendung des im ROM der ECU 30 gespeicherten numerischen Kennfeldes für Normalbetrieb. In Schritt 709 werden die Öffnungsgrade des Ansaugdrosselventils 10 und des EGR-Steuerungsventils 25 in Abhängigkeit von der eingestellten Sollansaugluftmenge angepasst.
Ist gemäß Schritt 703 Arbeitstakteinspritzung vorgesehen, dann wird gemäß dem nachfolgenden Schritt 705 bestimmt, ob Arbeitstakteinspritzung und gleichzeitig Abgasdrosselung gegenwärtig vorgesehen sind. Ist lediglich Arbeitstakteinspritzung vorgesehen, dann wird die Sollansaugluftmenge gemäß Schritt 707 eingestellt auf der Basis des im ROM der ECU 30 gespeicherten numerischen Kennfelds für Arbeitstakteinspritzung. In Schritt 709 werden die Öffnungsgrade des Ansaugdrosselventils 10 und des EGR- Steuerungsventils 23 in Abhängigkeit von der Sollansaugluftmenge angepasst.
Sind demgegenüber gemäß Schritt 705 sowohl Arbeitstaktei 03416 00070 552 001000280000000200012000285910330500040 0002019957715 00004 03297nspritzung als auch Abgasdrosselung vorgesehen, dann wird die Sollansaugluftmenge gemäß Schritt 715 auf der Basis des im ROM der ECU 30 gespeicherten numerischen Kennfelds für den Fall gleichzeitiger Arbeitstakteinspritzung und Abgasdrosselung. Im Schritt 717 werden die Öffnungsgrade des Ansaugdrosselventils 10 und des EGR-Steuerungsventils 23 in Abhängigkeit von der Sollansaugluftmenge angepasst.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird für jede Maschinenbelastung und für jede Betriebsbedingung (normaler Betrieb, Implementierung der Arbeitstakteinspritzung, und Implementierung sowohl der Arbeitstakteinspritzung als auch der Abgasdrosselung), eine Kombination zwischen den Öffnungsgraden des Ansaugdrosselventils 10 und des EGR- Steuerungsventils 25, die erforderlich ist zur Einstellung der Ansaugluftmenge auf eine Sollansaugluftmenge, im voraus durch Tests bestimmt und werden diese Kombinationen im ROM der ECU 30 in Form numerischer Kennfelder unter Verwendung der Größen QIJ und NE für sämtliche jeweiligen Betriebsbedingungen gespeichert. In den Schritten 709 und 717 werden die Öffnungsgrade des Ansaugdrosselventils 10 und des EGR-Steuerungsventils 25 eingestellt auf der Basis der in Schritt 701 gelesenen Werte QIJ und NE unter Verwendung des Kennfelds der betreffenden eingestellt.
Bei der Durchführung gemäß des Ablaufs gemäß Fig. 14 wird die Ansaugluftmenge auf eine optimale Sollansaugluftmenge in Abhängigkeit davon eingestellt, ob Arbeitstakteinspritzung vorgesehen ist oder nicht und ob Abgasdrosselung zusätzlich vorgesehen ist oder nicht, wenn Arbeitstakteinspritzung vorgesehen ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird Kraftstoff zur Aufheizung des Partikelfilters unter Verwendung der SekundärKraftstoffeinspritzung zum Zwecke der Reaktivierung des Partikelfilters zugeführt. Ein zusätzliches Kraftstoffeinspritzventil kann jedoch in der Abgasanlage stromauf des Partikelfilters 16 vorgesehen sein, und der Aufheizungskraftstoff kann mittels dieses zusätzlichen Kraftstoffeinspritzventils zugeführt werden. Ferner kann bei diesem Ausführungsbeispiel der Öffnungsgrad des Abgasdrosselventils 26 gesteuert werden, so dass der Durchfluss in den Partikelfilter 16 einströmenden Abgases gesteuert wird. Dieser Durchfluss kann jedoch auch gesteuert werden durch Steuern des Öffnungsgrads des Ansaugdrosselventils 10, das im Ansaugkanal angeordnet ist.
Ferner sind als zwangsläufige Reaktivierungsverfahren für den Partikelfilter 16 möglich: die Anordnung einer elektrischen Heizeinrichtung am Partikelfilter 16 zum direkten Aufheizen des Partikelfilters 16; die Verwendung eines Brenners; die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Luft- Kraftstoff-Gemischs zur Verbrennung in der Brennkammer der Maschine in Richtung zur "fetten" Seite in stärkerem Maß als während des normalen Betriebs; oder die Verzögerung des Zündzeitpunkts bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen in stärkerer Weise als bei einem normalen Betrieb.

Claims (14)

1. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem in einer Abgasanlage (14, 15, 18) der Brennkraftmaschine angeordneten Partikelfilter (16) zum Sammeln von im Abgas enthaltenen Partikeln und einer Reaktivierungseinrichtung zum Reaktivieren des Partikelfilters, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Reaktivierungseinrichtungen zur Reaktivierung des Partikelfilters (16) vorhanden sind, wobei zumindest eine aus der Vielzahl von Reaktivierungseinrichtungen ausgewählt wird auf der Basis des Betriebszustands der Brennkraftmaschine (1), so dass der Partikelfilter (16) mittels der ausgewählten Reaktivierungseinrichtung reaktiviert wird.
2. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl der Reaktivierungseinrichtungen sich bezüglich Energieeffizienz und bewirkter Temperaturerhöhung des Partikelfilters (16) unterscheiden.
3. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählte Reaktivierungseinrichtung bestimmt wird auf der Basis der Geschichte des Betriebszustands der Brennkraftmaschine (1).
4. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) in eine Vielzahl von Bereichen (I, II, III, IV) aufgeteilt ist, wobei die Auswahl der Reaktivierungseinrichtung jeweils getrennt für jeden der Bereiche erfolgt, und der Partikelfilter (16) reaktiviert wird, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) zu einem Bereich gehört, dem eine der ausgewählten Reaktivierungseinrichtungen zugeordnet ist.
5. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) in eine Vielzahl von Bereichen (I, II, III, IV, V) aufgeteilt ist, zumindest ein Bereich (ASLCT) aus der Vielzahl der Bereiche ausgewählt wird auf der Basis der Geschichte des Betriebszustands der Brennkraftmaschine (1), und der Partikelfilter (16) reaktiviert wird, wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu dem ausgewählten Bereich (ASLCT) gehört.
6. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bestimmung der Menge (SP) der im Partikelfilter (16) angesammelten Partikel, wobei der Partikelfilter (16) reaktiviert wird, wenn die Menge (SP) größer als ein vorbestimmter oberer Grenzwert (SPU) der Partikelmenge ist.
7. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte obere Grenzwert (SPU) der Partikelmenge in Abhängigkeit von dem ausgewählten Bereich (ASLCT) oder der ausgewählten Reaktivierungseinrichtung geändert wird.
8. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vielzahl der Reaktivierungseinrichtungen umfasst
eine Verzögerungsreaktivierungseinrichtung zur Verzögerung der Hauptkraftstoffeinspritzperiode, und
eine Sekundäreinspritz-EGR-Reaktivierungseinrichtung zur Durchführung einer Sekundärkraftstoffeinspritzung während des Arbeitstaktes oder des Ausstoßtaktes und zur Vergrößerung einer rückgeführten Abgasmenge, wobei
der Partikelfilter (16) mittels der Verzögerungsreaktivierungseinrichtung reaktiviert wird, wenn die Maschinenbelastung größer als eine vorbestimmte Maschinenbelastung ist, und
der Partikelfilter (16) mittels der Sekundäreinspritz-EGR- Reaktivierungseinrichtung reaktiviert wird, wenn die Maschinenbelastung niedriger als die vorbestimmte Maschinenbelastung ist.
9. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung (26, 27) zur Steuerung des Durchflusses des in den Partikelfilter (16) einströmenden Abgases, wobei
die Vielzahl der Reaktivierungseinrichtungen umfasst
eine Sekundäreinspritz-EGR-Reaktivierungseinrichtung zur Durchführung einer Sekundärkraftstoffeinspritzung während des Arbeitstaktes oder des Ausstoßtaktes und zur Vergrößerung einer rückgeführten Abgasmenge, und
eine Sekundäreinspritz-Abgasdrosselung- Reaktivierungseinrichtung zur Durchführung einer Sekundärkraftstoffeinspritzung während des Arbeitstaktes oder des Ausstoßtaktes und zur Verminderung des Durchflusses des in den Partikelfilter (16) einströmenden Abgases, wobei
der Partikelfilter (16) mittels der Sekundäreinspritz-EGR- Reaktivierungseinrichtung reaktiviert wird, wenn die Maschinenbelastung höher als eine vorbestimmte Maschinenbelastung ist, und
der Partikelfilter (16) mittels der Sekundäreinspritz- Abgasdrosselung-Reaktivierungseinrichtung reaktiviert wird, wenn die Maschinenbelastung niedriger als die vorbestimmte Maschinenbelastung ist.
10. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
eine Temperaturerfassungseinrichtung (40a) zur Erfassung der Temperatur des Partikelfilters (16), und
eine Reaktivierungssteuerungseinrichtung zur Steuerung des Reaktivierungsvorgangs des Partikelfilters (16), wenn der Betriebszustand der Brennkraftmaschine (1) in einem vorbestimmten Bereich liegt, wobei die Reaktivierungssteuerungseinrichtung den Reaktivierungsvorgang auch bei Betrieb der Brennkraftmaschine außerhalb des vorbestimmten Bereichs fortsetzt, wenn die Temperatur des Partikelfilters (16) vorbestimmte Temperaturbedingungen erfüllt.
11. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl der Reaktivierungseinrichtungen die Temperatur des Abgases erhöhen durch zumindest einen Betrieb aus der nachfolgenden Gruppe von Betriebsweisen:
Abgasdrosselungsbetrieb zur Verminderung des Durchflusses des Abgases durch Betätigen eines in der Abgasanlage (14, 15, 18) angeordneten Abgasdrosselventils (26),
Arbeitstakteinspritzbetrieb zur Durchführung einer Kraftstoffeinspritzung während des Arbeitstaktes eines Zylinders der Brennkraftmaschine,
EGR-Betrieb zum Rückführen eines Teils des Abgases aus der Abgasanlage (14, 15, 18) zu einer Ansauganlage (3, 4, 7) der Brennkraftmaschine, und
Hauptkraftstoffeinspritzbetrieb zum Ändern der Kraftstoffeinspritzmenge und Einspritzperiode während der Haupteinspritzung für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine,
wobei dann, wenn der Abgasdrosselungsbetrieb durchgeführt wird, jede der Betriebsvariablen, wie die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einspritzperiode bei dem Arbeitstakteinspritzbetrieb, der Durchfluss des rückgeführten Abgases, die Kraftstoffeinspritzmenge und die Einspritzperiode bei dem Hauptkraftstoffeinspritzbetrieb, auf der Basis einer ersten vorgegebenen Beziehung in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt wird, und
wobei dann, wenn kein Abgasdrosselungsbetrieb durchgeführt wird, jede der Betriebsvariablen auf der Basis einer zweiten vorgegebenen Beziehung in Anhängigkeit vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt wird, wobei die zweite vorgegebene Beziehung verschieden von der ersten vorgegebenen Beziehung ist.
12. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der EGR-Betrieb implementiert ist während der Durchführung des Arbeitstakteinspritzbetriebs, der Durchfluss des rückgeführten Abgases in stärkerem Maße vergrößert wird als dann, wenn kein Arbeitstakteinspritzbetrieb durchgeführt wird.
13. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der EGR-Betrieb beendet wird, wenn sowohl der Arbeitstakteinspritzbetrieb als auch der Abgasdrosselungsbetrieb vorgesehen sind.
14. Abgasausstoß-Steuerungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sollansaugluftmenge der Brennkraftmaschine eingestellt wird auf der Basis von deren Betriebszustand in Abhängigkeit davon, ob der Arbeitstakteinspritzbetrieb vorgesehen ist oder nicht und ob der Abgasdrosselungsbetrieb vorgesehen ist oder nicht, und dass zumindest einer der Öffnungsgrade eines in der Ansauganlage (3, 4, 7) angeordneten Ansaugdrosselventils (10) und eines EGR-Steuerungsventils (25) so gesteuert wird, dass die Ansaugluftmenge zur Sollansaugluftmenge wird.
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