DE4041917C2

DE4041917C2 - Abgasreinigungsanlage zur Verwendung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4041917C2
Application number: DE4041917A
Authority: DE
Inventors: Motohiro Shinzawa; Shunichi Aoyama; Yoshiki Sekiya; Nobukazu Kanesaki
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2010-12-28
Also published as: FR2657649A1; KR940009048B1; GB2239407A; DE4041917A1; US5287698A; KR910012499A; US5319930A; GB2239407B; GB9027940D0; US5195316A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsanlage der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen, aus der EP 0 220 484-A2 bekannten Abgas reinigungsanlage wird das Strömungssteuerventil nach Maßgabe von Daten betätigt, die den Betriebszustand der Brennkraft maschine angeben, wie Drehzahl und Drehmoment, die Abgastem peratur, den Abgasgegendruck oder den Druckverlust am Filter sowie die Kraftstoffeinspritzmenge. Die gezielte Regenera tion wird immer dann eingeleitet, wenn der Abgasgegendruck einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasreinigungsanlage der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubil den, daß das Erfordernis einer Regeneration des Filters noch zuverlässiger zu erfassen ist.

Bei einer Abgasreinigungsanlage der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil der Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die bei der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage vorgesehenen doppelte Überwachung unterschiedlicher Be triebsparameter der Brennkraftmaschine bzw. am Filter in der Abgasanlage gemessener Parameter werden erste und zweite voneinander unabhängige Signale erzeugt, die jeweils eine Regeneration des Filters veranlassen. Durch Auswahl des je weils zuerst auftretenden Signals, um aufgrund dieses die Regeneration des Filters zu veranlassen, wird eine fehler sichere Betriebsweise der Abgasreinigungsanlage erreicht. Sollte z. B. die auf die Drücke ansprechende Sensoreinrich tung z. B. infolge von Verstopfungen unwirksam werden, wird immer noch ein Signal für das Erfordernis einer Regeneration aufgrund der von den anderen Sensoren abgegebenen Daten er zeugt. Sollten andererseits diese die Maschinendrehzahl und die Maschinenbelastung erfassenden Sensoren ausfallen oder fehlerhafte Daten angeben, wird das Signal aufgrund der er faßten Drücke immer noch erzeugt.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeich nung erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einem Filter und einer Regenerationseinrichtung,

Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung der wesentlichen Einzelheiten einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3A und 3B Flußdiagramme zur Verdeutlichung der Arbeitsweise dieser Ausführungsform,

Fig. 4-7 Datentabellen, die bei der Ausführungsform zum Einsatz kommen,

Fig. 8 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung der wesentlichen Einzelheiten einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 und 10 Ansichten zur Verdeutlichung von Schwell pegeln, die bei der Steuerung der zweiten Aus führungsform zum Einsatz kommen,

Fig. 11A und 11B Flußdiagramme zur Verdeutlichung der Ar beitsweise der zweiten Ausführungsform und

Fig. 12-16 Datentabellen, die bei der zweiten Ausführungsform zum Einsatz kommen.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine, bei der die Ausführungsformen angewendet werden. Ein im Grundzustand offenes An saugdrosselventil 6 ist in der Ansaughauptleitung 5 angeordnet und mit einem Unterdruckservomotor 8 betriebsverbunden.

Die Vakuumkam mer des Vakuumservomotors ist mit einer Vakuumpumpe über ein Dreiwege-Magnetventil 19 verbun den. Wenn das Ventil 19 eingeschaltet ist, wird ein Un terdruck mit einer vorbestimmten Größe an die Vakuumkammer der Servoeinrichtung anstelle des Atmosphärendrucks ange legt.

Ein im Grundzustand offenes Abgasdrosselventil 21 ist in der Abgasleitung 2 stromauf eines Filters 3 angeordnet. Das Ventil ist mit einem Vakuumservomotor 22 betriebsver bunden. Ein Dreiwege-Magnetventil 23 ist derart ausgelegt, daß das Anlegen des Unterdrucks von der Vakuumpumpe an die Vakuumkammer des Motors gesteuert wird.

Ein Bypasskanal 24 überbrückt das Filter. Ein im Grundzustand geschlossenes Bypass-Steuerven til 25 ist in dem Bypasskanal 24 ange ordnet und mit einem Vakuumservomotor 26 betriebsverbun den. Ein Magnetventil 27 ist derart ausgelegt, daß das An legen des Unterdrucks an die Vakuumkammer des Vakuumservomotors 26 gesteuert wird.

Eine Heizeinrichtung 29 ist unmittelbar stromauf des Filters angeordnet und derart ausgelegt, daß der Fil ter beim Zuführen eines Erregungssignales von einer Steuereinheit 41 aufgewärmt wird.

Die Heizein richtung 24 und das Bypass-Steuerventil 25 sind in Kombination zueinander vorgesehen, um eine Filtertemperatur-Steueran ordnung zu bilden.

Ein Drucksensor 31 der Halbleiterbauart ist angeordnet, um die Druckdifferenz ΔP zu erfassen, die sich am Filter er gibt, während Temperatursensoren 32, 33 der Thermoelement bauart angeordnet sind, um die Einlaß- und Auslaßtempera turen zu bestimmen, die an den stromaufwärtigen und stromabwärtigen Enden des Filters herrschen, und um je weils TIN und TOUT-Signale abzugeben.

Ein Kurbelwinkelsensor 43 ist angeordnet, um die Drehzahl Ne der Brennkraftmaschine 1 zu erfassen, während ein Brennkraftmaschinenbelastungssensor 35 angeordnet ist, um ein Signal Q abzugeben, welches den Gaspedalniederdrückweg wiedergibt. Ein Brenn kraftmaschinenkühlmittel-Temperatursensor 36 ist angeord net, um ein TW-Signal an die Steuereinheit abzugeben.

Die Steuereinheit 41 enthält einen Mikroprozessor, der auf die Ausgänge der vorstehend angegebenen Sensoren anspricht und Treibersignale an die Dreiwege-Ma gnetventile 19, 23 und 27 abgibt.

Fig. 2 zeigt die wesentlichen Einzelheiten der ersten Ausführungsform. Diese Ausführungs form weist eine Auslegung auf, bei der die Druckdifferenz ΔP, die am Filter 3 auftritt, überwacht wird, und die Druck differenz, die unmittelbar nach einer Regenerierung ermit telt wurde, mit einem ΔPmax Wert verglichen wird, um ein Verhältnis aufzustellen. Dieses Verhältnis wird mit der Menge der unbrennbaren Partikel größer, die sich im Filter sammeln. Nach Maßgabe der Menge an unverbrannten Resten ZAN, die hierbei angegeben wird und die sich im Filter ge sammelt haben, erfolgt eine zeitliche Vorverstellung für die Einleitung der nächsten Regenerierung.

Die Fig. 3A, 3B zeigen Flußdiagramme von Arbeitsweisen, welche die Steuerung charakterisieren, die bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. Der erste Schritt des Steuerungsablaufes ist jener, daß Ne, Q, TW, TIN und ΔP eingelesen werden. Im Schritt 3S2 wird bestimmt, ob es erforderlich ist, eine Regenerierung einzuleiten oder nicht. In diesem Fall erfolgt die Bestimmung dadurch, daß man das Setzen eines Merkers F1 für eine erforderliche Re generierung abfragt und hierbei ermittelt, ob dieser Mer ker gesetzt ist oder nicht. Wenn die Regenerierung nicht erforderlich ist, ist F1 = 0.

Im Schritt 3S3 wird bestimmt, ob eine Regenerierung unmit telbar abgeschlossen ist oder nicht. Diese Bestimmung ba siert auf dem Status eines zweiten Merkers F2 für die Beendigung einer Regenerierung. Dieser Merker ist gesetzt (F2 = 0), wenn eine Regenerierung abgeschlossen ist. Wenn das Ergebnis dieser Abfrage angibt, daß unmittelbar eine Regenerierung abgeschlossen ist, wird der Steuerungsablauf mit dem Schritt 3S4 fortgesetzt, in dem bestimmt wird, ob es Zeit für die Integration der Partikelbeladungsmenge ist oder nicht. Bei einem bejahenden Ergebnis wird der Steue rungsablauf mit dem Schritt 3S5 fortgesetzt, in dem ein Wert von ΔPCT unter Verwendung der aufgelisteten Daten nachgeschlagen wird, die in Fig. 4 gezeigt sind, und wo bei die momentane Brennkraftmaschinendrehzahl und die Werte der momentanen Brennkraftmaschinenbelastung berück sichtigt werden. Es ist noch zu erwähnen, daß in dieser Tabelle die positiven ΔPCT-Werte in dem Bereich mit nied riger Drehzahl/geringer Belastung liegen, wenn die Ab gastemperatur niedrig ist, und sich die Partikel im Filter sammeln. Andererseits erhält man negative Werte in den Brennkraftmaschinendrehzahl-Belastungsbereichen, in denen die Abgastemperatur so ausreichend hoch ist, daß ein spon tanes Abbrennen und Regenerieren eingeleitet werden kann. Somit führt die Addition eines negativen Wertes zu einer entsprechenden Reduktion des SUM-Wertes, während die Addition eines positiven Wertes den SUM-Wert konstant hält, welcher die tatsächliche Sammelmenge angibt.

Da der Wert von ΔPCT mit dem Alter und dem entsprechenden Schlechterwerden der Brennkraftmaschine zunimmt, lassen sich die Werte von ΔPCT nach Maßgabe der insgesamt mit dem Fahrzeug zurückgelegten Wegstrecke, der Anzahl von Be triebsstunden der Brennkraftmaschine, einem unter Nutzung der Betriebszeit und Belastung abgeleiteten Wert, bei dem die Zeitzählung für den hohen Belastungsbetriebszustand erhöht (gewichtet) wird oder dergleichen aktualisieren.

Im Anschluß hieran wird in einem Schritt 3S6 die Menge der gesammelten Partikel SUM dadurch aktualisiert, daß man den unmittelbar erhaltenen Wert von ΔPCT addiert, d. h.:

SUM = SUM + ΔPCT (16).

Es ist noch zu erwähnen, daß diese Integration in vorbe stimmten Zeitintervallen (beispielsweise 2-3 Sek. durchgeführt wird, und daß der Anfangswert von SUM nicht Null ist. Der Grund hierfür wird nachstehend noch näher erläutert.

Im Schritt 3S7 wird der aktualisierte SUM-Wert mit einem vorbestimmten Bezugswert verglichen, um zu bestimmen, ob ausreichend Partikel gesammelt wurden, um eine Regenerie rung einzuleiten oder nicht. Wenn SUM gleich oder größer als der Bezugswert ist, schreitet der Steuerungsablauf mit dem Schritt 3S8 fort, in dem der Merker für eine erforder liche Regeneration gesetzt wird (F1 = 1).

Im Schritt 3S9 werden Befehle ausgegeben, welche die Heiz einrichtung 29 so steuern, daß diese ausgeschaltet ist (AUS), und daß die Drosselventile 6, 21 und 25 die "Ausgangs-" oder Auslaßstellungen einnehmen. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß das System so in Be triebsbereitschaft initialisiert wird, daß die Temperatur- Steuerbefehle angenommen werden können.

Nach dem Schritt 3S9 kehrt der Steuerungsablauf zu dem Schritt 3S1 zurück. Da der Merker F1 für eine erforderli che Regenerierung gesetzt ist, wird beim nächsten Durch lauf der Steuerungsablauf ausgehend von dem Schritt 3S2 mit dem Schritt 3S10 fortgesetzt, in dem der momentane TIN Wert mit T1 verglichen wird. In diesem Fall wird T1 gleich TREG oder 400°C gewählt.

Wenn TIN T1 ist, wird angenommen, daß die Abgastempera tur zur Einleitung einer Verbrennung ausreichend ist, ohne daß man eine weitere Temperaturerhöhung benötigt, und der Steuerungsablauf wird mit dem Schritt 3S12 fortgesetzt. Wenn andererseits herausgefunden wird, daß TIN kleiner als T1 ist, dann wird in einem Schritt 3S11 der momentane TW- Wert mit einem vorbestimmten Wert (beispielsweise 50°C) verglichen. Wenn TW gleich oder größer als der gegebene Wert ist, wird der Steuerungsablauf mit dem Schritt 3S13 fortgesetzt, in dem die Heizeinrichtung 29 eingeschaltet wird, und sowohl das Ansaug- als auch das Auslaßsystem durch Schließen der Drosselventile 6 und 21 gedrosselt werden. Durch diese Maßnahme wird die Abgastemperatur er höht und die Verbrennung der angesammelten, brennbaren Partikel eingeleitet.

Wenn jedoch TW kleiner als der vorstehend angegebene Wert ist, wird der Steuerungsablauf mit dem Schritt 3S14 fort gesetzt, in dem die drei Drosselventile 6, 21 und 25 ge öffnet werden.

In den Schritten 3S15 und 3S16 wird ein Regenerationszeit wert inkrementell bei jedem Durchlauf des Steuerungsab laufes durch jeden dieser Schritte erhöht. Im Schritt 3S17 wird der gegenwärtige Regenerationszeitwert mit einem eine vorbestimmte Zeit wiedergebenden Wert (beispielsweise 10 Sek.) verglichen. Wenn der Zählwert niedriger als der vorbestimmte Wert ist, wird der Steuerungsablauf zu dem Schritt 3S1 zurückgeführt.

Bei dem in einem der Schritte 3S16 und 3S17 zu erzeu genden, vorbestimmten Zählwert erfolgt eine Umschaltung des Steuerungsablaufes im Schritt 3S17 zu dem Schritt 3S18, in dem der Merker F2 für die Beendigung der Regene ration gesetzt wird (F2 = 1). Im Schritt 3S19 werden die während der momentanen Regenerierung gespeicherten Daten gelöscht, und der Merker F1 wird gelöscht (F1 =0).

Im nächsten Durchlauf des Steuerungsablaufs wird dieser ausgehend von dem Schritt 3S2 mit dem Schritt 3S20 in Ab hängigkeit von dem Stand des Merkers F2 für die Beendigung der Regenerierung fortgesetzt. Im Schritt 3S20 wird be stimmt, ob die erforderlichen Bedingungen für die Erfas sung der Druckdifferenz ΔP vorhanden sind oder nicht. In diesem Fall ist es erforderlich, daß die Brennkraftmaschi nendrehzahl und -Belastung gleich oder größer als die vorbestimmten Werte sind und die seit der letzten Abtastung verstrichene Zeit einen vorbestimmten Grenzwert (beispielsweise 20 Sek.) überschreitet. Wenn diese Bedin gungen nicht erfüllt sind, wird der Steuerungsablauf zu dem Schritt 3S1 über den Schritt 3S9 zurückgeführt.

Wenn die erforderlichen Bedingungen für die Abtastung sich ergeben, wird der Steuerungsablauf mit dem Schritt 3S21 fortgesetzt, in dem der Ausgang des Druckdifferenzsensors 31 abgefragt wird und der Wert im Speicher abgelegt wird. Der Wert wird dann hinsichtlich der Brennkraftmaschinen kühlmitteltemperatur unter Verwendung der folgenden Glei chung korrigiert:

ΔP = ΔP × KTW (17).

In diesem Fall kann man den Kühlmitteltemperaturkorrektur faktor KTW durch Nachschlagen unter Verwendung der Daten tabellen gemäß Fig. 5 erhalten. Der Grund für diese Kor rektur ist darin zu sehen, daß die Temperatur der Abgase bei niedrigen Kühlmitteltemperaturen abzusinken neigt, wo durch eine Abnahme des Wertes von ΔP verursacht wird.

Im Schritt 3S22 erhält man einen ΔPmax Wert durch Nach schlagen in den Datentabellen, die in Fig. 6 gezeigt sind, ein ΔP/Pmax Verhältnis wird ermittelt und das erhal tene Verhältnis wird zum Nachschlagen in einer Datenta belle zur Ermittlung eines ZAN Wertes genutzt. Wie sich hieraus ersehen läßt, steigt der Wert von ZAN mit dem Wert des Verhältnisses ΔP/Pmax an.

Im Schritt 3S23 wird bestimmt, ob die entsprechende Anzahl von ZAN Abfragen (beispielsweise vier Abfragen) aufge zeichnet ist oder nicht. Wenn die entsprechende Anzahl aufgezeichnet und gespeichert wurde, wird der Steuerungs ablauf mit dem Schritt 3S23 fortgesetzt, in dem eine sta tistische Verarbeitung einschließlich der Ermittlung eines gewichteten Mittelwertes vorgenommen wird. Insbesondere wird der erste Abtastwert im Speicher wie folgt gesetzt:

ZAN1 = ZAN1 (18).

Im Anschluß hieran wird der gewichtete Mittelwert des ZAN1-Wertes mit dem zweiten Wert verwendet, um einen ge wichteten ZAN2-Wert zu erhalten:

ZAN2 = (3ZAN1 + ZAN2)/4 (19).

In ähnlicher Weise werden die gewichteten ZAN3- und ZAN4- Werte abgeleitet:

ZAN3 = (3ZAN2 + ZAN3)/4 (20)
ZAN4 = (3ZAN3 + ZAN4)/4 (21).

Der gewichtete ZAN4 Wert wird im Speicher als Anfangswert von SUM gespeichert.

Im Schritt 3S26 wird ein Merker F2 gelöscht.

Zusammenfassend ist bei dieser vorstehend beschriebenen Ausführungsform die Auslegung derart getrof fen, daß der Regenerierungswirkungsgrad durch die Druck differenz ungünstiger werden kann, die an dem Filter 3 im Anschluß an eine Regeneration auftritt. Die Menge an Par tikeln, die im Filter im Anschluß an die Regeneration bleibt, wird basierend auf dem Regenerationswirkungsgrad ermittelt, und dieser wird als Anfangswert von SUM bei der nächsten Regeneration genutzt.

Fig. 8 zeigt die wesentlichen Einzelheiten einer zweiten Ausführungsform. Wie sich aus dieser Figur ersehen läßt, ist diese Aus führungsform derart ausgelegt, daß man die Daten, wie der vom Fahrzeug zurückgelegte Weg, die Fahrzeit und die ver brauchte Brennstoffmenge bzw. Kraftstoffmenge nutzt. Ob gleich in Fig. 1 nicht speziell gezeigt ist, kann man diese Daten von einem Fahrzeug-Fahrtkilometermesser einer in der Steuereinheit 41 eingebauten Uhr eines Kraftstoff durchflußmessers und dergleichen erhalten. Die möglichen technischen Ausführungsformen und Varianten sind auf dem Gebiet des Kraftfahrzeugbaus und der Brennkraftmaschinen steuerung an sich bekannt, so daß keine näheren Einzelhei ten diesbezüglich erforderlich sind.

Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine solche Auslegung aus, daß die Regenerationseinleitungszeit (Regenerationsintervall) auf einem empirisch ermittelten Plan basiert, den man unter Verwendung der Abläufe hin sichtlich des Sammelns der Partikel und der Druckdifferenz erhält. In anderen Worten bedeutet dies, daß für jede Bau art einer Brennkraftmaschine (und/oder Filter) die ent sprechenden Daten aufgezeichnet werden und diese Statisti ken oder "der zeitliche Ablauf" ermittelt wird, um diesen Ablaufplan zu erstellen, welcher die Intervalle wieder gibt, zu denen Regenerierungen erforderlich sind.

Vor der eingehenden Beschreibung des Flußdiagramms, das diesen Steuerungsablauf unter Verwendung eines Steuerpro gramms wiedergibt, sollen noch gewisse wesentliche Aspekte bei dieser Ausführungsform erläutert werden.

(1) Druckabhängiges Regenerationsintervall

Die Druckdifferenz ΔP wird in bestimmten Intervallen er mittelt, und die Häufigkeit, mit der ein vorbestimmter Grenzwert ΔPmax überschritten wird, wird als eine Anzeige dafür gewertet, daß eine Regeneration erforderlich ist, wenn diese Häufigkeit einen vorbestimmten Grenzwert über schreitet.

Wie bereits angegeben ist, ist der ΔP-Wert von der Menge der Partikel (PCT) und der Asche abhängig, welche sich im Filter sammeln.

Die Intervalle, zu denen es erforderlich ist, Regeneratio nen durchzuführen, und bei denen diese Technik zur Anwen dung kommt, sind in Kettenlinien in Fig. 9 und 10 einge tragen. Die Linie in Fig. 10 bezeichnet den zeitlichen Ab lauf, den man erhält, wenn die Menge der nicht brennbaren Asche, die sich im Filter gesammelt hat, einen niedrigen Wert annimmt, während die Kurve in Fig. 9 den zeitlichen Ablauf bezeichnet, den man erhält, wenn die Aschenmenge am oberen Grenzwert ist. Wenn die Aschenmenge im Filter grö ßer wird, werden die Intervalle kleiner, die für Regene rierungen nach Maßgabe der Druckdifferenz erforderlich sind.

(2) Sammelabhängiges Regenerationsintervall

Die pro Zeiteinheit ΔPCT gesammelte Partikelmenge wird ba sierend auf der Brennkraftmaschinendrehzahl und den Brenn kraftmaschinenbelastungswerten Ne, Q ermittelt. Die ΔPCT Werte werden in vorbestimmten Zeitintervallen integriert. Wenn die Summe (SUM) einen vorbestimmten Wert überschrei tet, ist der Zeitpunkt für eine Regeneration erreicht. Die Änderung dieses Parameters ist mit einer mit einem einzi gen Punkt versehenen Linie in den Fig. 9 und 10 eingetra gen.

(3) Sammelabhängiges Regenerationsintervall (bei maximal möglicher Sammelrate)

Die mit zwei Punkten versehenen Linien in Fig. 9 und 10 zeigen den "minimalen" Abstand, auf dem die Partikelsam melmenge den oberen Grenzwert bei einer maximal möglichen Sammelrate erreichen kann. Dieser minimale Abstand kann nicht vermindert werden, da dieser den Abstand darstellt, während dem eine vollständige Beladung mit Partikeln unter äußerst extremen Betriebsbedingungen (beispielsweise unter Bedingungen, bei denen die Partikelmenge in den Abgasen maximal ist) erfolgt, und der ΔP-Wert seinen oberen Grenz wert erreicht.

Das Intervall zwischen den tatsächlichen Regenerierungen wird so gewählt, daß es den durchgezogenen Linien in den Fig. 9 und 10 folgt. Wie sich aus diesen Linien ergibt, erhält man einen "auf der sicheren Seite liegenden" Kom promiß unter den vorstehend angegebenen drei unterschied lichen das Intervall bestimmenden Parametern. Wenn der druckdifferenzabhängige Schwellwert nicht erreicht wird, folgt die Sammelkurve der in gebrochener Linie dargestell ten. Wenn der ΔP Schwellwert erreicht ist, wird angenom men, daß der untere der beiden Werte (der druckbezogene Wert) als der sicherere betrachtet wird. Wenn man den "ungünstigsten Fall" für den Schwellwert annimmt (Linien mit zwei Punkten) wird das Regenerationsintervall nach Maßgabe dieses Wertes bestimmt.

Da sich die Menge an sich ansammelnder Asche erhöht, bewegt sich die Stufe in den Linien von der in Fig. 10 gezeigten Position zu der in Fig. 9 gezeigten Position.

Obgleich in dem Flußdiagramm nach, den Fig. 11A und 11B nicht speziell angegeben ist, ist es möglich, ein Unterprogramm einzuset zen, welches die Plandaten in Fig. 10 auf eine solche Weise aktualisiert, daß man die Tendenz erhält, die in Fig. 9 gezeigt ist. In anderen Worten ist es möglich, einen ZAN Wert (der vorstehend im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform an gegeben worden ist) durch die Erfassung der Druckdiffe renz nach einer Regeneration zu entwickeln, und zu bestim men, wieviel unbrennbare Rückstände sich angesammelt haben. In Abhängigkeit von dem ZAN Wert kann die Lage der in ge brochener Linie dargestellten Kurve und der in Fig. 10 in Richtung zu der in Fig. 9 gezeigten verschoben werden. Hierdurch wird die Tatsache verdeutlicht, daß der Filter die Neigung besitzt, seinen vollständig beladenen Zustand früher als im Normalzustand in Folge der unbrennbaren Rückstände zu erreichen, so daß die Häufigkeit der Durch führung der Regenerierungen erhöht wird.

Es ist noch zu erwähnen, daß der Gesamtabstandsparameter nach den Fig. 9 und 10 in Form des vom Fahrzeug insgesamt zurückgelegten Weges, der gesamten Laufzeit der Brenn kraftmaschine, gesamten Brennstoffverbrauchs oder anderer geeigneter Einflußgrößen dargestellt werden kann, die von einer Kombination aus zwei oder mehr derartiger Größen ab geleitet werden kann. In ähnlicher Weise ist das "Intervall" zwischen Regenerierungen nicht notwendiger weise auf die Zeit beschränkt, sondern kann auch auf die Wegstrecke, die Laufzeit der Brennkraftmaschine, den ver brauchten Kraftstoff oder dergleichen begrenzt sein, wenn dies gegebenenfalls als zweckmäßig erachtet wird.

Bei den ersten beiden Schritten des Flußdiagramms in den Fig. 11A und 11B werden verschiedene Daten eingelesen, der Status eines Merkers geprüft, wenn es Zeit ist, den Filter 3 zu regenerieren, um zu bestimmen, ob es nunmehr an der Zeit ist, eine Regenerierung einzuleiten oder nicht.

Im Schritt 4S3 wird bestimmt, ob die Zeit für den ΔPCT Wert zu dessen Integration erreicht ist oder nicht.

Im Schritt 4S4 wird die Menge der gesammelten Partikel ΔPCT pro Zeiteinheit durch Nachschlagen in den Wertetabel len erhalten. Fig. 12 zeigt ein Beispiel von derartigen tabellarisch aufgelisteten Daten, welche sich einsetzen lassen, um den geeigneten ΔPCT Wert für den momentanen Zu stand der Brennkraftmaschinendrehzahl und der Brennkraft maschinenbelastungsbedingungen anzugeben. Wie gezeigt, ist diese Liste ähnlich wie die in Fig. 4 gezeigte angelegt. In dieser Tabelle liegen die positiven ΔPCT Werte in den Bereichen mit niedriger Geschwindigkeit/geringer Bela stung, wobei die Abgastemperatur niedrig ist und sich die Partikel im Filter sammeln. Andererseits sind die negati ven Werte in den Bereichen der Brennkraftmaschinendreh zahl/Belastung enthalten, in denen die Abgastemperatur ausreichend hoch ist, daß ein spontanes Abbrennen und Re generieren eingeleitet werden kann. Somit führt die Addi tion eines negativen Wertes zu einer geeigneten Herabset zung des SUM-Wertes, während die Addition eines positiven Wertes den SUM-Wert konstant hält, welcher die tatsächlich gesammelte Menge wiedergibt.

In diesem Schritt wird der ΔPCT Tabellenwert, den man durch Nachschlagen erhalten hat, ebenfalls im Hinblick auf die zurückgelegte Wegstrecke (d. h. für das Fahrzeug bei dem der zur Rede stehende Motor eingebaut ist) unter Ver wendung der folgenden Gleichung korrigiert:

ΔPCT = ΔPCTmap × KDIS (24).

Der Korrekturfaktor KDIS wird aus einem von zwei Sätzen von aufgelisteten Daten erhalten. Wenn der Wert von ΔPCT nach der Tabelle positiv ist, wird die in Fig. 13 gezeigte Tabelle verwendet, während dann, wenn der momentane Wert von ΔPCT nach der Tabelle negativ ist, die in Fig. 14 ge zeigten Daten verwendet werden. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß sich der Wert von ΔPCT mit dem Alter der Brennkraftmaschine ändert, und daher ist diese Korrek turweise geeignet, um die Systemgenauigkeit über einen langen Zeitraum hinweg konstant zu halten.

Im Schritt 4S5 wird der gesammelte Partikelwert inte griert:

SUM = SUM + ΔPCT (25).

Im Schritt 4S6 wird der unmittelbar erhaltene SUM-Wert mit einem Bezugswert verglichen. Wenn SUM < dem Bezugswert ist, ist es Zeit, den Filter zu regenerieren, und der Steuerungsablauf wird mit dem Schritt 4S7 fortgesetzt. Mit die sem Schritt wird bestimmt, ob der zurückgelegte Weg größer als der " minimale" Wert ist, der bei der maximal möglichen Partikelsammelrate zugelassen ist (es wird bestimmt, ob der mit der gebrochenen Linie mit zwei Punkten in den Fig. 9 und 10 eingetragene Schwellwert erreicht ist oder nicht).

Wenn dieser Grenzwert erreicht ist, wird der Steuerungsab lauf mit dem Schritt 4S8 fortgesetzt, in dem ein Merker F1 für eine erforderliche Regenerierung gesetzt wird, und dann wird der Steuerungsablauf mit dem Schritt 4S9 fortge setzt, in dem die Ansteuerung der Heizeinrichtung 29 und der drei Drosselventile 6, 21 und 25 alle so vorgenommen werden, daß sie auf ihre vorbestimmten Anfangsnennwerte eingestellt werden.

Wenn andererseits das Ergebnis im Schritt 4S3 negativ ist, dann wird der Steuerungsablauf mit dem Schritt 4S10 fort gesetzt. Es ist noch-zu erwähnen, daß die Schritte 4S10 bis 4S15 derart gewählt sind, daß die Regenerationszeit bestimmt wird. Genauer gesagt wird im Schritt 4S10 be stimmt, ob es Zeit für die Abfrage der Druckdifferenz ist oder nicht. Wenn das Ergebnis bejahend ist, dann wird der Steuerungsablauf mit dem Schritt 4S11 fortgesetzt. Die Ab tastung erfolgt in regelmäßigen Zeitintervallen von ΔT2, welche in der Größenordnung von einigen Sekunden vorgege ben sind.

Im Schritt 4S11 wird der momentane ΔP Wert unter Berück sichtigung der Kühlmitteltemperatur korrigiert und im Speicher abgelegt. Siehe hierzu

ΔP =ΔP × KTW (26)

wobei KTW der Kühlmittelkorrekturfaktor ist, den man aus den tabellarisch aufgelisteten Daten gemäß Fig. 15 erhält.

In den Schritten 4S12 bis 4S14 werden statistische Verar beitungen vorgenommen, um Auswirkungen von mißverständli chen Schwankungen bei dem Ausgang des Drucksensors 31 zu vermeiden, die während den Übergangsbetriebsarten der Brennkraftmaschine auftreten können und um die Auswirkun gen der Aschesammelmenge im Filter zu vermeiden. Im Schritt 4S12 wird bestimmt, ob eine ausreichende Anzahl von Druckdifferenzerfassungen stattgefunden hat oder nicht. Wenn beispielsweise deren Zahl N 32 überschreitet, wird der Steuerungsablauf mit dem Schritt 4S13 fortge setzt. In diesem Schritt wird ein Grenzwert ΔPmax nachge schlagen und es wird bestimmt, ob der erfaßte Wert ΔP den ΔPmax Grenzwert überschreitet und das Ergebnis wird gespeichert. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Mikroprozessor in der Steuereinheit 41 eine Anzahl N von Speicheradressen.

Fig. 16 zeigt eine Datenliste, aus der der Wert von ΔPmax be stimmt wird. Wie gezeigt, sind diese Daten in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl und der Brennkraftma schinenbelastung aufgezeichnet.

Im Schritt 4S14 wird die Anzahl der ΔP Werte, welche den ΔPmax Grenzwert überschreitet, gezählt und der Zählwert CNT wird mit N verglichen, um die Häufigkeit zu ermitteln, mit der die Druckdifferenz den zulässigen Grenzwert über schreitet. Siehe hierzu folgendes:

Freq = CNT/N (27).

Im Schritt 4S15 wird der CNT/N Wert mit einem vorbestimm ten Bezugswert verglichen. Wenn CNT/N < Ref. ist, wird an gegeben, daß eine Regenerierung notwendig ist, und der Steuerungsablauf wird mit dem Schritt 4S7 fortgesetzt. Wenn entsprechend den voranstehenden Ausführungen der "minimale" Abstandswert überschritten ist, dann wird der Steuerungsablauf mit dem Schritt 4S8 fortgesetzt, in dem der Merker F1 gesetzt wird.

Im Anschluß an das Setzen von F1 = 1 wird der Steuerungs ablauf von dem Schritt 4S2 mit dem Schritt 4S16 fortge setzt. In diesem Schritt wird die Filtereinlaßtemperatur TIN mit T1 (beispielsweise 400°C) verglichen. Wenn TIN < T1 ist, kann man erwarten, daß sich der Filter 3 spontan regenerieren läßt, und der Steuerungsablauf wird mit dem Schritt 4S18 fortgesetzt. Wenn jedoch TIN < T1 dann im Schritt 4S17 ist, wird bestimmt, ob die Kühlmitteltempera tur TW größer als der gegebene Wert (50°C) ist oder nicht. Wenn sich ein bejahendes Ergebnis ergibt, wird der Steue rungsablauf mit dem Schritt 4S19 fortgesetzt, in dem Be fehle abgegeben werden, um die Heizeinrichtung 29 einzu schalten und sowohl eine Drosselung des Ansaugsystems als auch des Auslaßsystems einzuleiten. In Abhängigkeit von diesen Maßnahmen steigt die Temperatur der Abgase, die in den Filter eintreten auf einen solchen Wert, daß eine Re generierung eingeleitet werden kann.

Wenn jedoch TW kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird der Steuerungsablauf mit dem Schritt 4S20 fortgesetzt, in dem die Heizeinrichtung abgeschaltet wird und alle Dros selventile 6, 21 und 25 geöffnet werden.

Im Schritt 4S21 und 4S22 wird die Regenerationszeit über wacht. Wenn der Zählwert einen Wert überschreitet, der eine vorbestimmte Zeit angibt (beispielsweise 10 Sek.) wird angenommen, daß die Regeneration beendet ist, und der Steuerungsablauf wird zu dem Schritt 4S24 übergeleitet, in dem die Daten gelöscht werden, die bei dem momentanen Re generierungsvorgang eingesetzt wurden. Dieser umfaßt das Löschen des Merkers F1 für eine erforderliche Regenerie rung.

Obgleich voranstehend angegeben ist, daß ΔPCT unter Verwen dung der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne der Brennkraftma schinenbelastung Q abgeleitet ist, kann auch der zurückgelegte Weg, die verbrauchte Kraftstoffmenge oder ein ähnlicher Parameter verwendet werden, der eine direkte Zuordnung zu der erzeugten Partikelmenge hat.

Claims

1. Abgasreinigungsanlage zur Verwendung bei einer Brennkraftmaschine mit:

einem Brennkraftmaschinendrehzahlsensor (34),
einem Brennkraftmaschinenbelastungssensor (35),
einer Abgasleitung (2), in der ein servogesteuertes Strömungssteuerventil (21) angeordnet ist,
einem Filter (3) mit einem Gehäuse, das in der Abgasleitung (2) angeordnet ist, und einem Filter, das in dem Gehäuse angeordnet ist,
einem stromaufwärtigen Temperatursensor (32) zum Erfassen der Temperatur der in den Filter (3) eintretenden Abgase,
einem stromabwärtigen Temperatursensor (33), zum Erfassen der Temperatur der den Filter (3) verlassenden Abgase,
einer Druckdifferenzsensoranordnung (31), die auf die Drücke stromauf und stromab des Filter (3) anspricht, und
einer Steuereinheit (41), die mit den Sensoren (31, 32, 33) und dem Strömungssteuerventil (21) wirkungsmäßig verbunden ist und eine Schaltung enthält, die folgendes ausführt:
selektives Betätigen des Strömungssteuerventils (21) derart, daß die Temperatur im Filter (3) auf einen Wert ansteigt, bei dem die Verbrennung der brennbaren Bestandteile der im Filter gesammelten Partikel eingeleitet wird;
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (41) aufweist:
eine Einrichtung die in Abhängigkeit der von den Sensoren (31, 32, 33) erfaßten Brennkraftmaschinenbetriebsparametern die Menge der tatsächlich im Filter (3) gesammelten Partikel abschätzt und ein Signal zum Start der Regeneration des Filters (3) abgibt, wenn die abgeschätzte Menge einen vorbestimmten Wert erreicht,
eine Einrichtung zum Erfassen der Druckdifferenz (ΔP) über dem Filter (3) und zur Abgabe eines Signals zum Start der Regeneration des Filters (3), nach Maßgabe der erfaßten Druckdifferenz (ΔP), und
eine Regenerations-Ansteuereinrichtung, die das Signal auswählt, das als erste abgegeben wird, um zu bestimmen, wann eine Regeneration einzuleiten ist.

2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung zum Erfassen der Druckdifferenz die die im Anschluß an eine Regenerierung am Filter (3) vorhandene Druckdifferenz nutzt, um mit einem vorbestimmten Grenzwert ein Verhältnis zu bestimmen, und daß eine Einrichtung vorhanden ist, welche dieses Verhältnis nutzt, um die Menge der unverbrannten Partikel (ZAN) zu bestimmen, die nach einer Regeneration im Filter verblieben sind.

3. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Verwenden der Menge von unverbrannten Partikeln (ZAN) als einen Grundwert, zu dem die Menge von Partikeln hinzuaddiert wird, die als angesammelt aufgrund der von den Sensoren (31, 32, 33) zugeführten Daten abgeschätzt wird.