DE60108816T2 - Emissionskontrollsystem und Methode für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft allgemein ein Emissionssteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor und insbesondere ein solches Emissionssteuerungssystem, das ein Mittel zum Entfernen von Stickoxiden (im Folgenden zumeist als „NOx" bezeichnet), welche in den durch den Verbrennungsmotor emittierten Abgasen enthalten sind, ein Mittel zum Entfernen von Feststoffteilchen, die in den Abgasen enthalten sind, sowie ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Emissionssteuerungssystems beinhaltet.
  • 2. Stand der Technik
  • Bekannte Ausführungen von Emissionssteuerungssystemen zum Reinigen des von Verbrennungsmotoren emittierten Abgases verwenden eine katalytisch wirkende Umwandlungseinheit, welche einen Katalysator und/oder einen Filter zum Entfernen von Partikeln, darunter Ruß und so genannte Feststoffteilchen wie beispielsweise unverbrannte Kraftstoffbestandteile im Abgas, beinhaltet. Die katalytische Umwandlungseinheit enthält in ihrem Gehäuse einen Magergas-NOx-Katalysator, einen Dreiwegekatalysator oder anderen Arten von Katalysatoren.
  • Der oben erwähnte Magergas-NOx-Katalysator vermag Abgase zu reinigen, die von Verbrennungsmotoren, Selbstzündermotoren oder Magermotoren emittiert werden, beispielsweise von Dieselmotoren und Benzin-Magermotoren. Beispiele für den NOx-Katalysator sind ein selektiv reduzierender NOx-Katalysator und ein NOx-Reduktions-Speicherkatalysator.
  • Im Einzelnen enthält der NOx-Reduktions-Speicherkatalysator (a) einen Träger, der zum Beispiel aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht, (b) mindestens ein auf dem Träger abgeschiedenes Element, das aus der Gruppe der Alkalimetalle wie beispielsweise Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Caesium (Cs), der Gruppe der Erdalkalimetalle wie beispielsweise Barium (Ba) und Calcium (Ca) und der Gruppe der Seltenerdmetalle wie beispielsweise Lanthan (La) und Yttrium (Y) ausgewählt werden, und (c) ein auf dem Träger abgeschiedenes Edelmetall wie beispielsweise Platin (Pt).
  • Der NOx-Reduktions-Speicherkatalysator vermag NOx zu absorbieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Katalysator eintretenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freizusetzen, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Somit absorbiert der NOx-Reduktions-Speicherkatalysator das NOx und setzt es wieder frei.
  • Bei dem oben genannten Verbrennungsmotor vom Selbstzündertyp oder vom Magermotortyp ist das bei Normalbetrieb emittierte Abgas mager, das heißt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (im Folgenden als „Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis" bezeichnet) ist größer als der stöchiometrische Wert. Aus diesem Grund wird das im Abgas enthaltene NOx durch den NOx-Reduktions-Speicherkatalysator absorbiert, wenn dieser in einem Emissionssteuerungssystem für den Verbrennungsmotor vom Selbstzündertyp oder vom Magermotortyp eingesetzt wird. Allerdings ist die Speicherfähigkeit des NOx-Katalysators begrenzt und gelangt schließlich an ihre Grenzen, sodass kein NOx mehr absorbiert werden kann und das NOx ungereinigt in die Atmosphäre abgegeben wird.
  • Um das Freisetzen des NOx in die Atmosphäre zu verhindern, muss die anfängliche Speicherfähigkeit des NOx-Reduktions-Speicherkatalysators für NOx wiederhergestellt werden. Zu diesem Zweck muss das im NOx-Katalysator absorbierte NOx wieder freigesetzt werden, um den Ausgangszustand des NOx-Katalysators wiederherzustellen.
  • Zur Wiederherstellung der NOx-Speicherfähigkeit des Reduktions-Speicherkatalysator (im Folgenden als „Regenerierung des NOx-Reduktions-Speicherkatalysators" bezeichnet), wird das NOx vom NOx-Katalysator freigesetzt, indem das Abgas mit Kraftstoff angereichert und somit die Sauerstoffkonzentration des in den NOx-Katalysator eintretenden Abgases extrem verringert wird. Das Abgas wird rechtzeitig mit Kraftstoff angereichert, bevor der NOx-Katalysator mit NOx gesättigt ist.
  • Der NOx-Reduktions-Speicherkatalysator kann zwar durch das einfache Freisetzen des NOx regeneriert werden, jedoch führt dieses Freisetzen nicht zur Beseitigung des NOx, worin ja die eigentliche Aufgabe des NOx-Katalysators besteht. Darüber hinaus werden durch das Freisetzen des NOx die Emissionswerte des Verbrennungsmotors verschlechtert. Zu diesem Zweck kann der Kraftstoff je nach Betriebszustand des Verbrennungsmotors kontinuierlich oder diskontinuierlich durch eine an der Auslassöffnung angebrachte Düse eingespritzt werden, sodass der eingespritzte Kraftstoff dem NOx-Absorber des NOx-Katalysators als Reduktionsmittel beigefügt wird, welches das freigesetzte NOx zu N2 reduziert und so das freigesetzte NOx beseitigt.
  • Außerdem enthält das vom Motor nach der Verbrennung des Kraftstoffs abgegebene Abgas auch noch Schwefeloxide (im Folgenden zumeist als „SOx" bezeichnet), da der Kraftstoff auch Schwefelbestandteile enthält. Das SOx wird nach demselben Mechanismus durch den NOx-Reduktions-Speicherkatalysator absorbiert wie das NOx. Durch die im NOx-Katalysator absorbierte SOx-Menge wird die Kapazität oder Wirksamkeit des NOx-Katalysators zur Beseitigung des NOx verringert. Das bedeutet, dass der NOx-Reduktions-Speicherkatalysator sozusagen durch Schwefel „vergiftet" wird, da die NOx-Reinigungsfunktion des NOx-Katalysators durch das absorbierte SOx beeinträchtigt wird. Auch der durch Schwefel vergiftete NOx-Katalysator muss regeneriert werden. Eine Behandlung zur Regenerierung des durch SOx vergifteten NOx-Katalysators wird als Schwefelentgiftungsprozess bezeichnet.
  • Zur Durchführung des Schwefelentgiftungsprozesses wird das in den NOx-Katalysator gelangende Abgas stöchiometrisch gemacht oder mit Kraftstoff angereichert und die Temperatur des NOx-Katalysators auf etwa 600 bis 700°C erhöht. Der NOx-Katalysator wird auf eine so hohe Temperatur erhitzt, da sich das SOx schwerer beseitigen lässt als das NOx.
  • Beim Dieselmotor hingegen, der ein Selbstzündermotor ist, wird bekanntermaßen ein Partikelfilter in einer Abgasleitung des Dieselmotors angebracht, um im Abgas enthaltene Feststoffteilchen einzufangen oder zu sammeln und diese somit zu entfernen.
  • Damit der Teilchenfilter nicht durch die darin angesammelten Partikel verstopft oder zugesetzt wird, müssen die Feststoff teilchen aus dem Partikelfilter entfernt werden. Eine Behandlung zur Regenerierung des Partikelfilters zur Erreichung des Ausgangszustandes, bei dem er keine Feststoffteilchen mehr enthält, wird im Folgenden als „Partikelfilter-Regenerierungsprozess" bezeichnet. Die Partikelfilterregenerierung erfolgt durch Verbrennen der Feststoffteilchen. Die Feststoffteilchen können bei höheren Temperaturen verbrannt werden, zum Beispiel bei einer Temperatur von mindestens 500°C.
  • Ferner ist ein Verfahren bekannt, bei dem der Partikelfilter zusammen mit einem Katalysator bereitgestellt wird, um im Abgas enthaltene schädliche Bestandteile, zum Beispiel Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) und gleichzeitig die Feststoffteilchen zu entfernen. Die aus dem Partikelfilter und dem Katalysator bestehende Einheit wird als „Katalysator-Partikelfilter" bezeichnet.
  • Der Katalysator-Partikelfilter kann jedoch seine Funktion zur Entfernung von Feststoffteilchen nicht ausführen, wenn er nicht auf eine Temperatur von etwa 500°C oder mehr gebracht wird. Einfach gesagt, die vom Partikelfilter gesammelten Feststoffteilchen werden gezündet und verbrannt, wenn die Temperatur des Filters etwa 500°C oder mehr beträgt. Unterhalb dieser Temperatur sammeln sich die aufgefangenen Feststoffteilchen allmählich auf der Oberfläche des Partikelfilters an, da der Katalysator-Partikelfilter lediglich eine Kombination aus dem Partikelfilter und dem Katalysator darstellt. Das führt dazu, dass der Katalysator-Partikelfilter durch die Feststoffteilchen verstopft wird, wenn das in den Filter gelangende Abgas nicht eine Temperatur von etwa 500°C oder mehr hat.
  • Die Temperatur des aus dem Dieselmotor austretenden Abgases beträgt normalerweise weniger als 500°C. Deshalb muss die Temperatur des Katalysator-Partikelfilters außer durch das normalerweise vom Dieselmotor emittierte Abgas zusätzlich noch durch ein Heizmittel auf eine Temperatur von etwa 500°C oder mehr gebracht werden. Dazu ist zu sagen, dass die Temperatur des normalerweise vom Dieselmotor emittierten Abgases nicht hoch genug ist, damit der Schwefelentgiftungsprozess stattfindet, der erst bei höheren Temperatur von etwa 600 bis 700°C erfolgen kann.
  • In der Japanischen Patentanmeldung JP-A-10-306 717 wird das Beispiel eines Verfahrens zu Temperaturerhöhung des Abgases auf einen Wert beschrieben, der angesichts der obigen Umstände den Schwefelentgiftungsprozess ermöglicht.
  • Wenn der Katalysator-Partikelfilter mit dem kraftstoffreichen Abgas in Berührung kommt, dessen Temperatur hoch genug ist, dass der Schwefelentgiftungsprozess stattfinden kann, während sich die Feststoffteilchen auf dem Katalysator-Partikelfilter ansammeln, werden die Feststoffteilchen sofort verbrannt, da die normalerweise zur Verbrennung der Feststoffteilchen erforderliche Temperatur unter der für den Schwefelentgiftungsprozess erforderlichen Temperatur liegt. Darüber hinaus kann durch die Verbrennung einer großen Menge auf dem Filter angesammelter Feststoffteilchen eine große Wärmemenge entstehen und der Partikelfilter auf eine zu hohe Temperatur erhitzt werden. Durch diese große Wärmeenergie kann der Katalysator-Partikelfilter beschädigt werden, sodass die NOx-Reduktionsfähigkeit des Katalysators verschlechtert werden kann.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Emissionssteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem Katalysator-Partikelfilter bereitzustellen, von welchem Feststoffteilchen wie beispielsweise Ruß so entfernt werden, dass die Verbrennung der Feststoffteilchen eingeschränkt und somit die thermische Schädigung des Katalysator-Partikelfilters verhindert wird.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Emissionssteuerungssystem nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Varianten werden gemäß den Unteransprüchen realisiert.
  • Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung ein Emissionssteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor bereit, welcher Folgendes umfasst: (a) einen Filter, der in einem Abgas enthaltene Partikel auffängt und auf seiner Oberfläche einen NOx-Absorber trägt, welcher das im Abgas enthaltene NOx bei magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases absorbiert und das absorbierte NOx bei verringerter Sauerstoffkonzentration des Abgases wieder freisetzt; (b) ein Filterregenerierungsmittel zum Regenerieren des Filters durch Entfernen der auf dem Filter angesammelten Partikel; (c) ein Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades, um zu ermitteln, ob der NOx-Absorber durch das zusätzlich zum NOx aus dem Abgas absorbierte SOx durch Schwefel vergiftet wurde; und (d) ein Schwefelentgiftungsmittel zum Regenerieren des durch Schwefel vergifteten NOx-Absorbers. Wenn bei diesem Emissionssteuerungssystem das Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades feststellt, dass der NOx-Absorber durch Schwefel vergiftet wurde, wird zuerst das Filterregenerierungsmittel aktiviert, um die Partikel zu entfernen, und dann das Schwefelentgiftungsmittel, um nach dem Entfernen der Partikel den durch Schwefel vergifteten NOx-Absorber zu regenerieren.
  • Wenn bei dem oben beschriebenen Emissionssteuerungssystem das Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades feststellt, dass der NOx-Absorber durch Schwefel vergiftet ist, wird zuerst das Filterregenerierungsmittel aktiviert, um die Partikel zu entfernen, und dann das Schwefelentgiftungsmittel, um nach beendeter Entfernung der Partikel das Schwefelentgiftungsmittel zu aktivieren und so den durch Schwefel vergifteten NOx-Absorber zu regenerieren. Wenn der durch Schwefel vergiftete NOx-Absorber bei dieser Anordnung regeneriert werden soll, beginnt der Regenerierungsprozess erst, wenn die Partikel entfernt worden sind. Deshalb steigt die Temperatur des Partikelfilters während des Schwefelentgiftungsprozesses durch die Verbrennung der Partikel nicht an, sodass der Filter nicht durch die von der Verbrennung der Partikel herrührende Wärme geschädigt wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen Merkmale, Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlicher, in welchen:
  • 1 eine Ansicht einer allgemeinen Anordnung eines Verbrennungsmotors ist, in welchem ein Emissionssteuerungssystem gemäß der Erfindung eingesetzt wird;
  • 2 eine Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie 1-1 von 1 ist;
  • 3 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer vom Emissionssteuerungssystem für den Motor ausgeführten Steuerroutine ist, wobei der Motor gemäß einer ersten Ausführungsart der Erfindung aufgebaut ist;
  • 4 ein Flussdiagramm zur Darstellung einer vom Emissionssteuerungssystem für den Motor ausgeführten Steuerroutine ist, wobei der Motor gemäß einer zweiten Ausführungsart der Erfindung aufgebaut ist;
  • 5 ein Flussdiagramm ist, welches Einzelheiten von Schritt S402 der Steuerroutine von 4 zeigt;
  • 6 ein Flussdiagramm ist, welches Einzelheiten von Schritt S403 der Steuerroutine von 4 zeigt;
  • 7 ein Flussdiagramm ist, welches Einzelheiten von Schritt S404 der Steuerroutine von 4 zeigt;
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
  • 1 zeigt eine allgemeine Anordnung eines Verbrennungsmotor 1, in welchem ein gemäß der Erfindung aufgebautes Emissionssteuerungssystem eingesetzt wird. Der Verbrennungsmotor 1 ist ein Vierzylinder-Dieselmotor vom Selbstzündertyp. Jeder der Zylinder weist eine Verbrennungskammer auf, welche über die Ansaugleitung 3 und einen Ansaugkrümmer 2 mit Luft versorgt wird.
  • Die Ansaugleitung 3 ist an ihrer Einlassseite mit einem Luftfilter 4 und am Mittelteil mit einem Luftströmungsmesser 5, einem Verdichter 6a eines Turboladers 6, einem Kühler 7 und einem Drosselventil 8 ausgestattet, das zur Einstellung der in den Ansaugkrümmer 2 anzusaugenden Luftmenge dient.
  • Der Luftströmungsmesser erzeugt ein Ausgangssignal, welches die Menge der durch den Luftfilter 4 in die Ansaugleitung 3 gelangenden Luft anzeigt. Dieses Ausgangssignal wird in eine elektronische Motorsteuerungseinheit (ECU) 9 eingegeben, welche den Motor 1 steuert. In der ECU 9 befindet sich ein Digitalcomputer mit einem Nurlesespeicher (ROM), einem Arbeitsspeicher (RAM), einer Zentraleinheit (CPU) sowie einem Eingangs- und einem Ausgangsanschluss, die über einen bidirektionalen Bus miteinander verbunden sind. Gesteuert werden soll der Motor 1.
  • Wenn das Ausgangssignal des Luftströmungsmessers 5 über den Eingangsanschluss in die ECU 9 eingegeben wird, berechnet die CPU anhand des vom Luftströmungsmessers 5 empfangenen Ausgangssignals eine Ansaugluftmenge Ga. Die Ansaugluftmenge Ga ist gleich der Menge der je Zeiteinheit in die Ansaugleitung 3 eingeleiteten Luft.
  • Zum Einspritzen eines Kraftstoffs (z.B. Leichtöl) in die Verbrennungskammer ist an jedem Zylinder des Motors 1 eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 angebracht. Der im (nicht gezeigten) Kraftstofftank gelagerte Kraftstoff wird durch eine Kraftstoffpumpe 12 zu einer Verteilerleitung transportiert, über welche die Einspritzvorrichtungen 10 für die jeweiligen Verbrennungskammern mit Kraftstoff versorgt werden. Die durch jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 einzuspritzende Kraftstoffmenge wird entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1 durch die CPU der ECU 9 berechnet.
  • Die Kraftstoffpumpe 12 wird durch eine (nicht gezeigte) Kurbelwelle des Motors 1 angetrieben. Die Zeitpunkte, zu denen die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 geöffnet wird, und die Zeitdauer der Öffnung der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 werden entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1 durch die ECU 9 gesteuert.
  • Die aus den Verbrennungskammern der Zylinder des Motors 1 emittierten Abgase werden in einen Abgaskrümmer 14 geleitet, der über entsprechende Zweigleitungen mit den Auslassöffnungen 13 der jeweiligen Verbrennungskammern in Verbindung steht. In 1 sind die vier Zylinder des Motors 1 von links nach rechts als erster, zweiter, dritter und vierter Zylinder Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3 bzw. Nr. 4 nummeriert.
  • Die oben genannten, den Auslassöffnungen 13 der Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4 entsprechenden Zweigleitungen sind durch die Bezugsnummern 141, 142, 143 bzw. 144 gekennzeichnet.
  • Eine mit dem Turbolader 6 in Verbindung stehende Verbindungsleitung 15 ist mit einem der entgegengesetzten Endteile, mit dem linken Endteil (in 1) des Auslasskrümmers 14 verbunden, welcher dem vierten Zylinder Nr. 4 entspricht. Eine Turbine 6b des Turboladers 6 ist mit einem Ende der Abgasleitung 16 verbunden. Das Abgas wird vom Auslasskrümmer 14 über die Verbindungsleitung 15 zur Turbine 6b des Turboladers 6 geleitet. Die Turbine 6b wird durch das Abgas so in Drehung versetzt, dass der mit der Turbine 6b verbundene Verdichter 6a ebenfalls in Drehung versetzt wird und die in die Ansaugleitung 3 gelangte Luft verdichtet. Die Auslassöffnungen 13, der Abgaskrümmer 14, die Verbindungsleitung und die Abgasleitung 16 definieren zusammen eine Abgasleitung des Motors 1.
  • Das durch die Turbine 6b in die Abgasleitung 16 beförderte Abgas wird durch einen Schalldämpfer in die Atmosphäre abgegeben. Ein mit einem Katalysator beschichteter Partikelfilter 18 (im Folgenden einfach als „Partikelfilter 18" bezeichnet) ist in einem Teil der Abgasleitung 16 zwischen der Turbine 6b und dem Schalldämpfer angeordnet. Der Partikelfilter 18 ist mit einem NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 (oder NOx-Absorber) beschichtet. Dieser NOx-Katalysator 17 wird ausführlich beschrieben.
  • In der Abgasleitung 16 sind an einer Stelle in Strömungsrichtung unmittelbar vor dem Partikelfilter 18 ein Drucksensor 120 und an einer Stelle unmittelbar nach dem Partikelfilter 18 ein Drucksensor 130 angebracht. Der Drucksensor 120 ist zum Messen des Abgasdrucks unmittelbar vor dem Eintreten des Abgases in den Partikelfilter 18 und der Drucksensor 130 zum Messen des Abgasdrucks unmittelbar nach den Austreten des Abgases aus dem Partikelfilter 18 vorgesehen. Aus den Ausgangssignalen der Drucksensoren 120, 130 kann ein effektiver Wert der Druckdifferenz Pd im Partikelfilter 18 berechnet werden. Der effektive Wert der Druckdifferenz Pd wird im Folgenden als „effektive Druckdifferenz Pd im Partikelfilter 18" bezeichnet.
  • Der NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 kann durch einen selektiv reduzierenden NOx-Katalysator ersetzt werden.
  • An einem Zylinderkopf 30 des Motors 1 ist eine Kraftstoffeinspritzdüse 19 so angebracht, dass sie zur Abgasöffnung des vierten Zylinders Nr. 4 hin offen ist, die sich am äußersten linken Ende des Abgaskrümmers 14 in 1 befindet. Die Kraftstoffeinspritzdüse 19 ist über eine Kraftstoffleitung 20 mit der Kraftstoffpumpe 12 verbunden, und eine Kraftstoffleitung 21 ist so durch den Zylinderkopf 30 gebildet, dass der komprimierte Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 12 zur Kraftstoffeinspritzdüse 19 befördert wird. Die Kraftstoffleitung 20 ist mit einem Steuerventil 22 ausgestattet, welches eine durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 in die Auslassöffnung des Zylinders Nr. 4 einzuspritzende Kraftstoffmenge steuert.
  • Die ECU 9 steuert die Öffnungs- und Schließvorgänge und den Öffnungsgrad des Steuerventils 22.
  • In der Querschnittsansicht von 2 entlang der Schnittlinie 2-2 von 1 ist die Kraftstoffeinspritzdüse 19 so im Zylinderkopf 30 angeordnet, dass der aus der Düsenöffnung 19 eingespritzte Kraftstoff direkt in die Verbindungsleitung 15 eingespritzt wird.
  • Das Emissionssteuerungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsart der Erfindung enthält ein Reduktionsmittelzufuhrmittel, um dem Partikelfilter 18 ein Reduktionsmittel zuzuführen. Das Reduktionsmittelzufuhrmittel besteht aus der Kraftstoffpumpe 12, der Kraftstoffleitung 20, dem Steuerventil 22, der Kraftstoffleitung 21 und der Kraftstoffeinspritzdüse 19. Das Steuerventil 22 ist gemäß der obigen Beschreibung so angeordnet, dass es die durch die Düse 19 einzuspritzende Kraftstoffmenge steuert. Bei der vorliegenden Ausführungsart dient der Kraftstoff des Verbrennungsmotors 1 als Reduktionsmittel. Somit dient das Reduktionsmittelzufuhrmittel als Kraftstoffzufuhrmittel, um dem Partikelfilter 18 Kraftstoff zuzuführen. Da der vorliegende Verbrennungsmotor 1 ein mit Leichtöl laufender Dieselmotor ist, dient das Leichtöl bei der vorliegenden Ausführungsart als Reduktionsmittel.
  • Zur Steuerung der durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 einzuspritzenden Kraftstoffmenge wird das Steuerventil 22 mittels eines bekannten Anwendungsprogramms durch die CPU der ECU 9 gesteuert. Somit dient die ECU 9 als ein Mittel zur Steuerung der Menge des dem Partikelfilter 18 zugeführten Reduktionsmittels.
  • Es ist klar, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 19, durch welche der Kraftstoff als Reduktionsmittel zugeführt wird, als Austrittsöffnung des Reduktionsmittelzufuhrmittels dient. Die als Austrittsöffnung des Reduktionsmittelzufuhrmittels dienende Kraftstoffeinspritzdüse 19 ist so an einem Teil der Abgasleitung vor dem NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 angeordnet, dass der durch die Düse 19 zugeführte Kraftstoff dem NOx-Katalysator 17 des Partikelfilters 18 zugeführt wird. Das im Folgenden beschriebene Kraftstoffzufuhrermittlungsmittel dient dazu zu ermitteln, ob das Reduktionsmittelzufuhrmittel dem NOx-Katalysator 17 den Kraftstoff zufügen oder zuführen muss.
  • Das Kraftstoffzufuhrermittlungsmittel kann so angeordnet sein, dass es die Menge des im NOx-Absorber des NOx-Katalysators 17 absorbierten NOx abschätzt. Diese Abschätzung erfolgt entsprechend dem vorangehenden Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1. In diesem Fall ermittelt das Kraftstoffzufuhrermittlungsmittel, dass das Kraftstoffzufuhrmittel zum Zuführen des Kraftstoffs aktiviert werden soll, wenn die geschätzte NOx-Menge einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat. Diese Funktion des Kraftstoffzufuhrermittlungsmittels wird mittels eines geeigneten Anwendungsprogramms durch die CPU der ECU 9 ausgeführt. Somit dient eigentlich die ECU 9 als Kraftstoffzufuhrermittlungsmittel.
  • Die geeignete Kraftstoffmenge, die durch das Kraftstoffzufuhrmittel zugeführt werden soll, hängt von der geschätzten NOx-Menge ab. Mit anderen Worten, die durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 einzuspritzende Kraftstoffmenge wird anhand der geschätzten NOx-Menge ermittelt und die so ermittelte Kraftstoffmenge durch das Reduktionsmittelzufuhrmittel eine geeignete Zeit lang eingespritzt, welche der geschätzten NOx-Menge entspricht, um die Sauerstoffkonzentration des in den NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 eintretenden Abgases zu verringern. Dadurch wird das im NOx-Katalysator 17 absorbierte NOx freigesetzt und zu N2 reduziert.
  • Eine Abgasrückleitung (im Folgenden abgekürzt als „AGR-Leitung") 23 ist an ihrem Eintrittsende 23a mit dem anderen Endteil, das heißt mit dem rechten Endteil des Abgaskrümmers 14 in 1 verbunden, das dem ersten Zylinder Nr. 1 des Motors 1 entspricht. Die AGR-Leitung 23 dient dazu, einen Teil des Abgases in das Ansaugsystem zurückzuführen. An ihrem Austrittsende ist die AGR-Leitung 23 mit dem Ansaugkrümmer 2 des Ansaugsystems verbunden. Indem das Eintrittsende 23a der AGR-Leitung 23 mit dem rechten Endteil des Abgaskrümmers 14 verbunden ist, strömen die Abgasemissionen aus den vier Zylindern Nr. 1 bis Nr. 4 zum rechten Endteil des Abgaskrümmers 14 und vereinigen sich dort.
  • Die AGR-Leitung 23 ist mit einem AGR-Kühler 24 und einem AGR-Ventil 25 ausgestattet.
  • Der AGR-Kühler 24 wirkt als Wärmeaustauscher zum Austauschen von Wärme zwischen dem Kühlwasser des Motors 1 und dem durch die AGR-Leitung 23 strömenden Abgases (das im Folgenden als „AGR-Gas" bezeichnet wird). Der AGR-Kühler 24 enthält eine (nicht gezeigte) Wasserleitung, durch welche das Kühlwasser strömt, und eine in direktem Kontakt mit der Wasserleitung befindliche AGR-Gasleitung, durch welche das AGR-Gas strömt. Die Temperatur des vom AGR-Kühler 24 durch die AGR-Leitung 23 zum AGR-Ventil 25 strömenden AGR-Gases wird durch die Übertragung von Wärme vom AGR-Gas auf das durch die Wasserleitung strömende Kühlwasser gesenkt, während das AGR-Gas durch die in Kontakt mit der Wasserleitung befindliche AGR-Gasleitung strömt.
  • Der Öffnungsgrad des AGR-Ventils 25 wird je nach Betriebszustand des Motors 1 gesteuert, um so die AGR-Rate zu steuern. Es ist klar, dass die AGR-Leitung 23, der AGR-Kühler 24 und das AGR-Ventil 25 zusammenwirken und gemeinsam ein Abgasrückleitungssystem (AGR-System) 100 bilden.
  • An einem in Strömungsrichtung unmittelbar nach dem Partikelfilter 18 gelegenen Teil der Abgasleitung 16 ist ein Abgastemperatursensor 17a angebracht. Dieser Temperatursensor 17a erzeugt ein Ausgangssignal, welches eine Temperatur Tc des Abgases (im Folgenden als „Filterausgangs-Abgastemperatur" bezeichnet) anzeigt, das den Partikelfilter 18 verlassen hat. Das Ausgangssignal des Abgastemperatursensors 17a wird über den Eingangsanschluss in die ECU 9 eingegeben. Dieses Ausgangssignal dient zur Gewinnung diverser Temperaturinformationen, zum Beispiel der Temperatur des auf dem Partikelfilter 18 befindlichen NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 und der Temperatur des Partikelfilters 18. Die Temperatur des NOx-Katalysators 17 kann als Kennzahl dafür dienen, ob der NOx-Katalysator 17 normal oder wirksam arbeitet bzw. ob eine Aktivierungstemperatur erreicht wurde, bei welcher der NOx-Katalysator 17 aktiv ist. Der Abgastemperatursensor 17a kann durch einen am Partikelfilter 18 angebrachten Temperatursensor ersetzt werden, um Temperaturinformationen über den NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 zu erhalten.
  • Die ECU 9 empfängt über ihren Eingangsanschluss das Ausgangssignal eines Gaspedalpositionssensors 26 und das Ausgangssignal eines Kurbelwellenpositionssensors 27. Das Ausgangssignal des Gaspedalpositionssensors 26 ist ein Spannungssignal, dessen Wert dem Öffnungswinkel des Drosselventils 8 proportional ist. Anhand dieses Spannungssignals berechnet die ECU 9 die Motorlast Te. Der Kurbelwellenpositionssensor 27 ist so angeordnet, dass er jedes Mal einen Impuls erzeugt, wenn sich die Kurbelwelle des Motors 1 um einen bestimmten Winkel gedreht hat. Anhand dieses Impulssignals berechnet die ECU 9 die Motordrehzahl Ne.
  • Anhand der Motorlast Te und der Motordrehzahl Ne ermittelt die ECU 9 den Betriebszustand des Motors 1 und steuert anhand des ermittelten Betriebszustandes des Motors 1 die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 10. Genauer gesagt, die ECU 9 ermittelt den Zeitpunkt, an welchem jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 10 geöffnet wird, und die Zeitdauer, während der diese offen bleibt.
  • Der im Innern des Partikelfilters 18 befindliche NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 enthält (a) einen zum Beispiel aus Aluminiumoxid (Al2O3) bestehenden Träger, (b) mindestens ein auf dem Träger befindliches Element aus der Gruppe der Alkalimetalle wie beispielsweise Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Cäsium (Cs), der Erdalkalimetalle wie beispielsweise Barium (Ba) und Calcium (Ca) und der Seltenerdmetalle wie beispielsweise Lanthan (La) und Yttrium (Y) sowie (c) mindestens ein auf dem Träger befindliches Edelmetall wie beispielsweise Platin (Pt).
  • Der NOx-Katalysator 17 absorbiert NOx, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (d.h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases) mager ist, und setzt das darin absorbierte NOx als NO2 oder NO frei, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch oder fett ist, sodass die Sauerstoffkonzentration des Abgases niedrig ist. Im letzteren Falle wird das vom NOx-Katalysator 17 freigesetzte NOx durch die Reaktion mit unverbranntem Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) sofort zu N2 reduziert.
  • Mittels der obigen Anordnung kann das Abgas von den in ihm enthaltenen schädlichen Bestandteilen wie beispielsweise HC, CO und NOx gereinigt werden, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in geeigneter Weise gesteuert wird.
  • Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ist als Verhältnis der Gesamtmenge der Luft zur Gesamtmenge des Kraftstoffs (Kohlenmonoxid) definiert, die dem Motor 1 zugeführt werden. Die Gesamtluftmenge enthält eine Luftmenge, welche vor dem Partikelfilter 18 in einen Teil der Abgasleitung 16 eingeleitet wurde, eine Luftmenge, die in die Verbrennungskammern eingeleitet wurde, und eine Luftmenge, die in die Ansaugleitung eingeleitet wurde. Desgleichen umfasst die Gesamtmenge an Kraftstoff eine Kraftstoffmenge, welche in den vor dem Partikelfilter 18 gelegenen Teil der Abgasleitung 16 eingeleitet wurde, eine Kraftstoffmenge, welche in die Verbrennungskammern eingeleitet wurde, und eine Kraftstoffmenge, welche in die Ansaugleitung eingeleitet wurde. Wenn der Kraftstoff bzw. das Reduktionsmittel und die Luft nicht in den vor dem Partikelfilter 18 gelegenen Teil der Abgasleitung 16 eingeleitet werden, sind das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Verbrennungskammern des Motors 1 eingeleiteten Luft-Kraftstoff-Gemisches gleich.
  • Bei Dieselmotoren ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis besonders mager, d.h., das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches ist wesentlich größer als der stöchiometrische Wert (14 bis 15). Folglich ist das aus dem Dieselmotor 1 austretende Abgas, das in den NOx-Katalysator 17 gelangt, besonders mager, wenn sich der Dieselmotor 1 in einem normalen Betriebszustand befindet. In diesem normalen Betriebszustand wird das im Abgas enthaltene NOx im NOx- Katalysator 17 absorbiert, sodass die aus dem NOx-Katalysator 17 freigesetzte NOx-Menge äußerst gering ist.
  • Bei Benzinmotoren kann das im NOx-Katalysator absorbierte NOx durch Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in die Verbrennungskammern eingeleiteten Luft-Kraftstoff-Gemisches gesteuert werden, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen stöchiometrischen oder auf einen kleineren Wert (d.h. fetter) eingestellt und so das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch oder fett wird, wodurch die Sauerstoffkonzentration des Abgases sinkt. Bei Dieselmotoren kann jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in die Verbrennungskammern eingeleiteten Luft-Kraftstoff-Gemisches nicht stöchiometrisch oder fett eingestellt werden wie bei den Benzinmotoren, da es bei Dieselmotoren zu Problemen kommt, zum Beispiel zur Entstehung von Ruß, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch stöchiometrisch oder fett eingestellt wird.
  • Bei den Dieselmotoren muss daher dem Abgas zu einem geeigneten Zeitpunkt vor Erreichen der Sättigung des NOx-Absorptionsvermögens des NOx-Katalysators 17 ein Reduktionsmittel zur Verringerung der Sauerstoffkonzentration des Abgases zugefügt werden, um das im NOx-Katalysator 17 absorbierte NOx freizusetzen und zu reduzieren.
  • Gemäß dem oben Gesagten ist das Emissionssteuerungssystem so beschaffen, dass die ECU 9 anhand des vorangehenden Betriebszustandes des Motors 1 die im NOx-Katalysator 17 absorbierte NOx-Menge abschätzt. Wenn die geschätzte NOx-Menge einen bestimmten Schwellenwert überschritten hat, lässt die ECU 9 das Steuerventil 22 eine geeignete Zeit lang offen, um durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 eine geeignete Kraftstoffmenge in das Abgas einzuspritzen und dadurch die Sauerstoffkonzentration des in den NOx-Katalysators 17 zu verringern, damit das im NOx-Katalysator 17 absorbierte NOx freigesetzt und zu N2 reduziert wird. Somit ermittelt die ECU 9 anhand des Betriebszustandes des Motors 1, ob das Reduktionsmittelzufuhrmittel in der oben beschriebenen Weise aktiv werden soll, um dem NOx-Katalysator 17 das Reduktionsmittel in Form von Kraftstoff zuzuführen.
  • Die Festlegung, ob das Reduktionsmittelzufuhrmittel aktiv werden soll, wird mittels des im ROM der ECU 9 gespeicherten Anwendungsprogramms getroffen. Dieses Anwendungsprogramm verwendet eine im ROM gespeicherte Datentabelle. Diese Datentabelle definiert die AGR-Rate als Funktion der Motordrehzahl Ne und der Motorlast Te.
  • Genau gesagt, man erhält die AGR-Rate, die einen Anteil des durch die AGR-Leitung 24 in das Ansaugsystem eingeleiteten Abgases darstellt, aus der berechneten Motordrehzahl Ne und der Motorlast Te sowie mit Hilfe der gespeicherten Datentabelle. Wenn die so erhaltene AGR-Rate innerhalb eines bestimmten Bereichs beibehalten wird, legt die CPU der ECU 9 fest, dass das Reduktionsmittel in Form von Leichtöl durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 in das Abgas eingespritzt werden soll. Wenn die erhaltene AGR-Rate nicht in den vorgegebenen Bereich fällt, legt die CPU fest, dass das Reduktionsmittel nicht durch die Düse 19 eingespritzt werden soll. In diesem Fall wird die Einspritzung des Reduktionsmittels durch die Düse 19 angehalten oder gesperrt. Somit wird die Entscheidung, ob Reduktionsmittel eingespritzt werden soll, durch die CPU der ECU 9 mittels des Anwendungsprogramms und der im ROM gespeicherten Datentabelle getroffen. Die ECU 9 dient gemäß der obigen Beschreibung als das Kraftstoffzufuhrermittlungsmittel, um die oben erwähnte Festlegung zu treffen.
  • Wenn die als Kraftstoffzufuhrermittlungsmittel dienende ECU 9 festlegt, dass Kraftstoff durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 zugeführt oder eingespritzt werden soll, wird der Förderdruck der Kraftstoffpumpe 12 so weit erhöht, dass der Druck des durch die Düse 19 zu befördernden Kraftstoffs ansteigt und der unter Druck stehende Kraftstoff durch die Düse 19 in die Verbindungsleitung 15 befördert wird. Es ist klar, dass die Kraftstoffpumpe 12 und die zu ihrer Steuerung bestimmte ECU 9 als Förderdruckerhöhungsmittel zusammenwirken, um den Förderdruck der Kraftstoffeinspritzdüse 19 zu erhöhen, wenn die als Kraftstoffzufuhrermittlungsmittel dienende ECU 9 festlegt, dass der Kraftstoff dem Abgas als Reduktionsmittel zugeführt werden soll.
  • Der mit dem Partikelfilter 18 ausgestattete Motor 1 wäre in Bezug auf das bekannte Emissionssteuerungssystem von dem oben beschriebenen Problem betroffen, wenn das Problem nicht gelöst würde.
  • Erste Ausführungsart
  • Das Emissionssteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsart der vorliegenden Erfindung verwendet eine im Folgenden beschriebene Lösung, um das Problem der thermischen Schädigung des mit dem Katalysator beschichteten Partikelfilters 18 infolge der Verbrennung der Feststoffteilchen zu beheben. Kurz gesagt, das Emissionssteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsart ist so beschaffen, dass die Feststoffteilchen entfernt werden, bevor der NOx-Katalysator 17 der Behandlung zum Regenerieren des durch Schwefel vergifteten Katalysators 17 unterzogen wird.
  • Genau gesagt, das Emissionssteuerungssystem beinhaltet gemäß der ersten Anspruch Folgendes: (a) ein Filterregenerierungs mittel zum Regenerieren des Partikelfilters 18 durch Entfernen der im Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen, (b) ein Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades zum Vergleichen der im NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 absorbierten SOx-Menge mit einem bestimmten Schwellenwert, um zu ermitteln, ob der NOx-Katalysator 17 durch das zusätzlich zum NOx im NOx-Katalysator 17 absorbierte SOx durch Schwefel so stark vergiftet wurde, dass der Wirkungsgrad der NOx-Beseitigung des NOx-Katalysators 17 deutlich zurückgeht; und (c) ein Schwefelentgiftungsmittel zum Regenerieren des durch Schwefel vergifteten NOx-Katalysators 17.
  • Wenn das Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades feststellt, dass der NOx-Katalysator 17 durch Schwefel vergiftet ist, wird zuerst das Filterregenerierungsmittel zum Entfernen der im NOx-Katalysator 17 adsorbierten Feststoffteilchen und danach das Schwefelentgiftungsmittel zum Regenerieren des durch Schwefel vergifteten NOx-Katalysators 17 aktiviert.
  • Zum Regenerieren des Partikelfilters 18 kann das Filterregenerierungsmittel jedes geeignete Mittel zum Entfernen der Feststoffteilchen verwenden. Vorzugsweise beinhaltet das Filterregenerierungsmittel ein Mittel zum Verbrennen der durch den Partikelfilter 18 gesammelten Feststoffteilchen durch die Wärme des vom Motor 1 ausgestoßenen Abgases oder die von einer Elektroheizung des Motors 1 erzeugte Wärme. Der Zeitpunkt, zu dem die Feststoffteilchen durch die Wärme des Abgases oder der Elektroheizung verbrannt werden, wird entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1 festgelegt.
  • Das Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades kann so beschaffen sein, dass es die Menge des im NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 absorbierten SOx mit einem bestimmten Schwellenwert vergleicht, oberhalb dessen der NOx-Katalysator 17 als durch Schwefel vergiftet anzusehen ist. Die Funktion des Mittels zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades wird mittels eines geeigneten Anwendungsprogramms durch die CPU der ECU 9 ausgeführt. Somit dient die ECU 9 als das Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades.
  • Das Schwefelentgiftungsmittel kann so beschaffen sein, dass es das in den NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 eintretende Abgas in der Weise steuert, dass das Abgas mit einem stöchiometrischen oder fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den NOx-Katalysator 17 eingeleitet wird, während eine erhöhte Temperatur des NOx-Katalysators 17 von etwa 600 bis 700°C aufrechterhalten wird. Die Funktion des Schwefelentgiftungsmittels wird mittels eines geeigneten Anwendungsprogramms durch die CPU der ECU 9 ausgeführt. Somit dient die ECU 9 als das Schwefelentgiftungsmittel.
  • Der oben erwähnte Schwellenwert der SOx-Menge, der vom Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades verwendet wird, stellt einen oberen Grenzwert der im NOx-Katalysator 17 absorbierten SOx-Menge dar, oberhalb dessen der NOx-Katalysator 17 als durch Schwefel vergiftet anzusehen ist.
  • Beim Emissionssteuerungssystem der ersten Ausführungsart wird das Filterregenerierungsmittel zum Entfernen der Feststoffteilchen aktiviert, wenn die ECU 9 als Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades feststellt, dass der NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 durch die zu große SOx-Menge vergiftet worden ist. Nach dem Entfernen der Feststoffteilchen wird das Schwefelentgiftungsmittel aktiviert, um den NOx-Katalysator 17 vom Schwefel zu entgiften.
  • Wenn der NOx-Katalysator 17 bei der obigen Anordnung nach dem Entfernen der Feststoffteilchen vom Schwefel entgiftet wird, kommt es beim Schwefelentgiftungsprozess nicht zu einem Temperaturanstieg des Partikelfilters 18, der durch die Verbrennungswärme der Feststoffteilchen bedingt ist. Dadurch verhindert die vorliegende Anordnung wirksam die unerwünschte thermische Schädigung des Partikelfilters 18 während des Schwefelentgiftungsprozesses des NOx-Katalysators 17.
  • Unter Bezug auf das Flussdiagramm von 3 wird eine gemäß der ersten Ausführungsart der Erfindung vom Emissionssteuerungssystem des Motors 1 ausgeführte Steuerroutine beschrieben.
  • Die Steuerroutine mit den Schritten S301 bis S304 wird gemäß einem im ROM der ECU 9 gespeicherten Steuerprogramm ausgeführt. Das Steuerprogramm wird bei Bedarf von der CPU der ECU 9 abgerufen.
  • Die Steuerroutine von 3 startet mit Schritt S301 und ermittelt, ob der NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 durch das darin absorbierte SOx vergiftet worden ist und ob der Schwefelentgiftungsprozess zur Regenerierung des NOx-Katalysators 17 durchgeführt werden muss.
  • Um in Schritt S301 ermitteln zu können, ob der NOx-Katalysator 17 durch SOx vergiftet worden ist, ist im ROM der ECU 9 eine (nicht gezeigte) Datentabelle gespeichert, welche die pro Zeiteinheit im NOx-Katalysator 17 gespeicherten SOx- und NOx-Mengen als Funktion der Last Te und der Drehzahl Ne des Motors 1 darstellt. Wenn die anhand der Datentabelle und der Motorlast Te und Motordrehzahl Ne ermittelte Gesamtmenge an SOx und NOx einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, stellt die CPU fest, dass der NOx-Katalysator 17 durch das SOx stark vergiftet worden ist. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt S301 positiv (JA) ist, geht der Steuerungsprozess weiter zu Schritt S302. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt S301 negativ (NEIN) ist, ist ein Zyklus der Steuerroutine abgeschlossen.
  • In Schritt S302 werden zum Regenerieren des Partikelfilters 18 die darauf angesammelten Feststoffteilchen entfernt.
  • Nach dem Schritt S302 wird in Schritt S303 ermittelt, ob die Regenerierung des Partikelfilters 18 abgeschlossen ist, d.h., ob die auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen durch Verbrennen entfernt worden sind. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt S303 positiv (JA) ist, geht der Steuerungsprozess weiter zu Schritt S304. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt S303 negativ (NEIN) ist, springt der Steuerungsprozess zurück zu Schritt S302, um mit der Regenerierung des Partikelfilters 18 fortzufahren. In Schritt S304 ist der durch Schwefel vergiftete NOx-Katalysator 17 regeneriert.
  • Variante 1 der ersten Ausführungsart
  • Das Emissionssteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsart kann ferner ein Temperaturanstiegssteuerungsmittel zur Steuerung des Temperaturanstiegs des Partikelfilters 18 entsprechend dem Fortschritt beim Entfernen der Feststoffteilchen durch das Filterregenerierungsmittel enthalten.
  • Die Funktion des Temperaturanstiegssteuerungsmittels kann mittels eines geeigneten Anwendungsprogramms, das für die Steuerung des Temperaturanstiegs des Partikelfilters 18 geschrieben wurde, durch die CPU der ECU 9 ausgeführt werden. Somit dient die ECU 9 als das Temperaturanstiegssteuerungsmittel.
  • Bei dieser Variante werden zur Regenerierung des Partikelfilters 18 ebenfalls die Feststoffteilchen durch das Filterregenerierungsmittel entfernt, wenn das Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades feststellt, dass der NOx-Absorber des NOx-Katalysators 17 stark durch Schwefel vergiftet worden ist. Außerdem wird entsprechend dem Fortschritt beim Entfernen der Feststoffteilchen durch das Filterregenerierungsmittel der Temperaturanstieg des Partikelfilters 18 durch das Temperaturanstiegssteuerungsmittel gesteuert. Diese Anordnung bewirkt, dass die Feststoffteilchen kontrolliert verbrennen und ein plötzlicher Temperaturanstieg des Partikelfilters 18 infolge sofortiger Verbrennung der Feststoffteilchen begrenzt wird. Somit bewirkt die vorliegende Anordnung eine thermische Schädigung des Partikelfilters 18.
  • Variante 2 der ersten Ausführungsart
  • Das Emissionssteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsart kann ferner ein Temperaturanstiegsgeschwindigkeits-Steuerungsmittel zur Steuerung der Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur des Partikelfilters 18 entsprechend der Menge der auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen enthalten.
  • Die Funktion des Temperaturanstiegsgeschwindigkeits-Steuerungsmittels kann mittels eines geeigneten Anwendungsprogramms, das zur Änderung der Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur des Partikelfilters 18 entsprechender der Menge der auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen geschrieben wurde, durch die CPU der ECU 9 ausgeführt werden, wenn das Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades feststellt, dass der NOx-Absorber des NOx-Katalysators 17 des Filters 18 stark durch das S5Ox vergiftet worden ist. Somit dient die ECU 9 als das Temperaturanstiegsgeschwindigkeits-Steuerungsmittel.
  • Gemäß der vorliegenden Variante wird die Temperatur des Partikelfilters 18 mit einer kontrollierten Geschwindigkeit erhöht, die von der Menge der auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen abhängt, sodass die Feststoffteilchen allmählich verbrannt werden. Somit verhindert die vorliegende Anordnung einen sofortigen Temperaturanstieg des Partikelfilters 18, der zu einer thermischen Schädigung des Partikelfilters 18 führt. Somit verhindert die vorliegende Anordnung wirksam die thermische Schädigung des Partikelfilters 18.
  • Das Temperaturanstiegsgeschwindigkeits-Steuerungsmittel ist vorzugsweise so beschaffen, dass die Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur des Partikelfilters 18 der Menge der Feststoffteilchen umgekehrt proportional ist. Mit anderen Worten, die Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur wird so gesteuert, dass sie bei einer relativ großen Menge angesammelter Feststoffteilchen niedriger ist als bei einer relativ geringen Menge.
  • Wenn sich auf dem Partikelfilter 18 eine relativ große Menge an Feststoffteilchen angesammelt hat, neigen die Feststoffteilchen dazu, alle auf einmal zu verbrennen. Bei der vorliegenden Variante wird die Anstiegsgeschwindigkeit der Temperatur des Partikelfilters 18 jedoch begrenzt, wenn die Menge der angesammelten Feststoffteilchen relativ groß ist, sodass eine angesammelte Menge der Feststoffteilchen nicht sofort verbrennen kann. Die vorliegende Anordnung verhindert wirksam einen sofortigen Temperaturanstieg, der zu einer thermischen Schädigung des Partikelfilters 18 führen würde.
  • Variante 3 der ersten Ausführungsart
  • Das Emissionssteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsart kann das Reduktionsmittelzufuhrmittel und das Reduktionsmittelmengenzufuhr-Steuerungsmittel in der oben beschriebenen Weise verwenden. Bei der vorliegenden Variante wird das Reduktionsmittelzufuhrmittel aktiv, wenn das Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades feststellt, dass die Menge des im NOx-Katalysator 17 absorbierten SOx einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Das Reduktionsmittelzufuhrmittel ist so beschaffen, dass es anfangs eine bestimmte Menge des Reduktionsmittels zuführt, bis die Temperatur des Partikelfilters 18 auf einen vorgegebenen Wert angestiegen ist, und danach eine bestimmte Menge des Reduktionsmittels zuführt, die größer als die oben angegebene Menge ist, nachdem die Temperatur den vorgegebenen Wert erreicht hat.
  • Wenn das Reduktionsmittelzufuhrmittel dem Partikelfilter 18 auf einmal eine relativ große Menge des Reduktionsmittels zuführt, können die Feststoffteilchen nach der Verbrennung des Reduktionsmittels sofort verbrannt werden, was zu einem plötzlichen Anstieg der Temperatur des Partikelfilters 18 und daraufhin zu einer thermischen Schädigung des Partikelfilters 18 führt. Bei der vorliegenden Variante wird anfangs nur eine relativ geringe Menge des Reduktionsmittels zugeführt, sodass die durch die Verbrennung des Reduktionsmittels entstehende Wärmemenge relativ klein ist und die Feststoffteilchen nicht sofort, sondern allmählich verbrannt werden, wodurch die thermische Schädigung des Partikelfilters 18 verhindert werden kann. Die Menge des anfangs zugeführten Reduktionsmittels wird so bemessen, dass die Feststoffteilchen zu einem Zeitpunkt verbrannt sind, zu dem der Partikelfilter 18 auf die vorgegebene Temperatur erhitzt worden ist. Nachdem die am Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen verbrannt worden sind, wird die relativ große Menge des Reduktionsmittels zum Entfernen bzw. Reduzieren des im NOx-Katalysator 17 absorbierten NOx zugegeben. Die Anordnung verhindert die thermische Schädigung des Partikelfilters 18 infolge plötzlicher Verbrennung der Feststoffteilchen nach Zugabe der relativ großen Menge des Reduktionsmittels. Darüber hinaus ermöglicht die Zugabe der relativ großen Menge des Reduktionsmittels einen Temperaturanstieg des Katalysator-Partikelfilters 18 auf einen Wert, der zum Regenerieren des durch Schwefel vergifteten NOx-Katalysators 17 ausreicht. Diese Temperatur ist höher als die Temperatur bei der Beseitigung der auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen. Somit gewährleistet die vorliegende Anordnung eine wirksamere Durchführung des Schwefelentgiftungsprozesses.
  • Zweite Ausführungsart
  • Um eine thermische Schädigung des Partikelfilters 18 infolge der Beseitigung der Feststoffteilchen zu verhindern, wird bei dem gemäß der ersten Ausführungsart konstruierten Emissionssteuerungssystem zuerst ermittelt, ob der Regenerierungsprozess des durch Schwefel vergifteten NOx-Katalysators 17 durchgeführt werden muss, und die Verbrennung der angesammelten Feststoffteilchen vor der Durchführung des Regenerierungsprozesses durchgeführt; dabei wird die thermische Schädigung des Partikelfilters 18 verhindert, indem die Menge des durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 zur Schwefelentgiftung zugegebenen Kraftstoffs unter Berücksichtigung der durch die Verbrennung der Feststoffteilchen entstehenden Wärmemenge ermittelt wird, wie dies in einem gemäß der zweiten Ausführungsart der Erfindung konstruierten Emissionssteuerungssystem der Fall ist.
  • Im Folgenden wird das Emissionssteuerungssystem gemäß der zweiten Ausführungsart der Erfindung beschrieben.
  • Die CPU der ECU 9 ermittelt eine Kraftstoffmenge Qad, die durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 eingespritzt werden muss, um die Temperatur des Partikelfilters 18 auf eine Zieltemperatur Tf anzuheben, bei welcher der Regenerierungsprozess des durch Schwefel vergifteten NOx-Katalysators 17 stattfinden kann. Die erforderliche Kraftstoffmenge Qad wird entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1, insbesondere der Drehzahl Ne und der Last Te des Motors 1, ermittelt. Die CPU empfängt vom Temperatursensor 17a außerdem den Wert der Abgastemperatur Tc nach dem Filter. Ferner ermittelt die CPU einen geschätzten Betrag des Temperaturanstiegs Tu1 des NOx-Katalysators 17, der sich aus der Zugabe der erforderlichen Kraftstoffmenge Qad ergibt. Außerdem ermittelt die CPU aus der oben erwähnten Abgastemperatur Tc nach dem Filter und der Ansaugluftmenge Ga eine Druckdifferenz Pd' durch den Partikelfilter 18. Diese Druckdifferenz Pd' wird im Folgenden als „prognostizierte Druckdifferenz Pd'" bezeichnet. Ferner schätzt die CPU eine Menge Gp der auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen anhand einer (nicht gezeigten) Datentabelle zur Abschätzung der Partikelmenge, wobei diese Tabelle eine Beziehung zwischen der Menge Gp und solchen Grundparametern wie der prognostizierten Druckdifferenz Pd' durch den Partikelfilter 18, der Abgastemperatur Tc nach dem Filter, der Ansaugluftmenge Ga und der tatsächlichen Druckdifferenz Pd im Partikelfilter 18 definiert. Ferner berechnet die CPU eine Gesamtwärmemenge Ep, die durch die Verbrennung aller angesammelten Feststoffteilchen erzeugt wird, indem sie die geschätzte Menge Gp der Feststoffteilchen mit einer pro Masseneinheit der Feststoffteilchen erzeugten Wärmemenge multipliziert. Durch Dividieren der Gesamtwärmemenge durch die Wärmekapazität des Partikelfilters 18 kann ein Betrag des Temperaturanstiegs Td des Partikelfilters 18 berechnet werden, der durch die berechnete Gesamtwärmemenge Ep verursacht wird. Wenn „Tm" ein oberer Grenzwert derjenigen Temperatur ist, oberhalb derer der Partikelfilter 18 thermisch geschädigt wird, kann eine höchstzulässige Temperatur Ti ermittelt werden, bis zu welcher der Partikelfilter 18 ohne thermische Schädigung erhitzt werden darf, indem der Betrag des berechneten Temperaturanstiegs Td vom oberen Temperaturgrenzwert Tm subtrahiert wird. Die höchstzulässige Temperatur Ti wird als „momentane Zieltemperatur" bezeichnet. Somit ergibt sich die momentane Zieltemperatur Ti unter Berücksichtigung der durch die Verbrennung aller Feststoffteilchen entstehenden Wärmemenge, die sich während der Betriebsdauer mit der Zeit auf dem Partikelfilter 18 angesammelt haben. Zu diesem Zweck wird die oben erwähnte Wärmemenge in einen Betrag des Temperaturanstiegs des Partikelfilters 18 umgewandelt, genauer gesagt, in einen Betrag des Temperaturanstiegs des auf dem Partikelfilter 18 befindlichen NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17.
  • Ein gewünschter Betrag Tu2 des Temperaturanstiegs, der zur Erhöhung der Temperatur des Partikelfilters 18 auf die momentane Zieltemperatur Ti durch die Kraftstoffzugabe durch die Düse 19 erforderlich ist, wird durch Subtrahieren einer Differenz (Tf – Ti) zwischen der zu erreichenden Zieltemperatur Tf und der momentanen Zieltemperatur Ti vom geschätzten Betrag Tu1 des durch Zugabe der erforderlichen Kraftstoffmenge Qad erzeugten Temperaturanstiegs ermittelt. Dann wird aus der erforderlichen Kraftstoffmenge Qad sowie einem Quotienten des gewünschten Betrages Tu2 und des geschätzten Betrages Tu1, d.h. durch Multiplizieren der erforderlichen Kraftstoffmenge Qad mit dem oben genannten Quotienten Tu2/Tu1, ein Parameter Qad' für den momentanen Temperaturanstieg ermittelt. Der Parameter Qad' für den momentanen Temperaturanstieg stellt eine Kraftstoffmenge dar, die zur Steigerung der Temperatur des Partikelfilters 18 auf die momentane Zieltemperatur Ti zugeführt werden muss.
  • Durch die ECU 9 kann ermittelt werden, ob der Partikelfilter 18 von einer thermischen Schädigung oder einem anderen Defekt betroffen ist, wenn eine Differenz zwischen der prognostizierten Druckdifferenz Pd' durch den Partikelfilter 18 und der tatsächlichen Druckdifferenz Pd einen vorgegebenen Schwellenwert überschritten hat. Der Partikelfilter 18 wird somit als thermisch geschädigt oder anderweitig fehlerhaft eingeschätzt, wenn die tatsächliche Druckdifferenz Pd vom prognostizierten Wert Pd' um mehr als den vorgegebenen oberen Schwellenwert abweicht.
  • Die zweite Ausführungsart unterscheidet sich von der ersten Ausführungsart dadurch, dass die durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 eingespritzte Kraftstoffmenge anhand der geschätzten Menge der auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen ermittelt wird, die zur Regenerierung des Partikelfilters 18 entfernt werden müssen. Die zuzugebende Kraftstoffmenge wird gemäß der obigen Beschreibung mittels der im ROM der ECU 9 gespeicherten Datentabelle zur Abschätzung der Partikelmenge ermittelt.
  • Unter Bezug auf die Flussdiagramme in 4 und 5 bis 7, die Einzelheiten zu den Schritten S402 bis S404 von 4 zeigen, wird eine durch das Emissionssteuerungssystem des Motors 1 gemäß der zweiten Ausführungsart der Erfindung ausgeführte Steuerroutine beschrieben.
  • Die Steuerroutine mit den Schritten S401 bis S407 wird mittels eines im ROM der ECU 9 gespeicherten Steuerprogramms ausgeführt. Das Steuerprogramm wird bei Bedarf durch die CPU der ECU 9 abgerufen.
  • Die Steuerroutine von 4 beginnt mit Schritt S401, in welchem geprüft wird, ob der NOx-Reduktions-Speicherkatalysator 17 durch Schwefel vergiftet ist und ob der Schwefelentgiftungsprozess zur Regenerierung des Katalysators 17 erforderlich ist.
  • Die Prüfung, ob der NOx-Katalysator 17 stark durch das SOx vergiftet worden ist, erfolgt dadurch, dass mittels der im ROM der ECU 9 gespeicherten (nicht gezeigten) Datentabelle und anhand der Last Te und der Drehzahl Ne des Motors 1 zuerst die pro Zeiteinheit im NOx-Katalysator 17 absorbierten SOx- und NOx-Mengen berechnet werden. Die berechnete Gesamtmenge an SOx und NOx wird mit dem vorgegebenen Schwellenwert verglichen, um zu ermitteln, ob der NOx-Katalysator 17 stark durch SOx vergiftet worden ist. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt S401 positiv (JA) ist, geht der Steuerungsprozess weiter zu Schritt S402. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt S401 negativ (NEIN) ist, ist ein Zyklus der Steuerroutine von 4 abgeschlossen.
  • In Schritt S402 wird die Menge Gp der auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen mittels einer im Flussdiagramm von 5 dargestellten Routine abgeschätzt.
  • Die Routine von 5 mit den Schritten S501 bis S505 wird mittels eines im ROM der ECU 9 gespeicherten Steuerprogramms durch die CPU der ECU 9 ausgeführt. Die Routine von 5 wird bei Bedarf durch die CPU abgerufen.
  • Die Routine von 5 beginnt mit Schritt S501, um aus den Ausgangssignalen der unmittelbar vor bzw. nach dem Partikelfilter 18 angeordneten Drucksensoren 120, 130 die Drücke an beiden Seiten des Partikelfilters 18 zu berechnen. Danach wird aus den gemessenen Drücken die tatsächliche Druckdifferenz im Partikelfilter 18 berechnet.
  • Anschließend geht der Steuerungsprozess weiter zu Schritt 5502, um aus der durch den Abgastemperatursensor 17a gemessenen Abgastemperatur Tc nach dem Filter und der durch den Luftmengenmesser 6 gemessenen Ansaugluftmenge Ga die prognostizierte Druckdifferenz Pd' im Partikelfilter 18 zu ermitteln.
  • Danach wird in Schritt S503 ermittelt, ob eine Differenz (Pd' – Pd) zwischen der prognostizierten und der tatsächlichen Druckdifferenz Pd' bzw. Pd größer als null (0) ist, d.h., ob die prognostizierte Druckdifferenz Pd' größer als die tatsächliche Druckdifferenz Pd ist. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt S503 positiv (JA) ist, geht der Steuerungsprozess weiter zu Schritt S504. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt S503 negativ (NEIN) ist, geht der Steuerungsprozess weiter zu Schritt S505.
  • Anschließend wird in Schritt S504 mittels der oben erwähnten im ROM der ECU 9 gespeicherten Datentabelle zur Schätzung der Partikelmenge und anhand der gemessenen Abgastemperatur Tc nach dem Filter sowie der gemessenen Ansaugluftmenge Ga und der prognostizierten und der tatsächlichen Druckdifferenz Pd' bzw. Pd die Menge Gp der auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen ermittelt. Es ist klar, dass ein Teil der ECU 9 zum Ausführen von Schritt S504 aus einem Partikelmengennachweismittel zum Nachweisen der Menge der auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen besteht. Die ECU 9 einschließlich des ROM zur Speicherung der Routine von 5 einschließlich des Schrittes S504 wird als dieses Partikelmengennachweismittel angesehen.
  • In Schritt S505 wird geprüft, ob die in Schritt S503 ermittelte Differenz (Pd' – Pd) kleiner als null ist, d.h., ob sie einen negativen Wert annimmt, und ob der Absolutwert dieser Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. In Schritt S505 soll somit geprüft werden, ob die Differenz (Pd' – Pd) einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Wenn das Ergebnis dieser Prüfung positiv ist, heißt das, dass der Partikelfilter 18 geschädigt oder fehlerhaft ist. In diesem Fall wird der Schwefelentgiftungsprozess zur Regenerierung des NOx-Katalysators 17 beendet. Es ist klar, dass ein Teil der ECU 9 zum Ausführen von Schritt S505 ein Mittel zur Beendigung des Regenerierungsprozesses umfasst, mittels dessen der Schwefelentgiftungsprozess zur Regenerierung des NOx-Katalysators 17 beendet wird. Die ECU 9 mit dem ROM zur Speicherung der Routine von 5 einschließlich Schritt S505 wird als Mittel zur Beendigung des Regenerierungsprozesses angesehen.
  • Der in Schritt S505 verwendete vorgegebene Schwellenwert ist ein Wert der Differenz (Pd' – Pd), oberhalb dessen der Partikelfilter 18 als geschädigt oder als fehlerhaft anzusehen ist.
  • In der Steuerroutine von 4 folgt nach dem Schritt S402 zur Ermittlung der geschätzten Menge Gp der Feststoffteilchen der Schritt S403 zur Berechnung der momentanen Zieltemperatur Ti.
  • In Schritt S403 wird mittels einer im Flussdiagramm von 6 dargestellten Routine die momentane Zieltemperatur Ti berechnet.
  • Die Routine von 6 mit den Schritten S601 bis S604 wird mittels eines im ROM der ECU 9 gespeicherten Steuerprogramms von der CPU der ECU 9 ausgeführt. Die Routine von 6 wird bei Bedarf durch die CPU abgerufen.
  • Die Routine von 6 beginnt in Schritt S5601 mit der Abschätzung der Menge Gp der auf dem Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen in derselben Weise wie unter Schritt S504 von 5 beschrieben.
  • Danach geht der Steuerprozess weiter zu Schritt S602, um die durch Verbrennen einer gesamten Füllung von Feststoffteilchen erzeugte Gesamtenergiemenge (thermische Energie) Ep zu berechnen. Diese Gesamtenergiemenge Ep wird durch Multiplizieren der in Schritt S602 ermittelten Gesamtmenge Gp der Feststoffteilchen mit der pro Masseneinheit der Feststoffteilchen erzeugten Energiemenge berechnet. Der Wert der pro Masseneinheit der Feststoffteilchen erzeugten Energiemenge wird experimentell ermittelt und im ROM gespeichert.
  • Danach wird in Schritt S603 der Betrag des Temperaturanstiegs Td des NOx-Katalysators 17 durch Dividieren der in Schritt S602 ermittelten Gesamtenergiemenge Ep durch die Wärmekapazität des Partikelfilters 18 berechnet. Die Wärmekapazität wird experimentell ermittelt und im ROM gespeichert.
  • Nach Schritt S603 wird in Schritt S604 die momentane Zieltemperatur Ti berechnet, indem der geschätzte Betrag des Temperaturanstiegs Td von der oberen Grenztemperatur Tm subtrahiert wird, oberhalb welcher der Partikelfilter 18 thermisch geschädigt wird.
  • In der Steuerroutine von 4 folgt nach Schritt S403 der Schritt S404, in welchem wie oben dargestellt mittels einer im Flussdiagramm von 7 dargestellten Routine der Parameter Qad' des momentanen Temperaturanstiegs berechnet wird.
  • Die Routine von 7 mit den Schritten S701 bis S704 wird mittels eines im ROM der ECU 9 gespeicherten Steuerprogramms durch die CPU der ECU 9 ausgeführt. Die Routine von 7 wird nach Bedarf durch die CPU abgerufen.
  • Bei der Routine von 7 wird in Schritt S701 die durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 zuzuführende oder einzuspritzende Kraftstoffmenge Qad berechnet, die erforderlich ist, um die Temperatur des Partikelfilters 18 bis zur zu erreichenden Zieltemperatur Tf zu erhöhen, bei welcher der Schwefelentgiftungsprozess des Filters 18 ablaufen kann. Die erforderliche Kraftstoffmenge Qad wird entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1 berechnet.
  • Anschließend wird in Schritt S702 der geschätzte Betrag des Temperaturanstiegs Tu1 des Partikelfilters 18 ermittelt, der sich durch Zugabe der in Schritt S701 ermittelten erforderlichen Kraftstoffmenge Qad ergibt.
  • Dann geht der Steuerprozess weiter zu Schritt S703, wo der gewünschte Betrag des Temperaturanstiegs Tu2 des Partikelfilters 18 ermittelt wird, der zur Erhöhung der Temperatur des Filters 18 auf die momentane Zieltemperatur Ti durch Zugabe des Kraftstoffs durch die Kraftstoffeinspritzdüse 19 benötigt wird. Der gewünschte Betrag Tu2 des Temperaturanstiegs wird durch Subtrahieren der Differenz (Tf – T1) vom geschätzten Betrag des durch Zugabe der Kraftstoffmenge Qad erzeugten Temperaturanstiegs Tu1 ermittelt.
  • Danach wird in Schritt S704 der Parameter Qad' des momentanen Temperaturanstiegs durch Multiplizieren der Kraftstoffmenge Qad mit einem Quotienten aus dem gewünschten Betrag des Temperaturanstiegs Tu2 (ermittelt in Schritt S703) und dem ge schätzten Betrag des Temperaturanstiegs Tu1 ermittelt. Der Parameter Qad' des momentanen Temperaturanstiegs stellt eine aktuell benötigte Kraftstoffmenge dar, die zugeführt werden muss, um die Temperatur bis zur momentanen Zieltemperatur Ti zu erhöhen.
  • Nach Schritt S404 von 4 wird in Schritt S405 ermittelt, ob die in Schritt S5604 berechnete momentane Zieltemperatur Ti bereits gleich der zu erreichenden Zieltemperatur Tf ist. Mit anderen Worten, in Schritt S405 wird geprüft, ob die Feststoffteilchen durch wiederholte Durchführung des im Folgenden beschriebenen Schrittes S406 vollständig verbrannt worden sind. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt S405 positiv (JA) ist, geht der Steuerprozess weiter zu Schritt S407. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt S405 negativ (NEIN) ist, geht der Steuerprozess weiter zu Schritt S406.
  • In Schritt S406 wird die Temperatur des Partikelfilters 18 eine bestimmte Zeit lang erhöht. Die Schritte S405 und S406 werden so lange wiederholt, bis das Ergebnis der Prüfung in Schritt S405 positiv (JA) ist, d.h., bis die momentane Zieltemperatur Ti gleich der zu erreichenden Zieltemperatur Tf ist.
  • In Schritt S407 wird der Schwefelentgiftungsprozess zur Regenerierung des NOx-Katalysators 17 durchgeführt, nachdem davon ausgegangen wird, dass die Feststoffteilchen vollständig verbrannt worden sind und kein weiterer Temperaturanstieg des Filters 18 durch Verbrennung der Feststoffteilchen erfolgen kann. Damit ist die Steuerroutine von 4 abgeschlossen.
  • Bei der zweiten Ausführungsart wird das Mittel zur Beendigung des Regenerierungsprozesses aktiviert, um den Schwefelentgiftungsprozess zur Regenerierung des NOx-Katalysators 17 zu be endigen oder anzuhalten, wenn das Partikelmengennachweismittel feststellt, dass die Menge der angesammelten Feststoffteilchen den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. In diesem Falle werden zuerst die Feststoffteilchen durch Verbrennung oder Oxidation beseitigt und anschließend der Schwefelentgiftungsprozess durch das Schwefelentgiftungsmittel durchgeführt, sodass der Partikelfilter 18 vor thermischer Schädigung infolge übermäßigen Temperaturanstiegs des Abgases durch Verbrennung einer zu großen Menge an Feststoffteilchen geschützt ist.
  • Es ist klar, dass das Emissionssteuerungssystem gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfindung so beschaffen ist, dass die auf dem mit dem Katalysator beschichteten Partikelfilter 18 angesammelten Feststoffteilchen entfernt werden, bevor der Schwefelentgiftungsprozess zur Regenerierung des NOx-Katalysators 17 bei erhöhter Temperatur stattfindet, sodass der Partikelfilter 18 vor thermischer Schädigung infolge des Temperaturanstiegs durch Verbrennung der Feststoffteilchen, z.B. in Form von Ruß, während des Schwefelentgiftungsprozesses geschützt ist.
  • Ein Emissionssteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) enthält einen Filter zum Sammeln der in einem Abgas enthaltenen Partikel mit einem darauf befindlichen NOx-Katalysator (17), ein Filterregenerierungsmittel (9) zum Regenerieren des Filters durch Entfernen der auf dem Filter angesammelten Partikel, ein Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades (9), um festzustellen, ob der NOx-Absorber durch die Absorption des im Abgas enthaltenen SOx durch Schwefel vergiftet ist, und ein Schwefelentgiftungsmittel (9) zur Regenerierung des NOx-Absorbers. Wenn das Mittel zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades feststellt, dass der NOx-Absorber durch Schwefel vergiftet ist, wird zuerst das Filterregene rierungsmittel zur Entfernung der Partikel und anschließend das Schwefelentgiftungsmittel aktiviert und nach dem Entfernen der Partikel der NOx-Absorber regeneriert.

Claims (6)

  1. Emissionssteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor (1), welcher Folgendes umfasst: einen Filter (18), welcher in einem Abgas enthaltene Partikel sammelt und auf dessen Oberfläche sich ein NOx-Absorber (17) befindet, wobei der NOx-Absorber (17) im Abgas enthaltenes NOx absorbiert, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freisetzt, wenn eine Sauerstoffkonzentration des Abgases verringert wird; ein Filterregenerierungsmittel (9, S302) zum Regenerieren des Filters durch Entfernen der auf dem Filter (18) angesammelten Partikel; ein Mittel (9, S301) zur Ermittlung des Vergiftungsgrades durch Schwefel, um zu ermitteln, ob der NOx-Absorber (17) durch Absorption, zusätzlich zur NOx-Absorption, des im Abgas enthaltenen SOx vergiftet ist; und ein Schwefelentgiftungsmittel (9, S304) zur Entgiftung des NOx-Absorbers (17) vom Schwefel, wobei das Mittel (9, S301) zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades zuerst ermittelt, ob der NOx-Absorber (17) durch Schwefel vergiftet ist, dann das Filterregenerierungsmittel (9, S302) zum Entfernen der Partikel akti viert und anschließend das Schwefelentgiftungsmittel (9, S304) aktiviert wird, um den NOx-Absorber (17) nach dem Entfernen der Partikel vom Schwefel zu entgiften.
  2. Emissionssteuerungssystem nach Anspruch 1, welches Folgendes umfasst: ein Temperaturanstiegssteuerungsmittel (9) zur Steuerung des Temperaturanstiegs des Filters (18), ausgehend von einem Stand der Partikelentfernung durch das Filterregenerierungsmittel (9, S302), wenn das Mittel (9, S301) zur Ermittlung des Schwefelvergiftungsgrades ermittelt, dass der NOx-Absorber (18) durch Schwefel vergiftet ist.
  3. Emissionssteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, welches ferner Folgendes umfasst: ein Mittel (9, S504) zur Abschätzung der Partikelmenge, um eine auf dem Filter (18) angesammelte Partikelmenge zu ermitteln; und ein Mittel (9, S505) zur Beendigung des Regenerierungsprozesses, um einen durch das Schwefelentgiftungsmittel (9, S304) durchgeführten Schwefelentgiftungsprozess zu beenden, wenn die durch das Mittel (9, S504) zur Abschätzung der angesammelten Partikel ermittelte Partikelmenge einen vorgegebenen Wert übersteigt.
  4. Verfahren zur Steuerung eines Emissionssteuerungssystems für einen Verbrennungsmotor (1), wobei das Emissionssteuerungssystem einen Filter (18) enthält, welcher in einem Abgas enthaltene Partikel sammelt und auf dessen Oberfläche sich ein NOx-Absorber (17) befindet, wobei der NOx-Absorber (17) im Abgas enthaltenes NOx absor biert, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freisetzt, wenn eine Sauerstoffkonzentration des Abgases verringert wird, wobei der NOx-Absorber (17) das im Abgas enthaltene NOx absorbiert, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freisetzt, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases verringert wird, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Regenerieren des Filters (18) durch Entfernen der auf dem Filter (18) angesammelten Partikel; Ermitteln, ob der NOx-Absorber (17) durch Absorption, zusätzlich zur NOx-Absorption, des im Abgas enthaltenen SOx vergiftet ist; und Entgiftung des NOx-Absorbers (17) vom Schwefel, wobei nach Feststellung, dass der NOx-Absorber (17) durch Schwefel vergiftet ist, der Schritt zur Regenerierung des Filters (18) durchgeführt wird, um die Partikel zu entfernen, und anschließend der Schritt der Entgiftung des NOx-Absorbers (17) aktiviert wird, um nach der Entfernung der Partikel den NOx-Absorber (17) vom Schwefel zu entgiften.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, welches ferner den Schritt der Steuerung eines Temperaturanstiegs des Filters (18) ausgehend von einem Stand der Partikelentfernung umfasst, wenn ermittelt wird, dass der NOx-Absorber (17) durch Schwefel vergiftet ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, welches ferner die folgenden Schritte umfasst: Ermitteln einer Menge der auf dem Filter (18) angesammelten Partikel; und Beenden des Regenerierungsprozesses zur Entgiftung des NOx-Absorbers (17) vom Schwefel, wenn die ermittelte Menge der angesammelten Partikel einen vorgegebenen Wert übersteigt.
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