DE602004005384T2

DE602004005384T2 - Abgasreinigungssystem

Info

Publication number: DE602004005384T2
Application number: DE602004005384T
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokohama-shi Kanagawa Shirakawa
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: US20050022519A1; CN1316150C; US6952920B2; JP2005048738A; EP1503056B1; JP4103719B2; CN1580510A; EP1503056A1; DE602004005384D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgas-Reinigungssystem gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Abgas-Reinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, wie beispielsweise einen Dieselmotor, der einen Teilchenfilter verwendet, um Feststoffteilchen in einem Abgas, abgegeben von dem Motor, zu sammeln und zu entfernen. Noch genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Bestimmung des Ansammlungszustands von Feststoffteilchen des Teilchenfilters.
Schädliche Abgas-Komponenten, wie beispielsweise Kohlenstoffteilchen, und anderes teilchenförmiges Material (teilchenförmiges Material oder "PM"), das in einem Abgas enthalten ist, ist ein ernsthaftes Problem insbesondere bei Dieselmotoren geworden. Herkömmlich sind verschiedene Typen von Feststoffteilchen-Auffangfiltern (Dieselpartikelfilter oder "DPF") als Abgas-Nachbehandlungsvorrichtungen verwendet worden, um das teilchenförmige Material, das in dem Abgas enthalten ist, zu sammeln und zu entfernen.
Wenn dieser Typ eines Teilchenfilters verwendet ist, muss der Teilchenfilter, wenn eine Menge an angesammelten Feststoffteilchen eine vorgeschriebene Menge erreicht, durch Verbrennen der Feststoffteilchen, die in dem Teilchenfilter angesammelt sind, regeneriert werden. Deshalb ist es notwendig, eine Menge oder einen Grad der Feststoffteilchen, die in dem Teilchenfilter angesammelt sind, zu bestimmen oder abzuschätzen.
Einige der herkömmlichen Verfahren sind so ausgelegt, um die Menge des teilchenförmigen Materials, das in dem Teilchenfilter angesammelt ist, durch Nutzen eines Phänomens, dass sich der Druckverlust des Teilchenfilters erhöht, wenn eine Menge des teilchenförmigen Materials, das sich in dem Teilchenfilter angesammelt hat, erhöht, abzuschätzen.
Zum Beispiel beschreibt die japanische, offengelegte Patentveröffentlichung No. 6-341312 eine Technologie, bei der Drucksensoren auf der Einströmseite und der Ausströmseite des Teilchenfilters, installiert in einem Abgaskanal des Motors, angeordnet sind. Die Sensoren sind so angeordnet, um die Druckdifferenz zwischen dem Bereich vor und nach dem Teilchenfilter zu erfassen, d.h. den Druckverlust, der sich aus dem Abgas ergibt, das durch den Teilchenfilter hindurch führt. Zusätzlich wird, in der vorstehend angegebenen Referenz, die erfasste Druckdifferenz basierend auf der Abgastemperatur und der Motor-Drehgeschwindigkeit korrigiert, um einen korrigierten Druckverlust zu erhalten. Der korrigierte Druckverlust wird dazu verwendet, eine Ansammlungsmenge an teilchenförmigem Material in dem Teilchenfilter zu bestimmen.
Im Hinblick auf das Vorstehende wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet ersichtlich werden, dass, aufgrund dieser Offenbarung, ein Bedarf nach einem verbesserten Abgas-Reinigungssystem besteht. Diese Erfindung wendet sich dem Erfordernis im Stand der Technik ebenso wie anderen Bedürfnissen zu, die für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet aus dieser Offenbarung ersichtlich werden.
Das einfachste Verfahren, um die Ansammlungsmenge von Feststoffteilchen abzuschätzen, ist dasjenige zu bestimmen, ob die Ansammlungsmenge der Feststoffteilchen hoch genug ist, so dass der Teilchenfilter regeneriert werden muss, wenn die Druckdifferenz zwischen dem Bereich vor und nach dem Teilchenfilter einen bestimmten, vorgeschriebenen Wert erreicht. Allerdings ändert sich, wie in 8 dargestellt ist, eine Beziehung zwischen der Druckdifferenz und der Ansammlungsmenge der Festoffteilchen stark in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen. Deshalb ist die Genauigkeit der Abschätzung in dem vorstehend erläuterten Verfahren extrem niedrig.
Entsprechend dem Bernoulli-Theorem besitzen, wenn ein Fluid durch einen begrenzten Bereich eines Durchgangswegs fließt, ein Oberflächenbereich A des Durchgangswegs, eine Strömungsrate Q, eine Druckdifferenz ΔP zwischen dem Bereich vor und nach dem verengten Bereich und eine Fluid-Dichte ρ die folgende Beziehung: A = Q/√(2ρΔP)
Das herkömmliche Abschätzungsverfahren, das in der vorstehend erwähnten Referenz beschrieben ist, ist so ausgelegt, um die Abschätzung basierend auf der Abgastemperatur und der Motordrehgeschwindigkeit zu korrigieren, um die Beziehung, die durch die vorstehende Gleichung ausgedrückt ist, anzunähern. Allerdings ändert sich gerade dann, wenn der äquivalente Oberflächenbereich (theoretischer Oberflächenbereich) genau basierend auf der vorstehenden Gleichung berechnet wird, die Beziehung zwischen dem äquivalenten Oberflächenbereich und der Ansammlungsmenge der Feststoffteilchen in Abhängigkeit von den Betriebszuständen. Mit anderen Worten wird gerade dann, wenn der äquivalente Oberflächenbereich genau entsprechend der vorstehenden Gleichung berechnet wird, die Genauigkeit der Abschätzung der Ansammlungsmenge der Festoffstoffteilchen niedrig sein.
Es ist entdeckt worden, dass eine Ursache des Fehlers zwischen dem theoretischen Wert und dem tatsächlichen Wert der Ansammlungsmenge der Feststoffteilchen eine Änderung in der Durchgangsweg-Nutzungseffektivität der Durchgangswege in dem Teilchenfilter ist. Genauer gesagt erhöht sich die Durchgangsweg-Effektivität der feinen (der schmalen) Durchgangswege des Teilchenfilters, z.B. ein Wandströmungs-Wabenfilter, wenn sich der Abgasdruck erhöht. Es wird angenommen, dass eine zweite Ursache diejenige ist, dass sich die Ansammlungsmenge des Teilchenfilters erhöht, wenn sich die Temperatur des Filters erhöht, und folglich werden die Oberflächenbereiche der feinen (der schmalen) Durchgangswege des Teilchenfilters physikalisch kleiner.
In der EP 1 081 347 A1 ist ein Abgas-Reinigungssystem, das einen Diesel-Teilchenfilter, einen Druckdifferenz-Erfassungsabschnitt, einen Abgas-Strömungsraten-Bestimmungsabschnitt, einen Abgastemperatur-Erfassungsabschnitt und einen Ansammlungszustand-Bestimmungsabschnitt aufweist, offenbart. Ein effektiver Bereich des Diesel-Teilchenfilters wird basierend auf einem differenziellen Druck vor und hinter dem Teilchenfilter, der Abgasströmung und der Abgastemperatur einströmseitig des Teilchenfilters berechnet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgas-Reinigungssystem zu schaffen, bei dem der Ansammlungszustand der Feststoffteilchen innerhalb des Teilchenfilters mit einer guten Genauigkeit abgeschätzt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Abgas-Reinigungssystem nach dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail anhand einer Ausführungsform davon in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Dieselmotors, der mit einem Abgas-Reinigungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist;
2 zeigt ein funktionales Blockdiagramm, das eine Steuerverarbeitung darstellt, die durch das Abgas-Reinigungssystem gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, um eine Abgas-Strömungsrate zu bestimmen;
3 zeigt ein funktionales Blockdiagramm, das eine Steuerverarbeitung darstellt, die durch das Abgas-Reinigungssystem gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, um die Ansammlungsmenge der Feststoffteilchen zu bestimmen;
4 zeigt ein Charakteristik-Diagramm, das Charakteristika einer Liste TTC_DPFLT, verwendet im Schritt S202 in dem funktionalen Blockdiagramm der 3, darstellt;
5 zeigt ein Charakteristik-Diagramm, das Charakteristika einer Liste MAP_KADPF darstellt, die in einem Schritt S222 in dem funktionalen Blockdiagramm der 3 verwendet wird;
6 zeigt ein Charakteristik-Diagramm, das Charakteristika einer Liste TBL_ADPF_INIT darstellt, die im Schritt S225 in dem funktionalen Blockdiagramm der 3 verwendet wird;
7 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem eingestellten, äquivalenten Oberflächenbereich und einer Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Druckdifferenz zwischen dem Bereich vor und nach dem Teilchenfilter darstellt; und
9 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer theoretischen Äquivalenzfläche und einer Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge darstellt.
Ausgewählte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet anhand dieser Offenbarung ersichtlich werden, dass die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur zur Erläuterung vorgesehen sind, und nicht für den Zweck, die Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist, einzuschränken.
Unter Bezugnahme zunächst auf 1 wird ein Abgas-Reinigungssystem für einen Verbrennungsmotor, wie beispielsweise einen turbogeladenen Dieselmotor 1, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dargestellt. Das Abgas-Reinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei anderen Verbrennungsmotoren, die in Fahrzeugen, und dergleichen, verwendet sind, angewandt werden. Der Motor 1 führt vorzugsweise eine vergleichbar große Menge einer Abgas-Rezirkulation (EGR) durch. Mit der vorliegenden Erfindung kann, auch dann, wenn sich die Motor-Betriebsbedingungen ändern, die eingestellte Äquivalenzfläche, die im Wesentlichen der Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge entspricht, erhalten werden, und demzufolge kann der Ansammlungszustand der Feststoffteilchen mit einer guten Präzision abgeschätzt werden. Als eine Folge kann die Regenerierung des Teilchenfilters zu einem geeigneten Zeitpunkt ausgeführt werden.
Wie in 1 zu sehen ist, besitzt der Motor 1 einen Abgaskanal 2 und einen Einlasskanal 3 mit einem Sammler 3a. Ein EGR-Kanal 4 verbindet den Abgaskanal 2 mit dem Sammler 3a des Lufteinlasskanals 3. Die Betriebsweise des Motors 1 wird durch eine Motor-Steuereinheit 5 gesteuert. Genauer gesagt umfasst die Steuereinheit 5 vorzugsweise einen Mikrocomputer mit einem Steuerprogramm, das den Motor 1 so, wie dies nachfolgend diskutiert ist, steuert. Die Steuereinheit 5 kann auch andere, herkömmliche Komponenten umfassen, wie beispielsweise eine Eingangs-Schnittstellenschaltung, eine Ausgangs-Schnittstellenschaltung und Speichervorrichtungen, wie beispielsweise eine ROM- (Read Only Memory)-Vorrichtung und eine RAM-(Random Access Memory)-Vorrichtung. Der Mikrocomputer der Steuereinheit 5 ist so programmiert, um die verschiedenen Teile des Motors 1 zu steuern. Die Speicherschaltung speichert Verarbeitungsergebnisse und Steuerprogramme, die durch die Prozessorschaltung ablaufen. Die Steuereinheit 5 ist betriebsmäßig mit den verschiedenen Teilen des Motors 1 in einer herkömmlichen Art und Weise verbunden. Der interne RAM der Steuereinheit 5 speichert Status-Zustände von Betriebszeichen und verschiedene Steuerdaten. Die Steuereinheit 5 ist dazu geeignet, wahlweise irgendwelche der Komponenten des Steuersystems entsprechend dem Steuerprogramm zu steuern. Es wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet anhand dieser Angaben hier ersichtlich werden, dass die genaue Struktur und die Algorithmen für die Steuereinheit 5 irgendeine Kombination einer Hardware und eine Software sein können, die die Funktionen der vorliegenden Erfindung ausführt. Mit anderen Worten sollten "Einrichtung plus Funktion" Angaben, wie sie in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet sind, irgendeine Struktur oder ein Hardware und/oder einen Algorithmus oder eine Software umfassen, die verwendet werden können, um die Funktion der "Einrichtung plus Funktion" Angabe auszuführen.
Ein EGR-Ventil 6 ist in dem EGR-Kanal 4 angeordnet und ist betriebsmäßig mit der Motor-Steuereinheit 5 verbunden. Vorzugsweise kann der Ventil-Öffnungsgrad des EGR-Ventils 6 kontinuierlich und variabel durch einen Schrittmotor oder irgendeine andere Vorrichtung, die kontinuierlich und variabel den Ventil-Öffnungsgrad des EGR-Ventils 6 steuern kann, gesteuert werden. Der Ventil-Öffnungsgrad des EGR-Ventils 6 wird durch die Motor-Steuereinheit 5 so gesteuert, um eine spezifizierte EGR-Rate in Abhängigkeit der Betriebszustände, die durch die Motor-Steuereinheit 5 von verschiedenen Betriebszustandssensoren empfangen werden, zu erhalten. Mit anderen Worten wird der Ventil-Öffnungsgrad des EGR-Ventils 6 variabel so gesteuert, um variabel die EGR-Rate zu einer Soll-EGR-Rate hin, die durch die Motor-Steuereinheit 5 eingestellt ist, zu steuern. Zum Beispiel wird die EGR-Rate auf eine große EGR-Rate eingestellt, wenn der Motor 1 in einem Bereich niedriger Geschwindigkeit, niedriger Last arbeitet, und wenn die Motor-Geschwindigkeit und die -Last höher wird, wird die EGR-Rate niedriger.
Ein Verwirbelungs-Steuerventil 9 ist in dem Einlasskanal 3 in der Nähe einer Einlassöffnung des Motors 1 vorgesehen. Das Verwirbelungs-Steuerventil 9 ist so konfiguriert und angeordnet, um eine verwirbelte Strömung innerhalb der Verbrennungskammer 19 in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors 1 zu erzeugen. Das Verwirbelungs-Steuerventil 9 wird durch einen Aktuator (nicht dargestellt) angetrieben und in Abhängigkeit eines Steuersignals von der Steuereinheit 5 geöffnet und geschlossen. Zum Beispiel ist das Verwirbelungs-Steuerventil 9 vorzugsweise unter einem Zustand niedriger Last und niedriger Geschwindigkeit geschlossen, um eine verwirbelte Strömung innerhalb der Verbrennungskammer 19 zu erzeugen.
Der Motor 1 ist auch vorzugsweise mit einer Common-Rail-Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 ausgestattet. Bei dieser Common-Rail-Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10 wird, nachdem der Kraftstoff durch eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 11 unter Druck gesetzt ist, durch einen Hochdruck-Kraftstoffzuführ-Durchgangsweg 12 geführt, so dass sich der Kraftstoff in einem Akkumulator 13 (Common-Rail) ansammelt. Der Kraftstoff wird dann von diesem Akkumulator 13 zu einer Vielzahl Kraftstoff-Einspritzdüsen 14 für jeden Motorzylinder verteilt. Die Steuereinheit 5 ist so aufgebaut, um das Öffnen und Schließen der Düsen jeder der Kraftstoff-Einspritzdüsen 14 so zu steuern, um Kraftstoff in die Motorzylinder einzuspritzen. Der Kraftstoffdruck innerhalb des Akkumulators 13 wird variabel durch eine Druckreguliereinrichtung (nicht dargestellt) eingestellt und ein Kraftstoff-Drucksensor 15 ist in dem Akkumulator 13 vorgesehen, um den Kraftstoffdruck zu erfassen. Der Kraftstoff-Drucksensor 15 ist so konfiguriert und angeordnet, um zu der Steuereinheit 5 ein Kraftstoff-Drucksignal auszugeben, das für den Kraftstoffdruck in dem Akkumulator 13 kennzeichnend ist.
Ein Kraftstoff-Temperatursensor 16 ist einströmseitig der Kraftstoffpumpe 11 angeordnet. Der Kraftstoff-Temperatursensor 16 ist so konfiguriert und angeordnet, um die Kraftstoff-Temperatur zu erfassen und zu der Steuereinheit 5 ein Signal auszugeben, das für die Kraftstoff-Temperatur kennzeichnend ist. Zusätzlich ist eine herkömmliche Glühkerze 18 in der Verbrennungskammer 19 jedes der Motorzylinder angeordnet, um den Kraftstoff in jeder Verbrennungskammer 19 zu zünden.
Der Motor 1 besitzt einen Turbolader 21 mit variabler Kapazität, der mit einer koaxial angeordneten Abgasturbine 22 und einem Kompressor 23 ausgestattet ist. Zum Beispiel kann ein variabler, geometrischer Turbolader, der ein variables, geometrisches Ventilsys tem besitzt, als der Turbolader 21 mit variabler Kapazität verwendet werden. Natürlich wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet anhand dieser Offenbarung ersichtlich werden, dass der Turbolader 21 mit variabler Kapazität nicht auf den variablen, geometrischen Turbolader begrenzt ist. Vielmehr kann irgendein Typ eines Turboladers, bei dem eine Kapazität des Turboladers effektiv durch Steuern einer Kapazitäts-Einstellungsvorrichtung oder von Vorrichtungen variiert wird, als ein Turbolader 21 mit variabler Kapazität verwendet werden.
Die Abgasturbine 22 ist in dem Abgaskanal 2 an einer Position ausströmseitig eines Bereichs angeordnet, wo sich der EGR-Kanal 4 mit dem Abgaskanal 2 verbindet. Um eine Kapazität des Turboladers 21 zu variieren, ist der Turbolader 21 vorzugsweise mit einer variablen Düse 24 oder mit einer Kapazitäts-Einstellungsvorrichtung, die an einem Scroll-Einlass der Abgasturbine 22 angeordnet ist, versehen. Mit anderen Worten kann eine Kapazität des Turboladers 21 in Abhängigkeit von Motor-Betriebszuständen variiert werden. Zum Beispiel wird eine relativ kleine Kapazität des Turboladers 21 vorzugsweise durch Verringern des Öffnungsgrads der variablen Düse 24 erreicht, wenn die Abgas-Strömungsrate relativ gering ist (wie beispielsweise ein Bereich niedriger Geschwindigkeit). Andererseits wird eine relativ große Kapazität vorzugsweise durch Erhöhen des Öffnungsgrads der variablen Düse 24 dann erreicht, wenn die Abgas-Strömungsrate relativ groß ist (wie beispielsweise ein Bereich hoher Geschwindigkeit). Die variable Düse 24 wird vorzugsweise durch einen Diaphragma-Aktuator 25 betätigt, der so aufgebaut ist, um auf einen Steuerdruck (negativer Steuerdruck) anzusprechen, und der Steuerdruck wird unter Verwendung eines taktgesteuerten Drucksteuerventils 26 erzeugt. Ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 17 mit großem Bereich ist an der Einströmseite der Abgasturbine 22 vorgesehen. Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 17 ist so konfiguriert und angeordnet, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu erfassen. Folglich ist der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 17 weiterhin so konfiguriert und angeordnet, um ein Signal zu der Steuereinheit 5 auszugeben, das für das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kennzeichnend ist.
Das Abgassystem des Motors 1 umfasst einen katalytischen Oxidationswandler 27, der in dem Abgaskanal 2 auf der Einströmseite der Abgasturbine 22 angeordnet ist. Der katalytische Oxidationswandler 27 besitzt einen Oxidations-Katalysator, der, zum Beispiel, CO und HC, enthalten in dem Abgas, oxidiert. Das Abgassystem des Motors 1 umfasst auch einen katalytischen, NOx abfangenden Wandler 28, der so aufgebaut ist, um NOx in dem Abgaskanal 2 auf der Ausströmseite des katalytischen Oxidationswandlers 27 zu behandeln. Folglich sind der katalytische Oxidationswandler 27 und der katalytische NOx abfangende Wandler 28 in Folge in dem Abgaskanal 2 ausströmseitig der Abgasturbine 22 angeordnet. Dieser katalytische NOx abfangende Wandler 28 ist so konfiguriert und angeordnet, um NOx zu adsorbieren, wenn das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in dem katalytischen NOx abfangenden Wandler 28 strömt, mager ist. Folglich fällt die Sauerstoffdichte des Abgases, das in den katalytischen NOx abfangenden Wandler 28 fließt, ab. Wenn eine Sauerstoffkonzentration des Abgases abnimmt, gibt der katalytische, NOx abfangende Wandler 28 das adsorbierte NOx frei und reinigt das Abgas durch eine katalytische Wirkung, um so einen Reinigungsvorgang durchzuführen.
Das Abgassystem des Motors 1 umfasst auch ein Abgas-Nachbehandlungssystem, wie beispielsweise einen Teilchenfilter 29 (Diesel-Teilchenfilter: DPF), der mit einem Katalysator ausgestattet ist, um Abgas-Feststoffteilchen (Feststoffteilchen oder "PM") zu sammeln und zu entfernen. Der Teilchenfilter 29 ist auf der Ausströmseite des katalytischen NOx abfangenden Wandlers 28 vorgesehen. Der Teilchenfilter 29 ist zum Beispiel mit einer Wandstrom-Wabenstruktur (vom alternierenden das Kanalende blockierenden Typ), die ein massives, zylindrisches Filtermaterial, wie beispielsweise Cordierit, mit einer Vielzahl von wabenförmigen, feinen Durchgangswegen besitzt, die darin gebildet sind, und wobei die alternierenden Enden der Durchgänge geschlossen sind, aufgebaut. Der Teilchenfilter vom mit alternierendem Kanalende blockierten Typ ist ein herkömmliches Teil, das ausreichend im Stand der Technik bekannt ist. Da dieser Typ der Teilchenfilter ausreichend im Stand der Technik bekannt ist, werden diese Strukturen nicht im Detail hier diskutiert oder dargestellt.
Das Abgassystem des Motors 1 umfasst auch einen Filtereinlass-Temperatursensor 30 und einen Filterauslass-Temperatursensor 31, die jeweils an der Einlassseite und der Auslassseite des Teilchensammelfilters 29 vorgesehen sind. Die Temperatursensoren 30 und 31 sind so konfiguriert und angeordnet, um jeweils die Abgastemperatur an der Einlassseite und der Auslassseite zu erfassen. Folglich sind die Temperatursensoren 30 und 32 weiterhin so konfiguriert und angeordnet, um jeweils ein Signal zu der Steuereinheit 5 aus zugeben, das jeweils für die Abgastemperatur an der Einlassseite und der Auslassseite kennzeichnend ist.
Da sich ein Druckverlust des Teilchenfilters 29 ändert, wenn sich die Feststoffteilchen ansammeln, ist ein Druckdifferenzsensor 32 vorgesehen, um die Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Teilchensammelfilters 29 zu erfassen. Natürlich wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet aufgrund dieser Offenbarung ersichtlich werden, dass, anstelle der Verwendung des Druckdifferenzsensors 32, um die Druckdifferenz direkt zu erfassen, separate Drucksensoren an dem Einlass und dem Auslass des Teilchenfilters 29 vorgesehen werden können, um die Druckdifferenz basierend auf den zwei Druckwerten zu finden. Ein Dämpfer (nicht dargestellt) ist auch vorzugsweise ausströmseitig des Teilchensammelfilters 29 angeordnet.
Das Einlassluftsystem des Motors 1 umfasst vorzugsweise einen Luft-Strömungsmesser 35, der so konfiguriert und angeordnet ist, um eine neue Einlassluftmenge, die durch den Luft-Einlasskanal 3 hindurch führt, zu erfassen. Der Luft-Strömungsmesser 35 ist an der Ausströmseite des Kompressors 23 in dem Luft-Einlasskanal 3 vorgesehen. Der Luft-Strömungsmesser 35 ist so konfiguriert und angeordnet, um ein Signal zu der Steuereinheit 5 auszugeben, das für die neue Einlassluftmenge, die durch den Luft-Einlasskanal 3 hindurch führt, kennzeichnend ist.
Das Luft-Einlasssystem des Motors 1 umfasst vorzugsweise einen Luftfilter 36 und einen Atmosphären-Drucksensor 37, die an der Einströmseite des Luft-Strömungsmessers 35 positioniert sind. Der Atmosphären-Drucksensor 37 ist so konfiguriert und angeordnet, um einen Außendruck, d.h. Atmosphären-Druck, zu erfassen. Der Atmosphären-Drucksensor 37 ist an dem Einlass des Luftfilters 36 vorgesehen. Der Atmosphären-Drucksensor 37 ist so konfiguriert und angeordnet, um ein Signal zu der Steuereinheit 5 auszugeben, das für den Außenseiten-Luftdruck, der in den Luft-Einlasskanal 3 eintritt, kennzeichnend ist.
Das Luft-Einlasssystem des Motors 1 umfasst vorzugsweise einen Ladeluftkühler 38, um die Ladeluft hoher Temperatur abzukühlen. Der Ladeluftkühler 38 ist in dem Luft-Einlasskanal 3 zwischen dem Kompressor 23 und einem Sammler 3a angeordnet.
Zusätzlich umfasst das Luft-Einlasssystem des Motors 1 vorzugsweise ein Einlassluft-Drosselventil 41, das so aufgebaut ist, um die Menge der neuen Einlassluft zu begrenzen. Das Einlassluft-Drosselventil 41 ist in dem Luft-Einlasskanal 3 an der Einlassseite des Sammlers 3a des Luft-Einlasskanals 3 installiert. Das Öffnen und Schließen dieses Einlassluft-Drosselventils 41 wird durch Steuersignale der Motor-Steuereinheit 5 über einen Aktuator 42 angesteuert, der einen Schritt-Motor, oder dergleichen, umfasst. Weiterhin sind ein Ladedrucksensor 44, der den Ladedruck erfasst, und ein Einlass-Temperatursensor 45, der die Einlass-Lufttemperatur erfasst, in dem Sammler 3a vorgesehen.
Die Steuereinheit 5 ist so konfiguriert und angeordnet, um eine Kraftstoff-Einspritzmenge und einen Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt der Kraftstoff-Einspritzvorrichtung 10, den Öffnungsgrad des EGR-Ventils 6, den Öffnungsgrad der variablen Düse 24, und andere Bauteile und Funktionen des Motors 1, zu steuern. Weiterhin ist, zusätzlich zu den verschiedenen Sensoren, die in dem Motor 1 so installiert sind, wie dies vorstehend erwähnt ist, die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um Erfassungssignale von einem Gaspedal-Positionssensor 46 zum Erfassen eines Betrags eines Niederdrückens des Gaspedals, einem Motor-Drehgeschwindigkeitssensor 47 zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit des Motors und einem Temperatursensor 48 zum Erfassen der Temperatur des Motor-Kühlmittels aufzunehmen.
Die Steuervorgänge, die durch die Steuereinheit 5 ausgeführt werden, werden nun unter Bezugnahme auf die Funktions-Blockdiagramme der 2 und 3 und 8 bis 10 beschrieben. Viele der Funktionen, die nachfolgend beschrieben sind, sind Funktionen, die unter Verwendung einer Software-Verarbeitung ausgeführt werden können. Zuerst wird die Verarbeitung zum Bestimmen der Menge des Abgas-Feststoffteilchens, die in dem Teilchenfilter 29 angesammelt ist, unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert.
Grundsätzlich wird in dem Abgas-Reinigungssystem der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Feststoffteilchen-Ansammlungsbetrag entsprechend einer Menge der Feststoffteilchen, die in dem Teilchenfilter 29 angesammelt ist, durch zuerst Berechnen eines Durchgangsweg-Oberflächenbereichs (ein äquivalenter Oberflächenbereich) des Teilchenfilters 29 basierend auf dem Bernoulli-Theorem abgeschätzt. Dann wird der be rechnete Durchgangsweg-Oberflächenbereich mit einem Oberflächenbereich entsprechend einem Fall, bei dem die Ansammlungsmenge der Abgas-Feststoffteilchen in dem Teilchenfilter 29 Null ist, verglichen, um ein Oberflächenbereich-Reduktionsverhältnis zu bestimmen. Schließlich wird die Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge in dem Teilchenfilter 29 basierend auf dem Oberflächenbereich-Reduktionsverhältnis berechnet. Entsprechend dem Bernoulli-Theorem haben, wenn Fluid durch einen eingeengten Bereich fließt, ein Oberflächenbereich A des eingeengten Bereichs, eine Strömungsrate Q, eine Druckdifferenz ΔP zwischen dem Bereich vor und nach dem eingeengten Bereich und eine Fluid-Dichte ρ die folgende Beziehung. A = Q/√(2ρΔP) (1)
Demzufolge verwendet die Verarbeitung, die in der Steuereinheit 5, die nachfolgend beschrieben ist, ausgeführt wird, die Gleichung (1), um den äguivalenten Oberflächenbereich A des Teilchenfilters 29 zu einem bestimmten Zeitpunkt, zu dem die Berechnung vorgenommen wird, zu berechnen.
2 zeigt ein funktionales Blockdiagramm, um einen Ablauf der Verarbeitung zum Bestimmen einer Abgas-Strömungsrate QEXH zu bestimmen. Zuerst wird, in einem Schritt S101, eine neue Luftmenge QAC, die in den Zylinder fließt, und eine Kraftstoffmenge QFTRQ, die in den Zylinder eingespritzt wird, zusammenaddiert. Dann wird, im Schritt S102, die sich ergebende Summe mit der Motor-Drehgeschwindigkeit NE multipliziert, um die Abgas-Strömungsrate QEXH zu erhalten.
3 zeigt ein funktionales Blockdiagramm, um einen Ablauf der Verarbeitung zum Bestimmen einer Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge SPMact zu bestimmen. Im Schritt S201 der 3 ist die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um ein gewichtetes Mittel der aufeinander folgenden Werte der Abgas-Strömungsrate QEXH zu berechnen, die so erhalten wird, wie dies in 2 erläutert ist. Dann ist die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um das Ergebnis als eine Abgas-Strömungsrate QEXHD auszugeben, die eine geeignete Ansprech-Charakteristik besitzt. Die Filter-Konstante (Gewichtungs-Koeffizient) TC, verwendet bei der Berechnung des gewichteten Durchschnitts im Schritt S201, ist ein Wert, der im Schritt S202, unter Verwendung einer vorge gebenen Liste TTC_DPFLT, basierend auf der Motor-Drehgeschwindigkeit NE, gefunden ist, verwendet wird.
4 stellt eine Charakteristik der Liste TTC_DPFLT dar, in der eine Ansprech-Charakteristik der Filter-Konstante TC niedriger als dann wird, wenn der Motor in einem niedrigen Drehgeschwindigkeitsbereich arbeitet, und schneller wird, wenn der Motor in einem hohen Drehgeschwindigkeitsbereich arbeitet.
Die Filter-Konstante (Gewichtungs-Koeffizient) TC bestimmt, im Schritt S202, wird auch im Schritt S203 verwendet, um einen gewichteten Durchschnitt von aufeinander folgenden Werten eines Ausgangswerts PF_D von dem Druckdifferenzsensor 32 zu berechnen. Das Ergebnis wird als eine Druckdifferenz DP_DPF_FLT ausgegeben, die eine geeignete Ansprech-Charakteristik besitzt.
Im Schritt S204 ist die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um einen gewichteten Durchschnitt von aufeinander folgenden Werten eines Ausgangswerts PF_Pre von dem Filtereinlass-Temperatursensor 30 zu bestimmen. Auch ist im Schritt S205 die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um einen gewichteten Durchschnitt von aufeinander folgenden Werten eines Ausgangswerts PF_Pst von dem Filterauslass-Temperatursensor 31 zu bestimmen. In den Schritten S204 und S205 wird die Filter-Konstante (Gewichtungs-Koeffizient) TC, verwendet in den Berechnungen des gewichteten Durchschnitts, auf eine vorgegebene Konstante KTC_TEXH, anstelle der Verwendung der vorgegebenen Liste TTC_DPFLT, dargestellt in 4, eingestellt. Dann wird, im Schritt S206, die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um eine Temperatur TMP_DPF des Teilchenfilters 29 als einen Durchschnittswert der Einlass- und Auslasstemperatur, durch Addieren der gewichteten Durchschnittswerte des Ausgangswerts PF_Pre und des Ausgangswerts PF_Pst, im Schritt S206, und durch Dividieren der Summe mit einer Konstante 2 im Schritt S207 zu bestimmen. Die Temperatur TMP_DPF wird vorzugsweise als eine absolute Temperatur ausgedrückt.
Wenn sich der Betriebszustand des Motors 1 abrupt ändert (z.B. wenn sich der Betrag des Niederdrückens des Gaspedals im Wesentlichen augenblicklich erhöht oder erniedrigt), ändert sich jeder Parameter (d.h. die Abgas-Strömungsrate QEXH, die Temperaturen PF_Pre an dem Einlass und PF_post an dem Auslass des Teilchenfilters 29, und die Druckdifferenz PF_D über dem Teilchenfilter 29) mit einer unterschiedlichen Ansprech-Charakteristik. Genauer gesagt ändern sich die Druckdifferenz PF_Pre und die Abgas-Strömungsrate QEXH vergleichbar schnell, allerdings ändern sich die Temperaturen PF_Pre und PF_Pst vergleichbar langsam. Demzufolge ist dabei eine Übergangsperiode vorhanden, während der ein großer Fehler aufgetreten sein wird, wenn die Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge durch Einlesen dieser Erfassungswerte und Verwendung davon mit irgendeiner Einstellung auf diese Erfassungswerte abgeschätzt wird. Zusätzlich variiert ein Stufen-Ansprechen jedes Parameters auf eine im Wesentlichen augenblickliche Änderung in dem Motor-Betriebszustand in Abhängigkeit davon, ob die Motor-Drehgeschwindigkeit NE hoch oder niedrig ist, und zwar zu dem Zeitpunkt der Änderung. Deshalb wird, in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die geeignete Filter-Konstante TC bei der Berechnung des gewichteten Durchschnitts jedes Erfassungswerts verwendet, um zu verhindern, dass sich die Präzision der Abschätzung der Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge aufgrund der Variation in den Ansprech-Charakteristika der Parameter ändert. Genauer gesagt werden, bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Änderungen in den Temperaturen (d.h. PF_Pre und PF_Pst), die langsamere Ansprech-Charakteristika als die Abgas-Strömungsrate QEXH und die Druckdifferenz PF_D haben, als Referenzen zum Einstellen der Ansprech-Charakteristika der Abgas-Strömungsrate QEXH und der Druckdifferenz PF_D verwendet. Auch ändert sich die Filter-Konstante TC, die bei den Berechnungen des gewichteten Durchschnitts der Abgas-Strömungsrate QEXH und die Druckdifferenz PF_D verwendet wird, entsprechend der Motor-Drehgeschwindigkeit NE. Mit anderen Worten werden die Berechnungen des gewichteten Durchschnitts der Erfassungswerte der Abgas-Strömungsrate QEXH und die Druckdifferenz PF_D vorzugsweise in den Schritten S3 und S5 so durchgeführt, dass die Ansprech-Charakteristika der Abgas-Strömumgsrate QEXH und der Druckdifferenz PF_D im Wesentlichen zu den Ansprech-Charakteristika der Temperaturen PF_Pre und PF_Pst passen.
Im Schritt S211 wird die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um eine vorgegebene Liste TPEXH_MFLR zu verwenden, um einen Druckanstiegsbetrag zu bestimmen, mit dem der Druck aufgrund des Luft-Strömungs-Widerstands des Dämpfers (nicht dargestellt), und zwar basierend auf der Abgas-Strömungsrate QEXHD, ansteigt. Der Druckan stiegsbetrag wird allgemein größer, wenn sich die Abgas-Strömungsrate QEXHD erhöht. Im Schritt S212 wird die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um den Druckanstiegsbetrag zu der Druckdifferenz DP_DPF_FLT in dem Abgaskanal 2 zwischen dem Bereich vor und nach dem Teilchenfilter 29 zu addieren, um einen Ausgangswert PEXH_DPFIN zu erhalten. Der Ausgangswert PEXH_DPFIN von Schritt S211 ist äquivalent zu der Druckdifferenz aufgrund des Dämpfers und des Teilchenfilters 29. Im Schritt S213 wird die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um einen Atmosphärendruck pATM zu dem Ausgangswert PEXH_DPFIN zu addieren. Folglich ist der Ausgang des Schritts S213 äquivalent zu der Abgastemperatur an dem Einlass des Teilchenfilters 29. Im Schritt S214 wird die Steuereinheit 5 so konfiguriert, um den Ausgang des Schritts S213 (Abgasdruck an dem Einlass des Teilchenfilters 29) mit einer vorgegebenen Konstanten (dargestellt im Schritt S215) zu multiplizieren, die der Gas-Konstanten R (0,350429) entspricht. Im Schritt S216 wird die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um den Ausgang des Schritts S214 durch die Temperatur TMP_DPF (absolute Temperatur) des Teilchenfilters 29, erhalten in den Schritten S204 bis S207, zu dividieren. Als Folge ist der Ausgang des Schritts S216 äquivalent zu einer Dichte ρ, d.h. eine relative Dichte ROUEXH, des Abgases. Im Schritt S217 wird die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um die spezifische Dichte ROUEXH mit einer Konstanten 2 (nicht dargestellt im Schritt S218) und mit der Druckdifferenz DP_DPF_FLT entsprechend der vorstehend erläuterten Gleichung (1) zu multiplizieren.
Im Schritt S219 wird die Steuereinheit so konfiguriert und angeordnet, um eine Quadratwurzel des Ausgangswerts des Schritts S217 zu bestimmen. Die Quadratwurzel des Ausgangswerts des Schritts S217 wird unter Verwendung einer vorgegebenen Liste TROOT_VEXH zur berechnungsmäßigen Vereinfachung gefunden. Das Ergebnis des Schritts S219 ist äquivalent zu dem Nenner des Ausdrucks auf der rechten Seite der Gleichung (1), d.h. einer Abgas-Strömungsgeschwindigkeit VEXH. Im Schritt S220 wird die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um die Abgas-Strömungsrate QEXH durch die Abgas-Strömungsgeschwindigkeit VEXH zu dividieren, um dadurch einen theoretischen Wert des Oberflächenbereichs A der Gleichung (1) zu erhalten. Der theoretische Wert des Oberflächenbereichs A, erhalten im Schritt S220, wird auf einen Referenzwert für den äquivalenten Oberflächenbereich (äquivalenter Referenz-Oberflächenbereich) des Teilchenfilters 29 gesetzt. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Steuereinheit 5, um die Genauigkeit der Abschätzung der Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge zu erhöhen, so konfiguriert und angeordnet, um den Referenzwert des äquivalenten Oberflächenbereichs (d.h. der Ausgang des Schritts S220) mit einem Einstellungs-Koeffizienten KADPF im Schritt S221 zu multiplizieren. Genauer gesagt wird der äquivalente Oberflächenbereich im Schritt S221 basierend auf der Abgas-Strömungsrate und der Temperatur des Teilchenfilters 29 unter Verwendung des Einstellungs-Koeffizienten KADPF eingestellt.
Der Einstellungs-Koeffizient KADPF wird im Schritt S222 unter Verwendung einer Liste MAP_KADPF, aufgebaut so, um einen inversen Wert der Abgas-Strömungsrate QEXHD (dargestellt im Schritt S229) und der Temperatur TMP_DPF des Teilchenfilters 29 als Eingänge zu verwenden. 5 stellt die Charakteristik der Liste MAP-KADPF dar. Wie in 5 zu sehen ist, wird der Einstellungs-Koeffizient KADPF entsprechend dem inversen Wert der Abgas-Strömungsrate QEXHD (1/QEXHD) bestimmt und der Einstellungs-Koeffizient KADPF variiert über einen Bereich von zum Beispiel 0,3 bis 3,0. In 5 sind die Referenzwerte (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 und 2,5) in durchgezogenen Linien dargestellt, und ein interpolierter Wert wird basierend auf diesen zwei benachbarten Referenzwerten in einem Bereich zwischen den zwei benachbarten Referenzwerten berechnet. Die Filterdurchgangs-Nutzungseffektivität des Teilchenfilters 29 ändert sich (erhöht sich oder erniedrigt sich), wie vorstehend erläutert ist, wenn sich die Abgas-Strömungsrate, d.h. der Abgasdruck, ändert. Deshalb wird der Einstellungs-Koeffizient KADPF so eingestellt, um die Charakteristik zu haben, die in 5 dargestellt ist, um dem Effekt der Änderung in der Filterdurchgangs-Nutzungseffektivität des Teilchenfilters 29 entgegenzuwirken. Weiterhin erhöht sich die Massendichte des Teilchenfilters 29, wenn sich die Temperatur des Teilchenfilters 29 erhöht, was bewirkt, dass die Oberflächenbereiche der sehr schmalen Durchgangswege des Teilchenfilters 29 physikalisch kleiner werden. Der Einstellungs-Koeffizient KADPF ist so ausgelegt, um den Effekten der Durchgangswege des Teilchenfilters 29, dass sie kleiner werden, entgegenzuwirken. Demzufolge wird, obwohl die Änderung in dem Einstellungs-Koeffizienten KADPF in Bezug auf die Temperatur TMP_DPF vergleichbar klein ist, wie in 5 gesehen werden kann, der Einstellungs-Koeffizient KADPF allgemein kleiner, wenn sich die Temperatur TMP_DPF erhöht. Dementsprechend kann der äquivalente Flächenbereich des Teilchenfilters 29 mit einer besseren Präzision durch Multiplizieren des Referenzwerts des äquivalenten Oberflächenbereichs mit dem Einstellungs-Koeffizienten KADPF im Schritt S221 abgeschätzt werden.
Im Schritt S223 wird die Steuereinheit 5 so konfiguriert, um ein gewichtetes Mittel der Werte des äquivalenten Oberflächenbereichs, erhalten im Schritt S221, zu berechnen, und das Ergebnis als einen äquivalenten Oberflächenbereich ADPFD des Teilchenfilters 29 auszugeben.
Im Schritt S225 wird die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um einen äquivalenten Anfangs-Flächenbereich ADPF_INIT des Teilchenfilters 29 zu finden, der ein äquivalenter Oberflächenbereich eines hypothetischen Falls ist, bei dem absolut keine Abgas-Feststoffteilchen in dem Teilchenfilter 29 angesammelt werden. Die Massen-Dichte, und demzufolge der Durchgangs-Flächenbereich des Teilchenfilters 29, ändert sich, wie vorstehend erläutert ist, wenn sich die Temperatur des Teilchenfilters 29 ändert. Deshalb ist, in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um einen äquivalenten Oberflächenbereich basierend auf der Temperatur TMP_DPF unter Verwendung einer vorgegebenen Liste TBL_ADPF_INIT einzustellen, um den äquivalenten Anfangs-Flächenbereich ADPF_INIT zu erhalten. 6 stellt die Charakteristik der vorgegebenen Liste TBL_ADPF_INIT dar. Der äquivalente Anfangs-Flächenbereich ADPF_INIT ist, wie in 6 zu sehen ist, im Wesentlichen konstant, wenn die Temperatur niedrig ist, und verringert sich leicht, wenn die Temperatur hoch ist.
Im Schritt S226 ist die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um den äquivalenten Flächenbereich ADPFD, erhalten im Schritt S223, durch den äquivalenten Anfangs-Flächenbereich ADPF_INIT, erhalten in S225, zu teilen, um das Durchgangs-Flächenbereichs-Verringerungs-Verhältnis RTO_ADPF, d.h. ein Verhältnis eines Verstopfens ("Verstopfungs-Verhältnis"), verursacht durch die Abgas-Feststoffteilchen, die sich in dem Teilchenfilter 29 angesammelt haben, zu bestimmen. Im Schritt S227 ist die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um auf eine vorgegebene Liste Tb1_SPMact Bezug zu nehmen, um die Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge (Gewicht) SPMact basierend auf dem Verstopfungs-Verhältnis RTO_ADPF zu bestimmen. Die vorgegebene Liste Tb1_SPMact wird vorzugsweise so eingestellt, um einer vorgegebenen Charakteristik der Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge SPMact in Bezug auf das Verstopfungs-Verhältnis RTO_ADPF zu folgen.
Die Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge SPMact, die im Schritt S227 so bestimmt ist, wie dies vorstehend beschrieben ist, wird dann mit einem Schwellwert verglichen. Wenn die Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge SPMact den Schwellwert erreicht hat, wird die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um eine vorgeschriebene Regenerierung des Teilchenfilters 29 auszuführen. Die Regenerierung des Teilchenfilters 29 kann unter Verwendung irgendeines der verschiedenen, herkömmlichen Verfahren vorgenommen werden. Zum Beispiel können die Abgas-Feststoffteilchen, die in dem Teilchenfilter 29 angesammelt sind, durch Verschließen des Einlassluft-Drosselventils 41 verbrannt werden, so dass die Abgastemperatur angehoben wird, oder durch Ausführen einer Nachkraftstoff-Einspritzung (eine zusätzliche Kraftstoff-Einspritzung, die nach der Haupteinspritzung ausgeführt wird), so dass die Abgastemperatur angehoben wird.
Weiterhin ist, im Schritt S231, die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um einen Druckanstiegsbetrag zu bestimmen, der aus einem Luftströmungs-Widerstand der katalytischen Vorrichtungen (d.h. der NOx einfangende, katalytische Wandler 28 und der katalytische Oxidationswandler 27), die in dem Abgaskanal 2 einströmseitig des Teilchenfilters 29 installiert sind, unter Verwendung einer vorgegebenen Liste TPEXH_CATS, basierend auf der Abgas-Strömungsrate QEXHD, zu bestimmen. Der Druckanstiegsbetrag erhöht sich grundsätzlich, wenn sich die Abgas-Strömungsrate QEXHD erhöht. Im Schritt S232 ist die Steuereinheit 5 so konfiguriert und angeordnet, um den Ausgangswert PEXH_DPFIN des Schritts S212 zu dem Druckanstiegsbetrag, der im Schritt S231 erhalten ist, hinzuzuaddieren, um einen Ausgangswert PEXH_TCOUT zu erhalten. Der Ausgangswert PEXH_TCOUT von Schritt S231 ist äquivalent zu dem Turbinenauslass-Druck in dem Abgaskanal 2 an der Auslassseite der Abgasturbine 22 einströmseitig des katalytischen Oxidationswandlers 27.
Entsprechend wird der erste Referenzwert (theoretischer Wert) des äquivalenten Oberflächenbereichs des Teilchenfilters 29 unter Verwendung einer theoretischen Beziehung basierend auf dem Bernoulli-Theorem bestimmt. Dann wird der Referenzwert basierend auf dem Abgasdruck (der zu der Abgas-Strömungsrate QEXHD korreliert) und der Temperatur TMP_DPF des Teilchenfilters 29 eingestellt. Wie in 7 dargestellt ist, kann, in der vorliegenden Erfindung, eine im Wesentlichen festgelegte Korrelation zwischen dem äquivalenten Oberflächenbereich und der Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge in einer stabilen Art und Weise ungeachtet der Motor-Betriebszustände erhalten werden. Als eine Folge können fehlerhafte Bestimmungen des Regenerations-Zeitpunkts des Teilchenfilters 29, verursacht durch Änderungen in den Motor-Betriebszuständen, vermieden werden und der Teilchenfilter 29 kann zu dem geeigneten Zeitpunkt mit einer guten Wiederholbarkeit regeneriert werden.
Die Ausführungsform, die vorstehend beschrieben ist, wird unter Verwendung eines Teilchenfilters erläutert, der eine Wandstrom-Wabenstruktur, als ein Beispiel des Teilchenfilters 29, besitzt. Allerdings tendiert, gerade dann, wenn andere Typen von Filtern verwendet werden, der Durchgangs-Flächenbereich eines Filters dazu, physikalisch zu expandieren, wenn die Abgastemperatur ansteigt und der Durchgangs-Oberflächenbereich dazu tendiert, sich physikalisch aufgrund einer erhöhten Massen-Dichte zu verringern, wenn sich die Filtertemperatur erhöht, wie dies vorstehend erläutert ist. Deshalb kann gerade dann, wenn Filter, andere als der Wandstrom-Wabenfilter, verwendet werden, die Präzision, mit der die Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge abgeschätzt wird, ähnlich durch Anwenden einer Einstellung entsprechend der vorliegenden Erfindung verbessert werden.
Weiterhin wird, in der Ausführungsform, die vorstehend erläutert ist, der Durchschnitt der Abgastemperaturen an dem Einlass und dem Auslass des Teilchenfilters 29 als die Temperatur des Teilchenfilters 29 ebenso wie die Temperatur des Abgases, das durch den Teilchenfilter 29 führt, verwendet. Natürlich wird für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet anhand dieser Offenbarung hier ersichtlich werden, dass die Temperatur des Teilchenfilters 29 direkt unter Verwendung eines separaten Temperatursensors zum Erfassen der Temperatur des Teilchenfilters 29 erfasst werden kann.
In der vorstehend erläuterten Ausführungsform bildet die Steuereinheit 5 vorzugsweise einen Druckdifferenz-Erfassungsabschnitt, einen Abgas-Strömungsraten-Bestimmungsabschnitt, einen Abgastemperatur-Erfassungsabschnitt, einen Ansammlungszustand-Bestimmungsabschnitt und einen Regenerierungsabschnitt.
Die nachfolgenden Richtungsangaben, wie sie hier verwendet werden, "vorwärts, rückwärts, nach oben, nach unten, vertikal, horizontal, nach unten und quer", ebenso wie irgendwelche anderen Richtungsangaben, beziehen sich auf solche Richtungen eines Fahrzeugs, das mit einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Dementsprechend sollten diese Angaben, wie sie verwendet werden, um die Ausführungsform zu beschreiben, relativ zu einem Fahrzeug, das mit der Ausführungsform, wie sie vorstehend erwähnt ist, ausgestattet ist, interpretiert werden.
Der Ausdruck "konfiguriert", wie er hier verwendet wird, um ein Bauteil, einen Abschnitt oder einen Teil einer Vorrichtung zu beschreiben, umfasst Hardware und/oder Software, die so aufgebaut und/oder programmiert ist, um die erwünschte Funktion auszuführen. Weiterhin sollten Ausdrücke, die als "Einrichtungen plus Funktion" in den Ansprüchen angegeben sind, irgendeine Struktur umfassen, die dazu verwendet werden kann, die Funktion dieses Teils auszuführen.
Die Angaben des Grads, wie beispielsweise "im Wesentlichen", "ungefähr" und "annähernd", wie sie hier verwendet werden, bedeuten einen annehmbaren Betrag einer Abweichung der modifizierten Angabe, so dass das Endergebnis nicht wesentlich geändert wird. Zum Beispiel können diese Angaben so ausgelegt werden, dass sie eine Abweichung von mindestens ± 5% der modifizierten Angabe einschließen, wenn diese Abweichung nicht die Bedeutung des Worts, das sie modifiziert, verneint.

Claims

Abgas-Reinigungssystem, das umfasst: ein Teilchenfilter (29), das in einem Abgaskanal (2) eines Motors (1) angeordnet und so geformt und eingerichtet ist, dass es Feststoffteilchen in einern von dem Motor (1) ausgestoßenen Abgas sammelt; einen Druckdifferenz-Erfassungsabschnitt (5), der so ausgeführt und eingerichtet ist, dass er eine Druckdifferenz in dem Abgaskanal (2) zwischen Positionen vor und hinter dem Teilchenfilter (29) erfasst; einen Abgas-Strömungsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt, der zum Bestimmen einer Abgas-Strömungsgeschwindigkeit ausgeführt und eingerichtet ist; einen Abgastemperatur-Erfassungsabschnitt, der zum Erfassen einer Temperatur des Abgases, das durch den Teilchenfilter (29) hindurch tritt, ausgeführt und eingerichtet ist; und einen Ansammlungszustand-Bestimmungsabschnitt, der so ausgeführt und eingerichtet ist, dass er einen Ansammlungszustand der Feststoffteilchen in dem Teilchenfilter (29) durch Ermitteln einer Bezugs-Äquivalenzfläche eines Querschnitts eines Durchlasses im Inneren des Teilchenfilters (29) auf Basis der in dem Druckdifferenz-Erfassungsabschnitt erfassten Druckdifferenz, der in dem Abgas-Strömungsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt (5) bestimmten Abgas-Strömungsgeschwindigkeit und der in dem Abgastemperatur-Erfassungsabschnitt erfassten Temperatur des Abgases bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansammlungszustand-Bestimmungsabschnitt des Weiteren so ausgeführt ist, dass er eine regulierte Äquivalenzfläche durch Regulieren der Bezugs-Äquivalenzfläche auf Basis einer Temperatur des Teilchenfilters (29) und der Abgas-Strömungsgeschwindigkeit ermittelt.
Abgas-Reinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansammlungszustand-Bestimmungsabschnitt des Weiteren so ausgeführt und ein gerichtet ist, dass er einen Regulierungskoeffizienten, der der Abgas-Strömungsgeschwindigkeit und der Temperatur des Teilchenfilters (29) entspricht, unter Verwendung eines vorgeschriebenen Kennfeldes bestimmt und die Bezugs-Äquivalenzfläche durch Multiplizieren der Bezugs-Äquivalenzfläche mit dem Regulierungskoeffizienten reguliert.
Abgas-Reinigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansammlungszustand-Bestimmungsabschnitt des Weiteren enthält: einen Abschnitt zum Bestimmen einer Anfangs-Äquivalenzfläche, der so ausgeführt und eingerichtet ist, dass er eine Anfangs-Äquivalenzfläche, die einer hypothetischen Äquivalenzfläche entspricht, ermittelt, wenn eine Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge bei der Temperatur des Teilchenfilters (29) Null beträgt, und einen Ansammlungsmengen-Schätzabschnitt, der so ausgeführt und eingerichtet ist, dass er eine geschätzte Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge durch Schätzen einer in dem Teilchenfilter (29) angesammelten Menge an Feststoffteilchen auf Basis eines Verhältnisses der regulierten Äquivalenzfläche und der Anfangs-Äquivalenzfläche ermittelt.
Abgas-Reinigungssystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Regenerierungsabschnitt, der so ausgeführt und eingerichtet ist, dass er den Teilchenfilter (29) regeneriert, wenn die geschätzte Feststoffteilchen-Ansammlungsmenge genauso groß wird wie oder größer als ein vorgeschriebener Wert.
Abgas-Reinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilchenfilter (29) eine Wandstrom-Wabenstruktur aufweist, die ein zylindrisches Filtermaterial mit einer Vielzahl wabenförmiger Feinkanäle enthält, die an abwechselnden Enden verschlossen sind.