DE602005005029T2

DE602005005029T2 - Regenerationssteuerung für eine abgasreinigungsvorrichtung eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE602005005029T2
Application number: DE602005005029T
Authority: DE
Inventors: Tatsuhisa Toyota-shi Yokoi; Yasuhiko Toyota-shi OTSUBO; Shigehiro Toyota-shi MATSUNO; Hiroki Toyota-shi Matsuoka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2025-03-11
Also published as: US20070169466A1; PL1725751T3; KR20060117363A; CN100422520C; KR100817863B1; US7841169B2; CN1930384A; EP1725751A1; DE602005005029D1; WO2005088095A1; JP4049113B2; EP1725751B1; JP2005256721A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regenerationssteuerung, die Partikel, die sich in einer Abgasreinigungsvorrichtung angesammelt haben, erhitzt und beseitigt, wobei die Reinigungsvorrichtung im Abgassystem eines Verbrennungsmotors angeordnet ist.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Die japanischen Patentveröffentlichungen 2002-227688 und 2003-20930 beschreiben eine Technologie, die verwendet wird, wenn sich eine große Partikelmenge (PM) in einem in einem Abgassystem eines Dieselmotors angeordneten Filter angesammelt hat. In einem solchen Fall wird das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases immer wieder auf einen Wert zwischen einem fetten Zustand und einem mageren Zustand eingestellt, um das Filter zu erhitzen und die Partikel in dem Filter zu verbrennen.
Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases jedoch wiederholt auf einen Wert zwischen einem fetten Zustand und einem mageren Zustand eingestellt wird, wenn sich eine große Partikelmenge in dem Filter angesammelt hat, würde plötzlich eine große Partikelmenge verbrannt werden. Dadurch kann eine Überhitzung des Filters bewirkt werden und eine thermische Verschlechterung herbeigeführt werden.
Um eine Überhitzung beim Verbrennen einer großen Partikelmenge zu verhindern, kann das Filter erhitzt werden, wenn die sich in dem Filter angesammelte Partikelmenge verhältnismäßig gering ist, um so die Partikel in kleinen Mengen zu verbrennen. Dies würde jedoch die Häufigkeit der Filtererhitzung erhöhen. Somit würde der Verbrauch des zum Anfetten des Kraftstoff-Luftverhältnisse verwendeten Kraftstoffs ansteigen und daher die Kraftstoffersparnis abnehmen.
Bei einer anderen Technologie werden die Partikel langsam verbrannt, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases verhältnismäßig niedrig ist (z. B. wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis geringfügig über dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis liegt). Wenn der Zustand des Motors sich verändert oder wenn sich die Partikel in ungleichmäßiger Weise angesammelt haben, können ein Erfassungswert oder Schätzwert, die die Menge der angesammelten Partikel darstellen, fehlerhaft sein. Die Erhitzung des Filters kann dementsprechend enden, bevor die Partikel allesamt aus dem Filter entfernt worden sind. Derartige Restpartikel können zu einer plötzlichen Verbrennung einer großen Partikelmenge und somit zu einer Überhitzung des Filters führen.
In der Druckschrift WO 03/001038 A1 ist ferner ein Regenerationssteuerungsverfahren zum Regenerieren einer kontinuierlich regenerativen Diesel-Partikelfiltervorrichtung offenbart, die in der Lage ist, ein Filter durch effizientes Entfernen von PM zu regenerieren, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs unterdrückt und eine Verschlechterung der Fahrbarkeit verhindert wird. Der Verstopfungszustand des Filters wird in drei oder mehr Phrasen des Verstopfungszustands beurteilt, und wenn der Verstopfungszustand des Filters eine spezifizierte Phase erreicht hat, wird ein spezifizierter Regenerativmodusbetrieb, der in Übereinstimmung mit der erreichten Phase eingestellt wird, ausgeführt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regenerationssteuerung zu schaffen, die verhindert, dass eine große Partikelmenge plötzlich verbrennt, ohne die Häufigkeit des Heizvorgangs erhöhen zu müssen.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Regenerationssteuerung zum Beseitigen von Partikeln, die sich einer in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung angesammelt haben, gemäß Anspruch 1. Die Regenerationssteuerung beinhaltet einen Heizabschnitt zum Beheizen der Abgasreinigungsvorrichtung zum Beseitigen der Partikel, die sich in der Abgasreinigungsvorrich tung angesammelt haben, wenn eine geschätzte Ansammlungsmenge größer ist als eine Referenz-Ansammlungsmenge. Der Heizabschnitt erhält die geschätzte Ansammlungsmenge durch Schätzen der Menge der Partikel, die sich in der Abgasreinigungsvorrichtung angesammelt haben. Ein Modusänderungsabschnitt ändert Abgasreinigungsvorrichtungs-Heizmodi beim Beheizen der Reinigungsvorrichtung, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge innerhalb eines Modusränderungsbereichs liegt.
Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zum Beseitigen von Partikeln, die sich in einer in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung angesammelt haben, nach Anspruch 11. Das Verfahren beinhaltet den Schritt des Schätzens der Menge der Partikel, die sich in der Abgasreinigungsvorrichtung angesammelt haben, um eine geschätzte Ansammlungsmenge zu erhalten, des Bestimmens, ob die geschätzte Ansammlungsmenge größer als eine Referenzansammlungsmenge ist, des Hinzufügens eines Kraftstoffs zu einem Abgas, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge größer ist als die Referenz-Ansammlungsmenge, des Bestimmens, ob die geschätzte Ansammlungsmenge kleiner oder gleich einem Bestimmungswert ist, der kleiner als die Referenzansammlungsmenge ist, und des intermittierenden Hinzufügens eines Kraftstoffs zu dem Abgas, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge kleiner oder gleich dem Bestimmungswert ist.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung, die die Grundsätze der Erfindung beispielhaft veranschaulicht, besser verständlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Erfindung wird zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen unter Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit der beigefügten Zeichnung besser verständlich. Es zeigen:
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Steuerungssystem für einen Fahrzeug-Dieselmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 ist ein Flussdiagramm, das eine Regenerationsmodusausführungs-Bestimmung darstellt, die durch eine in 1 gezeigte ECU ausgeführt wird;
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Regenerationssteuerung darstellt, die durch die ECU von 1 ausgeführt wird;
4 ist ein Flussdiagramm, dass einen Kraftstoffhinzufügungsvorgang darstellt, der durch die ECU von 1 ausgeführt wird;
5 bis 11 sind Zeitsteuerungsdiagramme, die Beispiele für eine Regenerationssteuerung in in der ersten Ausführungsform darstellen; und
12 ist ein schematisches Diagramm, das eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Es erfolgt mm eine Erläuterung einer Regenerationssteuerung für eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist eine schematisches Diagramm eines die Regenerationssteuerung beinhaltenden Steuerungssystems, das auf einen Fahrzeug-Dieselmotor angewendet wird. Die Anwendung der Regenerationssteuerung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf einen Dieselmotor begrenzt. Das heißt, dass die Regenerationssteuerung der vorliegenden Erfindung auch auf einen Magermixbenzinmotor angewendet werden kann.
Ein Dieselmotor 2 beinhaltet eine Mehrzahl von Zylindern, die einen ersten bis vierten Zylinder #1, #2, #3 und #4 beinhalten. In einem jeweiligen der Zylinder #1 bis #4 ist ein Verbrennungsraum 4 mit einem Druckluftbehälter 12 über einen Einlasskanal 8 und einen Ansaugkrümmer 10 verbunden. Jeder Einlasskanal 8 wird durch ein Einlassventil 6 geöffnet und geschlossen. Der Druckluftbehälter 12 ist mit einem Zwischenkühler 14 und einem Lader wie einem Abgasturbolader 16 versehen. Über eine Luftreinigungseinrichtung 18 zugeführte Frischluft wird durch einen Verdichter 16a des Abgasturboladers 16 verdichtet. Der Druckluftbehälter 12 weist einen AGR-Gas-Zuführkanal 20a einer Abgasrückführungs-(AGR)-Leitung 20 auf. Eine Drosselklappe 22 ist in einer Saugleitung 13 zwischen dem Druckluftbehälter 12 und dem Zwischenkühler 14 angeordnet. Ein Saugluftmengensensor 24 und ein Sauglufttemperatursensor 26 sind zwischen dem Verdichter 16a und der Luftreinigungseinrichtung 18 angeordnet.
In einem jeweiligen der Zylinder #1 bis #4 ist der Verbrennungsraum 4 mit einem Auslasskanal 30 und einem Abgaskrümmer 32 verbunden. Jeder Abgaskanal 30 wird durch ein Auslassventil 28 geöffnet und geschlossen. Eine Abgasturbine 16b des Abgasturboladers 16 ist zwischen dem Abgaskrümmer 32 und der Abgasleitung 34 angeordnet. Das Abgas wird aus einer Position im Abgaskrümmer 32 nahe des vierten Zylinders #44 zu einer Abgasturbine 16b befördert.
Drei Abgasreinigungsmechanismen, in denen jeweils ein Abgasreinigungskatalysator untergebracht ist, nämlich katalytische Umwandlungseinrichtungen 36, 38 und 40, sind in der Abgasleitung 34 angeordnet. In der ersten katalytischen Umwandlungseinrichtung 36 (ersten Abgasreinigungsvorrichtung), die am weitesten stromauf angeordnet ist, ist ein NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a untergebracht. Wenn das Abgas des im Normalbetrieb arbeitenden Dieselmotors 2 sich in einer Oxidationsatmosphäre (mager) befindet, werden NOx in dem NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a gespeichert. Wenn das Abgas sich in einer reduzierenden Atmosphäre befindet (das stöchiometrische oder Kraftstoff-Luftverhältnis das des stöchiometrischen Zustands unterschreitet), werden die in dem NOx-Speicherreduktionskatalysator gespeicherten NOx zu NO reduziert, von dem NOx-Speicherreduktionskatalysator 36 getrennt und unter Ver wendung von HC und CO weiter reduziert. Auf diese Weise können die NOx beseitigt werden.
In der zweiten katalytischen Umwandlungseinrichtung 38 (zweiten Abgasreinigungsvorrichtung), die stromabwärts von der ersten katalytischen Umwandlungseinrichtung 36 angeordnet ist, ist ein monolithisch strukturiertes Filter 38a untergebracht. Die Wände des Filters 38a weisen Poren auf, die den Durchlass von Abgas erlauben. Die poröse Oberfläche des Filters 38a ist mit einer Lage aus NOx-Speicherreduktionskatalysator beschichtet. Das Filter 38a funktioniert als Basis für den NOx-Speicherreduktionskatalysator. Der NOx-Speicherreduktionskatalysator beseitigt die NOx in der gleichen Weise wie im NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a. Es erfolgt eine Ansammlung der in dem Abgas enthaltenen Partikel (PM) in der Wand des Filters 38a. Die PM werden zunächst durch aktiven Sauerstoff oxidiert, der freigesetzt wird, wenn die NOx einer Oxidationsatmosphäre bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur ausgesetzt werden. Dann werden die PM durch den sie umgebenden überschüssigen Sauerstoff vollkommen oxidiert. Auf diese Weise werden nicht nur die NOx, sondern auch die PM aus dem Filter 38a beseitigt. Die erste katalytische Umwandlungseinrichtung 36 ist mit der zweiten katalytischen Umwandlungseinrichtung 38 einstückig ausgebildet.
In der dritten katalytischen Umwandlungseinrichtung 40, die am weitesten stromabwärts positioniert ist, ist ein Oxidationskatalysator 40a zum Beseitigen von HC und CO durch Oxidation untergebracht. Ein erster Abgastemperatursensor 44 ist zwischen dem NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und dem Filter 38a angeordnet. Zwischen dem Filters 38a und dem Oxidationskatalysator 40a ist ein zweiter Abgastemperatursensor 46 nahe des Filters 38a angeordnet, und der Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensor 48 ist nahe des Oxidationskatalysators 40a angeordnet.
Bei dem Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensor 48 handelt es sich beispielsweise um einen Sensor, der einen Festelektrolyt verwendet. Der Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensor 48 erfasst das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases basierend auf Abgaskomponenten und erzeugt ein Spannungssignal, das linear proportional zum Kraftstoff-Luft verhältnis ist. Der erste Abgastemperatursensor 44 und der zweite Abgastemperatursensor 46 erfassen jeweils die Abgastemperaturen thci und thco an deren jeweiligen Positionen.
Ein Druckdifferenzsensor 50 ist mit einer Leitung verbunden, die die Seite stromauf mit der stromabwärtigen Seite des Filters 38a verbindet. Der Druckdifferenzsensor 50 erfasst die Druckdifferenz ΔP zwischen der Seite stromauf und der stromabwärtigen Seite des Filters 38a, um den Grad der Verstopfung des Filters 38a, d. h. den Grad der Ansammlung von PM in dem Filter 38a, zu erfassen.
Der Abgaskrümmer 32 weist einen AGR-Gaseinlass 20b für die AGR-Leitung 20 in der Nähe des ersten Zylinders #1 oder entfernt vom vierten Zylinder #4, der das Abgas zur Abgasturbine 16 befördert, auf.
Ein Stahl-AGR-Katalysator 52 zum Reformieren des AGR-Gases, eine Kühleinrichtung 54 zum Kühlen des AGR-Gases und ein AGR-Ventil 56 sind in der AGR-Leitung 20 in dieser Reihenfolge vom AGR-Gaseinlass 20b angeordnet. Der AGR-Katalysator 52 funktioniert außerdem, um eine Verstopfung der Kühleinrichtung 54 zu verhindern. Die AGR-Gasmenge, die dem Einlasssystem über den AGR-Gaszuführkana 20a erneut zugeführt soll, wird entsprechend dem Öffnungsgrad des AGR-Ventils 56 eingestellt.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 58 ist in einem jeweiligen der Zylinder #1 bis #4 angeordnet und spritzt den Kraftstoff direkt in den entsprechenden Verbrennungsraum 4 ein. Jedes Kraftstoffeinspritzventil 58 ist mit einer Common-Rail bzw. Drucksammelleitung 60 über eine Kraftstoffzuführleitung 58a verbunden. Eine Kraftstoffpumpe 62 mit variablem Austrag, die elektrisch gesteuert wird, führt einen unter hohem Druck stehenden Kraftstoff einer Drucksammelleitung 60 zu. Der unter hohem Druck stehende Kraftstoff in der Drucksammelleitung 60 wird über eine jeweilige Kraftstoffzuführleitung 58a auf das entsprechende Kraftstoffeinspritzventil 58 verteilt. Ein Kraftstoffdrucksensor 64 erfasst den Druck des Kraftstoffs in der Drucksammelleitung 60.
Die Kraftstoffpumpe 62 führt einen unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoff über eine Kraftstoffzuführleitung 66 zu einem Kraftstoffhinzufügungsventil 68. Das Kraftstoffhinzufügungsventil 68 ist in einem Abgaskanal 30 des vierten Zylinders #4 angeordnet, um den Kraftstoff in Richtung der Abgasturbine 16b einzuspritzen. In einem Katalysatorsteuerungsmodus fügt das Kraftstoffhinzufügungsventil 68 dem Abgas Kraftstoff hinzu.
Eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 70 beinhaltet ein digitales Computersystem, das eine CPU, einen ROM und Ansteuerungsschaltkreise beinhaltet. Der Ansteuerungsschaltkreis sorgt für die Ansteuerung verschiedener Einheiten. Der ECU 70 werden Erfassungssignalen vom Saugluftmengensensor 24, dem Sauglufttemperatursensor 26, dem ersten Abgastemperatursensor 44, dem zweiten Abgastemperatursensor 46, dem Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensor 48, dem Druckdifferenzsensor 50, einem AGR-Öffnungsgradsensor, der in dem AGR-Ventil 56 beinhaltet ist, einem Kraftstoffdrucksensor 64, einem Drosselöffnungsgrad-Sensor 22a, einem Fahrpedalöffnungsgradsensor 74, einem Kühlmitteltemperatursensor 76, einem Motordrehzahlsensor 80 und einem Zylinderunterscheidungssensor 82 zugeführt. Der Fahrpedalöffnungssensor 74 erfasst den Verstellweg eines Fahrpedals 72 (Fahrpedalöffnungsgrad ACCP). Der Kühlmitteltemperatursensor 76 erfasst die Kühlmitteltemperatur THW des Dieselmotors 2. Der Motordrehzahlsensor 80 erfasst die Motordrehzahl NE oder die Umdrehungsgeschwindigkeit der Kurbelwelle 78. Der Zylinderunterscheidungssensor 82 erfasst die Drehphase der Kurbelwelle 78 oder die Drehphase eines Einlassnockens, um die Zylinder jeweils voneinander unterscheiden zu können.
Die ECU 70 bestimmt den Antriebszustand des Motors anhand dieser Erfassungssignale, um eine Kraftstoffeinspritzung (Menge und Steuerzeitpunkt) der Kraftstoffeinspritzventile 58 gemäß dem Ansteuerungszustand des Motors zu steuern. Die ECU 70 führt eine Steuerung zum Einstellen des Öffnungsgrads des AGR-Ventils 56, zum Einstellen des Drosselklappen-Öffnungsgrads mit einem Elektromotor 22b und zum Einstellen der Austragmenge der Kraftstoffpumpe 62 aus. Ferner führt die ECU 70 eine Katalysatorsteuerung einschließlich eines Regenerationsmodus, eines Schwefelbestandteilszersetzungs-Freigabemodus (der nachstehend als ein Schwefelbeseitigungsmodus bezeichnet wird), eines NOx-Reduktionsmodus und eines Normalsteuerungsmodus aus. Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Katalysatorsteuerung
Die ECU 70 führt einen Verbrennungsmodus aus, der aus zwei Verbrennungsmodi, nämlich einem Normalverbrennungsmodus und einem Niedertemperaturmodus, entsprechend dem Antriebszustand des Motors ausgewählt wird. Im Niedertemperaturverbrennungsmodus reduziert die ECU 70 gleichzeitig NOx und Rauch durch Verlangsamen des Anstiegs der Verbrennungstemperatur durch Verwendung einer großen Rückführungsmenge von Abgas basierend auf einem AGR-Ventilöffnungsgrad-Kennfeld für den Niedertemperatur-Verbrennungsmodus. Der Niedertemperatur-Verbrennungsmodus wird ausgeführt, wenn der Motor sich in einem Bereich befindet, in dem die Motorlast gering ist und die Motordrehzahl gering oder mittel ist. Im Niedertemperaturverbrennungsmodus führt die ECU 70 eine Kraftstoff-Luftverhältnis-Rückführungssteuerung einschließlich einer Einstellung eines Drosselklappenöffnungsgrads TA basierend auf einem Kraftstoff-Luftverhältnis AF aus, das durch den Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensor 48 erfasst wird. Ein sich vom Niedertemperaturverbrennungsmodus unterscheidender Verbrennungsmodus ist der Normalverbrennungsmodus. Im Normalverbrennungsmodus führt die ECU 70 eine Normal-AGR-Steuerung (die eine Steuerung beinhaltet, die keine Rückführung des Abgases beinhaltet) basierend auf einem AGR-Ventilöffnungsgrad-Kennfeld für den Normalverbrennungsmodus aus.
Es erfolgt nun eine Beschreibung der Katalysatorsteuerung.
Im Regenerationsmodus erhitzt die ECU 70 insbesondere die sich in dem Filter 38a der zweiten katalytischen Umwandlungseinrichtung 38 angesammelten PM, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge von PM in dem Abgasreinigungskatalysator einen Regenerationsreferenzwert erreicht. Die PM werden erhitzt, um oxidiert zur Erzeugung von CO₂ und H₂O zersetzt zu werden, und werden als CO₂ und H₂O freigesetzt (PM-Freisetzungserhitzung). Im Regenerationsmodus fügt die ECU 70 mit dem Kraft stoffhinzufügungsventil 68 wiederholt Kraftstoff hinzu, um das Katalysatorbett bei einem Kraftstoff-Luftverhältnis zu erhitzten (z. B. 600 bis 700°C), das über dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis. Die ECU 70 kann ferner eine Kraftstoffeinspritzung (nach einer Einspritzung) in einen jeweiligen Verbrennungsraum 4 während des Arbeitshubs oder dem Auslasshub mit dem entsprechenden Kraftstoffeinspritzventil 58 ausführen. Die ECU 70 führt ferner einen Verbrennungsheizvorgang durch Ausführen eines intermittierenden Kraftstoffhinzufügungsvorgang aus. In dem intermittierenden Kraftstoffhinzufügungsvorgang führt die ECU 70 einen Kraftstoff-Luftverhältnis-Senkungsvorgang zwischen Zeitspannen aus, wenn kein Kraftstoff hinzugefügt wird. Im Kraftstoff-Luftverhältnis-Senkungsvorgang wird das Kraftstoff-Luftverhältnis verringert (angefettet), so dass es mit dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft identisch oder geringfügig niedriger als dasselbe ist, indem ein Kraftstoff aus dem Kraftstoffhinzufügungsventil 68 intermittierend hinzugefügt wird. In dieser Ausführungsform bewirkt der Kraftstoff-Luftverhältnis-Senkungsvorgang, dass das Kraftstoff-Luftverhältnis geringfügig niedriger wird als das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis. In bestimmten Fällen können die Nacheinspritzung mit den Kraftstoffeinspritzventilen 58 und der intermittierende Kraftstoffhinzufügungsvorgang kombiniert ausgeführt werden. Der Regenerationsmodus erhöht die Temperatur auf einen Wert, bei dem der NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und das Filter 38 nicht überhitzen. Ferner wird durch den Regenerationsmodus aktiver Sauerstoff erzeugt. Dadurch wird ein Effekt herbeigeführt, der für die Verbrennung von PM sorgt. Somit wird die PM-Verstopfung an der vorderen Oberfläche des NOx-Speicherreduktionskatalysators 36a beseitigt, und die sich in dem Filter 38a angesammelten PM werden verbrannt.
Der Schwefelbeseitigungsmodus wird ausgeführt, wenn der NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und das Filter 38a durch Schwefelbestandteile vergiftet sind und deren Abgasreinigungskapazität, wie z. B. die NOx-Speicherkapazität, vermindert ist. Der Schwefelbeseitigungsmodus zersetzt die Schwefelbestandteile und gibt sie aus dem NOx-Speicherreduktionskatalysator 36 und dem Filter 38a frei, so dass der NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und das Filter 38a von den Schwefelbestandteilen befreit werden und sich von der Schwefelvergiftung erholen. Im Schwefelbeseitigungs modus erhitzt die ECU 70 das Katalysatorbett (z. B. auf 650°C), indem wiederholt Kraftstoff von dem Kraftstoffhinzufügungsventil 68 hinzugefügt wird. Die ECU 70 führt ferner einen Kraftstoff-Luftverhältnis-Senkungsvorgang aus, der das Kraftstoff-Luftverhältnis verringert, so dass es mit dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis identisch oder geringfügig niedriger als dasselbe wird, indem aus dem Kraftstoffhinzufügungsventil 68 intermittierend Kraftstoff hinzugefügt wird. In der ersten Ausführungsform sorgt der Kraftstoff-Luftverhältnis-Senkungsvorgang für eine Anfettung des Kraftstoff-Luftverhältnisses, so dass es geringfügig niedriger als das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis wird. Im Schwefelbeseitigungsmodus kann die Nacheinspritzung unter Verwendung des Kraftstoffeinspritzventils 8 ebenfalls ausgeführt werden. Dieser Vorgang ist ähnlich dem intermittierenden Kraftstoffhinzufügungsvorgang, der im Regenerationsmodus ausgeführt wird und auch den Effekt des Verbrennens der PM beinhaltet. Dementsprechend kann die ECU 70 den Verbrennungsheizvorgang stoppen, wenn der Schwefelbeseitigungsmodus ausgeführt wird oder wenn eine Anfrage zum Ausführen des Schwefelbeseitigungsmodus vorliegt.
Im NOx-Reduktionsmodus werden die im NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und dem Filter 38a verstopften NOx zu N₂, CO₂ und H₂O reduziert und als N₂, CO₂ und H₂O freigesetzt. Im NOx-Reduktionsmodus fügt die ECU 70 einen Kraftstoff aus dem Kraftstoffhinzufügungsventil 68 in relativ langen Zeitintervallen intermittierend hinzu, so dass die Temperatur des Katalysatorbetts verhältnismäßig gering eingestellt ist (z. B. 250 bis 500°C). Bei einer derart verhältnismäßig niedrigen Katalysatorbett-Temperatur wird das Kraftstoff-Luftverhältnis gesenkt, so dass es mit dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis identisch oder geringfügig niedriger als dasselbe ist.
Bei der Katalysatorsteuerung, die die drei vorstehend beschriebenen Katalysatorsteuerungsmodi ausschließt, handelt es sich um den Normalsteuerungsmodus. Im Normalsteuerungsmodus führt die ECU 70 den Kraftstoffhinzufügungsvorgang mit dem Kraftstoffhinzufügungsventil 68 und der Nacheinspritzung mit dem Kraftstoffeinspritzventil 58 aus.
Es erfolgt nun eine Erörterung der durch die ECU 70 ausgeführten Verarbeitung im Regenerationsmodus. Das Flussdiagramm von 2, das die Regenerationsmodusausführungs-Bestimmung darstellt, das Flussdiagramm von 3, das die Regenerationssteuerung darstellt, und das Flussdiagramm von 4, das den Kraftstoffhinzufügungsvorgang darstellt, werden jeweils als Unterbrechungen in vorbestimmten Zeitzyklen ausgeführt. Das Ergebnis der Regenerationsmodusausführungs-Bestimmung in 2 legt fest, ob die Regenerationssteuerung in 3 und der Kraftstoffhinzufügungsvorgang in 4 gestartet werden soll.
Es erfolgt zunächst die Regenerationsmodusausführungs-Bestimmung (2). In Schritt S102 berechnet die ECU 70 die Emissionsmenge PMe der Partikel, bei der es sich um die Gesamtmenge von PM handelt, die aus einem jeweiligen Verbrennungsraum 4 des Dieselmotors 2 während eines Steuerzyklus in 2 emittiert werden. In dieser Ausführungsform berechnet die ECU 70 die Emissionsmenge PMe der Partikel durch Bezugnahme auf ein Kennfeld, das im voraus empirisch erzeugt worden ist. Das Kennfeld stellt einen Zusammenhang zwischen der Emissionsmenge und beispielsweise der Motordrehzahl NE und der Motorlast (z. B. der Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 58) her. Die ECU 70 berechnet die Partikelemissionsmenge PMe anhand der Motordrehzahl NE und der Motorlast.
Bei Schritt S104 berechnet die ECU 70 den Oxidationsbetrag PMc der PM, die sich in dem Filter 38a angesammelt haben oder darin eingefangen sind. Bei dem Oxidationsbetrag PMc handelt es sich um die Menge der eingefangenen PM, die während eines Steuerungszyklus dieses Vorgangs durch Oxidation beseitigt werden. In dieser Ausführungsform berechnet die ECU 70 den Oxidationsbetrag PMc unter Bezugnahme auf ein Kennfeld, das im voraus empirisch erzeugt worden ist. Das Kennfeld stellt eine Verbindung zwischen dem Oxidationsbetrag und der Katalysatorbett-Temperatur des Filters 38a (z. B. der Abgastemperatur thco, die durch den zweiten Abgastemperatursensor 46 erfasst wird) und einer Saugluftmenge GA her. Die ECU 70 berechnet den Oxidationsbetrag PMc anhand der Auslasstemperatur thco und der Saugluftmenge GA.
Bei Schritt S106 berechnet die ECU 70 eine geschätzte PM-Ansammlungsmenge PMsm untere Verwendung des Ausdrucks 1. PMsm ← Max[PMsm + PMe – PMc, 0] (1)
Im Ausdruck 1 ist die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm auf der rechten Seite der Wert, der in dem vorhergehenden Zyklus dieses Vorgangs berechnet wurde. Max stellt einen Operator zum Extrahieren des maximalen Werts der Werte in den Klammern dar. Wenn z. B. PMsm + PMe – PMc ein positiver Wert ist, wird der resultierende Wert von PMsm + PMe – PMc als die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm auf der linken Seite des Ausdrucks angesetzt. Wenn PMsm + PMe – PMc ein negativer Wert ist, wird null (Gramm) als die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm auf der linken Seite des Ausdrucks angesetzt.
Bei Schritt S108 prüft die ECU 70, ob die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm größer oder gleich einem Regenerations-Referenzwert PMstart (Referenz-Ansammlungswert) ist und bestimmt, ob der Regenerationsmodus gestartet werden soll. Wenn der PMsm geringer als PMstart (NEIN bei Schritt S108) ist, beendet die ECU 70 vorübergehend diese Vorgang. Der Zustand, in dem PMsm kleiner als PMstart ist, entspricht einem Zustand vor dem Steuerzeitpunkt t0, der im Zeitsteuerungsdiagramm von 4 gezeigt ist.
Wenn der Zustand, in dem PMe größer als PMc ist, aufgrund des Antriebszustands des Dieselmotors 2 andauert, werden die Schritte S102, S104 und S106 wiederholt. Dadurch wird die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm allmählich erhöht. Solange PMsm jedoch kleiner als PMstart ist (NEIN bei Schritt S108), beendet die ECU 70 diesen Vorgang vorübergehend.
Wenn die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm ansteigt und PMsm ≥ PMstart erfüllt ist (JA bei Schritt S108), startet die ECU 70 bei Schritt S110 die Regenerations steuerung (t0 in 5). In diesem Fall wird die Regenerationssteuerung von 3 zyklisch ausgeführt. In Schritt S110 startet die ECU 70 die Regenerationssteuerung, nachdem die Flags FN, FS und F0 auf AUS gesetzt worden sind.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung der Regenerationssteuerung von 3. Die ECU 70 führt eine Regenerationssteuerung im Anschluss an die Regenerationsmodusausführungs-Bestimmung von 2 aus. Dementsprechend wird die Regenerationssteuerung in dem selben Zyklus wie die Regenerationsmodusausführungs-Bestimmung ausgeführt.
Bei Schritt S122 bestimmt die ECU 70, ob die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm größer als ein Endbestimmungswert PMend (z. B. 0 g) ist. In der Anfangsstufe der Regenerationssteuerung (3) ist die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm größer als der Endbestimmungswert PMend (S122: JA). Dann bestimmt die ECU 70 bei Schritt S124, ob die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm geringer als der spezielle Verbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm ist. Der spezielle Verbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm ist geringfügig größer als der Endbestimmungswert PMend.
Im Anfangszustand einer Regenerationssteuerung (3) ist die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm größer als der Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm (S124: NEIN). Dementsprechend beendet die ECU 70 diesen Vorgang vorübergehend. Dabei führt die ECU 70 eine normale Erhitzung während des Kraftstoffhinzufügungsvorgangs (4) aus, auf den später eingegangen wird. Bei der normalen Erhitzung fügt die ECU 70 dem Abgas kontinuierlich einen Kraftstoff aus dem Kraftstoffhinzufügungsventil 68 hinzu und erhitzt den NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und das Filter 38a, wobei das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases geringfügig höher ist als das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis (z. B. Abgastemperatur tchi = 600 bis 700°C). Folglich werden die Partikel, die sich in dem NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und dem Filter 38a angesammelt haben, verhältnismäßig langsam verbrannt und beseitigt. Wenn danach die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm größer ist als der Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm (S124: NEIN), setzt die ECU 70 den Normalheizvorgang fort.
Da der Normalheizvorgang die Partikelemissionsmenge PMe auf einen Wert reduziert, der unter dem Oxidationsbetrag PMc liegt, nimmt die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm allmählich ab (siehe Ausdruck 1). Dementsprechend nimmt nach dem Zeitpunkt t0 die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm weiterhin ab, wie in 5 gezeigt.
Wenn danach die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm kleiner oder gleich dem Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm (S124: JA) wird, bestimmt die ECU 70 bei Schritt S126, ob das Verhältnis P/GA den Modusänderungs-Referenzwert Dp unterschreitet. Bei dem Verhältnis ΔP/GA (das gleich der Abgasdruckdifferenz ist) handelt es sich um das Verhältnis der Druckdifferenz ΔP zwischen den Seiten stromauf und der stromabwärtigen Seite des Filters 38a, die durch den Druckdifferenzsensor 50 erfasst wird, und die Saugluftmenge GA, die durch den Saugluftmengensensor 24 erfasst wird. Das Verhältnis ΔP/GA ist ein Wert zum Bestimmen des Grads der PM-Ansammlung innerhalb des Filters 38a als ein Strömungswiderstandswert ohne Berücksichtigung der Abgasmenge. Die Verwendung von ΔP/-Abgasmenge anstelle von ΔP/GA ist logisch. Da jedoch die Saugluftmenge GA eine direkt proportionale Beziehung zur Abgasmenge hat, liegen in Bezug auf die Steuerungsgenauigkeit keine Nachteile vor, selbst wenn ΔP/GA verwendet wird.
Der Modusänderungs-Referenzwert Dp stellt das geschätzte Verhältnis ΔP/GA unter der Bedingung von PMsm ≤ SBUpm. Das heißt, dass der Modusänderungs-Referenzwert DP zum Bestimmen dessen verwendet wird, ob sich tatsächlich mehr PM als die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm auf dem Ansammlungsfilter 38a angesammelt haben oder nicht.
Wenn die Bedingung ΔP/GA < Dp erfüllt ist (S126: JA), bestimmt die ECU 70 bei Schritt S128, ob das spezielle Verbrennungsausführungs-Flag FS auf AUS gesetzt wird oder nicht. Wenn das Flag FS AUS ist (S128: JA), bestimmt die ECU 70 bei Schritt S130, ob die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm kleiner oder gleich dem normalen Verbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm ist. Der normale Verbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm ist geringfügig größer als der Endbestimmungswert PMend und entspricht der Beziehung von NBUpm < SBUpm.
Wenn die Beziehung von PMsm > NBUpm erfüllt ist (S130: NEIN), fügt die ECU 70 einen Kraftstoff für einen Normalheizvorgang im Kraftstoffhinzufügungsvorgang hinzu (4). Durch das Hinzufügen von Kraftstoff für einen Normalheizvorgang wird die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm durch langsames Verbrennen der PM reduziert.
Wenn die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm kleiner oder gleich dem normalen Verbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm ist (S130: JA; Zeit t1 in 5), bestimmt die ECU 70 bei Schritt S132, ob die intermittierende Hinzufügung N-mal (dreimal in der ersten Ausführungsform) ausgeführt worden ist. Zu diesem Zeitpunkt hat die ECU 70 die intermittierende Hinzufügung in das Abgas immer noch nicht ausgeführt (S132: JA). Dementsprechend setzt die ECU 70 das Normalverbrennungs-Ausführungsflag FN bei Schritt S134 auf EIN. Da das Normalverbrennungs-Ausführungsflag FN auf EIN gesetzt ist, startet die ECU 70 den Normalverbrennungsvorgang zum intermittierenden Hinzufügen von Kraftstoff aus dem Hinzufügungsventil 68 in das Abgas während dem Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4), auf den später eingegangen wird.
Anschließend wird das Flag FN auf EIN gesetzt (S234), wenn die Schritte S122, S124, S126, S128, S128, S130 und S132 ein JA zu Folge haben, bis die intermittierende Hinzufügung im Normalverbrennungsvorgang N-mal abgeschlossen ist.
Wenn die intermittierende N-mal ährend des Normalverbrennvorgangs ausgeführt worden ist (S132: NEIN; Zeit t2 in 5), dann setzt bei Schritt S136 die ECU 70 das Normalverbrennungs-Ausführungsflag FN auf AUS. Dabei schaltet die ECU 70 von der intermittierenden Hinzufügung zur Normalheizvorgangs-Kraftstoffhinzufügung im Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4).
Wenn anschließend PMsm ≤ PMend erfüllt wird (S122: NEIN; Zeit t3 in 5), bestimmt die ECU 70 in Schritt S140, ob eine intermittierende Hinzufügung im Normalverbrennvorgang N-mal abgeschlossen worden ist oder nicht. Zu diesem Zeitpunkt ist die intermittierende Hinzufügung bereits N-mal abgeschlossen worden (S140: JA). Dementsprechend setzt die ECU 70 bei Schritt S142 das Normalverbrennungs-Ausführungsflag FN auf AUS. Der Vorgang von Schritt S140 wird ausgeführt, da die intermittierende Hinzufügung nicht N-mal ausgeführt worden ist, selbst wenn PMsm ≤ PMend erfüllt wird.
Dann setzt die ECU 70 bei Schritt S144 das Sonderverbrennungs-Ausführungsflag FS auf AUS (zu diesem Zeitpunkt ist das Flag FS bereits von Beginn an auf AUS gesetzt gewesen), und das Regenerationssteuerungende-Flag F0 wird in Schritt S146 auf EIN gesetzt. Dabei beendet die ECU 70 die Regenerationssteuerung im Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4). Dementsprechend nimmt die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm nach dem Zeitpunkt t3 weiterhin zu, wie in 5 gezeigt ist.
Bevor die N-malige intermittierende Hinzufügung im Normalverbrennvorgang abgeschlossen ist, können die Normalverbrennungsermöglichungsbedingungen nicht erfüllt werden (S162: NEIN in 4). In diesem Zustand kann die Normalverbrennung nicht abgeschlossen werden. Ein derartiger Zustand wird als Aussetzungszustand bezeichnet. Während des Aussetzungszustands kann ein Normalheizvorgang (S182) die Bedingung der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm ≤ PMend nicht erfüllen (S122: NEIN). In einem solchen Fall setzt die ECU 70 das Regenerationssteuerungsende-Flag F0 ebenfalls auf EIN (Schritt S146). In diesem Fall wird die intermittierende Hinzufügung für die Normalverbrennung aufgrund der Zeitbedingung fortgesetzt (S170 in 4)
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung eines Falls, in dem ΔP/GA ≥ DP bei Schritt S126 erfüllt ist. Die Beschreibung nimmt auf das in 6 gezeigte Zeitsteuerungsdiagramm Bezug.
In diesem Fall setzt die ECU 70 bei Schritt S138 das Sonderverbrennungsausführungs-Flag FS auf EIN. Dabei startet die ECU 70 eine intermittierende Hinzufügung in dem Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) mittels des Sonderverbrennungsvorgangs (Zeit t11 in 6). Da die ECU 70 die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm im Sonderverbrennungsvorgang erhöht, wird die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm wieder in einen Zustand zurückversetzt, in dem sie größer als der Sonderverbrennungs-Bestimmungswert SBUpm ist (S124: NEIN). Da jedoch das Flag FS bereits auf EIN gesetzt ist, setzt die ECU 70 eine intermittierende Hinzufügung im Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) mittels des Sonderverbrennungsvorgangs (ab dem Zeitpunkt t11 in 6) fort.
Anschließend fährt die ECU 70 damit fort, Schritt S122 mit JA zu bestimmen und S124 mit NEIN zu bestimmen, und die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm nimmt ab. Daher ist die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm kleiner oder gleich dem Sonderverbrennungs-Bestimmunsgwert SBUpm (S124: JA) (Zeit t12 in 6).
Wenn in diesem Zustand ΔP/GA ≥ Dp erfüllt wird (S126: NEIN), setzt die ECU 70 das Sonderverbrennungsausführungs-Flag FS bei Schritt S138 erneut auf EIN. Dabei erhöht die ECU 70 im Kraftstoffhinzufügungsvorgang die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm ein zweites Mal, wie durch die gestrichelte Linie in 6 angezeigt ist. Dementsprechend ist die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm größer als der Sonderverbrennungs-Bestimmungswert SBUpm (S124: NEIN). Im Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) erhöht die ECU 70 die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm kein drittes Mal.
Wenn ferner die Bedingung PMs ≤ SBUpm ein zweites Mal erfüllt wird (S124: JA), und ΔP/GA < DP erfüllt ist (S126: Ja), erhöht die ECU 70 die geschätzte An sammlungsmenge PMsm im Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) kein zweites Mals, wie durch die gestrichelte Linie in 6 angezeigt ist.
Wenn PMsm ≤ PMend danach durch Fortsetzung einer intermittierenden Hinzufügung in dem Sonderverbrennungsvorgang erfüllt wird (S122: NEIN), bestimmt die ECU 70 bei Schritt S140 ein NEIN, setzt das Sonderverbrennungsausführungs-Flag FS bei Schritt S144 auf AUS und setzt bei Schritt S146 das Regenerationssteuerungsende-Flag F0 auf EIN. Dementsprechend beginnt die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm, nach dem Zeitpunkt t14 oder Zeitpunkt t15 in 16 zuzunehmen.
Nachstehend erfolgt eine Beschreibung des Kraftstoffhinzufügungsvorgangs (4). Die ECU 70 führt den Kraftstoffhinzufügungsvorgang im Anschluss an die Regenerationssteuerung (3) aus. Dementsprechend wird der Kraftstoffhinzufügungsvorgang in dem gleichen Zyklus wie die Regenerationssteuerung ausgeführt.
Bei Schritt S162 bestimmt die ECU 70 zunächst basierend auf den Betriebsbedingungen des Dieselmotors 2, ob die Verbrennungsermöglichungsbedingung erfüllt wird oder nicht. Insbesondere wird die Verbrennermöglichungsbedingung erfüllt, wenn der Dieselmotor 2 in einem Zustand arbeitet, in dem die Temperatur des Abgases, das an die Abgasleitung 34 abgeführt wird, angemessen ist (z. B., wenn die Motordrehzahl sich in einem mittleren Bereich befindet und die Motorlast sich in einem mittleren oder hohen Bereich befindet). Dies würde eine Inaktivierung der katalytischen Funktion und ein Anhaften des hinzugefügten Kraftstoffs an den Wandoberflächen aufgrund einer verringerten Temperatur des Filters 38a und des NOx-Speicherreduktionskatalysators 36a verhindern und eine Überhitzung aufgrund der höheren Temperatur des Abgases vermeiden.
Wenn die Verbrennungsermöglichungsbedingung erfüllt ist (S162: JA), bestimmt die ECU 70 bei Schritt S164, ob das Normalverbrennungsausführungs-Flag FN EIN ist oder nicht. Wenn FN = AUS erfüllt ist (S164: NEIN), bestimmt bei Schritt S174 die ECU 70, ob das Sonderverbrennungsausführungs-Flag FS EIN ist. Wenn FS = AUS erfüllt ist (S174: NEIN), bestimmt die ECU 70 bei Schritt S181, ob F0 = AUS erfüllt ist oder nicht. Wenn F0 = AUS erfüllt ist (S181: JA), fügt die ECU 70 bei Schritt S182 dem Abgas kontinuierlich Kraftstoff aus dem Kraftstoffhinzufügungsventil 68 hinzu (Normalheizvorgangs-Kraftstoffhinzufügung).
Wenn die Bestimmung der Regenerationssteuerung (3) in den Schritten S122 bis S132 JA lautet, wird das Flag FN auf EIN gesetzt (S134, 3). In diesem Fall bestimmt die ECU 70 in dem Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) den Schritt S164 mit JA. Bei Schritt S166 bestimmt die ECU 70, ob eine intermittierende Hinzufügung N-mal (dreimal in dieser Ausführungsform) ausgeführt worden ist. Wenn eine intermittierende Hinzufügung nicht N-mal ausgeführt worden ist (S166: NEIN), bestimmt die ECU 70 bei Schritt S168, ob das Regenerationssteuerungsende-Flag F0 EIN ist. Da der Schritt S146 einer Regenerationssteuerung (3) zu diesem Zeitpunkt nicht ausgeführt wird, wird F0 = AUS erfüllt (S168: NEIN), und die ECU 70 fügt dem Abgas bei Schritt 180 einen Kraftstoff aus dem Hinzufügungsventil 68 hinzu (vom Zeitpunkt t20 in 7; bis zum Zeitpunkt t1 in 5). Insbesondere stellt die ECU 70 die Kraftstoffmenge, die wiederholt aus dem Hinzufügungsventil 68 hinzugefügt wird, die Zeitspanne der Kraftstoffhinzufügung und die Zeitspanne, wenn kein Kraftstoff hinzugefügt wird, ein. Auf diese Weise steuert die ECU 70 das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases, um den Zustand eines aktivierten Sauerstoffs zu realisieren, und die Abgastemperaturen thci und thco, die in der Lage sind, die in dem Filter 38a und dem NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a angesammelten Partikel zu verbrennen.
In anschließenden Steuerungszyklen setzt die ECU 70 die intermittierende Hinzufügung (S180) fort, wenn die Anzahl der Male, die ein Kraftstoff einem Abgas intermittierend hinzugefügt wird, geringer als N-Mal ist (S166: NEIN) und F = AUS (S168: NEIN). Danach erreicht die Anzahl der intermittierenden Hinzufügungen N-Mal. Dann setzt die ECU 70 das Normalverbrennungsausführungs-Flag FN bei Schritt S136 der Regenerationssteuerung (3) auf AUS. Anschließend wird Schritt S164 mit NEIN bestimmt, Schritt S174 mit NEIN bestimmt und Schritt S181 mit JA bestimmt. Dement sprechend kehrt die ECU 70 zur Normalheizvorgangs-Kraftstoffhinzufügung zurück (ab dem Zeitpunkt t26 in 7; ab dem Zeitpunkt t2 in 2).
Wenn die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm kleiner oder gleich dem Endbestimmungswert PMend ist, bevor die Anzahl der intermittierenden Hinzufügungen N-mal erreicht hat, bestimmt die ECU 70 Schritt S122 in der Regenerationssteuerung mit NEIN und bestimmt den Schritt S140 mit Nein. In diesem Fall wird FN = EIN erfüllt, während F0 = EIN erfüllt ist (S146 in 3).
Folglich wird Schritt S168 des Kraftstoffhinzufügungsvorgangs (4) mit JA bestimmt. Bei Schritt S170 bestimmt die ECU 70, ob die Aussetzungszeit Tw (entspricht der Referenzzeit) verstrichen ist oder nicht, da F0 = EIN erfüllt wurde. Die Aussetzungszeit Tw stellt die Zeitspanne dar, bis die PM-Ansammlung durch das Anhaften eines hinzugefügten Kraftstoffs an den Wandoberflächen verstärkt wird und zum Auftreten einer Inaktivierung der katalytischen Funktion aufgrund der geringeren Temperatur des NOx-Speicherreduktionskatalysators und des Filters 38a, wenn kein Kraftstoff hinzugefügt wird. Die Aussetzungszeit Tw kann beispielsweise auf 180 Sekunden eingestellt sein.
Wie in 8 gezeigt ist, wird FN = EIN erfüllt (S164: JA), wenn die Verbrennungsermöglichungsbedingung erfüllt ist (S162: JA), nachdem die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm kleiner oder gleich dem Endbestimmungswert PMend (ab dem Zeitpunkt T32) geworden ist, und die ECU 70 bestimmt, ob die intermittierende Hinzufügung bei Schritt S166 N-mal ausgeführt worden ist oder nicht. Da die intermittierende Hinzufügung keine N-mal ausgeführt worden ist (S166: NEIN), bestimmt die ECU 70 bei Schritt S168, ob F0 = EIN erfüllt ist oder nicht. Da F0 = EIN erfüllt wird (S168: JA), bestimmt die ECU 70 bei Schritt S170, ob die die Aussetzungszeit Tw verstrichen ist. Die Aussetzungszeit Tw ist nicht verstrichen, das PMsm ≤ PMend erfüllt wurde (S170: NEIN). Somit setzt die ECU 70 die intermittierende Hinzufügung fort (S180).
Danach sind die N Mal der intermittierenden Hinzufügungen abgeschlossen (t33). Dann wird Schritt S140 der Regenerationssteuerung (3) mit JA bestimmt, und das Flag FN wird bei Schritt S142 auf AUS gesetzt. Dabei werden die Schritte S164 und S174 des Kraftstoffhinzufügungsvorgangs (4) mit NEIN bestimmt, und Schritt S181 wird mit NEIN bestimmt. Bei Schritt S184 bestimmt die ECU 70, ob FN = AUS erfüllt ist oder nicht. Da FN = AUS erfüllt ist (S184: JA), wird die Regenerationssteuerung beendet (S186). Das heißt, dass die ECU 70 die Regenerationssteuerung (3) und den Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) stoppt. Der Normalverbrennungsheizvorgang ist daher beendet.
In dem Beispiel von 9 wird die Verbrennungsermöglichungsbedingung nicht erfüllt (t42), nachdem der Normalverbrennungsheizvorgang (ab t41) gestartet worden ist und bevor N Male der intermittierenden Hinzufügungen abgeschlossen sind. Im Anschluss daran wird die Verbrennungsermöglichungsbedingung erfüllt (t44), nachdem PMsm ≤ PMend erfüllt worden ist (t43) und bevor die Aussetzungszeit Tw (T < Tw) verstrichen ist.
In diesem Fall wird in der Regenerationssteuerung (3) bei Schritt S122 ein NEIN bestimmt (t43 in 9), und das Flag F0 auf EIN gesetzt (S146).
Anschließend bestimmt die ECU 70 im Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4), dass die Verbrennungsermöglichungsbedingung nicht erfüllt ist (S162: NEIN), F0 = EIN erfüllt ist (S181: NEIN) und FN = EIN erfüllt ist (S184: NEIN). Somit behält die ECU 70 den Stopp des Heizvorgangs bei. Wenn anschließend (t44) die Verbrennungsermöglichungsbedingung erfüllt ist (S162: JA), bestimmt die ECU 70, dass FN = EIN erfüllt ist (S164: JA), die intermittierende Hinzufügung nicht N-mal abgeschlossen worden ist (S166: NEIN), FN = EIN erfüllt ist (S168: JA, und dass T < Tw erfüllt ist (S170: NEIN). Somit nimmt die ECU 70 einen erneuten Start der intermittierenden Hinzufügung vor (S180).
Wenn N Male der intermittierenden Hinzufügungen abgeschlossen sind (3, S140: JA), wird das Flag FN auf AUS gesetzt (3, S142). In dem Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) bestimmt die ECU 70 den Schritt S164 mit NEIN, den Schritt S174 mit NEIN, dass F0 = EIN erfüllt ist (S181: NEIN) und dass FN = AUS erfüllt ist (S184: JA). Dadurch wird die Regenerationssteuerung (S186, t45 in 9) abgeschlossen. Der normale Heizvorgang ist daher beendet.
In dem Beispiel von 10 wird die Verbrennungsermöglichung nicht erfüllt (t52), nachdem der normale Verbrennungsheizvorgang (ab t51) gestartet worden ist und bevor die intermittierende Hinzufügung N Mal abgeschlossen worden ist. Nachdem anschließend PMsm ≤ PMend erfüllt worden ist (t53) und die Aussetzungszeit Tw verstrichen ist (T ≥ Tw), ist die Verbrennungsermöglichungsbedingung erfüllt (t54).
In diesem Fall wird in der Regenerationssteuerung (3) Schritt S122 mit NEIN (t53 in 10) bestimmt, und F0 = EIN erfüllt (S146).
Anschließend bestimmt die ECU 70 im Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4), dass die Verbrennungsermöglichungsbedingung nicht erfüllt ist (S162: NEIN), F0 = EIN erfüllt ist (S181: NEIN) und FN = EIN erfüllt ist (S184: NEIN). Somit setzt die ECU 70 den Stopp des Heizvorgangs fort. Selbst wenn anschließend (t54) die Verbrennungsermöglichungsbedingung erfüllt wird (S162: JA), bestimmt die ECU 70, dass FN = EIN erfüllt ist (S164: JA), die intermittierende Hinzufügung keine N Male abgeschlossen worden ist (S166: NEIN), FN = EIN erfüllt ist (S168: JA), die Aussetzungszeit Tw verstrichen ist (S170: JA), und die intermittierende Hinzufügung N Male ausgeführt worden ist, ohne Berücksichtigung der tatsächlichen Anzahl von Malen, die die intermittierende Hinzufügung ausgeführt worden ist (S172).
Dementsprechend bestimmt die ECU 70 im nächsten Steuerzyklus den Schritt S132 mit NEIN und setzt das Flag FN bei Schritt S136 auf AUS. Daher bestimmt die ECU 70 im Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) Schritt S164 mit NEIN, Schritt S174 mit NEIN und anschließend, dass F0 = EIN erfüllt ist (S171: NEIN) und FN = AUS erfüllt ist (S184: JA). Folglich wird die Regenerationssteuerung (S184, t54 in 10) beendet. Die Regenerationssteuerung endet im Wesentlichen, wenn PMsm ≥ PMend erfüllt ist (t53), d. h. der Normalverbrennungsheizvorgang endet zum Zeitpunkt t52.
11 zeigt ein Beispiel, in dem das Flag FN bei Schritt S134 auf EIN gesetzt wird und die Verbrennungsermöglichungsbedingung nicht erfüllt wird. Bevor PMsm PMend erfüllt ist (t61), führt die ECU 70 die intermittierende Hinzufügung für einen Normalverbrennungsheizvorgang nicht aus.
In 11 wird die Verbrennungsermöglichungsbedingung erfüllt, bevor die Aussetzungszeit Tw verstrichen ist (t62), da PMsm ≤ PMend erfüllt ist (t61). Dementsprechend beendet die ECU 70 den Normalverbrennungsheizvorgang, nachdem die intermittierende Hinzufügung dreimal (t63) ab dem Zeitpunkt t62 ausgeführt worden ist.
Wenn die Aussetzungszeit Tw seit der Erfüllung von PMsm ≤ PMend (t61) verstrichen ist, führt die ECU 70 den Vorgang von Schritt S172 aus und beendet die Regenerationssteuerung, auch wenn eine intermittierende Hinzufügung niemals ausgeführt worden ist. In diesem Fall wird kein Normalverbrennungsheizvorgang ausgeführt.
In der Regenerationssteuerung (3) wird nachstehend ein Fall beschrieben, in dem die ECU 70 die Schritte S122 und S124 mit JA bestimmt, Schritt S126 mit NEIN bestimmt und das Sonderverbrennungsausführungs-Flag FS auf EIN setzt (Schritt S138 in 3), In diesem Fall bestimmt die ECU 70 Schritt S174 des Kraftstoffhinzufügungsvorgangs mit JA (4).
Dann bestimmt die ECU 70 bei Schritt S176, ob die Erhöhungsbedingung für die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm erfüllt ist. Die Erhöhungsbedingung für die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm wird unmittelbar erfüllt, nachdem das Flag FS bei Schritt S138 auf EIN gesetzt worden ist und die Anzahl der Male, die die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm durch den Vorgang von Schritt S176 erhöht wird, sich innerhalb der Referenzanzahl von Malen (in diesem Fall zweimal) befindet.
Zuerst wird die Erhöhungsbedingung für die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm erfüllt (S176: JA). Dementsprechend erhöht die ECU 70 bei Schritt S178 die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm. Die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm wird beispielsweise zum Zeitpunkt t11 und zum Zeitpunkt t12 in 6 vergrößert. Dann führt die ECU 70 bei Schritt S180 eine intermittierende Hinzufügung aus. Im nächsten Steuerzyklus ist das Flag FS bereits auf EIN gesetzt worden. Dementsprechend bestimmt die ECU 70 den Schritt S176 mit NEIN und nimmt keine Erhöhung der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm vor.
Anschließend wird die intermittierende Hinzufügung fortgesetzt, während die Bedingung PMsm > SBUpm erfüllt wird (S124: NEIN in 3). Dann wird PMsm ≤ SBUpm erneut erfüllt (S124: JA in 3). Wenn in diesem Zustand ΔP/GA ≥ Dp erfüllt ist (S126: NEIN in 3), führt die ECU 70 erneut den Vorgang von Schritt S138 aus und erhöht die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm bei Schritt S178 (gestrichelte Linie ab t12 in 6). Anschließend kann die ECU 70 den Betrieb bei Schritt S180 fortsetzen, wenn PMsm ≥ SBUpm und ΔP/GA ≥ Dp erfüllt sind. In diesem Zustand nimmt die ECU 70, da die Routine zum dritten Mal den Betrieb bei Schritt S180 fortgesetzt hat, keine Erhöhung der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm vor (Zeitpunkt t13 in 6).
Wenn ΔP/GA ≥ Dp zum Zeitpunkt t12 erfüllt ist (S126: JA in 3), bestimmt die ECU 70 bei Schritt S128, ob FS = AUS erfüllt ist oder nicht. Da FS = EIN erfüllt ist (S128: NEIN in 3), stoppt die ECU 70 den Vorgang der Regenerationssteuerung vorübergehend (3), ohne Schritt S138 auszuführen. Dementsprechend wird im Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) die Vergrößerungsbedingung für die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm nicht erfüllt (S167: NEIN), und die ECU 70 nimmt keine Erhöhung der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm vor (durchgehende Linie ab Zeitpunkt t12 in 6).
Anschließend wird im Fall der gestrichelten Linie oder durchgehenden Linie in 6 die Bedingung PMsm ≤ PMend durch Fortsetzen der intermittierenden Hinzufügung erfüllt (S122: NEIN in 3; Zeitpunkt t14 oder t15). Die ECU 70 bestimmt den Schritt S140 mit NEIN, setzt das Flag FS bei Schritt S144 auf AUS und setzt F0 bei Schritt S146 auf EIN. Folglich endet die Regenerationssteuerung (S186) im Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4), da die ECU 70 den Schritt S174 mit NEIN bestimmt hat, F0 = EIN erfüllt ist (S181: NEIN) und FN = AUS erfüllt ist (S184: JA). Auf diese Weise wird der Sonderverbrennungsheizvorgang beendet.
Die Regenerationssteuerung (3) und der Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) entsprechen einem Partikelbeseitigungsheizvorgang (PM-Beseitigungsheizvorgang) und einem Modusänderungsabschnitt. Der Bereich der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm gemäß dem Sonderverbrennungsstart-Bestimmunsgwert SBUpm und der Bereich der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm gemäß dem Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm entsprechen jeweils dem Modusänderungsbereich. Der Bereich der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm gemäß dem Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm entspricht dem ersten Modusänderungsbereich, und der Bereich der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm gemäß dem Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm entspricht dem zweiten Modusänderungsbereich.
Der Druckdifferenzsensor 50 und der Saugluftmengensensor 24 entsprechen der Differenzerfassungseinheit. Der Vorgang zum Bestimmen der EIN/AUS-Einstellung des Sonderverbrennungsausführungs-Flag FS durch die relative Bestimmung von ΔP/GA < Dp in der Regenerationssteuerung (3) entspricht dem Vorgang zum Bestimmen des Verbrennungsheizvorgangsmodus. Der N-mal ausgeführte, intermittierende Hinzufügungsvorgang ist gleich dem Referenzverarbeitungsbetrag.
Die erste Ausführungsform weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.

(1) Die ECU 70 ändert den Modus der Heizvorgangssteuerung (PM-Beseitigungsheizvorgangssteuerung) zum Reinigen des NOx-Speicherreduktionskatalysators 36a und des Filters 38a in dem Bereich, in dem die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm den Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm unterschreitet, und dem Bereich, in dem die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm den Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm unterschreitet.

Die PM-Beseitigungsheizvorgangssteuerung wird auf diese Weise entsprechend der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm ausgeführt. Es tritt dementsprechend keine Überhitzung auf, obwohl der PM-Beseitigungsheizvorgang gestartet wird, nachdem sich eine große PM-Menge am NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und dem Filter 38a angesammelt hat, um die Kraftstoffersparnis zu verbessern. In anderen Worten verhindert die erste Ausführungsform eine Überhitzung und eine Minderung der Kraftstoffersparnis, die durch einen einzigen Modus einer kontinuierlichen PM-Beseitigungs-Heizvorgangssteuerung wie im herkömmlichen Stand der Technik bewirkt würden.
Insbesondere wenn die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm größer als der Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm oder der Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm ist, nimmt die ECU 70 eine langsame Verbrennung und Beseitigung der PM aus dem NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und dem Filter 38 durch einen normalen Verbrennungsvorgang vor. Wenn die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm kleiner als der Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm ist, ist die Bedingung, die auf das Verhältnis ΔP/GA bezogen ist, erfüllt, fügt die ECU 70 dem Abgas intermittierend Kraftstoff zu und verbrennt die PM durch den Sonderverbrennungsheizvorgang. Die ECU 70 führt diesen Vorgang aus, bis die Bedingung der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm kleiner oder gleich dem Endbestimmungswert PMend geworden ist.
Wenn ferner der Sonderverbrennungsheizvorgang nicht ausgeführt wird und die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm den Normalverbrennungsstart-Bestimmungs wert NBUpm unterschreitet, verbrennt die ECU 70 die PM durch eine N-mMal ausgeführte, intermittierende Kraftstoffhinzufügung.
Obgleich auf diese Weise die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm größer als der Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm oder der Normalverbrennungsstart-Bestimmungswerg NBUpm ist, der nahe dem Endbestimmungswert PMend (z. B. null Gramm) ist, führt die ECU 70 einen langsamen PM-Beseitigungsvorgang aus. Somit wird eine Überhitzung verhindert, da keine rasche Verbrennung einer großen PM-Menge stattfindet, selbst wenn ein PM-Beseitigungsheizvorgang gestartet wird, nachdem sich eine große PM-Menge angesammelt hat. Zusätzlich wird eine Minderung der Kraftstoffersparnis verhindert, da der PM-Beseitigungsheizvorgang nicht häufig ausgeführt wird.
Wenn die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm größer oder gleich dem Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm oder dem Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm ist, führt die ECU 70 einen Vorgang zum Verbrennen der PM durch intermittierendes Hinzufügen aus, so dass die PM allesamt auf einmal verbrannt werden. Dementsprechend wird verhindert, dass im NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und dem Filter 38a PM verbleiben. Dadurch wird eine Ansammlung verbleibender PM verhindert, was in der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm nicht ausgedrückt wird.
Auf diese Weise realisiert die ECU 70 einen PM-Beseitigungsvorgang, der in der Lage ist, eine große Menge PM vollständig auf einmal ohne Steigerung der Häufigkeit zu verbrennen, mit der der PM-Beseitigungsvorgang ausgeführt wird.

(2) Der Sonderverbrennungsheizvorgang wird erst ausgeführt, wenn die Bedingung ΔP/GA ≥ DP zumindest einmal erfüllt wird, selbst wenn die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm kleiner gleich dem Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm ist. Wenn in diesem Fall PMsm ≤ NBUpm erfüllt wird, führt die ECU 70 einen Normalverbrennungs-Heizvorgang aus. Im Normalverbrennheizvorgang wird eine intermittierende Hinzufügung innerhalb von N Malen beendet.

Auf diese Weise nimmt die ECU 70 eine Feinsteuerung des Grads des Verbrennungsheizvorgangs vor. Das heißt, dass die ECU 70 nur insofern einen notwendigen Verbrennungsheizvorgang ausführt, als der NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und das Filter 38a nicht durch große PM-Mengen verstopft sind. Dies trägt zur Verbesserung der Kraftstoffersparnis bei.

(3) Wenn die Bedingung ΔP/GA ≥ DP erfüllt ist, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm kleiner als der Sonderverbrennungs-Bestimmungswert SBUm ist, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass die tatsächliche PM-Ansammlungsmenge größer als die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm ist. Dementsprechend wird die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm durch die ECU 70 bei Schritt S178 erhöht.

Das heißt, dass die ECU 70 während des Sonderverbrennungsheizvorgangs die Abweichung zwischen der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm und der tatsächlichen angesammelten PM-Menge kompensiert, um die PM angemessen beseitigen zu können.
Dabei ist die ECU 70 in der Lage, den PM-Beseitigungsvorgangs angemessener auszuführen, um zu verhindern, dass eine große PM-Menge auf einmal vollständig verbrannt wird, während die Häufigkeit, mit der der PM-Beseitigungsvorgang ausgeführt wird, nicht erhöht wird.

(4) Wenn ΔP/GA ≥ DP niemals erfüllt werden ist, fährt die ECU 70 einen Normalverbrennungsheizvorgang aus. In diesem Fall ist es nicht notwendig, die Abweichung zwischen der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm und der tatsächlichen PM-Ansammlungsmenge zu kompensieren, wie bei Vorteil (3) beschrieben, und die PM werden entsprechend beseitigt, selbst wenn die Ausführung eines Verbrennheizvorgangs Einschränkungen unterliegt. Dementsprechend führt die ECU 70 einen Verbrennungs heizvorgang über eine Anzahl von Malen aus, die auf einen Referenzvorgangsbetrag begrenzt ist. Insbesondere ist die intermittierende Hinzufügung auf dreimal beschränkt. Dies führt zu einer Verbesserung der Kraftstoffersparnis.
(5) Der besondere Verbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm ist größer als der Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm.

Ein bestimmtes Maß an Erfassungsgenauigkeit ist für das Verhältnis ΔP/GA notwendig, um die Ausführung des Vorgangs zum Erhöhen der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm zu bestimmen (S178). Dementsprechend setzt der Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm einen bestimmten Wert voraus. Wenn der Erhöhungsvorgang der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm (S178) nicht ausgeführt wird, kann die Erfassungsgenauigkeit des Verhältnisses ΔP/GA jedoch verhältnismäßig gering sein. In diesem Fall kann der Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm herabgesetzt werden. Die vollständige Verbrennung einer großen PM-Menge auf einmal kann verhindert werden und die Kraftstoffersparnis durch Schmälern des Bereichs auf unter den Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm verbessert werden.

(6) Die ECU 70 begrenzt den Erhöhungsvorgang der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm (S178) im Sonderverbrennungsheizvorgang auf eine Referenzanzahl von Malen (im vorliegenden Fall zweimal).

Dabei wird die uneingeschränkte Wiederholung des Erhöhungsvorgangs der geschätzten Ansammlungsmenge PMsm (S178) verhindert, selbst sich wenn unbrennbare Materialien wie Asche und dergleichen auf dem Filter 38a ansammeln und die Bedingung ΔP/GA ≥ DP andauert. Dementsprechend wird eine Minderung der Kraftstoffersparnis verhindert, ohne den Sonderverbrennungsheizvorgang mehr als notwendig auszudehnen.

(7) 10 zeigt einen Fall, in dem die ECU 70 vorübergehend einen Normalverbrennungsheizvorgang abhängig von der Betriebsbedingung des Dieselmotors 2 verhindert (dieser ausgesetzt wird). Ereignet sich eine solche Aussetzung, ist es möglicht, dass der NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a und das Filter 38a eine geringe Temperatur aufweisen. In diesem Fall bestehen entsprechend Bedenken, dass die PM zunehmen können, wenn ein Normalverbrennungsheizvorgang ausgeführt wird. Die ECU 70 setzt also den Normalverbrennungsheizvorgang aus, und wenn die Aussetzungszeit Tw (180 Sekunden) ab dem Zeitpunkt verstrichen ist, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge PMsm null beträgt (d. h. ab dem Zeitpunkt, wenn das Flag F0 auf EIN gesetzt wird), führt die ECU 70 N-mal eine intermittierende Hinzufügung aus (S172). Dadurch wird eine Erhöhung der PM-Ansammlung im NOx-Speicherreduktionskatalysator 3ta und dem Filter 38a verhindert.

Nachstehend erfolgt eine Beschreibung einer Regenerationssteuerung für eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der zweiten Ausführungsform bestimmt die ECU 70, ob der Abgastemperaturunterschied zwischen der Seite stromauf und der Seite stromabwärts des Filters 38a (thco – thci) größer als ein Modusänderungs-Referenzwert Dth ist, anstatt das Verhältnis ΔP/GA bei Schritt S126 zu bestimmen. Wenn die Bedingung von (thco – thci) ≥ Dth erfüllt ist (S126: NEIN), dann setzt die ECU 70 bei Schritt S138 das Sonderverbrennungsausführungs-Flag FS auf EIN. Davon abgesehen, weist die Regenerationssteuerungsvorrichtung der zweiten Ausführungsform die gleiche Struktur auf wie die erste Ausführungsform.
Der erste Abgastemperatursensor 44 und der zweite Abgastemperatursensor 46 entsprechen der Differenzerfassungseinheit.
Die zweite Ausführungsform weist nachstehende Vorteile auf.
Wenn eine PM-Verstopfung in dem NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung auftritt, strömt das Abgas ungleichmäßig durch den NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a, d. h. es gelangt durch einen Teil des NOx-Speicherreduktionskatalysators. In diesem Fall erzeugt das Abgas innerhalb des NOx-Speicherreduktionskatalysators 36a weniger Reaktionswärme als wenn es gleichmäßig durch den NOx-Speicherreduktionskatalysator 36a strömt. Folgt kommt es innerhalb des Filters 38a zu vermehrter Reaktionswärme.
In der zweiten Ausführungsform führt die ECU 70 einen Sonderverbrennungsheizvorgang aus, wenn die Abgastemperaturdifferenz (thco – thci) größer als der Modusänderungs-Referenzwert Dth ist. Dadurch werden die Vorteile (1) bis (7) der ersten Ausführungsform erreicht.
Es erfolgt nun eine Beschreibung einer Regenerationssteuerung für eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der dritten Ausführungsform wird die in 12 gezeigte Abgasreinigungsvorrichtung anstelle der beiden katalytischen Umwandlungseinrichtungen verwendet, d. h. der ersten katalytischen Umwandlungseinrichtung und der zweiten katalytischen Umwandlungseinrichtung, die in 1 gezeigt sind.
Diese Abgasreinigungsvorrichtung beinhaltet eine Basis und einen Filter 138a, der eine NOx-Speicherreduktionskatalysatorlage aufweist, die die Basis bedeckt. Ein Druckdifferenzsensor 150 erfasst die Druckdifferenz ΔP zwischen der Seite stromauf und der Seite stromabwärts des Filters 138a. Ein erster Abgastemperatursensor 144 erfasst die Temperatur (Abgastemperatur thci) innerhalb des Filters 138a. Ein zweiter Abgastemperatursensor 46, ein Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensor 48, eine dritte katalytische Umwandlungseinrichtung 40 und ein Oxidationskatalysator 40a sind mit den entsprechenden Bauteilen von 1 identisch, welche mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Eine Differenzerfassungseinheit, die den Saugluftmengensensor und einen Druckdifferenzsensor 150 beinhaltet, erfasst das Verhältnis ΔP/GA. Eine weitere Differenzerfassungseinheit, die den ersten Abgastemperatursensor 144 und den zweiten Abgastemperatursensor 46 beinhaltet, erfasst die Abgastemperaturdifferenz (thco – thci).
Die ECU 70 führt die Regenerationsmodusausführungsbestimmung (2), die Regenerationssteuerung (3) und einen Kraftstoffhinzufügungsvorgang (4) der ersten und der zweiten Ausführungsformen aus und funktioniert in der gleichen Weise wie in der ersten und zweiten Ausführungsform. In der dritten Ausführungsform nimmt die ECU 70 bei Schritt S126 eine Bestimmung basierend auf zumindest dem Verhältnis ΔP/GA und der Abgastemperaturdifferenz (thco – thci) vor.
Die dritte Ausführungsform weist die nachstehend beschriebenen folgenden Vorteile auf.
Wenn die Abgastemperaturdifferenz (thco – thci) bei der Bestimmung von Schritt S126 von 3 verwendet wird, wird der bei den Vorteilen der zweiten Ausführungsform beschriebene Mechanismus auf der Seite stromauf und auf der stromabwärtigen Seite einer einzelnen Abgasreinigungsvorrichtung angewendet.
Wird ferner das Verhältnis ΔP/GA bei der Bestimmung von S126 von 3 verwendet, ist nicht nur die stromabwärtige Seite, sondern auch die Seite stromauf in Bezug auf den Differenzdruck ΔP in der dritten Ausführungsform beinhaltet. Da die tatsächliche PM-Verstopfung der stromabwärtigen Seite jedoch im Verhältnis ΔP/GA ausgedrückt wird, ist der in der ersten Ausführungsform beschriebene Mechanismus anwendbar.
Dementsprechend weist die dritte Ausführungsform die Vorteile der ersten und zweiten Ausführungsform auf.
Fachleuten sollte begreiflich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen anderen spezifischen Formen verkörpert sein kann, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Insbesondere ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung in den nachstehenden Formen verkörpert sein kann.
In einer jeweiligen der vorstehenden Ausführungsformen stellt die ECU 70 in der Regenerationssteuerung das Abgas-Kraftstoff-Luftverhältnis durch Hinzufügen eines Kraftstoffs (kontinuierliche Hinzufügung, intermittierende Hinzufügung) aus dem Hinzufügungsventil 68 in das Abgas ein. Alternativ kann die ECU 70, anstelle einer Kraftstoffhinzufügung aus dem Hinzufügungsventil 68 oder zusätzlich zu einer Kraftstoffhinzufügung aus dem Hinzufügungsventil 68, auch das Kraftstoff-Luftverhältnis einstellen, indem es eine Nacheinspritzung (Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsraum während des Auslasshubs) aus dem Kraftstoffeinspritzventil 58 ausführt.
In einer jeweiligen der vorstehenden Ausführungsformen erfasst die ECU 70 die Saugluftmenge GA mittels des Saugluftmengensensors 24. Alternativ kann die ECU 70 auch die Abgasströmungsmenge unter Verwendung eines Kennfelds berechnen, das auf dem Betriebzustand des Dieselmotors 2 basiert, beispielsweise der Motordrehzahl NE und der Kraftstoffeinspritzungsmenge, um die berechnete Abgasströmungsmenge und nicht die Saugluftmenge GA bei der Berechnung des Verhältnisses ΔP/GA heranzuziehen.
In einer jeweiligen der vorstehenden Ausführungsformen ist der Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm größer als der Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm. Der Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm kann gleich dem Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm oder der Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm kann kleiner als der Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm sein.
In einem jeweiligen der vorstehenden Ausführungsformen handelt es sich bei dem Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm und dem Sonderverbren nungsstart-Bestimmungswert SBUpm um Werte, die größer als der Endbestimmungswert PMend sind. Alternativ können entweder der Normalverbrennungsstart-Bestimmungswert NBUpm oder der Sonderverbrennungsstart-Bestimmungswert SBUpm oder beide zusammen den gleichen Wert wieder Endbestimmungswert PMend aufweisen.
Bei dem Verbrennungsheizvorgang nimmt die ECU 70 in einer jeweiligen ihrer Ausführungsformen eine intermittierende Reduktion des Kraftstoff-Luftverhältnisses im Abgassystem durch wiederholte Kraftstoffhinzufügung und Stoppen der Hinzufügung von Kraftstoff in das Abgassystem vor. Alternativ kann die ECU 70 im Verbrennungsheizvorgang das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgassystems auch durch wiederholte Hinzufügung von Kraftstoff in hoher Konzentration (oder Nacheinspritzung) oder Hinzufügung von Kraftstoff in niedriger Konzentration (oder Nacheinspritzung) intermittierend reduzieren.
Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen gelten als veranschaulichend und nicht einschränkend, und die Erfindung ist nicht auf die darin angegebenen Einzelheiten beschränkt und ist innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche modifizierbar.

Claims

Regenerationssteuerung zum Beseitigen von Partikeln, die sich in einer Abgasreinigungsvorrichtung angesammelt haben, die in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, wobei die Regenerationssteuerung folgende Merkmale aufweist: einen Heizabschnitt zum Beheizen der Abgasreinigungsvorrichtung zum Beseitigen der Partikel, die sich in der Abgasreinigungsvorrichtung angesammelt haben, wenn eine geschätzte Ansammlungsmenge größer ist als eine Referenz-Ansammlungsmenge, wobei der Heizabschnitt die geschätzte Ansammlungsmenge durch Schätzen der Menge der Partikel erhält, die sich in der Abgasreinigungsvorrichtung angesammelt haben; und einen Modusveränderungsabschnitt zum Verändern von Abgasreinigungsvorrichtungs-Heizmodi beim Beheizen der Reinigungsvorrichtung, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge innerhalb eines Modusveränderungsbereichs liegt, wobei: ein Abgas mit einem Kraftstoff-Luftverhältnis durch das Abgassystem strömt; wobei der Modusveränderungsbereich gemäß einer vergleichsweise geringen geschätzten Ansammlungsmenge eingestellt wird; und der Modusveränderungsabschnitt den Beheizungsmodus, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge innerhalb des Modusveränderungsbereichs liegt, von einem normalen Heizmodus zum Beheizen der Abgasreinigungsvorrichtung, indem das Kraftstoff-Luftverhältnis kontinuierlich auf einem niedrigen Wert beibehalten wird, auf einen Verbrenn-Heizmodus, zum Verbrennen der Partikel durch intermittierendes Senken des Kraftstoff-Luftverhältnisses im Abgassystem, ändert.
Regenerationssteuerung nach Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: eine Differenzerfassungseinheit zum Erfassen einer Abgasdruckdifferenz zwischen einer Seite stromauf und einer stromabwärtigen Seite der Abgasreinigungsvorrichtung; wobei der Modusveränderungsabschnitt bestimmt, ob der Heizmodus auf den Verbrenn-Heizmodus basierend auf der Abgasdruckdifferenz, die durch die Druckerfassungseinheit erfasst werden soll, geändert werden soll.
Regenerationssteuerung nach Anspruch 1, die ferner folgende Merkmale aufweist: eine Differenzerfassungseinheit zum Erfassen von zumindest entweder einer Abgasdruckdifferenz oder einer Abgastemperaturdifferenz zwischen einer Seite stromauf oder einer stromabwärtigen Seite der Abgasreinigungsvorrichtung, wobei es sich bei der Abgasreinigungsvorrichtung um eine Vorrichtung auf der stromabwärtigen Seite von den zumindest zwei Abgasreinigungsvorrichtungen handelt, die im Abgassystem angeordnet sind; wobei der Modusveränderungsabschnitt bestimmt, ob der Heizmodus auf den Verbrenn-Heizmodus, basierend auf zumindest entweder der Abgasdruckdifferenz oder der Abgastemperaturdifferenz, die durch die Druckerfassungseinheit erfasst wird, geändert werden soll.
Regenerationssteuerung nach Anspruch 1, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung einen stromabwärtigen Abschnitt beinhaltet, wobei die Regenerationssteuerung ferner folgende Merkmale aufweist: eine Differenzerfassungseinheit zum Erfassen einer Abgastemperaturdifferenz zwischen einer Seite stromauf und einer stromabwärtigen Seite des stromabwärtigen Abschnitts der Abgasreinigungsvorrichtung; wobei der Modusveränderungsabschnitt bestimmt, ob der Heizmodus in den Verbrenn-Heizmodus, basierend auf der Abgastemperaturdifferenz, die durch die Druckerfassungseinheit erfasst wird, geändert werden soll.
Regenerationssteuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Modusveränderungsabschnitt die geschätzte Ansammlungsmenge erhöht und den Verbrenn-Heizmodus fortsetzt, wenn die Abgasdruckdifferenz oder die Abgastemperaturdifferenz, die durch die Differenzerfassungseinheit erfasst wird, größer ist als ein Modusveränderungs-Referenzwert.
Regenerationssteuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Modusveränderungsabschnitt die Ausführung der Verbrenn-Heizvorgangs auf eine vorbestimmte Anzahl von Malen begrenzt, wenn die Abgasdruckdifferenz oder die Abgastemperaturdifferenz, die durch die Differenzerfassungseinheit erfasst wird, geringer ist als ein Modusveränderungs-Referenzwert.
Regenerationssteuerung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Modusveränderungsbereich einen ersten Modusveränderungsbereich und einen zweiten Modusveränderungsbereich beinhaltet, der schmäler ist als der erste Modusveränderungsbereich, und wobei der Modusveränderungsabschnitt: die geschätzte Ansammlungsmenge erhöht und den Verbrenn-Heizvorgang fortsetzt, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge sich innerhalb des ersten Modusveränderungsbereichs befindet und die Abgasdruckdifferenz oder die Abgastemperaturdifferenz, die durch die Differenzerfassungseinheit erfasst wird, größer ist als der Modusveränderungs-Referenzwert; und den Verbrenn-Heizvorgang in einer Weise ausführt, die auf eine vorbestimmte Anzahl von Malen begrenzt ist, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge innerhalb des zweiten Modusveränderungsbereichs liegt und die Abgasdruckdifferenz oder die Abgastemperaturdifferenz, die durch Differenzerfassungseinheit erfasst wird, geringer ist als ein Modusveränderungs-Referenzwert.
Regenerationssteuerung nach Anspruch 5 oder 7, wobei der Modusveränderungsabschnitt die Anzahl der Male zum Erhöhen der geschätzten Ansammlungsmenge auf eine Referenzanzahl von Malen oder weniger begrenzt.
Regenerationssteuerung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Modusveränderungsabschnitt: eine Ausführung des Verbrenn-Heivorgangs vorübergehend aufhebt, wenn der Verbrenn-Heizvorgang ausgeführt wird, in einer Weise, die auf die vorbestimmte Anzahl von Malen begrenzt ist; und bestimmt, dass die Ausführung des Verbrenn-Heizvorgangs die vorbestimmte Anzahl von Malen ungeachtet einer tatsächlichen Anzahl von Malen, die der Verbrenn-Heizvorgang ausgeführt worden ist, ausgeführt worden ist, nachdem eine vorbestimmte Zeitdauer ab dem Aufheben der Ausführung des Verbrenn-Heizvorgangs und wenn die geschätzte Ansammlungsmenge null geworden ist, verstrichen ist.
Regenerationssteuerung nach Anspruch 7, wobei der Modusveränderungs-Referenzwert die Abgasdruckdifferenz oder die Abgastemperaturdifferenz darstellt, die prognostiziert wird, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge sich im ersten Modusveränderungsbereich befindet.
Verfahren zum Beseitigen von Partikeln, die sich in einer Abgasreinigungsvorrichtung angesammelt haben, die in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Schätzen der Menge der Partikel, die sich in der Abgasreinigungsvorrichtung angesammelt haben, um eine geschätzte Ansammlungsmenge zu erhalten; Bestimmen, ob die geschätzte Ansammlungsmenge größer ist als eine Referenzansammlungsmenge; kontinuierliches Beibehalten des Kraftstoff-Luftverhältnisses im Abgassystem auf einem niedrigen Wert durch kontinuierliches Hinzufügen eines Kraftstoffs zu einem Abgas, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge größer ist als die Referenz-Ansammlungsmenge; Bestimmen, ob die geschätzte Ansammlungsmenge kleiner oder gleich einem Bestimmungswert ist, die geringer ist als die Referenzansammlungsmenge; und intermittierendes Senken des Kraftstoff-Luftverhältnisses im Abgassystem durch intermittierendes Hinzufügen eines Kraftstoffs zu dem Abgas, wenn die geschätzte Ansammlungsmenge kleiner oder gleich dem Bestimmungswert ist.