DE60203157T2

DE60203157T2 - Abgasemissionssteuerung

Info

Publication number: DE60203157T2
Application number: DE60203157T
Authority: DE
Inventors: Manabu Minato-ku Morimoto; Kazuya Minato-ku Oohashi; Mikio Minato-ku Terada
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2001-12-12
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2022-12-12
Also published as: JP4042399B2; DE60203157D1; EP1321642A1; JP2003184538A; KR100509877B1; CN1425849A; KR20030051259A; US20030106309A1; EP1321642B1; CN1243183C; US6708487B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine für einen Dieselmotor geeignete Abgasemissionssteuerungsvorrichtung.
Ein von einem Dieselmotor abgegebenes Abgas enthält Partikel (Ruß), welche hauptsächlich aus Kohlenstoff bestehen, und verschiedene Techniken zur Unterdrückung der Ausgabe dieses Rußes an die Atmosphäre wurden bereits entwickelt.
Als eine von diesen Techniken, ist eine Abgasemissions-Steuervorrichtung des kontinuierlich arbeitenden bzw. Dauerregenerationstyps allgemein bekannt, in welcher ein Oxidationskatalysator und ein Dieselpartikelfilter (DPF) von der Anstromseite aus aufeinanderfolgend in einer Abgasleitung des Dieselmotors angeordnet sind.
In dieser Abgasemissions-Steuervorrichtung wird NO in dem Abgas durch den Oxidationskatalysator oxidiert, um NO₂ zu erzeugen (2NO + O₂ → 2NO₂), und der in dem DPF eingefangene Ruß (Kohlenstoff: C) wird durch das durch den Oxidationskatalysator erzeugte NO₂ oxidiert (NO₂ + C → NO + CO, 2NO₂ + C → 2NO + CO₂). In dieser Abgasemissions-Steuervorrichtung wird in großem Umfang in dem Abgas enthaltenes NO oxidiert und in NO₂ umgewandelt, welches eine wirksame Funktion als Oxidans besitzt, und der Ruß wird bei relativ niedrigen Abgastemperaturen aufgrund dieser Oxidationsfunktion von NO₂ verbrannt.
Dadurch ist es möglich, den abgeschiedenen Ruß zu entfernen und das DPF kontinuierlich unter Verwendung der Temperatur des Abgases selbst ohne die Verwendung weiterer Heizvor richtungen, wie z.B. einer elektrischen Heizvorrichtung oder eines Brenners, zu regenerieren.
Die herkömmliche Abgasemissions-Steuervorrichtung kann den Ruß bei relativ niedrigen Abgastemperaturen aufgrund von katalytischer Wirkung verbrennen und entfernen. Somit hängt deren Emissionssteuerfunktion von der Oxidationsfähigkeit des Oxidationskatalysators ab. Da diese Oxidationsfähigkeit typischerweise von der Temperatur des den Oxidationskatalysator umgebenden Abgases abhängt, wird der Ruß nicht vollständig entfernt und der Rückstandsruß in dem DPF gesammelt, wenn die Abgastemperatur unterhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt, welche für die Rußverbrennung geeignet ist. Dieses geschieht in einem Niederlastbereich des Motors.
Wenn der Ruß übermäßig auf dem DPF abgeschieden wird, besteht ein Risiko, daß die Motorabgabeleistung verringert wird und auch das DPF aufgrund anormal hoher Temperaturen während der Rußverbrennung schmilzt. Daher ist es erforderlich, den abgeschiedenen Ruß in jedem Falle zu entfernen, und derartige Verfahren für die Entfernung des Rußes umfassen ein Zwangsregenerationsverfahren und ein Dauerregenerations-Unterstützungsverfahren, welche bereits entwickelt und angewendet wurden.
Das Zwangsregenerationsverfahren beinhaltet das Anheben der Abgastemperatur auf einen für die O₂-Verbrennung des Rußes erforderlichen Temperaturbereich mittels einer Nacheinspritzung oder dergleichen und die zwangsweise Verbrennung des Rußes mittels O₂. Dieses Verfahren ist jedoch bezüglich des Kraftstoffverbrauches weniger geeignet, da zu viel Kraftstoff verbraucht wird, und muß für den praktischen Einsatz verbessert werden.
Das Dauerregenerations-Unterstützungsverfahren beinhaltet die Unterstützung einer Dauerregenerationsfunktion durch An heben der Abgastemperatur mittels einer Abgasdrosselklappe auf den Temperaturbereich der maximalen Umwandlung, bei welchem sich der NO₂-Umwandlungswirkungsgrad des Oxidationskatalysators am Maximum befindet und die katalytische Fähigkeit des Oxidationskatalysators ein Maximum zeigt. Jedoch dauert es bei diesem Verfahren, da eine Veränderung der Abgastemperatur mäßig ist, eine lange Zeit, um die Temperatur anzuheben, was den Kraftstoffverbrauch erheblich verschlechtert, wenn die Abgastemperatur stark unter den Temperaturbereich der maximalen Umwandlung fällt.
Die EP 0859 132 A1 betrifft eine Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor zur Durchführung eines optimalen Betriebes für die Regeneration eines Abgasreinigungssystems. Die Menge des von einem Katalysator absorbierten Stickstoffoxids und eine Abgastemperatur werden auf der Basis der Betriebsbedingungsinformation, die aus einem Fahrzeugnavigationssystem oder dergleichen nach dem derzeitigen Zeitpunkt erhalten werden, vorhergesagt. Auf der Basis dieser Vorhersagen wird ein Regenerationszeitpunkt als eine Zeit ermittelt, bei der die von dem Katalysator absorbierte Menge groß ist und die Abgastemperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches liegt. Wenn der vorhergesagte Regenerationszeitpunkt vorliegt, wird das Abgas angefettet, so daß das Stickstoffoxid von dem Katalysator freigegeben wird, um dadurch den Katalysator zu regenerieren.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Abgasemissions-Steuervorrichtung, die ein Filter regenerieren kann, ohne den Kraftstoffverbrauch zu verschlechtern.
Diese Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden. Insbesondere weist eine Abgasemissions-Steuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ein in einem Abgaskanal eines Motors angeordnetes Filter zum Erfassen von Partikeln in einem Abgas, und einen in dem Abgaskanal an der Anstromseite des Filters angeordneten Katalysator zum Umwandeln von NO in dem Abgas in NO₂ auf, in welchem die auf dem Filter abgeschiedenen Partikel durch von dem Katalysator umgewandeltes NO₂ verbrannt werden, um dadurch die Abgasemission des Motors zu steuern.
Zur Lösung der vorstehenden Aufgabe weist die Abgasemissions-Steuervorrichtung eine Abscheidungsmengen-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Abscheidungsmenge von auf dem Filter abgeschiedenen Partikeln, eine Betriebszustands-Detektionseinrichtung zum Detektieren eines Betriebszustands des Motors, eine Temperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des Katalysators oder der Abgastemperatur auf der Anstromseite des Filters, eine Regenerationsunterstützungseinrichtung zum Steuern der Abgastemperatur oder der Temperatur des Katalysators zum Verbessern des Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators zu NO₂, eine Zwangsregenerationseinrichtung zum Steuern der Abgastemperatur oder der Temperatur des Filters auf eine höhere Temperatur als die Temperatur, die den Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators zu NO₂ verbessert, und eine Steuereinrichtung zum Aktivieren der Regenerationsunterstützungseinrichtung auf, wenn ermittelt wird, daß ein eine unvollständige Verbrennung von Partikeln durch das NO₂ beinhaltender spezifischer Betriebszustand für eine vorbestimmte Dauer oder länger andauert, als eine erste Ermittlungsbedingung auf der Basis der detektierten Information durch die Betriebszustands-Detektionseinrichtung, oder zum Aktivieren der Zwangsregenerationseinrichtung, wenn ermittelt wird, daß die von der Abscheidungsmengen-Detektionseinrichtung detektierte Abscheidungsmenge der Partikel einen vorbestimmten Wert überschreitet, als eine zweite Ermittlungsbedingung, wobei die Steuereinrichtung entweder die Zwangsregenerationseinrichtung oder die Regenerationsunterstützungseinrichtung abhängig von der von der Temperaturerfassungseinrichtung erfaßten Temperatur aktiviert, wenn ermittelt wird, daß die ersten und zweiten Ermittlungsbedingungen gleichzeitig vorliegen.
In dieser Abgasemissions-Steuervorrichtung aktiviert die Steuereinrichtung entweder die Zwangsregenerationseinrichtung oder die Regenerationsunterstützungseinrichtung abhängig von der von der Temperaturerfassungseinrichtung erfaßten Temperatur, wenn ermittelt wird, daß die erste Ermittlungsbedingung für die Aktivierung der Regenerationsunterstützungseinrichtung und die zweite Ermittlungsbedingung für die Aktivierung der Zwangsregenerationseinrichtung gleichzeitig vorliegen.
Wenn die erste und zweite Ermittlungsbedingung gleichzeitig vorliegen, wird entweder die Regenerationsunterstützungseinrichtung oder die Zwangsregenerationseinrichtung aktiviert, so daß abhängig von einer Motorbetriebssituation eine optimale Steuerung ausgeführt werden kann, nämlich ein effektiver Filterregenerationsprozess durchgeführt werden kann.
Es ist erwünscht, daß die Steuereinrichtung die Regenerationsunterstützungseinrichtung aktiviert, wenn die von der Temperaturerfassungseinrichtung erfaßte Temperatur höher oder gleich einer vorbestimmten Temperatur ist, die niedriger als die Temperatur zur Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators zu NO₂ ist, oder die Zwangsregenerationseinrichtung aktiviert, wenn die von der Temperaturerfassungseinrichtung erfaßte Temperatur unter der vorbestimmten Temperatur liegt, wenn ermittelt wird, daß die erste und zweite Ermittlungsbedingung zum selben Zeitpunkt vorliegen.
Hierin aktiviert, wenn die ersten und zweiten Ermittlungsbedingungen gleichzeitig zutreffen, und wenn die von der Temperaturerfassungseinrichtung erfaßte Temperatur höher als oder gleich der vorbestimmten Temperatur ist, die niedriger als die Temperatur zum Verbessern des Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators zu NO₂ ist, die Steuereinrichtung die Regenerationsunterstützungseinrichtung, da ein kleiner Unterschied zwischen der Abgastemperatur oder der Temperatur des Katalysators und der Temperatur für die Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators zu NO₂ vorliegt. Daher dauert es eine kürzere Zeit, um die Temperatur zu steuern (anzuheben), und es ist möglich, die Partikel kontinuierlich aufgrund der katalytischen Wirkung des Katalysators mit verringertem Energieverbrauch zu regenerieren.
Ferner ist, wenn die Steuereinrichtung die Zwangsregenerationseinrichtung aktiviert, wenn die von der Temperaturerfassungseinrichtung erfaßte Temperatur höher als oder gleich der vorbestimmten Temperatur ist, die niedriger als die Temperatur zum Verbessern des Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators zu NO₂ ist, die Abgastemperatur so hoch, daß das Filter schmelzen kann. Mit der Erfindung ist es jedoch möglich, das Schmelzen des Filters zu verhindern.
Ferner liegt, wenn die Steuereinrichtung die Regenerationsunterstützungseinrichtung aktiviert, wenn die von der Temperaturerfassungseinrichtung erfaßte Temperatur unter der vorbestimmten Temperatur liegt, die niedriger als die Temperatur zum Verbessern des Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators zu NO₂ ist, eine große Differenz zwischen der Abgastemperatur oder der Temperatur des Katalysators und der Temperatur zum Verbessern des Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators zu NO₂ vor, in welcher es eine längere Zeit dauert, mit erhöhtem Energieverbrauch die Temperatur zu steuern (anzuheben). Somit wird die Abgastemperatur oder die Temperatur des Filters auf die Temperatur für O₂ gesteuert (angehoben), welche das Filter mit höherer Temperatur ausbrennt als die Temperatur zur Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators zu NO₂, um die Partikel zu verbrennen, wodurch der Energieverbrauch im Vergleich zu der Regenerationsunterstützungseinrichtung verringert werden kann.
Es ist erwünscht, daß die Steuereinrichtung die Aktivierung der Regenerationsunterstützungseinrichtung blockiert, wenn die erste Ermittlungsbedingung zutrifft, und auf der Basis der detektierten Information durch die Betriebszustands-Detektionseinrichtung ermittelt wird, daß sich der Motor in einem Beschleunigungszustand befindet.
In diesem Beschleunigungszustand wird ein überschüssiges Luft-Verhältnis λ auf einen kleineren Wert gesteuert, oder in anderen Worten, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird auf die fette Seite gesteuert, so daß die Abgastemperatur ansteigt, um eine katalytische Wirkung des Katalysators zu maximieren oder zu verbessern. Dadurch wird erwartet, daß die Verbrennung aufgrund der Dauerregeneration der Partikel gefördert wird. Daher ist es möglich, einen verschwenderischen Energieverbrauch durch Blockieren der Aktivierung der Regenerationsunterstützungseinrichtung in dem Beschleunigungszustand zu verhindern.
Es ist erwünscht, daß die Steuereinrichtung ermittelt, daß die zweite Ermittlungsbedingung vorliegt, wenn die von der Abscheidungsmengen-Detektionseinrichtung detektierte Abscheidungsmenge der Partikel einen vorbestimmten Wert überschreitet, und sich der Motor in einem spezifischen Betriebszustand befindet.
Es wird nämlich, wenn die von der Abscheidungsmengen-Detektionseinrichtung detektierte Abscheidungsmenge der Partikel den vorbestimmten Wert überschreitet, und sich der Motor in einem spezifischen Betriebszustand befindet, der eine unvollständige Verbrennung der Partikel durch NO₂ aufweist, ermittelt, daß die zweite Ermittlungsbedingung zutrifft, und die Zwangsregenerationseinrichtung aktiviert.
Wenn sich der Motor in dem spezifischen Betriebszustand befindet, der die unvollständige Verbrennung der Partikel durch NO₂ aufweist, wird die Zwangsregenerationseinrichtung aktiviert, um die Abgastemperatur oder die Temperatur des Filters höher als die Temperatur zur Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators zu NO₂ zu steuern (anzuheben), wodurch es möglich ist, die Zwangsregenerationssteuerung in dem Betriebszustand zu vermeiden, in welchem die auf dem Filter abgeschiedenen Partikel ausreichend durch NO₂ verbrannt werden können, oder den Dauerregenerationsbereich, in welchem die Partikel kontinuierlich verbrennbar sind. Daher wird das Aktivierungsintervall verlängert, die Aktivierungshäufigkeit reduziert, und der verschwenderische Energieverbrauch verhindert.
Es ist erwünscht, daß die Temperaturerfassungseinrichtung an der Anstromseite des Filters angeordnet und auf der Abstromseite des Katalysators ist und die Temperatur des Abgases erfaßt, das den Katalysator passiert hat.
Da die Temperaturerfassungseinrichtung auf der Anstromseite des Filters und auf der Abstromseite des Katalysators angeordnet ist und die Temperatur des Abgases nach dem Passieren des Katalysators erfaßt, kann eine Differenz zwischen der Abgastemperatur oder der Temperatur des Katalysators und der Temperatur zur Verbesserung des Umwandlungswirkungsgrades des Katalysators zu NO₂ genau gemessen werden. Daher ist es möglich, den Energieverbrauch bei der Filterregeneration zu verringern, und das Schmelzen des Filters zu verhindern.
Es ist erwünscht, daß die Steuereinrichtung die Aktivierung der Regenerationsunterstützungseinrichtung blockiert, wenn die erste Ermittlungsbedingung zutrifft, und auf der Ba sis der von der Betriebszustands-Detektionseinrichtung detektierten Funktion ermittelt wird, daß sich der Motor in einem Abbremsungszustand befindet und sich die Ansaugdrosselklappe oder die Abgasdrosselklappe auf der geschlossenen Ventilseite befindet.
Es wird nämlich selbst in dem Zustand, in welchem die erste Ermittlungsbedingung zutrifft, die Ansaugluftmenge begrenzt, da die Ansaugdrosselklappe oder die Abgasdrosselklappe auf die geschlossene Ventilseite in dem Abbremszustand gesteuert ist, wodurch ein Absinken der Abgastemperatur blockiert wird, die NO₂-Umwandlung des Katalysators ausreichend durchgeführt, und die Verbrennung von auf dem Filter abgeschiedenen Partikeln durch NO₂ begünstigt. Daher ist es möglich, den verschwenderischen Energieverbrauch durch Blockieren der Steuerung (Temperaturanhebeaktivierung) für die Abgastemperatur oder die Temperatur des Katalysators durch die Regenerationsunterstützungseinrichtung in dem Abbremszustand zu verhindern.
Die Erfindung wird detaillierter in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:
1 eine Darstellung, welche den Gesamtaufbau eines Dieselmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 eine graphische Darstellung für die Erläuterung der Wirkung einer Abgasemissions-Steuervorrichtung für den Dieselmotor gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
3 eine graphische Darstellung für die Erläuterung der Wirkung der Abgasemissions-Steuervorrichtung für den Dieselmotor gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
4 eine graphische Darstellung für die Erläuterung der Wirkung der Abgasemissions-Steuervorrichtung für den Dieselmotor gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Flußdiagramm für die Erläuterung der Wirkung der Abgasemissions-Steuervorrichtung für den Dieselmotor gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
6 ein Flußdiagramm für die Erläuterung der Wirkung der Abgasemissions-Steuervorrichtung für den Dieselmotor gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
7 ein Flußdiagramm für die Erläuterung der Wirkung der Abgasemissions-Steuervorrichtung für den Dieselmotor gemäß der Ausführungsform der Erfindung; und
8 eine Steuerungs-Blockdarstellung für die Erläuterung der Funktionen der Abgasemissions-Steuervorrichtung für den Dieselmotor gemäß der Ausführungsform der Erfindung.
Eine Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine typische Darstellung, die die Gesamtkonfiguration eines mit der Abgasemissions-Steuervorrichtung ausgestatteten Dieselmotors darstellt. 2 bis 4 sind graphische Darstellungen, welche ein Steuerkennfeld zur Verwendung mit der Steuerung darstellen. Außerdem sind 5 bis 7 Flußdiagramme für die Erläuterung der Wirkung. Ferner ist 8 eine Steuerungs-Blockdarstellung für die Erläuterung der Funktionen.
Ein Dieselmotor in dieser Ausführungsform weist einen Motorhauptkörper 40, ein Ansaugsystem 2, ein Abgassystem 3, ein Abgasrückführungssystem (EGR-System) 44 und eine Steuereinheit (Steuerung) 14 gemäß Darstellung in 1 auf.
Das Ansaugsystem 2 weist ein Ansaugrohr 20, einen Kompressor 21, einen Zwischenkühler 22 und eine Drosselklappe (Ansaugdrosselklappe) 23 auf, wodurch die Luft außerhalb des Fahrzeugs zwangsweise in das Saugrohr 20 durch den Kompressor 21 eingespeist, durch den Zwischenkühler 22 gekühlt und in einen Motorhauptkörper 40 eingeführt wird. Die innerhalb des Saugrohrs 20 vorgesehene Drosselklappe 23 wird in ihrer Öffnung durch ein Stellglied 24 verändert, so daß die in den Motorhauptkörper 40 strömende Luftmenge durch den Betrieb dieser Drosselklappe 23 erhöht oder vermindert wird, um die Abgastemperatur einzustellen.
Der Motorhauptkörper 40 ist ein üblicher Verbrennungsmotor mit einer Brennkammer 41, einem Kraftstoffeinspritzventil 42 und einem Kolben 43. Ein von dem Kraftstoffeinspritzventil 42 eingespritzter Kraftstoff, und eine Einströmluft werden innerhalb der Brennkammer 41 vermischt, wodurch deren Antriebskraft über den Kolben 43 entnommen wird, und das Abgas aus dem Abgassystem 3 ausgegeben wird.
Das EGR-System 44 weist ein EGR-Ventil 46 und einen EGR-Kühler 45 auf, wodurch das Abgas teilweise über einen EGR-Kanal 47 im Ansaugsystem 2 zugeführt wird, um NO₂ zu unterdrücken und den Kraftstoffnutzungswirkungsgrad zu verbessern. Das von der Brennkammer 41 ausgestoßene Abgas wird nämlich teilweise durch den EGR-Kanal 47 entnommen, dann durch den EGR-Kühler 45 gekühlt und wieder in die Brennkammer 41 eingeführt. Und das Abgas wird wieder mit einem neuen aus dem Kraftstoffeinspritzventil 43 eingespritzten Kraftstoff verbrannt, um die Verbrennung zu verlangsamen und um NO₂ zu reduzieren, das bei hohen Temperaturen erzeugt wird. Wenn die Rückführungsmenge des Abgases zu groß ist, fällt die Temperatur der Brennkammer steil ab, so daß die Menge an schwarzem Rauch ansteigt. Das EGR-Ventil 46 steuert die Rückführungsmenge optimal.
Das Abgassystem 3 weist ein Abgasrohr (Abgaskanal) 30, eine Turbine 31, einen Oxidationskatalysator (Abgasemissionskatalysator) 11, und ein Dieselpartikelfilter (DPF) 12 auf, wobei das Abgas die Turbine 31 antreibt, welche sich zusammen mit dem Kompressor 21 als ein Teil dreht, und das Abgas zum Abgasrohr 30 führt. Das Abgas wird in ein Gehäuse 13 eingeführt, das mit dem Oxidationskatalysator 11 und dem DPF 12 ausgestattet ist, um den Ruß (Partikel) zu verbrennen und zu entfernen.
Ferner ist ein Abgasverschluß (Abgasdrosselklappe) 32 innerhalb des Abgasrohres 30 auf der Anstromseite des Gehäuses 13 angeordnet. Dessen Öffnung wird von einem Stellglied 33 verändert. Da dieser Verschluß 32 die Menge des in das Gehäuse 13 einströmenden Abgases einstellt, wird die Rußverbrennungsmenge vergrößert oder verkleinert, so daß die Temperatur des Gehäuses 13 durch die Verbrennungswärme eingestellt wird.
Das Gehäuse 13 ist mit seiner Anstromseite bzw. Abstromseite mit dem Abgasrohr 30 verbunden, und weist intern einen Oxidationskatalysator 11 (Katalysator), das DPF 12, einen ersten Drucksensor 51, einen zweiten Drucksensor 52 und einen Temperatursensor (Temperaturerfassungseinrichtung) 53 auf. In 1 detektiert der Temperatursensor 53 die Abgastemperatur an der Abstromseite des Oxidationskatalysators 11 und an der Anstromseite des DPF 12. Der Temperatursensor 53 kann die Temperatur des Oxidationskatalysators 11 detektieren. Der Ruß in dem von der Anstromseite einströmenden Abgas wird durch das DPF 12 eingefangen, und der eingefangene Ruß mittels aus NO unter der katalytischen Wirkung des Oxidationskatalysators 1 umgewandelten NO₂ verbrannt und entfernt, und das unschädliche Abgas an das Abgasrohr 30 auf der Anstromseite geliefert.
Das Gehäuse 13 besitzt einen adiabatischen Aufbau, um zu verhindern, daß die Temperatur einer Außenumfangsoberfläche des Gehäuses 13 von einer kalten Außenluft um das Gehäuse herum verringert wird, um zu verhindern, daß ein Ausglühen des Rußes in dem DPF 12 auftritt.
Der Oxidationskatalysator 11 weist einen Wabenträger mit Pt (Platin) aufweisenden Oxidationskatalysatorkomponenten als eine Hauptkomponente auf, und ist auf der Anstromseite des Abgaskanals innerhalb des Gehäuses 13 angeordnet, um in dem Abgas des Dieselmotors in relativ großen Mengen enthaltenes NO in NO₂ mit einer hohen Oxidationsfunktion umzuwandeln. Mit dieser Oxidationsfunktion von NO₂ kann Kohlenstoff (C) als eine Hauptkomponente des in dem DPF 12 eingefangenen Rußes verbrannt und entfernt werden, indem die Eigentemperatur des Abgases selbst bei relativ niedrigen Temperaturen (Temperaturen, die höher oder gleich als die untere Grenztemperatur sind, bei welcher der Ruß selbstgezündet werden kann) entfernt werden.
Dieser Oxidationskatalysator 11 ist ein Material, mit welchem der NO₂-Umwandlungswirkungsgrad (oder Inversionswirkungsgrad) maximal ist, wenn die Abgastemperatur bei etwa 280°C liegt. Daher wird während normaler Fahrt, bei welcher die Abgastemperatur zwischen 270°C bis 350°C liegt, der Ruß aufgrund der katalytischen Wirkung alleine ohne Durchführung der Zwangsregeneration oder der Regenerationsunterstützungssteuerung entfernt, so daß das DPF 12 kontinuierlich regeneriert wird.
Das DPF 12 ist ein poröses Keramikfilter, das aus Cordierit oder Siliziumkarbid besteht, welches auf der Abstromseite des Oxidationskatalysators 11 in dem Abgaskanal innerhalb des Gehäuses 13 angeordnet ist, um den Ruß in dem Abgas mit den feinen Bohrungen zu erfassen.
Der erste Drucksensor 51 und der zweite Drucksensor 52 detektieren die Drücke vor bzw. hinter dem DPF 12. Der erste Drucksensor 51 ist zwischen dem Oxidationskatalysator 11 und dem DPF 12 vorgesehen, und der zweite Drucksensor 52 ist auf der Abstromseite des DPF vorgesehen. Das detektierte Ergebnis P1, P2 von jedem Sensor 51, 52 wird an die Steuereinheit 14 ausgegeben, und ein Differenzdruck (P1 – P2) zwischen den Drücken vor und nach dem DPF 12 durch einen Berechnungsabschnitt 66 (siehe 8) berechnet, der in der Steuereinheit 14 vorgesehen ist.
Der Temperatursensor 53 detektiert die Temperatur Te in der Nähe eines Einganges des DPF 12 und ist zwischen dem Oxidationskatalysator 11 und dem DPF 12 angeordnet, um das detektierte Ergebnis an die Steuereinheit 14 auszugeben.
Die Steuereinheit 14 hat eine (nicht dargestellte) Eingabe/Ausgabe-Vorrichtung, einen Speicherabschnitt 62 zum Speichern eines Steuerprogramms und den Berechnungsabschnitt 66 gemäß Darstellung in B.
Diese Steuereinheit (Steuereinrichtung) 14 ist mit den Drucksensoren 51 und 52, dem Temperatursensor 53, einem Motordrehzahlsensor 54, einem Gaspedalpositionssensor 55, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 56 gemäß Darstellung in 1 und 8 verbunden. Das erfaßte Ergebnis jedes Sensors wird in die Steuereinheit 14 eingegeben. Mindestens der Motordrehzahlsensor 54 und der Gaspedalpositionssensor 55 bilden eine Betriebszustands-Detektionseinrichtung für den Motor.
Ferner ist die Steuereinheit 14 mit einer Kraftstoffeinspritzmengen-Einstelleinrichtung 61 für die Einstellung der Kraftstoffeinspritzmenge Q auf der Basis der Information aus dem Motordrehzahlsensor 54 und dem Gaspedalpositionssensor 55 versehen. Die Steuereinheit 14 steuert die Abgasstrommenge innerhalb des Abgasrohres 30 oder die aus dem Kraftstoffeinspritzventil 42 eingespritzte Kraftstoffeinspritzmenge Q auf der Basis des erfaßten Ergebnisses jedes Sensors, so daß der in dem DPF 12 eingefangene Ruß verbrannt und effizient entfernt wird.
Der Speicherabschnitt 62 der Steuereinheit 14 speichert Steuerkennfelder M1 bis M3 gemäß Darstellung in 2 bis 4, wodurch es möglich ist, die Rußabscheidungsmenge des DPF 12 aus der derzeitigen Betriebssituation oder der Betriebshistorie bis zu diesem Zeitpunkt abzuschätzen, oder auf der Basis der erfaßten Information jedes Sensors abzuschätzen, ob sich das DPF 12 derzeit in einem Dauerregenerationszustand befindet.
Ein die in 2 dargestelltes Steuerkennfeld M1 wird zum Abschätzen der Rußabscheidungsmenge (erste Schätzmenge) E1 auf der Basis der momentanen Betriebssituation verwendet, in welcher ein Differenzdruck (P1 – P2) vor und hinter dem DPF mit der DPF-Eintrittstemperatur Te und der Motordrehzahl Ne unter Bezugnahme auf die Rußabscheidungsmenge in Beziehung gesetzt wird. Die Rußabscheidungsmenge kann aus der Motordrehzahl Ne, der DPF-Eintrittstemperatur Te und dem Differenzdruck (P1 – P2) vor und hinter dem DPF als den Parametern abhängig von diesem Steuerkennfeld M1 erhalten werden.
Ein in 3 dargestelltes Steuerkennfeld M2 wird zum Abschätzen der momentanen Rußabscheidungsmenge (zweite Schätzmenge) E2 aus der Betriebshistorie verwendet, in welchem die kumulative Rußabscheidungsmenge nach dem Ende einer Zwangsregeneration zu dem vorherigen Zeitpunkt mit der Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Q in Beziehung gesetzt wird. Die Rußabscheidungsmenge kann als eine ansteigende Funktion der Kraftstoffeinspritzmenge Q und als eine abfallende Funktion der Motordrehzahl Ne definiert sein.
Demzufolge funktionieren das Steuerkennfeld M1 und das Steuerkennfeld M2 als Abscheidungsmengen-Schätzeinrichtung (Abscheidungsmengen-Detektionseinrichtung) 62a zum Abschätzen oder Detektieren der Abscheidungsmenge des in dem DPF 12 abgeschiedenen Rußes.
Ein Steuerkennfeld M3, in welchem der Dauerregenerationsbereich mit dem durch die Motordrehzahl Ne und die auf der Basis der Motordrehzahl Ne und der Gaspedalposition (Belastung) θ festgelegte Kraftstoffeinspritzmenge Q definierten Betriebsbereich in Beziehung gesetzt wird, wird dazu verwendet, um auf der Basis der Betriebssituation zum Zeitpunkt der Detektion zu ermitteln, ob sich das DPF 12 momentan in einem Dauerregenerationszustand befindet oder nicht.
Dieser Dauerregenerationsbereich bezieht sich auf einen Betriebszustand, in welchem das DPF 12 kontinuierlich unter der Wirkung des Oxidationskatalysators 11 ohne Ausführung der Zwangsregeneration oder Regenerationsunterstützungssteuerung regenerierbar ist, und ist auf einem spezifischen Bereich innerhalb einer Ebene mit der Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Q als den Koordinatenachsen beschränkt. Beispielsweise reicht in einem Falle, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge Q über den vorstehenden Bereich hinaus bei konstanter Motordrehzahl Ne erhöht ist, die in die Brennkammer 41 eingeführte Sauerstoffmenge (Luft) für den zugeführten Kraftstoff nicht Q aus, so daß wahrscheinlicher Ruß entsteht, wodurch die Erzeugungsmenge von Ruß größer als die Verbrennungsmenge von Ruß wird. Andererseits fällt in einem Falle, in welchem die Kraftstoffeinspritzmenge Q verringert ist, die Temperatur innerhalb der Verbrennungskammer 41, so daß der Ruß nicht verbrannt wird, obwohl die Produktionsmenge an Ruß klein ist, wodurch das DPF nicht kontinuierlich regenerierbar ist.
Im Übrigen ist die Steuereinheit 14 mit einer Zwangsregenerationseinrichtung 63 für eine Zwangsregenerierung des DPF 12 und einer Dauerregenerations-Unterstützungseinrichtung 64 für das Anheben der Abgastemperatur auf die Temperatur, bei welcher das DPF 12 kontinuierlich regenerierbar ist, gemäß Darstellung in 8 versehen.
Die Zwangsregenerationseinrichtung 63 steuert die Zwangsregeneration des DPF 12, wenn die mittels des Steuerkennfeldes M1 oder des Steuerkennfeldes M2 geschätzte oder detektierte Abscheidungsmenge des Rußes eine vorbestimmte Menge (z.B. 25 g) überschreitet. Insbesondere wird die Abgastemperatur kurzzeitig in den für eine O₂-Verbrennung des Rußes erforderliche Temperaturbereich angehoben und der Ruß zwangsweise mittels O₂ verbrannt, ohne auf die katalytische Wirkung zurückzugreifen. Die Zwangsregenerationssteuerung wird in Kombination mit einer Verzögerung des Haupteinspritzzeitpunktes, einer Aktivierung des EGR-Systems 44 (Rückführung des Abgases) und einer Nacheinspritzung oder Auslaßhubeinspritzung durchgeführt.
D.h., die Verbrennung in der Brennkammer 41 wird durch Verzögern des Haupteinspritzzeitpunktes so verzögert, daß das Verbrennungsgas bei hoher Temperatur ausgegeben wird, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Ferner läßt man Abgas bei höherer Temperatur als die Frischluft in die Brennkammer 41 durch die Aktivierung des EGR-Systems 44 für die Rückführung des Abgases strömen, um dadurch die Abgastemperatur anzuheben. Ferner gelangt, wenn der Kraftstoff in die Brennkammer 41 mittels Nacheinspritzung in einen Expansionshub des Hauptmotorkörpers 40 eingespritzt wird, der eingespritzte Kraftstoff zu dem Oxidationskatalysator 11 und wird oxidiert.
Die Abgastemperatur wird auf den höheren Temperaturbereich (z.B. 500°C bis 550°C) als während der Dauerregeneration unter der Steuerung angehoben, und der auf dem DPF 12 abgeschiedene Ruß wird direkt durch O₂ oxidiert (O₂-Verbrennung). Ferner haftet der nicht durch den Oxidationska talysator 11 verbrauchte Kraftstoff an dem Ruß auf dem DPF 12 an, um die Verbrennung des Rußes zu aktivieren.
Die Dauerregenerations-Unterstützungseinrichtung 64 steuert die Abgastemperatur so, daß sie auf den Dauerregenerationsbereich angehoben wird (Dauerregenerations-Unterstützungssteuerung), wenn ein Betriebszustand außerhalb des Dauerregenerationsbereiches (d.h., in einem spezifischen Betriebszustand, in welchem die Verbrennung der Partikel durch NO₂ unzureichend ist) für eine vorbestimmte Zeit (z.B. 30 Minuten) oder mehr während normalen Fahrt bleibt, in welcher sich der Motor nicht in einem Beschleunigungs- oder Abbremsungszustand (hierin nachstehend als vorbestimmter Betriebszustand bezeichnet) befindet.
Insbesondere umfaßt die Dauerregenerations-Unterstützungssteuerung das Anheben der Abgastemperatur auf einen Umwandlungsspitzentemperaturbereich, in welchem sich der NO₂-Umwandlungswirkungsgrad des Oxidationskatalysators 11 im Maximum befindet, das dichte Schließen der Ansaugdrosselklappe 23, das Öffnen eines Ladedruckbegrenzungsventils 71, oder eine Verkleinerung der Öffnung des Abgasverschlußes 32 in einem bestimmten Umfang durch die Steuereinheit 14. Die Ansaugmenge an Frischluft wird durch die Verkleinerung der Öffnung der Ansaugdrosselklappe 23 oder des Abgasverschlusses 32 gesenkt, um die Abgastemperatur anzuheben.
Eine Ermittlung, ob sich der Motor in einem Beschleunigungs- oder Abbremsungszustand befindet oder nicht, wird auf der Basis einer kurzzeitigen Veränderung der Gaspedalposition θ oder der Fahrzeuggeschwindigkeit V durchgeführt. Es wird nämlich ermittelt, daß der Motor beschleunigt wird, wenn die kurzzeitige Veränderung der Gaspedalposition θ oder der Fahrzeuggeschwindigkeit V einen vorbestimmten positiven Wert überschreiten, oder daß der Motor abgebremst wird, d.h., wenn diese unter einen vorbestimmten negativen Wert fallen oder gleich Null sind.
Demzufolge besteht in dieser Ausführungsform die Betriebszustands-Detektionseinrichtung aus einem Motordrehzahlsensor 54, dem Gaspedalpositionssensor 55 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 56.
Im Übrigen gibt es einige Fälle, in welchen die Bedingung für die Durchführung der Zwangsregenerationssteuerung durch die Zwangsregenerationseinrichtung 63 (hierin nachstehend als die Zwangsregenerationsbedingung bezeichnet) und die Bedingung für die Durchführung der Dauerregenerations-Unterstützungssteuerung durch die Dauerregenerations-Unterstützungseinrichtung 64 (hierin nachstehend als die Regenerationsunterstützungsbedingung oder die Betriebsbedingung, in welchem der vorbestimmte Betriebszustand detektiert wird, bezeichnet) abhängig von dem Betriebszustand des Motors zum gleichen Zeitpunkt vorliegen.
D.h., es wird mittels des Steuerkennfeldes M1 oder des Steuerkennfeldes M2 abgeschätzt oder detektiert, daß die Abscheidungsmenge an Ruß einen vorbestimmten Wert überschreitet, und wenn ermittelt wird, daß sich der Betriebszustand des Motors in einem vorbestimmten Betriebszustand befindet, folgt dann daraus, daß sowohl die Zwangsregenerationsbedingung als auch die Regenerationsunterstützungsbedingung vorliegen.
Um eine geeignete Steuerung in dieser Situation auszuführen, ist diese Abgasemissions-Steuervorrichtung, wie es in 8 dargestellt ist, mit einer Auswahleinrichtung 65 ausgestattet, um auszuwählen, welche Steuerung auszuführen ist, wenn sowohl die Zwangsregenerationsbedingung als auch die Regenerationsunterstützungsbedingung vorliegen. Hierin wählt die Auswahleinrichtung 65 auf der Basis der Temperatur Te na he am Eingang des DPF 12, die von dem Temperatursensor 53 erfaßt wird, wenn sowohl die Zwangsregenerationsbedingung als auch die Regenerationsunterstützungsbedingung zum selben Zeitpunkt vorliegen, irgendeine von den Steuerungen zur Durchführung aus und blockiert die andere Steuerung.
Insbesondere wird, wenn die von dem Temperatursensor 53 erfaßte Temperatur Te einen vorbestimmten Wert überschreitet (z.B. 200°C) die Dauerregenerations-Unterstützungssteuerung von der Dauerregenerations-Unterstützungseinrichtung 64 ausgewählt und durchgeführt.
Wenn die Temperatur Te unter dem vorbestimmten Wert liegt, wählt die Auswahleinrichtung 65 die Zwangsregenerationssteuerung durch die Zwangsregenerationseinrichtung 63 zur Durchführung aus. Wenn nämlich die Temperatur Te unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt, dauert es lange Zeit, die Abgastemperatur aufgrund der Dauerregenerations-Unterstützungssteuerung anzuheben, was den Kraftstoffverbrauch verschlechtert. Somit wird in derartigen Fällen die Zwangsregenerationssteuerung mit einem starken Effekt einer Temperaturerhöhung durchgeführt, und die Temperaturanhebungszeit verkürzt, um eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zu verhindern. Ferner wird, wenn die Temperatur Te größer oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, eine übermäßige Temperaturanhebungssteuerung unterdrückt, um ein Schmelzen des DPF 12 zu verhindern.
Da die Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in der vorstehenden Weise aufgebaut ist, wird die Regenerationssteuerung des DPF 12 gemäß den Flußdiagrammen von 5 bis 7 durchgeführt.
D.h., bei der Durchführung der DPF-Regenerationssteuerung nimmt die Steuereinheit 14, wie es in 5 dargestellt ist, vor allem die von den verschiedenen Arten von Sensoren erfaß ten Ergebnisse auf (Schritt S1). Und es wird bei dem Schritt S10 ermittelt, ob die Regenerationsunterstützungsbedingung erfüllt ist (Regenerationsunterstützungsermittlung), und bei Schritt S20, ob die Zwangsregenerationsbedingung erfüllt ist (Zwangsregenerationsermittlung).
Die Regenerationsunterstützungsermittlung bei dem Schritt S10 erfolgt, indem unter Verwendung des Steuerkennfeldes M3 ermittelt wird, ob sich der Motor in dem Dauerregenerationszustand befindet. Die Steuereinheit 14 ermittelt nämlich zuerst bei dem Schritt S11 auf der Basis der Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Q, wie es in 6 dargestellt ist, ob sich das DPF momentan in einem Dauerregenerationszustand befindet oder nicht. Wenn es sich dem Dauerregenerationszustand befindet, wird der Merker bzw. das Flag 1 bei dem Schritt S12 auf 0 gesetzt, und die Routine geht zu dem Schritt S30 über.
Im Gegensatz dazu wird, wenn es sich außerhalb des Dauerregenerationsbereiches befindet, der Zeitgeber bei dem Schritt S13 hochgezählt. Dann wird der Zeitgeber bei dem Schritt S14 geprüft. Wenn der Zeitgeber 30 Minuten nicht überschreitet, wird das Flag 1 bei dem Schritt S12 auf 0 gesetzt, und die Routine geht zu dem Schritt S30 über.
Wenn der Betriebszustand, welcher die Abgasemissions-Steuerfunktion mit dem Oxidationskatalysator 11 überschreitet, für eine vorbestimmte Zeitdauer (z.B. 30 Minuten) oder länger fortgesetzt wird, der Betriebszustand unter dem Aspekt der Beschleunigung bei dem Schritt S15 und dem Schritt S16 geprüft. Es wird nämlich, wenn ermittelt wird, daß der Motor aufgrund einer kurzzeitigen Veränderung der Gaspedalposition θ oder weil die Fahrzeuggeschwindigkeit V einen vorbestimmten positiven Wert bei dem Schritt S15 überschreitet, beschleunigt wird, erwartet, daß der Rußverbrauch aufgrund eines An stiegs in der Abgastemperatur gefördert wird. Somit wird die Steuerung blockiert bis die Beschleunigung beendet ist. Außerdem wird, wenn die kurzzeitige Veränderung der Gaspedalposition θ unterhalb eines vorbestimmten negativen Wertes liegt oder gleich Null ist, oder die kurzzeitige Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit V unter einem vorbestimmten negativen Wert bei dem Schritt S16 liegt, ermittelt, daß der Motor abbremst. In diesem Falle wird die Drosselklappe 23 geschlossen und der EGR-Kanal 47 vollständig bei dem Schritt S17 geöffnet, um dadurch das Abfallen der Abgastemperatur zu unterdrücken.
Anstelle von Schritt S17 kann wenigstens die Drosselklappe 23 geschlossen werden, um das Abfallen der Abgastemperatur zu verhindern. Oder zusätzlich zu dem Schritt S17 kann ein Überschußluftverhältnis λ verringert werden. Außerdem kann anstelle des Schrittes S17 der Abgasverschluß 32 geschlossen und der EGR-Kanal vollständig geöffnet werden, um ein Abfallen der Abgastemperatur zu verhindern.
Wenn die kurzzeitige Veränderung der Gaspedalposition θ oder die Fahrzeuggeschwindigkeit V innerhalb eines vorbestimmten Bereiches liegt, wird ermittelt, daß sich der Motor im normalen Betriebszustand befindet, das Flag auf 1 im Schritt S18 gesetzt, und dann geht die Routine zu dem Schritt S20 über.
In der vorstehenden Regenerationsunterstützungsermittlung wird, wenn der Betriebszustand, welcher die Abgasemissions-Steuerfunktion mit dem Oxidationskatalysator 11 überschreitet, für eine vorbestimmte Zeit (z.B. 30 Minuten) oder mehr fortgesetzt wird, und der Motor weder beschleunigt noch abbremst, das Flag 1 für die Regenerationsunterstützungssteuerung auf 1 bei dem Schritt S18 auf 1 gesetzt. Jedoch kann zusätzlich, wenn der Betriebszustand, welcher die Abgasemissi ons-Steuerfunktion mit dem Oxidationskatalysator 11 überschreitet, für eine vorbestimmte Zeit (z.B. 30 Minuten) oder mehr fortgesetzt wird, das Flag 1 für die Regenerationsunterstützungssteuerung direkt bei dem Schritt S18 auf 1 gesetzt werden, wodurch ermittelt wird, daß eine erste Ermittlungsbedingung als eine Ermittlungsbedingung für eine Regenerationsunterstützungssteuerung vorliegt.
Eine Zwangsregenerationsermittlung bei dem Schritt S20 wird in einer solchen Weise durchgeführt, daß die Zwangsregenerationsbedingung zuerst auf der Basis der unter Verwendung der Steuerkennfelder M1 und M2 abgeschätzten Rußabscheidungsmengen E1 und E2 ermittelt wird. Dann wird anhand der vorliegenden Betriebsbedingung bestätigt, ob die Dauerregeneration möglich ist oder nicht. Die Steuereinheit 14 berechnet nämlich zuerst die Abscheidungsmenge E1 bei dem Schritt S21 gemäß Darstellung in 7. Ferner geht die Routine zu dem Schritt S21 über, um die zweite Abscheidungsmenge E2 zu berechnen.
Wenn wenigstens eine von den Abscheidungsmengen E1 und E2 einen vorbestimmten Wert bei dem Schritt S23 überschreitet, wird eine Ermittlung bei dem Schritt S24 durchgeführt, ob die momentane Betriebsbedingung in dem Dauerregenerationsbereich liegt oder nicht. Dieses erfolgt unter Berücksichtigung der Möglichkeit, daß selbst dann, wenn die Zwangsregenerationsbedingung bei dem Schritt S23 vorliegt, die Betriebsbedingung aufgrund nachfolgender Änderungen in der Betriebsbedingung zu dem Dauerregenerationsbereich übergeht. Diese Ermittlung erfolgt unter Verwendung des Steuerkennfeldes M3. Der vorbestimmte Wert ist beispielsweise auf 25 g eingestellt.
Wenn bei dem Schritt S24 ermittelt wird, daß sich die Betriebsbedingung außerhalb des Dauerregenerationsbereiches be findet, wird das Flag 2 bei dem Schritt S25 auf 1 gesetzt und die Routine geht zu dem Schritt S30 über.
In der vorstehenden Zwangsregenerationsermittlung wird, wenn ermittelt wird, daß wenigstens eine von den Abscheidungsmengen E1 und E2 den vorbestimmten Wert bei dem Schritt S23 überschreitet, und sich die Betriebsbedingung außerhalb des Dauerregenerationsbereiches bei dem Schritt S24 befindet, das Flag 2 für die Zwangsregenerationssteuerung bei dem Schritt S25 auf 1 gesetzt. Jedoch wird, wenn ermittelt wird, daß wenigstens eine von den Abscheidungsmengen E1 und E2 den vorbestimmten Wert bei dem Schritt S23 überschreitet, angenommen, daß eine zweite Ermittlungsbedingung als eine Ermittlungsbedingung für eine Zwangsregenerationssteuerung vorliegt, und das Flag 2 für Zwangsregenerationssteuerung kann direkt bei dem Schritt S25 auf 1 gesetzt werden, wodurch die zweite Ermittlungsbedingung als die Ermittlungsbedingung für Zwangsregenerationssteuerung vorliegt.
Andererseits wird, wenn die Betriebsbedingung innerhalb des Dauerregenerationsbereichs liegt, ermittelt, daß kein Bedarf für eine Zwangsregeneration vorliegt, in welcher das Flag 2 bei dem Schritt S26 auf 0 gesetzt wird, und die Routine geht zu dem Schritt S30 über.
Dann wählt die Steuereinheit 14 ein Verfahren für die DPF-Regenerationssteuerung auf der Basis der bei den Schritten S10 und S20 gesetzten Flags aus.
D.h., es wird, wenn beide Flags 1 und 2 bei dem Schritt S30 auf 1 gesetzt sind, und sowohl die Regenerationsunterstützungsbedingung als auch die Zwangsregenerationsbedingung vorliegen, ermittelt, ob die DPF-Eintrittstemperatur Te über einer vorbestimmten Temperatur liegt oder nicht. Diese vorbestimmte Temperatur ist beispielsweise auf 200°C festgelegt. Wenn Te diese vorbestimmte Temperatur überschreitet, wird die Regenerationsunterstützungssteuerung bei dem Schritt S70 ausgeführt. Umgekehrt wird, wenn Te unter der vorbestimmten Temperatur liegt, die Zwangsregenerationssteuerung bei dem Schritt S80 ausgeführt.
Wenn eines der Flags 1 und 2 bei dem Schritt S30 auf 1 gesetzt ist, wird entweder die Regenerationsunterstützungssteuerung oder die Zwangsregenerationssteuerung abhängig von dem Ermittlungsergebnis ausgewählt. D.h., wenn nur das Flag 1 bei dem Schritt S50 auf 1 gesetzt ist, wird die Regenerationsunterstützungssteuerung bei dem Schritt S70 ausgeführt. Ferner wird, wenn nur das Flag 2 bei dem Schritt S60 auf 1 gesetzt ist, die Zwangsregenerationssteuerung zum Verbrennen und Entfernen des Rußes bei dem Schritt S80 ausgeführt.
Wenn die Zwangsregenerationssteuerung ausgeführt wird, wird angenommen, daß der Ruß auf dem DPF 12 vollständig verbrannt und entfernt wird, weshalb die zweite Abscheidungsmenge bei dem Schritt S90 auf 0 gesetzt wird.
Wenn beide Flags 1 und 2 auf 0 gesetzt sind, wird die Steuerung blockiert, und der normale Betriebszustand beibehalten.
Demzufolge ist bei der Abgasemissions-Steuervorrichtung dieser Ausführungsform die Bezugstemperatur für die Steuerverzweigung (vorbestimmte Temperatur) vorgegeben, und welche Steuerung ausgeführt wird, wird auf der Basis des Vergleichs zwischen der Abgastemperatur und der vorbestimmten Temperatur entschieden, wenn sowohl die Regenerationsunterstützungsbedingung als auch die Zwangsregenerationsbedingung vorliegen. Somit ist es möglich, die DPF-Regeneration im Hinblick auf einen effizienten Kraftstoffverbrauch durchzuführen.
D.h., daß, wenn die DPF-Eintrittstemperatur Te (Abgastemperatur) höher als die vorbestimmte Temperatur ist, ein kleiner Unterschied zwischen der Temperatur, bei welcher der NO₂- Umwandlungswirkungsgrad des Oxidationskatalysators 11 maximal ist (Solltemperatur) und der aktuellen Abgastemperatur vorliegt, und es eine kurze Zeit dauert, die Temperatur anzuheben. Daher wird die Regenerationsunterstützungssteuerung anstelle der Zwangsregeneration durchgeführt, wodurch die Dauerregeneration ohne Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund einer übermäßigen Kraftstoffeinspritzung ermöglicht wird.
Im Gegensatz dazu besteht, wenn die Zwangsregenerationssteuerung in dem Temperaturbereich in der Nähe der vorbestimmten Temperatur durchgeführt wird, das Risiko, daß die Abgastemperatur so hoch wird, daß sie eine Schmelzung des Oxidationskatalysators 11 oder des DPF 12 bewirkt. Daher wird unter derartigen Bedingungen die Regenerationsunterstützungssteuerung effektiv durchgeführt.
Wenn die DPF-Eintrittstemperatur Te niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist, liegt ein großer Unterschied zwischen der Solltemperatur und der momentanen Abgastemperatur vor, wodurch es lange dauert, die Temperatur unter der Regenerationsunterstützungssteuerung anzuheben, was den Kraftstoffverbrauch verschlechtert. Daher wird der Ruß verbrannt, indem die Abgastemperatur steil unter der Zwangsregenerationssteuerung angehoben wird und der Kraftstoffverbrauch selbst unter Berücksichtigung der Nacheinspritzung gegenüber der Regenerationsunterstützungssteuerung verbessert werden kann.
Derzeit ist der Temperatursensor 53 auf der Abstromseite des Oxidationskatalysators 11 und der Anstromseite des DPF 12 angeordnet, um die Abgastemperatur nach der Reaktion mit dem Oxidationskatalysator 11 zu erfassen, wodurch die Temperatur in der Nähe des Oxidationskatalysators 11, welche für die Steuerung erforderlich ist, genauer gemessen werden kann. Da her kann in der DPF-Regenerationssteuerung der Wirkungsgrad in Bezug auf den Kraftstoffverbrauch weiter verbessert werden, und das Schmelzen des DPF 12 wird sicher verhindert.
Bei der Durchführung der Zwangsregenerationsermittlung wird, wenn wenigstens eine von den geschätzten Abscheidungsmengen einen vorbestimmten Wert (z.B. 25 g) unter Verwendung der geschätzten Abscheidungsmengen E1 und E2 für zwei Arten von Ruß mit unterschiedlichen Eigenschaften überschreitet, die Zwangsregeneration ausgeführt. Somit kann der Einfluß aufgrund eines Sensorausfalles auf ein Minimum beschränkt werden.
D.h., da die erste geschätzte Menge E1 die Rußabscheidungsmenge ist, die auf der Basis der von verschiedenen Arten von Sensoren eingegebenen Erfassungsinformation geschätzt wird, wenn ermittelt wird, ob die Zwangsregeneration freigegeben wird oder nicht, kann die momentane Betriebssituation korrekt wiedergegeben werden, ohne daß sie von der Historie des Betriebszustandes bis zu dem Ermittlungszeitpunkt beeinflusst wird. Im Gegensatz dazu ist die zweite geschätzte Menge E2 die Rußabscheidungsmenge, die als ein kumulativer Wert in der Betriebshistorie von dem Zeitpunkt an, an dem die vorherige Betriebsbedingung endet, bis zu dem Zeitpunkt der Ermittlung, ob die Zwangsregeneration momentan durchzuführen ist, berechnet wird. Somit ist es selbst dann, wenn irgendeiner von den verschiedenen Arten von Sensoren zu dem Zeitpunkt der Ermittlung ausfällt und dessen Funktion verlorengeht, möglich, ein Material für die Ermittlung bereitzustellen, ob die Zwangsregeneration auf der Basis des erhaltenen kumulativen Wertes ausgeführt werden soll.
Ferner wird, wenn die Möglichkeit der Dauerregeneration ermittelt wird, und die Dauerregeneration freigegeben wird, weil sich der Betriebszustand des Motors nach der Ermittlung der Zwangsregeneration geändert hat, das Flag 2 auf 0 gesetzt, und die Zwangsregenerationssteuerung blockiert. Somit kann das Zwangsregenerationsintervall verlängert werden. Dadurch kann die Häufigkeit der Zwangsregeneration verringert werden, so daß die Belastung des DPF 12 verringert und ein verschwenderischer Kraftstoffverbrauch für die Zwangsregeneration verhindert wird.
Diese Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt und verschiedene Varianten können ohne Abweichen von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche ausgeführt werden.
Beispielsweise ist die Regenerationsunterstützungssteuerung nicht auf die Verfahren zum Anheben (Steuern) der Abgastemperaturen wie in den vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Die Regenerationsunterstützungssteuerung kann durch Aktivieren des Oxidationskatalysators 11 durch eine elektrische Heizvorrichtung oder einen Gasbrenner und durch Anheben der Temperatur des Oxidationskatalysators 11 in den Temperaturbereich für die Verbesserung des NO₂-Umwandlungswirkungsgrades durchgeführt werden. Ferner kann das Zwangsregenerationssteuerverfahren auch auf jeder Einrichtung, wie z.B. einer elektrischen Heizvorrichtung oder einem Gasbrenner beruhen, sofern sie die Abgastemperatur auf die für die O₂-Verbrennung des Rußes anheben kann.
In den vorstehenden Ausführungsformen verwendet die Temperaturerfassungseinrichtung den Temperatursensor 53 zum Erfassen der Abgastemperatur auf der Abstromseite des Oxidationskatalysators 11 und an der Anstromseite des DPF 12, oder zum Erfassen der Temperatur des Oxidationskatalysators 11. Die Verfahren für die Erfassung der Temperatur des Oxidationskatalysators sind nicht auf diejenigen der vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Unter Verwendung derselben Pa rameter (Motordrehzahl Ne, Kraftstoffeinspritzmenge Q) wie in 4 kann eine Beziehung zwischen dem durch diese Parameter definierten Betriebszustand und der Abgastemperatur oder der Temperatur des Oxidationskatalysators 11 im Voraus als Kennfeld erzeugt werden. Aus dieser Beziehung kann die Abgastemperatur oder die Temperatur des Oxidationskatalysators abgeschätzt werden.
Ferner wird in den vorstehenden Ausführungsformen bei dem Schritt S18 für die Regenerationsunterstützungsermittlung, wenn auf der Basis des Betriebszustandes ermittelt wird, daß die erste Ermittlungsbedingung wegen des spezifischen Betriebszustandes vorliegt, in welchem die Verbrennung der Partikel mit NO₂ unzureichend ist, und für eine vorbestimmte Zeitdauer oder mehr fortgesetzt wird, das Flag auf 1 gesetzt, und bei dem Schritt S25 für die Zwangsregenerationsermittlung, wenn ermittelt wird, daß die erste Ermittlungsbedingung vorliegt, weil die Abscheidungsmenge der Partikel eine vorbestimmte Menge überschreitet, das Flag 2 auf 1 gesetzt, wodurch, wenn nur eines der Flags 1 und 2 auf 1 gesetzt ist, entweder die Regenerationsunterstützungssteuerung oder die Zwangsregenerationssteuerung von der Auswahleinrichtung 65 (Schritt S30, S50 und S60) gemäß dem gesetzten Flag ausgewählt und ausgeführt wird. Es könne jedoch auch andere Varianten ausgeführt werden.
Die Zwangsregenerationseinrichtung 63 und die Regenerationsunterstützungseinrichtung 64 können nämlich jeweils Funktionen der Zwangsregenerationsermittlung und der Regenerationsunterstützungsermittlung haben. Wenn die Ermittlungsbedingung vorliegt, können die Zwangsregenerationssteuerung und die Regenerationsunterstützungssteuerung unabhängig aktiviert werden, und wenn beide Flags 1 und 2 auf 1 gesetzt sind, d.h., wenn ermittelt wird, daß die erste und zweite Ermitt lungsbedingung gleichzeitig vorliegen, kann eine von diesen von der Auswahleinrichtung 65 abhängig von der Temperaturbedingung des Abgases ausgewählt und die andere blockiert werden.

Claims

Abgasemissions-Steuervorrichtung, mit: einem in einem Abgaskanal (30) eines Motors angeordnetem Filter (12) zum Einfangen von Partikeln in einem Abgas; einem in dem Abgaskanal (30) auf der Anstromseite des Filters (12) angeordneten Katalysator (11) zum Umwandeln von NO in dem Abgas in NO₂, wobei die auf dem Filter (12) abgeschiedenen Partikel durch das durch den Katalysator (11) umgewandelte NO₂ verbrannt werden; einer Abscheidungsmengen-Detektionseinrichtung (62a) zum Detektieren einer Abscheidungsmenge der auf dem Filter (12) abgeschiedenen Partikel; einer Betriebszustands-Detektionseinrichtung (54, 55) zum Detektieren eines Betriebszustandes des Motors; einer Temperaturerfassungseinrichtung (53) zum Erfassen der Temperatur des Katalysators oder der Abgastemperatur auf der Anstromseite des Filters; einer Regenerationsunterstützungseinrichtung (64) zum Steuern der Abgastemperatur oder der Temperatur des Katalysators so, daß der Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators zu NO₂ verbessert wird; und einer Zwangsregenerationseinrichtung (63) zum Steuern der Abgastemperatur oder der Temperatur des Filters so, daß sie höher als die Temperatur ist, die den Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators zu NO₂ verbessert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (14) vorgesehen ist zum Aktivieren der Regenerationsunterstützungseinrichtung (64), wenn ermittelt wird, daß ein spezifischer Betriebszustand, welcher eine unvollständige Verbrennung von Partikeln durch das NO₂ beinhaltet, für eine vorbestimmte Zeitdauer oder länger als eine erste Ermittlungsbedingung auf der Basis der detektierten Information durch die Betriebszustands-Detektionseinrichtung (54, 55) fortgesetzt wird, oder zum Aktivieren der Zwangsregenerationseinrichtung (63), wenn ermittelt wird, daß die von der Abscheidungsmengen-Detektionseinrichtung (62a) detektierte Abscheidungsmenge an Partikeln einen vorbestimmten Wert als eine zweite Ermittlungsbedingung überschreitet, und die Steuereinrichtung (14) entweder die Zwangsregenerationseinrichtung (63) oder die Regenerationsunterstützungseinrichtung (64) abhängig von der durch der Temperaturerfassungseinrichtung (53) erfaßten Temperatur aktiviert, wenn ermittelt wird, daß die ersten und zweiten Ermittlungsbedingungen gleichzeitig vorliegen.
Abgasemissions-Steuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn ermittelt wird, daß die ersten und zweiten Ermittlungsbedingungen gleichzeitig vorliegen, die Steuereinrichtung (14) die Regenerationsunterstützungseinrichtung (64) aktiviert, wenn die von der Temperaturerfassungseinrichtung (53) erfaßte Temperatur höher als oder gleich einer vorbestimmten Temperatur ist, die niedriger als die Temperatur ist, die den Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators zu NO₂ verbessert, oder die Zwangsregenerationseinrichtung (63) aktiviert, wenn die von der Temperaturerfassungseinrichtung (53) erfaßte Temperatur unterhalb der vorbestimmten Temperatur liegt.
Abgasemissions-Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (14) die Aktivierung der Re generationsunterstützungseinrichtung (64) blockiert, wenn die erste Ermittlungsbedingung vorliegt, und wenn auf der Basis der durch die Betriebszustands-Detektionseinrichtung (54, 55) detektierten Information ermittelt wird, daß sich der Motor in einem Beschleunigungszustand befindet.
Abgasemissions-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (14) ermittelt, daß die zweite Ermittlungsbedingung vorliegt, wenn die von der Abscheidungsmengen-Detektionseinrichtung (62a) detektierte Abscheidungsmenge der Partikel einen vorbestimmten Wert überschreitet, und auf der Basis der durch die Betriebszustands-Detektionseinrichtung (54, 55) detektierten Information ermittelt wird, daß sich der Motor in dem spezifischen Betriebszustand befindet.
Abgasemissions-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Temperaturerfassungseinrichtung (53) auf der Anstromseite des Filters (12) und auf der Abstromseite des Katalysators (11) angeordnet ist, und die Temperatur des Abgases erfaßt, das den Katalysator (11) passierte.
Abgasemissions-Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (14) die Aktivierung der Regenerationsunterstützungseinrichtung (64) blockiert, wenn die erste Ermittlungsbedingung vorliegt, und wenn auf der Basis der durch die Betriebszustands-Detektionseinrichtung (54, 55) detektierten Information ermittelt wird, daß sich der Motor in einem Abbremsungszustand befindet, und eine Ansaugdrosselklappe (23) oder eine Abgasdrosselklappe (32) auf eine geschlossene Ventilseite hin gesteuert ist.