DE60214149T2 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen des abgases einer brennkraftmaschine - Google Patents
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Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren derselben und insbesondere eine Regenerierungsbehandlungstechnologie eines Filters, der Partikelmaterial, was feine Körnchen in einem Abgas sind, speichert.
- Hintergrund der Technik
- Bisher ist, wenn ein Filter, der Partikelmaterial in einem Abgas speichert, in einem Abgaskanal als eine Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet ist, die Regenerierungsbehandlung des Filters erforderlich (die Behandlung, um das in dem Filter gespeicherte Partikelmaterial zu verbrennen und zu entfernen).
- Das Japanische Patent Nr. 2858184 enthält eine Aufwärmeinheit, die Partikelmaterial auf eine Anfangstemperatur eines Filters und ein Partikelspeichermenge des Filters erwärmt, eine Gaszuführungseinheit, die ein Gas zuführt, das Sauerstoff zum Unterstützen der Verbrennung von erwärmten Partikelmaterial enthält, eine Filtertemperatur- Erfassungseinheit, die eine Seitentemperatur des Filters erfasst, und eine Steuerungseinheit, die eine Betriebsstartzeit und/oder eine Gaszuführungsmenge der Gaszuführungseinheit auf der Grundlage eines Signales der Filtertemperatur- Erfassungseinheit während eines Erwärmungsvorgangs des Partikelmaterials durch die Aufwärmeinheit steuert.
- Offenbarung der Erfindung
- In der gezeigten Technologie in dem zuvor erwähnten Patent wird eine Sauerstoffmenge (die Luft für die Regenerierung), die in den Filter strömt, so gesteuert, dass der Filter nicht infolge des Verbrennens des in dem Filter gespeicherten Partikelmaterials, das zu heiß wird, schmilzt. Jedoch werden in einem System, in dem die Regenerierung nur in der Sauerstoffatmosphäre ausgeführt wird, HC, CO gereinigt, aber NOx wird nicht gereinigt.
- Die gegenwärtige Erfindung hat aus dem vorhergehenden ein Problem eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren derselben zu schaffen, die in der Lage sind, auch NOx bei der Filterregenerierung effektiv zu reinigen.
- Zum Erreichen des Zieles entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Filter, der Partikelmaterial in einem Abgas speichert, in einem Abgaskanal eines Motors angeordnet und ein Katalysator mit einer Dreiwegefunktion wird an dem Filter getragen. Dann wird bei der Filterregenerierung ein Luft- Kraftstoff- Verhältnis an einem Auslass des Filters gesteuert, um an einem stöchiometrischen Verhältnis zu sein.
- Während der Filter nicht regeneriert wird, ist das Luft- Kraftstoff- Verhältnis des Abgases an einem Einlass des Filters zu dem an dem Auslass des Filters äquivalent. Hingegen ist während der Regenerierung des Filters das Luft- Kraftstoff- Verhältnis des Abgases an dem Einlass des Filters von dem an dem Auslass des Filters verscheiden, weil der Sauerstoff in dem Abgas infolge des Verbrennens des Partikelmaterials in dem Filter verbraucht wird. Demzufolge wird das Luft- Kraftstoff- Verhältnis des abgases an dem Auslass des Filters auf ein stöchiometrisches Verhältnis gesteuert und als ein Ergebnis ist das Luft- Kraftstoff- Verhältnis an dem Einlass des Filters auf einer mageren Seite (hohe Sauerstoffkonzentration).
- Die weiteren Ziele und Merkmale dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist ein Systemdiagramm eines Motors in einem ersten Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung. -
2 ist ein Ablaufdiagramm einer Dieselpartikelfilter- (DPF) Regenerierungssteuerung in dem ersten Ausführungsbeispiel; -
3 ist ein Plan eines Abgasdruckgrenzwertes für eine Regenerierungszeitpunktbewertung; -
4 ist ein Plan einer Ziel- Einlassluftmenge für eine Regenerierungssteuerung; -
5 ist ein Plan einer Ziel- Nacheinspritzmenge für die Regenerierungssteuerung; -
6 ist ein Plan einer Ziel- Ansaugluftmenge für den DPF gegenüber Schmelzen; -
7 ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb des ersten Ausführungsbeispieles zeigt; -
8 ist ein Ablaufdiagramm einer DPF- Regenerierungssteuerung in einem zweiten Ausführungsbeispiel. -
9 ist ein Plan einer Ziel- EGR- Rate für die Regenerierungssteuerung. -
10 ist ein Systemdiagramm eines Motors in einem dritten Ausführungsbeispiel. -
11 ist ein Ablaufdiagramm einer DPF- Regenerierungssteuerung in dem dritten Ausführungsbeispiel. -
12 ist ein Plan einer Ziel- Ansaugluftmenge für einen schnellen Temperaturanstieg eines DPF. -
13 ist ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb des dritten Ausführungsbeispiels zeigt. - Ausführliche Beschreibung der Erfindung
- Die Ausführungsbeispiele entsprechend der Erfindung werden in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
-
1 ist ein Systemdiagramm einer Brennkraftmaschine (hierin ein Dieselmotor), das ein erstes Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt. - In einem Dieselmotor
1 wird in das Einlassrohr2 angesaugte Luft durch einen Einlasskompressor eines Turboladers3 eines veränderbaren Düsen- Typs aufgeladen, durch einen Zwischenkühler4 gekühlt, geht dann später durch ein Einlassluft- Drosselventil5 , strömt in eine Brennkammer jedes Zylinders über einen Sammler6 . Kraftstoff wird durch eine Hochdruck- Kraftstoffpumpe7 unter Druck gesetzt, um an eine gemeinsame Schiene8 gesendet zu werden und direkt in die Brennkammer von dem Einspritzventil9 jedes Zylinders eingespritzt. Die Luft, die in die Brennkammer geströmt ist und der in die Brennkammer eingespritzte Kraftstoff werden hierin durch Kompressionszündung verbrannt und ein Abgas strömt in den Abgaskanal10 aus. - Ein Teil des in den Abgaskanal
10 ausgeströmten Abgases wird in einer Einlassseite über eine EGR- Steuerventil12 durch ein EGR- Rohr11 rückgeführt. Das verbleibende Abgas geht durch eine Abgasturbine des Turboladers3 eines veränderbaren Düsen- Typs, um sie anzutreiben. - Ein Diesel- Partikel- Filter (der nachstehend als DPF bezeichnet werden soll)
13 speichert Partikelmaterial (das nachstehend als PM bezeichnet werden soll), wird stromab der Abgasturbine des Abgaskanales10 für die Abgasreinigung abgelagert. - Dieser DPF
13 trägt einen Edelmetallkatalysator, um einen DPF mit einem Drei-Wege- Funktion zu bilden, um HC und CO in dem Abgas zu oxidieren und auch um NOx zu reduzieren. - Andererseits ist es, da eine Erhöhung in der Menge von gespeicherten (angesammelten) PM, d. h., eine angesammelte PM- Menge in dem DPF
13 eine Erhöhung eines Auslassrückdruckes mit sich bringt, um dadurch die Kraftstoffökonomie zu verschlechtern, für den DPF13 erforderlich, durch Verbrennen und Entfernen des angesammelten PM in jeweils bestimmten Zeitperioden entfernt zu werden. - In eine Steuerungseinheit
20 werden Signale eingegeben, z. B. von einem Drehzahlsensor21 für eine Motordrehzahl Ne- Erfassung und von einem Beschleunigerpedal-Öffnungssensor22 für eine Beschleunigerpedalöffnungs- APO- Erfassung, um den Motor1 zu steuern. - Besonders in diesem Ausführungsbeispiel ist ein Abgasdrucksensor
23 auf einer Seite des DPF13 in dem Abgaskanal10 angeordnet und ein Sauerstoffkonzentrationssensor24 und ein Abgastemperatursensor25 sind auf einer Auslassseite des DPF13 angeordnet, von denen Signale in die Steuerungseinheit20 eingegeben werden. - Die Steuerungseinheit
20 gibt auf der Grundlage dieser Signale ein Kraftstoffeinspritz- Befehlssignal zu dem Kraftstoffeinspritzventil9 zum Steuern der Kraftstoff-Einspritzmengen und des Einspritzzeitpunktes von der Haupteinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil9 und der Nacheinspritzung aus, die während eines Ausdehnungshubes (oder eines Auslasshubes) nach der Haupt- Kraftstoffeinspritzung in einem vorbestimmten Motorbetriebszustand, einem Öffnungswinkel- Befehlssignal zu dem Einlassdrosselventil5 , einem Öffnungswinkel- Befehlssignal zu dem EGR- Steuerungsgefühl12 und dergleichen zusätzlich vorgenommen wird. - Besonders in der vorliegenden Erfindung wird es bestimmt, ob oder nicht die Regenerierung des DPF
13 erforderlich ist, um eine vorbestimmte Regenerierungsbehandlung auszuführen, wenn es der Regenerierungszeitpunkt ist. Die DPF- Regenerierungssteuerung wird ausführlich wie folgt erläutert. -
2 ist ein Ablaufdiagramm der in der Steuerungseinheit20 auszuführenden DPF- Regenerierungssteuerung. - Bei S1 wird eine Motorbetriebsbedingung (die Motordrehzahl Ne und die Beschleunigerpedalöffnung APO) von dem Drehzahlsensor
21 und dem Beschleunigerpedal- Öffnungssensor22 ausgelesen. - Bei S2 wird eine Kraftstoffeinspritzmenge Q für die Haupteinspritzung aus einem Plan (in der Fig. nicht gezeigt) unter Verwendung der Motordrehzahl Ne und der Beschleunigerpedalöffnung APO als Parameter derselben berechnet.
- Bei S3 wird eine angesammelte PM- Menge des DPF
13 für die Feststellung des Regenereierungszeitpunktes des DPF13 erfasst. Da es schwierig ist, die angesammelte PM- Menge des DPF13 für die Feststellung des Regenerierungszeitpunktes des DPF13 direkt zu erfassen, wird hierin ein Abgasdruck stromauf des DPF13 durch den Abgasdrucksensor23 auf der Grundlage der Tatsache erfasst, dass wenn sich die angesammelte PM- Menge des DPF13 erhöht, der Abgasdruckdruck stromauf des DPF13 ansteigt. - Bei S4 wird es bewertet, ob oder nicht das Regenerierungs- Anforderungszeichen zu
1 gleich ist. Falls das Regenerierungs- Anforderungszeichen0 ist, geht die Steuerung zu S5, während, wenn das Regenerierungs- Anforderungszeichen1 ist, die Steuerung zu S9 für die Fortsetzung des Regenerierungsmodus geht. - Bei S5 wird es bewertet, ob oder nicht die angesammelte PM- Menge des DPF
13 eine vorbestimmte Menge überschreitet. Die vorbestimmte Menge in diesem Ausführungsbeispiel ist eine Menge von ungefähr 80 % der angesammelten PM- Menge, die in dem DPF13 gesammelt werden könnte, und ist auch eine konstante Menge. In einem Fall, in dem die angesammelte PM- Menge auf der Grundlage des Abgasdruckes stromauf des DPF13 indirekt erfasst wird, wird es bewertet, ob oder nicht der Abgasdruck des DPF13 einen vorbestimmten Abgasdruck- Grenzwert ACC1 überschreitet. Der hierin zu verwendende Abgasdruck- Grenzwert ACC1 wird durch einen in der3 gezeigten Plan festgelegt, d. h., unter Verwendung eines Planes, der die Motordrehzahl Ne und die Kraftstoffeinspritzmenge Q als Parameter desselben verwendet. - Wenn nämlich der Abgasdruck in dem momentanen Betriebszustand (Ne, Q) den Abgasdruck- Grenzwert ACC1 in der entsprechenden Betriebsbedingung in der
3 nicht überschreitet, wird es bewertet, dass es noch nicht der Regenerierungszeitpunkt ist und die Steuerung geht zurück. Während es, wenn der Abgasdruck in der momentanen Betriebsbedingung (Ne, Q) den Abgasdruck- Grenzwert ACC1 in der entsprechenden Betriebsbedingung in der3 überschreitet, bewertet wird, dass die angesammelte PM- Menge des DPF13 die vorbestimmte Menge überschreitet und es der Regenerierungszeitpunkt ist, und die Steuerung zu dem Regenereierungsmodus von S6 und den anschließenden Schritten geht. - Bei S6 wird, um die Regenerierung des DPF
13 zu starten, ein Öffnungswinkel des Einlassluft- Drosselventils5 gesteuert, um eine Ansaugluftmenge (eine Luftmenge, die in einen Zylinder pro Zeiteinheit angesaugt wird) zu einer Ziel- Ansaugluftmenge entsprechend der angesammelten PM- Menge des DPF13 eingestellt. Besonders aus einem Ziel- Ansaugluftmengenplan, der in der4 gezeigt ist, wird eine Ziel- Ansaugluftmenge entsprechend der momentanen Betriebsbedingung (Motordrehzahl Ne und Kraftstoffeinspritzmenge Q) bestimmt und der Öffnungswinkel des Einlassluft- Drosselventils5 wird eingestellt, um die bestimmte Ziel- Ansaugluftmenge zu erhalten. Die Ziel-Ansaugluftmenge wird in solch einer Menge festgelegt, dass sie einer Ziel- Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF13 entspricht. Die Ziel- Sauerstoffkonzentration wird in einem Bereich festgelegt, in dem eine Sauerstoffkonzentration höher als eine Sauerstoffkonzentration ist, die für das Verbrennen des PM ausreichend ist, und niedriger als eine Sauerstoffkonzentration ist, innerhalb der sogar dann, wenn die angesammelte PM- Menge verbrannt wird, einen Temperatur des DPF nicht übermäßig ansteigt. In diesem Ausführungsbeispiel kann es, wenn es bewertet wird, dass es der Regenerierungszeitpunkt ist, wenn die angesammelte PM- Menge die vorbestimmte PM- Menge erreicht (eine vorbestimmte konstante Menge), angenommen werden, dass die angesammelte PM- Menge an dem Regenerierungszeitpunkt die vorbestimmte konstante Menge ist. Demzufolge kann die Ziel- Sauerstoffkonzentration festgelegt werden, eine konstante Konzentration zu sein, die der vorbestimmten konstanten Menge entspricht. Somit kann ein Sauerstoffsensor an dem Einlass des DPF13 angeordnet werden, wodurch der Öffnungswinkel des Einlassluft- Drosselventils gesteuert wird, um die Ziel-Sauerstoffkonzentration zu erhalten. - Bei S7 wird die Nacheinspritzung gestartet, die die zusätzliche Einspritzung während des Ausdehnungshubes nach der Haupt- Einspritzung ist. Zu dieser Zeit wird eine Ziel- Nacheinspritzungsmenge entsprechend der momentanen Betriebsbedingung (Motordrehzahl Ne und Kraftstoffeinspritzungsmenge Q) aus einem Nach- Einspritzungsmengenplan in der
5 gebildet und die Ziel- Nacheinspritzungsmenge wird zu einem vorbestimmten Nach- Einspritzungszeitpunkt eingespritzt. Die Nacheinspritzungsmenge zu dieser Zeit wird auf einen Wert festgelegt, dass das Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnis an dem Auslass des DPF13 ein stöchiometrisches Verhältnis ist (DPF- Auslass λ = 1), und auch, dass eine Abgastemperatur, die die Regenerierung des DPF13 ermöglicht, erhalten wird. Die Nacheinspritzung selbst wird in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung 9- 53442 (Seite 4) gezeigt. - Bei S8 wird das Regenerierungs- Anforderungszeichen auf
1 festgelegt und die Steuerung geht zurück. - Wenn dass Regenerierungs- Anforderungszeichen = 1 ist, geht die Steuerung zu S9 und die anschließenden Schritte auf der Grundlage der Bewertung bei S4.
- Bei S9 wird auf der Grundlage eines Signales von dem Sauerstoffkonzentrationssensor
24 , der auf der Auslassseite des DPF13 angeordnet ist, das Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnis am Auslass des DPF13 (DPF- Auslass λ) erfasst. - Bei S10 wird auf der Grundlage des erfassten Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnisses des DPF
13 (DPF- Auslass λ) die Nacheinspritzungsmenge rückgekoppelt gesteuert, so dass das Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnis das stöchiometrische Verhältnis wird (DPF- Auslass λ = 1). - Bei S11 wird eine Temperatur des DPF
13 direkt oder indirekt erfasst und es wird bewertet, ob oder nicht die Temperatur eine Temperatur T2 erreicht hat (ungefähr 650° C), bei der das PM verbrannt werden kann. Hierin wird die Temperatur des DPF13 auf der Grundlage eines Signales von dem Abgastemperatursensor25 , der auf der Auslassseite des DPF13 angeordnet ist, indirekt erfasst. Wenn es bewertet wird, dass die Temperatur des DPF13 nicht T2 erreicht, geht die Steuerung zurück, während, wenn es bewertet wird, dass die Temperatur des DPF13 T2 erreicht hat, die Steuerung zu S12 geht. - Bei S12 wird es bewertet, ob oder nicht die Temperatur des DPF
13 eine vorbestimmte obere Grenztemperatur überschreitet, nämlich eine Temperatur, die den Wärmewiderstand des DPF13 , T4 (T4 > T2), beibehält. Wenn die Temperatur überschritten wird geht die Steuerung, da es eine Möglichkeit gibt, dass der DPF13 geschmolzen wird, zu S13, wobei die Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF13 durch Drosseln des Öffnungswinkels des Einlassluft- Drosselventils5 vermindert wird, um dadurch das Verbrennen der PM innerhalb des DPF13 zu begrenzen und um dann die Temperatur des DPF13 auf T4 oder geringer zu vermindern. Wenn die Temperatur des DPF13 niedriger als T4 ist, geht die Steuerung zu S14. - Bei S14 wird, da der DPF
13 innerhalb eines Temperaturbereiches zwischen T2 und T4 ist, der für das Verbrennen der PM geeignet ist, eine vergangene Zeit in diesem Zustand, bestimmt. Wenn die vergangene Zeit eine vorbestimmte Zeit t1 oder weniger ist, geht die Steuerung zurück. Demzufolge geht, nachdem der DPF13 für eine vorbestimmte Zeit t1 regeneriert worden ist (von einigen Sekunden bis zu einigen Minuten), während der Verbrennungszustand der PM beibehalten wird, die Steuerung zu S15. Die vorbestimmte Zeit t1 ist hierin ein erforderlicher Zeitraum, so dass die in dem DPF13 angesammelte PM verbrannt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel kann es, da es bewertet wird, dass es der Regenerierungszeitpunkt ist, wenn die angesammelte PM-Menge des DPF13 den vorbestimmten konstanten Wert erreicht, angenommen werden, dass die angesammelte PM- Menge zu dem Regenerierungszeitpunkt die vorbestimmte konstante Menge ist. Demzufolge genügt es t1 als einen konstanten Wert festzulegen, der nicht durch die Betriebsbedingung beeinflusst wird. - Bei S15 wird die Nacheinspritzung beendet, um den Temperaturanstieg des DPF
13 zu beenden. Bezüglich des Einlassluft- Drosselventils5 wird aus einem Ziel- Einlass luftmengenplan für das Schützen des DPF gegenüber dem Schmelzen, gezeigt in der6 , eine Ziel- Einlassluftmenge, die der momentanen Betriebsbedingung entspricht (Motordrehzahl Ne und Kraftstoffeinspritzmenge Q), gebildet und der Öffnungswinkel des Einlassluft- Drosselventils5 wird eingestellt, um die Einlassluft zu drosseln, um die bestimmte Ziel- Einlassluftmenge zu erhalten. Als ein Ergebnis wird die Sauerstoffkonzentration an dem Einlass in dem DPF13 eingestellt, was das Schmelzen des DPF13 verhindert. In diesem Fall kann ein Sauerstoffkonzentrationssensor an einem Einlass des DPF13 angeordnet werden, wodurch das Einlassdrosseln gesteuert wird, um die Ziel-Sauerstoffkonzentration zu erhalten. - Bei S16 wird die Temperatur des DPF
13 erfasst und es wird bewertet, ob oder nicht die Temperatur auf die Temperatur T1 vermindert wird, wo die PM nicht verbrannt werden kann. Wenn sie nicht auf die Temperatur T1 vermindert wird, geht die Steuerung zurück. Dies kommt daher, weil das Einlassdrosseln fortgesetzt wird, bis die Temperatur des DPF13 die Temperatur T1 erreicht, wo die PM nicht verbrannt werden kann, um das schnelle Verbrennen des PM zu begrenzen, das in dem DPF, ohne zu verbrennen, übrig geblieben ist. Wenn die Temperatur auf T1 vermindert wird, geht die Steuerung zu S17. - Bei S17 wird das Einlassdrosseln durch das Einlassluft- Drosselventil
5 aufgehoben. - Bei S18, da alle Regenerierungsvorgänge beendet werden, wird das Regenerierungs- Anforderungszeichen auf 0 gesetzt und dieses Programm wird beendet.
- In diesem Ausführungsbeispiel wird, wenn ein Katalysator mit einer Drei- Wege-Funktion verwendet wird, durch das Steuern des Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnisses an dem Einlass des DPF
13 auf das stöchiometrische Verhältnis (die Steuerung der Nacheinspritzungsmenge) bei dem Regenerierungszeitraum eine Drei- Wege- Wirkung erreicht, so dass HC, CO und NOx an dem Auslass und innerhalb des DPF13 gereinigt werden. Nebenbei bemerkt, es wird angenommen, dass das Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnis an dem Auslass des DPF13 zu dem innerhalb des DPF13 äquivalent ist. - Während des Regenerierungszeitraums, da der Sauerstoff in dem Abgas durch das Verbrennen der PM innerhalb des DPF
13 verbraucht wird, ist das Abgas- Luft-Kraftstoff- Verhältnis des DPF13 von dem an dem Auslass des DPF13 verschieden. Durch Steuern des Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnisses auf der Auslassseite zu dem stöchiometrischen Verhältnis wird das Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnis auf der Einlassseite mager (hohe Sauerstoffkonzentration). Demzufolge kann eine für das Verbrennen der PM ausreichende Sauerstoffmenge zu dem Einlass des DPF13 zugeführt werden und die in dem DPF13 gespeicherte PM kann auch zuverlässig verbrannt werden. - Das Abgas erreicht nämlich in dem DPF mit dem Katalysator mit der Drei- Wege-Funktion, da die PM auf einer Oberfläche der Katalysatorschicht gespeichert wird, wenn das Abgas durch den DPF
13 bei der Regenerierung des DPF13 hindurchgeht, die Katalysatorschicht, nachdem der Sauerstoff verbraucht ist. Demzufolge kann durch Steuern des Luft- Kraftstoff- Verhältnisses auf der Auslassseite auf das stöchiometrische Verhältnis (durch das Steuern von λ auf der Einlassseite, um mager zu sein, und von λ auf der Auslassseite, um ein stöchiometrisches Verhältnis zu sein), die PM durch den Sauerstoff später verbrannt werden, wobei NOx durch das stöchiometrische Verhältnis gereinigt werden kann (Drei- Wege- Atmosphäre). - Entsprechend dieses Ausführungsbeispieles wird es überdies durch Steuern der Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF
13 (durch die Steuerung des Einlassdrosselns) möglich, die Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF13 in dem Maße zu steuern, dass das Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnis an dem Auslass des DPF13 auf das stöchiometrische Verhältnis gesteuert werden kann, um die Regenerierung des DPF13 effizient auszuführen. - Außerdem wird entsprechend dieses Ausführungsbeispieles, wenn die Sauerstoffkonzentration der Einlassseite gesteuert wird, die Sauerstoffkonzentration des Abgases an dem Einlass des DPF
13 entsprechend der in dem DPF gespeicherten PM-Menge gesteuert, nämlich die Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF13 wird entsprechend zu dem in der DPF13 gespeicherten PM- Menge gebildet, um die Verbrennungsgeschwindigkeit auf der Grundlage des gebildeten Sauerstoffkonzentration zu steuern, so dass der übermäßige Temperaturanstieg des DPF13 unterdrückt werden kann, um die DPF -Regenerierung ohne das Schmelzen, das Zerbrechen des DPF13 und dergleichen auszuführen. - Überdies ist entsprechend dieses Ausführungsbeispieles ein Filtertemperaturdetektor (ein Abgastemperatursensor
25 ) vorgesehen und wenn die DPF- Temperatur während der Regenerierung den vorbestimmten Wert (T4) aus einem Grund an der Steuerung der Sauerstoffkonzentration auf der Einlassseite durch Vermindern der Abgas-Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF13 überschreitet, kann die Verbrennungswärme der PM und des HC und des CO eingeschränkt werden, um ein Schmelzen des DPF13 zu verhindern. - Eine Basis- Vorgang bei der zuvor erwähnten Steuerung entsprechend des vorliegenden Ausführungsbeispieles ist in der
7 gezeigt. - Wenn es einen Regenerierungszeitpunkt gibt, wobei die angesammelte PM-Menge des DPF
13 die vorbestimmte Menge überschreitet, wird die Temperatur des DPF13 durch die Nacheinspritzung angehoben. Zu dieser Zeit wird, wenn die Nachein spritzungsmenge eingestellt wird, so dass der DPF- Auslass λ = 1 ist, und die Temperatur auf T2 angehoben wird, bei der die PM verbrannt werden kann, die Verbrennung der PM, solange wie die Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF13 ausreichend ist, gestartet, wie durch die steile Linie in der7 gezeigt ist. Da auch die Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF durch das Einlassdrosseln zurückgehalten wird, gibt es keine Möglichkeit, dass die DPF- Temperatur mehr als notwendig erhöht werden wird. Wenn die DPF- Temperatur in den Zustand der niedrigen Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF angehoben wird, wird selbst dann, wenn die DPF- Temperatur T2 erreicht, das PM- Verbrennen, wie durch die dünne Linie in der7 gezeigt, nicht ausgeführt. - Der Sauerstoffkonzentrationssensor
24 ist auf der äußeren Seite des DPF13 angeordnet und die Nacheinspritzung wird während des Rückkopplungssteuerns des DPF-Auslass λ ausgeführt, so dass NOx während der Regenerierung mit der Drei- Wege-Funktion durch einen Edelmetallkatalysator behandelt und die Emissionsleistung verbessert wird. - Außerdem wird es, wie in der
7 gezeigt, wenn die Nacheinspritzung entsprechend des durch die Regenerierung der PM in dem DPF13 verbrauchten Sauerstoffmenge reduziert wird, möglich, dass die Nacheinspritzungsmenge und die Kraftstoffökonomieverschlechterung zurückgehalten wird, und auch NOx, CO und HC durch ausreichendes Bewirken der Drei- Wege- Leistung gereinigt werden. - Als nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel entsprechend der Erfindung erläutert.
- In dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnis an dem Auslass des DPF
13 auf das stöchiometrische Verhältnis durch die Steuerung der Nacheinspritzung und/oder der Menge desselben gesteuert. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnis an dem Auslass des DPF13 durch eine EGR- Rate durch eine Öffnungswinkelsteuerung des EGR- Steuerungsventils12 auf ein stöchiometrisches Verhältnis gesteuert. -
8 ist ein Ablaufdiagramm einer DPF- Regenerierungssteuerung in dem zweiten Ausführungsbeispiel. Diese Ablaufdiagramm ist nur in S7 und S10 von dem ersten Ausführungsbeispiel (2 ) verschieden, so dass nur dies erläutert wird. - Bei S7 eine Ziel- EGR- Rate, die der momentanen Betriebsbedingung (der Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Q) entspricht, aus einem Ziel- EGR- Ratenplan, der in der
9 gezeigt ist, festgestellt und der Öffnungswinkel des EGR- Steuerungsventils12 wird gesteuert, um die festgestellte EGR- Rate zu erhalten. Die Tiel-EGR- Rate zu dieser zeit wird auf einen Wert festgelegt, so dass das Abgas- Luft- Kraft stoff- Verhältnis an dem Auslass des DPF13 das stöchiometrische Verhältnis (DPF-Auslass λ = 1) ist, und auch, dass die Abgastemperatur, die die Regenerierung des DPF13 ermöglicht, realisiert wird. - Bei S10 wird die EGR- Rate auf der Grundlage des Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnisses (λ) an dem Auslass des DPF
13 , erfasst durch den Sauerstoffkonzentrationssensor24 rückgekoppelt gesteuert, so dass das Abgas- Luft- Kraftstoff- Verhältnis das stöchiometrische Verhältnis wird. - Die Steuerung des Abgas- Luft- Kraftstoff Verhältnis an dem Auslass des DPF
13 kann auf der Grundlage des Nacheinspritzungszeitpunkt oder dem Einlassdrosseln an stelle der Nacheinspritzungsmenge in dem ersten Ausführungsbeispiel und der EGR in dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgeführt werden. Ähnlich kann die Steuerung der Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF13 auf der Grundlage der Haupt- Einspritzmenge, dem Haupt- Einspritzzeitpunkt, der Nach- Einspritzungsmenge, dem Nach- Einspritzzeitpunkt und der EGR ausgeführt werden, was anders als das Einlassdrosseln in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist. - Als nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
-
10 ist ein Systemdiagramm eines Dieselmotors, das ein drittes Ausführungsbeispiel entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei ein Unterschiedspunkt des zweiten Ausführungsbeispieles von dem ersten Ausführungsbeispiel der ist, dass ein NOx- Speicherkatalysator14 auf einer stromabwärtigen Seite des DPF13 mit der Drei-Wege- Funktion an dem Auslasskanal10 angeordnet ist, der Nx speichert, wenn das Luft- Kraftstoff- Verhältnis des Abgases, das daran strömt, mager ist, und wenn es das stöchiometrische Verhältnis oder fett ist, NOx beseitigt und reinigt. -
11 ist ein Ablaufdiagramm einer DPF- Regenerierungssteuerung in dem dritten Ausführungsbeispiel. Dieses Ablaufdiagramm ist nur in S6, S11, S12 und S16 von dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig.) verschieden, so dass nur dies erläutert wird. - Bei S6 wird die Einlassluftmenge durch Steuern des Einlassluft- Drosselventils
5 eingestellt, um die Regenerierung des DPF13 zu beginnen. Zum Unterstützen des Temperaturanstiegs des DPF13 wird die Einlassluftmenge groß gemacht, so dass die Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF13 in dem Maße groß wird, dass der DPF- Auslass λ stöchiometrisch ist. Zu diesem Zweck wird eine Ziel- Einlassluftmenge (ein erster Ziel- Wert), die der momentanen Betriebsbedingung entspricht (der Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Q) aus dem Ziel- Einlassluftmengenplan für den schnellen Temperaturanstieg des in der Fig. gezeigten DPF festgelegt und der Öffnungswinkel des Einlassluft- Drosselventils5 wird eingestellt, um den festgelegten Zielwert zu erhalten. In diesem Fall ist es möglich, dass ein Sauerstoffkonzentrations sensor an dem Einlass des DPF angeordnet ist und das Drosseln des Einlass eingestellt wird, um die Ziel-Sauerstoffkonzentration zu erhalten. - Demzufolge werden bis die Temperatur, bei der das Verbrennen von PM nicht beginnen wird, viel Sauerstoff und der Kraftstoff durch die Nacheinspritzung zu dem DPF
13 zugeführt, um den nach- eingespritzten Kraftstoff auf einmal zu oxidieren, um dadurch zu ermöglichen, den Temperaturanstieg des DPF13 zu beschleunigen. - Bei S11 wird es durch Erfassen der Temperatur des DPF
13 (hierin die Abgastemperatur auf der Seite des Auslass des DPF) bewertet, ob sie oder nicht eine Temperatur T3 (= T2) erreicht, bei der die PM verbrannt werden kann und auch, ob oder nicht ein in dem NOx- Katalysator14 angesammelter Schwefelgehalt entfernt werden kann. Da die Temperatur bei der der Schwefelgehalt entfernt werden kann, gewöhnlich niedriger als die ist, bei der die PM verbrannt werden kann, ist dann hierin T3 = T2. - Bei S12 wird, da die Temperatur des DPF
13 einen Zustand erreicht hat, der für das PM- Verbrennen geeignet ist, wo die Temperatur des DPF13 T3 oder oberhalb ist, wird der schnelle Temperaturanstieg beendet und die Einlassluftmenge wird weniger vorgenommen, so dass die Sauerstoffkonzentration an dem Einlass des DPF13 relativ klein wird. Zu diesem Zweck wird ein Ziel- Einlassluftmenge (ein zweiter Zielwert) unter Verwendung des in der4 gezeigten Ziel- Einlassluftmengenplans festgelegt und der Öffnungswinkel des Einlassluft- Drosselventils5 wird gesteuert, um die festgelegte Ziel-Einlassluftmenge zu erhalten. - Bei S14 wir eine vergangene Zeit in diesem Zustand erfasst. Wenn es eine vorbestimmte Zeit t2 oder weniger ist, geht die Steuerung zurück. Währen, wenn sie die vorbestimmte Zeit t2 überschreitet, die Steuerung zu S15 geht. Demzufolge wird, während die vorbestimmte Zeit t2 beibehalten wird, die Verbrennungsbedingung der PM und die Bedingung für das Entfernen für den Schwefelgehalt, die Regenerierung des DPF
13 und das Entfernen der Schwefelvergiftung des NOx- Speicherkatalysators14 ausgeführt werden. Die vorbestimmte Zeit t2 ist hierin eine erforderliche Zeitdauer, um das in dem DPF13 angesammelte PM zu verbrennen und den in dem NOx- Speicherkatalysator14 angesammelten Schwefelgehalt zu entfernen, und wird, wie in der13 in Bezug auf t1 in dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, festgelegt. - Da es in diesem Ausführungsbeispiel der Regenerierungszeitpunkt bewertet wird, wenn die angesammelte PM- Menge in dem DPF
13 die vorbestimmte konstante >menge erreicht, kann es angenommen werden, dass die angesammelte PM- Menge zu dem Regenerierungszeitpunkt die vorbestimmte konstante Menge ist. Demzufolge kann die für das Verbrennen der PM erforderliche Zeit auf einen konstanten Wert festgelegt werden, aber ein Grad der Schwefelvergiftung hängt von einer Schwefeldichte in dem Kraft stoff ab. Wenn die Schwefeldichte höher wird, wird es wahrscheinlicher, dass die Schwefelvergiftung auftritt. Demzufolge ist es erforderlich, t2 zu erhöhen, wenn die Schwefeldichte höher wird. Demzufolge kann t2 in Übereinstimmung mit der schwefeldichte in dem Kraftstoff festgelegt werden. - Es wird besonders entsprechend dieses Ausführungsbeispieles durch Anordnen des NOx- Speicherkatalysators
14 in dem Auslasskanal10 möglich, die Reinigung von NOx in der mageren Atmosphäre, anders als zu dem Regenerierungszeitpunkt des DPF13 , sowie die Reinigung von NOx während der Regenerierung infolge der Drei- Wege-Wirkung durch den Katalysator an dem DPF13 auszuführen. Da außerdem das Abgas-Luft- Kraftstoff- Verhältnis während der Regenerierung des DPF13 das stöchiometrische Verhältnis ist, ist der NOx- Speicherkatalysator14 stromab des DPF13 angeordnet oder auf dem DPF13 getragen, so dass sogar dann, wenn der NOx- Speicherkatalysator14 mit Schwefel in der mageren Atmosphäre vergiftet ist, der DPF regeneriert und gleichzeitig die Schwefelvergiftung entfernt werden kann. - Überdies ist entsprechend dieses Ausführungsbeispieles der Filtertemperaturdetektor (der Abgastemperatursensor
25 ) eingerichtet und die Sauerstoffkonzentration wird entsprechend der DPF- Temperatur während der Regenerierung so gesteuert, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas an dem Einlass des DPF13 höher wird, wenn die DPF- Temperatur niedrig ist, wobei daher die folgenden Wirkungen erhalten werden können. Nämlich bis die Temperatur des DPF13 die Temperatur (T2) erreicht, bei der das in dem DPF13 gespeicherte PM beginnt, verbrannt zu werden, je unverzüglicher der Temperaturanstieg des DPF13 erfolgt, desto besser ist es. Demzufolge kann durch Steuern der Sauerstoffkonzentration des DPF13 - Einlasses entsprechend der DPF-Temperatur die Sauerstoffkonzentration des DPF13 - Einlass gesteuert werden, um einen maximalen Temperaturanstieg zu haben, bis die DPF13 - Temperatur die Starttemperatur der Verbrennung (T2) der PM erreicht und demzufolge kann die Regenereierung des DPF13 in einer kurzen Zeit ausgeführt werden. - Die gesamten Inhalte der die Grundlage bildenden Japanischen Patentanmeldung Nr. 2001- 121481, eingereicht am 19. April 2001, deren Priorität beansprucht wird, sind durch Bezug eingeschlossen.
- Während nur ausgewählte Ausführungsbeispiele ausgewählt worden sind, um die vorliegende Erfindung darzustellen, wird es für diejenigen, die auf dem gebiert der Technik Fachleute sind, aus der Offenbarung deutlich, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen hierin auftreten werden, ohne vom Umfang der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen. Überdies ist die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsbeispiele entsprechend der vorliegenden Erfindung nur für die Veranschaulichung vorgesehen, und nicht für den Zweck die Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und ihren Entsprechungen definiert ist, zu begrenzen.
- Industrielle Anwendbarkeit
- Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann, wie zuvor erläutert, bei der Regenerierung eines PM- Speicherfilters das PM richtig verbrannt und entfernt werden und auch NOx wird zusätzlich zu HC und CO gereinigt, um dadurch zu ermöglichen, die Verbesserung der Emissionsleistung zu erreichen. Demzufolge hat die vorliegende Erfindung einen breiten Bereich der industriellen Anwendbarkeit.
Claims (11)
- Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, aufweisend: einen Filter, angeordnet in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine, der Teilchen in einem Abgas in dem Abgaskanal speichert; einen Katalysator mit einer Dreiwegefunktion, getragen an dem Filter; und eine Steuerungseinheit für die Brennkraftmaschine, wobei die Steuerungseinheit ein Luft- Kraftstoff- Verhältnis des Abgases an einem Auslass des Filters auf ein stöchiometrisches Verhältnis bei der Regenerierung des Filters steuert.
- Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Luft- Kraftstoff- Verhältnis des Abgases an dem Auslass des Filters durch Steuern von zumindest einem von Nacheinspritzmenge, Nacheinspritzzeitpunkt, Abgasrückführung oder der Einlassluftdrosselung gesteuert wird.
- Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit außerdem eine Sauerstoffkonzentration des Abgases an einem Einlass des Filters bei der Regenerierung des Filters steuert.
- Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, wobei die Sauerstoffkonzentration des Abgases an dem Einlass des Filters auf der Grundlage einer Menge der in dem Filter gespeicherten Teilchen gesteuert wird.
- Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, außerdem aufweisend: eine Filtertemperatur- Erfassungseinrichtung, die eine Filtertemperatur erfasst, wobei die Sauerstoffkonzentration des Abgases an dem Einlass des Filters auf der Grundlage der Filtertemperatur während der Regenerierung so gesteuert wird, dass die Sauerstoffkonzentration höher wird, wenn die Filtertemperatur niedrig ist.
- Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, außerdem aufweisend: eine Filtertemperatur- Erfassungseinrichtung, die eine Filtertemperatur erfasst, wobei die Sauerstoffkonzentration des Abgases an dem Einlass des Filters gesteuert wird, um vermindert zu werden, wenn die Filtertemperatur während der Regenerierung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
- Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, außerdem aufweisend: wobei die Sauerstoffkonzentration des Abgases an dem Einlass des Filters durch zumindest eines von Einlassdrosselung, Haupteinspritzmenge, Haupteinspritzzeitpunkt, Nacheinspritzzeitpunkt oder der Abgasrückführung gesteuert wird.
- Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Ansprach 1, außerdem aufweisend: einen NOx- Speicherkatalysator, angeordnet in dem Abgaskanal, der NOx speichert, wenn das Luft- Kraftstoff- Verhältnis mager ist, und das gespeicherte NOx beseitigt und reinigt, wenn das Luft- Kraftstoff- Verhältnis stöchiometrisch oder fett ist.
- Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, außerdem aufweisend: wobei das Luft- Kraftstoff- Verhältnis an dem Auslass des Filters angenommen wird, zu einem Luft- Kraftstoff- Verhältnis des Abgases innerhalb des Filters äquivalent zu sein.
- Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine aufweisend: einen Filter, angeordnet in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine, der Teilchen in einem Abgas in dem Abgaskanal speichert; einen Katalysator mit einer Dreiwegefunktion, getragen an dem Filter; und eine Steuerungseinrichtung zum Steuern eines Luft- Kraftstoff- Verhältnisses des Abgases an dem Auslass des Filters auf ein stöchiometrisches Verhältnis bei der Regenerierung des Filters.
- Abgasreinigungsverfahren für eine Brennkraftmaschine, wobei ein Filter in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, der Teilchen in einem Abgas in dem Abgaskanal speichert, ein Katalysator mit einer Dreiwegefunktion an dem Filter getragen wird; und ein Luft- Kraftstoff- Verhältnis des Abgases an einem Auslass des Filters auf ein stöchiometrisches Verhältnis bei der Regenerierung des Filters gesteuert wird.
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