DE60300845T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgas - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungsverfahren und ein Abgasreinigungssystem für das Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors unter Verwendung eines Oxidationskatalysators. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgasreinigungsverfahren und ein Abgasreinigungssystem, die verhindern können, dass unverbrannter Kohlenwasserstoff, der sich aufgrund eines langen Leerlaufbetriebs in einem Oxidationskatalysator angesammelt hat, in die Atmosphäre abgegeben bzw. ausgestoßen wird.
  • Die Menge von Feinstaub (im folgenden bezeichnet mit PM (particulate matter)), die von einem Diesel-Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, wurde zusammen mit den Mengen an NOx, CO und HC von Jahr zu Jahr stärker reglementiert. Daher wurde eine Technik entwickelt, die die Menge von PM, die aus dem System nach außen abgegeben wird, reguliert, indem der PM mittels eines Filters gesammelt wird, der als Dieselpartikelfilter (im folgenden DPF genannt) bezeichnet wird.
  • Ein PM sammelnder DPF beinhaltet ein keramisches Material nach Art eines monolithischen, wabenförmigen Wall-Flow- bzw. Wandstrom-Filters oder eines Gewebefilters, der aus Faserkeramik oder Fasermetall besteht. Ein Abgasreinigungssystem, das einen dieser DPF verwendet, wird auf die gleiche Weise in die Mitte des Abgasdurchgangs eines Verbrennungsmotors eingesetzt, wie es bei anderen Abgasreinigungssystemen der Fall ist, um das in dem Verbrennungsmotor erzeugte Abgas zu reinigen und auszustoßen.
  • Diese DPF-Systeme beinhalten einen sich kontinuierlich regenerierenden DPF, der als CRT (Continuously Regenerating Trap – kontinuierlich regenerierende (Partikel-) Falle) bezeichnet wird, der auf der aufstromigen Seite eines DPF-Systems mit einem Oxidationskatalysator (DOC: Dieseloxidationskatalysator) und einem als CSF (Catalyst Soot Filter – katalytisch beschichteter Filter) bezeichneten DPF-Typ für das Verbrennen von PM mit einem Abgas durch Verringern der Verbrennungstemperatur des PM in Übereinstimmung mit der Aktivität eines von einem Filter getragenen Katalysators versehen ist.
  • Das sich kontinuierlich regenerierende DPF-System des CRT-Typs macht sich die Tatsache zunutze, dass in einem Abgas PM mit NO2 (Stickstoffdioxid) bei einer niedrigeren Temperatur oxidiert wird als PM mit Sauerstoff, wobei sich das System aus einem Oxidationskatalysator und einem Filter zusammensetzt. Der PM wird entfernt durch Oxidieren von NO (Stickstoffmonoxid) in einem Abgas, um auf dem Platin tragenden Oxidationskatalysator auf der aufstromigen Seite NO2 zu erzeugen, und Oxidieren des PM, der in einem auf der abstromigen Seite befindlichen Filter gesammelt wurde, mit dem NO2, um CO2 (Kohlendioxid) zu erzeugen.
  • Darüber hinaus besteht das sich kontinuierlich regenerierende DPF-System des CSF-Typs aus einem mit einem Katalysator ausgestatteten Filter, mit einem Katalysator wie Ceroxid (CeO2). Weiterhin wird bei einer niedrigen Temperatur (300°C bis 600°C) in dem mit einem Katalysator aus gestatteten Filter PM in dem Abgas unter Verwendung einer Reaktion wie beispielsweise (4CeO2 + C → 2Ce2O3 + CO2, 2CeO3 + O2 → 4 CeO2), die O2 (Sauerstoff) verwendet, oxidiert. Wenn der PM in einem hohen Temperaturbereich gehalten wird, der höher liegt als die Temperatur, bei der PM in einem Abgas mit O2 verbrannt wird (beispielsweise 600°C oder höher), wird der PM in dem Abgas mit O2 oxidiert.
  • Darüber hinaus wird in dem sich kontinuierlich regenerierenden DPF-System des CSF-Typs PM oxidiert und entfernt durch Einsetzen eines Oxidationskatalysators auf der aufstromigen Seite des Systems, was unverbrannten HC und CO im Abgas oxidiert und die Abgastemperatur erhöht, während verhindert wird, dass HC und CO in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
  • Im Falle einer niedrigen Abgastemperatur oder eines Betriebs, bei dem wenig NO ausgestoßen wird, wird auch in diesen sich kontinuierlich regenerierenden DPF-Systemen die Katalysatortemperatur verringert; dadurch verschlechtert sich die Aktivität bzw. Leistung des Katalysators oder das NO geht zur Neige. Deshalb findet die obige Reaktion nicht statt. Weil der Filter nicht durch das Oxidieren von PM regeneriert werden kann, schreitet somit die Ablagerung von PM auf dem Filter fort und der Filter verstopft.
  • Daher wird im Falle dieser sich kontinuierlich regenerierenden DPF-Systeme eine Regenerationssteuerung für das Oxidieren und Entfernen von in einem Filter gesammeltem PM durchgeführt durch Abschätzen einer abgelagerten Menge von PM in Übereinstimmung mit der Druckdifferenz zwischen der aufstromigen und der abstromigen Seite eines DPF beim Regenerieren des Filters, Übergehen des gegenwärtigen Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors in einen Betrieb im Regenerierungsmodus, wenn die Druckdifferenz einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, und zwangsweises Erhöhen der Abgastemperatur oder Vergrößern der Menge von NO oder NO2.
  • Wenn jedoch der Leerlaufbetrieb oder ein Zustand eines Verbrennungsmotors mit niedriger Abgastemperatur, wie z.B. ein Betrieb bei geringer Motorlast und geringer Motorgeschwindigkeit, fortgesetzt werden, wird die Oxidationsreaktion nicht beschleunigt, weil die Temperatur des Abgases niedrig ist, die Temperatur des Oxidationskatalysators verringert wird und der Katalysator somit nicht aktiviert wird. Der unverbrannte HC (Kohlenwasserstoff), der während des obigen Betriebszustands erzeugt wurde, wird daher adsorbiert und sammelt sich in einer Vielzahl von Löchern auf der Oberfläche eines Trägers, beispielsweise Aluminiumoxid, eines in den Abgasdurchgang eingesetzten Oxidationskatalysators an.
  • Wenn dieser Zustand niedriger Abgastemperatur, bei dem der unverbrannte HC (Kohlenwasserstoff) nahezu einen Ansammlungsgrenzwert erreicht, lange Zeit (z.B. 4 h) andauert und der gegenwärtige Betriebszustand durch Treten auf das Gaspedal in einen Betrieb mit hoher Motorlast übergeht, steigt die Flussrate des Abgases an, bevor die Temperatur bis zu einem Bereich erhöht wird, in dem der Oxidationskatalysator aktiviert wird. Ein verbleibendes Problem besteht somit darin, dass der unverbrannte Kohlenwasserstoff, der sich auf dem Oxidationskatalysatorträger angesammelt hat, in Form von weißem Rauch in die Atmosphäre ausgestoßen wird.
  • Das obige Problem wird im Falle eines herkömmlichen Motorenabgasreinigungssystems, wie es beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegung Nr. 2000-352303 (Seiten 2–3) beschrieben ist, dadurch angegangen, dass die Erzeugung bzw. Bildung von weißem Rauch aus unverbranntem HC während eines lastfreien Betriebs nach dem Leerlauf oder nach dem Anlassen eines Motors verhindert wird durch: Umstellen eines Schaltventils immer dann, wenn ein Leerlaufzustand über einen vorbestimmten Beurteilungszeitraum oder länger andauert, Wechseln von DPF für das Durchlassen von Abgas und Aufheizen des DPF auf der Seite, auf der der Durchtritt von Abgas unterbrochen ist, mittels einer Aufheizvorrichtung wie beispielsweise eines elektrischen Heizers, um das Abgas zu oxidieren und zu entfernen.
  • Im Falle des Abgasreinigungssystems jedoch wird, weil ein Filter durch Einsetzen einer Aufheizvorrichtung, z.B. eines elektrischen Heizers, in den Filter auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird, ein anderes System für das Aufheizen des Filters benötigt, beispielsweise ein Heizer. Darüber hinaus ist, weil die Katalysatoraktivität nicht genutzt wird, eine höhere Temperatur für die Oxidation von unverbranntem HC erforderlich und eine vergleichsweise hohe Temperatur wird für das Aufheizen benötigt, was aufgrund einer Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz ein Problem verursacht.
  • Das Dokument JP 2000-097078 offenbart einen Verbrennungsmotor. Um zu verhindern, dass die Temperatur eines Katalysators unter dessen Aktivierungstemperatur absinkt, wenn sich der Motor im Leerlaufbetrieb befindet, wird die Temperatur des Abgases erhöht oder eine große Menge von unverbranntem HC und CO wird von dem Motor ausgestoßen, wenn die Temperatur des Katalysators niedriger ist als ein unterer Grenzwert.
  • Kurze Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung dient der Lösung der obigen Probleme und hat zum Ziel, ein Abgasreinigungsverfahren und ein Abgasreinigungssystem bereitzustellen, die in der Lage sind, zu verhindern, dass weißer Rauch erzeugt wird, wenn ein Zustand niedriger Abgastemperatur im Leerlaufbetrieb oder dergleichen lange Zeit andauert, durch Erhöhen der Abgastemperatur, wenn die abgeschätzte, angesammelte Menge an unverbranntem HC, das durch den Oxidationskatalysatorträger adsorbiert wurde, einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, und Oxidieren und Entfernen des HC auf dem Oxidationskatalysator in einem Abgasreinigungssystem, das im Abgasdurchgang eines Verbrennungsmotors einen Oxidationskatalysator aufweist.
  • Das Abgasreinigungsverfahren, mit welchem das obige Ziel erreicht wird, ist ein Abgasreinigungsverfahren für das Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors in einem Abgasreinigungssystem mit einem Oxidationskatalysator, wobei eine Menge von unverbranntem Kohlenwasserstoff, der sich auf einem Oxidationskatalysatorträger angesammelt hat, abgeschätzt wird, der Oxidationskatalysator aktiviert wird durch Durchführen einer Kohlenwasserstoffentfernungssteuerung und dadurch erfolgendes Erhöhen der Abgastemperatur, um den Oxidationskatalysator zu aktivieren, wenn eine abgeschätzte, angesammelte Menge von unverbranntem Kohlenwasserstoff einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, und der angesammelte, unverbrannte Kohlenwasserstoff oxidiert wird, um ihn zu entfernen.
  • Gemäß einem Abgasreinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Menge von unverbranntem HC, der sich aufgrund eines lang andauernden Leerlaufbetriebs oder eines Zustands mit niedriger Abgastemperatur beim Betrieb mit geringer Motorlast und geringer Geschwindigkeit oder dergleichen angesammelt hat, zunimmt, angesammeltes, unverbranntes HC durch einen Oxidationskatalysator, der durch Durchführen einer Kohlenwasserstoffentfernungssteuerung und zwangsweises Erhöhen der Abgastemperatur aktiviert wird, oxidiert und entfernt. Dadurch wird die Bildung von weißem Rauch, wie er während eines Betriebs bei großer Motorlast entsteht, der auf einen Betrieb bei niedriger Abgastemperatur folgt, verhindert.
  • Weiterhin kann, weil das Abgasreinigungsverfahren die Katalysatoraktivität eines Oxidationskatalysators nutzt und für einen Oxidationskatalysator die Temperatur des Abgases auf eine Aktivierungstemperatur (ungefähr 250°C) oder darüber ansteigen muss, unverbrannter HC mit vergleichsweise geringer Energie oxidiert werden.
  • Darüber hinaus wird im Falle des obigen Abgasreinigungsverfahrens eine Beurteilung im Hinblick darauf vorgenommen, ob der akkumulierte Wert von Perioden, während derer ein Verbrennungsmotor in einem Zustand mit niedriger Abgastemperatur gehalten wird, gleich einem vorbestimmten Beurteilungswert oder größer ist, statt zu beurteilen, ob die abgeschätzte Menge an angesammeltem, unverbranntem HC den vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet oder nicht. Dadurch ist es möglich, eine vergleichsweise einfache Vorrichtung, wie z.B. einen Timer bzw. Zeitgeber und einen Beurteilungsalgorithmus zu steuern.
  • Ein Zustand mit niedriger Abgastemperatur bezeichnet einen Betriebszustand mit niedriger Abgastemperatur, bei dem unverbrannter HC sich in dem Oxidationskatalysator ansammelt, ohne oxidiert zu werden.
  • Weiterhin erhöht die Kohlenwasserstoffentfernungssteuerung die Abgastemperatur durch Durchführen einer mehrstufigen Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor. Dadurch ist es nicht notwendig, eine weitere Aufheizvorrichtung wie beispielsweise einen elektrischen Heizer zu verwenden, und es ist möglich, die Kraftstoffkosten zu reduzieren, ohne dass eine von dem elektrischen Heizer erzeugte große Energie erforderlich ist.
  • Weiterhin ist das Abgasreinigungssystem für die Durchführung des obigen Abgasreinigungsverfahrens ein Abgasreinigungssystem, das einen Oxidationskatalysator beinhaltet und das Abgas eines Verbrennungsmotors reinigt und das sich zusammensetzt aus einer Einrichtung zur Beurteilung der angesammelten Kohlenwasserstoffmenge für das Abschätzen der Menge von unverbranntem Kohlenwasserstoff, der sich auf dem Oxidationskatalysatorträger angesammelt hat, und zur Beurteilung, ob die abgeschätzte, angesammelte Menge von unverbranntem Kohlenwasserstoff einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, und einer Einrichtung zur Steuerung der Kohlenwasserstoffentfernung für das Aktivieren des Oxidationskatalysators durch Erhöhen der Abgastemperatur, um den Oxidationskatalysator zu aktivieren, wenn die Einrichtung zur Beurteilung der angesammelten Kohlenwasserstoffmenge entscheidet, dass die abgeschätzte, angesammelte Menge den vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, und Oxidieren des angesammelten, unverbrannten Kohlenwasserstoffs, um diesen zu entfernen.
  • Weiterhin beurteilt im Falle des obigen Abgasreinigungssystems die Einrichtung zur Beurteilung der angesammelten Kohlenwasserstoffmenge, ob ein akkumulierter Wert von Perioden, während derer der Verbrennungsmotor in einem Zustand mit niedriger Abgastemperatur gehalten wird, ein vorbestimmter Beurteilungswert oder mehr wird, statt zu beurteilen, ob die abgeschätzte, angesammelte Menge von unverbranntem Kohlenwasserstoff einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet.
  • Weiterhin ist im Falle des obigen Abgasreinigungssystems die Einrichtung zur Steuerung der Kohlenwasserstoffentfernung so ausgestaltet, dass sie eine Steuerung für das Erhöhen der Abgastemperatur ausführt durch Durchführen einer mehrstufigen Kraftstoffeinspritzung in einen Verbrennungsmotor.
  • Zusätzlich zu einem sich kontinuierlich regenerierenden DPF-System gibt es Systeme wie beispielsweise ein System, das darin besteht, dass ein Filter einen Oxidationskatalysator trägt, ein System, das darin besteht, dass ein Oxidationskatalysator an der aufstromigen Seite eines Filters eingesetzt wird, und ein System, das darin besteht, dass ein Filter einen Katalysator trägt und dass ein Oxidationskatalysator auf der aufstromigen Seite eines Filters eingesetzt wird.
  • Wie oben beschrieben, machen es ein Abgasreinigungsverfahren und ein Abgasreinigungssystem der vorliegenden Erfindung möglich, eine Abgastemperatur zwangsweise zu erhöhen durch Durchführen einer Steuerung der Entfernung von unverbranntem HC, wenn die Menge von unverbranntem HC, der sich in einem Oxidationskatalysator angesammelt hat, zunimmt aufgrund eines Zustands mit niedriger Abgastemperatur nach einem lang andauernden Leerlaufbetrieb oder einem Betrieb bei geringer Motorlast und geringer Geschwindigkeit. Daher ist es möglich, den angesammelten, unverbrannten HC mittels eines Oxidationskatalysators, der durch ein Abgas mit erhöhter Temperatur aufgeheizt und aktiviert wird, zu oxidieren und zu entfernen und die Bildung von weißem Rauch zu verhindern, wie er entsteht, wenn ein Betrieb mit großer Motorlast auf einen lang andauernden Betrieb bei niedriger Abgastemperatur folgt.
  • Weiterhin ist es, da das Abgasreinigungsverfahren und das Abgasreinigungssystem die Katalysatoraktivität eines Oxidationskatalysators nutzen, möglich, unverbrannten HC bei vergleichsweise geringer Energie zu oxidieren. Daher ist es lediglich erforderlich, die Abgastemperatur auf eine Temperatur zu erhöhen, die gleich einer oder höher als eine Aktivierungstemperatur (etwa 250°C) ist, bei der der Oxidationskatalysator aktiviert wird. Darüber hinaus ist, da die Abgastemperatur durch eine Kraftstoffeinspritzsteuerung in einem Motor erhöht wird, eine weitere Aufheizeinrichtung wie ein elektrischer Kraftstoffheizer nicht notwendig.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Abgasreinigungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 ist eine Darstellung, die ein Abgasreinigungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im eingesetzten Zustand zeigt,
  • 3 ist eine Darstellung, die eine Ausgestaltung einer Steuerung eines Abgasreinigungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 4 ist eine Darstellung, die ein Flussdiagramm der Steuerung von unverbranntem HC zeigt,
  • 5(a) ist eine Darstellung, die die Ausführung einer dreimaligen zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung im Betriebsmodus einer mehrstufigen Kraftstoffeinspritzung zeigt,
  • 5(b) ist eine Darstellung, die die Ausführung einer fünfmaligen zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung im Betriebsmodus einer mehrstufigen Kraftstoffeinspritzung zeigt,
  • 6 ist eine Darstellung, die den Zeitverlauf und die Steuerung der Abgastemperaturerhöhung einer Abgastemperatur an einem Filtereingang in einem Abgasreinigungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
  • 7 ist eine Darstellung, die schematisch die Beziehung zwischen Motorlast und -geschwindigkeit eines Verbrennungsmotors und dem Temperaturbereich einer Abgastemperatur an einem Filtereingang zeigt, und
  • 8 ist eine Darstellung, die den Zeitverlauf einer Abgastemperatur an einem Filtereingang und einen weißen Rauch erzeugenden Zustand in einem herkömmlichen Abgasreinigungssystem zeigt.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • Ein Abgasreinigungsverfahren und ein Abgasreinigungssystem gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Abgasreinigungssystems mit einem sich kontinuierlich regenerierenden DPF-System, das eine Kombination aus einem Oxidationskatalysator (DOC) und einem mit einem Katalysator ausgestatteten Filter (CSF) beinhaltet, werden unten beispielhaft und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • Die 1 und 2 zeigen eine Ausgestaltung eines Abgasreinigungssystems 10 eines Verbrennungsmotors der obigen Ausführungsform. Das Abgasreinigungssystem 10 des Verbrennungsmotors ist so aufgebaut, dass es ein sich kontinuierlich regenerierendes DPF-System 3 beinhaltet, das in einer Abgasleitung 2 eingesetzt ist, die mit einem Abgasrohr 13 eines Motors (Verbrennungsmotors) 1 verbunden ist und in dem ein Oxidationskatalysator 3a auf der aufstromigen Seite und ein mit einem Katalysator ausgestatteter Filter 3b auf der abstromigen Seite eingesetzt ist.
  • Der Oxidationskatalysator 3a wird gebildet, indem ein poröser keramischer Träger mit einer wabenartigen Struktur dazu gebracht wird, einen Oxidationskatalysator wie z.B. Platin (Pt) zu tragen. Der mit einem Katalysator ausgestattete Filter 3b wird gebildet durch einen monolithischen Wall-Flow-Filter mit Wabenstruktur, der erhalten wird durch abwechselndes Verschließen der Einlässe und der Auslässe eines porösen keramischen Wabenkanals, oder einen filzartigen Filter, der erhalten wird durch zufälliges Aufeinanderschichten anorganischer Fasern wie Aluminiumoxid. Der Filterabschnitt trägt einen Katalysator, wie z.B. Platin oder Ceroxid.
  • Wenn ein monolithischer, wabenförmiger Wall-Flow-Filter als der mit einem Katalysator ausgestattete Filter 3b verwendet wird, wird ein Feinstaub (im folgenden bezeichnet mit PM), der in einem Abgas enthalten ist, von einer porösen keramischen Wand eingefangen. Weiterhin wird der PM, wenn ein Gewebefilter verwendet wird, von den anorganischen Fasern des Filters eingefangen.
  • Um den PM abzuschätzen, der sich in dem mit einem Katalysator ausgestatteten Filter 3b abgelagert hat, wird ein Druckdifferenzsensor 6 auf ein Leitungsrohr aufgesetzt, welches mit der aufstromigen und der abstromigen Seite des sich kontinuierlich regenerierenden DPF-Systems 3 verbunden ist. Weiterhin wird ein Temperatursensor 7 zwischen den Oxidationskatalysator 3a und den mit einem Katalysator ausgestatteten Filter 3b eingesetzt für die Steuerung der Regeneration des mit einem Katalysator ausgestatteten Filters 3b.
  • Die Ausgangswerte dieser Sensoren werden in eine Steuereinrichtung (ECU: engine control unit – Motorsteuereinheit) 5 eingegeben, die nicht nur die allgemeine Steuerung des Betriebs des Motors 1, sondern auch eine Steuerung der Regeneration des mit einem Katalysator ausgestatteten Filters 3b durchführt. Steuersignale, die von der Steuereinrichtung 5 ausgegeben werden, steuern ein Kraftstoffeinspritzsystem 4 des Motors 1, ein Einlassventil 8 für das Einstellen der Luftmenge, die an ein Einlassrohr 12 zu liefern ist, und ein AGR-Ventil 9 für das Einstellen einer AGR-Menge.
  • Das Kraftstoffeinspritzsystem 4 ist für die vorübergehende Speicherung eines unter Hochdruck stehenden Kraftstoffs, der durch eine Kraftstoffpumpe 42 unter Druck gesetzt wird, mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung bzw. Common Rail 41 verbunden. Die Steuereinrichtung 5 empfängt auch die Informationen betreffend Ein/Aus eines PTO-Schalters, Ein/Aus eines neutralen Schalters, Fahrzeuggeschwindigkeit, Kühlwassertemperatur Tw, Motorgeschwindigkeit Ne und den Öffnungsgrad des Gaspedals Q.
  • Weiterhin sind im Falle der vorliegenden Erfindung, wie in 3 gezeigt, eine Einrichtung 51C zur Beurteilung der angesammelten HC-Menge (Einrichtung zur Beurteilung der angesammelten Kohlenwasserstoffmenge) und eine Einrichtung 51D zur Steuerung der HC-Entfernung (Einrichtung zur Steuerung der Kohlenwasserstoffentfernung) auf die DPF-Steuervorrichtung 51 der Steuereinrichtung 5 aufgesetzt, zusätzlich zu Einrichtungen 51A für das Abschätzen der gesammelten PM-Menge und Einrichtungen 51B für die Steuerung der Regeneration.
  • Die Einrichtung 51A für das Abschätzen der gesammelten PM-Menge dient als Mittel zum Abschätzen der PM-Menge, die in dem mit einem Katalysator ausgestatteten Filter 3b des sich kontinuierlich regenerierenden DPF-Systems 3 gesammelt wurde. Die gesammelte PM-Menge wird abgeschätzt unter Verwendung der Druckdifferenz ΔP zwischen der aufstromigen und der abstromigen Seite des mit einem Katalysator ausgestatteten Filters 3b und durch Zuordnen der Druckdifferenz ΔP zu der gesammelten PM-Menge.
  • Weiterhin wird die Einrichtung 51B für die Steuerung der Regeneration betrieben, wenn die Druckdifferenz ΔP gleich einem vorbestimmten Regenerationsbeurteilungswert ΔPa oder größer ist. Obwohl diese Einrichtung sich bezüglich der Art der Steuerung von den Typen des sich kontinuierlich regenerierenden DPF-Systems 3 leicht unterscheidet, erhöht sie die Abgastemperatur durch Verzögern (Hinauszögern) des Zeitpunkts der Kraftstoff-Haupteinspritzung des Motors 1, durch Durchführen einer Nacheinspritzung oder durch eine Einlassdrosselung. Dadurch wird eine Temperatur oder eine Umgebung erzielt, die für eine Oxidation und eine Entfernung von PM geeignet ist, um den in dem sich kontinuierlich regenerierenden DPF-System 3 gesammelten PM zu oxidieren und zu entfernen.
  • Dann dient die Einrichtung 51C zur Beurteilung der angesammelten HC-Menge als ein Mittel für das Abschätzen der Menge von unverbranntem HC, der sich in dem Träger des Oxidationskatalysators 3a angesammelt hat, und um zu beurteilen, ob die abgeschätzte, angesammelte Menge Vhc von unverbranntem HC einen vorbestimmten Beurteilungswert Vhc0 überschreitet. Diese Einrichtung beurteilt, ob der akkumulierte Wert von Perioden, während derer ein Verbrennungsmotor in einem Zustand mit niedriger Abgastemperatur gehalten wird, ein vorbestimmter Beurteilungswert (Ansammlungszeit) tm1 oder mehr wird, statt zu beurteilen, ob die abgeschätzte, angesammelte Menge Vhc von unverbranntem HC den vorbestimmten Beurteilungswert Vhc0 überschreitet.
  • Genauer gesagt ist es bevorzugt, die Ansammlungszeit von Zuständen zu messen, während derer die Temperatur des Oxidationskatalysators 3a auf einer Aktivierungstemperatur oder darunter gehalten wird. Doch es ist schwierig, die Temperatur des Oxidationskatalysators 3a direkt zu messen. Daher wird in diesem Fall die Temperatur des Abgases, das durch den Oxidationskatalysator 3a hindurchtritt, durch den Temperatursensor 7 gemessen. Dann wird die Ansammlungszeit tm des Zustands mit niedriger Abgastemperatur, während dessen die Abgastemperatur T an dem Filtereingang geringer ist als eine vorbestimmte Temperatur Tc, mittels eines Timers gemessen. Wenn die gemessene Zeit tm eine vorbestimmte Ansammlungszeit tm1 überschreitet, wird beurteilt, dass die abgeschätzte, angesammelte Menge Vhc von unverbranntem HC den vorbestimmten Beurteilungswert Vhc0 überschreitet. Die vorbestimmte Temperatur (z.B. 250°C) Tc ist eine Temperatur in Bezug auf eine Abgastemperatur Ts an einem Filtereingang, bei der die Temperatur des Oxidationskatalysators 3a zu einer Aktivierungstemperatur wird, was entschieden wird durch Berücksichtigen eines Verhältnisses zwischen der Temperatur des Oxidationskatalysators 3a und der Abgastemperatur an dem Filtereingang oder einer Reaktionsgeschwindigkeit für eine Steuerung.
  • Weiterhin erhöht die Einrichtung 51D zur Steuerung der HC-Entfernung die Temperatur des Abgases, wenn die Einrichtung 51C zur Beurteilung der angesammelten HC-Menge beurteilt, dass die abgeschätzte Ansammlungsmenge von unverbranntem HC den vorbestimmten Beurteilungswert Vhc0 überschreitet, setzt einen Zustand, in dem die Abgastemperatur T am Filtereingang höher ist als die vorbestimmte Temperatur Tc für einen vorbestimmten Beurteilungswert (Entfernungszeit) tm2 oder länger fort, und der Oxidationskatalysator 3a wird aktiviert und der angesammelte, unverbrannte HC wird oxidiert und entfernt.
  • Gemäß dem Abgasreinigungssystem 10 mit der obigen Konfiguration führt das sich kontinuierlich regenerierende DPF-System 3 gemäß dem in 4 gezeigten Flussdiagramm eine Steuerung von unverbranntem HC im Hinblick auf eine Ansammlung, eine Oxidation und eine Entfernung von unverbranntem HC in dem Oxidationskatalysator 3a durch.
  • Die Steuerung von unverbranntem HC, wie in 4 gezeigt, wird gleichzeitig mit der normalen Steuerung der Filterregeneration für das Regenerieren eines Filters durchgeführt, wenn die Einrichtung 51A für das Abschätzen der gesammelten PM-Menge oder die Einrichtung 51B für die Steuerung der Regeneration beurteilt, dass eine abgeschätzte Menge von gesammeltem PM einen vorbestimmten Wert überschreitet. In diesem Fall beurteilt zunächst die Einrichtung 51C für die Beurteilung der angesammelten HC-Menge eine angesammelte HC-Menge und dann entfernt die Einrichtung 51D für die Steuerung der HC-Entfernung den HC.
  • Wenn die Steuerung von unverbranntem HC startet, beginnt die Beurteilung einer angesammelten HC-Menge und in Schritt S11 wird beurteilt, ob die Abgastemperatur T am Filtereingang niedriger ist als die vorbestimmte Temperatur Tc. Wenn sich aus der obigen Beurteilung ergibt, dass die Temperatur T niedriger ist als die Temperatur Tc, wird in Schritt S12 ein Timerbetrieb gestartet, die Messung der Ansammlungszeit tm beginnt und Schritt S14 wird gestartet. Wenn sich aus der obigen Beurteilung ergibt, dass die Temperatur T höher ist als die Temperatur Tc, wird der Timerbetrieb in Schritt S13 gestoppt, um Schritt S11 erneut zu starten.
  • In Schritt S14 wird beurteilt, ob die Ansammlungszeit tm die vorbestimmte Ansammlungszeit tm1 überschreitet, wenn die Abgastemperatur T am Filtereingang niedriger ist als die vorbestimmte Temperatur Tc. Wenn sich aus der obigen Beurteilung ergibt, dass die Ansammlungszeit tm die Zeit tm1 nicht überschreitet, wird Schritt S11 erneut gestartet, um die Ansammlungszeit tm zu messen, während der die Abgastemperatur T am Filtereingang niedriger ist als die vorbestimmte Temperatur Tc. Darüber hinaus wird, wenn die Zeit tm die Zeit tm1 überschreitet, beurteilt, dass die abgeschätzte Ansammlungsmenge Vhc von unverbranntem HC den vorbestimmten Beurteilungswert Vhc0 überschreitet, der Timer wird in Schritt S15 zurückgesetzt, und die HC-Entfernung beginnt.
  • Im Falle der HC-Entfernung wird in Schritt S21 ein Vorgang zur Steuerung der Abgastemperaturerhöhung durchgeführt. Der Vorgang zur Steuerung der Abgastemperaturerhöhung ist ein Vorgang für das Erhöhen einer Abgastemperatur durch Ausführen eines Leerlaufbetriebs oder eines Betriebsmodus einer mehrstufigen Kraftstoffeinspritzung.
  • Während eines Leerlaufbetriebs wird dann eine Zielgeschwindigkeit des Motors im Leerlauf erhöht, um den Leerlaufbetrieb auszuführen; gleichzeitig wird die mehrstufige Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Beim Betrieb mit geringer Motorlast und geringer Geschwindigkeit wird, anders als in dem obigen Fall, der Vorgang der mehrstufigen Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, um die Abgastemperatur zu erhöhen.
  • Der Betriebsmodus der mehrstufigen Kraftstoffeinspritzung ist ein Betrieb der Kraftstoffeinspritzungssteuerung, der in der Lage ist, eine Abgastemperatur selbst unter Motorbetriebsbedingungen, bei denen die Abgastemperatur niedrig ist, wie beispielsweise bei Leerlaufbetrieb oder Betrieb mit sehr geringer Motorlast, beträchtlich zu erhöhen. Wie beispielsweise in 5 gezeigt ist, wird, wenn die Kraftstoffeinspritzperiode der Kraftstoff-Haupteinspritzung verzögert wird, eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung in dem Zeitraum vor der Kraftstoff-Haupteinspritzung zweimal oder öfter durchgeführt, um eine Verbrennungsflamme über den Zeitraum der Kraftstoff-Haupteinspritzung hinweg aufrechtzuerhalten. Die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung wird in mehreren Stufen durchgeführt (z.B. in drei Stufen).
  • Ein Vorgang zur Steuerung der Abgastemperaturerhöhung ist nicht auf den Betriebsmodus der mehrstufigen Kraftstoffeinspritzung beschränkt, sondern kann vielmehr auch ein anderes Kraftstoffeinspritzverfahren oder ein anderes Verfahren als das der Kraftstoffeinspritzung verwenden. Darüber hinaus ist es möglich, eine Steuerung zu verwenden, die die gleiche ist wie die Steuerung zur Erhöhung der Abgastemperatur im Regenerationssteuerungsbetrieb.
  • Im nächsten Schritt S22 wird dann beurteilt, ob die Abgastemperatur T am Filtereingang niedriger ist als die vorbestimmte Temperatur Tc. Wenn die Temperatur T niedriger ist als die Temperatur Tc, wird Schritt S21 erneut gestartet, um den Vorgang der Steuerung der Abgastemperatur in Schritt S21 zu wiederholen, bis die Temperatur T höher ist als die Temperatur Tc. Wenn die Temperatur T höher wird als die Temperatur Tc, wird in Schritt S23 ein Timerbetrieb gestartet, die Messung der kontinuierlichen Zeit tm beginnt; dann wird in Schritt S24 ein Vorgang zur Steuerung der Abgastemperaturerhöhung durchgeführt und Schritt S25 wird gestartet.
  • In Schritt S25 wird beurteilt, ob eine kontinuierliche Zeit tm', während der die Abgastemperatur T am Filtereingang höher ist als die vorbestimmte Temperatur Tc, eine vorbestimmte Entfernungszeit tm2 überschreitet. Wenn sich aus der obigen Beurteilung ergibt, dass die Zeit tm' die Zeit tm2 nicht überschreitet, wird Schritt S24 erneut gestartet. Wenn sich aus der obigen Beurteilung ergibt, dass die Zeit tm' die Zeit tm2 überschreitet, wird beurteilt, dass die Entfernung von unverbranntem HC abgeschlossen ist, um den Vorgang zur Steuerung der Erhöhung der Abgastemperatur in Schritt S26 abzuschließen, und der Timer wird in Schritt S27 für die Rückkehr zurückgesetzt.
  • Nach der Rückkehr wird die Steuerung der Entfernung von unverbranntem HC erneut aufgerufen und es wird begonnen, die Schritte S11 bis S27 zu wiederholen. Die Wiederholung wird durchgeführt, während ein Verbrennungsmotor betrieben wird, um die Ansammlung von unverbranntem HC in dem Oxidationskatalysator 3a zu überwachen und den unverbrannten HC zu entfernen.
  • Wie in 6 gezeigt, ist es gemäß dem obigen Abgasreinigungsverfahren und dem Abgasreinigungssystem möglich, den Vorgang der Steuerung der Abgastemperaturerhöhung durchzuführen, bis der Vorgang die vorbestimmte Entfernungszeit tm2 überschreitet, wann immer der Zustand mit niedriger Abgastemperatur, während dessen die Abgastemperatur T am Filtereingang niedriger ist als die vorbestimmte Temperatur Tc, die vorbestimmte Ansammlungszeit tm1 überschreitet. Dadurch ist es möglich, regelmäßig den unverbrannten HC, der sich im Zustand mit niedriger Abgastemperatur in dem Oxidationskatalysator 3a angesammelt hat, zu entfernen. In 6 wird die Steuerung von unverbranntem HC unterbrochen, wenn der Hochlastbetrieb bei ts3 gestartet wird.
  • Daher ist es möglich, zu verhindern, dass sich weißer Rauch bildet, nachdem ein Zustand mit niedriger Abgastemperatur im Leerlaufbetrieb oder dergleichen lange Zeit angedauert hat.

Claims (8)

  1. Abgasreinigungsverfahren für das Reinigen von Abgas eines Verbrennungsmotors (1) durch ein Abgasreinigungssystem (10) mit einem Oxidationskatalysator (3a), das die Schritte aufweist: Abschätzen einer Menge von unverbranntem Kohlenwasserstoff, die sich in einem Oxidationskatalysatorträger angesammelt hat, Erhöhen einer Abgastemperatur durch eine Kohlenwasserstoffentfernungssteuerung, um den Oxidationskatalysator (3a) zu aktivieren, und Oxidieren und Entfernen des angesammelten, unverbrannten Kohlenwasserstoffs, wenn die abgeschätzte Ansammlungsmenge des unverbrannten Kohlenwasserstoffs einen vorbestimmten Beurteilungswert übersteigt.
  2. Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Beurteilung durchgeführt wird, ob ein akkumulierter Wert von Perioden, in denen der Verbrennungsmotor (1) in einem niedrigen Abgastemperaturzustand gehalten wird, ein vorbestimmter Beurteilungswert oder mehr wird anstelle der Beurteilung, ob die abgeschätzte angesammelte Menge des unverbrannten Kohlenwasserstoffs einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet.
  3. Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kohlenwasserstoffentfernungssteuerung eine Abgastemperatur erhöht durch Durchführen einer mehrstufigen Kraftstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor.
  4. Abgasreinigungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Abgasreinigungssystem (10) mit einem sich kontinuierlich regenerierenden Dieselpartikelfiltersystem (3) verwendet wird.
  5. Abgasreinigungssystem mit einem Oxidationskatalysator (3a), um das Abgas eines Verbrennungsmotors (1) zu reinigen, das eine Kohlenwasserstoffansammlungsmengen-Beurteilungseinrichtung (51c) aufweist für das Abschätzen der Menge von unverbranntem Kohlenwasserstoff, der sich in einem Oxidationskatalysatorträger angesammelt hat, und für das Beurteilen, ob die abgeschätzte Ansammlungsmenge von unverbranntem Kohlenwasserstoff einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, und eine Kohlenwasserstoffentfernungssteuereinrichtung (51d) für das Aktivieren des Oxidationskatalysators (3a) durch Erhöhen einer Abgastemperatur, wenn die Kohlenwasserstoffansammlungsmengen-Beurteilungseinrichtung (51c) beurteilt, dass die abgeschätzte Ansammlungsgröße den vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet, und Oxidieren des angesammelten unverbrannten Kohlenwasserstoffs, um ihn zu entfernen.
  6. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5, bei dem die Kohlenwasserstoffansammlungsmengen-Beurteilungseinrichtung (51c) beurteilt, ob ein akkumulierter Wert von Perioden, in denen der Verbrennungsmotor (1) in einem niedrigen Abgastemperaturzustand gehalten wird, ein vorbestimmter Beurteilungswert oder mehr wird anstelle des Beurteilens, ob die abgeschätzte Ansammlungsmenge von unverbranntem Kohlenwasserstoff einen vorbestimmten Beurteilungswert überschreitet.
  7. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die Kohlenwasserstoffentfernungssteuereinrichtung (51d) die Steuerung durchführt für das Erhöhen der Abgastemperatur durch das Durchführen einer mehrstufigen Treibstoffeinspritzung in den Verbrennungsmotor (1).
  8. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem das Abgasreinigungssystem (10) ein sich kontinuierlich regenerierendes Dieselpartikelfiltersystem hat.
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