DE60303250T2 - Eine Vorrichtung zur Abgasreinigung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, und insbesondere betrifft sie ein Steuer-/Regelschema zum Verbrennen und Entfernen von abgelagerten Feststoffen/Aerosolen (SPM, hierin im Folgenden als "Partikel" bezeichnet), die von einem Verbrennungsmotor erzeugt werden und durch einen Partikelfilter eingefangen werden, der zum Einfangen und Entfernen der Partikel betreibbar ist.
  • Von einem Verbrennungsmotor ausgestoßene Partikel umfassen solche Aerosole wie Rußpartikel, verschiedene Kohlenwasserstoffpartikel und andere nicht lösliche organische Stoffe (Ruß), auf denen nicht verbrannter Kraftstoff, nicht verbrannte Ölbestandteile und andere lösliche organische Stoffe (SOF) und/oder Schwefeloxidstoffe abgelagert sind, wobei die Schwefeloxidstoffe erzeugt werden. Herkömmlich ist ein Dieselpartikelfilter (DPF) zum Einfangen dieser im Abgas enthaltenen Partikel entwickelt worden. Durch Verwendung eines solchen Partikelfilters ist es möglich, mehr als 95% der im Abgas enthaltenen Partikel einzufangen.
  • Ein Partikelfilter umfasst poröse Bienenwabenkerne aus einer Keramik oder dergleichen, um die Partikel einzufangen, wenn Abgase durch die Wand aus porösem Material treten. Demzufolge steigt der Abgasdruck an, wenn die Partikel abgelagert werden. Der Anstieg im Abgasdruck kann einen Rückstaudruck zum Verbrennungsmotor verursachen, welcher ferner zu einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und/oder einem schlechten Betriebszustand des Verbrennungsmotors führen kann. Daher ist es erforderlich, die durch den Partikelfilter abgefangenen Partikel zu entfernen, um den Filter jedes Mal zu regenerieren oder zu reinigen, wenn die Fahrstrecke des Fahrzeugs einige hundert oder einige tausend Kilometer erreicht.
  • Als ein Beispiel für ein System zum Regenerieren oder Reinigen eines Partikelfilters des Fahrzeugs offenbart die japanische ungeprüfte Patent-Anmeldungspublikation (Kokai) Nr. HEISEI 8-338229 eine Abgasreinigungseinrichtung, umfassend eine elektrische Heizeinrichtung, einen Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter, die innerhalb eines Abgasdurchgangs in dieser Reihenfolge von der Stromaufwärtsseite angeordnet sind, wobei während einer Filterreinigung eine Ansaugluftmenge reduziert wird und Dieselkraftstoff einem Abgasrohr zugeführt wird, während die elektrische Heizeinrichtung geheizt wird.
  • Wenn jedoch der Kraftstoff dem Abgasrohr zugeführt wird, erzeugt die Reduzierung der Ansaugluftmenge, um die Abgastemperatur zu erhöhen, ein Problem, dass aufgrund einer Verschlechterung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors sich die Emissionen verschlechtern.
  • Außerdem werden wie bei Dieselmotoren Magerverbrennungsbetriebszustände mit Luftüberschuss herkömmlicherweise in beinahe allen Betriebsbereichen ausgeführt. Es sind keine Sensoren entwickelt worden, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im mageren Bereich mit höherer Genauigkeit erfassen können. Daher existieren auch keine Systeme zum Durchführen einer Rückkopplungs-Steuerung/Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases. Aus diesem Grund existieren solche Probleme, dass die Emissionen sich aufgrund Instabilität des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases verschlechtern und dass aufgrund der Instabilität der Abgastemperatur, wenn der Partikelfilter durch Nacheinspritzung gereinigt wird, der Regenerationsprozess für den Partikelfilter nicht stabilisiert werden kann.
  • Die EP 0 743 429 A2 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche wenigstens eines der oben beschriebenen Probleme lösen kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 bereit, umfassend einen Partikelfilter, der in einem Abgassystem des Motors zum Einfangen von in dem Abgas enthaltenden Partikeln angeordnet ist, und Mittel zum Bestimmen einer Regenerationszeitsteuerung, um die durch den Partikelfilter eingefangenen Partikel zu entfernen. Die Einrichtung umfasst auch Mittel zum Reduzieren einer Ansaugluftmenge, die in Antwort auf die Bestimmung der Regenerations-Zeitsteuerung in den Verbrennungsmotor eingesaugt werden soll, und Mittel zum Aufrechterhalten der Verbrennung des Verbrennungsmotors in einem gewünschten Zustand in Antwort auf die Verringerung der Ansaugluftmenge. Die Vorrichtung umfasst ferner Mittel zum Heizen des Partikelfilters, um den Partikelfilter zu regenerieren.
  • Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird dann, wenn die abgeschätzte Menge der durch den Partikelfilter eingefangenen Partikel einen vorbestimmten Wert überschreitet, ein Partikelfilterregenerationsprozess ausgeführt, in dem die Abgastemperatur erhöht wird, um die Partikel zu verbrennen und zu entfernen. Während dieses Regenerationsprozesses wird die Verbrennung im Verbrennungsmotor in einem gewünschten Zustand gehalten, während die Ansaugluftmenge verringert wird, so dass die Verschlechterung der Emissionen während des Filterreinigungsprozesses vermieden werden kann, während die Abgastemperatur erhöht ist.
  • Die Abgasreinigungseinrichtung für ein Verbrennungsmotor umfasst einen in einem Abgassystem des Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter, um in dem Abgas enthaltene Partikel einzufangen, Mittel zum Bestimmen einer Regenerationszeitsteuerung, um die durch den Partikelfilter eingefangenen Partikel zu entfernen. Die Vorrichtung umfasst darüber hinaus Mittel zum Heizen des Partikelfilters und Mittel zum Zuführen eines nicht verbrannten Kraftstoffs in das Abgas, wenn eine vorbestimmte Zeit vergeht, nachdem die Heizmittel begonnen haben zu arbeiten.
  • Gemäß diesem Aspekt der Erfindung wird die Kraftstoffeinspritzung in dem Abgashub des Verbrennungsmotors (Nacheinspritzung) nicht gestartet, bevor eine bestimmte Wartezeit vergeht, nachdem ein eine Partikelfilterregeneration anweisendes Signal ausgegeben wurde und das Heizmittel, etwa eine elektrische Heizeinrichtung, eingeschaltet ist. In dieser Wartezeit kann die Heizeinrichtung auf eine ausreichende Temperatur (beispielsweise 500°C) aufgeheizt werden, um den Partikelfilter zu reinigen. Diese Operation ermöglicht es, zu verhindern, dass der nacheingespritzte Kraftstoff in einem flüssigen Zustand (aufgrund unvollständiger Verbrennung) an dem Partikelfilter anhaftet oder in die Atmosphäre freigegeben wird. die Wartezeit (5 Sekunden im Fall dieses Aspekts der Erfindung) wird nach Maßgabe der Heizkapazität des Partikelfilters und/oder der Leistung des Heizmittels bestimmt.
  • Bei der oben beschriebenen Struktur enthält das „Mittel zum Verringern der Ansaugluftmenge" insbesondere beispielsweise ein in einem Luftansaugsystem des Verbrennungsmotors angeordnetes Drosselventil oder einen in einem Abgassystem des Verbrennungsmotors angeordneten Turbolader. Wie im ersten Fall wird die Luftansaugmenge, die in den Verbrennungsmotor eingesaugt wird, durch Schließen des Drosselventils verringert. Im letzteren Fall wird die dem Luftansaugsystem des Verbrennungsmotors zugeführte thermische Energie verringert durch Verringern des Ladedrucks durch den Turbolader, so dass die Ansaugluftmenge verringert wird.
  • Außerdem enthält das oben beschriebene „Mittel zum Aufrechterhalten der Verbrennung" insbesondere beispielsweise ein Drall-Steuer-/Regelventil, oder ein AGR-(Abgasrückführungs)-Ventil. Im ersteren Fall wird die Drallstärke innerhalb der Bremskammer des Verbrennungsmotors durch Schließen des Drall-Steuer-/Regelventils erhöht, so dass die Verbrennung im Verbrennungsmotor verbessert werden kann. Im letzteren Fall wird die Verschlechterung der Emission während des Abgashubs des Verbrennungsmotors durch Schließen des AGR-Ventils verhindert. Bezüglich des AGR- Ventils kann in einigen Situationen die Emission verbessert werden, indem das AGR-Ventil geöffnet wird. Daher wird das Öffnen oder Schließen des AGR-Ventils nach Maßgabe der Charakteristik des Verbrennungsmotors bestimmt.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Abgasreinigungseinrichtung einen in einem Abgassystem des Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter zum Einfangen von in dem Abgas enthaltenden Partikeln, Mittel zum Bestimmen einer Regenerations-Zeitsteuerung, um die durch den Partikelfilter eingefangenen Partikel zu entfernen, und Mittel zum Verringern einer Ansaugluftmenge, die in den Verbrennungsmotor eingesaugt werden soll, in Antwort auf die Bestimmung der Regenerationszeitsteuerung. Die Vorrichtung enthält auch Mittel zum Heizen des Partikelfilters, um den Partikelfilter zu regenerieren, sowie Mittel zum Durchführen einer Rückkopplungssteuerung/Regelung, um ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgassystem des Verbrennungsmotors einem vorbestimmten gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzunähern, wenn die Ansaugluftmenge durch das Mittel zum Verringern der Ansaugluftmenge verringert wird.
  • Gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann während des Regenerationsprozesses für den Partikelfilter die Emission stabilisiert werden und die Abgastemperatur kann ebenfalls stabilisiert werden, wobei die Rückkopplungs-Steuerung/Regelung auf Grundlage des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgassystems ausgeführt wird, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf einem konstanten Niveau zu halten. Da ferner die in der Abgasreinigungsvorrichtung erzeugte Wärme stabilisiert wird, wird die Temperatur des Partikelfilters stabilisiert. Im Ergebnis findet kein abnormaler Anstieg der Temperatur statt und die Verbrennung hört nie auf.
  • Bei der oben beschriebenen Rückkopplungs-Steuerung/Regelung kann es zwei Variationen geben. Die erste Variation hält das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf einem konstanten Niveau während des Regenerations prozesses für den Partikelfilter durch Korrigieren der Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases. Insbesondere wird ein Regelkreis verwendet, wie er in 6 gezeigt ist.
  • Auch wenn die erste Variation es erlaubt, die Aufgabe zu lösen, dass das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis konstant gehalten wird, ist es bevorzugt, einen herkömmlichen Ansatz zum Durchführen einer Luft/Kraftstoff-Rückopplungs-Steuerung/Regelung zu erweitern, anstatt ein neues Mittel zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzmenge bereitzustellen, weil eine herkömmliche Steuerung/Regelung eines Dieselmotors eine Steuerung/Regelung mit offenem Regelkreis verwendet, durch die der Kraftstoff nach Maßgabe der Gasbetätigungseinrichtungsöffnung zugeführt wird, ohne Berücksichtigung der Ansaugluftmenge. Daher steuert/regelt die zweite Variation der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplugs-Steuerung/Regelung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases derart, dass es während des Partikelfilter-Regenerationsprozesses konstant bleibt, durch Korrigieren der Ansaugluftmenge, die in den Motor eingesaugt werden soll, auf Grundlage des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases. Insbesondere wird ein Regelkreis verwendet, wie er in 8 gezeigt ist. Es versteht sich, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuerung/Regelung nicht auf diese Varianten beschränkt ist.
  • Man beachte, dass die oben beschriebenen Mittel zum Verringern einer Ansaugluftmenge, Mittel zum Aufrechterhalten einer Verbrennung, Heizmittel, Mittel zum Steuern/Regeln einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplung und Mittel zum Zuführen von unverbranntem Kraftstoff in jeder beliebigen Kombination verwendet werden können. Beispielsweise kann die Nacheinspritzung durch das Mittel zum Zuführen unverbrannten Kraftstoffs durchgeführt werden, während die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuerung/Regelung durchgeführt wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Gesamtsystemstruktur eines Verbrennungsmotors, in dem eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
  • 2 zeigt schematisch ein Stromversorgungssystem für den in 1 gezeigten Verbrennungsmotor.
  • 3 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm für verschiedene Ventile, einen Generator und Schalter während der Filterregeneration.
  • 4 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses für eine Filterregeneration bei der Ansaugluftmenge/Verbrennungs-Steuerung/Regelung.
  • 5 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses für eine Filterregeneration bei der A/F-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuerung/Regelung.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform eines A/F-Verhältnis-Rückkopplungs-Regelkreises zeigt.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses für die A/F-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuerung/Regelung entsprechend der in 6 gezeigten Ausführungsform.
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das eine andere Ausführungsform eines A/F-Verhältnis-Rückkopplungs-Regelkreises zeigt.
  • 9 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses für die A/F-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuerung/Regelung entsprechend der in 8 gezeigten Ausführungsform.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt eine Gesamtsystemstruktur eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 wird die Luft einer Brennkammer jedes Zylinders eines Verbrennungsmotors (hierin im Folgenden als „Motor" bezeichnet) 1 durch ein Ansaugrohr 2 zugeführt. Jeder Zylinder des Motors 1 ist mit einem Lufteinlassventil und einem Auslassventil (beide nicht gezeigt) versehen, um eine Luftansaug/Abgas-Steuerung/Regelung durchzuführen. Weiterhin ist die Brennkammer jedes Zylinders des Motors 1 mit einem Kraftstoffeinspritzventil 5 versehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 5 ist mit einer Kraftstoffzufuhrpumpe (nicht gezeigt) verbunden, um eine bestimmte Menge eines Kraftstoffs in die Brennkammer mit einer geeigneten Zeitsteuerung unter der Steuerung/Regelung einer elektronischen Steuer/Regeleinheit (hierin im Folgenden als „ECU" bezeichnet) 20 einzuspritzen. Die eingespritzte Kraftstoffmenge wird nach Maßgabe eines angeforderten Moments bestimmt, welches durch Ableiten aus einem aufgrund solcher Betriebsbedingungen wie einer Motordrehzahl und/oder Gasbetätigungseinrichtungsöffnung vorbestimmten Kennfeld erhalten wird. Wenn der Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 5 eingespritzt wird, verbrennt das Luft/Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer und das Abgas wird in ein Abgasrohr 6 ausgestoßen.
  • Obwohl der Motor 1 vorzugsweise ein Dieselmotor ist, ist eine Anwendung der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf den Dieselmotor beschränkt, sondern kann auch mit einem beliebigen Ottomotor angewendet werden, der das Schema verwendet, dass der Kraftstoff direkt in eine Brennkammer eingespritzt wird. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung bei einem solchen Bootsantriebsmotor, etwa einem Außenbordmotor mit einer vertikal verlaufenden Kurbelwelle, verwendet werden.
  • Das Luftansaugrohr 2 umfasst ein Drosselventil 3 zum Einstellen einer Strömungsmenge von Luft, die in das Ansaugrohr einströmt. Das Luftansaugrohr 2 umfasst zusätzlich ein Drall-Steuer-/Regelventil (SCV) 4 zum Erzeugen eines Dralls in jedem Zylinder des Motors 1, um die Verbrennungseffizienz zu erhöhen.
  • Jedes der Drosselventile 3 und das Drall-Steuer-/Regelvenil 4 ist mit einem Aktuator (nicht gezeigt) versehen, um das Drosselventil oder das Drall-Steuer-/Regelventil 4 jeweils zu öffnen/schließen. Diese Aktuatoren werden durch Signale von der ECU 20 gesteuert/geregelt.
  • Ein Turbolader 7 ist in der Mitte des Abgasrohrs 6 angeordnet. Der Turbolader 7 umfasst eine innerhalb des Abgasrohrs 6 angeordnete Turbine, einen innerhalb des Abgasrohrs 6 angeordneten Kompressor (nicht gezeigt), eine Welle zum Verbinden der Turbine mit dem Kompressor und andere Elemente. Wenn das von der Brennkammer jedes Zylinders des Motors 1 ausgestoßene Abgas die Turbine des Turboladers 7 dreht, beginnt der Kompressor, sich über die Welle zu drehen, so dass die Luft innerhalb des Ansaugrohrs 2 komprimiert wird und jeder Brennkammer zugeführt wird. Der Turbolader 7 enthält einen Aktuator zum Steuern/Regeln der Luftansaugmenge durch Verändern der Größe der Öffnungsfläche des Abschnitts, in den das Abgas strömt. Dieser Aktuator wird durch Signale von der ECU 20 gesteuert/geregelt.
  • Der Turbolader 7 kann ein Turbolader von einem Typ mit variabler Geometrie sein. In diesem Fall kann die Ansaugluftmenge durch Verändern einer Schaufel des Turboladers 7 gesteuert/geregelt werden.
  • Ferner ist ein Abgasrückführ(AGR)-Durchgang 8 in der Mitte des Abgasrohrs 6 angeordnet, der das Abgasrohr 6 mit dem Luftansaugrohr 2 verbindet. In der Mitte des AGR-Durchgangs ist ein AGR-Ventil 9 angeordnet. Eine Menge des Abgases, die in das Ansaugrohr 2 von dem Abgasrohr 6 zurück strömt, kann durch Einstellen der Öffnung des AGR-Ventils 9 gesteuert/geregelt werden. Das Abgas, das in das Ansaugrohr 2 durch den AGR-Durchgang 8 zurückgeführt wird, mischt sich mit der Frischluft, die von der stromaufwärtigen Seite des Luftansaugrohrs 2 her strömt. Die vermischte Luft wird in die Brennkammer jedes Zylinders des Motors 1 zur Verbrennung eingebracht. Auf diese Weise kann die Dichte von in dem Abgas enthaltenen NOx verringert werden. Ein Aktuator (nicht gezeigt) ist an dem AGR-Ventil 9 zum Antrieb des AGR-Ventils angebracht. Der Aktuator wird durch ein Signal von der ECU 20 gesteuert/geregelt.
  • Das Abgas tritt durch das Abgasrohr 6 und strömt dann in eine Abgasreinigungsvorrichtung 10. Die Abgasreinigungsvorrichtung 10 umfasst eine elektrische Heizeinrichtung EHC 11, einen Mager-NOx-Katalysator (LNC) 12 und einen Partikelfilter (PF) 13, die in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite aus angeordnet sind. Als Alternative zu der elektrischen Heizeinrichtung kann ein Katalysator mit „energizing-fever"-Eigenschaften verwendet werden. Weiterhin kann ein Oxidationskatalysator (DOC) zwischen der elektrischen Heizeinrichtung 11 und dem Mager-NOx-Katalysator 12 angeordnet sein, um ein Oxidation (Verbrennung) des Kraftstoffs zu fördern.
  • Der Partikelfilter 13 umfasst eine Mehrzahl von Durchgängen, die in einer Bienenwabenstruktur aus Keramik, einem porösen Metallmaterial oder dergleichen, ausgebildet sind. Die Durchgänge enthalten zwei Arten von Durchgängen, die alternierend zueinander angeordnet sind. Der erste Durchgangstyp besitzt einen Stopper auf der stromaufwärtigen Seite und der zweite Durchgangstyp besitzt einen Stopper auf der stromabwärtigen Seite. Eine dünne Wandschicht aus Keramik oder porösen Metallen, die zwischen jedem Paar dieser Durchgänge angeordnet ist, wirkt als ein Filter. Wenn daher das die Partikel enthaltende Abgas in einen der Durchgänge strömt (der Ausgang des Durchgangs wird durch den Stopper blockiert) und durch sehr kleine Löcher der Filterwand in den benachbarten Durchgang tritt, werden die Partikel durch die dünne Wand eingefangen.
  • Der Mager-NOx-Katalysator 12 ist ein Katalysator vom NOx-Adsorptionstyp. Er adsorbiert NOx mit einem NOx-Adsorbent in einem mageren Zustand, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases kleiner ist als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis. In einem fetten Zustand, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, werden die adsorbierten NOx durch HC, CO reduziert und als ein stickstoffhaltiges Gas ausgestoßen, und gleichzeitig werden die HC, CO oxidiert und als Dampf und Kohlendioxid ausgestoßen.
  • Bei dem Dieselmotor wird während eines gewöhnlichen Betriebs ein Magerbetrieb durchgeführt, so dass der Mager-NOx-Katalysator 12 in dem Abgas enthaltende NOx adsorbiert. Die Fähigkeit des NOx-Katalysators wird durch zeitweiliges Einspritzen und Zuführen des Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor während eines Abgashubs des Motors 1 (Nacheinspritzung) wiedergewonnen, ohne das Abgas fetter zu machen. Man beachte, dass dieser Nacheinspritzvorgang auch durchgeführt wird, um die Abgastemperatur zur Reinigung des Partikelfilters zu erhöhen. Dieser Gegenstand wird später beschrieben.
  • Auf der Stromaufwärtsseite des Partikelfilters 13 sind ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor (hierin im Folgenden als „LAF-Sensor" bezeichnet) 14 zum Erzeugen von jeweiligen Ausgangspegeln proportional zu einem breiten Bereich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases und ein Drucksensor 15 zum Erfassen des Drucks innerhalb des Abgasrohrs vorgesehen. Darüber hinaus ist an der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters 13 ein Temperatursensor 16 vorgesehen, um die Temperatur innerhalb des Abgasrohrs zu erfassen. Die Ausgaben dieser Sensoren werden zu der ECU 20 übertragen.
  • Wenn die Menge von durch den Partikelfilter 13 eingefangenen Partikeln ansteigt, verringert sich die Querschnittsfläche des Abgaskanals im Partikelfilter 13 und der Abgasstrom wird behindert. Als Ergebnis steigt der Druck im Abgasrohr 6 an der stromaufwärtigen Seite des Partikelfilters 13 an, was die Leistungsfähigkeit des Motors 1 beeinflussen kann. Aus diesem Grund schätzt die ECU 20 die Menge der durch den Partikelfilter 13 eingefangenen Partikel ab und führt einen Filterregenerationsprozess durch Heizen des Partikelfilters zum Verbrennen und Entfernen der eingefangenen Partikel durch, wenn die geschätzte Menge der eingefangenen Partikel einen vorbestimmten Wert überschreitet. Durch diesem Filterregenerationsprozess wird die Sammelfähigkeit des Partikelfilters 13 aufrechterhalten.
  • Obwohl verschiedene Verfahren zum Heizen des Partikelfilters 13 existieren, wendet diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren des Heizens der elektrischen Heizeinrichtung 11 und des gleichzeitigen Zuführens des Kraftstoffs zum Inneren des Abgasrohrs durch den Nacheinspritzvorgang zum Verbrennen des Kraftstoffs durch. Demzufolge steigt die Temperatur des Partikelfilters 13 an (beispielsweise auf höher als 500°C), so dass die eingefangenen Partikel abbrennen. Ferner wird die Abgastemperatur auch durch geringfügiges Schließen des Drosselventils 3 zur Reduzierung der Luftansaugmenge erhöht. Um den Motor 1 in einem optimalen Verbrennungszustand zu halten, werden bei diesem Vorgang die Drallstärke, die Abgasströmung durch den AGR-Durchgang 8, der Turboladerdruck durch den Turbolader 7 und andere Faktoren eingestellt.
  • Die oben beschriebenen verschiedenen Prozesse werden durch die ECU 20 durchgeführt. Die ECU 20 umfasst einen Computer, welcher eine Eingangsschnittstelle zum Verarbeiten von Eingangssignalen von verschiedenen Sensoren, einen ROM zum Speichern von Programmen und Daten, ein RAM zum temporären Speichern der Programme und der Daten, die bei Ausführung des Programms erforderlich sind, und Bereitstellen eines Arbeitsraums für Berechnungen, eine CPU zum Durchführen von verschiedener Steuer-/Regel-Programme und eine Ausgangsschnittstelle zum Senden von Steuer-/Regelsignalen zu jedem Abschnitt des Fahrzeugs enthält. Die von jedem der oben beschriebenen Sensoren übertragenen Signale werden durch die Eingangsschnittstelle empfangen und nach Maßgabe der in dem ROM bespeicherten Programme verarbeitet. Eine derartige Hardware-Struktur berück sichtigend ist die ECU 10 durch funktionale Blöcke in 1 wiedergegeben.
  • Eine Partikelfilter-Regenerations-Zeitsteuerungs-Bestimmungseinheit 21 berechnet zunächst eine Menge der durch den Partikelfilter 13 eingefangenen Partikel auf Grundlage solcher Faktoren wie dem Innendruck des Abgasrohrs, welcher durch den Drucksensor 15 erfasst wird, der Abgastemperatur auf der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters, welche durch den Temperatursensor 16 erfasst wird, der Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahl. Als ein Beispiel speichert der ROM der ECU 20 die Beziehung zwischen den oben beschriebenen Betriebszuständen mit der Menge von durch den Partikelfilter eingefangenen Partikeln in einem Kennfeldformat im Voraus, so dass die Zeitsteuerungs-Bestimmungseinheit 21 die Menge von Partikeln durch Durchsuchen dieses Kennfelds berechnen kann. Alternativ kann die Menge von eingefangenen Partikeln auf Grundlage der verfügbaren Betriebszeit des Motors 1 abgeschätzt werden.
  • Wenn die abgeschätzte Menge von Partikeln einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht, bestimmt nachfolgend die Zeitsteuerungsbestimmungseinheit 21, dass eine Regenerationszeitsteuerung zum Entfernen der Partikel von dem Partikelfilter erreicht ist und startet dann einen Partikelfilter-Regenerationsprozess. Der Partikelfilter-Regenerationsprozess wird entweder beendet, wenn eine gegebene Zeit vergeht, nachdem der Partikelfilter-Regenerationsprozess gestartet wurde, oder wenn der durch den Drucksensor 15 erfasste Abgasrohr-Innendruck niedriger wird als sein gegebener Wert. Diese Bestimmungen anzeigende Signale werden zu einer A/F-Rückkopplungs-Steuer/Regeleinheit 23 für eine Filterregenerationszeit und eine Ansaugluftmengen/Verbrennungs-Steuer/Regeleinheit 24 für eine Filterregenerationszeit übertragen.
  • Die Steuer/Regeleinheit 24 (diese Einheit wird im Folgenden als eine „Ansaugluftmengen/Verbrennungs-Steuer/Regeleinheit" bezeichnet) antwortet auf die oben beschriebene Regenerationsbestimmung und führt vor dem Nacheinspritzvorgang jeweilige Prozesse der Reduzierung der Ansaugluft menge zur Erhöhung der Abgastemperatur und des Startens der Stromversorgung für die elektrische Heizeinrichtung 11 durch. Die Steuer/Regeleinheit 24 führt ferner jeweilige Prozesse des Verhinderns einer Verschlechterung der Verbrennung im Motor aufgrund des Rückgangs der Ansaugluftmenge durch. Diese Prozesse werden detaillierter unten unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
  • Wenn die Ansaugluftmenge durch die Steuer/Regeleinheit 24 reduziert ist, führt die Rückkopplungs-Steuer/Regeleinheit 23 eine Rückkopplungs-Steuerung/Regelung durch, um entweder die Nacheinspritzmenge oder die Ansaugluftmenge zu regulieren, mit dem Ziel, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Abgas auf einem konstanten Niveau zu halten. Die Aufgabe dieser Rückkopplungs-Steuerung/Regelung ist es, einige Probleme zu lösen, einschließlich Verschlechterung der Emission während des zum Regenerieren des Partikelfilters durchgeführten Nacheinspritzvorgangs. Demzufolge wird diese Rückkopplungs-Steuerung/Regelung nur durchgeführt, während der Filterregenerationsprozess ausgeführt wird. Daher ist zu beachten, dass diese Rückkopplungs-Steuerung/Regelung nicht dafür gedacht ist, die Kraftstoffeinspritzmenge zur Ausgabe eines angeforderten Moments entsprechend dem Niederdrückungsgrad eines Gaspedals zu bestimmen.
  • Die vorliegende Beschreibung beschreibt zwei Ausführungsformen, welche eine derartige Rückkopplungs-Steuerung/Regelung realisieren. Diese Ausführungsformen werden unten unter Bezugnahme auf 5 bis 9 beschrieben.
  • 2 zeigt schematisch ein Stromversorgungssystem für den in 1 gezeigten Verbrennungsmotor. Ein Regler 25 kann die Ausgangsspannung eines Generators (Alterator) 26 zwischen einer hohen Spannung (beispielsweise 30 V) und einer niedrigen Spannung (beispielsweise 14 V) nach Maßgabe eines Signals von der ECU 20 schalten. Der Generator 26 ist mit einer Niederspannungslast 27 und der elektrischen Heizeinrichtung 11 über einen dreipoligen Schalter 31 verbunden. Weiterhin ist eine Batterie 28 (beispiels weise eine 12 V-Batterie) mit der Niederspannungslast 27 verbunden, um redundante elektrische Energie zu speichern. Die Niederspannungslast 27 umfasst verschiedene Lasten innerhalb eines betreffenden Fahrzeugs, beispielsweise Lampen, eine Klimaanlage, ein Audio-System usw.
  • Der dreipolige Schalter 31 kann durch ein Signal von der ECU 20 geschaltet werden. Beim normalen Betrieb gibt der Generator 26 die Niederspannung aus und ist mit der Niederspannungslast 27 und der Batterie 28 verbunden. Wenn ein Start einer Regeneration des Partikelfilters 13 durch die Zeitsteuerungs-Bestimmungseinheit 21 bestimmt wird, wird ein Kontaktpunkt 31c mit einem Kontaktpunkt 31a in Antwort auf diese Bestimmung verbunden. Ferner wird die Ausgangsspannung des Generators 26 durch den Regler 25 auf die hohe Spannung eingestellt. Daher wird die hohe Spannung von dem Generator 26 an die elektrische Heizeinrichtung 11 angelegt und der Regenerationsprozess für den Partikelfilter 13 wird gestartet. Wenn der elektrische Strom der elektrischen Heizeinrichtung 11 zugeführt wird, wird die Stromzufuhr zur Niederspannungslast 27 durch die Batterie 28 unterstützt.
  • Wenn eine Beendigung des Regenerationspartikelfilters 13 durch die Zeitsteuerungs-Bestimmungseinheit 21 bestimmt wird, wird der Kontaktpunkt 31c mit einem Kontaktpunkt 31b in Antwort auf diese Bestimmung verbunden. Ferner wird die Ausgangsspannung des Generators 26 durch den Regler 25 auf die niedrige Spannung eingestellt. Daher ist der Generator 26 wieder mit der Niederspannungslast 27 und der Batterie 28 verbunden.
  • Ein durch die Steuer/Regeleinheit 24 zum Reinigen des Partikelfilters durchgeführter Prozess wird nun beschrieben. 3 ist ein Zeitdiagramm, um Steuer-/Regelzustände durch jede Einheit während der Filterreinigung zu zeigen. 4 ist ein Flussdiagramm dieses Prozesses. In der folgenden Beschreibung werden Ereignisse im Zeitdiagramm in 3 durch eine Zeit t1 bis t8 wiedergegeben und jeder Schritt im Flussdiagramm in 4 wird durch eine Schrittzahl mit einem Buchstaben „S" wiedergegeben.
  • Wenn bestimmt wird, dass die Menge von Partikeln den vorbestimmten Wert erreicht und der Betriebsmodus des Motors 1 sich in einem solchen Zustand befindet, dass der Filterregenerationsprozess ausgeführt werden kann (S50), wird angenommen, dass der Start der Filterregeneration zur Zeit t1 durch die Zeitsteuerungs-Bestimmungseinheit 21 bestimmt wird, wie in dem Diagramm (1) in 3 gezeigt ist. Demzufolge startet der Filterregenerations- oder Reinigungsmodus. In Antwort auf das oben beschriebenen Regenerations-Startsignal reduziert, wie durch das Diagramm (2) von 3 gezeigt ist, die Ansaugluftmengen/Verbrennungs-Steuer/Regeleinheit 24 einen Ladedruck des Turboladers (S54). Weil die Ansaugluftmenge gemäß diesem Vorgang reduziert wird, wird die Abgasströmung reduziert und die Abgastemperatur steigt an.
  • Zusätzlich und gleichzeitig schließt, wie in dem Diagramm (3) von 3 gezeigt ist, die Steuer/Regeleinheit 24 das AGR-Ventil 9, um die in das Ansaugrohr zurückgeführte Abgasmenge zu reduzieren (S54). Eine solche Abgasmenge wird hierin im Folgenden als „AGR-Menge" bezeichnet. Es ist grundsätzlich bevorzugt, die AGR-Menge zu erhöhen und die Abgasströmung zu verringern, um die Abgastemperatur zu erhöhen und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fetter zu machen. Jedoch existiert gemäß dem Experiment durch die Erfinder eine Tendenz, dass die Emission sich nach Maßgabe des Anstiegs der AGR-Menge noch mehr verschlechtert. Demzufolge wird bei dieser Ausführungsform die AGR verringert. Jedoch kann die AGR-Menge derart gesteuert/geregelt sein, dass sie ansteigt, solange sich die Emissionen nicht verschlechtern.
  • Wie in dem Diagramm (4) von 3 gezeigt ist, schließt ferner die Steuer/-Regeleinheit 24 das Drall-Steuer-/Regelventil (SCV) 4, um die Drallstärke zu erhöhen (S54). Dieser Vorgang wird durchgeführt, um die Drallstärke zu erhöhen, so dass die Verbrennung in der Brennkammer gefördert wird, wenn die Ansaugluftmenge verringert wird, was eine unzureichende Zufuhr von Sauerstoff zu einem Brennreaktionsabschnitt der Brennkammer verursacht.
  • Wie durch das Diagramm (5) von 3 gezeigt ist, schließt weiterhin die Steuer/Regeleinheit 24 das Drosselventil (DBW) 3, um die Ansaugluftmenge zu verringern (S56). Demzufolge verringert sich die Abgasströmung und die Abgastemperatur steigt an.
  • Schritte S54 bis S56 werden durchgeführt, um die Verbrennung des Motors in einem gewünschten Zustand zu halten und eine Verschlechterung der Emission während des Filterreinigungsprozesses zu vermeiden, während die Abgastemperatur durch Verringerung der Abgasströmung zum Reinigen des Partikelfilters erhöht wird.
  • Für den Dieselmotor tendiert die Abgastemperatur dazu, niedriger zu werden, weil der Magerverbrennungsbetrieb mit überschüssiger Luft in beinahe allen Betriebsbereichen durchgeführt wird. Daher ist der Anstieg der Abgastemperatur lediglich durch Verringerung der Ansaugluftmenge nicht ausreichend, um die Temperatur des Partikelfilters zu einem bestimmten Grad, der zum Verbrennen und Entfernen der Partikel erforderlich ist, zu erhöhen. Daher startet die Steuer/Regeleinheit 24 die Stromzufuhr zu der elektrischen Heizeinrichtung 11 in Antwort auf das Regenerations-Startsignal. Steuer/Regelvorgänge für diesen Zweck werden durch die Diagramme (6) und (7) in 3 gezeigt.
  • Zunächst wird die Spannung des Generators 26 zeitweilig auf 0 V verringert (S58). Dies ist erforderlich, um die Erzeugung einer Bogenentladung zwischen den Anschlüssen des Schalters zu verhindern, wenn der Schalter 31 mit einer bestimmten Spannung freigegeben wird. Dann wird der dreipolige Schalter 31 zur Seite der elektrischen Heizeinrichtung 11 geschaltet (S60). Zum Zeitpunkt t3 nach dem Schalten steigt die Spannung des Generators, der die elektrische Heizeinrichtung 11 mit elektrischer Energie versorgt, von der normalen niedrigen Spannung (beispielsweise 14 V) zur hohen Spannung (beispielsweise 30 V) an (S62). Dies wird durchgeführt, um die Spannung zur Verbesserung der Energieübertragungseffizienz zu erhöhen, um die Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung 11 schnell zu erhöhen.
  • Danach startet die Nacheinspritzung des Kraftstoffs zum Regenerieren des Partikelfilters zum Zeitpunkt t4 (S64). Man beachte, dass eine bestimmte Zeit erforderlich ist, bis die Temperatur des durch den Nacheinspritzvorgang zugeführten Kraftstoffs auf einen vorbestimmten Grad ansteigt, der zur Reaktion mit der elektrischen Heizeinrichtung 11 erforderlich ist, nachdem die Stromzufuhr der elektrischen Heizeinrichtung gestartet worden ist, weil die Wärmekapazität der elektrischen Heizeinrichtung 11 groß ist. Diesen Punkt berücksichtigend wird die Nacheinspritzung gestartet, wenn eine vorbestimmte Zeitdauer vergeht (beispielsweise 5 Sekunden), nachdem die Stromzufuhr der elektrischen Heizeinrichtung gestartet worden ist. Dieser Vorgang wird durchgeführt, um zu verhindern, dass Kraftstoff in einem flüssigen Zustand an dem Partikelfilter anhaftet oder in die Atmosphäre freigegeben wird, weil die Nacheinspritzung durchgeführt wurde, wenn die Temperatur der Heizeinrichtung immer noch nicht hoch genug ist, um eine Reaktion des Kraftstoffs zu bewirken.
  • Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Rückkopplungs-Steuerung/Regelung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis während dieses Nacheinspritzvorgangs durchgeführt. Die Rückkopplungs-Steuerung/-Regelung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann sogar bei dem Dieselmotor durchgeführt werden, bei dem grundsätzlich der Magerverbrennungsvorgang ausgeführt wird. Dies liegt daran, dass das Anfetten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch die Nacheinspritzung es ermöglicht, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Erfassungsbereichs des normalen LAF-Sensors konvergiert. Der Prozess dieser Luft/Kraftstoff-Rückopplung-Steuerung/Regelung wird detaillierter später beschrieben.
  • Zum Zeitpunkt t5, wenn die Beendigung der Regeneration durch die Zeitsteuerungs-Bestimmungseinheit 21 bestimmt wird, wird der Filter-Regenerationsprozess beendet und der Betrieb zum Normalmodus geschaltet (S66). Wie durch das Diagramm (8) in 3 gezeigt ist, wird die Rückkopplungs- Steuerung/Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses beendet und der Betrieb kehrt zur Steuerung/Regelung mit offenem Regelkreis zurück. Demzufolge geht die Spannung des Generators 26 einmal auf 0 V zurück (S70) und kehrt dann zur Normalspannung (S74) zurück, nachdem der dreipolige Schalter 31 zur Niederspannungsseite geschaltet worden ist (S72). Danach kehren der Turbolader, die AGR-Menge, die Drallstärke und die Drosselventilöffung zum jeweiligen Normalzustand zurück (S76).
  • Die oben beschriebenen verschiedenen Vorgänge während des Regenerationsprozesses für den Partikelfilter ermöglichen es, die folgenden Phänomene zu vermeiden:
    • 1) Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs,
    • 2) Motorschaden aufgrund Verdünnung des Kraftstoffs oder des Öls oder Kontamination durch das PM,
    • 3) Verschlechterung der Fahrbarkeit aufgrund eines Anstiegs der Ausgangsleistung, und
    • 4) Unfähigkeit, den Kraftstoff innerhalb einer gegebenen Zeitdauer zu verbrennen.
  • Nun wird ein Prozess beschrieben, der durch die Rückkopplungs-Steuer/Regeleinheit 23 während der Partikelfilter-Regeneration durchgeführt wird. 5 zeigt ein Flussdiagramm dieses Prozesses.
  • Wenn der Motor 1 sich in einer Steuerung/Regelung mit offenem Regelkreis (S80) befindet, eine Bedingung für die Filterregeneration erfüllt ist (S82) und ein Filterregenerationsstartsignal ausgegeben wird (S84), erfasst eine Rückkopplungs-Steuer/Regeleinheit 23 den Ausgabe des LAF-Sensors 14 und startet eine Rückkopplungs-Steuerung/Regelung für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases derart zu steuern/regeln, dass es sich einem vorbestimmten gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis annähert (S86). Das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird auf ungefähr 1 < λ < 1,3 eingestellt, wodurch die Abgastemperatur höher gehalten werden kann und die Erfassungsgenauigkeit des LAF-Sensors 14 höher sein kann. Wenn ein Filterregenerationsbeendigungssignal ausgegeben wird (S88), wird die Rückkopplungs-Steuerung/Regelung beendet und der Betrieb kehrt zur normalen Steuerung/Regelung mit offenem Regelkreis zurück (S90).
  • Für die Rückkopplungs-Steuerung/Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in S86 gibt es zwei Ausführungsformen, die die Rückkopplungs-Steuerung/Regelung realisieren. Die erste Ausführungsform ist ein Schema der Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge und die zweite Ausführungsform ist ein Schema der Korrektur der Ansaugluftmenge durch Steuerung/Regelung des Drosselventils 3. Jedes Schema wird im Folgenden beschrieben.
  • Ausführungsform 1 (Korrektur der Kraftstoffeinspritzmenge)
  • 6 zeigt die erste Ausführungsform des Regelkreises zur Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses. Diese Ausführungsform steuert/regelt ein konstantes Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases während des Partikelfilter-Regenerationsprozesses durch Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases und korrigiert die Kraftstoffeinspritzmenge auf Grundlage des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Ein Flussdiagramm dieses Prozesses ist in 7 gezeigt.
  • Zunächst wird ein Variationsbetrag des Gaspedals erfasst, um ein angefordertes Moment zu berechnen (S100). Das Drosselventil wird nach Maßgabe des angeforderten Moments geöffnet, so dass die Luft eingesaugt wird (S102). Nachfolgend wird ein Kennfeld, welches bezüglich der Ansaugluftmengen und Motordrehzahlen vorbestimmt ist, durchsucht, um die Kraftstoffeinspritzmenge für die Verbrennung im Motor 1 zu berechnen (S104). Nachfolgend wird ein Fehler zwischen dem durch den LAF-Sensor 14 erfassten Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und dem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Abgas berechnet (S106), eine Nacheinspritzmenge aufgrund des berechneten Fehlers berechnet (S108) und die Ein spritzung während des Abgashubs des Motors 1 durchgeführt. Der eingespritzte Kraftstoff strömt zusammen mit dem Abgas durch das Abgasrohr 6, so dass die Regenerierung des Partikelfilters 13 ausgeführt wird.
  • Ausführungsform 2 (Korrektur der Ansaugluftmenge)
  • Obwohl die Ausführungsform 1 es ermöglicht, die Aufgabe zu lösen, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases konstant gehalten wird, ist es bevorzugt, einen herkömmlichen Ansatz zum Durchführen einer Rückkopplungs-Steuerung/Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu erweitern, anstatt Mittel zum Berechnen der Kraftstoffeinspritzmenge erneut bereitzustellen, weil die herkömmliche Dieselmotorsteuerung/regelung eine Steuerung/Regelung mit offenem Regelkreis verwendet, durch die der Kraftstoff nach Maßgabe der Gaspedalöffnung ungeachtet der Ansaugluftmenge zugeführt wird. Wie in 8 gezeigt ist, steuert/regelt daher die zweite Ausführungsform des Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelkreises das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases derart, dass es während des Partikelfilter-Regenerationsprozesses konstant bleibt, durch Erfassen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases und Korrigieren der Ansaugluftmenge, die in den Motor 1 eingesaugt wird, auf Grundlage des erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Ein Flussdiagramm dieses Prozesses ist in 9 gezeigt.
  • Zunächst wird ein Variationsbetrag des Gaspedals erfasst, um ein angefordertes Moment zu berechnen (S110). Dann wird ein Kennfeld, das bezüglich des angeforderten Moments und der Motordrehzahl vorbestimmt ist, durchsucht, um die Kraftstoffeinspritzmenge zu berechnen (S104), die in die Brennkammer (S112) zur Verbrennung im Motor 1 einzuspritzen ist. Das Abgas strömt in das Abgasrohr 6. Nachfolgend wird ein Fehler zwischen dem durch den LAF-Sensor 14 erfassten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und dem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases berechnet (S114) und die Drosselventilöffnung wird derart gesteuert/geregelt, dass sie die Ansaugluftmenge auf Grundlage des berechneten Fehlers korrigiert, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des aus der Brennkammer des Motors 1 ausgestoßenen Abgases sich dem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis annähern kann (S116). Wie oben beschrieben wurde, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Durchführen der Rückkopplungs-Steuerung/-Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während des Regenerationsprozesses für den Partikelfilter konstant gehalten. Im Ergebnis werden die folgenden Vorteile erhalten.
  • Erstens kann durch das Konstanthalten des Luft/Kraftstoff-Verhäitnisses die Ausgangsleistung stabilisiert werden und die Verschlechterung der Betriebseigenschaften können verhindert werden. Außerdem können die Emissionen stabil sein und die Abgastemperatur wird ebenfalls stabil. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis konstant wird, wird ferner die in der Abgasreinigungseinrichtung erzeugte Wärme demgemäß ebenfalls stabil. Im Ergebnis kann die Temperatur des Partikelfilters stabilisiert werden, kein Abnormaler Anstieg der Temperatur tritt auf und die Verbrennung hört niemals auf. Weiterhin gibt es beinahe keine Möglichkeit von Schmelzverlusten oder Schäden am Partikelfilter.
  • Außerdem kann durch Verwenden der Abgasreinigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Regenerationsprozess für den Partikelfilter ausgeführt werden, während der Motor läuft. Demzufolge ist es weder notwendig, den Partikelfilter zum Reinigen abzumontieren, noch erforderlich, den Partikelfilter zum Heizen mit der externen Stromquelle zu verbinden.
  • Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn eine abgeschätzte Menge von Partikeln, die durch ein Partikelfilter eingefangen worden sind, einen Schwellenwert überschreitet, durch Erhöhen der Abgastemperatur ein Partikelfilter-Regenerationsprozess durchgeführt, um den Partikelfilter zu regenerieren und die Partikel zu verbrennen und zu entfernen. Gleichzeitig wird die Ansaugluftmenge verringert und der Verbrennungszustand im Verbrennungsmotor wird auf einem optimalen Wert gehalten. Demzufolge kann eine Verschlechterung der Emission während des Filterreinigungsprozesses vermieden werden, während die Abgastemperatur erhöht ist.
  • Die Erfindung stellt eine Abgasreinigungseinrichtung bereit, die eine Verschlechterung der Emission während eines Regenerationsprozesses für einen Partikelfilter zum Einfangen von in den Abgasen enthaltenen Partikeln verhindern kann.
  • Eine Zeitsteuerungs-Bestimmungseinheit für eine Partikelfilter-Regeneration schätzt die Menge von durch den Partikelfilter eingefangenen Partikeln ab, um die Filterregenerationszeit auf Grundlage der abgeschätzten Partikelmenge zu bestimmen. In Antwort auf die Regenerationszeitbestimmung heizt eine Heizeinheit den Partikelfilter auf, um eine Abgastemperatur zu erhöhen, so dass ein Partikelfilter-Regenerationsprozess startet. Hierbei reduziert eine Ansaugluftmengen-verringerungsiereinheit die Ansaugluftmenge, um die Abgastemperatur zu erhöhen, während eine Verbrennungsaufrechterhalteeinheit die Verbrennung in dem Verbrennungsmotor derart steuert/regelt, dass sie in einer gewünschten Bedingung beibehalten wird.

Claims (4)

  1. Abgasreinigungsvorrichtung (10) für einen Verbrennungsmotor (1), wobei die Vorrichtung umfasst: • einen Partikelfilter (13), der in einem Abgassystem des Motors (1) zum Einfangen von in dem Abgas enthaltenen Partikeln angeordnet ist, • Zeiteinstellungsbestimmungsmittel (21) zum Bestimmen einer Regenerationszeit, um die durch den Partikelfilter (13) eingefangenen Partikel zu entfernen, • Ansaugluftmengenverringerungsmittel (3, 7) zum Verringern einer in den Verbrennungsmotor (1) einzusaugenden Ansaugluftmenge in Antwort auf die Bestimmung der Regenerationszeit, • Verbrennungsaufrechterhaltungsmittel (9, 4) zum Aufrechterhalten der Verbrennung im Motor (1) in einem gewünschten Zustand in Antwort auf eine Verringerung der Ansaugluftmenge, und • Heizmittel (11) zum Aufheizen des Partikelfilters (13), um den Partikelfilter zu regenerieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dafür ausgelegt ist, unverbrannten Kraftstoff in das Abgas zu führen, wenn seit dem Beginn einer Aktivierung des Heizmittels (11) eine vorbestimmte Zeit vergangen ist.
  2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verbrennungsaufrechterhaltungsmittel (9, 4) eine Rückkopplungsregelung durchführt, um ein Luft/Kraftstoffverhältnis in dem Abgassystem des Verbrennungsmotors (1) auf einen vorbestimmtes gewünschtes Luft/Kraftstoffverhältnis einzustellen, wenn die Ansaugluftmenge durch das Ansaugluftmengenverringerungsmittel (3, 7) verringert ist.
  3. Verfahren zur Reinigung von Abgas für einen Verbrennungsmotor (1) mit einem Partikelfilter (13), der in einem Abgassystem des Motors (1) zum Einfangen von in dem Abgas enthaltenen Partikeln angeordnet ist, umfassend die Schritte: • Bestimmen einer Reinigungszeit, um die durch den Partikelfilter (13) eingefangenen Partikel zu entfernen, • Verringern einer in den Verbrennungsmotor (1) einzusaugenden Ansaugluftmenge in Antwort auf die Bestimmung der Reinigungszeit, • Aufrechterhalten der Verbrennung im Motor (1) in einem gewünschten Zustand in Antwort auf die Verringerung der Ansaugluftmenge, und • Aufheizen des Partikelfilters (13), um den Partikelfilter (13) zu reinigen, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgas der unverbrannte Kraftstoff zugeführt wird, wenn seit dem Beginn eines Aufheizens des Partikelfilters (13) eine vorbestimmte Zeit vergangen ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend den Schritt, eine Rückkopplungsregelung durchzuführen, um ein Luft/Kraftstoffverhältnis in dem Abgassystem des Verbrennungsmotors auf einen vorbestimmtes gewünschtes Luft/Kraftstoffverhältnis einzustellen, wenn die Ansaugluftmenge durch das Ansaugluftmengenverringerungsmittel verringert wird.
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