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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
EP 0 743 429 A2 offenbart
eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung
für einen
Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche wenigstens eines der oben
beschriebenen Probleme lösen
kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine Gesamtsystemstruktur eines Verbrennungsmotors, in dem eine
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet wird.
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2 zeigt
schematisch ein Stromversorgungssystem für den in 1 gezeigten
Verbrennungsmotor.
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3 ist
ein Zeitsteuerungsdiagramm für verschiedene
Ventile, einen Generator und Schalter während der Filterregeneration.
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4 ist
ein Flussdiagramm eines Prozesses für eine Filterregeneration bei
der Ansaugluftmenge/Verbrennungs-Steuerung/Regelung.
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5 ist
ein Flussdiagramm eines Prozesses für eine Filterregeneration bei
der A/F-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuerung/Regelung.
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6 ist
ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform
eines A/F-Verhältnis-Rückkopplungs-Regelkreises
zeigt.
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7 ist
ein Flussdiagramm eines Prozesses für die A/F-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuerung/Regelung
entsprechend der in 6 gezeigten Ausführungsform.
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8 ist
ein Blockdiagramm, das eine andere Ausführungsform eines A/F-Verhältnis-Rückkopplungs-Regelkreises
zeigt.
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9 ist
ein Flussdiagramm eines Prozesses für die A/F-Verhältnis-Rückkopplungs-Steuerung/Regelung
entsprechend der in 8 gezeigten Ausführungsform.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte
Ausführungsformen
werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
vorliegende Beschreibung beschreibt zwei Ausführungsformen, welche eine derartige Rückkopplungs-Steuerung/Regelung
realisieren. Diese Ausführungsformen
werden unten unter Bezugnahme auf 5 bis 9 beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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Nun
wird ein Prozess beschrieben, der durch die Rückkopplungs-Steuer/Regeleinheit 23 während der
Partikelfilter-Regeneration durchgeführt wird. 5 zeigt
ein Flussdiagramm dieses Prozesses.
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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).
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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.
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Ausführungsform 1 (Korrektur der
Kraftstoffeinspritzmenge)
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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.
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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.
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Ausführungsform 2 (Korrektur der
Ansaugluftmenge)
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.