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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das Abgasreinigungssystem für die Brennkraftmaschine, das in der Lage ist, eine Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu schätzen und die Abgasnachbehandlungsvorrichtung auf einem optimalen Zustand auf der Grundlage der geschätzten Temperatur zu halten.
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Herkömmlicher Weise werden als Mittel zum Schützen der Umwelt verschiedenartige Abgasnachbehandlungsvorrichtungen zum Verringern von Luftschadstoffen vorgeschlagen, die von einer Brennkraftmaschine ausgestoßen werden. Beispielsweise wurden in fortschreitendem Maße Katalysatorsysteme, wie zum Beispiel Oxidationskatalysatoren, NOx-Entfernungskatalysatoren und Drei-Wege-Katalysatoren eingeführt. Eine Emission von Partikelstoffen, die in dem Abgas eines Dieselverbrennungsmotors enthalten sind, ist ein zu lösendes Problem. Daher wurde der Einführung eines Dieselpartikelfilters (DPF) oder eines DPF, an dem ein Katalysator gestützt bzw. geträgert ist, Beachtung geschenkt. Der DPF sammelt die Partikelstoffe und beseitigt die gesammelten Partikelstoffe regelmäßig durch Verbrennung.
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Eine Temperatursteuerung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist ein wichtiger Faktor für einen wirksamen Betrieb der Vorrichtung. Insbesondere für den Fall, bei dem der Katalysator eingesetzt wird, sollte die Vorrichtung sich in einem bestimmten Betriebstemperaturbereich (beispielsweise 200–700°C) zum Betreiben der Vorrichtung oberhalb einer vorbestimmten Aktivierungstemperatur verwendet werden, oberhalb der der Katalysator ausreichend aktiviert ist und um einen Schaden des Katalysators zu verhindern, der durch eine übermäßige Temperaturerhöhung verursacht wird. Beispielsweise wird der DPF durch Aufheizen des DPF über 600°C unter der Verwendung von unverbranntem Kohlenwasserstoff regeneriert, der durch Durchführen einer Nacheinspritzung und ähnlichem zugeführt wird. Jedoch gibt es unter einigen Bedingungen eine Möglichkeit, dass der DPF übermäßig mit der Verbrennungswärme der Partikelstoffe aufgeheizt wird. Als Folge kann der Katalysator verschlechtert werden oder kann ein Filterbasismaterial beschädigt werden.
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Ein Verfahren zum Erfassen eines Zustands des Katalysators durch Messen der Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung wird beispielsweise vorgeschlagen, wie es in
JPH 04-224221 A oder in
JP 2593506 B2 offenbart ist. In
JPH 04-224221 A ist eine Temperaturmesseinrichtung, die an einem Abgasreinigungssystem mit einem NO
x-Reduktionskatalysator angeordnet ist, offenbart. Das Abgasreinigungssystem steuert die Temperatur des Katalysators innerhalb eines gewissen Temperaturbereichs durch Ändern eines Überschussluftverhältnisses gemäß der gemessenen Temperatur. In
JP 2593506 B2 sind erste und zweite Temperaturmesseinrichtungen, die stromaufwärts bzw. stromabwärts von dem Katalysator angeordnet sind, offenbart. Ausgangssignale von den ersten und zweiten Temperaturmesseinrichtungen werden miteinander verglichen, um eine Verschlechterung des Katalysators zu ermitteln.
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Der Zustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie zum Beispiel des Katalysators oder des DPF, wird am geeignetsten durch die Temperatur eines Zentrums bzw. einer Mitte der Vorrichtung dargestellt. Jedoch ist es eine Tatsache, dass es schwierig ist, die Temperatur an der Mitte der Vorrichtung direkt zu messen. Daher wird bei herkömmlichen Vorrichtungen eine Temperatur des Abgases stromaufwärts oder stromabwärts von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung als die Temperatur der Vorrichtung betrachtet. Beispielsweise wird in
JPH 04-224221 A die Temperatur des Katalysators auf der Grundlage einer Annahme gesteuert, dass die Temperatur des Abgases, das aus dem Katalysator ausströmt, mit der Temperatur des Katalysators übereinstimmt. Wenn jedoch ein Fahrzeug beschleunigt oder verzögert wird, stimmt die Temperatur des Abgases, das aus dem Katalysator herausströmt nicht notwendiger Weise mit der Temperatur des Katalysators überein. Als Folge kann die Temperatur des Katalysators nicht in einem geeigneten Bereich gehalten werden.
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Das liegt daran, dass ein Katalysatorträger oder ein Filterbasismaterial üblicher Weise aus einem keramischen Wabenstrukturkörper ausgebildet ist, der eine große Wärmekapazität hat. Da der Katalysatorträger oder das Filterbasismaterial aus dem keramischen Wabenstrukturkörper ausgebildet ist, gibt es eine Zeitverzögerung, von der Änderung der Temperatur an der Mitte der Vorrichtung, bis die Änderung der Temperatur an der Mitte der Vorrichtung sich in der Temperatur des Abgases stromabwärts von der Vorrichtung widerspiegelt. Zusätzlich kann die geschätzte Temperatur von der tatsächlichen Temperatur in hohem Maße aufgrund einer katalytischen Reaktion oder einer Verbrennung von Partikelstoffen abweicht. Für diesen Fall besteht die Möglichkeit, dass der Katalysator verschlechtert wird.
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Bei der Ermittlung der Verschlechterung des Katalysators, die in der zweiten Patentdruckschrift offenbart ist, ist es schwierig, zu ermitteln, ob eine Differenz zwischen Ausgängen der zwei Temperaturmesseinrichtungen eine Temperaturänderung ist, die durch die katalytische Reaktion verursacht wird, oder eine Änderung der Temperatur des Abgases selbst (eine Änderung der Temperatur des Abgases vor dem Eintritt in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung). Das liegt daran, dass sich die Temperatur des Abgases selbst mit der Beschleunigung oder der Verzögerung des Fahrzeugs ändert. Daher kann bei diesem Verfahren die Verschlechterungsermittlung nur dann durchgeführt werden, während das Fahrzeug nicht fährt oder während das Fahrzeug bei einer konstanten Geschwindigkeit fährt. Jedoch fährt bei der tatsächlichen Fahrt das Fahrzeug selten bei einer konstanten Geschwindigkeit. Daher ergibt sich ein praktisches Problem bei dem vorstehend genannten Verfahren.
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JP 09-228870 A zeigt ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Das System hat eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, die an einem Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors angeordnet ist; eine Auslassgasmesseinrichtung zum Messen einer Auslassgastemperatur des Abgases stromabwärts von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung; eine Temperaturschätzeinrichtung zum Berechnen einer geschätzten Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung aus einer Abgabe der Auslassgastemperaturmesseinrichtung unter Verwendung einer inversen Übertragungsfunktion einer Änderung der Auslassgastemperatur mit Bezug auf eine Änderung der Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung; und eine Zustandserfassungseinrichtung zum Ermitteln, ob sich die Abgasnachbehandlungsvorrichtung in einem vorbestimmten Zustand befindet, auf der Grundlage der geschätzten Temperatur, die durch die Temperaturschätzeinrichtung berechnet wird.
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DE 42 34 420 C1 betrifft ein Verfahren zur Motorsteuerung, bei dem die Temperatur einer Motorkomponente (Katalysator) mittels einer Übertragungsfunktion insbesondere aus Motorbetriebsgrößen indirekt bestimmt wird. Durch diese indirekte Temperaturmessung ist ein dem Katalysator nachgestellter Temperaturmesssensor nicht erforderlich. Im Speziellen wird die Abgaseintrittstemperatur in dem Katalysator über eine Übergangsfunktion bestimmt, die eine Totzeit in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors berücksichtigt.
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DE 41 22 787 A1 zeigt eine Einrichtung zur Überwachung des Konvertierungsgrads eines in einer Abgasleitung einer ein Fahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators mit zumindest einem Temperaturfühler, der bei wirksamem Katalysator eine erhöhte Temperatur annimmt, und mit einer Auswerteeinheit zur Erzeugung eines Signals für den Konvertierungsgrad aus der von dem Temperaturfühler erfassten Temperatur. Der Auswerteeinheit ist ein Rechner zugeordnet, der mit Fühlern für die Gaseintrittstemperatur am Katalysator und den Massenstrom des Gases durch den Katalysator verbunden ist und aus den Ausgangssignalen dieser Fühler unter Berücksichtigung der thermischen Trägheit des Katalysators die sich bei unwirksamem Katalysator am Ort des Temperaturfühlers einstellende Temperatur errechnet. Die Auswerteeinheit erzeugt aus der Differenz zwischen gemessener und errechneter Temperatur das Signal für den Konvertierungsgrad.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, das eine Temperatur einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung genau bestimmen kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 oder 3 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das in der Lage ist, eine Temperatur an einer Mitte einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie zum Beispiel eines Katalysators oder eines DPF, genau zu messen und eine Temperatursteuerung des Katalysators oder eine Regenerationssteuerung des DPF oder eine Verschlechterungsermittlung auf der Grundlage der gemessenen Temperatur durchzuführen. Somit kann ein in hohem Maße sicheres, fortschrittliches und zuverlässiges Abgasreinigungssystem geschaffen werden.
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Gemäß einem Vorteil der Erfindung spiegelt die Temperatur (die Auslassgastemperatur) des Abgases stromabwärts von der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, wie zum Beispiel eines Katalysators oder eines DPF, bei der eine exotherme Reaktion auftritt, die Änderung der Temperatur an der Mitte der Vorrichtung wider. Eine genaue Temperaturschätzung kann relativ einfach durch Verwendung der inversen Übertragungsfunktion der Änderung der Auslassgastemperatur mit Bezug auf die Änderung der Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung durchgeführt werden. Somit kann ermittelt werden, ob der Zustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung sich in einem geeigneten Temperaturbereich befindet, auf der Grundlage der geschätzten Temperatur. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung wird auf der Grundlage des Ergebnisses der Ermittlung gesteuert. Somit kann die Vorrichtung in einem optimalen Zustand gehalten werden und kann das Abgas sicher und wirksam gereinigt werden. Als Folge wird die Zuverlässigkeit des Systems verbessert.
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Gemäß einem weiteren Vorteil der Erfindung spiegelt die erste geschätzte Temperatur, die durch die erste Temperaturschätzeinrichtung berechnet wird, die Wirkung der Wärmeerzeugung an der Abgasnachbehandlungsvorrichtung nicht wider. Die zweite geschätzte Temperatur, die durch die zweite Temperaturschätzeinrichtung berechnet wird, spiegelt die Wirkung der Wärmeerzeugung an der Abgasnachbehandlungsvorrichtung wider. Daher kann der Zustand der Abgasnachbehandlungsvorrichtung genau durch Vergleichen der ersten geschätzten Temperatur und der zweiten geschätzten Temperatur bestimmt werden. Für diesen Fall können die erste geschätzte Temperatur und die zweite geschätzte Temperatur relativ einfach unter Verwendung der Übertragungsfunktion bzw. der inversen Übertragungsfunktion berechnet werden. Wirkungen einer Abweichung einer sich ändernden Zeitabstimmung der Temperatur und einer allmählichen Änderung der Auslassgastemperatur aufgrund einer Änderung des Betriebszustands können durch Vergleichen der ersten geschätzten Temperatur mit der zweiten geschätzten Temperatur beseitigt werden. Somit kann die Änderung der Temperatur genau gemessen werden.
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Merkmale und Vorteile der Ausführungsbeispiele werden ebenso wie Verfahren zum Betrieb und die Funktion der zugehörigen Teile aus einem Studium der folgenden genauen Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen erkennbar, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
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1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine Graphik, die Änderungen der DPF-Mitteltemperatur und der Auslassgastemperatur zeigt, wenn die Einlassgastemperatur eines DPF mit einem Oxidationskatalysator sich ändert;
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3A ist eine Graphik, die Beziehungen der Einlassgastemperatur, der DPF-Mitteltemperatur und der Auslassgastemperatur für den Fall zeigt, bei dem eine geringe Wärme an dem DPF mit dem Oxidationskatalysator erzeugt wird;
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3B ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen der DPF-Mitteltemperatur zeigt;
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4A ist eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Zeitkonstanten der Änderung der Auslassgastemperatur mit Bezug auf die Änderung der DPF-Mitteltemperatur und einer Durchflussrate des Abgases zeigt;
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4B ist eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Totzeit der Änderung der Auslassgastemperatur mit Bezug auf die Änderung der DPF-Mitteltemperatur und der Durchflussrate des Abgases zeigt;
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5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung und eine Regenerationssteuerung zeigt, die durch eine ECU gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird;
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6 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine geschätzte DPF-Mitteltemperatur und die tatsächliche DPF-Mitteltemperatur gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
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7 ist ein schematisches Diagramm, das ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8A ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen der ersten geschätzten Temperatur an der Mitte eines DPF gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
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8B ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Berechnen der zweiten geschätzten Temperatur an der Mitte des DPF gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
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9A ist eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Zeitkonstante der Änderung der DPF-Mitteltemperatur mit Bezug auf die Änderung der Einlassgastemperatur und der Durchflussrate des Abgases zeigt;
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9B ist eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Totzeit der Änderung der DPF-Mitteltemperatur mit Bezug auf die Änderung der Einlassgastemperatur und der Durchflussrate des Abgases zeigt;
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10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Katalysatorverschlechterungsbestimmungssteuerung zeigt, die durch eine ECU gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird; und
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11 ist eine Graphik, die einen Standardwert für die Katalysatorverschlechterungsbestimmungssteuerung zeigt, die durch die ECU gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Abgasreinigungssystem für einen Dieselverbrennungsmotor 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. In einem Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors 1 ist ein Dieselpartikelfilter (DPF) 3 mit einem Oxidationskatalysator als eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung zwischen einem stromaufwärtigen Abgasrohr 2a und einem stromabwärtigen Abgasrohr 2b angeordnet. Der DPF 3 ist aus einer wärmebeständigen Keramik, wie zum Beispiel Cordierit, in der Gestalt einer Wabe, mit einer Vielzahl von Zellen als Abgasdurchgänge ausgebildet, die durch Filterwände vorgesehen sind. Ein Einlass oder ein Auslass jeder Zelle ist abwechselnd blockiert. Der Oxidationskatalysator wie zum Beispiel Platin, ist auf Flächen der Filterwände der Zellen aufgebracht. Das Abgas, das von dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßen wird, strömt stromabwärts, während es durch die porösen Filterwände des DPF 3 hindurchtritt. Somit werden in dem Abgas enthaltene Partikelstoffe gesammelt und an dem DPF 3 allmählich akkumuliert.
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Ein Abgastemperatursensor 41 als Auslassgastemperaturmesseinrichtung zum Messen der Temperatur des DPF 3 ist in dem Abgasrohr 2b stromabwärts von dem DPF 3 angeordnet. Der Abgastemperatursensor 41 ist mit einer Verbrennungsmotorsteuerungseinheit (ECU) 6 verbunden. Der Abgastemperatursensor 41 misst die Auslassgastemperatur des DPF 3 (die Temperatur des Abgases, das aus dem DPF 3 strömt) und gibt ein Signal entsprechend der gemessenen Temperatur zu der ECU 6 ab. Ein Luftdurchflussmessgerät (Einlassluftdurchflussratensensor) 71 ist an einem Einlassrohr 7 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Das Luftdurchflussmessgerät 71 misst eine Durchflussrate der Einlassluft und gibt ein Signal entsprechend der Einlassluftdurchflussrate an die ECU 6 ab.
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Ein Druckdifferenzsensor 5 zum Messen einer Druckdifferenz zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des DPF 3 ist mit den Abgasrohren 2a, 2b zum Schätzen einer Menge der durch den DPF 3 gesammelten Partikelstoffe oder einer PM-Sammelmenge verbunden. Ein Ende des Druckdifferenzsensors 5 ist mit dem Abgasrohr 2a stromaufwärts von dem DPF 3 durch ein Druckeinführrohr 51 verbunden. Das andere Ende des Druckdifferenzsensors 5 ist mit dem Abgasrohr 2b stromabwärts von dem DPF 3 durch ein Druckeinführrohr 52 verbunden. Der Druckdifferenzsensor 5 gibt ein Signal entsprechend der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF 3 an die ECU 6 aus.
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Des Weiteren ist die ECU 6 mit verschiedenartigen Sensoren, wie zum Beispiel einem Beschleunigerpositionssensor 61 und einem Drehzahlsensor 62 verbunden. Die ECU 6 erfasst einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 auf der Grundlage der erfassten Signale von den verschiedenartigen Sensoren. Die ECU 6 berechnet eine optimale Kraftstoffeinspritzmenge, Einspritzzeitabstimmung, Einspritzdruck und dergleichen gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 und führt eine Rückführregelung des Verbrennungsmotors 1 durch.
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Die ECU 6 hat eine Temperaturschätzeinrichtung zum Berechnen einer geschätzten Temperatur in der Mitte des DPF 3 (DPF-Mitteltemperatur) auf der Grundlage der Ausgangswerte des Abgastemperatursensors 41 und des Luftdurchflussmessgeräts 71. Die ECU 6 hat eine Zustandserfassungseinrichtung zum Bestimmen, ob sich der DPF 3 in einem vorbestimmten Bereich der Temperatur befindet, auf der Grundlage der geschätzten DPF-Mitteltemperatur. Die ECU 6 hat eine Steuerungseinrichtung zum Durchführen einer Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung des DPF 3 zum Verhindern einer übermäßigen Erhöhung der Temperatur des DPF 3. Die Zustandserfassungseinrichtung der ECU 6 berechnet die Menge der Partikelstoffe, die an dem DPF 3 gesammelt sind (PM-Sammelmenge), auf der Grundlage der DPF-Mitteltemperatur und der Ausgangswerte des Druckdifferenzsensors 5 und des Luftdurchflussmessgeräts 71. Die Zustandserfassungseinrichtung der ECU 6 ermittelt, ob die PM-Sammelmenge größer als ein vorbestimmter Wert ist. Die Steuerungseinrichtung der ECU 6 steuert die Regeneration des DPF 3.
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Als nächstes wird ein Schätzverfahren der DPF-Mitteltemperatur erklärt, die durch die Temperaturschätzeinrichtung durchgeführt wird.
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2 zeigt Änderungen der Einlassgastemperatur (Temperatur des Abgases, das in den DPF 3 strömt) Tex1, der DPF-Mitteltemperatur (der Temperatur des DPF, die DPF-Temperatur) TDPF und die Auslassgastemperatur Tex2 für den Fall, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge stufenweise geändert (erhöht) wird, während die Verbrennungsmotordrehzahl konstant ist. Wie in 2 gezeigt ist, erhöht sich auch dann, wenn die Einlassgastemperatur Tex1 sich erhöht, die DPF-Temperatur TDPF und die Auslassgastemperatur Tex2 nicht unmittelbar. Darauf erhöhen sich die DPF-Temperatur TDPF und die Auslassgastemperatur Tex2 allmählich. Das liegt daran, dass der DPF 3 aus einem keramischen Strukturkörper mit einer großen Wärmekapazität besteht. Wenn das Abgas eine große Menge Kohlenwasserstoff enthält, werden die DPF-Temperatur TDPF und die Auslassgastemperatur Tex2 höher als die Einlassgastemperatur Tex1 aufgrund der Wärmeerzeugung, die durch die Oxidation und Verbrennung des Kohlenwasserstoffs an dem Oxidationskatalysator verursacht wird, der an dem DPF 3 gestützt ist.
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Daher kann die DPF-Temperatur TDPF nicht genau aus der Einlassgastemperatur Tex1 gemessen werden, da die Wärme an dem DPF 3 erzeugt wird. Andererseits folgt die Auslassgastemperatur Tex2 der Änderung der DPF-Temperatur TDPF relativ gut. Jedoch gibt es eine Zeitverzögerung zwischen den Änderungen der DPF-Temperatur TDPF und der Auslassgastemperatur Tex2, wie in 2 gezeigt ist. In einem in 2 gezeigten Beispiel gibt es eine Übergangszeitdauer von einem Mehrfachen von zehn Sekunden, da die Einlassgastemperatur Tex1 beginnt sich zu ändern, bis die Auslassgastemperatur Tex2 im Wesentlichen mit der DPF-Temperatur TDPF übereinstimmt. Wenn der Zustand des Katalysators bestimmt wird oder die PM-Sammelmenge unter Verwendung der Auslassgastemperatur Tex2 als die DPF-Temperatur berechnet wird, wird die Steuerbarkeit in dem Übergangszeitraum verschlechtert.
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Daher wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unter verstärktem Augenmerk auf die Auslassgastemperatur Tex2, die die Wirkung der Reaktionswärme wiedergibt, die durch den Oxidationskatalysator erzeugt wird, eine Beziehung zwischen der Auslassgastemperatur Tex2 und der DPF-Temperatur TDPF durch eine einfache Übertragungsfunktion ausgedrückt. Somit kann die DPF-Temperatur TDPF aus der Auslassgastemperatur Tex2 genau berechnet werden. Zur Klarstellung sind die Änderungen der Einlassgastemperatur Tex1, der DPF-Temperatur TDPF und der Auslassgastemperatur Tex2 für den Fall, bei dem die Menge des Kohlenwasserstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, klein ist und nur wenig Wärme an den DPF 3 erzeugt wird, in 3A gezeigt. Wie in 3A gezeigt ist, ändert sich, nachdem die DPF-Temperatur TDPF beginnt sich zu erhöhen, die Auslassgastemperatur Tex2 für eine Weile nicht und erhöht sich dann die Auslassgastemperatur Tex2. Jedoch ist die Geschwindigkeit der Erhöhung der Auslassgastemperatur Tex2 kleiner als diejenige der DPF-Temperatur TDPF. Daher kann die Beziehung zwischen der DPF-Temperatur TDPF und der Auslassgastemperatur Tex2 mit einer einfachen Kombination einer Verzögerung und Totzeit erster Ordnung ausgedrückt werden. Auf der Grundlage der Beziehung kann die DPF-Mitteltemperatur unter der Verwendung einer inversen Übertragungsfunktion der Änderung der Auslassgastemperatur Tex2 mit Bezug auf die Änderung der DPF-Temperatur TDPF geschätzt werden, wie in 3B gezeigt ist. In 3B stellt T2 eine Zeitkonstante der Verzögerung erster Ordnung dar und stellt L2 eine Totzeit dar und stellt TDPFest die geschätzte DPF-Mitteltemperatur dar.
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Die Zeitkonstante T2 der Verzögerung erster Ordnung und die Totzeit L2 können auf der Grundlage der in 3A gezeigten Graphik berechnet werden. Jedoch ändert sich die Beziehung, die in 3A gezeigt ist, mit der Durchflussrate Vex des Abgases. Die Zeitkonstante T2 und die Totzeit L2 ändern sich gemäß der Abgasdurchflussrate Vex, wie in den Graphiken der 4A und 4B gezeigt ist. Die in den 4A und 4B gezeigten Graphiken werden über ein Experiment durch Ändern der Abgasdurchflussrate Vex erhalten. Die Zeitkonstante T2 und die Totzeit L2 verringern sich, wenn sich die Abgasdurchflussrate Vex erhöht. Das liegt daran, dass die Wärmeübertragung pro Zeiteinheit zwischen dem Abgas und dem DPF 3 sich erhöht, wenn sich die Abgasdurchflussrate Vex erhöht. In einem Bereich, in dem die Abgasdurchflussrate Vex höher als ein gewisser Wert ist, bleiben die Zeitkonstante T2 und die Totzeit L2 im Wesentlichen konstant. Daher berechnet die Temperatur-Schätzeinrichtung der ECU 6 die Abgasdurchflussrate Vex zunächst und ändert dann die Temperaturschätzeinrichtung die Setzwerte beziehungsweise die Einstellungswerte der Zeiten T2 der Verzögerung erster Ordnung und die Totzeit L2 gemäß der Abgasdurchflussrate Vex. Unterdessen schätzt die Temperaturschätzeinrichtung die DPF-Temperatur TDPF unter Verwendung der Einstellwerte der Zeitkonstanten T2 der Verzögerung erster Ordnung, der Totzeit L2 und der in 3B gezeigten inversen Übertragungsfunktion.
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Als nächstes wird ein Beispiel eines Betriebs der ECU 6 auf der Grundlage eines in 5 gezeigten Ablaufdiagramms geklärt. Die ECU 6 führt den Prozess, der in dem Ablaufdiagramm von 5 gezeigt ist, in einem vorbestimmten Zyklus durch. Zunächst wird in Schritt 101 eine Einlassluftdurchflussrate GA von dem Luftdurchflussmessgerät 71 eingegeben und wird die Auslassgastemperatur Tex2 des DPF 3 von dem Abgastemperatursensor 41 eingegeben. Dann wird in Schritt 102 die Abgasdurchflussrate Vex aus der Einlassluftdurchflussrate GA berechnet. Die Abgasdurchflussrate Vex wird in der Massendurchflussrate (g/s) berechnet. Das Luftdurchflussmessgerät 71 misst die Massendurchflussrate (g/s) der Einlassluft normalerweise. Daher stimmt die Einlassluftdurchflussrate GA mit der Abgasdurchflussrate Vex überein.
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In Schritt 103 werden die Zeitkonstante T2 der Verzögerung erster Ordnung und die Totzeit L2 bei der in Schritt 102 berechneten Abgasdurchflussrate Vex berechnet. Die ECU 6 speichert die Beziehung zwischen der Abgasdurchflussrate Vex und der Zeitkonstanten T2 oder der Totzeit L2 als eine Abbildung beziehungsweise ein Kennfeld im Voraus wie in den 4A und 4B gezeigt ist. Die ECU 6 berechnet die Zeitkonstante T2 und die Totzeit L2 auf der Grundlage des Kennfelds in Schritt 103. Dann berechnet in dem Schritt 104 die ECU 6 die DPF-Mitteltemperatur TDPF des DPF 3 auf der Grundlage der diversen Übertragungsfunktion gemäß der Zeitkonstante T2 und der Totzeit L2, wie in Schritt 103 berechnet sind.
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In Schritt 105 wird ermittelt, ob die DPF-Mitteltemperatur TDPF des DPF 3 die in Schritt 104 berechnet wird, niedriger als eine vorbestimmte zulässige Temperatur T0 ist. Die zulässige Temperatur T0 ist auf eine bestimmte Temperatur (beispielsweise 800°C) festgesetzt, oberhalb der der Oxidationskatalysator, der durch den DPF 3 gestützt ist verschlechtert werden kann. Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt 105 „JA” ist, wird ermittelt, dass der DPF 3 sich in dem zulässigen Temperaturbereich befindet, und schreitet der Prozess zu Schritt 106 weiter. Wenn das Ergebnis der Ermittlung bei Schritt 105 „NEIN” ist, schreitet der Prozess zu Schritt 107 weiter. In Schritt 107 wird ein Temperaturverringerungsbetrieb (TDPF-Verringerungsbetrieb) des DPF 3 zum Verringern der DPF-Mitteltemperatur TDPF durchgeführt, um die Verschlechterung des Oxidationskatalysators, die durch eine übermäßige Temperaturerhöhung verursacht wird zu verhindern.
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Der TDPF-Verringerungsbetrieb in Schritt 107 wird durch vollständiges öffnen einer Einlassdrossel zum Erhöhen der Abgasdurchflussrate Vex beispielsweise durchgeführt. Somit wird der DPF 3 gekühlt. Wenn alternativ der Temperaturerhöhungsbetrieb (TDPF-Erhöhungsbetrieb) zum Erhöhen der DPF-Temperatur TDPF zum Regenerieren des DPF 3 durchgeführt wurde, kann der TDPF-Verringerungsbetrieb durch Anhalten des Temperaturerhöhungsbetriebs beispielsweise durchgeführt werden. Somit kann die übermäßige Erhöhung der DPF-Temperatur TDPF über die zulässige Temperatur T0 verhindert werden. Dann wird der Prozess einmal beendet.
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In Schritt 106 wird die PM-Sammelmenge m der Partikelstoffe, die in dem DPF 3 gesammelt werden, berechnet. Die PM-Sammelmenge m wird gemäß der Einlassluftdurchflussrate GA der DPF-Mitteltemperatur TDPF des DPF 3, die in Schritt 104 berechnet wird, und der Druckdifferenz P zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF 3, die durch den Druckdifferenzsensor 5 gemessen wird, auf der Grundlage einer in dem Speicher der ECU 6 im Voraus gespeicherten Abbildung berechnet. Im Allgemeinen erhöht sich die Druckdifferenz P, die durch den Druckdifferenzsensor 5 gemessen wird, wenn sich die Menge der Partikelstoffe erhöht, die in dem DPF 3 gesammelt sind. Auch wenn die PM-Sammelmenge m identisch ist, variiert der gemessene Wert der Druckdifferenz P gemäß einer volumetrischen Durchflussrate Vex' (l/min) des Abgases. Daher kann die PM-Sammelmenge m durch Erhalten der vorstehend genannten Beziehungen im Voraus durch Experimente oder Ähnliches berechnet werden. Die volumetrische Durchflussrate Vex' (1/min) des Abgases kann durch Umwandeln der Einlassluftdurchflussrate GA (g/s) in die volumetrische Luftdurchflussrate (1/min) unter der Verwendung der DPF-Mitteltemperatur TDPF und der Druckdifferenz P berechnet werden.
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In Schritt 108 wird ermittelt, ob die in Schritt 16 berechnete PM-Sammelmenge m geringer als die zulässige PM-Sammelmenge m0 ist. Die zulässige PM-Sammelmenge m0 ist eine vorbestimmte Menge (beispielsweise 10 g), die im voraus ermittelt wird, um eine Verringerung der Abgabe des Verbrennungsmotors 1 aufgrund der Erhöhung der PM-Sammelmenge m oder einen Schaden des Oxidationskatalysators oder des Filterbasismaterials zu verhindern. Der Schaden des Oxidationskatalysators oder des Filterbasismaterials wird verursacht, wenn eine große Menge der Partikelstoffe verbrannt wird. Wenn die Folge der Ermittlung in Schritt 108 „JA” ist, wird ermittelt, dass die Regeneration nicht notwendig ist, und wird der Prozess einmal beendet. Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt 108 „NEIN” ist, schreitet der Prozess zu Schritt 109 weiter und wird der Temperaturerhöhungsbetrieb zum Regenerieren des DPF 3 durchgeführt.
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Genauer gesagt wird eine Nacheinspritzung durchgeführt oder wird die Eintrittszeitabstimmung verzögert, wenn der Kraftstoff in die Brennkammer aus einem Kraftstoffeinspritzventil 12 bei dem Temperaturerhöhungsbetrieb in Schritt 109 zum Regenerieren des DPF 3 eingespritzt wird. Wenn die Nacheinspritzung durchgeführt wird oder die Einspritzzeitabstimmung verzögert wird, wird die Temperatur des Abgases im Vergleich mit dem Fall der normalen Einspritzung erhöht. Unterdessen wird der unverbrannte Kohlenwasserstoff in den DPF 3 zugeführt und wird durch den Oxidationskatalysator oxidiert. Als Folge erhöht sich die Temperatur des Abgases weitergehend. Somit kann die Temperatur des DPF 3 für eine vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 600°C) erhöht werden. Somit können sich ablagernde Partikelstoffe verbrannt und beseitigt werden und kann die Sammelfähigkeit des DPF 3 regeneriert werden. Andere Verfahren können eingesetzt werden, um die dem Temperaturerhöhungsbetrieb durchzuführen, oder ein geeignetes Verfahren zum Temperaturerhöhungsbetrieb kann aus einer Vielzahl von Verfahren gemäß dem Betriebszustand ausgewählt werden.
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In einem in 6 gezeigten Zeitablaufdiagramm wird die tatsächliche DPF-Mitteltemperatur TDPFact des DPF 3 mit der geschätzten DPF-Mitteltemperatur TDPFest verglichen, die aus der Auslassgastemperatur Tex2 berechnet wird. In 6 stellt eine gestrichelte Linie TDPFest die geschätzte DPF-Mitteltemperatur des DPF 3 dar und stellt eine durchgezogene Linie TDPFact die tatsächliche DPF-Mitteltemperatur des DPF 3 dar. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V geändert wird wie in 6 gezeigt ist, ändert sich die tatsächliche DPF-Mitteltemperatur TDPFact gemäß der Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit V. Wie in 6 gezeigt ist, weicht die geschätzte DPF-Mitteltemperatur TDPFest nicht von der tatsächlichen DPF-Mitteltemperatur TDPFact in hohem Maße ab. Somit ist verifiziert, dass die Temperaturschätzeinrichtung des vorliegenden Ausführungsbeispiels die DPF-Mitteltemperatur mit einer extrem hohen Genauigkeit schätzen kann.
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Somit kann in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Mitteltemperatur des DPF 3 sehr genau unter Verwendung der einfachen Übertragungsfunktion geschätzt werden. Daher kann sehr genau bestimmt werden, ob der DPF 3 sich in dem geeigneten Temperaturbereich befindet. Wenn die DPF-Mitteltemperatur TDPF die zulässige Temperatur T0 übersteigt, wird der Temperaturverringerungsbetrieb unmittelbar durchgeführt, um die übermäßige Temperaturerhöhung des DPF 3 zu verhindern. Somit kann die Verschlechterung des Katalysators und die Beschädigung des Filterbasismaterials verhindert werden, so dass die Haltbarkeit des DPF 3 verbessert werden kann. Für den Fall, bei dem die Schätzgenauigkeit der Temperatur gering ist, besteht die Möglichkeit, dass der Temperaturerhöhungsbetrieb angehalten wird, auch wenn die tatsächliche Temperatur niedriger als die zulässige Temperatur T0 während der Regeneration des DPF 3 ist. Für den Fall können die Partikelstoffe nicht ausreichend beseitigt werden. Als Folge wird die Häufigkeit der Regeneration erhöht. Dagegen kann die Erhöhung der Häufigkeit der Regeneration in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verhindert werden, da die Temperatur genau geschätzt werden kann.
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Da darüber hinaus die ECU 6 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Temperatur genau schätzen kann, wird ein nicht notwendiger Temperaturerhöhungsbetrieb (die Nacheinspritzung) nicht durchgeführt, so dass die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindert werden kann.
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Da darüber hinaus die geschätzte Mitteltemperatur des DPF 3 bei der Berechnung der PM-Sammelmenge während der Regenerationssteuerung verwendet wird, wird die Genauigkeit der Berechnung der PM-Sammelmenge m verbessert. Daher kann genau bestimmt werden, ob die PM-Sammelmenge m sich in dem zulässigen Bereich befindet. Wenn die PM-Sammelmenge m die vorbestimmte zulässige PM-Sammelmenge m0 übersteigt, wird der Temperaturerhöhungsbetrieb des DPF 3 durchgeführt, um die Partikelstoffe durch Verbrennung zu beseitigen. Somit kann die Regenerationssteuerung effizient durchgeführt werden.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel wird als Abgasnachbehandlungsvorrichtung der DPF 3 mit dem Oxidationskatalysator verwendet. Auch für den Fall, bei dem ein DPF mit einem Katalysator, der ein anderer als der Oxidationskatalysator ist, oder ein DPF mit keinem Katalysator verwendet wird, kann die Mitteltemperatur des DPF aus der Auslassgastemperatur in ähnlicher Weise geschätzt werden. Eine hohe Abgasreinigungsleistungsfähigkeit kann durch Durchführen der Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung und der Regenerationssteuerung auf der Grundlage der geschätzten Temperatur erzielt werden, während der Katalysator und der DPF beschützt werden. Ein Katalysator, wie zum Beispiel der Oxidationskatalysator, ein NOx-Entfernungskatalysator oder ein Drei-Wege-Katalysator, können als Abgasnachbehandlungsvorrichtung verwendet werden, die eine andere als der DPF ist. Ebenso kann für diesen Fall eine ähnliche Wirkung durch Durchführen der Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung auf der Grundlage der Mitteltemperatur der Vorrichtung erzielt werden, die in ähnlicher Weise geschätzt wird. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann eine Kombination einer Vielzahl von Katalysatoren und von dem DPF sein.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Nachstehend wird ein Abgasreinigungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auf der Grundlage von 7 erklärt. Wie in 7 gezeigt ist, ist ein Abgastemperatursensor 42 als Einlassgastemperaturmesseinrichtung in dem Abgasrohr 2a stromaufwärts von dem DPF 3 mit dem Oxidationskatalysator angeordnet. Der Abgastemperatursensor 42 misst die Einlassgastemperatur des DPF 3 und gibt ein Signal entsprechend der Einlassgastemperatur an die ECU 6 aus. Das Abgasreinigungssystem des zweiten Ausführungsbeispiels bestimmt die Verschlechterung des Oxidationskatalysators auf der Grundlage der geschätzten Werte der DPF-Mitteltemperatur, die aus der Auslassgastemperatur und der Einlassgastemperatur berechnet wird.
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Die ECU 6 des zweiten Ausführungsbeispiels hat eine zweite Temperaturschätzeinrichtung zum Berechnen der geschätzten Mitteltemperatur des DPF 3, die die Wirkung der Wärmeerzeugung, die durch die katalytische Reaktion verursacht wird, auf der Grundlage der Ausgangswerte des Abgastemperatursensors 41 stromabwärts von dem DPF 3 und dem Luftdurchflussmessgerät 41 wiedergibt. Die geschätzte Mitteltemperatur des DPF 3, die auf der Grundlage der Ausgangswerte des Abgastemperatursensors 41 und des Luftdurchflussmessgeräts 71 berechnet wird, wird im Folgenden als eine zweite geschätzte Temperatur (eine zweite Schätzung PDFest2) bezeichnet. Die ECU 6 hat eine erste Temperaturschätzeinrichtung zum Berechnen der geschätzten Mitteltemperatur des DPF 3, die frei von der Wirkung der Wärmeerzeugung ist, die durch die katalytische Reaktion verursacht wird, auf der Grundlage der Ausgangswerte des Abgastemperatursensors 42 stromaufwärts von dem DPF und dem Luftdurchflussmessgerät 71. Die geschätzte Mitteltemperatur des DPF 3, die auf der Grundlage der Ausgangswerte des Abgastemperatursensors 42 und des Luftdurchflussmessgeräts 71 berechnet wird, wird im Folgenden als erste geschätzte Temperatur (eine erste Schätzung TDPFest1) bezeichnet. Die ersten und zweiten Schätzungen TDPFest1, TDPFest2 werden in einem Zustand berechnet, in dem die gesammelten Partikelstoffe nicht zur Beseitigung verbrannt werden. Die ECU 6 hat eine Zustandserfassungseinrichtung oder eine Verschlechterungsbestimmungseinrichtung zum Messen einer Temperaturerhöhung, die durch die katalytische Reaktion verursacht wird, durch Berechnen einer Differenz zwischen der ersten Schätzung TDPFest1 und der zweiten Schätzung TDPFest2. Wenn die Differenz kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, ermittelt die Zustandsbestimmungseinrichtung oder die Verschlechterungsbestimmungseinrichtung, dass der Oxidationskatalysator sich verschlechtert hat.
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Ein Verfahren zum Ermitteln der Verschlechterung durch Vergleichen der Abgaben der Abgastemperatursensoren stromaufwärts und stromabwärts von dem Katalysator ist gut bekannt. Jedoch kann eine Verschlechterung nicht genau durch ledigliches Vergleichen der Temperaturdifferenz zwischen den Ausgängen der zwei Abgastemperatursensoren bestimmt werden. Das liegt daran, dass der Katalysator, der zwischen zwei Abgastemperatursensoren angeordnet ist, aus einem keramischen Strukturkörper mit einer großen Wärmekapazität ausgebildet ist. Wenn der Betriebszustand sich aufgrund einer Beschleunigung, einer Verzögerung oder ähnlichem ändert, weicht die Änderungszeitabstimmung der Auslassgastemperatur Tex2 von derjenigen der Einlassgastemperatur Tex1 ab und ändert sich die Auslassgastemperatur Tex2 gradueller als die Einlassgastemperatur Tex1, wie in 2 gezeigt ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden unter Berücksichtigung dieser Punkte die Beziehungen zwischen den Änderungen der Einlassgastemperatur Tex1, der DPF-Mitteltemperatur TDPF und der Auslassgastemperatur Tex2 mit einer Kombination der Verzögerung erster Ordnung und der Totzeit ähnlich wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ausgedrückt. Die ersten und zweiten Schätzungen TDPFest1, TDPFest2 werden aus der Einlassgastemperatur Tex1 und der Auslassgastemperatur Tex2 jeweils auf der Grundlage einer Übertragungsfunktion und einer inversen Übertragungsfunktion berechnet, wie in den 8A und 8B gezeigt ist. Dann werden die Wirkungen der Abweichung der Änderungszeitabstimmung der Temperatur und der graduellen Änderung der Auslassgastemperatur Tex2 durch Vergleichen der ersten Schätzung TDPFest1 mit der zweiten Schätzung TDPFest2 aufgehoben. In den 8A und 8B stellen T1 und T2 die Zeitkonstanten der Verzögerung erster Ordnung dar und stellen L1, L2 die Totzeit dar.
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Genauer gesagt berechnet die zweite Temperaturschätzeinrichtung die geschätzte Mitteltemperatur des DPF 3 (die zweite Schätzung TDPFest2) aus der Auslassgastemperatur Tex2 unter der Verwendung der inversen Übertragungsfunktion (in 8B gezeigt) der Änderung der Auslassgastemperatur Tex2 mit Bezug auf die Änderung der DPF-Mitteltemperatur TDPF. Die zweite Schätzung TDPFest2 gibt die Wirkung der Reaktionswärme an, die durch den Oxidationskatalysator erzeugt wird, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel erklärt wird. Andererseits berechnet die erste Temperaturschätzeinrichtung die geschätzte Mitteltemperatur des DPF 3 (die erste Schätzung TDPFest1) aus der Einlassgastemperatur Tex1 unter Verwendung der Übertragungsfunktion (in 8A gezeigt) der Änderung der DPF-Mitteltemperatur TDPF mit Bezug auf die Änderung der Einlassgastemperatur Tex1. Die erste Schätzung TDPFest1 gibt die Wirkung der Reaktion der Wärme nicht wieder, die durch den Oxidationskatalysator erzeugt wird. Daher können die Wirkungen der Abweichung der Änderungszeitabstimmung der Temperatur und der graduellen Änderung der Auslassgastemperatur Tex2 durch Berechnen einer Differenz zwischen den ersten und zweiten Schätzungen TDPFest1, TDPFest2 beseitigt werden. Somit kann die Änderung der Temperatur zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF 3, die durch die katalytische Reaktion verursacht wird, genau gemessen werden.
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Ebenso werden in dem zweiten Ausführungsbeispiel die Zeitkonstanten T1, T2 der Verzögerung erster Ordnung und die Totzeit L1, L2 gemäß der Abgasdurchflussrate Vex unter Berücksichtigung der Tatsache geändert, dass die Wärmeübertragung zwischen dem Abgas und dem DPF 3 sich erhöht, wenn die Abgasdurchflussrate Vex sich erhöht. Wie in den 4A, 4B, 9A und 9B gezeigt ist, werden die Zeitkonstanten T1, T2 und die Totzeit L1, L2 verringert, wenn sich die Abgasdurchflussrate Vex erhöht.
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Als nächstes wird ein Beispiel eines Betriebs der ECU 6 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auf der Grundlage eines in 10 gezeigten Ablaufdiagramms erklärt. Die ECU 6 führt den Prozess, der in dem Ablaufdiagramm von 10 gezeigt ist, mit einem vorbestimmten Zyklus durch. Zuerst wird ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 aus den Ausgängen der verschiedenartigen Sensoren in Schritt 201 erfasst. Unterdessen werden die Einlassluftdurchflussrate GA, die Einlassgastemperatur Tex1 und die Auslassgastemperatur Tex2 von dem Luftdurchflussmessgerät 71, dem Abgastemperatursensor 42 und dem Abgastemperatursensor 41 jeweils in dem Schritt 201 eingegeben. Dann wird die zweite Schätzung TDPFest2 der DPF-Temperatur aus der Auslassgastemperatur Tex2 in Schritt 202 berechnet. Schritt 202 entspricht den Schritten von Schritt 102 bis Schritt 104 in dem in 5 gezeigten Ablaufdiagramm. In Schritt 202 wird die Abgasdurchflussrate Vex aus der Einlassluftdurchflussrate GA berechnet. Dann werden die Zeitkonstante T2 der Verzögerung erster Ordnung und die Totzeit L2 bei der Abgasdurchflussrate Vex auf der Grundlage der in den 4A und 4B gezeigten Graphiken berechnet. Dann wird die Schätzung TDPFest2 auf der Grundlage der inversen Übertragungsfunktion berechnet, die in 8B gezeigt ist.
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In Schritt 203 wird ermittelt, ob die zweite Schätzung TDPFst2, die in Schritt 202 berechnet wird, höher als ein vorbestimmter Wert TDPFa ist. Der vorbestimmte Wert TDPFa ist auf eine Aktivierungstemperatur (beispielsweise 200°C) des Oxidationskatalysators gesetzt, der an dem DPF 3 gestützt ist. Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt 203 „JA” ist, wird ermittelt, dass die Temperatur des DPF 3 höher als die Aktivierungstemperatur TDPFa ist, und schreitet der Prozess zu Schritt 204 weiter. Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt 203 „NEIN” ist, wird ermittelt, dass der Oxidationskatalysator nicht aktiviert ist. Für den Fall kann die Temperaturerhöhung aufgrund der katalytischen Reaktionswärme nicht gemessen werden. Daher wird der Prozess unmittelbar beendet.
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In Schritt 204 wird die erste Schätzung TDPFest1 der DPF-Temperatur aus der Einlassgastemperatur Tex des DPF 3 berechnet. Zunächst werden die Zeitkonstante T1 der Verzögerung der ersten Ordnung und die Totzeit L1 bei der Abgasdurchflussrate Vex, die in Schritt 202 berechnet wird auf der Grundlage der in den 9A und 9B gezeigten Graphiken berechnet. Dann wird die erste Schätzung TDPFest1 auf der Grundlage der in 8A gezeigten Übertragungsfunktion berechnet. Dann wird in Schritt 205 ein Standardwert STcat für die Verschlechterungsbestimmung des Oxidationskatalysators aus dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1, wie zum Beispiel der Verbrennungsmotordrehzahl NE, dem Drehmoment oder der Kraftstoffeinspritzmenge berechnet. Die Menge des unverbrannten Kohlenwasserstoffs, der in dem Abgas enthalten ist, ändert sich gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1. Als Folge ändert sich der erwartete Wert der Temperaturerhöhung aufgrund der katalytischen Reaktion gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1. Der Standardwert STcat wird erhöht, wenn sich der erwartete Wert der Temperaturerhöhung erhöht. Eine Abbildung, die bei der Berechnung des Standardwerts STcat verwendet wird, wird im Voraus über ein Experiment und ähnliches bereitgestellt und in dem Speicher der ECU 6 gespeichert. Der Standardwert STcat ändert sich beispielsweise gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl Ne und dem Drehmoment, wie in 11 gezeigt ist. In 11 erhöht sich der Standardwert STcat entlang der Pfeilmarkierung.
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In Schritt 206 wird eine Differenz zwischen der ersten Schätzung TDPFest1 und der zweiten Schätzung TDPFest2 berechnet und wird die Differenz mit dem Standardwert STcat verglichen, die in Schritt 205 berechnet wird. Wenn die Differenz, die durch Subtrahieren der ersten Schätzung TDPFest1 von der zweiten Schätzung TDPFest2 erhalten wird, größer als der Standardwert STcat ist, wird bestimmt, dass die Temperaturerhöhung des DPF 3 aufgrund der Reaktion bei dem Oxidationskatalysator höher als ein vorbestimmter erwarteter Wert ist und dass der Oxidationskatalysator nicht verschlechtert ist. Dann wird der Prozess beendet. Wenn das Ergebnis der Ermittlung in Schritt 206 „NEIN” ist, wird bestimmt, dass die Temperaturerhöhung geringer als der erwartete Wert ist und dass der Katalysator nicht ausreichend aufgrund der Verschlechterung funktioniert. Dann wird in Schritt 207 eine Ausfallwarnlampe MIL eingeschaltet.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird die zweite geschätzte DPF-Mitteltemperatur (die zweite Schätzung TDPFest2) aus der Auslassgastemperatur Tex2 berechnet und wird die erste geschätzte DPF-Mitteltemperatur (die erste Schätzung TDPFest1) aus der Einlassgastemperatur Tex1 berechnet auf der Grundlage der einfachen Übertragungsfunktionen. Die Wirkung der Änderung der Abgastemperatur selbst kann durch Vergleichen der ersten und zweiten Schätzungen TDPFest1, TDPFest2 beseitigt werden. Daher kann auch für den Fall, bei dem sich der Betriebszustand aufgrund der Beschleunigung, der Verzögerung oder ähnlichem ändert, die Verschlechterung des Katalysators genau erfasst werden und dem Fahrer des Fahrzeugs angezeigt werden. Somit kann die Zuverlässigkeit des Systems in hohem Maße verbessert werden.
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Während der Generation des DPF 3 wird die Temperaturerhöhung durch die Verbrennung des Kohlenwasserstoffs und der Partikelstoffe verursacht. Daher wird für diesen Fall eine Abbildung für die Ermittlung bereitgestellt, die von der in 11 gezeigten Abbildung unterschiedlich ist. Jedoch kann auch während der Regeneration die Verschlechterung in ähnlicher Weise durch Berechnung des Standardwerts für die Verschlechterungsermittlung unter Berücksichtigung der Wirkung der Temperaturerhöhung aufgrund der Verbrennung des Kohlenwasserstoffs und der Partikelstoffe ermittelt werden.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird als Abgasnachbehandlungsvorrichtung der DPF mit dem Oxidationskatalysator eingesetzt. Alternativ kann ein DPF mit einem Katalysator, der ein anderer als der Oxidationskatalysator ist, oder ein Katalysator, wie zum Beispiel der Oxidationskatalysator, der NOx-Entfernungskatalysator oder der Drei-Wege-Katalysator als Abgasnachbehandlungsvorrichtung eingesetzt werden. In ähnlicher Weise kann die Verschlechterung des Katalysators genau durch Vergleichen von geschätzten Werten der Mitteltemperatur des Katalysators erfasst werden, die jeweils aus der Einlassgastemperatur und der Auslassgastemperatur unabhängig von dem Betriebszustand berechnet werden.
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Wie vorstehend erwähnt ist kann in den vorliegenden Ausführungsbeispielen genau ermittelt werden ob der Katalysator oder der DPF sich in dem geeigneten Temperaturbereich befindet, oder ob der Katalysator verschlechtert ist, und kann der Verbrennungsmotor so gesteuert werden, dass der Katalysator oder der DPF sich in dem vorbestimmten Zustand befindet. In den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen wird die Temperaturschätzeinrichtung der vorliegenden Erfindung bei der Temperatursteuerung des Katalysators oder des DPF, der Regenerationssteuerung, der Verschlechterungsermittlung und der gleichen verwendet. Alternativ kann die vorliegende Erfindung auf andere Arten der Steuerung angewendet werden. Beispielsweise bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung, der Betrieb zum Verringern der Temperatur, wenn die Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung eine vorbestimmte Temperatur übersteigt, durchgeführt. Alternativ kann ein Betrieb zum Erhöhen der Temperatur zum Halten des Katalysators oberhalb der Aktivierungstemperatur, wenn sich die Temperatur unter einer vorbestimmten Temperatur verringert, durchgeführt werden.
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Zur Vereinfachung der Erklärung wird die Mitteltemperatur des DPF 3 auf der Grundlage der Übertragungsfunktion in den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen geschätzt. Tatsächlich haben die stromaufwärtige Seite, die stromabwärtige Seite, der äußere Randbereich und der innere Randbereich des DPF jeweils verschiedene Temperaturverteilungen. Daher wird ein im Wesentlichen geschätzter Wert der Temperatur an jeweiligen Abschnitten des DPF als die Temperatur des DPF selbst in der Praxis geschätzt.
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Somit ist der Diesel-Partikelfilter (DPF) 3 mit dem Oxidationskatalysator ist zwischen Abgasrohren 2a, 2b einer Brennkraftmaschine 1 angeordnet. Ein Abgastemperatursensor 41 misst eine Auslassgastemperatur des DPF 3. Eine Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU) 6 berechnet eine geschätzte Mitteltemperatur des DPF 3 aus einer Abgabe des Abgastemperatursensors 41 unter Verwendung einer inversen Übertragungsfunktion einer Änderung der Auslassgastemperatur mit Bezug auf eine Änderung der Temperatur des DPF 3. Auf der Grundlage der geschätzten Temperatur führt die ECU 6 eine Übermaßtemperaturerhöhungsverhinderungssteuerung oder eine Regenerationssteuerung des DPF 3 durch. Die Übertragungsfunktion ist einfach mit einer Verzögerung erster Ordnung und einer Totzeit ausgedrückt. Eine Zeitkonstante der Verzögerung erster Ordnung und die Totzeit werden gemäß einer Abgasdurchflussrate gesetzt.