-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem, das einen Partikelfilter zum Sammeln von partikelförmigen Stoffen beinhaltet, die im Abgas einer Brennkraftmaschine vorhanden sind.
-
Partikelförmige Stoffe, die von einem Dieselmotor abgegeben werden, haben eine große Auswirkung auf die Umwelt. Als Gegenmaßnahme dagegen wird herkömmlich beispielsweise ein Dieselpartikelfilter (nachstehend ein DPF), der aus einem porösen Keramikkörper ausgebildet ist, eingesetzt. Vorrichtungen zur Reduzierung partikelförmiger Emissionen unter Verwendung eines DPF sind beispielsweise in der
DE 101 61 396 A1 ,
US 4 535 588 A und der
JP 2000 170 521 A beschrieben. Daneben beschreiben die
DE 694 25 177 T2 und die
US 6 470 850 B1 eine Reduzierung partikelförmiger Emissionen unter Verwendung einer EGR-Steuerung in Kombination mit einer Steuerung der Kraftstoffeinspritzung. Falls ein DPF verwendet wird, ist der DPF in einer Abgasleitung angeordnet, um die partikelförmigen Stoffe an seinen porösen Zwischenwänden zu sammeln. Der DPF wird durch Beseitigen der gesammelten partikelförmigen Stoffe durch regelmäßiges Brennen regeneriert.
-
In der Regeneration des DPF wird eine Menge der angesammelten partikelförmigen Stoffe (nachstehend eine PM Akkumulationsmenge m) basierend auf einem Druckunterschied über den DPF berechnet. Wenn die PM Akkumulationsmenge m eine vorgegebene Menge überschreitet, wird eine Temperaturerhöhungseinrichtung betrieben, um den DPF über eine gewisse Temperatur zu erwärmen, bei der die partikelförmigen Stoffe verbrannt werden können, so dass der DPF regeneriert wird. Unter einigen Betriebszuständen des Motors steigt die Temperatur des Abgases auf eine hohe Temperatur, bei der spontane Verbrennung der partikelförmigen Stoffe möglich ist. Um den DPF effizient zu regenerieren, sollte die Temperaturerhöhungseinrichtung bevorzugt in Übereinstimmung mit des Betriebszustands des Motors betrieben werden. Eine Technologie dieser Art, die auf effizientes Regenerieren des DPF zielt, ist beispielsweise in der
japanischen ungeprüften Patentschrift Nr. 2000-170521 offenbart.
-
Die vorstehende Patentschrift offenbart ein Verfahren zum Auswählen einer Temperaturerhöhungseinrichtung in Übereinstimmung mit eines Betriebszustands eines Motors und zum Regenerieren des DPF durch Erhöhen der Temperatur des DPF mit der ausgewählten Temperaturerhöhungseinrichtung, wenn die PM Akkumulationsmenge m eine vorgegebene Menge erreicht. Der Betriebszustand (Lastzustand) des Motors ist in eine Vielzahl von Bereichen beispielsweise basierend auf einer Motordrehzahl und einem Ausgangsdrehmoment klassifiziert. Unterschiedliche Arten von Regenerierbetrieben werden in den entsprechenden Bereichen ausgeführt. In einem Bereich, in dem spontane Verbrennung der akkumulierten partikelförmigen Stoffe möglich ist, wird kein spezieller Betrieb ausgeführt. Somit kann die Regeneration des DPF geeignet ausgeführt werden, während eine Erhöhung an Kraftstoffverbrauch verhindert wird.
-
Das Verfahren, das in der vorstehenden Patentschrift offenbart ist, führt jedoch keinen Temperaturerhöhungsbetrieb in einem Bereich aus, in dem die Motordrehzahl niedrig ist und eine Last gering ist, sogar wenn die PM Akkumulationsmenge m eine Menge erreicht, bei der die Regeneration des DPF notwendig ist. Es ist so, da die Temperaturerhöhung des DPF auf die Temperatur, die Verbrennung der partikelförmigen Stoffe ermöglicht, in einem Niedrigdrehzahlbereich und einem Niedriglastbereich schwierig ist. Insbesondere wird in der Technologie, die in der vorstehenden Patentschrift offenbart ist, der Regenerierbetrieb nicht ausgeführt, wenn der Betriebszustand des Motors in dem Niedrigdrehzahlbereich und dem Niedriglastbereich in dem Fall ist, in dem die PM Akkumulationsmenge m die Menge erreicht, bei der die Regeneration notwendig ist. Wenn der Betriebszustand des Motors in den Niedrigdrehzahlbereich und den Niedriglastbereich während der Regeneration eintritt, wird der Regenerationsbetrieb gestoppt.
-
Sogar wenn der Betrieb des Motors in dem Niedrigdrehzahlbereich und dem Niedriglastbereich, wie beispielsweise einem Leerlaufbetrieb oder einem Betrieb in einem Verkehrsstau, für eine lange Zeit fortgesetzt wird, wird jedoch eine große Menge an partikelförmigen Stoffen in dem DPF jenseits einer zulässigen Menge akkumuliert.
-
Wenn die PM Akkumulationsmenge m steigt, wird der Abgasdruck gesteigert und ein Motorleistungsausgang wird verschlechtert. Ferner kann Reaktionswärme, die erzeugt wird, wenn die große Menge der akkumulierten partikelförmigen Stoffe schnell verbrannt wird, den DPF und einen Katalysator verschlechtern und beschädigen. Um diese Probleme zu verhindern, wird ein zulässiger Wert der PM Akkumulationsmenge m bestimmt.
-
Daher gibt es in dem Fall, in dem mehr partikelförmigen Stoffe als die zulässige Menge angesammelt sind, eine Wahrscheinlichkeit, dass der Motorleistungsausgang in der Technologie, die in der vorstehenden Patentschrift offenbart ist, verschlechtert wird. Ferner gibt es, wenn der Betriebszustand des Motors auf ein Mittellastbetriebszustand oder danach auf einen Hochlastbetriebszustand geändert wird, eine Wahrscheinlichkeit, dass die große Menge der angesammelten partikelförmigen Stoffe schnell verbrannt werden kann, und der DPF und der Katalysator können verschlechtert und beschädigt werden.
-
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine vorzusehen, die übermäßige Akkumulation von partikelförmigen Stoffen in einem DPF jenseits einer zulässigen Menge verhindern kann. Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe durch ein Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1. Damit kann eine Verschlechterung einer Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine verhindert werden und eine Verschlechterung oder eine Beschädigung des DPF und eines Katalysators, die verursacht werden kann, wenn die große Menge der partikelförmigen Stoffe schnell verbrannt wird, kann verhindert werden. Somit kann ein sicheres und hochleistungsfähiges Abgasreinigungssystem geschaffen werden.
-
Ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine hat einen Partikelfilter, eine Betriebszustandserfassungseinrichtung, eine Erfassungseinrichtung für die Akkumulation partikelförmigen Stoffe, eine Temperaturerhöhungseinrichtung und eine Temperaturerhöhungssteuereinrichtung. Der Partikelfilter ist in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine zum Sammeln partikelförmiger Stoffe angeordnet, die in dem Abgas enthalten sind. Die Betriebszustandserfassungseinrichtung erfasst einen Betriebszustand des Motors. Diese Erfassungseinrichtung für die Akkumulation partikelförmiger Stoffe erfasst die Menge der partikelförmigen Stoffe, die in dem Partikelfilter akkumuliert sind. Die Temperaturerhöhungseinrichtung erhöht die Temperatur des Partikelfilters. Die Temperaturerhöhungssteuereinrichtung steuert die Temperaturerhöhungseinrichtung basierend auf Erfassungsergebnissen der Betriebszustandserfassungseinrichtung und der Erfassungseinrichtung für die Akkumulationsmenge der partikelförmigen Stoffe. Die Temperaturerhöhungssteuereinrichtung hat eine Verhinderungseinrichtung für die Akkumulation partikelförmiger Stoffe zum Verhindern der Akkumulation der partikelförmigen Stoffe an dem Partikelfilter, wenn die Akkumulationsmenge partikelförmiger Stoffe eine vorgegebene Menge überschreitet und einen vorgegebene Betriebszustand eingerichtet ist.
-
Sogar wenn die Regeneration des Partikelfilters basierend auf den Erfassungsergebnis der Erfassungseinrichtung für die Akkumulation partikelförmiger Stoffe erforderlich ist, wird die Regeneration und dergleichen in der Technologie des Standes der Technik nicht ausgeführt, wenn der Betriebszustand auf einen Niedrigdrehzahl und einen Niedriglastbetrieb geändert wird, in dem die Temperaturerhöhung für die Regeneration schwierig ist. Daher gibt es eine Wahrscheinlichkeit, dass die PM Akkumulationsmenge m weiter steigen kann und die Partikelfiltertemperatur extrem steigen kann, wenn danach die Regeneration ausgeführt wird. Im Gegensatz dazu wird die Verhinderungseinrichtung für die Akkumulation partikelförmiger Stoffe des Abgasreinigungssystems der vorliegenden Erfindung betrieben, um die Akkumulation der partikelförmigen Stoffe bei dem vorgegebenen Betriebszustand zu verhindern. Daher wird die PM Akkumulationsmenge m praktisch nicht erhöht. Daher kann der Partikelfilter durch Ausführen des Temperaturerhöhungsbetriebs mit der Temperaturerhöhungssteuereinrichtung sicher regeneriert werden, wenn die Regeneration danach möglich wird. Somit kann Verschlechterung der Motorleistung oder Verschlechterung eines Katalysators verhindert werden.
-
Merkmale und Vorteile eines Ausführungsbeispiels werden ebenso wie Verfahren des Betriebs und die Funktion der zugehörigen Teile aus einem Studium der nachstehenden detaillierten Beschreibung, der anhängenden Ansprüche und der Zeichnungen gewürdigt, die alle einen Teil dieser Anmeldung ausbilden. In den Zeichnungen:
- 1 ist ein schematisches Schaubild, das ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2 ist ein Graph, der Betriebsbereiche des Motors zeigt, die basierend auf einer Motordrehzahl und einem Ausgangsdrehmoment des Motors gemäß dem Ausführungsbeispiel definiert sind;
- 3 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Betrieb einer elektronischen Steuereinheit des Abgasreinigungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
- 4 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Abgasrezirkulierungsmenge und einer Partikelabgabemenge in einem Niedrigdrehzahlbetriebsbereich und einem Niedriglastbetriebsbereich des Motors gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
- 5 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem oberen Grenzwert einer Kraftstoffeinspritzmenge und der Partikelabgabemenge in dem Niedrigdrehzahlbetriebsbereich und dem Niedriglastbetriebsbereich des Motors gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
- 6 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einem Kraftstoffeinspritzdruck und der Partikelausgabemenge in dem Niedrigdrehzahlbetriebsbereich und dem Niedriglastbetriebsbereich des Motors gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
- 7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer Kraftstoffeinspritzzeitgebung und der Partikelausgabemenge in dem Niedrigdrehzahlbetriebsbereich und dem Niedriglastbetriebsbereich des Motors gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
- 8 ist ein Graph, der Beziehungen zwischen einer Nacheinspritzmenge, einem Kraftstoffverbrauch und einer Temperatur des Dieselpartikelfilters, der einen Oxidationskatalysator hat, in dem Niedrigdrehzahlbetriebsbereich und dem Niedriglastbetriebsbereich des Motors gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt; und
- 9 ist ein Zeitdiagramm, das eine Wirkung des Abgasreinigungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt, während ein Fahrzeug fährt.
-
Bezugnehmend auf 1 ist ein Abgasreinigungssystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Abgasreinigungssystem, das in 1 gezeigt ist, wird bei einem Dieselmotor 1 angewandt. In einem Abgaskanal des Dieselmotors 1 ist ein Dieselpartikelfilter 3, der mit einem Oxidationskatalysator auf seiner Oberfläche zur Anwendung gebracht ist (ein DPF 3, der einen Oxidationskatalysator hat), ist zwischen einer stromaufwärtigen Abgasleitung 2a und einer stromabwärtigen Abgasleitung 2b angeordnet. Der DPF 3 ist beispielsweise aus hitzeresistenter Keramik, wie beispielsweise Cordierit, in der Form einer Wabe ausgebildet, die eine Vielzahl von Zellen als Gaskanälen hat. Ein Einlass oder ein Auslass jeder Zelle des DPF 3 ist abwechselnd blockiert. Der Oxidationskatalysator, wie beispielsweise Platin, ist auf die Oberflächen der Zellenwände des DPF 3 aufgebracht. Abgas, das von dem Motor 1 abgegeben wird, fließt stromabwärtig, während es durch die porösen Zwischenwände des DPF 3 verläuft. Unterdessen werden partikelförmige Stoffe, die in dem Abgas enthalten sind, durch die Zwischenwände gesammelt und fortschreitend in dem DPF 3 akkumuliert. Der Oxidationskatalysator wird eingesetzt, um stabile Verbrennung auszuführen, während die Temperatur zur Regeneration sinkt. Alternativ kann der DPF 3, der keinen Oxidationskatalysator hat, eingesetzt werden.
-
Ein Abgastemperatursensor 41 zum Erfühlen der Temperatur des DPF 3 ist in der stromabwärtigen Abgasleitung 2b stromabwärts des DPF 3 angeordnet. Der Abgastemperatursensor 41 ist mit einer elektronischen Steuereinheit (einer ECU) 6 verbunden. Der Abgastemperatursensor 41 fühlt die Temperatur des Abgases an dem Auslass des DPF 3 und gibt die Temperatur zu der ECU 6 aus. Ein Durchflussmesser (ein Einlassmengensensor) 42 ist in einer Einlassleitung 11 des Motors 1 angeordnet. Der Durchflussmesser 42 fühlt eine Lufteinlassmenge und gibt die Einlassmenge zu der ECU 6 aus. Die Einlassleitung 11 ist mit der stromaufwärtigen Abgasleitung 2a stromaufwärtig des DPF 3 durch einen Abgasrezirkulierungskanal (ein EGR-Kanal) 71 verbunden, der ein Abgasrezirkulierungsventil (ein EGR-Ventil) 7 hat. Die ECU 6 steuert den Antrieb des EGR-Ventils 7.
-
Ein Druckdifferenzsensor 5 ist mit der stromaufwärtigen Abgasleitung 2a und der stromabwärtigen Abgasleitung 2b zum Messen einer Menge der partikelförmigen Stoffe, die in dem DPF 3 gesammelt und akkumuliert sind (nachstehend eine PM Akkumulationsmenge m), durch Fühlen einer Druckdifferenz über den DPF 3. Ein Ende des Druckdifferenzsensors 5 ist mit der stromaufwärtigen Abgasleitung 2a stromaufwärtig des DPF 3 durch eine Druckeinführleitung 51 verbunden. Das andere Ende des Druckdifferenzsensors 5 ist mit der stromabwärtigen Abgasleitung 2b stromabwärts des DPF 3 durch eine andere Druckeinführleitung 52 verbunden. Der Druckdifferenzsensor 5 gibt ein Signal entsprechend der Druckdifferenz über dem DPF 3 zu der ECU 6 aus.
-
Des Weiteren ist die ECU 6 mit verschiedenen Sensoren, wie beispielsweise einem Gaspedalstellungssensor 61 oder einem Drehzahlsensor 62, verbunden. Die ECU 6 berechnet entsprechend des Betriebszustands des Motors basierend auf Erfassungssignalen, die von den verschiedenen Sensoren ausgegeben werden, eine optimale Kraftstoffeinspritzmenge, eine Einspritzzeitgebung, einen Einspritzdruck und dergleichen. Somit steuert die ECU 6 die Kraftstoffeinspritzung des Motors 1. Die ECU 6 steuert eine Menge (eine EGR Menge) des Abgases, dass in eine Einlassluft durch Regulieren eines Öffnungsgrades des EGR Ventils 7 rezirkuliert wird.
-
Die ECU 6 steuert die Regeneration des DPF 3, so dass die PM Akkumulationsmenge m einen zulässigen Bereich nicht überschreitet. Daher hat in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die ECU 6 eine Betriebszustandserfassungseinrichtung zum Erfassen des Betriebszustands des Motors 1, wie beispielsweise einer Motordrehzahl und einer Gaspedalstellung (oder ein Drehmoment, die Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen). Die ECU 6 hat eine Erfassungseinrichtung für die PM Akkumulationsmenge zum Berechnen der PM Akkumulationsmenge m basierend auf der Druckdifferenz über dem DPF 3 und einer Durchflussrate des Abgases, dass durch den DPF 3 fließt. Alternativ berechnet die Erfassungseinrichtung für die PM Akkumulationsmenge die PM Akkumulationsmenge m in dem DPF 3 durch Akkumulieren der Menge der partikelförmigen Stoffe (PM Ausgabemenge md), die von dem Motor 1 basierend auf zurückliegendem Motorbetrieb abgegeben werden. Die ECU 6 hat eine DPF Temperaturerhöhungssteuereinrichtung zum Betreiben einer DPF Temperaturerhöhungseinrichtung, die die Temperatur des DPF 3 erhöht, basierend auf den Erfassungsergebnissen der Betriebszustandserfassungseinrichtung und der Erfassungseinrichtung für die PM Akkumulationsmenge. Die DPF Temperaturerhöhungseinrichtung kann eine Voreinspritzung, eine Verzögerung der Kraftstoffeinspritzzeitgebung, eine Beschränkung der Einlassluft oder eine Kombination dieser Verfahren ausführen, um die Temperatur des DPF 3 zu erhöhen.
-
Nachstehend wird die Temperaturerhöhungssteuereinrichtung erläutert. Die Temperaturerhöhungssteuereinrichtung betreibt die DPF Temperaturerhöhungseinrichtung in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors 1, wenn die PM Akkumulationsmenge m in dem DPF 3 eine vorgegebene Menge überschreitet. Die Temperaturerhöhungssteuereinrichtung führt ein Betrieb zum Verhindern des Akkumulierens der partikelförmigen Stoffe in dem DPF 3 mit einer PM Akkumulierungsverhinderungseinrichtung aus, wenn der Temperaturerhöhungsbetrieb mit der DPF Temperaturerhöhungseinrichtung schwierig ist. Insbesondere wird, wie in 2 gezeigt ist, der Betriebsbereich des Motors 1 in drei Bereiche A, B, C basierend auf der Motordrehzahl NE und den Ausgangsdrehmoment des Motors klassifiziert. Der Bereich A repräsentiert einen Hochlastbetriebsbereich des Motors 1. Der Bereich B repräsentiert einen Mittellastbetriebsbereich des Motors 1. Der Bereich C repräsentiert eine Niedrigdrehzahlbetriebsbereich und dem Niedriglastbetriebsbereich des Motors 1. Insbesondere wird der Betriebszustand des Motors 1 bestimmt, um in-dem Bereich A zu sein, wenn das Ausgangsdrehmoment des Motors 3 gleich oder größer als ein erster Schwellwert ist, der in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl NE bestimmt ist. Der Betriebszustand des Motors 1 wird bestimmt, um in dem Bereich B zu sein, wenn das Ausgangsdrehmoment des Motors 1 geringer als der erste Schwellwert ist und gleich oder größer als ein zweiter Schwellwert ist, der in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl NE bestimmt ist und geringer als der erste Schwellwert ist. Der Betriebszustand des Motors 1 wird bestimmt, um in dem Bereich C zu sein, wenn das Ausgangsdrehmoment des Motors 1 geringer als der zweite Schwellwert ist.
-
Wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem Bereich A ist, ist die Temperatur des Abgases hoch (zum Beispiel die Temperatur jenseits 500°C) und die partikelförmigen Stoffe, die in dem DPF 3 akkumuliert sind, können spontan verbrennen. Daher wird kein spezieller Temperaturerhöhungsbetrieb ausgeführt.
-
Wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem Bereich B ist, wird die Temperaturerhöhungseinrichtung betrieben, um den DPF 3 durch Verbrennen der partikelförmigen Stoffe, die in dem DPF 3 akkumuliert sind, zu regenerieren.
-
Wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem Bereich C ist, wird die Temperaturerhöhungseinrichtung, die in dem Bereich B betrieben wird, nicht betrieben. Dies ist so, da der Kraftstoffverbrauch erheblich erhöht werden wird, wenn die Temperaturerhöhungseinrichtung betrieben wird, um den DPF 3 auf die Temperatur (zum Beispiel 500°C oder höher) zu erwärmen, die hoch genug ist, um die partikelförmigen Stoffe zu verbrennen und zu beseitigen, wenn der Betriebszustand des Motors 1 in dem Bereich C ist.
-
Ein große Menge der partikelförmigen Stoffe wird in der DPF 3 akkumuliert, wenn der Betriebszustand des Motors 1 für einen langen Zeitraum in dem Bereich C verbleibt. In diesem Fall gibt es eine Wahrscheinlichkeit, dass die partikelförmigen Stoffe, die mehr als eine zulässige Menge sind, schnell verbrennen, wenn der Betriebszustand des Motors 1 danach beispielsweise in den Bereich A gebracht wird. Als ein Ergebnis wird ein Basismaterial des DPF 3 oder der Katalysator auf eine hohe Temperatur (zum 800°C oder höher) über eine zulässige Temperatur erwärmt und der DPF 3 oder der Katalysator können verschlechtert oder beschädigt werden. Daher wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, um das vorstehende Problem zu vermeiden, die PM Akkumulierungsverhinderungseinrichtung betrieben, um die Erhöhung der PM Akkumulationsmenge m zu verhindern.
-
Insbesondere verringert die PM Akkumulierungsverhinderungseinrichtung die PM Abgabemenge md, wenn der Betriebszustand des Motors in dem Bereich C ist, um das Akkumulieren der neuen partikelförmigen Stoffe in dem DPF 3 zu verhindern. Als ein Ergebnis können in dem Fall, in dem der Betriebszustand des Motors 1 danach in den Bereich A oder den Bereich B gebracht wird, die partikelförmigen Stoffe, die in dem DPF 3 akkumuliert sind, sicher verbrannt werden.
Insbesondere verringert die PM Akkumulierungsverhinderungseinrichtung die PM Ausgabemenge md durch Verringern der EGR Menge von einem voreingestellten Wert. Alternativ verringert die PM Akkumulierungsverhinderungseinrichtung einen oberen Grenzschutzwert der Einspritzmenge in Bezug auf die Einlassmenge. Der obere Grenzschutzwert ist festgesetzt, um die Abgabe der partikelförmigen Stoffe zu verhindern. Somit kann, sogar wenn die Einlassmenge in Bezug auf die Kraftstoffeinspritzmenge unzureichend wird (insbesondere, wenn das Fahrzeug beispielsweise beschleunigt wird), die Erzeugung der partikelförmigen Stoffe, die durch Knappheit der Luft an dem Motor 1 verursacht wird, effizient verhindert werden. Als Ergebnis können, sogar wenn das Fahrzeug in einem Verkehrsstau fährt, in dem Beschleunigung und Verzögerung bei einer geringen Drehzahl wiederholt werden, die partikelförmigen Stoffe, die in der DPF 3 akkumuliert sind, verringert werden. Der Verringerungsgrad des Schutzwerts ist innerhalb eines Bereichs festgesetzt, in dem eine Beschleunigungsleistung (Fahrleistung) des Fahrzeugs nicht verschlechtert wird.
-
Alternativ kann der Kraftstoffeinspritzdruck verringert werden oder eine Kraftstoffeinspritzzeitgebung kann nach vorne verschoben werden, um die Ausgabe der partikelförmigen Stoffe zu verringern. Zusätzlich kann die Erhöhung der PM Akkumulationsmenge m durch fortschreitendes Verbrennen der partikelförmigen Stoffe verhindert werden, die in dem DPF 3 akkumuliert sind. Insbesondere wird die Temperaturerhöhungseinrichtung in einem Bereich betrieben, in dem der Kraftstoffverbrauch nicht übermäßig verschlechtert wird, so dass die Temperatur des DPF 3 auf eine gewisse Temperatur erhöht wird (zum Beispiel 400°C), die niedriger als die Temperatur ist, die in dem Betrieb in dem Bereich B erhalten wird. In diesem Verfahren können die partikelförmigen Stoffe in dem DPF 3 durch Verbrennung nicht schnell eliminiert werden. Daher werden die partikelförmigen Stoffe in dem DPF 3 fortschreitend verbrannt, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindert wird. Daher kann die Akkumulation der partikelförmigen Stoffe jenseits der zulässigen Menge vermieden werden. Als ein Ergebnis können, wenn der Betriebszustand des Motors 1 in den Bereich A oder den Bereich B eintritt, die partikelförmigen Stoffe, die in dem DPF 3 akkumuliert sind, sicher verbrannt werden.
-
Unter einigen Bedingungen können die Motoremission und dergleichen durch die vorstehenden Betriebe verschlechtert werden. Die PM Ausgabemenge md von dem Motor 1 ist in dem Bereich C verhältnismäßig klein. Daher wird die große Menge der partikelförmigen Stoffe in der DPF 3 nicht schnell akkumuliert. Daher sollte, sogar wenn der Betriebszustand des Motors 1 in den Bereich C eintritt, unmittelbar kein spezieller Betrieb ausgeführt werden. Stattdessen sollte bevorzugt mit der Bestimmungseinrichtung bestimmt werden, ob eine Dauer des Betriebszustands in den Bereich C länger als eine vorgegebene Dauer ist. Die Probleme der Verschlechterung in dem Kraftstoffverbrauch und der schnellen Verbrennung der akkumulierten partikelförmigen Stoffe kann durch Betreiben der PM Akkumulierungsverhinderungseinrichtung oder der Temperaturerhöhungseinrichtung nur vermieden werden, wenn der Betriebszustand in dem Bereich C für einen langen Zeitraum weiterläuft.
-
Nachstehend wird eine Steuerroutine für die Regeneration des DPF 3 durch die ECU 6 basierend auf einem Ablaufdiagramm, dass in 3 gezeigt ist, erläutert. Die ECU 6 führt die Routine in einem vorgegebenen Intervall aus. Bei Schritt S101 wird die PM Akkumulationsmenge m der partikelförmige Stoffe, die in dem DPF 3 akkumuliert sind, berechnet. Die PM Akkumulationsmenge m kann aus der Druckdifferenz über dem DPF 3 berechnet werden, die beispielsweise durch den Druckdifferenzsensor 5 gefühlt wird. Dies ist so, da die Druckdifferenz, die erzeugt wird, wenn eine vorgegebene Menge des Abgases durch den DPF 3 verläuft, mit der PM Akkumulationsmenge m korreliert. Die Beziehung zwischen der Druckdifferenz und der PM Akkumulationsmenge m wird durch Versuche und dergleichen berechnet und ist in einem Speicher der ECU 6 als Daten im voraus akkumuliert. Die Abgasmenge wird aus der Einlassmenge, die durch den Durchflussmesser 42 gefühlt wird, der Temperatur des DPF 3 (DPF Temperatur), die durch einen Abgastemperatursensor 41 gefühlt wird, und dergleichen berechnet.
-
Alternativ kann die PM Akkumulationsmenge m basierend auf den zurückliegenden Betrieb des Motors 1 berechnet werden. Beispielsweise wird die PM Ausgabemenge md pro Zeiteinheit aus der Motordrehzahl NE und dem Ausgangsdrehmoment berechnet. Die PM Akkumulationsmenge m kann durch Multiplizieren der PM Ausgabemenge md pro Zeiteinheit mit dem Sammelwirkungsgrad für partikelförmige Stoffe an dem DPF 3 berechnet werden.
-
Bei Schritt S102 wird bestimmt, ob die PM Akkumulationsmenge m, die bei Schritt S101 berechnet ist, eine vorgegebene Menge erreicht, bei der die Regeneration des DPF 3 durch die Verbrennung und die Beseitigung der partikelförmigen Stoffe erforderlich ist. Insbesondere wird bei Schritt S102 bestimmt, ob die PM Akkumulationsmenge m größer als eine angegebene Menge α ist oder nicht. Die vorgegebene Menge α wird im voraus normal aus der Perspektive der Verhinderung der Verringerung des Motorleistungsausgangs und der Verschlechterung oder der Beschädigung des Filterbasismaterials und des Katalysators bestimmt. Die Verringerung des Motorleistungsausgangs wird durch Verringerung des Abgasdrucks durch die Akkumulation der partikelförmigen Stoffe in dem DPF 3 verursacht. Die Verschlechterung oder Beschädigung des Filterbasismaterials und des Katalysators wird durch die Reaktionswärme verursacht, die erzeugt wird, wenn die große Menge der akkumulierten partikelförmigen Stoffe auf einmal verbrannt wird. Wenn das Ergebnis der Bestimmung bei Schritt S102 „NEIN“ ist, wird bestimmt, dass die Regeneration unnötig ist und die Steuerroutine endet damit.
-
Wenn das Ergebnis der Bestimmung bei Schritt S102 „JA“ ist, schreitet der Prozess zu Schritt S103 fort und die Motordrehzahl NE und die Gaspedalposition ACCP werden von dem Drehzahlsensor 62 und dem Gaspedalpositionssensor 61 eingegeben. Bei Schritt S104 wird ein Ausgangsdrehmoment aus der Motordrehzahl NE und der Gaspedalposition ACCP berechnet, die bei Schritt S103 eingegeben wird, und ein Bereich des derzeitigen Betriebszustands des Motors 1 wird bestimmt und aus den Bereichen A, B, C basierend auf 2 ausgewählt. Dann wird ein nachfolgender Betrieb aus den unterschiedlichen Betriebsarten in Übereinstimmung mit dem bestimmten Bereich des Betriebszustands des Motors 1 ausgewählt. Wenn bestimmt ist, dass der Betriebszustand des Motors 1 in dem Bereich A ist, ist der Motor 1 in dem Hochlastbetriebsbereich. In diesem Fall ist die Temperatur des Abgases hoch und die partikelförmigen Stoffe, die in der DPF 3 akkumuliert sind, verbrennen spontan. Daher wird kein spezieller Betrieb ausgeführt und die Steuerroutine endet damit.
-
Wenn der Motorbetriebszustands bestimmt ist, um in dem Bereich B zu sein, schreitet der Prozess zu Schritt S105 fort und der Temperaturerhöhungsbetrieb zum Regenerieren des DPF 3 wird mit der DPF Temperaturerhöhungseinrichtung ausgeführt. Die DPF Temperaturerhöhungseinrichtung führt die Nacheinspritzung, die Verzögerung der Kraftstoffeinspritzzeitgebung, die Beschränkung der Einlassluft oder eine Kombination dieser Verfahren aus, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen und die Oxidationsreaktion von unverbrannten Kohlenwasserstoff an dem Oxidationskatalysator auszuführen. Somit wird die Temperatur des DPF 3 auf eine hohe Temperatur erhöht (zum Beispiel 500°C oder höher). Somit werden die partikelförmigen Stoffe, die in dem DPF akkumuliert sind, verbrannt und beseitigt, so dass die Sammelfähigkeit des DPF 3 regeneriert ist.
-
Wenn der Motorbetriebszustand bestimmt ist, um in den Bereich C zu sein (der Niedrigdrehzahlbetriebsbereich und der Niedriglastbetriebsbereich), schreitet der Prozess zu Schritt 106 fort und es wird bestimmt, ob die Dauer t des Betriebs in dem Bereich C gleich oder länger als eine vorgegebene Periode tα ist. Wenn ein Betrieb bei Schritt S107 (nachstehend erläutert) ausgeführt wird, gibt es eine Wahrscheinlichkeit, dass die Motoremission und dergleichen unter einigen Bedingungen leicht verschlechtert sein kann. Die PM Ausgabemenge md von dem Motor 1 in dem Bereich C ist verhältnismäßig gering und die große Menge der partikelförmigen Stoffe wird in dem DPF 3 nicht schnell akkumuliert. Daher wird, sogar wenn der Motorbetriebszustand in den Bereich C eintritt, unmittelbar kein spezieller Betrieb ausgeführt. Nur in dem Fall, in dem der Betriebszustand in dem Bereich C für eine lange Zeit fortfährt, wird der Betrieb in Schritt S107 ausgeführt. Der vorgegebene Zeitraum tα ist beispielsweise mit 30 Minuten festgelegt. Wenn das Ergebnis der Bestimmung bei Schritt S106 „NEIN“ ist, endet die Routine damit.
-
Wenn das Ergebnis der Bestimmung bei Schritt S106 „JA“ ist, schreitet der Prozess zu Schritt S107 fort und ein Betrieb zum Verhindern der Erhöhung der PM Akkumulationsmenge m in dem DPF 3 wird bei Schritt S107 ausgeführt. Beispiele des Betriebs bei Schritt S107 werden nachstehend aufgezählt.
-
(Beispiel 1)
-
Wie in 4 gezeigt ist, steigt die PM Ausgabemenge md schnell, wenn die EGR Menge W des EGR Gases, das durch den EGR Kanal 71, der in 1 gezeigt ist, zu der Einlassluft rezirkuliert wird, einen bestimmten Wert überschreitet. Daher wird die EGR Menge W von einer voreingestellten Menge W2 auf eine andere Menge W1 verringert, bei der die PM Ausgabemenge md verhältnismäßig klein ist, um die PM Ausgabemenge md zu begrenzen.
-
(Beispiel 2)
-
Wie in 5 gezeigt ist, steigt die PM Ausgabemenge md schnell, wenn die Kraftstoffeinspritzmenge einen bestimmten Wert überschreitet. Die Erzeugung der partikelförmigen Stoffe schreitet fort, wenn die Menge der Einlassluft unzureichend in Bezug auf die Kraftstoffmenge ist. Daher wird der obere Grenzwert X der Kraftstoffeinspritzmenge von einem voreingestellten Wert X2 auf einen anderen Wert X1 verringert, um die PM Ausgabemenge md zu beschränken, wie in 5 gezeigt ist. Somit kann die Erzeugung der partikelförmigen Stoffe effektiv verhindert werden.
-
(Beispiel 3)
-
Wie in 6 gezeigt ist, fällt die PM Ausgabemenge md, wenn der Kraftstoffeinspritzdruck Y steigt. Daher steigt der Kraftstoffeinspritzdruck Y von einem voreingestellten Druck Y2 auf einen anderen Druck Y1, um die PM Ausgabemenge md zu begrenzen.
-
(Beispiel 4)
-
Wie in 7 gezeigt ist, steigt die PM Ausgabemenge md, wenn die Kraftstoffeinspritzzeitgebung Z verzögert wird. Daher wird die Kraftstoffeinspritzzeitgebung von der voreingestellten Zeitgebung Z2 auf eine andere Zeitgebung Z1 nach vorne verschoben, um die PM Ausgabemenge md zu begrenzen.
-
(Beispiel 5)
-
Zusätzlich zu den Betrieben in den Beispielen 1 bis 4 kann ein Betrieb zum Erhöhen der Temperatur T des DPF 3 auf eine gewisse Temperatur T1 (zum Beispiel 400°C), die niedriger als die Temperatur T2 (zum Beispiel 500°C) ist, als ein voreingestellter Wert des Temperaturerhöhungsbetriebs in dem Bereich B ausgeführt werden, wie in 8 gezeigt ist. In diesem Betrieb führt die DPF Temperaturerhöhungseinrichtung die Nacheinspritzung aus, um die Temperatur des DPF 3 zu erhöhen. Somit ist die Erhöhung der PM Akkumulationsmenge m in dem DPF 3 durch fortschreitende Verbrennung der partikelförmigen Stoffe effektiver verhindert. Somit kann der Kraftstoffverbrauch M von einer voreingestellten Menge M2 auf eine andere Menge M1 verringert werden, wenn die Temperatur T des DPF 3 von der voreingestellten Temperatur T2 auf die Temperatur T1 verringert wird, wie in 8 gezeigt ist. Als ein Ergebnis ist die Nacheinspritzmenge Qp verringert. Somit kann die Wirkung des Begrenzens der PM Akkumulationsmenge m verbessert sein, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindert ist.
-
9 ist ein Zeitablauf, der die Wirkung der vorliegenden Erfindung zeigt, während das Fahrzeug fährt. In 9 repräsentiert V eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs. In der Technologie des Standes der Technik, der keine PM Akkumulationsmengenverhinderungseinrichtung hat, wird die Regeneration des DPF 3 und dergleichen nicht ausgeführt, wenn der Motorbetriebszustand in den Bereich C in dem Zustand eintritt, in dem die PM Akkumulationsmenge m m0 erreicht, bei der die Regeneration des DPF 3 erforderlich ist, wie in 9 gezeigt ist. Daher erhöht sich die PM Akkumulationsmenge m weiter, wie durch eine gestrichelte Linie „mb“ in 9 gezeigt ist. Wenn der Betriebszustand in den Bereich B eintritt und die Regeneration danach ausgeführt wird, wird die Temperatur T des DPF außerordentlich erhöht sein, wie durch eine gestrichelte Linie „Tb“ in 9 gezeigt ist. Als ein Ergebnis wird die Temperatur T des DPF eine Wärmewiderstandsgrenztemperatur T0 überschreiten.
-
Im Gegensatz dazu ist in der vorliegenden Erfindung, wenn der Motor in den Bereich C betrieben wird, die PM Ausgabemenge md verringert oder die partikelförmigen Stoffe in dem DPF 3 werden fortschreitend verbrannt. Somit ist die PM Akkumulationsmenge m praktisch nicht erhöht, wie durch eine durchgezogene Linie „ma“ in 9 gezeigt ist. Dementsprechend überschreitet, wenn das Fahrzeug danach in den Zustand in dem Bereich B fährt, die Temperatur T des DPF 3 nicht die Wärmewiderstandsgrenztemperatur T0, wie durch eine durchgezogene Linie „Ta“ in 9 gezeigt ist. Als ein Ergebnis kann der DPF 3 sicher regeneriert werden.
-
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel begrenzt sein, sondern kann auf vielen Wegen eingesetzt werden, ohne von dem Kern der Erfindung abzuweichen.
-
Eine elektronische Steuereinheit (eine ECU) (6) erfasst einen Betriebszustand eines Motors (1) und eine Menge an partikelförmigen Stoffen, die in einem Dieselpartikelfilter (ein DPF) (3) akkumuliert sind, der einen Oxidationskatalysator hat, aus einem Druckunterschied über den DPF (3). Die ECU (6) betreibt eine Temperaturerhöhungseinrichtung (S105) zum Regenerieren des DPF (3) basierend auf den vorstehenden Erfassungsergebnissen. Während einem Niedrigdrehzahlbetrieb und einem Niedriglastbetrieb führt die ECU (6) keinen Temperaturerhöhungsbetrieb gleichermaßen zu einem Betrieb aus, der während einem Mittellastbetrieb ausgeführt wird. Stattdessen führt die ECU (6) einen Betrieb, wie beispielsweise eine Verringerung einer rezirkulierten Abgasmenge, aus, um eine Erhöhung der Menge der akkumulierten partikelförmigen Stoffe zu verhindern. Wenn der Betriebszustand danach geändert wird, wird die Temperaturerhöhungseinrichtung (S105) betrieben, so dass eine sichere Regeneration des DPF (3) erhalten wird.
