DE602006000647T2

DE602006000647T2 - Abgasreinigungssystem

Info

Publication number: DE602006000647T2
Application number: DE602006000647T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Tokyo Kurita; Kei Tokyo Shigahara
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2006-09-27
Publication date: 2009-03-26
Anticipated expiration: 2026-09-28
Also published as: DE602006000647D1; JP4438729B2; EP1770254B1; EP1770254A1; US20070068148A1; CN1940258A; CN100451303C; JP2007092614A; US7628010B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage, die zur Reinigung von Motorabgas, insbesondere Dieselmotorabgas, geeignet ist.
Bisher wurde als Nachverarbeitungsanlage für einen Dieselmotor, der in einem Fahrzeug eingebaut ist, eine Abgasreinigungsanlage entwickelt, die einen Dieselpartikelfilter (DPF) (im folgenden einfach Filter genannt) zum Auffangen von Feststoffpartikeln (im folgenden PM genannt), die in Abgas enthalten sind, und einen Oxidationskatalysator zum Oxidieren und Entfernen der PM auf dem Filter aufweist. Diese Abgasreinigungsanlage erzeugt Stickstoffdioxid (NO₂) aus in Abgas enthaltenem Stickstoffmonoxid (NO) mit Hilfe des Oxidationskatalysators und verbrennt und entfernt auch kontinuierlich PM durch Reaktion von NO₂ mit auf dem Filter aufgefangenen PM, wodurch das Filter regeneriert wird. Zu beachten ist, daß eine solche Anlagenart zum kontinuierlichen Verbrennen und Entfernen von PM als kontinuierlich regenerierende Anlagenart bezeichnet wird, was in der JP-A-2003-13730 offenbart ist.
Andererseits steigt unter einer bestimmten Bedingung mit zahlreichen Verkehrsstaus (z. B. Fahrzeugfahrt mit Motordrehung mit niedriger Last und niedriger Drehzahl) die Abgastemperatur nicht so leicht, so daß die Temperatur des Filters weniger leicht eine Temperatur erreicht, die zur Verbrennung von PM erforderlich ist. Das heißt, es ist möglich, daß die PM auf dem Filter nicht ausreichend verbrannt und entfernt werden.
Aus diesem Grund wurde auch eine Abgasreinigungsanlage vom Zwangsregenerierungstyp entwickelt, die die Verbrennung von PM zwangsweise durchführt, indem sie die Filtertemperatur bewußt auf der erforderlichen Temperatur hält. Als Abgasreinigungsanlage vom Zwangsregenerierungstyp wurden viele Arten von Anlagen entwickelt, um eine Filtertemperatur durch Bereitstellen einer externen Wärmequelle, z. B. einer Heizung im Filter, oder durch Erhöhen der Abgastemperatur zu steigern.
Entwickelt wurde zudem eine Anlage zum Zuführen von unverbranntem Kraftstoff (HC) zu einem in der Stufe vor dem Filter vorgesehenen (dem Abgaskanal vorgelagerten) Oxidationskatalysator und Erhöhen der Temperatur des Filters durch Wärme, die durch eine Oxidationsreaktion erzeugt wird. Da sich durch unverbrannten Kraftstoff erzeugte Wärme direkt für die Temperaturerhöhung des Filters nutzen läßt, kann diese Anlage einen zufriedenstellenden thermischen Wirkungsgrad erzielen und wird erwartungsgemäß zu einer Anlage, die die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs unterdrücken kann.
Allerdings ist es bei der Anlage, die dem Filter Wärme von der Stromaufwärtsseite des Filters zuführt, um die Filtertemperatur zu erhöhen, denkbar, daß aufgrund der Wärmestrahlung vom Filter aus dem Abgaskanal nach außen ein Temperaturanstieg auf der Stromabwärtsseite des Filters langsam wird. Wird z. B. gemäß 7 die Einlaßtemperatur des Filters so gesteuert, daß sie zur Solltemperatur wird, die zum Verbrennen von PM erforderlich ist, ist es möglich, daß die Auslaßtemperatur des Filters nicht die Solltemperatur erreicht, weshalb zu befürchten ist, daß die PM im Filter nicht ausreichend verbrannt werden.
Da insbesondere Abgas im Leerlauf eine geringe Menge hat, wenn der Motor mit relativ niedrigen Drehzahlen läuft, steigt die vom Filter zur Außenluft abgestrahlte Wärmemenge verglichen mit der durch unverbrannten Kraftstoff erzeugten Oxidationswärmemenge, so daß eine große Temperaturdifferenz zwischen der Einlaßseite und Auslaßseite des Filters besteht. Unter der Fahrbedingung mit geringer Abgasmenge besteht daher ein Problem, daß es zu einem schwierig zu regenerierenden Teil im Filter kommen kann, insbesondere an der Auslaßseite.
Da zusätzlich die Wärmekapazität des Filters allgemein groß ist, tritt eine Geschwindigkeitsdifferenz der Temperaturerhöhung zwischen der Einlaßseite und Auslaßseite des in der Abgasleitung angeordneten Filters auf. Auch bei durchgeführter Rückführungssteuerung der Filterauslaßtemperatur ist es aus diesem Grund schwierig, eine zufriedenstellende Reaktion zu erhalten, und ein weiteres Problem besteht darin, daß es aufgrund eines übermäßigen Anstiegs der Einlaßtemperatur des Filters leicht zu Schmelzbeschädigung kommt.
Angesichts der zuvor beschriebenen Probleme kam die Erfindung zustande. Somit besteht die Hauptaufgabe der Erfindung darin, eine Abgasreinigungsanlage bereitzustellen, die ein Dieselpartikelfilter insgesamt wirksam regenerieren kann, während sie Schmelzbeschädigung am Filter infolge von übermäßigem Temperaturanstieg verhindert.
Diese Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen festgelegten Merkmale gelöst werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird insbesondere eine Abgasreinigungsanlage bereitgestellt, die einen in einem Abgaskanal eines Motors angeordneten Oxidationskatalysator und ein stromabwärts vom Oxidationskatalysator im Abgaskanal angeordnetes Filter aufweist. Ferner verfügt die Abgasreinigungsanlage der Erfindung über drei Komponenten: eine Auslaßtemperatur-Festlegungseinrichtung zum als Auslaßsolltemperatur erfolgenden Festlegen eines Sollwerts für eine Abgastemperatur, die auf einer Stromabwärtsseite des Filters im Abgaskanal detektiert wird; eine Wärmeverlustmengen-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Wärmeverlustmenge, die vom Filter aus dem Abgaskanal nach außen abgestrahlt wird, wenn aus dem Motor abgegebenes Abgas das Filter durchläuft; und eine Einlaßtemperatur-Festlegungseinrichtung zum als Einlaßsolltemperatur auf einer Stromaufwärtsseite des Filters erfolgenden Festlegen einer Temperatur, die durch Addieren einer durch die Wärmeverlustmenge verringerten Verlusttemperatur zur Auslaßsolltemperatur erhalten wird.
In diesem Fall ist die Auslaßsolltemperatur vorzugsweise auf eine Temperatur eingestellt, bei der Feststoffpartikel (PM) an der Auslaßseite des Filters in einem Bereich ausreichend verbrannt werden können, in dem es zu keiner Schmelzbeschädigung am Filter kommt. Außerdem ist bevorzugt, daß die Auslaßsolltemperatur unter der zuvor beschriebenen Bedingung möglichst niedrig eingestellt ist.
In Übereinstimmung mit einem solchen Aufbau wird es möglich, die stromaufwärtsseitige Temperatur des Filters so genau festzulegen, daß die Oberflächentemperatur der Filterauslaßseite zur Auslaßsolltemperatur wird. Daher vermag die Abgasreinigungsanlage der Erfindung eine ausreichende Regenerierung zu realisieren, bei der keine unverbrannten PM zwischen der Stromaufwärtsseite und Stromabwärtsseite des Filters vorhanden sind. Da keine unverbrannten PM vorhanden sind, kann zudem ein übermäßiger Temperaturanstieg während der nächsten Zwangsregenerierung unterdrückt werden, wodurch sich Schmelzbeschädigung am Filter verhindern läßt.
Vorzugsweise weist die Abgasreinigungsanlage der Erfindung ferner eine Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung zum Einstellen einer Zufuhrmenge von unverbranntem Kraftstoff auf, der dem Oxidationskatalysator so zugeführt wird, daß eine Abgastemperatur auf der Stromaufwärtsseite des Filters zur Einlaßsolltemperatur wird.
In Übereinstimmung mit einem solchen Aufbau kann die stromaufwärtsseitige Temperatur des Filters mit einer einfachen Konstruktion erhöht oder verringert werden, die nur eine Kraftstoffeinspritzmenge einstellt.
Vorzugsweise weist die Abgasreinigungsanlage der Erfindung ferner eine Einlaßtemperatur-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Abgastemperatur auf einer Einlaßseite des Filters im Abgaskanal auf. In diesem Fall stellt die Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung die Zufuhrmenge von unverbranntem Kraftstoff durch Rückführungssteuerung ein, die auf der Abgastemperatur auf einer Einlaßseite basiert, die durch die Einlaßtemperatur-Detektionseinrichtung detektiert wird.
In Übereinstimmung mit einem solchen Aufbau kann die einlaßseitige Temperatur des Filters in kurzer Zeit und genau auf die Einlaßsolltemperatur erhöht werden.
Vorzugsweise stoppt die Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung die Zufuhr des unverbranntem Kraftstoffs, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist, seit eine Gesamttemperatur des Filters gleich oder höher als die Auslaßsolltemperatur war.
In Übereinstimmung mit einem solchen Aufbau erfolgt eine Endbeurteilung der Steuerung auf der Grundlage des Zeitablaufs im Verbrennungszustand, in dem die Gesamttemperatur des Filters mindestens gleich oder höher als die Auslaßsolltemperatur ist, so daß ein ausreichender Verbrennungswirkungsgrad gewährleistet ist. Daher kann verhindert werden, daß unverbrannte PM auf dem Filter bleiben, wodurch das Filter vollständig regeneriert werden kann.
Vorzugsweise verfügt die Abgasreinigungsanlage der Erfindung ferner über eine Auslaßtemperatur-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Abgastemperatur auf einer Auslaßseite des Filters im Abgaskanal. In diesem Fall stoppt die Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung die Zufuhr des unverbrannten Kraftstoffs, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne (zweite vorbestimmte Zeitspanne) abgelaufen ist, seit die Abgastemperatur auf der Auslaßseite, die durch die Auslaßtemperatur-Detektionseinrichtung detektiert wird, gleich der Aus laßsolltemperatur wurde (oder die Auslaßsolltemperatur überstieg).
Ist anders gesagt eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen, seit die stromabwärtsseitige Temperatur des Filters gleich der Auslaßsolltemperatur wurde, beurteilt die Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung, daß die Verbrennung und Reinigung von PM auf dem Filter beendet ist und schließt die Regenerierungssteuerung des Filters ab. Das heißt, zu der Zeit, zu der die stromabwärtsseitige Temperatur des Filters gleich der Auslaßsolltemperatur wurde (oder die Auslaßsolltemperatur überstieg), kann die Regenerierungswirkung auf das gesamte Filter unabhängig von der Einlaß- und Auslaßseite als gewährleistet betrachtet werden. Daher startet eine Zeitzählung zu der Zeit, zu der diese Regenerierungswirkung gewährleistet wurde, und die Endzeit für die Regenerierungssteuerung wird bestimmt.
In Übereinstimmung mit einem solchen Aufbau kann durch Bezugnahme auf den Zeitablauf von der Zeit, zu der die Regenerierung wirksam durchgeführt wird, die Zeit, zu der das Filter regeneriert ist, vollständig erfaßt werden, wodurch die Regenerierungszeit verkürzt werden kann. Dies ermöglicht, den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verbessern.
Vorzugsweise verfügt die Abgasreinigungsanlage der Erfindung ferner über eine Außenlufttemperatur-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Temperatur außerhalb des Abgaskanals als Außenlufttemperatur; eine Abgasdurchflußmengen-Berechnungseinrichtung zum Detektieren oder Berechnen einer Durchflußmenge des aus dem Motor abgegebenen Abgases; und eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. In diesem Fall berechnet die Wärmeverlustmengen-Berechnungseinrichtung vorzugsweise die Wärmeverlustmenge auf der Grundlage der Außenlufttemperatur, der Abgasdurchflußmenge und der Fahrgeschwindigkeit.
In Übereinstimmung mit einem solchen Aufbau kann die Wärmeverlustmenge durch Arithmetikoperationen auf der Grundlage der Temperaturübertragung präzise erfaßt werden, wodurch die einlaßseitige Temperatur des Filters genau erhalten werden kann, so daß die auslaßseitige Temperatur des Filters zur Auslaßsolltemperatur wird.
Vorzugsweise weist die Abgasreinigungsanlage der Erfindung ferner fünf Komponenten auf: eine Außenlufttemperatur-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Temperatur außerhalb des Abgaskanals als Außenlufttemperatur; eine Abgasdurchflußmengen-Berechnungseinrichtung zum Detektieren oder Berechnen einer Durchflußmenge des aus dem Motor abgegebenen Abgases; eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; eine Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung zum Detektieren einer Temperatur des Oxidationskatalysators; und eine Katalysatoreinlaßtemperatur-Detektionseinrichtung zum als Katalysatoreinlaß-Abgastemperatur erfolgenden Detektieren einer Temperatur, bevor es in den Oxidationskatalysator strömt. In diesem Fall hat die Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung vorzugsweise vier Arithmetikeinrichtungen: eine Gastemperaturanstieg-Arithmetikeinrichtung zum Berechnen einer ersten unverbrannten Kraftstoffmenge, die zum Erhöhen der Abgastemperatur auf der Stromaufwärtsseite des Filters auf die Einlaßsolltemperatur erforderlich ist, auf der Grundlage einer spezifischen Wärme des aus dem Motor abgegebenen Abgases, der Abgasdurchflußmenge, der Einlaßsolltemperatur und der Katalysatoreinlaß-Abgastemperatur; eine Katalysatortemperaturanstieg-Arithmetikeinrichtung zum Berechnen einer zweiten unverbrannten Kraftstoffmenge, die zum Erhöhen des Oxidationskatalysators auf die Einlaßsolltemperatur erforderlich ist, auf der Grundlage einer spezifischen Wärme des Oxidationskatalysators, der Einlaßsolltemperatur und der Oxidationskatalysatortemperatur; eine Wärmestrahlungsmengen-Arithmetikeinrichtung zum Berechnen einer dritten unverbrannten Kraftstoffmenge, die zu einer vom Oxidationskatalysator aus dem Abgaskanal nach außen abgestrahlten Wärmemenge äquivalent ist, auf der Grundlage einer Wärmeübertragungsrate vom Oxidationskatalysator aus dem Abgaskanal nach außen, der Oxidationskatalysatortemperatur, der Außenlufttemperatur und der Fahrgeschwindigkeit; und eine Arithmetikeinrichtung für die uriverbrannte Gesamtkraftstoffmenge zum Summieren der ersten unverbrannten Kraftstoffmenge, der zweiten unverbrannten Kraftstoffmenge und der dritten unverbrannten Kraftstoffmenge, um eine unverbrannte Gesamtkraftstoffmenge zu berechnen, und Einstellen der Zufuhrmenge von unverbranntem Kraftstoff, die dem Oxidationskatalysator zugeführt wird, auf die unverbrannte Gesamtkraftstoffmenge.
In Übereinstimmung mit einem solchen Aufbau kann die Übertragung einer Wärmemenge zwischen dem Abgas, dem Oxidationskatalysator und der Außenluft genau erfaßt werden, wodurch sich die erforderliche unverbrannte Kraftstoffmenge, um die Einlaßsolltemperatur zu erhalten, genau berechnen läßt. Das heißt, die Regenerierungssteuerung für das Filter kann auch in einem Zustand genau durchgeführt werden, in dem sich Arithmetikbedingungen wie die Außenlufttemperatur, die Temperatur des Oxidationskatalysators, der Fahrzustand des Fahrzeugs usw. unterscheiden, oder auch in einem Übergangszustand, in dem Arithmetikbedingungen mit Störungen (Rauschen), z. B. Beschleunigen und Abbremsen, variieren.
Die Erfindung wird aus der nachfolgenden näheren Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen vollständiger verständlich, die nur als Veranschaulichung dienen und somit die Erfindung nicht einschränken. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockdiagramm einer Konfiguration einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage;
2 ein Blockdiagramm des Steuerablaufs, der in der Steuerung der Abgasreinigungsanlage durchgeführt wird;
3 ein Blockdiagramm des Steuerablaufs, der im Kraftstoffmengen-Einstellabschnitt der Abgasreinigungsanlage durchgeführt wird;
4A ein Arithmetikblockdiagramm von Arithmetikoperationen, die im Gastemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt des Kraftstoffmengen-Einstellabschnitts der Abgasreinigungsanlage durchgeführt werden;
4B ein Arithmetikblockdiagramm von Arithmetikoperationen, die im Katalysatortemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt des Kraftstoffmengen-Einstellabschnitts der Abgasreinigungsanlage durchgeführt werden;
4C ein Arithmetikblockdiagramm von Arithmetikoperationen, die im Gaswärmestrahlungsmengen-Arithmetikabschnitt des Kraftstoffmengen-Einstellabschnitts der Abgasreinigungsanlage durchgeführt werden;
5 einen Ablaufplan, der zeigt, wie die Regenerierungssteuerung durch die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage endet;
6 ein Diagramm von Änderungen der Einlaß- und Auslaßtemperaturen des Filters der Abgasreinigungsanlage der Erfindung; und
7 ein Diagramm von Änderungen der Einlaß- und Auslaßtemperaturen des Filters einer herkömmlichen Abgasreinigungsanlage.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben.
Konfiguration
(1) Gesamtkonfiguration
Ein in 1 gezeigter Motor E ist ein Dieselmotor, der Dieselöl als Kraftstoff verwendet. In einem Abgaskanal 10 von diesem Motor E sind ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) 1 und ein Dieselpartikelfilter (DPF) 2 in dieser Reihenfolge von der Stromaufwärtsseite eines Abgaswegs für Abgas (Auspuffgas) angeordnet, das aus dem Motor E abgegeben wird.
Der Oxidationskatalysator 1 oxidiert in Abgas enthaltenes Stickstoffmonoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO₂) und führt dieses NO₂ zum Dieselpartikelfilter 2. Außerdem hat der Oxidationskatalysator 1 eine Funktion zur Erzeugung von Oxidationswärme durch Oxidieren von unverbranntem Kraftstoff (HC), der in Abgas enthalten ist, und Erhöhen der Temperatur des Abgases.
Das Filter 2 ist ein poröses Filter (z. B. ein Keramikfilter), das in Abgas enthaltene Feststoffpartikel (sich hauptsächlich aus Kohlenstoff C zusammensetzende PM) auffängt, die Schwarzrauch verursachen. Wie 1 schematisch zeigt, ist das Innere des Filters 2 in mehrere Teile durch eine Wand in Strömungsrichtung des Abgases aufgeteilt, und durchläuft das Abgas diesen Wandkörper, werden PM im Wandkörper aufgefangen, wodurch das Abgas gereinigt (oder gefiltert) wird.
Auf dem Filter 2 sind mit Hilfe von NO2, das vom Oxidationskatalysator 1 als Oxidationsmittel zugeführt wird, die aufgefangenen PM unter einer vorbestimmten Temperaturbedingung zu verbrennen. Auf diese Weise werden die im Wandkörper des Filters 2 angesammelten PM entfernt, so daß das Filter 2 regeneriert und gereinigt wird.
Im Oxidationskatalysator 1 ist ein Katalysatortemperatursensor (Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung) 7 vorgesehen, der eine Katalysatortemperatur T_C detektiert. Stromaufwärts vom Oxidationskatalysator 1 ist ein Katalysatoreinlaßtemperatursensor (Katalysatoreinlaßtemperatur-Detektionseinrichtung) 6 vorgesehen, der eine Abgastemperatur (Katalysatoreinlaß-Abgastemperatur) T_A detektiert, bevor es in den Oxidationskatalysator 1 strömt, und vor sowie nach dem Filter 2 sind ein Einlaßtemperatursensor (Einlaßtemperatur-Detektionseinrichtung) 5a bzw. Auslaßtemperatursensor (Auslaßtemperatur-Detektionseinrichtung) 5b zum Detektieren der Abgastemperaturen T_I und T_O auf der Einlaßseite 2a bzw. Aus laßseite 2b des Filters 2 vorgesehen. Die Informationen über die Temperaturen T_C, T_A, T_I und T_O des Katalysators und Abgases, die durch diese Sensoren tatsächlich gemessen werden, werden in eine später beschriebene Steuerung 3 eingegeben.
Zu beachten ist, daß ein Sensor (nicht gezeigt) zum Detektieren einer Kraftstoffeinspritzmenge im Motor E vorgesehen ist. Zusätzlich vorgesehen sind ein Außenlufttemperatursensor (Außenlufttemperatur-Detektionseinrichtung) 8, der eine Temperatur (Außenlufttemperatur) T außerhalb des Abgaskanals 10 detektiert, und ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionseinrichtung) 9, der eine Fahrgeschwindigkeit (Fahrzeuggeschwindigkeit) V eines Fahrzeugs detektiert, auf das die Abgasreinigungsanlage Anwendung findet.
Gemäß 1 weist die Steuerung 3 fünf Hauptsteuerabschnitte wie folgt auf: einen Auslaßtemperatur-Festlegungsabschnitt (Auslaßtemperatur-Festlegungseinrichtung) 3a, einen Abgasdurchflußmengen-Berechnungsabschnitt (Abgasdurchflußmengen-Berechnungseinrichtung) 3b, einen Wärmeverlustmengen-Berechnungsabschnitt (Wärmeverlustmengen-Berechnungseinrichtung) 3c, einen Einlaßtemperatur-Festlegungsabschnitt (Einlaßtemperatur-Festlegungseinrichtung) 3d und einen Kraftstoffmengen-Einstellabschnitt (Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung) 4. Die Steuerung 3 ist ein elektronisches Steuergerät zum Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge usw. im Motor E. Die Steuerung 3 steuert eine HC-Menge im Abgas auf der Grundlage der im o. g. Katalysatortemperatursensor 7, Einlaßtemperatursensor 5a, Auslaßtemperatursensor 5b, Katalysatoreinlaßtemperatursensor 6, Außenlufttemperatursensor 8 und Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 erhaltenen Detektionsinformationen sowie einer Kraftstoffeinspritzmenge in den Motor E und führt eine Regenerierungssteuerung (Zwangsregenerierung) zum zwangsweisen Regenerieren und Reinigen des Filters 2 durch.
(2) Konfiguration der Steuerung 3
Gemäß 2 legt die Steuerung 3 einen Sollwert für die Abgastemperatur auf der Stromabwärtsseite des Filters 2 fest und führt eine Arithmetikoperation an diesem Sollwert durch, wobei sie eine Außenlufttemperatur T, eine Abgasdurchflußmenge F und eine Fahrzeuggeschwindigkeit V berücksichtigt, und legt die Solltemperatur T_IN auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2 fest. Im folgenden wird die Funktion jedes Steuerabschnitts der Steuerung 3 näher beschrieben.
Der Auslaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3a legt als Auslaßsolltemperatur T_OT den Sollwert der Abgastemperatur fest, die auf der Stromabwärtsseite des Filters 2 im Abgaskanal 10 detektiert wird. Die Auslaßsolltemperatur T_OT wird auf eine Temperatur festgelegt, bei der PM an der Auslaßseite 2b des Filters 2 in einem Bereich ausreichend verbrennen können (z. B. vollständige Verbrennung), in dem keine Schmelzbeschädigung am Filter 2 vorliegt. In der bevorzugten Ausführungsform ist die Auslaßsolltemperatur T_OT eine Festtemperatur (z. B. 650°C). Die hier festgelegte Auslaßsolltemperatur T_OT wird in den Wärmeverlustmengen-Berechnungsabschnitt 3c eingegeben.
Der Abgasdurchflußmengen-Berechnungsabschnitt 3b berechnet eine Durchflußmenge F des Abgases auf der Grundlage einer Kraftstoffeinspritzmenge in den Motor E. Zu beachten ist, daß anstelle von Berechnungen auf der Grundlage einer Kraftstoffeinspritzmenge durch Bereitstellung eines Sensors zum direkten Detektieren einer Zulaufinenge in den Motor E eine Durchflußmenge F des Abgases anstelle der Zulaufinenge berechnet werden kann. Die hier berechnete Durchflußmenge F des Abgases wird in den Einlaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3d eingegeben.
Der Wärmeverlustmengen-Berechnungsabschnitt 3c berechnet eine Wärmeverlustmenge Q, die aus dem Abgaskanal 10 vom Filter 2 nach außen abgestrahlt wird, wenn das Abgas vom Motor E das Filter 2 durchläuft. Im Abschnitt 3c wird gemäß der nachfolgenden Gl. (1) die Wärmeverlustmenge Q auf der Grundlage der im Auslaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3a festgelegten Auslaßsolltemperatur T_OT, der im Außenlufttemperatursensor 8 detektierten Außenlufttemperatur T und der im Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 detektierten Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet. Die hier berechnete Wärmeverlustmenge Q wird in den Einlaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3d eingegeben. Q = k·(TOT – T)·√V (1)wobei

k: = Wärmeübertragungskoeffizient zwischen dem Filter 2 und der Außenluft (außerhalb des Abgaskanals 10),
T_OT: = Auslaßsolltemperatur,
T: = Außenlufttemperatur,
V: = Fahrzeuggeschwindigkeit.

Die Wärmeverlustmenge Q umfasst keine Wärmemenge, die vom Filter 2 auf das Abgas übergeht, sondern sie bezeichnet eine Wärmemenge, die aus dem Inneren des Filters 2 durch das Außengehäuse des Filters 2 und aus dem Abgaskanal 10 nach außen (d. h. zur Außenluft) übertragen wird und als solche verloren geht.
Der Einlaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3d legt eine Temperatur, bei der eine durch die Wärmeverlustmenge Q verringerte Verlusttemperatur T_CO zur Auslaßsolltemperatur T_OT addiert wird, als Einlaßsolltemperatur T_IT auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2 fest. Das heißt, eine Verringerungsmenge T_CO der Temperatur des Abgases zwischen der Einlaßseite 2a und Auslaßseite 2b des Filters 2 wird als die Wärmeverlustmenge Q betrachtet, die aus dem Filter 2 nach außen abgestrahlt wird, und gemäß den folgenden Gl. (2) und (3) werden die Verlusttemperatur T_CO und Einlaßsolltemperatur T_IT berech net. Die hier festgelegte Einlaßsolltemperatur T_IT wird in den Kraftstoffmengen-Einstellabschnitt 4 eingegeben. TIT = TOT + TCO (2) TCO = Q·1/F = k·(TOT – T)·√V·1/F (3)
(3) Konfiguration des Kraftstoffmengen-Einstellabschnitts 4
Gemäß 3 stellt die Steuerung 3 auch die Zufuhrmenge von unverbranntem Kraftstoff, der dem Oxidationskatalysator 1 zugeführt wird, so ein, daß die Solltemperatur T_IN auf der Stromabwärtsseite des Filters 2, die festgelegt wurde, erhalten wird. Insbesondere stellt der Kraftstoffmengen-Einstellabschnitt 4 die Zufuhrmenge oder die Zugabemenge von Kraftstoff in das aus dem Motor E abgegebene Abgas so ein, daß die Abgastemperatur T_I auf der Einlaßseite 2a des Filters 2 gleich der Einlaßsolltemperatur T_IT wird. Dieser Kraftstoffmengen-Einstellabschnitt 4 enthält als Steuerabschnitte einen Gastemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt (Gastemperaturanstieg-Arithmetikeinrichtung) 4a, einen Katalysatortemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt (Katalysatortemperaturanstieg-Arithmetikeinrichtung) 4b, einen Wärmestrahlungsmengen-Arithmetikabschnitt (Wärmestrahlungsmengen-Arithmetikeinrichtung) 4c und einen Arithmetikabschnitt 4d für die unverbrannte Gesamtkraftstoffmenge (Arithmetikeinrichtung für die unverbrannte Gesamtkraftstoffmenge).
Verfahren zur Kraftstoffzufuhr und -zugabe, die im Kraftstoffmengen-Einstellabschnitt 4 zum Einsatz kommen, sind beliebig. Beispiele für die Verfahren sind ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder des Motors E, ein Verfahren zum Einspritzen von Kraftstoff in den Abgaskanal 10, ein Verfahren zum direkten Zuführen von Kraftstoff zum Oxidationskatalysator 1 usw.
Der Gastemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt 4a berechnet als erste unverbrannte Kraftstoffmenge eine zum Erhöhen der Temperatur T_I des Abgases auf die Einlaßsolltemperatur T_IT erforderliche HC-Zugabemenge Q_PG auf der Grundlage der spezifischen Wärme (vorgegebene Konstante) d_g des aus dem Motor E abgegebenen Abgases und der Durchflußmenge F des Abgases, der Einlaßsolltemperatur T_IT und der Abgastemperatur T_A, bevor es in den Oxidationskatalysator 1 strömt. Das heißt, im Gastemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt 4a wird die für einen Temperaturanstieg des Abgases erforderliche erste unverbrannte Kraftstoffmenge berechnet.
Gemäß 4A enthält der Gastemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt 4a einen Subtrahierer 11, der eine Temperaturdifferenz zwischen der Abgastemperatur T_A auf der Einlaßseite des Oxidationskatalysators 1 und der Einlaßsolltemperatur T_IT berechnet, und einen Multiplizierer 12, der die im Subtrahierer 11 berechnete Temperaturdifferenz, die spezifische Wärme d_g des Abgases und die Durchflußmenge F des Abgases multipliziert. Mit dieser Konfiguration wird die HC-Zugabemenge Q_PG vom Multiplizierer 12 ausgegeben. Die hier durchgeführte Arithmetikoperation wird durch die folgende Gl. (4) ausgedrückt: QPG = dgF(TIT – TA) (4)wobei

d_g: = spezifische Wärme des Abgases.

Der Katalysatortemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt 4b berechnet als zweite unverbrannte Kraftstoffmenge eine zum Erhöhen des Oxidationskatalysators 1 auf die Einlaßsolltemperatur T_IT erforderliche HC-Zugabemenge Q_PC auf der Grundlage der spezifischen Wärme (vorgegebene Konstante) d_c des Oxidationskatalysators 1 sowie der Einlaßsolltemperatur T_IT und Katalysatortemperatur T_C. Das heißt, im Katalysatortempera turanstieg-Arithmetikabschnitt 4b wird die für einen Temperaturanstieg des Oxidationskatalysators 1 erforderliche zweite unverbrannte Kraftstoffmenge berechnet.
Gemäß 4B enthält der Katalysatortemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt 4b einen Subtrahierer 13, der eine Temperaturdifferenz zwischen der Katalysatortemperatur T_C und der Einlaßsolltemperatur T_IT berechnet; einen Multiplizierer 14, der die im Subtrahierer 13 berechnete Temperaturdifferenz und die spezifische Wärme d_c des Oxidationskatalysators 1 multipliziert; und einen Begrenzerabschnitt 15, der einen negativen Bereich aus dem Ergebnis der Arithmetikoperation im Multiplizierer 14 eliminiert. Ist mit dieser Konfiguration das Ergebnis der Arithmetikoperation im Multiplizierer 14 positiv, wird die HC-Zugabemenge Q_PC aus dem Begrenzerabschnitt 15 ausgegeben. Ist ferner das Ergebnis der Arithmetikoperation im Multiplizierer 14 negativ, wird die HC-Zugabemenge Q_PC als 0 ausgegeben. Die hier durchgeführte Arithmetikoperation wird durch die folgende Gl. (5) ausgedrückt: QPC = dC(TIT – TC) (5) wobei QPC ≥ 0,

d_c: = spezifische Wärme des Oxidationskatalysators 1.

Der Wärmestrahlungsmengen-Arithmetikabschnitt 4c berechnet als dritte unverbrannte Kraftstoffmenge eine HC-Zugabemenge Q_PL in Äquivalenz zur Wärmemenge, die vom Oxidationskatalysator 1 zur Außenluft abgestrahlt wird, auf der Grundlage des Wärmeübertragungskoeffizienten (einer Wärmeübertragungsrate) k (wie zuvor beschrieben eine vorgegebene Konstante) des Oxidationskatalysators 1 zur Außenluft sowie der Katalysatortemperatur T_C, Außenlufttemperatur T und Fahrzeuggeschwindigkeit V. Das heißt, im Wärmestrahlungsmengen-Arithme tikabschnitt 4c wird die dritte unverbrannte Kraftstoffmenge berechnet, die zum Kompensieren des Wärmemengenverlusts infolge von Wärmestrahlung erforderlich ist.
Gemäß 4C enthält der Wärmestrahlungsmengen-Arithmetikabschnitt 4c einen Subtrahierer 16, der eine Temperaturdifferenz zwischen der Katalysatortemperatur T_C und der Außenlufttemperatur T berechnet; einen Quadratwurzel-Arithmetikabschnitt 17, der die Quadratwurzel der Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet; und einen Multiplizierer 18, der die im Subtrahierer 16 berechnete Temperaturdifferenz, die im Quadratwurzel-Arithmetikabschnitt 17 berechnete Quadratwurzel der Fahrzeuggeschwindigkeit V und den Wärmeübertragungskoeffizienten k des Oxidationskatalysators 1 zur Außenluft multipliziert. Mit dieser Konfiguration wird die HC-Zugabemenge Q_PL aus dem Multiplizierer 18 ausgegeben. Die hier durchgeführte Arithmetikoperation wird durch die folgende Gl. (6) ausgedrückt: QPL = k(TC – T)√V (6).
Im Arithmetikabschnitt 4d für die unverbrannte Gesamtkraftstoffmenge wird bei Berechnung der HC-Zugabemengen Q_PG, Q_PC und Q_PL in den o. g. Arithmetikabschnitten 4a bis 4c die Kraftstoffeinspritzung in den Motor E so gesteuert, daß die HC-Gesamtmenge dieser Mengen Q_PG, Q_PC und Q_PL dem Oxidationskatalysator 1 zugeführt wird. Daher wird eine unverbrannte Kraftstoffmenge im Abgas so eingestellt, daß die Abgastemperatur T_I auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2 zur Einlaßsolltemperatur T_IT wird und die unverbrannte Kraftstoffmenge der Summe der HC-Zugabemengen Q_PG, Q_PC und Q_PL dem Oxidationskatalysator 1 zugeführt wird.
Das heißt, die gesamte HC-Zugabemenge Q_P gemäß der Ist-Steuerung wird durch die folgende Gl. (7) ausgedrückt: QP = QPG + QPC + QPL (7)
Die Steuerung 3 führt auch eine Rückführungssteuerung der HC-Zugabemengen auf der Grundlage der Abgastemperatur T_I auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2 durch, die vom Einlaßtemperatursensor 5a eingegeben wird. Dadurch wird ermöglicht, daß sich die Abgastemperatur T_I auf der Einlaßseite des Filters 2 der Einlaßsolltemperatur T_IT in kurzer Zeit und genau annähert.
(4) Endbeurteilung der Zwangsregenerierungssteuerung
Obwohl hier keine nähere Beschreibung erfolgt, beurteilt die Steuerung 3, ob das Filter 2 regerneriert und gereinigt werden muß, wobei sie ein bekanntes Verfahren verwendet, und startet die o. g. Zwangsregenerierungssteuerung. Die Endbedingung der Zwangsregenerierungssteuerung wird auf der Grundlage der Abgastemperatur T_O auf der Stromabwärtsseite des Filters 2 beurteilt, die vom Auslaßtemperatursensor 5b eingegeben wird.
Ist insbesondere eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen, seit die Abgastemperatur T_O auf der Stromabwärtsseite des Filters 2 gleich der Auslaßsolltemperatur T_OT wurde, die im Auslaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3a festgelegt ist (oder seit die Abgastemperatur T_O die Auslaßsolltemperatur T_OT überstieg), wird die Steuerung der HC-Mengen gestoppt, wodurch die Regenerierungssteuerung beendet wird. Das heißt, liegt die Gesamttemperatur des Filters 2 höher als die Auslaßsolltemperatur T_OT, ist der Verbrennungswirkungsgrad im Filter 2 ausreichend gewährleistet. Daher erfolgt in der bevorzugten Ausführungsform eine Beurteilung zum Beenden der Steuerung auf der Grundlage der Zeit, die abgelaufen ist, seit die Abgastemperatur T_O auf der Stromabwärtsseite des Filters 2 gleich der Auslaßsolltemperatur T_OT wurde.
Funktion
Die Abgasreinigungsanlage der bevorzugten Ausführungsform ist wie zuvor beschrieben konfiguriert und arbeitet gemäß der nachfolgenden Darstellung.
(1) Festlegen der Einlaßsolltemperatur T_IT
Zunächst wird im Auslaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3a ein Sollwert der Abgastemperatur auf der Stromabwärtsseite des Filters 2 im Abgaskanal 10 als Auslaßsolltemperatur T_OT festgelegt. Anschließend werden die Außenlufttemperatur T und Fahrzeuggeschwindigkeit V im Außenlufttemperatursensor 8 und Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 9 detektiert und in die Steuerung 3 eingegeben. Als nächstes wird im Wärmeverlustmengen-Berechnungsabschnitt 3c die Wärmeverlustmenge Q, die vom Filter 2 aus dem Abgaskanal 10 nach außen abgestrahlt wird, auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Gl. (1) berechnet. Andererseits wird im Abgasdurchflußmengen-Berechnungsabschnitt 3b die Durchflußmenge F des Abgases auf der Grundlage von Informationen über eine Kraftstoffeinspritzmenge berechnet, die vom Motor E eingegeben werden.
Zudem wird im Einlaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3d die Verlusttemperatur T_CO des Abgases, die sich zwischen der Einlaßseite 2a und Auslaßseite 2b des Filters 2 verringert, auf der Grundlage der Wärmeverlustmenge Q und der Durchflußmenge F des Abgases durch die zuvor beschriebene Gl. (3) berechnet. Auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Gl. (2) wird die Verlusttemperatur T_CO zur Auslaßsolltemperatur T_OT addiert, wodurch die Einlaßsolltemperatur T_IT auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2 festgelegt wird.
(2) Berechnung der HC-Zugabemengen
Ist die Einlaßsolltemperatur T_IT im Einlaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3d festgelegt, werden HC-Zugabemengen im Kraftstoffmengen-Einstellabschnitt 4 so berechnet, daß die Abgastemperatur T_I auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2 gleich der Einlaßsolltemperatur T_IT wird.
Zunächst wird im Gastemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt 4a eine HC-Zugabemenge Q_PG im Zusammenhang mit einem Temperaturanstieg des Abgases gemäß der zuvor beschriebenen Gl. (4) auf der Grundlage der spezifischen Wärme d_g des aus dem Motor E abgegebenen Abgases sowie der Durchflußmenge F des Abgases, der Einlaßsolltemperatur T_IT und der Abgastemperatur T_A berechnet, bevor es in den Oxidationskatalysator 1 strömt.
Anschließend wird im Katalysatortemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt 4b eine HC-Zugabemenge Q_PC im Zusammenhang mit einem Temperaturanstieg des Oxidationskatalysators 1 gemäß der zuvor beschriebenen Gl. (5) auf der Grundlage der spezifischen Wärme d_c des Oxidationskatalysators 1 sowie der Einlaßsolltemperatur T_IT und der Katalysatortemperatur T_C berechnet.
Weiterhin wird im Wärmestrahlungsmengen-Arithmetikabschnitt 4c eine HC-Zugabemenge Q_PL im Zusammenhang mit einer vom Oxidationskatalysator 1 abgestrahlten Wärmeverlustmenge gemäß der zuvor beschriebenen Gl. (6) auf der Grundlage des Wärmeübertragungskoeffizienten k vom Oxidationskatalysator 1 zur Außenluft sowie der Katalysatortemperatur T_C, Außenlufttemperatur T und Fahrzeuggeschwindigkeit V berechnet.
Ferner werden im Arithmetikabschnitt 4d für die unverbrannte Gesamtkraftstoffmenge die im Gastemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt 4a, Katalysatortemperaturanstieg-Arithmetikabschnitt 4b und Wärmestrahlungsmengen-Arithmetikabschnitt 4c berechneten HC-Zugabemengen miteinander addiert, wodurch die gesamte HC-Zugabemenge Q_P im Zusammenhang mit der Ist-Steuerung berechnet wird.
(3) Steuerablauf
Ist die gesamte HC-Zugabemenge Q_P wie zuvor beschrieben berechnet, wird eine Rückführungssteuerung der gesamten HC- Zugabemenge Q_P auf der Grundlage der Abgastemperatur T_I auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2, die vom Einlaßtemperatursensor 5a eingegeben wird, durch die Steuerung 3 durchgeführt. Daher wird die Regenerierungssteuerung des Filters 2 so durchgeführt, daß sich die Abgastemperatur T_I auf der Einlaßseite des Filters 2 der Einlaßsolltemperatur T_IT annähert.
Als nächstes wird ein Ablaufplan im Zusammenhang mit einer Beurteilung zum Beenden der Regenerierungssteuerung anhand von 5 beschrieben. Dieser Ablaufplan wird in vorbestimmten Perioden in der Steuerung 3 wiederholt abgearbeitet.
Im Schritt A10 wird beurteilt, ob die Regenerierungssteuerung gerade durchgeführt wird. Wird die Regenerierungssteuerung gerade durchgeführt, geht die Regenerierungsverarbeitung zum Schritt A40 über. Wird sie gerade nicht durchgeführt, fährt die Regenerierungsverarbeitung mit dem Schritt A20 fort.
Im Schritt A20 wird beurteilt, ob eine vorbestimmte Startbedingung für die Zwangsregenerierung erfüllt ist. Obwohl eine nähere Beschreibung entfällt, lautet die Startbedingung für die Zwangsregenerierung z. B., daß (1) nach dem Ende der vorherigen Zwangsregenerierungssteuerung die vom Fahrzeug zurückgelegte Distanz mindestens eine vorbestimmte Distanz ist, daß (2) nach dem Ende der vorherigen Zwangsregenerierungssteuerung die Betriebszeit mindestens eine vorbestimmte Zeitspanne ist oder daß (3) eine Abgasdruckdifferenz zwischen der Stromaufwärtsseite und Stromabwärtsseite des Filters 2 mindestens ein vorbestimmter Druck ist. Das heißt, die Startbedingung für die Zwangsregenerierung ist eine Bedingung zum Beurteilen des Zustands, in dem das Filter 2 eine Zwangsregenerierungssteuerung erfordert.
Ist die Startbedingung für die Zwangsregenerierung erfüllt, geht die Regenerierungsverarbeitung zum Schritt A30 über, in dem die Zwangsregenerierungssteuerung gestartet wird, und ferner fährt die Regenerierungsverarbeitung mit dem Schritt A40 und anschließenden Schritten fort. Ist andererseits die Startbedingung für die Zwangsregenerierung nicht erfüllt, wird keine Regenerierungssteuerung durchgeführt, und die Regenerierungsverarbeitung endet unverändert. Das heißt, der Schritt A40 und anschließende Schritte werden nur verarbeitet, wenn die Zwangsregenerierungssteuerung durchgeführt wird.
Im Schritt A40 wird sowohl auf die Abgastemperatur T_O auf der Stromabwärtsseite des Filters 2, die im Auslaßtemperatursensor 5b detektiert wird, als auch auf die Auslaßtemperatur T_OT, die im Auslaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3a festgelegt ist, Bezug genommen. Im Schritt A50 wird beurteilt, ob ein Zähler C null ist. Dieser Zähler C ist ein Parameter zum Messen der Endzeit der Zwangsregenerierungssteuerung, und der Anfangswert ist auf C = 0 eingestellt. Ist C = 0, fährt die Regenerierungsverarbeitung mit dem Schritt A60 fort, und ist C ≠ 0, geht die Regenerierungsverarbeitung zu A70 über.
Im Schritt A60 wird beurteilt, ob die Abgastemperatur T_O gleich der Auslaßsolltemperatur T_OT ist. Ist T_O = T_OT, geht die Regenerierungsverarbeitung zum Schritt A70 über. Ist T_O ≠ T_OT, endet die Regenerierungsverarbeitung unverändert. In diesem Fall wird die Zwangsregenerierungssteuerung gerade durchgeführt, aber da die Temperatur auf der Stromabwärtsseite des Filters 2 nicht auf ihren Sollwert gestiegen ist, wird die Zwangsregenerierungssteuerung so kontinuierlich durchgeführt, daß die Temperatur des Abgases aufeinanderfolgend erhöht wird.
Erreicht die Temperatur auf der Stromabwärtsseite des Filters 2 den Sollwert durch die Regenerierungssteuerung, geht die Regenerierungsverarbeitung zum Schritt A70 durch eine Beurteilung im Schritt A60 über. Zu beachten ist, daß die Beurteilungsbedingung im Schritt A 60 T_O ≥ T_OT lauten kann.
Im Schritt A70 wird C + 1 für C eingesetzt (C = C + 1). Das heißt, der Zähler C mit einem Anfangswert 0 beginnt die Zunahme, wenn T_O gleich T_OT wurde, und startet die Zeitzählung. Sobald daher der Zähler C die Zeitzählung startet, fährt er mit der Zeitzählung unabhängig von der Größe der Abgastemperatur T_O danach durch die Beurteilung im Schritt A50 fort.
Im Schritt A80 wird beurteilt, ob der Zähler C einen größeren Wert als einen voreingestellten Festwert C_O hat. Ist C > C_O, geht die Regenerierungsverarbeitung zum Schritt A90 über, in dem die Regenerierungssteuerung endet. Ist im Schritt A80 C ≤ C_O, endet die Regenerierungsverarbeitung unverändert.
Das heißt, im Schritt A80 wird beurteilt, ob eine Zeitspanne abgelaufen ist, bis der Zähler C größer als der voreingestellte Wert C_O wird, und der voreingestellte Wert C_O ist ein Wert in Entsprechung zu einer Zeitspanne, in der die Regenerierungssteuerung fortgesetzt werden sollte, da die Abgastemperatur T_O gleich der Auslaßsolltemperatur T_OT wurde.
Vorteile
Gemäß der Abgasreinigungsanlage der bevorzugten Ausführungsform lassen sich die im folgenden dargestellten Vorteile erhalten.
Verglichen mit der herkömmlichen Abgasreinigungsanlage gemäß 7, die eine in Abgas enthaltene HC-Menge so steuert, daß die Abgastemperatur auf der Einlaßseite des Filters 2 650°C erreicht, steuert z. B. die Abgasreinigungsanlage der Erfindung eine in Abgas enthaltene HC-Menge so, daß die Abgastemperatur T_OT auf der Auslaßseite des Filters 2 650°C erreicht, was 6 zeigt. Daher kann die Gesamttemperatur des Filters 2 über 650°C erhöht werden. Das heißt, die Abgasreinigungsanlage der Erfindung kann eine ausreichende Regenerierung realisieren, bei der die Menge unverbrannter PM zwischen der Stromaufwärtsseite und Stromabwärtsseite des Filters 2 gering ist. Da zusätzlich die Menge unverbrannter PM gering ist, die auf dem Filter 2 nach der Regenerierung verbleibt, kann ein übermäßiger Temperaturanstieg während der nächsten Zwangsregenerierung unterdrückt werden, wodurch sich Schmelzbeschädigung am Filter 2 verhindern läßt.
Um in der Abgasreinigungsanlage der Erfindung zu bewirken, daß die Abgastemperatur T_OT auf der Auslaßseite des Filters 2 650°C beträgt, wird eine Temperaturverringerung T_CO infolge von Wärmestrahlung geschätzt und korrigiert, wobei die Wärmeverlustmenge Q vom Filter 2 zur Außenluft berücksichtigt wird. Das heißt, durch Addieren der Temperaturverringerung T_CO zur Temperatur T_OT, bei der PM an der Auslaßseite des Filters 2 ausreichend verbrannt werden können, wird die Abgastemperatur T_IT auf der Einlaßseite des Filters 2 festgelegt, die ein Sollwert für die Regenerierungssteuerung wird, so daß garantiert werden kann, daß die Abgastemperatur T_OT auf der Auslaßseite des Filters 2 650°C wird. Zu beachten ist, daß aufgrund der Tatsache, daß die Arithmetikoperation auf dem Wärmeverlust Q basiert, eine genaue Temperatursteuerung auch dann möglich ist, wenn sich der Betriebsbereich ändert.
Durch Arithmetikoperationen unter Berücksichtigung der Wärmeübertragung vom Abgaskanal 10, die auf der Außenlufttemperatur T, Abgasdurchflußmenge F und Fahrzeuggeschwindigkeit V beruht, kann die Wärmeverlustmenge Q präzise erfaßt werden, wodurch sich die Temperatur T_IT auf der Einlaßseite des Filters 2 genau erhalten läßt, so daß die Temperatur auf der Auslaßseite des Filters 2 zur Auslaßsolltemperatur T_OT wird.
Bei der Regenerierungssteuerung, bei der die Abgastemperatur auf der Einlaßseite des Filters 2 so gesteuert wird, daß sie zur Einlaßsolltemperatur T_IT wird, wird eine HC-Menge im Abgas so eingestellt, daß die Abgastemperatur erhöht wird. Wird daher z. B. eine Kraftstoffeinspritzmenge in den Motor E gesteuert, kann HC dem Abgas zugegeben werden, wodurch sich ein Aufbau zur Steuerung vereinfachen läßt. Das heißt, die Abgasreinigungsanlage der Erfindung erfordert keine solche externe Wärmequelle wie eine Heizung für einen Temperaturanstieg des Abgases und Filters 2 und kann daher Kosten senken.
Beim Start der Regenerierungssteuerung für das Filter 2 wird eine HC-Zugabemenge zum Abgas durch Ist-Rückführungssteuerung auf der Grundlage der Abgastemperatur T_I auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2 so gesteuert, daß sich die Abgastemperatur T_I auf der Einlaßseite des Filters 2 der Einlaßsolltemperatur T_IT in kurzer Zeit und genau annähern kann. Zusätzlich kann nach einem Steuerablauf gemäß 5 der Regenerierungszustand auf dem Filter 2 genau geschätzt und erfaßt werden, indem die Zeit C gezählt wird, die seit der Zeit abgelaufen ist, zu der die Regenerierung wirksam durchgeführt wurde. Das heißt, verglichen mit dem Fall, in dem die Regenerierung bei niedriger Temperatur langsam durchgeführt wird, kann die Regenerierung in kurzer Zeit abgeschlossen werden, so daß sich die gesamte Regenerierungszeit verkürzen läßt. Dadurch kann man den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs verbessern.
In Arithmetikoperationen zum Einstellen einer HC-Zugabemenge kann die Wärmeübertragung zwischen dem Abgas, dem Oxidationskatalysator 1 und der Außenluft genau erfaßt werden, so daß sich die gesamte HC-Zugabemenge Q_P, die zum Erhalten der Einlaßsolltemperatur T_IT erforderlich ist, genau berechnen läßt. Das heißt, die Regenerierungssteuerung für das Filter 2 kann auch in einem Zustand genau durchgeführt werden, in dem sich Arithmetikbedingungen wie die Außenlufttemperatur T, die Temperatur TC des Oxidationskatalysators 1, der Fahrzustand des Fahrzeugs usw. unterscheiden, oder auch in einem Übergangszustand, in dem Arithmetikbedingungen mit solchen Störungen (Rauschen) wie Beschleunigen und Abbremsen variieren.
Bei Arithmetikoperationen für die HC-Zugabemenge sind die im Kraftstoffmengen-Einstellabschnitt 4 voreingestellten Konstantparameter nur von drei Arten: die spezifische Wärme d_g des Abgases; die spezifische Wärme d_c des Oxidationskatalysators 1; und der Wärmeübertragungskoeffizient k vom Oxidationskatalysator 1 zur Außenluft. Das heißt, unter Berücksichtigung der Wärmeübertragung kann die HC-Zugabemenge genau berechnet werden, ohne solche Parameter wie Motordrehzahl und Motordrehmoment und ein entsprechendes Kennfeld für diese Parameter zu erstellen. Somit läßt sich der Erstellungsschritt einsparen.
Andere Ausführungsformen
Während die Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf die hierin aufgeführten Einzelheiten zu beschränken, sondern kann im nachfolgend beanspruchten Schutzumfang der Erfindung abgewandelt sein.
Beispielsweise wird bei der o. g. Ausführungsform in der Steuerung 3 die Rückführungssteuerung für die HC-Zugabemenge auf der Grundlage der Abgastemperatur T_I auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2 durchgeführt, wobei aber diese Rückführungssteuerung entbehrlich ist. Wird daher keine Rückführungssteuerung durchgeführt, kann der Einlaßtemperatursensor 5a aus der Abgasreinigungsanlage der Erfindung entfallen.
Ähnlich kann die Beurteilung zum Beenden der Regenerierungssteuerung durch andere Verfahren als das zuvor beschriebene Verfahren erfolgen. Beispielsweise wird eine Abgastemperatur auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2, die so geschätzt werden kann, daß die Abgastemperatur T_O auf der Stromabwärtsseite des Filters 2 gleich der im Auslaßtemperatur-Festlegungsabschnitt 3a festgelegten Auslaßsolltemperatur T_OT wird, als Temperatur für die Endbeurteilung vorab experimentell usw. erfaßt, und der Zähler wird so eingestellt, daß er die Zeitzählung startet, wenn die vom Einlaßtemperatursen sor 5a eingegebene Abgastemperatur T_I auf der Stromaufwärtsseite des Filters 2 gleich dieser Endbeurteilungstemperatur wurde (oder sie überstieg). In diesem Fall kann der Auslaßtemperatursensor 5b aus der Abgasreinigungsanlage der Erfindung entfallen.
In der o. g. Ausführungsform ist der Sollwert (Auslaßsolltemperatur T_OT) der Abgastemperatur auf der Stromabwärtsseite des Filters 2 als voreingestellter Festwert (650°C) festgelegt, kann aber geändert und in Übereinstimmung mit verschiedenen Bedingungen festgelegt werden, z. B. Laufzustand des Motors E, Fahrzustand des Fahrzeugs, Außenlufttemperatur usw. In diesem Fall wird eine Feintemperatursteuerung in Übereinstimmung mit verschiedenen Bedingungen möglich, wodurch sich der Regenerierungswirkungsgrad weiter verbessern läßt.
Nachdem die Erfindung beschrieben wurde, wird klar sein, daß sie auf vielerlei Weise abgeändert werden kann. Solche Abänderungen sind nicht als Abweichung vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung zu betrachten, und alle dem Fachmann deutliche Abwandlungen sollen zum Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche gehören.

Claims

Abgasreinigungsanlage mit einem Oxidationskatalysator (1), der in einem Abgaskanal (10) eines Motors angeordnet ist, und einem Filter (2), das stromabwärts vom Oxidationskatalysator (1) im Abgaskanal (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist: eine Auslaßtemperatur-Festlegungseinrichtung (3a) zum als Auslaßsolltemperatur erfolgenden Festlegen eines Sollwerts für eine Abgastemperatur, die auf einer Stromabwärtsseite des Filters (2) im Abgaskanal (10) detektiert wird; eine Wärmeverlustmengen-Berechnungseinrichtung (3c) zum Berechnen einer Wärmeverlustmenge, die vom Filter (2) aus dem Abgaskanal (10) nach außen abgestrahlt wird, wenn aus dem Motor abgegebenes Abgas das Filter (2) durchläuft; und eine Einlaßtemperatur-Festlegungseinrichtung (3d) zum als Einlaßsolltemperatur auf einer Stromaufwärtsseite des Filters (2) erfolgenden Festlegen einer Temperatur, die durch Addieren einer durch die Wärmeverlustmenge verringerten Verlusttemperatur zur Auslaßsolltemperatur erhalten wird.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist: eine Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung (4) zum Einstellen einer Zufuhrmenge von unverbranntem Kraftstoff, der dem Oxidationskatalysator (1) so zugeführt wird, daß eine Abgastemperatur auf der Stromaufwärtsseite des Filters (2) zur Einlaßsolltemperatur wird.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist: eine Einlaßtemperatur-Detektionseinrichtung (5a) zum Detektieren einer Abgastemperatur auf einer Einlaßseite des Filters (2) im Abgaskanal (10), und dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung (4) die Zufuhrmenge von unverbranntem Kraftstoff durch Rückführungssteuerung einstellt, die auf der Abgastemperatur auf der Einlaßseite basiert, die durch die Einlaßtemperatur-Detektionseinrichtung (5a) detektiert wird.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung (4) die Zufuhr des unverbranntem Kraftstoffs stoppt, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist, seit eine Gesamttemperatur des Filters (2) gleich oder höher als die Auslaßsolltemperatur war.
Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist: eine Auslaßtemperatur-Detektionseinrichtung (5b) zum Detektieren einer Abgastemperatur auf einer Auslaßseite des Filters (2) im Abgaskanal (10), und dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung (4) die Zufuhr des unverbrannten Kraftstoffs stoppt, wenn eine vorbe stimmte Zeitspanne abgelaufen ist, seit die Abgastemperatur auf der Auslaßseite, die durch die Auslaßtemperatur-Detektionseinrichtung (5b) detektiert wird, gleich der Auslaßsolltemperatur wurde.
Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist: eine Außenlufttemperatur-Detektionseinrichtung (8) zum Detektieren einer Temperatur außerhalb des Abgaskanals (10) als Außenlufttemperatur; eine Abgasdurchflußmengen-Berechnungseinrichtung (3b) zum Detektieren oder Berechnen einer Durchflußmenge des aus dem Motor abgegebenen Abgases; und eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionseinrichtung (9) zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; und dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeverlustmengen-Berechnungseinrichtung (3c) die Wärmeverlustmenge auf der Grundlage der Außenlufttemperatur, der Abgasdurchflußmenge und der Fahrgeschwindigkeit berechnet.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner aufweist: eine Außenlufttemperatur-Detektionseinrichtung (8) zum Detektieren einer Temperatur außerhalb des Abgaskanals (10) als Außenlufttemperatur; eine Abgasdurchflußmengen-Berechnungseinrichtung (3b) zum Detektieren oder Berechnen einer Durchflußmenge des aus dem Motor abgegebenen Abgases; eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Detektionseinrichtung (9) zum Detektieren einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; eine Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung (7) zum Detektieren einer Temperatur des Oxidationskatalysators (1); und eine Katalysatoreinlaßtemperatur-Detektionseinrichtung (6) zum als Katalysatoreinlaß-Abgastemperatur erfolgenden Detektieren einer Temperatur von Abgas, bevor es in den Oxidationskatalysator (1) strömt; und dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffmengen-Einstelleinrichtung (4) folgendes hat: (A) eine Gastemperaturanstieg-Arithmetikeinrichtung (4a) zum Berechnen einer ersten unverbrannten Kraftstoffmenge, die zum Erhöhen der Abgastemperatur auf der Stromaufwärtsseite des Filters auf die Einlaßsolltemperatur erforderlich ist, auf der Grundlage einer spezifischen Wärme des aus dem Motor abgegebenen Abgases, der Abgasdurchflußmenge, der Einlaßsolltemperatur und der Katalysatoreinlaß-Abgastemperatur; (B) eine Katalysatortemperaturanstieg-Arithmetikeinrichtung (4b) zum Berechnen einer zweiten unverbrannten Kraftstoffmenge, die zum Erhöhen der Temperatur des Oxidationskatalysators (1) auf die Einlaßsolltemperatur erforderlich ist, auf der Grundlage einer spezifischen Wärme des Oxidationskatalysators (1), der Einlaßsolltemperatur und der Oxidationskatalysatortemperatur; (C) eine Wärmestrahlungsmengen-Arithmetikeinrichtung (4c) zum Berechnen einer dritten unverbrannten Kraftstoffmenge, die zu einer vom Oxidationskatalysator (1) aus dem Abgaskanal (10) nach außen abgestrahlten Wärmemenge äquivalent ist, auf der Grundlage einer Wärmeübertragungsrate vom Oxidationskatalysator (1) aus dem Abgaskanal (10) nach außen, der Oxidationskatalysatortemperatur, der Außenlufttemperatur und der Fahrgeschwindigkeit; und (D) eine Arithmetikeinrichtung (4d) für die unverbrannte Gesamtkraftstoffmenge zum Summieren der ersten unverbrannten Kraftstoffmenge, der zweiten unverbrannten Kraftstoffmenge und der dritten unverbrannten Kraftstoffmenge, um eine unverbrannte Gesamtkraftstoffmenge zu berechnen, und Einstellen der Zufuhrmenge von unverbranntem Kraftstoff, die dem Oxidationskatalysator (1) zugeführt wird, auf die unverbrannte Gesamtkraftstoffmenge.