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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung
einer Brennkraftmaschine.
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Heutzutage
wird das Bewusstsein für Umweltschutz bzw. -erhaltung immer
größer, und es wird eine ausgezeichnete Abgasreinigungsleistung
einer Brennkraftmaschine gefordert. Im Speziellen ist für eine
weitere Verbreitung von Dieselmaschinen eine Beseitigung von Abgaspartikeln
(d. h. Feststoffen bzw. Feinstaub) wie etwa Schwarzrauch wichtig,
die von der Maschine ausgestoßen werden. Ein Dieselpartikelfilter
(DPF) wird häufig in einem Abgasrohr eingerichtet, um die
Feststoffe bzw. den Feinstaub zu beseitigen.
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Da
der DPF die Feststoffe in dem Abgas sammelt, wird ein Großteil
der Feststoffe beseitigt. Falls sich die Feststoffe jedoch nur fortwährend
in dem DPF ablagern, wird der DPF dann verstopft werden. Daher ist
es notwendig, den DPF zu regenerieren bzw. zu erneuern, indem die
abgelagerten Feststoffe verbrannt und beseitigt werden. Um die in
dem DPF abgelagerten Feststoffe zu verbrennen, werden Verfahren
wie etwa eine Nacheinspritzung verwendet. Die Nacheinspritzung wird
in einem Zylinder nach einer Haupteinspritzung durchgeführt.
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Falls
sich eine Temperatur während der DPF-Regeneration übermäßig
erhöht, können Probleme wie etwa ein Schmelzschaden
an dem DPF auftreten. Falls eine Temperaturerhöhung während der
DPF-Regeneration unzureichend ist, braucht die DPF-Regeneration
eine längere Zeit als notwendig. Als Folge hiervon wird
sich zum Beispiel der Kraftstoffverbrauch verschlechtern. Daher
ist es notwendig, die DPF-Temperatur während der DPF-Regeneration
auf einen angemessenen Wert zu steuern. Patentdokument 1 (
JP-A-2005-320962 )
beschreibt eine Technologie, die die Temperatur des DPF während der
DPF-Regeneration durch Verwendung der optimalen Rückkopplungsverstärkung
steuert.
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Eine
Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF (im Speziellen
eine Zeitverzögerung und eine Zeitkonstante) variiert abhängig
davon, ob eine Frischluftmenge (Ansaugmenge) groß oder
klein ist. Indem diesem Zusammenhang Beachtung geschenkt wird, schaltet
die Technologie von Patentdokument 1 die Rückkopplungsverstärkung
in Übereinstimmung mit gewissen Fällen um, die
anhand der Frischluftmenge aufgeteilt sind.
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Die
Frischluftmenge ist jedoch nicht der einzige Parameter, der die
Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF verändert. 7 zeigt
Beispiele der Temperaturerhöhung des DPF während
der DPF-Regeneration in dem Fall, dass eine Feststoff-Ablagerungsmenge
PM groß ist, und in dem Fall, dass die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM klein ist. In den beiden Fällen wird die gleiche Nacheinspritzmenge
Qnach eingespritzt, um die Temperatur TDPF des DPF zu erhöhen.
Es wird angenommen, dass sich die Temperatur TDPF des DPF verringert und
die Nacheinspritzmenge Qnach zur Zeit t0 erhöht wird. Wie
es gemäß 7 gezeigt
ist, erhöht sich die Temperatur TDPF des DPF nach der Zeit
t0. Wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM klein ist, ist ein Wärmeerzeugungsbetrag
in Folge einer Verbrennung der Feststoffe klein. Daher wird in einem
solchen Fall, selbst wenn die Temperatur TDPF eine Solltemperatur
Tt überschreitet, die Temperatur TDPF eine DPF-Bruch-Grenztemperatur
Tlim nicht überschreiten. Falls die Temperaturerhöhung,
wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist, mit der Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit
durchgeführt wird, die ähnlich der Geschwindigkeit
in dem Fall ist, dass die Feststoff-Ablagerungsmenge PM klein ist, tritt
eine übermäßige Temperaturerhöhung
auf, da der Wärmeerzeugungsbetrag in Folge der Verbrennung
der Feststoffe groß ist, das heißt, dass die Temperatur
TDPF des DPF die DPF-Bruch-Grenztemperatur Tlim überschreitet.
Die DPF-Bruch-Grenztemperatur Tlim ist eine Temperatur, oberhalb
derer der Schmelzschaden an dem DPF durch die hohe Temperatur verursacht
wird. Die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit kann als ein
durchschnittlicher Temperaturerhöhungswert pro Zeiteinheit
definiert werden, bevor die Temperatur TDPF die Solltemperatur Tt
(oder einen vorbestimmten Prozentsatz der Solltemperatur Tt) erreicht.
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8 und 9 zeigen
Beziehungen zwischen einer Verbrennungsgeschwindigkeit PMc der Feststoffe,
einer Grundmaterialtemperatur Tgrund und der Feststoff-Ablagerungsmenge(-dichte)
PM. Wie es gemäß 8 gezeigt
ist, erhöht sich die Feststoff-Verbrennungsgeschwindigkeit PMc,
wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge PM erhöht. Wie
es gemäß 9 gezeigt
ist, verbrennen die Feststoffe mit einer beschleunigten Geschwindigkeit,
wenn sich der DPF in dem Hochtemperaturzustand befindet. Daher ist
nachzuvollziehen, dass 7 das Ergebnis der Situation
zeigt, in der die Feststoffe mit einer beschleunigteren Geschwindigkeit
verbrennen, selbst wenn die Temperaturerhöhung mit der ähnlichen Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit
durchgeführt wird, wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge
erhöht, und in der die Temperaturerhöhung unaufhaltbar
wird.
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Daher
ist aus 7 bis 9 nachzuvollziehen,
dass die Möglichkeit des Schmelzschadens des DPF in dem
Fall, in dem die Temperaturerhöhung mit der gleichen Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit durchgeführt
wird, mit der Feststoff-Ablagerungsmenge PM variiert. Es ist auch
nachzuvollziehen, dass eine Steuereinheit entworfen werden muss,
um die Erhöhungsgeschwindigkeit der DPF-Temperatur TDPF
speziell in dem Fall zu verlangsamen, in dem die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM groß ist, wenn die Steuerung der DPF-Temperatur (bzw.
des -optimums) durchgeführt wird. Es besteht auch eine
Möglichkeit darin, dass eine Einspritzvorrichtung eine Tendenz
dahingehend aufweist, dass ein wahrer Wert einer Einspritzmenge
größer ist als ein Befehls- bzw. Sollwert. In
einem solchen Fall erhöht sich das Risiko der übermäßigen
Temperaturerhöhung weiter. Daher wird es, falls der Einspritzvorrichtungsfehler auch
berücksichtigt wird, noch wichtiger, die Steuereinheit
zu entwerfen, um die Temperaturerhöhung der DPF-Temperatur
zu verlangsamen, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist.
Falls die Verbesserung von diesem Gesichtspunkt aus zu der in dem
Patentdokument 1 beschriebenen Technologie hinzugefügt
wird, wird eine Realisierung einer noch ausstehenden bzw. außerordentlicheren DPF-Temperatursteuerung
erwartet.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung
einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die eine übermäßige Temperaturerhöhung
verhindert, indem eine schnelle Ansprecheigenschaft eines Steuersystems
mehr gelockert bzw. abgeschwächt wird, wenn sich eine Feststoff-Ablagerungsmenge
in einem DPF erhöht, wenn eine Steuerung zum Annähern
einer Temperatur des DPF an eine Solltemperatur während
einer Regeneration des DPF durchgeführt wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Abgasreinigungsvorrichtung
einer Brennkraftmaschine einen Partikelfilter, der in einem Abgaskanal
der Brennkraftmaschine bereitgestellt ist, zum Sammeln von Feststoffen,
einen Regenerationsabschnitt zum Regenerieren des Partikelfilters
durch Verbrennen der in dem Partikelfilter abgelagerten Feststoffe,
und einen Schätzabschnitt zum Schätzen einer Ablagerungsmenge
der Feststoffe in dem Partikelfilter. Der Regenerationsabschnitt
umfasst eine Temperatursteuereinheit zum Steuern einer Temperatur
des Partikelfilters, wenn der Partikelfilter regeneriert wird, und
einen Steuereinheitsregulierungsabschnitt zum Regulieren der Temperatursteuereinheit
gemäß der durch den Schätzabschnitt geschätzten
Ablagerungsmenge der Feststoffe. Der Regenerationsabschnitt reguliert
die Temperatursteuereinheit so, dass die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit
des Partikelfilters für zumindest eine Ablagerungsmenge
mehr verlangsamt wird, wenn die Temperatursteuereinheit verwendet
wird, die durch den Steuereinheitsregulierungsabschnitt gemäß der
Ablagerungsmenge der Feststoffe reguliert wird, als wenn die Temperatursteuereinheit
in dem Fall, dass die Ablagerungsmenge der Feststoffe Null ist,
für eine beliebige Ablagerungsmenge der Feststoffe verwendet
wird.
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Bei
der Abgasreinigungsvorrichtung der Brennkraftmaschine gemäß dem
vorstehenden Aspekt der vorliegenden Erfindung reguliert somit, wenn
der Partikelfilter regeneriert wird, der Steuereinheitsregulierungsabschnitt
die Temperatursteuereinheit, die die Temperatur des Partikelfilters
steuert, gemäß der Ablagerungsmenge der in dem
Partikelfilter abgelagerten Feststoffe. Der Steuereinheitsregulierungsabschnitt
reguliert die Temperatursteuereinheit, um die Erhöhungsgeschwindigkeit
der Temperatur des Partikelfilters mehr zu verlangsamen, wenn sich
die Ablagerungsmenge der Feststoffe erhöht. Daher kann
ein Auftreten der übermäßigen Temperaturerhöhung
des Partikelfilters verhindert werden, wenn die Ablagerungsmenge
der Feststoffe groß ist. Somit kann die Abgasreinigungsvorrichtung
realisiert werden, die zum Vermeiden des Schmelzschadens des Partikelfilters
fähig ist, der verursacht werden kann, falls die Temperaturerhöhung
des Partikelfilters aufgrund der Wärmeerzeugung der Feststoffe übermäßig
wird, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge groß ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Temperatursteuereinheit eine
Rückkopplungssteuereinheit bzw. eine Regelungseinheit.
Der Steuereinheitsregulierungsabschnitt umfasst einen Verstärkungs-
bzw. Gewinnanpassungsabschnitt zum Anpassen einer Rückkopplungsverstärkung
bzw. eines -gewinns der Rückkopplungssteuereinheit gemäß der
durch den Schätzabschnitt geschätzten Ablagerungsmenge
der Feststoffe. Die Anpassung der Rückkopplungsverstärkung
durch den Verstärkungsanpassungsabschnitt stellt die Rückkopplungsverstärkung
bereit, die einer bestimmten Ablagerungsmenge entspricht und kleiner
ist als die Rückkopplungsverstärkung, die einer
andere Ablagerungsmenge entspricht, die kleiner ist als die bestimmte
Ablagerungsmenge.
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Auf
diese Weise wird die Rückkopplungssteuerung bzw. Regelung
während der Partikelfilterregeneration durchgeführt
und wird die Anpassung durchgeführt, um eine grundlegende
Tendenz zu schaffen, dass der Wert der Rückkopplungsverstärkung
verringert wird, wenn sich die Ablagerungsmenge der Feststoffe erhöht.
Somit wird das Ansprechverhalten mit einer schnellen Reaktionseigenschaft des
Systems erreicht, das gelockerter bzw. abgeschwächter (verlangsamter)
ist, wenn sich die Ablagerungsmenge der Feststoffe erhöht.
Dementsprechend wird die übermäßige Temperaturerhöhung
des Partikelfilters durch das Ansprechverhalten mit der gelockerten
bzw. abgeschwächten schnellen Reaktionseigenschaft vermieden.
Somit kann die Abgasreinigungsvorrichtung realisiert werden, die
das Risiko des Schmelzschadens des Partikelfilters in Folge der übermäßigen
Temperaturerhöhung verhindert.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung senkt der Regenerationsabschnitt
eine Solltemperatur, wenn sich die durch den Schätzabschnitt
geschätzte Ablagerungsmenge der Feststoffe erhöht.
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Somit
wird die Solltemperatur gesenkt, wenn sich die Ablagerungsmenge
der Feststoffe in dem Partikelfilter erhöht. Dementsprechend
kann die Marge bzw. der Spielraum bis zu der Schmelzschadensgrenze
des DPF erhöht werden. Somit kann die Abgasreinigungsvorrichtung
realisiert werden, die das Risiko des Schmelzschadens des Partikelfilters
in Folge der übermäßigen Temperaturerhöhung
weiter senkt.
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Merkmale
und Vorteile eines Ausführungsbeispiels werden ebenso wie
Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile
aus einem Studium der folgenden ausführlichen Beschreibung,
der beiliegenden Patentansprüche und der Abbildungen zu
verstehen sein, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden. Bei
den Abbildungen gilt:
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1 ist
eine schematische Konstruktionsdarstellung, die eine Abgasreinigungsvorrichtung
einer Brennkraftmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Blockschaltbild, das die DPF-Temperatursteuerung gemäß dem
Ausführungsbeispiel zeigt;
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3 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Temperatursteuerungsverarbeitung während
einer DPF-Regeneration gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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4 ist
eine Darstellung, die eine Fallaufteilung der optimalen Rückkopplungsverstärkung
gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitverhaltens einer Nacheinspritzmenge
und einer DPF-Temperatur gemäß dem Ausführungsbeispiel
zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines Zeitverhaltens einer
Nacheinspritzmenge und einer DPF-Temperatur gemäß dem
Ausführungsbeispiel zeigt;
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7 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel eines Zeitverhaltens einer Nacheinspritzmenge
und einer DPF-Temperatur gemäß einem Stand der
Technik zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Feststoff-Ablagerungsmenge
und einer Feststoff-Verbrennungsgeschwindigkeit zeigt;
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9 ist
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Grundmaterialtemperatur
und der Feststoff-Verbrennungsgeschwindigkeit zeigt;
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10 ist
ein Diagramm, das eine Feststoff-Ablagerungscharakteristik in einem
DPF zeigt;
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11 ist
ein Diagramm, das ein Einstellungsbeispiel eines Gewichtungsfaktors
gemäß dem Ausführungsbeispiel zeigt;
und
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12 ist
eine Darstellung, die eine weitere Konstruktion der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Nachstehend
wird hier ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben. 1 ist
eine schematische Darstellung, die eine Abgasreinigungsvorrichtung 1 einer
Brennkraftmaschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
zeigt.
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Die
Abgasreinigungsvorrichtung 1 gemäß 1 wird
zum Beispiel auf eine Vierzylinder-Dieselmaschine 2 (die
hierin nachstehend einfach als Maschine bezeichnet wird) angewandt.
Von einem Ansaugrohr 3, das mit der Maschine 2 verbunden
ist, wird Luft an die Maschine 2 zugeführt. An
dem Ansaugrohr 3 ist ein Luftmengenmesser 4 zum
Messen einer Ansaugmenge bereitgestellt. An dem Ansaugrohr 3 ist eine
Ansaugdrossel(-klappe) 12 bereitgestellt. Die an die Maschine 2 zugeführte
Ansaugmenge wird durch Anpassung eines Öffnungsgrads der Ansaugdrossel(-klappe) 12 erhöht/verringert.
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Die
Maschine 2 ist mit Einspritzvorrichtungen 13 zum
Zuführen von Kraftstoff in Zylinder ausgerüstet.
Abgas wird an ein Abgasrohr 5 ausgestoßen, das mit
der Maschine 2 verbunden ist. Eine elektronische Steuervorrichtung 10 (ECU)
steuert die Kraftstoffeinspritzung der Einspritzvorrichtungen 13 an
die Maschine 2, die Öffnungsgradanpassung der
Ansaugdrossel(-klappe) 12 und dergleichen. Die ECU 10 umfasst
eine CPU zum Durchführen verschiedener Arten von Berechnungen
und einen Speicher 11 zum Speichern verschiedener Arten
von Informationen.
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In
dem Abgasrohr 5 ist ein Dieselpartikelfilter 6 (ein
DPF) bereitgestellt. An dem DPF 6 ist ein Oxidationskatalysator
angelagert, so dass der DPF 6 als ein DPF mit dem Oxidationskatalysator
(d. h. ein C-DPF) aufgebaut ist. Abgastemperatursensoren 7, 8 sind
auf einer Einlassseite beziehungsweise einer Auslassseite des DPF 6 angeordnet,
um eine Abgastemperatur an den jeweiligen Positionen zu messen.
Es ist ein Differenzdrucksensor 9 bereitgestellt, um einen
Differenzdruck (DPF-Differenzdruck, DPF-Druckverlust) als eine Differenz
eines Abgasdrucks zwischen der Einlassseite und der Auslassseite
des DPF 6 zu messen. Messwerte des Luftmengenmessers 4,
der Abgastemperatursensoren 7, 8 und des Differenzdrucksensors 9 werden
an die ECU 10 gesendet.
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Als
einen repräsentativen bzw. typischen Aufbau kann der DPF 6 eine
Wabenstruktur mit Kanälen aufweisen, von denen jeder wechselweise
an der Einlassseite oder der Auslassseite angeschlossen ist. Das
während eines Betriebs der Maschine 2 ausgestoßene
Abgas enthält Feststoffe bzw. Feinstaub (PM). Wenn das
Abgas eine DPF-Wand des vorstehend beschriebenen Aufbaus des DPF 6 durchtritt,
werden die Feststoffe in einem Inneren oder an einer Oberfläche
der DPF-Wand gesammelt. Es ist notwendig, den DPF 6 durch
Verbrennen und Beseitigen der abgelagerten Feststoffe jedes Mal dann
zu regenerieren bzw. zu erneuern, wenn eine Ablagerungsmenge der
in dem DPF 6 abgelagerten Feststoffe ausreichend groß wird.
Als ein Verfahren zum Regenerieren des DPF 6 wird zum Beispiel
ein Verfahren zum Durchführen einer Nacheinspritzung verwendet,
wobei der Kraftstoff von der Einspritzvorrichtung 13 zu
einer Zeit nach einer Haupteinspritzung eingespritzt wird.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird eine Temperatursteuerung während
der Regeneration des DPF 6 an der vorstehend beschriebenen
Vorrichtungskonfiguration durchgeführt, wie es nachstehend erläutert
ist. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Rückkopplungssteuerungs-
bzw. Regelungssystems der Temperatursteuerung während der
Regeneration des DPF 6. Ein Teil innerhalb einer gestrichelten
Linie gemäß 2 ist eine
Temperatursteuereinheit zum Durchführen der Temperatursteuerung
während der Regeneration des DPF 6. Die Temperatursteuereinheit
kann als ein Programm in der ECU 10 realisiert werden.
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Es
wird angenommen, dass das Steuerungsobjekt dieses Rückkopplungssteuerungs-
bzw. Regelungssystems ein Teil ist, dessen Eingabe eine Nacheinspritzmenge
Qnach der Maschine 2 ist und dessen Ausgabe die Temperatur
TDPF des DPF 6 ist. Daher umfasst das Steuerungsobjekt
natürlich die Maschine 2 und den DPF 6.
Der Messwert des Abgastemperatursensors 7 oder des Abgastemperatursensors 8 kann
als die DPF-Temperatur TDPF verwendet werden.
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Wahlweise
kann ein Durchschnittswert der Messwerte der Abgastemperatursensoren 7, 8 als die
DPF-Temperatur TDPF verwendet werden. Wahlweise kann ein Modell
zum Schätzen der inneren Temperatur des DPF 6 aus
den Messwerten der Abgastemperatursensoren 7, 8 im
Voraus erhalten werden, und kann das Modell verwendet werden.
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Eine
Solltemperatur Tt kann durch die ECU 10 auf eine Temperatur
eingestellt werden, die für die Verbrennung der in dem
DPF 6 abgelagerten Feststoffe notwendig ist. Zum Beispiel
kann die Solltemperatur Tt auf 550°C oder höher
eingestellt werden. Das Rückkopplungssteuerungssystem gemäß 2 umfasst
einen Teil, der eine Abweichung der DPF-Temperatur TDPF von der
Solltemperatur Tt erhält, und der die Abweichung in einen
Integrator bzw. eine Integriervorrichtung eingibt. Mit einer solchen Konstruktion
kann ein Versatz mit Bezug auf einen festgelegten Sollwert auf Null
eingestellt werden.
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Gemäß 2 wird
als die Nacheinspritzmenge Qnach, die den Eingabewert an die Maschine 2 darstellt,
eine Summe von einem Produkt einer Zustandsvariablen des Steuerungsobjekts
und einer Rückkopplungsverstärkung F2 und einem
Produkt der Ausgabe des Integrators und einer Rückkopplungsverstärkung
F1 verwendet. Ein Befehlswert und ein Integrationswert der vergangenen
Nacheinspritzmenge Qnach können als die Zustandsvariablen
des Steuerungsobjekts verwendet werden. Die Rückkopplungsverstärkung
F1 ist eine Skalargröße, und die Rückkopplungsverstärkung
F2 ist eine Zeilenvektorgröße. Eine Rückkopplungsverstärkung
einer Zeilenvektorgröße, die durch Anordnung der
Rückkopplungsverstärkungen F1 und F2 aufgebaut
ist, wird als F bezeichnet. Die Rückkopplungsverstärkung
F wird durch die Optimalreglertheorie berechnet, wie es nachstehend
erläutert ist. Die Optimalreglertheorie ist eine Theorie zum
Herleiten einer Rückkopplungsverstärkung, die
eine vorgegebene Bewertungsfunktion minimiert, wie es wohl bekannt
ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein
Expansions- bzw. Ausdehnungssystem, das aus dem Steuerungsobjekt
und dem Integrator besteht, mit einer Zustandsgleichung ausgedrückt,
und wird die Optimalreglertheorie auf die Zustandsgleichung angewandt,
um die optimale Rückkopplungsverstärkung herzuleiten.
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Die
Zustandsgleichung des Expansions- bzw. Ausdehnungssystems wird durch
folgende Gleichung (E1) und (E2) (oder nur Gleichung (E1)) ausgedrückt.
x bezeichnet eine Zustandsvariable und ist als eine Spaltenvektorgröße
definiert. dx/dt bezeichnet eine zeitliche Differenziation von x.
t ist die Zeit. u ist die momentane Nacheinspritzmenge Qnach, die in
die Maschine 2 eingegeben wird, und ist als eine Skalargröße
definiert. y ist die DPF-Temperatur TDPF, die die Ausgabe des Steuerungsobjekts
darstellt, und ist eine Skalargröße definiert.
Die Zustandsvariable x ist ein Vektor, der durch Anordnen des Zustands
des Steuerungsobjekts und des Zustands des Integrators aufgebaut
ist. A, B und C sind Matrizen, die durch die Charakteristik des
Steuerungsobjekts und des Integrators festgelegt sind. A ist eine
quadratische Matrix, B ist ein Spaltenvektor, und C ist ein Zeilenvektor. dx(t)/dt = Ax(t) + Bu(t) (E1) y(t) = Cx(t) (E2)
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Anstelle
der Gleichung (E1) kann die folgende Gleichung (E3) verwendet werden,
die mittels einer Durchführung einer Abtastung in einem
vorbestimmten Abtastzyklus erstellt wird. xd bezeichnet eine Zustandsvariable
zu einer diskreten Zeit, zu der x abgetastet wird. Gleichermaßen
ist ud eine Eingabe zu der diskreten Zeit. Ad und Bd sind Matrizen,
die aus A und B und dem Abtastzyklus festgelegt sind. k bezeichnet
einen Ganzzahlenwert, der die diskrete Zeit angibt. xd(k + 1) = Adxd(k) + Bdud(k) (E3)
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Die
Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF 6 ändert
sich wie vorstehend erwähnt mit der Frischluftmenge. Die
Beziehung zwischen der Nacheinspritzmenge Qnach und der Temperatur
TDPF des DPF 6 kann durch ein Totzeitelement und ein System
erster Ordnung, ein System zweiter Ordnung oder ein System dritter
Ordnung in Reihe ausgedrückt werden. Die Totzeit und eine
Zeitkonstante ändern sich mit einer Erhöhung/Verringerung
der Frischluftmenge. Die vorstehende Gleichung (E1) kann ein System
verwenden, das durch Annäherung des Systems, das aus dem
Totzeitelement und dem System erster Ordnung, dem System zweiter
Ordnung oder dem System dritter Ordnung in Reihe besteht, innerhalb
eines bestimmten Rahmens kontinuierlicher Zeit gebildet wird. Die
vorstehende Gleichung (E3) kann ein System verwenden, das durch Abtastung
eines Systems kontinuierlicher Zeit gebildet wird, das aus dem Totzeitelement
und dem System erster Ordnung, dem System zweiter Ordnung oder dem
System dritter Ordnung in Reihe besteht.
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Der
folgende Ausdruck (E4) wird als die Bewertungsfunktion verwendet.
Q und R sind von einem Entwickler eingestellte Gewichtungsfaktoren.
Q ist eine quadratische Matrix mit einem positiven konstanten Wert,
und R ist ein positiver Skalar. X* ist die Transposition (d. h.
der transponierte Vektor) der Zustandsvariablen x. ∫dt
bezeichnet eine zeitliche Integration und wird bei den theoretischen
Methoden als eine Integration in unendlicher Zeit von einem Steuerungsstartzeitpunkt
aus behandelt. J1 = ∫(x*Qx
+ Ru2)dt (E4)
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Anstelle
der vorstehenden Gleichung (E4) kann die folgende Gleichung (E5)
als eine Bewertungsfunktion verwendet werden. In der Gleichung (E4)
sind die Zustandsvariable x und die Eingabe u Größen
in kontinuierlicher Zeit. Im Gegensatz dazu sind in der Gleichung
(E5) die Zustandsvariable xd und die Eingabe du Größen
zu der diskreten Zeit, die in einem vorbestimmten Abtastzyklus abgetastet werden.
In der Gleichung (E5) bezeichnet Σ die Summe, und wird
diese bei den theoretischen Methoden als die Summe in der unendlichen
Zeit von dem Steuerungsstartzeitpunkt aus behandelt. J2 = Σ(xd*Qxd + Rud2) (E5)
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Bei
den vorgenannten Funktionen J1 oder J2 ist besagt, dass die Zustandsvariable
schneller in einen Wert eines stationären Zustands konvergiert, wenn
sich der erste Term x*Qx (oder xd*Qxd) verringert. Es ist besagt,
dass ein kleinerer Betriebs- bzw. Arbeitsbetrag verwendet wird,
wenn sich der zweite Term Ru2 (oder Rud2) verringert. Falls der Entwurf durchgeführt
wird, indem der Gewichtungsfaktor Q größer eingestellt
wird, kann ein Steuerungssystem mit schnellerem Ansprechverhalten
erreicht werden, aber ist im Allgemeinen eine größere
Eingabe erforderlich. Falls der Entwurf durchgeführt wird,
indem der Gewichtungsfaktor R größer eingestellt
wird, wird das Ansprechverhalten langsamer, aber wird ein kleinerer
Eingabewert ausreichen. Das heißt, dass das gelockerte
bzw. abgeschwächte Ansprechverhalten mit einer verbesserten
Stabilität mit der kleineren Eingabe erhalten werden kann.
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Somit
betrifft der erste Term das Ansprechverhalten (die schnelle Reaktionseigenschaft)
und betrifft der zweite Term die Stabilität. Der erste
und der zweite Term weisen die Beziehung des Ausgleichs bzw. der
gegenseitigen Abstimmung auf. In der Optimalreglertheorie kann der
Entwickler die beiden Steuerungsobjekte des Ansprechverhaltens und der
Stabilität optimieren, während der Ausgleich bzw. die
gegenseitige Abstimmung berücksichtigt wird, indem die
Gewichtungsfaktoren Q und R angemessen eingestellt werden.
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In
der Optimalreglertheorie wird die optimale Rückkopplungsverstärkung
F aus den vorstehend erwähnten Größen
A, B (oder Ad, Bd), P und Q durch ein bestimmtes Verfahren berechnet,
wie etwa das Lösen der Matrixgleichung (Riccati-Gleichung).
Dieses Berechnungsverfahren ist wohl bekannt, weshalb eine Erläuterung
davon hier ausgelassen ist. Ein Teil der optimalen Rückkopplungsverstärkung
F dient als die optimale Rückkopplungsverstärkung
F1, und ein anderer Teil dient als die optimale Rückkopplungsverstärkung
F2. Die vorstehend beschriebene Zustandsgleichung und die zeitliche
Diskretisierung dieser sind wohl bekannt, weshalb eine ausführlichere
Erläuterung davon hier ausgelassen ist.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird die optimale Rückkopplungsverstärkung
F unter Verwendung der Optimalreglertheorie berechnet und in dem Speicher 11 der
ECU 10 im Voraus gespeichert. Die Charakteristik hinsichtlich
der Temperaturerhöhung des DPF 6 ändert
sich auch mit der Frischluftmenge Qluft (d. h. der Ansaugmenge),
wie es vorstehend erwähnt ist. Die Totzeit und die Zeitkonstante
der Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF 6 verringert sich,
wenn sich die Frischluftmenge Qluft erhöht. Daher erhöht
sich die schnelle Reaktionseigenschaft der Temperatur TDPF des DPF 6,
wenn sich die Frischluftmenge Qluft erhöht. In einem solchen
Fall besteht eine Möglichkeit eines Auftretens eines Überschwingens
der Temperatur TDPF. Wie es gemäß 7 gezeigt
ist, variiert die mit der Temperaturerhöhung des DPF 6 in
Beziehung stehende Charakteristik abhängig davon, ob die
Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß oder klein ist. Falls
die schnelle Reaktionseigenschaft der DPF-Temperatur TDPF hoch eingestellt
ist, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist, besteht
eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür, dass sich die Temperatur
TDPF des DPF 6 übermäßig erhöht
und der Schmelzschaden des DPF 6 auftritt.
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Die
Differenz in der Frischluftmenge Qluft meint die Differenz in dem
Steuerungsobjekt. Die geeignete schnelle Reaktionseigenschaft unterscheidet sich
zwischen dem Fall, in dem die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist,
und dem Fall, in dem die Feststoff-Ablagerungsmenge PM klein ist.
Daher werden, um auf die Änderung der Charakteristik des Steuerungsobjekts
zu reagieren, Fälle gemäß der Frischluftmenge
Qluft aufgeteilt, und wird die Temperaturerhöhungscharakteristik
des DPF 6 für die jeweiligen Fälle modelliert.
Dann wird die optimale Rückkopplungsverstärkung
F für jedes Modell berechnet. Auf diese Weise kann die Änderung
der Temperaturerhöhungscharakteristik des DPF 6 in
Folge der Differenz in der Frischluftmenge Qluft behandelt werden.
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Außerdem
besteht eine Möglichkeit eines Auftretens einer übermäßigen
Temperaturerhöhung, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM groß ist, falls die Temperaturerhöhung mit
der gleichen Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit wie in
dem Fall durchgeführt wird, in dem die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM klein ist. Daher wird gemäß der vorliegenden
Erfindung, wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge PM erhöht,
der Gewichtungsfaktor Q, der mit der schnellen Reaktionseigenschaft
der Bewertungsfunktion J1 oder J2 in Beziehung steht, relativ verringert,
und wird der Gewichtungsfaktor R, der mit der Stabilität
dieser in Beziehung steht, relativ erhöht. Dann wird die
dazu korrespondierende Rückkopplungsverstärkung
berechnet. Durch Verwendung der Rückkopplungsverstärkung,
die durch relatives Erhöhen des Gewichtungsfaktors R bereitgestellt
wird, der mit der Stabilität in Beziehung steht, wird die Möglichkeit
einer Vermeidung der übermäßigen Temperaturerhöhung
verbessert, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist.
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Ein
Beispiel des vorstehenden Schemas ist gemäß 11 gezeigt. 11 zeigt
ein Einstellungsbeispiel des Gewichtungsfaktors R als die positive
Skalargröße. Aus dem vorstehend beschriebenen
Grund ist der Gewichtungsfaktor R als eine monoton steigende Funktion
(oder eine monoton nicht fallende Funktion) mit Bezug auf die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM definiert. Gemäß 11 ist
der Gewichtungsfaktor Q konstant eingestellt. In dem Fall gemäß 11(a) wird der Wert des Gewichtungsfaktors
R diskontinuierlich bzw. unstetig vor und nach einem vorbestimmten
Schwellenwert M1 der Feststoff-Ablagerungsmenge PM geändert.
In dem Fall gemäß 11(b) wird
der Wert des Gewichtungsfaktors R monoton und kontinuierlich erhöht.
In dem Fall gemäß 11(b) kann
der Gewichtungsfaktor R zum Beispiel als eine quadratische Funktion der
Feststoff-Ablagerungsmenge PM definiert sein. In dem Fall gemäß 11(a) können wahlweise zwei oder
mehr Schwellenwerte eingestellt sein. Der Wert des Gewichtungsfaktors
R kann über jeden Schwellenwert hinweg diskontinuierlich
bzw. unstetig geändert werden.
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Fälle
werden gemäß der Frischluftmenge Qluft und der
Feststoff-Ablagerungsmenge PM unter Verwendung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens aufgeteilt, und die optimale Rückkopplungsverstärkung
F wird für jeden Fall berechnet und in dem Speicher 11 gespeichert.
Ein Modus der Fallaufteilung ist gemäß 4 gezeigt.
Zum Beispiel wird eine Ebene, die durch Koordinatenachsen der Frischluftmenge
Qluft und der Feststoff-Ablagerungsmenge PM definiert ist, in Bereiche
bzw. Flächen in Form von Maschen bzw. Netzen aufgeteilt,
und wird die optimale Rückkopplungsverstärkung
F(Fij, Fi(j+1),...)
für jeden Bereich des Netzes erhalten. Wie vorstehend erwähnt
wird in dem Bereich, in dem die Feststoff-Ablagerungsmenge PM mit
Bezug auf die vertikale Achse gemäß 4 relativ
groß ist, der Gewichtungsfaktor R unter den Gewichtungsfaktoren
Q und R relativ groß eingestellt, wie es gemäß 11 gezeigt
ist.
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Wenn
die optimale Rückkopplungsverstärkung berechnet
ist, nachdem die Rückkopplungsverstärkung durch
die Optimalreglertheorie berechnet ist, wie es vorstehend erwähnt
ist, kann eine Simulation unter Verwendung der berechneten Rückkopplungsverstärkung
durchgeführt werden, und kann die ein wünschenswertes
Ansprechverhalten bereitstellende Rückkopplungsverstärkung
als die optimale Rückkopplungsverstärkung festgelegt
werden. Das wünschenswerte Ansprechverhalten kann ein Ansprechverhalten
sowohl mit einem wünschenswerten (d. h. kleinen) Überschwingungsbetrag
als auch einer wünschenswerten (d. h. kurzen) Beruhigungs-
bzw. Einschwingzeit sein. Da die Optimalreglertheorie nur die numerische
Bewertung der Bewertungsfunktion durchführt, kann ein spezielles
Bild des Ansprechverhaltens nicht erlangt werden. In dieser Beziehung kann,
falls die optimale Rückkopplungsverstärkung durch
tatsächliches Durchführen der Simulation festgelegt
wird, wie es vorstehend beschrieben ist, der Nachteil der Optimalreglertheorie
kompensiert werden.
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Der
Wert der optimalen Rückkopplungsverstärkung, der
durch das vorstehend beschriebene Entwurfsverfahren erhalten wird,
tendiert schließlich zum Abnehmen, da der Gewichtungsfaktor
R erhöht wird, wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM erhöht. Um genau zu sein, gibt es bei der Anpassung der
Rückkopplungsverstärkung durch den Verstärkungsanpassungsabschnitt
zwei Feststoff-Ablagerungsmengen PM, wobei die Rückkopplungsverstärkung,
die der größeren Feststoff-Ablagerungsmenge PM
entspricht, kleiner ist als die Rückkopplungsverstärkung,
die der kleineren Feststoff-Ablagerungsmenge PM entspricht. In dem
Fall, dass die Rückkopplungsverstärkung ein Vektor
(oder eine Matrix) ist, kann ein Wert einer beliebigen Norm bzw.
eines beliebigen Typs (einer Vektornorm, einer Matrixnorm) als der
Wert der Rückkopplungsverstärkung verwendet werden.
Die vorstehend genannte Tendenz stimmt mit einem Hauptanliegen der
vorliegenden Erfindung überein, nämlich die übermäßige
Temperaturerhöhung zu verhindern, wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM groß ist. Das heißt, dass die vorliegende Erfindung
die Tendenz bereitstellt, dass sich der Wert der Rückkopplungsverstärkung
verringert, wenn sich die Feststoff-Ablagerungsmenge PM erhöht.
Als Folge hiervon wird die schnelle Reaktionseigenschaft des Ansprechverhaltens
gelockert bzw. abgeschwächt und wird die übermäßige
Temperaturerhöhung verhindert.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Temperatursteuerungsverarbeitung zu der
Zeit der Regeneration des DPF 6. Die Verarbeitungsvorgänge
gemäß 3 können von der ECU 10 sequenziell
ausgeführt werden. Als nächstes werden die Verarbeitungsvorgänge
gemäß 3 erläutert. Das Ablaufdiagramm
gemäß 3 wird innerhalb eines Zeitabschnitts
durchgeführt, in dem die in dem DPF 6 abgelagerten
Feststoffe durch die Nacheinspritzung verbrannt werden und somit
die Regeneration des DPF 6 durchgeführt wird.
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Zunächst
wird in S10 die Frischluftmenge Qluft (d. h. die Ansaugmenge) gemessen.
Die Messung kann mit dem Luftmengenmesser 4 durchgeführt
werden. Ein Massedurchsatz pro Zeiteinheit kann als die Frischluftmenge
Qluft verwendet werden.
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Dann
wird in S20 der DPF-Differenzdruck PDPF (d. h. der DPF-Druckverlust)
als der Differenzdruck zwischen der Einlassseite und der Auslassseite
des DPF 6 gemessen. In S30 wird die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM in dem DPF 6 unter Verwendung des in S20 gemessenen
DPF-Differenzdrucks PDPF geschätzt. Das in S20 verwendete
Schätzverfahren wird nachstehend beschrieben.
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Dann
wird in S40 die optimale Rückkopplungsverstärkung
abgerufen bzw. benannt. Wie vorstehend beschrieben wird die Fallaufteilung
vorher gemäß der Frischluftmenge Qluft und der
Feststoff-Ablagerungsmenge PM durchgeführt, wie es gemäß 4 gezeigt
ist. Zusätzlich wird die optimale Rückkopplungsverstärkung,
die die vorstehend genannte Bewertungsfunktion J1 oder J2 optimiert,
im Voraus für jeden Bereich erhalten und in dem Speicher 11 gespeichert.
In S40 wird aus den in dem Speicher 11 gespeicherten optimalen
Rückkopplungsverstärkungen die optimale Rückkopplungsverstärkung
des Bereichs abgerufen, der der in S10 erhaltenen Frischluftmenge
Qluft und der in S30 erhaltenen Feststoff-Ablagerungsmenge PM entspricht.
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Dann
wird in S50 die Temperatur TDPF des DPF 6 geschätzt.
Wahlweise kann anstelle einer Schätzung der DPF-Temperatur
TDPF der Messwert des Abgastemperatursensors 7 oder des
Abgastemperatursensors 8 als solches als die DPF-Temperatur TDPF
verwendet werden, wie es vorstehend erwähnt ist. Wahlweise
kann ein Durchschnittswert der Messwerte der Abgastemperatursensoren 7, 8 als
eine Schätzung der Temperatur TDPF des DPF 6 verwendet
werden. Wahlweise kann ein Modell zum Schätzen der inneren
Temperatur des DPF 6 aus den Messwerten der Abgastemperatursensoren 7, 8 im Voraus
erhalten werden, und kann das Modell für die Schätzung
verwendet werden.
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Schließlich
wird in S60 die Nacheinspritzmenge Qnach berechnet. Das Rückkopplungssystem
gemäß 2 wird für die Berechnung
der Nacheinspritzmenge Qnach verwendet. In dem Rückkopplungssteuerungssystem
gemäß 2 wurde die Rückkopplungsverstärkung
F in S40 erhalten und wurde die DPF-Temperatur TDPF in S50 erhalten. Daher
wird die Nacheinspritzmenge Qnach mit der Konstruktion gemäß 2 unter
Verwendung dieser Werte berechnet. Bei der Berechnung kann ein Zustandsbeobachter
(ein Beobachter bzw. Wächter) verwendet werden, um die
Zustandsvariable des Steuerungsobjekts zu erhalten. Somit kann die
Zustandsvariable aus der Eingabe und der Ausgabe erhalten werden.
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5 zeigt
ein Beispiel eines Verhaltens der Temperatur TDPF des DPF 6,
die durch die Verarbeitung des vorstehend beschriebenen Ablaufdiagramms
gesteuert wird. Die Feststoff-Ablagerungsmenge PM gemäß 5 ist
die gleiche wie die große Ablagerungsmenge PM gemäß 7.
Eine durchgezogene Linie a gemäß 5 zeigt
das Verhalten der Temperatur TDPF gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel, und eine gestrichelte Linie b zeigt
das Verhalten der DPF-Temperatur gemäß einem Stand der
Technik. Wie vorstehend beschrieben zeigt 7 (oder
die gestrichelte Linie b gemäß 5)
das Ansprechverhalten in dem Fall, dass die Temperatursteuereinheit
nicht gemäß der Feststoff- Ablagerungsmenge PM
reguliert wird. Die gemäß 7 verwendete
Rückkopplungsverstärkung ist die gleiche wie die
Rückkopplungsverstärkung, die verwendet wird,
wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge PM gemäß 5 Null
ist. 5 (die durchgezogene Linie a) zeigt den Fall,
dass die Temperatursteuereinheit gemäß der Feststoff-Ablagerungsmenge
PM reguliert wird, und dass die Feststoff-Ablagerungsmenge PM groß ist.
Daher ist aus dem Vergleich zwischen 5 und 7 nachzuvollziehen,
dass in dem Fall gemäß 5 der Rückkopplungsverstärkungswert kleiner
ist und die schnelle Reaktionseigenschaft des Ansprechverhaltens
lockerer bzw. abgeschwächter ist als in dem Fall gemäß 7.
Daher ist die Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit gemäß 5 niedriger
als gemäß 7. Dementsprechend überschreitet
die mittels der durchgezogenen Linie a gezeigte DPF-Temperatur TDPF
gemäß der vorliegenden Erfindung im Gegensatz
zu der mittels der gestrichelten Linie b gezeigten herkömmlichen
Technologie nicht die DPF-Bruch-Grenztemperatur Tlim, und ist das
Risiko des Bruchs bzw. der Zerstörung des DPF 6 in Folge
der übermäßigen Temperaturerhöhung
behoben.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die
Temperatursteuereinheit auch gemäß der Frischluftmenge
Qluft reguliert. Daher kann auch die Möglichkeit der übermäßigen
Temperaturerhöhung in dem Fall reduziert werden, dass die Frischluftmenge
Qluft groß ist. Falls die Temperatursteuereinheit in dem
Fall, dass die Frischluftmenge Qluft der minimale Wert ist, der
ermöglicht, dass die Maschine normal arbeitet, für
eine beliebige Frischluftmenge Qluft verwendet wird, wird die Wahrscheinlichkeit
der übermäßigen Temperaturerhöhung
hoch, wenn die Frischluftmenge Qluft groß ist. Im Gegensatz
dazu wird bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
die Temperatursteuereinheit gemäß der Frischluftmenge
Qluft reguliert. Daher wird die Wahrscheinlichkeit der übermäßigen
Temperaturerhöhung in dem Fall verringert, dass die Frischluftmenge
Qluft groß ist.
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Das
heißt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung
die Wahrscheinlichkeit der übermäßigen Temperaturerhöhung
des Partikelfilters für zumindest eine Frischluftmenge
mehr verringert werden kann, wenn die Temperatursteuereinheit verwendet
wird, die durch den Steuereinheitsregulierungsabschnitt gemäß der
Frischluftmenge reguliert wird, als wenn die Tempertursteuereinheit
in dem Fall, dass die Frischluftmenge der minimale Wert ist, der
ermöglicht, dass die Maschine normal arbeitet, für
eine beliebige Frischluftmenge verwendet wird.
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Die
Temperatursteuereinheit, die gemäß dem vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiel entorfen ist, weist die
Tendenz auf, dass der Wert der Rückkopplungsverstärkung
schließlich abnimmt, wenn sich die Frischluftmenge erhöht.
Um genau zu sein, gibt es bei der Anpassung der Rückkopplungsverstärkung
durch den Verstärkungsanpassungsabschnitt zwei Frischluftmengen,
wobei die Rückkopplungsverstärkung, die der größeren
Frischluftmenge entspricht, kleiner ist als die Rückkopplungsverstärkung,
die der kleineren Frischluftmenge entspricht. In dem Fall, dass
die Rückkopplungsverstärkung der Vektor (oder
die Matrix) ist, kann ein Wert einer beliebigen Norm bzw. eines
beliebigen Typs (einer Vektornorm, einer Matrixnorm) als der Wert
der Rückkopplungsverstärkung verwendet werden.
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Eine
solche Tendenz stimmt mit den Anliegen überein, das Risiko
der übermäßigen Temperaturerhöhung
zu unterdrücken, da das Risiko der übermäßigen
Temperaturerhöhung ansteigt, wenn sich die Frischluftmenge
erhöht. Das heißt, dass die vorliegende Erfindung
die Tendenz schafft, dass der Wert der Rückkopplungsverstärkung
abnimmt, wenn sich die Frischluftmenge erhöht. Dementsprechend wird
die schnelle Reaktionseigenschaft des Ansprechverhaltens gelockert
bzw. abgeschwächt und wird die übermäßige
Temperaturerhöhung verhindert.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das
Entwurfsverfahren der optimalen Rückkopplungsverstärkung
gegenüber dem herkömmlichen Verfahren verändert,
aber wird die Solltemperatur Tt nicht verändert. Da die
hauptsächliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin
besteht, die übermäßige Temperaturerhöhung
des DPF 6 (und den Schmelzschaden des DPF 6, der
durch die übermäßige Temperaturerhöhung
verursacht wird) zu vermeiden, kann es in einigen Fällen
jedoch auch wirkungsvoll sein, die Solltemperatur Tt zu senken. 6 zeigt
ein Beispiel eines Ansprechverhaltens in dem Fall, dass die Solltemperatur
Tt gesenkt ist.
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Bei
diesem Beispiel wird die Rückkopplungsverstärkung
F gegenüber 7 nicht verändert,
sondern wird nur die Solltemperatur Tt gesenkt. Die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM gemäß 6 ist gleich der
größeren Feststoff-Ablagerungsmenge PM gemäß 7.
Falls 6 mit 7 verglichen wird, ist es nachzuvollziehen,
dass die übermäßige Temperaturerhöhung
gemäß 6 durch Senkung der Solltemperatur
Tt vermieden wird.
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Das
Senken der Solltemperatur Tt kann einzig und allein oder in Kombination
mit den Verarbeitungsvorgängen der vorstehend beschriebenen 3 durchgeführt
werden. Zum Beispiel kann der Vorgang eines Senkens der Solltemperatur
Tt vor S60 durchgeführt werden. Wenn einzig und allein
die Solltemperatur Tt gesenkt wird, kann die übermäßige Temperaturerhöhung
vermieden werden. Jedoch wird das Ansprechverhalten langsam und
verlängert sich die Regenerationszeit des DPF 6.
Daher besteht eine Möglichkeit darin, dass der Kraftstoffverbrauch verschlechtert
wird. Falls das Senken der Solltemperatur Tt mit der Steuerung gemäß 3 kombiniert wird,
können solche Nachteile vermieden werden. Vielmehr kann
die Wahrscheinlichkeit der übermäßigen
Temperaturerhöhung weiter verringert werden, während
das optimale Ansprechverhalten erhalten wird.
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Nachstehend
wird das Verfahren der in S30 durchgeführten Feststoff-Ablagerungsmenge-Schätzung
erläutert. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben
Kenntnis darüber, dass eine Beziehung zwischen der Feststoff-Ablagerungsmenge
PM und dem DPF-Druckverlust PDPF (d. h. dem Differenzdruck) eine
gemäß 10 gezeigte
Beziehung ist (oder an diese angenähert ist). Das heißt,
dass sich ein Indizierpunkt, der die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM und den DPF-Druckverlust PDPF indiziert, auf einer ersten Kennlinie 21 von
einem gemäß 10 gezeigten
Anfangspunkt 20 aus gemäß der Veranschaulichung
nach oben rechts bewegt, wenn sich der Betrieb der Brennkraftmaschine
fortsetzt und die Feststoffablagerung in dem DPF 6 voranschreitet. Dann,
wenn der Indizierpunkt einen Übergangspunkt 22 erreicht,
bewegt sich der Indizierpunkt auf einer zweiten Kennlinie 23 gemäß der
Veranschaulichung nach oben rechts.
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Die
erste Kennlinie 21 entspricht einer Phase, in der sich
die Feststoffe in der Filterwand des DPF 6 ablagern, und
die zweite Kennlinie 23 entspricht einer Phase, in der
sich die Feststoffen an der Oberfläche der Filterwand ablagern.
In dem Fall, dass sich die Feststoffe in der Filterwand ablagern, ist
ein Grad bzw. Maß von sich neuerdings verengenden Durchströmungskanälen
des Abgases höher als in dem Fall, dass sich die Feststoffe
auf der Wandoberfläche ablagern. Daher wird der Druckverlustwert in
dem Fall, dass sich die Feststoffe in der Filterwand ablagern, mehr
erhöht als in dem Fall, dass sich die Feststoffe an der
Wandoberfläche ablagern. Wie es gemäß 10 gezeigt
ist, weist die erste Kennlinie 21 daher eine Steigung auf,
die größer ist als die der zweiten Kennlinie 23.
Die Steigung gibt ein Verhältnis eines Inkrements bzw.
einer Zunahme des DPF-Druckverlusts PDPF zu einem Inkrement bzw. einer
Zunahme der Feststoff-Ablagerungsmenge PM an.
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Falls
die gemäß 10 gezeigte
Charakteristik im Voraus erhalten wird, kann die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM in dem DPF 6 geschätzt werden, indem der DPF-Druckverlustwert
PDPF erhalten wird. Der DPF 6 kann regeneriert werden,
wenn die auf diese Weise geschätzte Feststoff-Ablagerungsmenge
PM ein Niveau erreicht, das die Regeneration notwendig macht.
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Falls
bestimmt wird, dass die Feststoff-Ablagerungsmenge PM übermäßig
ist und die DPF-Regeneration begonnen wird, wenn ein Punkt 24 gemäß 10 erreicht
ist, führen anschließend die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM und der DPF-Druckverlust PDPF Übergänge durch,
wie es durch gestrichelte Linien gemäß 10 gezeigt
ist. Das heißt, dass sich die Werte der Feststoff-Ablagerungsmenge
PM und des DPF-Druckverlusts PDPF zunächst entlang einer
geraden Linie 25 verringern. Nachdem ein Übergangspunkt 26 durchschritten
ist, verringern sich die Werte der Feststoff-Ablagerungsmenge PM und
des DPF-Druckverlusts PDPF entlang einer geraden Linie 27,
und kehren sie zu dem Anfangspunkt 20 zurück.
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Die
gerade Linie 25 bezeichnet eine Phase, in der die innerhalb
der Filterwand abgelagerten Feststoffe verbrennen. Daher ist die
Steigung der geraden Linie 25 die gleiche wie diejenige
der ersten Kennlinie 21. Die gerade Linie 27 bezeichnet
eine Phase, in der die an der Filterwand abgelagerten Feststoffe
verbrennen. Daher ist die Steigung der geraden Linie 27 die
gleiche wie diejenige der zweiten Kennlinie 23. Somit führen
die Werte der Feststoff-Ablagerungsmenge PM und des DPF-Druckverlusts
PDPF während der Feststoffablagerung und der Feststoffverbrennung Übergänge
gemäß der Charakteristik durch, die durch das
gemäß 10 gezeigte
Parallelogramm angegeben (oder angenähert) ist.
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Die
Kennlinie gemäß 10 wird
im Voraus für die zu verwendende Vorrichtungskonfiguration
erhalten und in dem Speicher 11 gespeichert. Wenn die Kennlinie
gespeichert wird, können zum Beispiel nur die Koordinaten
des Anfangspunkts 20 und des Übergangspunkts 22 (und
ferner des Punkts 24) und die Steigungen der Kennlinien 21, 23 gespeichert werden.
In S30 wird die Feststoff-Ablagerungsmenge PM aus der Kennlinie
gemäß 10 und
dem Messwert des DPF-Differenzdrucks PDPF geschätzt, der in
S20 erhalten wird. Das Vorstehende ist die Erläuterung
der Verarbeitung von S30.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das
Ansprechverhalten (die schnelle Reaktionseigenschaft) gelockert
bzw. abgeschwächt (d. h. verlangsamt), wenn die Feststoff-Ablagerungsmenge
PM groß ist, wobei der Fall angenommen wird, dass die DPF-Temperatur
TDPF niedriger als die Solltemperatur Tt ist. Wenn die DPF-Temperatur
TDPF die Solltemperatur Tt aus irgendeinem Grund überschritten
hat, ist es sinn- bzw. gegenstandslos, die schnelle Reaktionseigenschaft zu
lockern bzw. abzuschwächen. In einem solchen Fall ist es
vielmehr erwünscht, die schnelle Reaktionseigenschaft zu
verbessern, um die DPF-Temperatur TDPF rasch auf den Sollwert Tt
fallen zu lassen. Daher kann das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
derart modifiziert werden, dass die Rückkopplungsverstärkung
in dem Fall der kleinen Feststoff-Ablagerungsmenge PM (zum Beispiel
Null) ungeachtet der tatsächlichen Feststoff-Ablagerungsmenge
PM verwendet wird, wenn die DPF-Temperatur TDPF höher ist
als die Solltemperatur Tt.
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Die
vorliegende Erfindung kann auf eine Konstruktion angewandt werden,
die einen dem DPF 6 vorgelagerten Oxidationskatalysator 14 aufweist, wie
es gemäß 12 gezeigt
ist. Bei der Konstruktion gemäß 1 erhöht
sich die Temperatur des DPF 6 in Folge einer Aktivität
des an dem DPF 6 angelagerten Katalysators. In dem Fall
gemäß 12 erhöht
sich die Abgastemperatur in Folge einer Aktivität des Oxidationskatalysators 14,
wodurch die Temperatur des nachgelagerten DPF 6 erhöht
wird. Die vorliegende Erfindung ist auch für die Konstruktion
gemäß 12 wirkungsvoll.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt
der DPF 6 den Partikelfilter dar. Die Einspritzvorrichtung 13 stellt
einen Regenerationsabschnitt dar. Die Verarbeitung von S30 stellt
einen Schätzabschnitt dar. Die Verarbeitung von S40 stellt
einen Steuereinheitsregulierungsabschnitt dar. Die Verarbeitung
von S10 stellt einen Ansaugmengenerhaltungsabschnitt dar. Die Verarbeitung
von S40 stellt einen Verstärkungsanpassungsabschnitt dar. Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die
Dieselmaschine als die Brennkraftmaschine verwendet. Die Maschine
ist jedoch nicht auf die Dieselmaschine beschränkt. Zum
Beispiel kann wahlweise eine Magerverbrennung-Benzinmachine bzw.
Ottomaschine verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung soll nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
beschränkt sein, sondern kann in vielfältiger
Art und Weise implementiert werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen,
wie er durch die beiliegenden Patentansprüche definiert
ist.
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Eine
Frischluftmenge wird während einer Regeneration eines DPF
(6) mit einem Luftmengenmesser (4) erhalten. Ein
Differenzdruck des DPF (6) wird gemessen, und dann wird
eine Ablagerungsmenge von Feststoffen in dem DPF (6) geschätzt. Die
optimale Rückkopplungsverstärkung wird im Voraus
für jeden von Fällen berechnet, die gemäß der Frischluftmenge
und der Feststoff-Ablagerungsmenge aufgeteilt sind, und in einer
ECU (10) gespeichert. Die optimale Rückkopplungsverstärkung
ist eine Verstärkung, die eine schnelle Reaktionseigenschaft
eines Systems mehr lockert bzw. abschwächt, wenn sich die
Feststoff-Ablagerungsmenge erhöht. Die optimale Rückkopplungsverstärkung,
die der Frischluftmenge und der Feststoff-Ablagerungsmenge entspricht,
wird aus der ECU (10) abgerufen, und eine Nacheinspritzmenge
wird unter Verwendung der optimalen Rückkopplungsverstärkung
berechnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-320962
A [0004]