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