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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen
von Abgas und eine Vorrichtung für
einen Verbrennungsmotor, und, genauer gesagt, auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Regenieren eines Partikelfilters zum Einfangen
von Partikeln, die in Abgas vorhanden sind.
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Eine
Abgas-Reinigungsvorrichtung, die einen Diesel-Partikelfilter besitzt
(nachfolgend bezeichnet als ein DPF), ist bekannt. Der DPF ist so
angepasst, um Partikel (nachfolgend bezeichnet als PM), die in Abgas,
abgegeben von einem Verbrennungsmotor, insbesondere von einem Dieselmotor, vorhanden
sind, einzufangen. Wenn sich eine Menge der PM, eingefangen und
angesammelt in dem DPF, erhöht,
erhöht
sich der Abgasdruck eingangsseitig des DPF, wodurch sich die Funktionsweise
des Motors verschlechtert. Deshalb muss der DPF periodisch regeneriert
werden, um die PM, die darin angesammelt sind, zu entfernen.
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Die
Japanese Patent Application First Publication No. 2000-161044 offenbart
ein Verfahren zum Regenerieren eines DPF. In diesem Stand der Technik
wird der DPF dann regeneriert, wenn der Verbrennungsmotor innerhalb
eines vorab eingestellten Regenerierungsbereichs betrieben wird.
Gerade wenn der Betrieb des Motors außerhalb des Regenerierungsbereichs
liegt, wird der DPF kontinuierlich regeneriert, wenn die Temperatur
des DPF ein vorab eingestellter Wert oder mehr ist. Der betreffende
Stand der Technik zielt darauf, eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs,
erforderlich dazu, die Temperatur des DPF unter einer Regenerierung
zu erhöhen,
zu unterdrücken,
indem die Regenerierung des DPF auch darin fortgeführt wird,
wenn der Motor-Betriebszustand außerhalb des Regenerierungsbereichs liegt.
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Die
WO 02/086301, die ein Dokument gemäß Artikel 54(3) EPÜ ist, offenbart
eine Abgas-Reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor,
die einen Partikelfilter aufweist, der für eine Regenerierung unter
Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des
Abgases an dem Auslass des Filters so, um stoichiometrisch zu sein,
angepasst ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Der
vorstehend beschriebene Stand der Technik besitzt die folgenden
Probleme, da die Menge des PM, angesammelt in dem DPF, nicht berücksichtigt
wird. In dem Stand der Technik wird, wenn der Betriebszustand des
Motors außerhalb
des Regenerierungsbereichs liegt, die Regenerierung des DPF unterbunden,
bis der Motor-Betriebszustand in den Regenerierungsbereich kommt,
gerade dann, wenn die Menge der PM, angesammelt in dem DPF, groß ist. Dies
verursacht eine merkbare Erhöhung
in der Menge der PM, angesammelt in dem DPF. Wenn der Motor-Betriebszustand
in dem Regenerierungsbereich liegt, wenn sich die Menge der PM,
die angesammelt ist, merkbar erhöht,
werden die PM, die angesammelt sind, schnell durch eine so genannte
Propagations-Verbrennung verbrannt werden, um dadurch eine überschüssige Menge
an Wärme
zu erzeugen. Eine Temperatur der Innenseite des DPF wird sich extrem
aufgrund der überschüssigen Menge
an Wärme
erhöhen.
Als eine Folge wird der DPF wesentlich in seiner Effektivität eines
Einfangens der PM nach der Regenerierung verschlechtert sein.
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Es
wäre deshalb
wünschenswert,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas zu schaffen,
die dazu geeignet sind, die thermische Belastung, die auf den DPF
ausgeübt
wird, zu verringern, um dadurch die Haltbarkeit des DPF zu verbessern,
und um effektiv eine Regenerierung des DPF durchzuführen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen
von Abgas geschaffen, das durch einen Partikelfilter hindurchgeleitet
wird, der in einem Abgaskanal in einem Verbrennungsmotor angeordnet
ist, wobei das Verfahren umfasst:
Bestimmen einer Menge an
Partikeln in dem Abgas, die in dem Partikelfilter eingefangen und
angesammelt ist;
Bestimmen, ob der Katalysator, der von dem
Partikelfilter getragen wird, in einem adäquaten Zustand zum Oxidieren
einer schweren Kohlenwasserstoffkomponente ist, die in dem Abgas
enthalten ist; und
Ausführen
der Regenerierung des Partikelfilters durch Steuern der Sauerstoffkonzentrationen
in dem Abgas in Abhängigkeit
von der Menge von angesammelten Partikeln, wenn bestimmt wird, dass
der Teilchenfilter in dem adäquaten
Zustand ist und die Menge von angesammelten Partikeln einen ersten
vorbestimmten Wert übersteigt.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Reinigen von Abgas in einem Abgaskanal in einem Verbrennungsmotor
geschaffen, wobei die Vorrichtung aufweist:
eine Vielzahl von
Sensoren, die Parameter bezüglich eines
Motorbetriebszustandes erfassen;
einen Partikelfilter, der
in Funktion Partikel, die im Abgas vorhanden sind, das in ihn hineinströmt, einfängt und
ansammelt, wobei der Partikelfilter einen Katalysator trägt, der
in dem Abgaskanal angeordnet ist; und
eine Steuerung, die so
programmiert ist, dass sie eine Menge an durch den Partikelfilter
angesammelten Partikeln unter Verwendung von durch die Sensoren
erfassten Parametern bestimmt, um zu bestimmen, ob der Katalysator,
der von dem Partikelfilter getragen wird, in einem adäquaten Zustand
zum Oxidieren einer schweren Kohlenwasserstoffkomponente ist, die
in dem Abgas vorhanden ist, und Regenerierung des Partikelfilters
ausführt,
indem die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas in Abhängigkeit
von der Menge an angesammelten Partikeln gesteuert wird, wenn bestimmt
wird, dass der Partikelfilter in dem adäquaten Zustand ist und die
Menge an angesammelten Partikeln einen ersten voreingestellten Wert übersteigt.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungs-Gegenstand
geschaffen, der aufweist:
ein Computer-Speichermedium, das
einen mittels Computer ausführbaren
Programm-Code besitzt, wobei der Code zum Reinigen von Abgas, das
durch einen Partikelfilter, angeordnet in einem Abgaskanal in einem
Verbrennungsmotor, führt,
dient, wobei der Code aufweist:
einen Code, um eine Menge der
Partikel, vorhanden in dem Abgas, die durch den Partikelfilter eingefangen
werden, zu bestimmen;
einen Code, um zu bestimmen, ob sich
der Partikelfilter in einem ausreichenden Zustand für eine Regenerierung
befindet; und
einen Code, um eine Regenerierung des Partikelfilters
durch Steuern der Sauerstoff-Konzentration in dem Abgas in Abhängigkeit
von der Menge der angesammelten Partikel auszuführen, wenn bestimmt ist, dass
sich der Partikelfilter in dem entsprechenden Zustand befindet und
die Menge der angesammelten Partikel einen ersten, vorbestimmten
Wert übersteigt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein schematisches Diagramm, das einen Dieselmotor darstellt, in
dem eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung anwendbar ist;
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2 zeigt
ein Flussdiagramm eines Programms, ausgeführt für eine Regenerierungs-Steuerung
eines DPF in der Ausführungsform;
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3 zeigt
ein Flussdiagramm eines Vorgangs, durchgeführt unter einer normalen DPF-Regenerierung;
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4 zeigt
ein Flussdiagramm eines Vorgangs, durchgeführt unter einer Not-DPF-Regenerierung;
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5 zeigt
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Abgas-Temperatur
und einer DPF-Temperaturanstiegsrate darstellt;
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6 zeigt
eine Liste, die einen optimalen DPF-Regenerierungsbereich darstellt;
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7 zeigt
ein Beispiel einer Liste, verwendet zum Einstellen eines Abgas-Überschuss-Luftverhältnisses
(Sauerstoff-Konzentration), basierend auf einer Menge an PM, angesammelt
in dem DPF;
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8 zeigt
ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer DPF-Temperatur währende der Regenerierung,
einer Menge an PM, angesammelt in dem DPF, und einer Abgas-Sauerstoff-Konzentration darstellt;
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9 zeigt
ein Beispiel einer Liste, verwendet zum Einstellen einer Soll-Einlass-Luftmenge, um die
Abgas-Sauerstoff-Konzentration, die eingestellt ist, zu erhalten;
und
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10 zeigt
ein Beispiel einer Liste, verwendet zum Einstellen einer Hilfs-Kraftstoff-Einspritzmenge, die
für die
DPF-Regenerierung erforderlich ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Anhand
nun der 1–10 werden
ein Verfahren und eine Vorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung zum
Reinigen von Abgas erläutert.
Das Verfahren und die Vorrichtung zum Reinigen von Abgas sind bei
einem Turbo-Dieselmotor anwendbar. Wie in 1 dargestellt
ist, umfasst der Turbo-Dieselmotor ein Dieselmotorgehäuse 1,
ein Common-Rail-Kraftstoff-Einspritzsystem 2, einen Turbolader 3,
einen Diesel-Partikelfilter (DPF) 4 und eine Steuereinheit 20.
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Das
Kraftstoff-Einspritzsystem 2 ist an dem Motorgehäuse 1 befestigt
und umfasst ein Common Rail 5 und eine Kraftstoffpumpe 6.
Kraftstoff unter hohem Druck wird zu dem Motorgehäuse 1 durch
das Kraftstoff-Einspritzsystem 2 zugeführt. Der Turbolader 3 umfasst
einen Kompressor 7 und eine Turbine 8, die innerhalb
des Einlasskanals 9 des Motorgehäuses 1 und des Abgaskanals 10 davon,
jeweils, angeordnet sind. Eine Turbine 8 wird durch das
Abgas von dem Motorgehäuse 1 gedreht,
um dadurch den Kompressor 7 anzutreiben, um Einlassluft
zu Komprimieren. Die komprimierte Einlassluft wird zu dem Motorgehäuse 1 über den
Einlasskanal 9 zugeführt.
Der Turbolader 3 ist ein so genannter Turbolader mit variabler
Düse, der
eine variable Düse
so besitzt, um eine variable Öffnung
zu haben, um den Querschnittsbereich der Düse einzustellen, was ermöglicht,
dass Abgas durch die Turbine 8 strömt. Der DPF 4 trägt Edelmetalle
darauf und besitzt eine Oxidationsfähigkeit, um eine Abgas-Komponente,
die in den DPF 4 strömt,
zu oxidieren. Der DPF 4 reinigt das Abgas durch die Oxidations-Fähigkeit
und fängt auch
Partikel (PM), die in dem Abgas vorhanden sind, ein und sammelt
sie.
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Ein
Abgas-Rezirkulations-(EGR)-Kanal 11 ist von dem Abgaskanal 10 zwischen
dem Motorgehäuse 1 und
der Turbine 8 des Turboladers 3 verzweigt und
ist mit einem Einlasssystem des Motors verbunden. Das EGR-Ventil 12,
das in seinem Öffnungsgrad variabel
ist, ist innerhalb des EGR-Durchgangskanals 11 angeordnet.
Wenn sich das EGR-Ventil 12 in einem geschlossenen Zustand
befindet, wird der gesamten Menge des Abgases von dem Motorgehäuse 1 ermöglicht,
durch die Turbine 8 hindurchzuführen und dann durch den DPF 4 gereinigt
zu werden und davon abgegeben zu werden. Andererseits wird, wenn
sich das EGR-Ventil 12 in einem offenen Zustand befindet,
ein Teil des Abgases von dem Motorgehäuse 1 zu dem Einlasssystem über den
EGR-Kanal 11 rezirkuliert.
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Eine
Mehrzahl von Sensoren ist mit der Steuereinheit 20 verbunden.
Die Sensoren umfassen einen Motor-Geschwindigkeitssensor 21,
einen Gaspedalsensor 22, einen Sensor 23 für ein Verhältnis der überschüssigen Luft,
einen Drucksensor 24 und einen Auslass-Temperatursensor 25.
Der Motor-Geschwindigkeitssensor 21 erfasst eine Motor-Geschwindigkeit,
d.h. die Anzahl von Motor-Umdrehungen, und erzeugt ein Signal Ne,
das für
die erfasste Motor-Geschwindigkeit kennzeichnend ist. Der Gaspedal-Sensor 22 erfasst
einen Öffnungsgrad
eines Gaspedals und erzeugt ein Signal Acc, das für den erfassten Öffnungsgrad
des Gaspedals bzw. des Beschleunigers kennzeichnend ist. Der Sensor 23 für das Verhältnis der überschüssigen Luft
ist einströmseitig
des DPF 4 angeordnet und erfasst ein Verhältnis an überschüssiger Luft
des Abgases und erzeugt ein Si gnal λ, das für das erfasste Verhältnis an überschüssiger Luft
kennzeichnend ist. Der Drucksensor 24 ist einströmseitig
des DPF 4 angeordnet und erfasst einen Druck des Abgases
und erzeugt ein Signal Pe, das für
den erfassten Abgasdruck kennzeichnend ist. Der Abgas-Temperatursensor 25 ist
ausgangsseitig des DPF 4 angeordnet und erfasst eine Temperatur
des Abgases, die im Wesentlichen dieselbe wie eine Temperatur des
DPF 4 ist, und erzeugt ein Signal Te, das für die erfasste
Abgas-Temperatur kennzeichnend ist, d.h. die DPF-Temperatur. Die Steuereinheit 20 empfängt die
Signale, erzeugt von den Sensoren, und verarbeitet die Signale,
um einen Motor-Betriebszustand zu bestimmen. In Abhängigkeit
von dem Motor-Betriebszustand führt
die Steuereinheit 20 verschiedene Steuerungen durch, einschließlich einer
Steuerung der Hauptkraftstoff-Einspritzung,
einer Hilfskraftstoff-Einspritzung für die Regenerierung des DPF,
eines Öffnungsgrads
des EGR-Ventils 12 und eines A/R-Verhältnisses des Turboladers 3.
Das A/R-Verhältnis ist
ein Verhältnis
eines kleinsten Querschnitts-Flächenbereichs
der variablen Düse
des Turboladers 3 zu einem Abstand zwischen einer Mittenachse
der Turbine 7 und einer Mitte des kleinsten Querschnitts-Flächenbereichs.
Die Steuereinheit 20, dargestellt in 1,
ist ein Mikrocomputer, umfassend eine zentrale Verarbeitungseinheit
(CPU) 102, Eingangs- und Ausgangs-Anschlüsse (I/O) 104,
ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte,
dargestellt als Read-Only-Memory (ROM) 106, Random-Access-Memory
(RAM) 108, Keep-Alive-Memory (KAM) 110, und einen
gemeinsamen Datenbus.
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Als
nächstes
wird, unter Bezugnahme auf 2, ein Ablauf
der DPF-Regenerierungs-Steuerung,
ausgeführt
durch die Steuereinheit 20, erläutert. Der logische Fluss beginnt
an einem Block S1 und geht dorthin zurück, wo ein Motor-Geschwindigkeitssignal
Ne, ein Beschleuniger-Öffnungsgradsignal
Acc, ein Signal λ für das Verhältnis an überschüssiger Luft,
ein Auslass- bzw. Abgas-Drucksignal Pe und eine Abgas-Temperatur(DPF-Temperatur)-Signal
Te gelesen werden. Ein Motor-Betriebszustand wird basierend auf
diesen Parametern bestimmt. Eine Kraftstoff-Einspritzmenge Q wird
auch unter Durchsuchen einer Liste, vorab eingestellt basierend auf
dem Motor-Geschwindigkeitssignal
Ne und dem Beschleuniger-Öffnungsgradsignal
Acc, berechnet. Die Logik geht dann weiter zu Block S2, wo eine Menge
an PM, eingefangen und angesammelt in dem DPF 4 (PM-Ansammlungsmenge),
bestimmt wird. Genauer gesagt wird, in dieser Ausführungsform,
die PM-Ansammlungsmenge durch Überwachen
des Abgas druckes Pe vorhergesagt. Dies kommt daher, dass sich der
Abgasdruck Pe erhöht, wenn
sich die PM-Ansammlungsmenge erhöht.
Diese Vorhersage kann durch Berechnen einer Differenz ΔP zwischen
einem Abgasdruck Pe, der überwacht ist,
und dem Atmosphärendruck
Pa und unter Durchsuchen der PM-Ansammlungsmengen-Liste, vorab eingestellt
basierend auf einer Differenz ΔP,
durchgeführt
werden. Eine Bestimmung der PM-Ansammlungsmenge
ist nicht auf die vorstehend beschriebene Vorhersage bestimmt, sondern
kann durch andere Vorhersageverfahren basierend auf, zum Beispiel,
einer Fahrzeug-Fahrdistanz von der vorherigen Ausführung einer
DPF-Regenerierung und Kombination der akkumulierten Motor-Geschwindigkeit
Ne und des Abgasdrucks Pe durchgeführt werden. Weiterhin kann
eine Bestimmung der PM-Ansammlungsmenge durch direktes Erfassen
der PM-Ansammlungsmenge durchgeführt
werden.
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An
einem Block S3 wird eine Abfrage vorgenommen, ob ein normales Regenerierungs-Zeichen (Reg.
1) auf „0
(Null)" steht oder
nicht. Falls am Block S3 die Abfrage negativ ist (Reg. 1 = 1), geht
die Logik zu einem Programm einer normalen Regenerierung des DPF 4 über, wie
dies später
unter Bezugnahme auf 3 erläutert wird. Falls am Block
S3 die Abfrage bestätigend
ist (Reg. 1 = 0), geht die Logik zu Block S4. Am Block S4 wird eine
Abfrage vorgenommen, ob ein Not-Regenerierungs-Zeichen (Reg. 2) auf „0 (Null)" steht oder nicht.
Falls am Block S4 die Abfrage negativ ist (Reg. 2 = 1), geht die
Logik zu einem Programm einer Not-Regenerierung des DPF 4 über, wie
dies später
unter Bezugnahme auf 4 erläutert wird. Falls am Block
S4 die Abfrage bestätigend
ist (Reg. 2 = 0), geht die Logik zu Block S5. Am Block S5 wird eine
Abfrage vorgenommen, ob die PM-Ansammlungsmenge den vorab eingestellten Wert
PM3 übersteigt
oder nicht. Ein vorab eingestellter Wert PM3 ist größer als
ein Wert, unter dem die Fahrfähigkeit
des Motors in unerwünschter
Weise durch einen Abgasdruck Pe einströmseitig des DPF 4 beeinflusst
wird. Falls die PM-Ansammlungsmenge mehr als ein vorab eingestellter
Wert PM3 ist, muss die Not-Regenerierung des DPF 4 durchgeführt werden.
Im Gegensatz dazu werden, falls der DPF 4 einer einfachen
Regenerierung unterworfen wird, wenn die PM-Ansammlungsmenge größer als ein vorab eingestellter
Wert PM3 ist, die PM, angesammelt in dem DPF 4, schnell
aufgrund einer Diffusions-Verbrennung verbrannt werden. Dies bewirkt
einen übermäßigen Temperaturanstieg
des DPF 4, so dass sich die Temperatur des DPF 4 stärker als
eine zulässige, obere
Grenze erhöhen
wird.
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Falls
am Block S5 die Abfrage bestätigend ist,
was anzeigt, dass die PM-Ansammlungsmenge größer als
ein vorab eingestellter Wert PM3 ist, geht die Logik zurück zu Block
S6, wo das Not-Regenerierungs-Zeichen (Reg. 2) auf „1" (Reg. 2 = 1) eingestellt wird.
Falls am Block S5 die Abfrage negativ ist, was anzeigt, dass die
PM-Ansammlungsmenge
nicht größer als
ein vorab eingestellter Wert PM3 ist, springt die Logik zu Block
S7. Deshalb wird die Not-Regenerierung des DPF 4 ungeachtet
davon durchgeführt, ob
ein entsprechender Zustand für
eine DPF-Regenerierung bestimmt ist.
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Am
Block S7 wird bestimmt, ob sich das DPF 4 in dem entsprechenden
Zustand für
die normale Regenerierung befindet oder nicht (nachfolgend bezeichnet
als ein adäquater
Regenerierungs-Zustand). Am Block S7 wird nämlich eine Abfrage vorgenommen,
ob die Abgas-Temperatur Te (DPF-Temperatur) größer als ein vorab eingestellter
Wert T1 ist oder nicht. Der vorab eingestellte Wert T1 ist eine Temperatur,
bei der die Oxidations-Fähigkeit
des DPF 4 so aktiviert ist, um eine Flüssigphasen-Komponente (schwere
Kohlenwasserstoff-Komponente), die in dem Abgas vorhanden ist, zu
oxidieren. Genauer gesagt wird, in dieser Ausführungsform, die DPF-Regenerierung
durch Vorsehen einer Hilfskraftstoff-Einspritzung durchgeführt, nachdem
eine Verbrennung des Kraftstoffs, eingespritzt unter einer Hauptkraftstoff-Einspritzung,
abgeschlossen ist. Unter Durchführen
der Hilfskraftstoff-Einspritzung wird Kraftstoff als ein Oxidiermittet
in das Abgas zugeführt.
Dann steigt die Temperatur des DPF 4 aufgrund der Oxidations-Fähigkeit
an, nämlich
aufgrund von Wärme
einer Reaktion des Katalysators, der auf dem DPF 4 getragen
ist, so dass die PM, angesammelt in dem DPF 4, verbrannt
werden, und der DPF 4 regeneriert wird.
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In 5 nun
ist eine Beziehung zwischen einer Temperatur-Anstiegsrate des DPF 4 und
der Abgas-Temperatur Te dargestellt. In 5 stellt
die Temperatur T2 eine Katalysator-Aktivierungs-Temperatur dar,
bei der die Oxidations-Fähigkeit
des DPF 4 aktiviert wird, um den Kraftstoff, der als Dampfphasen-Komponente
in dem Abgas vorhanden ist, zu oxidieren oder zu reinigen. Falls
Flüssigphasen-Kraftstoff
in dem Abgas vorhanden ist, gerade wenn die Abgas-Temperatur Te
die Katalysator-Aktivierungs-Temperatur T2 übersteigt, wird die Temperatur-Anstiegsrate
des DPF 4 abfallen, und deshalb wird sich die Zeit, erforderlich
für eine
Regenerierung des DPF 4, erhöhen. Im Gegensatz dazu wird,
falls die Abgas-Temperatur Te eine vorab eingestellte Temperatur
T1 übersteigt,
die Re aktion der Flüssigphasen-Komponenten
mit dem Katalysator erleichtert werden, so dass sich die Temperatur-Anstiegsrate
des DPF 4 schnell erhöhen
kann.
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Dementsprechend
kann, falls die Regenerierung des DPF 4 schnell gerade
dann durchgeführt wird,
wenn sowohl der Dampfphasen-Kraftstoff als auch der Flüssigphasen-Kraftstoff in dem
Abgas vorhanden sind, bestimmt werden, dass sich der DPF 4 in
einem adäquaten
Regenerierungs-Zustand befindet. Wenn nämlich am Block S7 die Abfrage
bestätigend
ist, was anzeigt, dass die Abgas-Temperatur Te höher als eine vorab eingestellte
Temperatur T1 ist, wird bestimmt, dass sich der DPF 4 in
dem adäquaten
Regenerierungs-Zustand befindet, und die Logik geht zu Block S8 über. Am
Block S8 wird bestimmt, ob ein anderer Zustand zum Ausführen der
normalen Regenerierung des DPF 4 erfüllt ist oder nicht. Falls am
Block S7 die Abfrage negativ ist, wird bestimmt, dass sich der DPF 4 nicht
in dem adäquaten
Regenerierungs-Zustand befindet, und das Programm wird beendet.
Falls nämlich
die Abgas-Temperatur Te höher
als die vorab eingestellte Temperatur T1 ist, wird sich die Zeit,
erforderlich zum Anheben der Temperatur des DPF 4, erhöhen, um
dadurch eine Verschlechterung der Kraftstoff-Ökonomie hervorzurufen. In diesem
Fall wird die DPF-Regenerierung nicht ausgeführt.
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Die
Bestimmung des adäquaten
Regenerierungs-Zustands am Block S7 ist nicht auf die Verwendung
der Abgas-Temperatur Te, wie dies vorstehend erläutert ist, beschränkt, und
sie kann unter Durchsuchen einer Liste, dargestellt in 6,
basierend auf einer Motor-Geschwindigkeit Ne und einer Kraftstoff-Einspritzmenge
Q durchgeführt
werden. Die Liste stellt einen optimalen Regenerierungsbereich „A" des Motor-Betriebszustands
dar, in dem die Abgas-Temperatur Te höher als die vorab eingestellte Temperatur
T1 ist. Demzufolge kann, am Block S7, eine Abfrage alternativ vorgenommen
werden, ob sich der Motor-Betriebszustand in einem optimalen Regenerierungsbereich „A" befindet oder nicht.
Falls die Abfrage bestätigend
ist, geht die Logik weiter zu Block S8. Weiterhin kann, in diesem
Fall, wenn bestimmt ist, dass sich der DPF 4 in dem adäquaten Regenerierungs-Zustand
befindet, wenn der Motorbetrieb in dem optimalen Regenerierungsbereich „A" während einer
Zeitperiode gehalten wird, die vorab auf der Basis der thermischen
Trägheit
des Abgas-Systems eingestellt ist, eine effizientere DPF-Regenerierung erreicht
werden.
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Am
Block S8 wird eine Abfrage vorgenommen, ob die PM-Ansammlungsmenge
größer als
ein vorab eingestellter Wert PM1 ist oder nicht, der ein minimaler
Wert ist, der für
eine normale Regenerierung des DPF 4 erforderlich ist.
Dies kommt daher, dass eine Verschlechterung in der Kraftstoff-Ökonomie
gelegentlich unter Ausführen
der DPF-Regenerierung
gerade dann auftreten wird, wenn bestimmt ist, dass sich der DPF 4 unter
einem adäquaten
Regenerierungs-Zustand befindet. Zusätzlich werden, falls die PM-Ansammlungsmenge
nicht den vorab eingestellten Wert PM1 erreicht, die PM, die angesammelt
sind, nicht durch eine Propagations-Verbrennung unter Ausführen der
DPF-Regenerierung verbrannt
werden. Dies verursacht eine Verschlechterung in der Regenerierung
des DPF 4. Falls am Block S8 die Abfrage bestätigend ist,
geht die Logik weiter zu Block S9, wo das normale Regenerierungs-Zeichen
(Reg. 1) auf „1" (Reg. 1 = 1) gesetzt wird.
Falls am Block S8 die Abfrage negativ ist, wird das Programm beendet.
Dementsprechend wird die normale Regenerierung des DPF 4 unter
dem Zustand ausgeführt,
dass sich der DPF 4 bei dem adäquaten Regenerierungs-Zustand
befindet und dass die PM-Ansammlungsmenge größer als der vorab eingestellte
Wert PM1 ist. Dies dient dazu, die Regenerierungs-Effektivität auf einem
hohen Niveau zu halten.
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Als
nächstes
wird, unter Bezugnahme auf 3, ein Ablauf
der normalen Regenerierung des DPF 4 erläutert. Das
normale Regenerierungs-Programm wird durch die Steuereinheit 20 ausgeführt, wenn
dass normale Regenerierungs-Zeichen (Reg. 1) auf „1" am Block S3 der 2 gesetzt
ist. Der logische Ablauf beginnt am Block S11 der 3.
Am Block S11 wird das Verhältnis λ von überschüssiger Luft
des Abgases, nämlich
die Sauerstoff-Konzentration des Abgases, das in den DPF 4 fließt, in Abhängigkeit
von der PM-Ansammlungsmenge
eingestellt. Diese Einstellung des Verhältnisses λ von überschüssiger Luft wird durchgeführt, um
die DPF-Regenerierung so effizient wie möglich durchzuführen und um
zu verhindern, dass die Temperatur des DPF 4 die vorstehend
beschriebene, zulässige,
obere Grenze während
der Regenerierung übersteigt.
Dies kommt daher, dass dann, wenn die Abgas-Temperatur Te größer als
die vorab eingestellte Temperatur T1 ist, die Temperatur des DPF
in Abhängigkeit
von der PM-Ansammlungsmenge und dem Verhältnis λ der überschüssigen Luft entsprechend zu
der PM-Ansammlungsmenge variiert.
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Genauer
gesagt wird die Einstellung des Verhältnisses λ für überschüssige Luft unter Durchsuchen
einer Liste, dargestellt in 7, durchgeführt. In dem
normalen Regenerierungs-Programm, dargestellt in 3,
wird das Verhältnis λ für überschüssige Luft
auf entweder einen Wert nicht größer als λa oder einen
Wert nicht größer als λb, wie dies in 7 dargestellt
ist, eingestellt. Die Liste der 7 wird unter
Verwendung einer Beziehung zwischen der Temperatur des DPF 4 während der
Regenerierung, der PM-Ansammlungsmenge
und dem Verhältnis λ für überschüssige Luft
angegeben, wie dies in 8 dargestellt ist.
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Wie
in 8 dargestellt ist, ist der vorab eingestellte
Wert PM2 zwischen einem minimalen, vorab eingestellten Wert PM1,
erforderlich für
die DPF-Regenerierung, und einem vorab eingestellten Wert PM3, der
in unerwünschter
Weise die Lauffähigkeit
des Motors beeinflusst, angeordnet. Der vorab eingestellte Wert
PM2 ist ein Wert der PM-Ansammlungsmenge,
bei der die Lauffähigkeit
des Motors nicht in unerwünschter
Weise beeinflusst wird, sondern die Temperatur des DPF 4 die
zulässige,
obere Grenze übersteigt.
Der vorab eingestellte Wert PM2 ist größer als der vorab eingestellte
Wert PM1 und ist kleiner als der vorab eingestellte Wert PM3. Wenn
die PM-Ansammlungsmenge in einem Bereich zwischen dem vorab eingestellten
Wert PM1 und dem vorab eingestellten Wert PM2 liegt, ist das Verhältnis λ an überschüssiger Luft,
nämlich
die Sauerstoff-Konzentration,
des Abgases ein maximaler Wert λa
größer als
die Werte λb
und λc.
Bei einem maximalen Wert λa
ist die Sauerstoff-Konzentration des Abgases größer als diejenige des Abgases,
das unter einem normalen Motorbetrieb abgegeben wird, bei dem die DPF-Regenerierung
nicht ausgeführt
wird. Gerade wenn sich das Verhältnis λ an überschüssiger Luft
bei einem maximalen Wert λa
befindet, ist die Temperatur des DPF 4 kleiner als die
zulässige,
obere Grenze. Deshalb wird in einem Fall, bei dem die PM-Ansammlungsmenge
in dem Bereich zwischen den vorab eingestellten Werten PM1 und PM2
liegt, das Verhältnis λ für überschüssige Luft
auf den Wert nicht größer als λa eingestellt,
um ein Verbrennen der PM, die angesammelt sind, zu erleichtern.
Wenn die PM-Ansammlungsmenge
in dem Bereich zwischen den vorab eingestellten Werten PM2 und PM3
liegt, wird das Verhältnis λ an überschüssiger Luft
auf den Wert nicht größer als λb, kleiner
als λa,
eingestellt, um die Verbrennungsrate der PM, die angesammelt sind,
gering zu halten, und um zu verhindern, dass die DPF-Temperatur
die zulässige,
obere Grenze übersteigt.
Weiterhin wird, wenn sich die PM-Ansammlungsmenge in dem Bereich
größer als
der vorab eingestellte Wert PM3 befindet, das Verhältnis λ für überschüssige Luft
auf den Wert nicht größer als λc, kleiner
als λb,
eingestellt.
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Die
vorstehend beschriebene Einstellung des Verhältnisses λ an überschüssiger Luft kann in zwei Arten
und Weisen, wie dies in 7 dargestellt ist, durchgeführt werden.
Das Verhältnis λ für überschüssige Luft
kann durch Variieren stufenweise eingestellt werden, wie dies anhand
der durchgezogenen Linien in 7 dargestellt
ist. Alternativ kann das Verhältnis λ für überschüssige Luft
durch kontinuierliches Variieren, wie dies in unterbrochener Linie
in 7 dargestellt ist, durchgeführt werden. In der Art und
Weise eines Variierens stufenweise kann, wenn die PM-Ansammlungsmenge
nicht größer als
der vorab eingestellte Wert PM2 ist, das Verhältnis λ an überschüssiger Luft auf einen maximalen
Wert λa eingestellt
werden. Falls die PM-Ansammlungsmenge größer als der vorab eingestellte
Wert PM2 ist, kann das Verhältnis λ an überschüssiger Luft
auf einen Wert λb
eingestellt werden. Im Gegensatz dazu kann, in der Art und Weise
eines Variierens kontinuierlich, das Verhältnis λ an überschüssiger Luft zusammen mit einer Änderung
in der PM-Ansammlungsmenge
während
der DPF-Regenerierung eingestellt werden. In diesem Fall kann, wenn
sich die PM-Ansammlungsmenge kontinuierlich während der DPF-Regenerierung verringert,
das Verhältnis λ an überschüssiger Luft
größer eingestellt
werden. Dies dient für
ein effizientes Durchführen
der DPF-Regenerierung. Dabei kann, in diesem Fall, wenn die PM-Ansammlungsmenge
in dem Bereich zwischen den vorab eingestellten Werten PM1 und PM2
liegt, das Verhältnis λ an überschüssiger Luft
auf einen maximalen Wert λa
festgelegt werden.
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Ein
Kontrollieren des Verhältnisses λ an überschüssiger Luft
auf Sollwerte λa
und λb wird durch
selektives Kontrollieren einer Soll-Einlassluftmenge, die für jedes
Verhältnis λ an überschüssiger Luft
eingestellt ist, durchgeführt.
Die Soll-Einlassluftmenge wird auf einer Liste, dargestellt in 9,
basierend auf einer Motor-Geschwindigkeit Ne und einer Kraftstoff-Einspritzmenge
Q, ausgewählt.
Die Soll-Einlassluftmenge, die ausgewählt ist, wird durch Kontrollieren
bzw. Steuern der variablen Düse
des Turboladers 3, eines Einlass-Drosselventils (nicht dargestellt),
eines EGR-Ventils 12, und dergleichen, erreicht. Als eine
Folge kann die Temperatur des DPF 4 davor bewahrt werden,
dass sie die zulässige,
obere Grenze während
der Regenerierung übersteigt, und
die PM, die angesammelt sind, können
effektiv unter der Regenerierung verbrannt werden.
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Wie
wiederum 3 zeigt, wird, am Block S12,
die Temperatur des DPF 4 auf eine vorbestimmte Temperatur,
zum Beispiel 600°C,
geregelt, um die DPF-Regenerierung durchzuführen. Genauer gesagt wird eine
Menge an Kraftstoff für
eine Hilfskraftstoff-Einspritzung
in das Abgas bei jedem Expansionshub eines Kolbens des Motors oder
nahe dem oberen Todpunkt des Auslasshubs davon eingespritzt. 10 stellt
die Menge an Kraftstoff für
eine Hilfskraftstoff-Einspritzung dar, die basierend auf dem Motor-Betriebszustand eingestellt
ist. Aufgrund dieser Hilfskraftstoff-Einspritzung wird die Temperatur
des DPF 4 erhöht
und wird bei einer vorbestimmten Temperatur gehalten. Der Kraftstoff,
der unter der Hilfskraftstoff-Einspritzung eingespritzt ist, wird
auf dem Katalysator, getragen durch den DPF 4, verbrannt.
Hierbei wird, wenn die Abgas-Temperatur Te (die Temperatur des DPF 4)
nicht geringer als die vorab eingestellte Temperatur T1 ist, gerade
dann, wenn sich der Motor-Betriebszustand außerhalb des optimalen Regenerierungsbereichs
befindet, die DPF-Regenerierung kontinuierlich durchgeführt.
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Die
Logik geht zu Block S13, wo eine Abfrage vorgenommen wird, ob die
Zeit „t", die abgelaufen ist,
nachdem die Abgas-Temperatur Te die vorab eingestellte Temperatur
T1 erreicht, größer als
die vorab eingestellte Zeit „t1" ist. Die vorab eingestellte
Zeit „t1" ist eine Zeitperiode,
in der die normale Regenerierung des DPF 4 durchgeführt wird.
Falls am Block S13 die Abfrage bestätigend ist, was anzeigt, dass die
vorab eingestellte Zeit „t1" abgelaufen ist,
geht die Logik zu Block S14, wo das normale Regenerierungs-Zeichen
(Reg. 1) auf „0" eingestellt wird.
Die Logik geht dann zu Block S15, wo die PM-Ansammlungsmenge wieder auf „0" zurückgesetzt
wird und die normale Regenerierung des DPF 4 beendet wird. Falls
am Block S13 die Abfrage negativ ist, wird die normale Regenerierung
des DPF 4 kontinuierlich durchgeführt.
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Als
nächstes
wird, unter Bezugnahme auf 4, ein Ablauf
der Not-Regenerierung des DPF 4 erläutert. Das Not-Regenerierungs-Programm
wird durch die Steuereinheit 20 ausgeführt, wenn das Not-Regenerierungs-Zeichen
(Reg. 2) auf „1" im Block S2 der 2 eingestellt
ist. Der logische Ablauf beginnt am Block S21 der 4.
Am Block S21 wird das Verhältnis λ für überschüssige Luft
des Abgases, nämlich
die Sauerstoff-Konzentration des Abgases, auf den Wert nicht mehr
als λc eingestellt,
indem die Liste, dargestellt in 7, durchsucht
wird. Die Logik geht dann zu Block S22, wo die Temperatur des DPF 4 auf
eine vorab bestimmte Temperatur, zum Beispiel 600°C, geregelt
wird, um die DPF-Regenerierung durchzuführen. Die Logik geht dann zu Block
S23, wo eine Abfrage vorgenommen wird, ob die Zeit „t", die abgelaufen
ist, nachdem die Abgas-Temperatur Te die vorab eingestellte Temperatur T1
erreicht, größer als
die vorab eingestellte Zeit „t2" ist oder nicht.
Die vorab eingestellte Zeit „t2" ist eine Zeitperiode,
in der die Not-Regenerierung
des DPF 4 durchgeführt
wird. Falls am Block S23 die Abfrage bestätigend ist, was anzeigt, dass
die vorab eingestellte Zeit „t2" abgelaufen ist,
geht die Logik zurück zu
Block S24, wo das Not-Regenerierungs-Zeichen (Reg. 2) auf „0" eingestellt wird.
Die Logik geht dann zu Block S25, wo die PM-Ansammlungsmenge auf „0" zurückgesetzt
wird und die Not-Regenerierung des DPF 4 beendet wird.
Falls am Block S23 die Abfrage negativ ist, wird die Not-Regenerierung
des DPF 4 kontinuierlich durchgeführt.
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Wie
anhand der vorstehenden Erläuterung ersichtlich
ist, können
das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die
thermische Belastung, die auf den DPF 4 ausgeübt wird,
verringern, um dadurch die Haltbarkeit des DPF 4 zu verbessern, und
können
effektiv die DPF-Regenerierung durchführen. Weiterhin können das
Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung eine adäquate Propagations-Verbrennung
der PM, angesammelt in dem DPF 4, durchführen, was
dazu dient, die Zeit, erforderlich für die DPF-Regenerierung, einzusparen. Gerade wenn
die Hilfskraftstoff-Einspritzung während der DPF-Regenerierung
durchgeführt
wird, kann eine Verschlechterung in der Kraftstoff-Ökonomie auf das Minimum unterdrückt werden.
Weiterhin kann, unter der Hilfskraftstoff-Einspritzung, Wärme der Reaktion des Kraftstoffs,
eingespritzt mit dem Katalysator, getragen auf dem DPF 4,
dazu verwendet werden, die effiziente Regenerierung des DPF 4 durchzuführen. Weiterhin
kann die thermische Belastung, ausgeübt auf den DPF 4,
durch Verringern der Verbrennungsrate der angesammelten PM während der
DPF-Regenerierung
verringert werden. Die Verbrennungsrate der PM, die angesammelt
sind, kann auch dann verringert werden, wenn eine Menge der PM,
angesammelt in dem DPF 4, groß ist, und deshalb wird eine
schnelle Verbrennung der PM, die angesammelt sind, auftreten. Weiterhin
führen
das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung erzwungenermaßen die
DPF-Regenerierung aus, wenn die Menge der PM, die angesammelt ist,
größer wird,
ungeachtet davon, ob sich der Motor-Betriebszustand in dem adäquaten Regenerierungsbereich
befindet oder nicht. Dies kann die Verschlechterung in der Lauffähigkeit eines
Verbrennungsmotors, was durch die PM, angesammelt in dem DPF 4,
verursacht sein kann, verhindern.
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Obwohl
die Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf
die Ausführungsform,
die vorstehend beschrieben ist, beschränkt. Modifikationen und Variationen
der Ausführungsform,
die vorstehend beschrieben ist, werden für Fachleute auf dem betreffenden Fachgebiet
im Hinblick auf die vorstehenden Lehren ersichtlich werden. Der
Schutzumfang der Erfindung ist unter Bezugnahme auf die nachfolgenden
Ansprüche
definiert.