DE10318618A1

DE10318618A1 - Abgasreinigungssystem mit Partikelfilter

Info

Publication number: DE10318618A1
Application number: DE10318618A
Authority: DE
Inventors: Makoto Saito; Shigeto Yahata; Masumi Kinugawa; Kiyonori Sekiguchi; Tsukasa Kuboshima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-04-25
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2003-11-06
Also published as: US20030200746A1; US6735941B2; JP2003314249A

Abstract

Eine Verbrennungmotorsteuerungseinheit (4) eines Abgasreinigungssystems einer Brennkraftmaschine (1) mißt eine Druckdifferenz zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite eines Dieselpartikelfilters (DPF) (2), nachdem der DPF (2) auf zumindest eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist und der DPF bei der Temperatur für einen Zeitraum gehalten wird. Der DPF (2) ist an einem Abgasrohr (11) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet. Eine lösliche organische Fraktion, die in den Partikelstoffen in dem Abgas enthalten ist, kann bei der vorbestimmten Temperatur beseitigt werden. Die ECU berechnet eine Menge der Partikelstoffe, die durch den DPF (2) eingefangen wird, aus der gemessenen Druckdifferenz. Somit wird die Menge der eingefangenen Partikelstoffe genau und unabhängig von einer Zusammensetzung der Partikelstoffe oder einem Zustand der löslichen organischen Fraktion berechnet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem, das ein Partikelfilter zum Einfangen von Partikelstoffen aufweist, die in einem Abgas enthalten sind, das von einer Brennkraftmaschine ausgestoßen wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgasreinigungssystem, das in der Lage ist, eine Menge der eingefangenen Partikelstoffe genau zu messen.
Verschiedenartige Vorrichtungen zum Verringern von Partikelstoffen, die von Dieselverbrennungsmotoren ausgestoßen werden, werden als Maßnahmen zum Schutz der Umwelt vorgeschlagen. Ein typisches Beispiel derartiger Vorrichtungen ist ein Dieselpartikelfilter (DPF), der an einem Abgasrohr angeordnet ist. Der DPF absorbiert und fängt die Partikelstoffe ein, die in dem Abgas enthalten sind, wenn das Abgas durch poröse Filterwände des DPF hindurch tritt. Die Fläche der Filterwand kann mit einem Abgasreinigungskatalysator oder einem Oxidationskatalysator beschichtet sein. Wenn eine Menge der eingefangenen Partikelstoffe sich erhöht, erhöht sich ein Druckverlust in dem DPF und kann ein Nachteil, wie zum Beispiel eine Absenkung bei einer Verbrennungsmotorabgabe, auftreten. Daher wird der DPF regelmäßig durch Verbrennen und Beseitigen der angefangenen Partikelstoffe regeneriert. Somit kann der DPF kontinuierlich verwendet werden.

Wie in der japanischen, ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. H7-310524 gezeigt ist, wird ein Zeitintervall der Regeneration des DPF auf der Grundlage ermittelt, ob die Menge der eingefangenen Partikelstoffe (PM-Einfangmenge) größer als ein vorbestimmter Wert ist oder nicht. Die PM-Einfangmenge wird aus einer Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite des DPF und der stromabwärtigen Seite des DPF berechnet. Der DPF wird durch Erwärmen des DPF bis zu der Temperatur regeneriert, bei der die Partikelstoffe verbrannt werden können. Der DPF wird durch eine Heizeinrichtung, wie zum Beispiel einen Brenner oder eine Heizung oder durch Hochtemperaturabgas erwärmt, das durch Verringern einer Einlassluftmenge oder durch Durchführen einer Nacheinspritzung erzeugt wird. Zum stabilen Verbrennen der Partikelstoffe ist es wichtig, das Zeitintervall der Regeneration durch genaues Messen der PM-Einfangmenge festzusetzen.

Die Partikelstoffe bestehen hauptsächlich aus einer löslichen, organischen Fraktion (SOF) und einer Rußfraktion. Die SOF- Fraktion weist Öl, unverbrannten Kraftstoff und ähnliches auf. Insbesondere hat die SOF eine signifikante Wirkung auf die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF, da die SOF in verschiedenartigen Zuständen, wie zum Beispiel einem gasförmigen Zustand oder einem flüssigen Zustand, in Abhängigkeit von einem Zustand einer Verbrennung in einem Zylinder vorliegt. Das liegt daran, dass die SOF an dem Rußpartikel in verschiedenartigen Zuständen in Abhängigkeit von dem Zustand der SOF anhaftet und ein Verstopfungsgrad der Poren des DPF gemäß der Variation des Anhaftungszustands der SOF variiert. Zusätzlich variiert ein Verhältnis zwischen der SOF und der Rußfraktion in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Daher variiert die PM-Einfangmenge auch dann, wenn die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF die gleiche ist. Somit ist es schwierig, die genaue PM- Einfangmenge nur aus der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF zu berechnen.

Eine in der japanischen, ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. H7-310524 offenbarte Vorrichtung hat eine Betriebszustandserfassungseinrichtung und eine Korrektureinrichtung zum Korrigieren der PM-Einfangmenge auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen der SOF und der Rußfraktion, um das Problem zu lösen, das durch die Variation der Zusammensetzung der Partikelstoffe verursacht wird. Das Verhältnis zwischen der SOF und der Rußfraktion wird aus dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors geschätzt. Jedoch kann auch bei diesem Schema die Wirkung der Variation des Zustands der SOF nicht vollständig beseitigt werden. Wenn berechnet wird, dass die PM-Einfangmenge kleiner als eine tatsächliche Menge ist, können überschüssige Partikelstoffe eingefangen werden und kann überschüssige Wärme durch eine rasche Verbrennung der Partikelstoffe erzeugt werden, wenn der DPF regeneriert wird. Eine Graphik in Fig. 4 zeigt eine Beziehung zwischen der PM- Einfangmenge M und der Maximaltemperatur TMAX in dem DPF für den Fall, bei dem die rasche Verbrennung der Partikelstoffe auftritt. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, erhöht, sich die Maximaltemperatur TMAX in den DPF von einer normalen Temperatur T₀, wenn sich die PM-Einfangmenge M erhöht. Darüber hinaus erhöht sich ein Erhöhungsgrad der Maximaltemperatur ebenso, wenn sich die PM-Einfangmenge M erhöht. Demgemäß kann sich die Möglichkeit eines Schadens des DPF, der durch eine übermäßige Wärmeerzeugung verursacht wird, erhöhen, wenn sich die PM-Einfangmenge M erhöht. Wenn andererseits berechnet wird, dass die PM- Einfangmenge größer als die tatsächliche Menge ist, kann sich die Frequenz beziehungsweise die Häufigkeit der Regeneration des DPF erhöhen. Als Folge kann sich der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors vergrößern oder kann sich eine Menge des Kraftstoffs, der für den Brenner vorgesehen wird, oder ein Energieverbrauch durch die Heizvorrichtung vergrößern. Daher ist eine stabile Regeneration des DPF bei einer geeigneten Zeitabstimmung erforderlich, die durch eine genaue Messung der Menge der eingefangenen Partikelstoffe erzielt wird.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Menge von eingefangenen Partikelstoffen unabhängig von Betriebszuständen eines Verbrennungsmotors zu messen und eine Regeneration eines Dieselpartikelfilters bei einer geeigneten Zeitabstimmung durchzuführen. Somit wird die Regeneration des Dieselpartikelfilters sicher und zuverlässig durchgeführt.

Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine einen Partikelfilter und eine Regenerationssteuerungseinrichtung. Der Partikelfilter ist an einem Abgasrohr des Verbrennungsmotors angeordnet und fängt Partikelstoffe ein, die in dem Abgas enthalten sind. Die Regenerationssteuerungseinrichtung mißt eine Menge der eingefangenen Partikelstoffe und führt eine Regeneration des Partikelfilters auf der Grundlage der gemessenen Menge der eingefangenen Partikelstoffe durch. Die Regenerationssteuerungseinrichtung erwärmt den Partikelfilter zumindest auf eine vorbestimmte Temperatur, bei der eine lösliche, organische Fraktion (SOF) beseitigt werden kann, die in den Partikelstoffen enthalten ist. Darauf mißt die Regenerationssteuerungseinrichtung die Menge der eingefangenen Partikelstoffe auf der Grundlage eines Druckverlustes, der in dem Partikelfilter erzeugt wird.

Zum genauen Berechnen der Menge der eingefangenen Partikelstoffe wird der Partikelfilter auf einer vorbestimmten Temperatur oder darüber gehalten, und es wird die SOF, die in den Partikelstoffen enthalten ist, beseitigt. Somit wird die Zusammensetzung der Partikelstoffe, die sich an dem Partikelfilter ablagern, geändert, so dass die Partikelstoffe allein aus einer Rußfraktion bestehen. Dann wird die Menge der eingefangenen Partikelstoffe auf der Grundlage einer Druckdifferenz zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des Partikelfilters und anderem berechnet. Somit wird die Menge der eingefangenen Partikelstoffe genau unabhängig von der Zusammensetzung der Partikelstoffe oder dem Zustand der SOF berechnet. Daher werden eine übermäßige Erhöhung der Temperatur des Partikelfilters während der Regeneration und eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs verhindert. Somit wird die Zeitabstimmung der Regeneration des Partikelfilters geeignet gesetzt und wird der Partikelfilter sicher regeneriert.

Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ebenso wie Verfahren des Betriebs und die Funktion von zugehörigen Teilen aus einem Studium der folgenden, genauen Beschreibung, den 9 beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen erkennbar, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A ist ein schematisches Diagramm, das einen Ablagerungszustand von Partikelstoffen an einem Dieselpartikelfilter (DPF) zu der Zeit zeigt, wenn die Temperatur in einem Zylinder hoch ist;
Fig. 2B ist ein schematisches Diagramm, das einen Ablagerungszustand der Partikelstoffe an dem DPF zu dem Zeitpunkt zeigt, wenn die Temperatur in dem Zylinder niedrig ist;
Fig. 2C ist ein schematisches Diagramm, das einen Zustand zeigt, nach dem eine lösliche organische Fraktion beseitigt ist;
Fig. 2D ist eine Graphik, die eine Beziehung zwischen einer Menge der eingefangenen Partikelstoffe und einer Druckdifferenz zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des DPF zeigt;
Fig. 3 ist eine Graphik, die eine Beziehung zwischen der Temperatur des DPF und der Menge der Partikelstoffe zeigt, die in dem DPF eingefangen sind;
Fig. 4 ist eine Graphik, die eine Beziehung zwischen der Menge der eingefangenen Partikelstoffe und einer Maximaltemperatur in dem DPF zeigt, die durch eine rasche Verbrennung erzeugt wird;
Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, eines Regenerationssteuerungsprozesses, der durch eine Verbrennungsmotorsteuerungseinheit (ECU) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wird;
Fig. 6 ist ein Ablaufdiagramm eines Regenerationssteuerungsprozesses, der durch eine Verbrennungsmotorsteuerungseinheit (ECU) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird;
Fig. 7 ist ein Zeitablaufdiagramm des Regenerationssteuerungsprozesses durch die ECU gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Abgasreinigungssystem eines Dieselverbrennungsmotors 1 dargestellt. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 2 ist an einem Abgasrohr 11 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Der DPF 2 hat einen allgemein bekannten Aufbau. Der DPF 2 besteht aus wärmebeständigen Keramiken, wie zum Beispiel Kordierit, und ist in der Gestalt einer Wabenstruktur ausgebildet. Die Wabenstruktur hat eine Matrix von porösen Filterwänden, die eine Vielzahl von Zellen ausbilden, die sich von einem Ende zu einem anderen Ende der Wabenstruktur erstrecken. Ein einlassseitiges Ende oder ein auslassseitiges Ende von jeder Zelle ist abwechselnd blockiert. Das Abgas, das von dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßen wird, tritt in die Zellen ein, deren einlassseitigen Enden offen sind. Wenn das Abgas durch die poröse Filterwand hindurch tritt, werden Partikelstoffe (PM) eingefangen.
Eine Druckdifferenzmessvorrichtung 3, wie zum Beispiel eine Vielzahl von Drucksensoren, ist zum Messen einer Menge von Partikelstoffen angeordnet, die durch den DPF 2 eingefangen werden (PM-Einfangmenge). Der Druck in dem Abgasrohr 11 ist an der stromaufwärtigen Seite von dem DPF 2 wird zu der Druckdifferenzmessvorrichtung 3 durch ein Druckeinführrohr 31 eingeführt. Andererseits wird der Druck in dem Abgasrohr 11 an der stromabwärtigen Seite von dem DPF 2 zu der Druckdifferenzmessvorrichtung 3 durch ein Druckeinführrohr 32 eingeführt. Somit misst die Druckdifferenzmessvorrichtung 3 die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite von dem DPF 2. Eine DPF- Temperaturmessvorrichtung 22, wie zum Beispiel ein Temperatursensor, ist an der stromabwärtigen Seite von dem DPF 2 zum Messen der Temperatur des DPF 2 angeordnet. Eine Einlassluftdurchflussmengenmessvorrichtung 5, wie zum Beispiel ein Durchflussmessgerät, ist an einem Einlassrohr 12 des Verbrennungsmotors 1 zum Messen einer Einlassluftdurchflussrate beziehungsweise einer Einlassluftdurchflussmenge angeordnet. Signale von den vorstehend genannten Messvorrichtungen werden einer Verbrennungsmotorsteuerungseinheit (ECU) 4 eingegeben. Die ECU 4 berechnet die PM-Einfangmenge auf der Grundlage einer Abgasdurchflussmenge und der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite von dem DPF 2 und steuert eine Regeneration des DPF 2. Die Abgasdurchflussmenge wird aus den gemessenen Werten der Temperatur des DPF 2 und der Einlassluftdurchflussmenge berechnet.
Wenn der DPF 2 regeneriert wird, wird das Abgas durch Verringern eines Öffnungsgrades eines Einlassluftbegrenzers 21 aufgewärmt, der in dem Einlassrohr 12 angeordnet ist, oder durch Verzögern einer Einspritzzeitabstimmung, die durch Einspritzvorrichtungen 13 durchgeführt wird oder durch Durchführen einer Nacheinspritzung. Das erwärmte Abgas wird in den DPF 2 eingeführt, um den DPF 2 auf die Temperatur zu erwärmen, bei der die eingefangenen Partikelstoffe verbrannt werden können. So wird der DPF 2 regeneriert. Die Verringerung des Öffnungsgrades des Einlassluftbegrenzers 21 kann mit der Einspritzsteuerung kombiniert werden. So kann das Abgas auf die Temperatur erwärmt werden, die hoch genug zum Verbrennen der eingefangenen Partikelstoffe ist. Die ECU 4 steuert den Antrieb des Einlassluftbegrenzers 21 und der Einspritzvorrichtungen 13, die ebenso als Einrichtung zum Erwärmen des DPF 2 verwendet werden. Alternativ können als Einrichtung zum Erwärmen und Regenerieren des DPF 2 alle Arten von öffentlich bekannten Heizvorrichtungen, wie zum Beispiel eine elektrische Heizvorrichtung, bei der eine Metallfolie spiralförmig zwischen eine Zentralelektrode und eine äußere Umfangselektrode geschichtet ist, oder ein Dieselölbrenner ebenso eingesetzt werden. Die DPF- Temperaturmessvorrichtung 22 kann an der stromaufwärtigen Seite und an der stromabwärtigen Seite des DPF 2 zum Messen der Temperatur des DPF 2 von den beiden Positionen angeordnet sein.
Der Zustand der Partikelstoffe, die in dem DPF 2 eingefangen sind, variiert signifikant in Abhängigkeit von einem Verbrennungszustand in dem Zylinder. Fig. 2A ist ein Diagramm, das einen Fall zeigt, bei dem die Temperatur des Zylinders hoch ist und eine lösliche organische Fraktion (SOF), die in den Partikelstoffen enthalten ist, in einem gasförmigen Zustand ausgestoßen wird. Die Partikelstoffe lagern sich an der Fläche des DPF 2 ab, während die SOF an den Rußpartikeln zwischen den Rußpartikeln anhaftet. Fig. 2B ist ein Diagramm, das einen Fall zeigt, bei dem die Temperatur in dem Zylinder niedrig ist und die SOF in einem flüssigen Zustand ausgestoßen wird. Die SOF liegt unabhängig von den Rußpartikeln vor und sickert in den DPF 2 ein, wie in Fig. 2B gezeigt ist. Für den durch das Diagramm in Fig. 2A gezeigten Fall lagern sich die Partikelstoffe ab, während sie die Poren des DPF 2 abdecken. Daher erhöht sich der Druckverlust, der in dem DPF 2 erzeugt wird. Andererseits werden in dem durch das Diagramm in Fig. 2B gezeigten Fall die Poren mit einem relativ niedrigen Grad blockiert. Daher wird der Druckverlust auf einen relativ niedrigen Grad erhöht.
Eine Graphik in Fig. 2D zeigt eine Änderung einer Beziehung zwischen der PM-Einfangmenge M und der Druckdifferenz ΔP zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite von dem DPF 2. Eine gepunktete Linie "a" in Fig. 2D entspricht dem Zustand der SOF, der in Fig. 2A gezeigt ist. Eine gestrichelte Linie "b" in Fig. 2D entspricht einem Zustand der SOF, der in Fig. 2B gezeigt ist. Eine durchgezogene Linie "c" in Fig. 2D entspricht einem Zustand, der in Fig. 2C gezeigt ist, bei dem die SOF beseitigt ist und nur die Fußfraktion verbleibt. Wie in Fig. 2D gezeigt ist, variiert in Abhängigkeit von dem Zustand der SOF die Druckdifferenz ΔP auch dann, wenn die PM- Einfangmenge die gleiche ist. Die Variation der Druckdifferenz ΔP macht es schwierig, die PM-Einfangmenge M auf der Grundlage der Druckdifferenz ΔP zu berechnen.
Daher wird in diesem Ausführungsbeispiel die Temperatur des DPF 2 erhöht, um die SOF durch Vergasung oder Oxidation zu beseitigen, bevor die PM-Einfangmenge berechnet wird. Durch messen der Druckdifferenz nach der Beseitigung der SOF wird die PM-Einfangmenge genau berechnet. Das liegt daran, dass die Beziehung zwischen der PM-Einfangmenge und der Druckdifferenz in dem in Fig. 2C gezeigten Zustand schon bekannt ist, wie durch die durchgezogene Linie "c" in Fig. 2D gezeigt ist.
Genauer gesagt treibt die ECU 4 den Einlassluftbegrenzer 21 und die Einspritzvorrichtungen 13 auf der Grundlage des gemessenen Ergebnisses der DPF-Temperaturmessvorrichtung 22, um das Hochtemperaturabgas in den DPF 2 einzuführen. Dann wird der DPF 2 über eine vorbestimmte Zeitdauer auf einer vorbestimmten Temperatur gehalten, bei der die SOF, die in den Partikelstoffen enthalten ist, durch die Vergasung oder die Oxidation beseitigt werden kann. Eine Graphik in Fig. 3 zeigt eine Beziehung zwischen der DPF-Temperatur T und einem Gewicht der eingefangenen Partikelstoffe (PM-Gewicht MG). Wenn die SOF und die Rußfraktion mit einem gewissen Verhältnis mit Bezug auf das anfängliche PM-Gewicht MG₀ vorliegen, wie in Fig. 3 gezeigt ist, erhöht sich das Verhältnis der SOF, wenn sich die DPF-Temperatur T erhöht. Das Verhältnis der SOF verringert sich im Wesentlichen auf 0, wenn die DPF-Temperatur T eine gewisse Temperatur Ts übersteigt. Die Temperatur Ts variiert normalerweise in einem Bereich, der im Allgemeinen zwischen 150°C und 400°C liegt, in Abhängigkeit von der Art des Verbrennungsmotors 1. Somit wird im Wesentlichen ein gesamter Anteil der SOF beseitigt, die in den Partikelstoffen enthalten ist. Dann wird die Druckdifferenz ΔP zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite von dem DPF 2 durch die Druckdifferenzmessvorrichtung 3 gemessen und wird die PM-Einfangmenge M berechnet. Die Druckdifferenz ΔP variiert ebenso abhängig von einer Durchflussrate des Abgases. Daher wird die Durchflussrate (das Volumen der Durchflussrate) des Abgases aus den gemessenen Werten der Temperatur des DPF 2 und der Einlassluftdurchflussmenge berechnet. Dann wird die PM- Einfangmenge M auf der Grundlage der Durchflussrate des Abgases und der Druckdifferenz ΔP zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite von dem DPF 2 berechnet.
Wenn die berechnete PM-Einfangmenge M größer als oder gleich wie ein vorbestimmter Wert wird, werden der Einlassluftbegrenzer 21 und die Einspritzvorrichtungen 13 angetrieben, um den DPF 2 durch das Hochtemperaturabgas zu erwärmen. Der DPF 2 wird zumindest auf die Temperatur erwärmt, bei der die Partikelstoffe verbrannt werden können. So wird der DPF 2 regeneriert. Die PM- Einfangmenge M wird genau berechnet, und die rasche Verbrennung bei der Regeneration wird verhindert. Zusätzlich wird eine unnötige Erhöhung der Häufigkeit der Regeneration verhindert, und es wird eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs oder des Energieverbrauchs zum Erwärmen des DPF 2 verhindert.
Nachstehend wird ein Beispiel des vorstehend genannten Regenerationsbetriebes auf der Grundlage eines in Fig. 5 gezeigten Ablaufdiagramms erklärt. Ein Regenerationssteuerungsprozess, der durch das Ablaufdiagramm in Fig. 5 gezeigt ist, wird gestartet, wenn die ECU 4 ermittelt, dass ein vorbestimmter Zeitraum von der vorhergehenden Regeneration des DPF 2 vergangen ist oder wenn die ECU 4 ermittelt, dass ein Fahrzeug über eine vorbestimmte Distanz gefahren ist. Der Regenerationssteuerungsprozess wird bei einem vorbestimmten Zeitintervall wiederholt, bis die Regeneration durchgeführt wird. In Schritt S100 wird ermittelt, ob die Durchflussrate beziehungsweise Durchflussmenge des Abgases, das durch das Abgasrohr 11 strömt (die Abgasdurchflussrate QE oder das Volumen der Durchflussrate QE) "größer als oder gleich wie" einer gegebenen Durchflussrate QO ist oder nicht. So wird ermittelt, ob die Abgasdurchflussrate QE sich in einem Bereich befindet, in dem die PM-Einfangmenge M berechnet werden kann oder nicht. Die gegebene Durchflussrate QO ist eine Durchflussrate, oberhalb welcher die Druckdifferenz ΔP durch die Druckdifferenzmessvorrichtung 3 gemessen werden kann. Die Abgasdurchflussrate QE wird aus den gemessenen Werten der Temperatur des DPF 2, die durch die DPF- Temperaturmessvorrichtung 22 gemessen wird, und die Einlassluftdurchflussrate berechnet, die durch die Einlassluftdurchflussratenmessvorrichtung 5 gemessen wird. Wenn das Ergebnis von Schritt S100 "NEIN" ist, wird der Steuerungsprozess unmittelbar beendet.
Wenn das Ergebnis von 5100 "JA" ist, schreitet der Prozess zu Schritt S101 weiter. In Schritt S101 wird die DPF-Temperatur T, die Temperatur des DPF 2, die durch die DPF- Temperaturmessvorrichtung 22 gemessen wird, eingegeben. Dann wird ermittelt, ob die DPF-Temperatur T "gleich wie oder größer als" einer gegebenen Temperatur Ts ist (beispielsweise 150°C bis 400°C) oder nicht. Die gegebene Temperatur Ts ist die Temperatur, bei der die SOF beseitigt werden kann. Wenn das Ergebnis von Schritt S101 "JA" ist, schreitet der Prozess zu Schritt S103 weiter. Wenn das Ergebnis von Schritt S101 "NEIN" ist, wird der DPF2 durch Steuern des Einlassluftbegrenzers 21 und der Einspritzvorrichtungen 13 in Schritt S102 erwärmt. Der Betrieb in Schritt S102 wird wiederholt, bis die DPF-Temperatur T größer als oder gleich wie eine gegebene Temperatur Ts wird. Wenn die DPF-Temperatur T die gegebene Temperatur Ts erreicht, wird der DPF 2 auf der Temperatur über zumindest eine gegebene Zeitdauer Ts in Schritt S103 gehalten. So wird die SOF, die in den Partikelstoffen enthalten ist, durch die Vergasung oder die Oxidation beseitigt. Dann wird in Schritt S104 die Abgasdurchflussrate QE aus den gemessenen Werten der DPF- Temperatur T und der Einlassluftdurchflussrate berechnet.
Unterdessen wird die Druckdifferenz ΔP zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite von dem DPF 2 durch die Druckdifferenzmessvorrichtung 3 in Schritt S105 gemessen. Dann wird in Schritt S106 die PM-Einfangmenge M auf der Grundlage der Abgasdurchflussrate QE und der Druckdifferenz ΔP berechnet.
Dann wird in Schritt S107 ermittelt, ob die PM-Einfangmenge M "größer als oder gleich wie" eine vorbestimmte Menge MR ist oder nicht. Das Ergebnis von dem Schritt S107 "JA" ist, schreitet der Prozess zu Schritt S108 weiter. In Schritt S108 wird die DPF- Temperatur T durch steuern des Einlassluftbegrenzers 21 und der Einspritzvorrichtungen 13 auf zumindest die Temperatur erhöht, bei der der Ruß verbrannt werden kann. So wird der DPF 2 regeneriert. Wenn das Ergebnis von Schritt S107 "NEIN" ist, wird der Prozess beendet.
Wie vorstehend erklärt ist wird in dem Ausführungsbeispiel unabhängig von dem Verhältnis zwischen der SOF und der Rußfraktion oder dem Zustand der SOF die PM-Einfangmenge genau gemessen und wird die Regeneration des DPF 2 bei der geeigneten Zeitabstimmung durchgeführt. Daher erhöht sich die Regenerationshäufigkeit nicht, oder es erhöht sich der Kraftstoffverbrauch oder der Energieverbrauch nicht, oder die DPF-Temperatur erhöht sich nicht übermäßig. Somit kann die sichere und zuverlässigere Generation des DPF durchgeführt werden. Die DPF-Temperatur, bei der die SOF beseitigt werden kann (150 bis 400°C zum Beispiel), ist viel geringer als die Temperatur zum Durchführen einer gewöhnlichen Regeneration des DPF (im Allgemeinen beispielsweise 650°C). Daher wird die Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs oder des Energieverbrauchs verhindert.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Ein Regenerationssteuerungsverfahren des Abgasreinigungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird auf der Grundlage von den Fig. 6 und 7 erklärt. Bei dem Abgasreinigungssystem wird nach dem der DPF 2 auf die Temperatur erwärmt ist, bei der die SOF durch Vergasung oder Oxidation beseitigt werden kann, die PM-Einfangmenge auf der Grundlage der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite von dem DPF 2 und der Abgasdurchflussrate berechnet. Die Abgasdurchflussrate wird aus den gemessenen Werten der DPF- Temperatur und der Einlassluftdurchflussrate berechnet. Unterdessen wird eine Änderung der PM-Einfangmenge über die Zeit berechnet. Wenn die Änderung der PM-Einfangmenge über die Zeit größer als oder gleich wie einem vorbestimmten Wert wird, wird ermittelt, dass die SOF im Wesentlichen beseitigt ist. Die PM- Einfangmenge zu dieser Zeit wird gemessen. Wenn die gemessene PM-Einfangmenge größer als oder gleich wie einer vorbestimmten Menge wird, wird der DPF 2 durch Steuern des Einlassluftbegrenzers 21 und der Einspritzvorrichtungen 13 regeneriert.
Ein Beispiel des Betriebs der ECU 4 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird auf der Grundlage eines in Fig. 6 gezeigten Ablaufdiagrammes erklärt. In Schritt S200 wird ermittelt, ob die Durchflussrate des Abgases, das durch das Abgasrohr 11 strömt (die Abgasdurchflussrate QE oder das Volumen der Durchflussrate QE) "größer als oder gleich wie" eine gegebene Durchflussrate Q0 ist oder nicht. Wenn das Ergebnis von Schritt 200 "NEIN" ist, wird der Prozess unmittelbar beendet.
Wenn das Ergebnis von Schritt S200 "JA" ist, schreitet der Prozess zu Schritt S201 weiter, und es wird die DPF-Temperatur "T", die durch die DPF-Temperaturmessvorrichtung 22 gemessen wird, eingegeben. Dann wird ermittelt, ob die Temperatur T "größer als oder gleich wie" eine vorbestimmte Temperatur Ts (beispielsweise 150°C bis 400°C) ist oder nicht. Die SOF kann bei der gegebenen Temperatur Ts beseitigt werden. Wenn das Ergebnis von Schritt S201 "JA" ist, schreitet der Prozess zu Schritt S203 weiter.
Wenn das Ergebnis von Schritt S201 "NEIN" ist, wird der DPF 2 durch Steuern des Einlassluftbegrenzers 21 und der Einspritzvorrichtungen 13 in Schritt S202 erwärmt. Dieser Betrieb in Schritt S202 wird wiederholt, bis die DPF-Temperatur T gleich wie oder höher als die gegebene Temperatur Ts wird. Wenn die DPF-Temperatur T die gegebene Temperatur Ts erreicht, wird die Abgasdurchflussrate QE aus den gemessenen Werten der DPF-Temperatur T und der Einlassluftdurchflussrate in Schritt S203 berechnet. Unterdessen wird die Druckdifferenz ΔP zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF 2 durch die Druckdifferenzmessvorrichtung 3 in Schritt S204 gemessen. Dann wird eine PM-Einfangmenge M, eine Menge der eingefangenen Partikelstoffe, auf der Grundlage der Abgasdurchflussrate QE und der Druckdifferenz ΔP in Schritt S205 berechnet.
Dann wird in Schritt S206 die Änderung der PM-Einfangmenge M über die Zeit (ΔM) aus der PM-Einfangmenge M berechnet, die in Schritt S205 berechnet ist, und der PM-Einfangmenge M, die bei dem letzten mal berechnet wurde. Dann wird in Schritt S207 ermittelt, ob die Änderung über die Zeit ΔM "gleich wie oder geringer als" ein gegebener Wert M_a ist oder nicht. Wenn das Ergebnis von Schritt S207 "NEIN" ist, kehrt der Prozess zu Schritt S203 zurück, und es wird dieser Betrieb wiederholt, bis die Änderung über die Zeit ΔM gleich wie oder geringer als der gegebene Wert M_a wird. Wenn die Änderung über die Zeit ΔM gleich wie oder geringer als der gegebene Wert M_a wird, wird ermittelt, dass die Schwankung der PM-Einfangmenge M konvergiert ist, oder es wird ermittelt, dass die SOF beseitigt wurde. Dann schreitet der Prozess zu Schritt S208 weiter. In Schritt S208 wird ermittelt, ob die PM-Einfangmenge M "gleich wie oder größer als" eine gegebene Menge M_R ist oder nicht. Wenn das Ergebnis von Schritt S208 "JA" ist, schreitet der Prozess zu Schritt S209 weiter. In Schritt S209 wird der DPF 2 auf zumindest die Temperatur erwärmt, bei der die Partikelstoffe durch Steuern des Einlassluftbegrenzers 21 und der Einspritzvorrichtungen 13 verbrannt werden können. Somit wird der DPF 2 regeneriert. Wenn das Ergebnis von Schritt S208 "NEIN" ist, wird der Prozess beendet.
Fig. 7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Änderung über die Zeit der DPF-Temperatur T, der Menge der SOF, die in den Partikelstoffen enthalten ist, der Druckdifferenz ΔP zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite von dem DPF 2 und der PM-Einfangmenge M zeigt. Nach einem Zeitpunkt t1 in Fig. 7, bei dem die DPF-Temperatur T gleich einer gegebenen Temperatur Ts wird, verringert sich die Menge der SOF, die in den Partikelstoffen enthalten ist, wie durch eine durchgezogene Linie SOF in Fig. 7 gezeigt ist. Alternativ kann ermittelt werden, dass der berechnete Wert der PM-Einfangmenge M konvergiert ist, wenn die Änderung der Druckdifferenz ΔP über die Zeit gleich wie oder geringer als ein gegebener Wert P_a zu dem Zeitpunkt t2 wird. Dann wird die PM-Einfangmenge M berechnet.
So wird die PM-Einfangmenge M durch Messen der PM-Einfangmenge M nach dem Zeitpunkt t2 genauer gemessen. Als Folge wird die Regeneration des DPF 2 bei einem geeigneten Zeitabschnitt sicher und zuverlässig durchgeführt.
In den Ausführungsbeispielen wird die Druckdifferenzmessvorrichtung 3 als die Druckmesseinrichtung eingesetzt. Alternativ kann eine Druckmesseinrichtung, wie zum Beispiel ein Drucksensor, zum Messen des Drucks an der stromaufwärtigen Seite des DPF 2 eingesetzt werden. Eine Wirkung ähnlich denen der Ausführungsbeispiele wird durch Berechnen der PM-Einfangmenge aus dem gemessenen Druck an der stromaufwärtigen Seite von dem DPF 2 erzielt.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt werden, sondern sie kann auf verschiedenen Wegen ohne Abweichung von dem Anwendungsbereich der Erfindung ausgeführt werden.
Somit mißt die Verbrennungsmotorsteuerungseinheit 4 des Abgasreinigungssystems der Brennkraftmaschine 1 die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Dieselpartikelfilters (DPF) 2, nachdem der DPF 2 auf zumindest eine vorbestimmte Temperatur erwärmt ist und der DPF bei der Temperatur für einen Zeitraum gehalten wird. Der DPF 2 ist an dem Abgasrohr 11 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Eine lösliche, organische Fraktion, die in den Partikelstoffen in dem Abgas enthalten ist, kann bei der vorbestimmten Temperatur beseitigt werden. Die ECU berechnet eine Menge der Partikelstoffe, die durch den DPF 2 eingefangen wird, aus der gemessenen Druckdifferenz. Somit wird die Menge der eingefangenen Partikelstoffe genau und unabhängig von einer Zusammensetzung der Partikelstoffe oder einem Zustand der löslichen, organischen Fraktion berechnet.

Claims

1. Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine (1), wobei das Abgasreinigungssystem folgendes aufweist:
einen Partikelfilter (2), der an einem Abgasrohr (11) des Verbrennungsmotors (1) zum Einfangen von Partikelstoffen angeordnet ist, die in dem Abgas enthalten sind, und
eine Regenerationssteuerungseinrichtung (4) zum Messen einer Menge der durch den Partikelfilter (2) eingefangen Partikelstoffe und zum Regenerieren des Partikelfilters (2) auf der Grundlage der berechneten Menge der eingefangenen Partikelstoffe,
dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationssteuerungseinrichtung (4) eine Temperatursteuerungseinrichtung zum Erwärmen des Partikelfilters (2) auf zumindest eine vorbestimmte Temperatur aufweist, bei der eine lösliche, organische Fraktion, die in den Partikelstoffen enthalten ist, beseitigt werden kann, und eine Einfangmengenmesseinrichtung zum Messen einer Menge der eingefangenen Partikelstoffe auf der Grundlage eines Druckverlustes, der an dem Partikelfilter (2) erzeugt wird, nachdem der Partikelfilter (2) auf zumindest die vorbestimmte Temperatur erwärmt ist.

2. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Temperatursteuerungseinrichtung den Partikelfilter (2) auf der vorbestimmten Temperatur oder darüber über eine vorbestimmte Zeitdauer hält,
wobei die Einfangmengenmesseinrichtung die Menge der eingefangenen Partikelstoffe auf der Grundlage eines Druckverlustes, der an dem Partikelfilter (2) erzeugt wird, berechnet, nachdem die lösliche, organische Fraktion aus dem Partikelfilter (2) beseitigt ist, und
wobei die Regenerationssteuerungseinrichtung (4) des weiteren eine Regenerationsausführungseinrichtung zum Ausführen der Regeneration des Partikelfilters (2), wenn die Menge der eingefangenen Partikelstoffe, die durch die Einfangmengenmesseinrichtung gemessen wird, gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Menge wird, aufweist.

3. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfangmengenmesseinrichtung eine Änderung des Druckverlustes, der an dem Partikelfilter (2) erzeugt wird, über die Zeit mißt und die Menge der eingefangenen Partikelstoffe auf der Grundlage des Druckverlusts zu der Zeit berechnet, wenn die Änderung des Druckverlustes über die Zeit gleich wie oder geringer als ein vorbestimmter Wert wird.

4. Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfangmengenmesseinrichtung eine Änderung der Menge der eingefangenen Partikelstoffe über die Zeit mißt, und wobei die Regenerationssteuerungseinrichtung (4) die Regeneration des Partikelfilters (2) ausführt, wenn die Änderung der Menge der eingefangenen Partikelstoffe über die Zeit gleich wie oder geringer als ein vorbestimmter Wert wird.

5. Abgasreinigungssystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem des weiteren eine Druckmesseinrichtung (3) zum Messen einer Druckdifferenz zwischen einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des Partikelfilters (2) oder eines Drucks an der stromaufwärtigen Seite des Partikelfilters (2), eine Temperaturmesseinrichtung (22) zum Messen der Temperatur des Partikelfilters (2) und eine Einlassluftdurchflussratenmesseinrichtung (5) zum Messen einer Durchflussrate der Einlassluft aufweist, und wobei die Regenerationssteuerungseinrichtung (4) die Menge der eingefangenen Partikelstoffe auf der Grundlage einer Abgasdurchflussrate und von Messungen der Druckmesseinrichtungen (3) berechnet,
wobei die Abgasdurchflussrate aus Messungen der Temperaturmesseinrichtung (22) und der Einlassluftdurchflussratenmesseinrichtung (5) berechnet wird.