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Dokumentenidentifikation DE602004001524T2 19.07.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001437493
Titel Vorrichtung und Verfahren zur Abgasreinigung
Anmelder Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa, JP
Erfinder Inoue, Takao, Yokohama-shi Kanagawa 233-0002, JP;
Kawashima, Junichi, Yokosuka-shi Kanagawa 239-0835, JP;
Tsutsumoto, Naoya, Yokohama-shi Kanagawa 222-0032, JP;
Otake, Makoto, Yokohama-shi Kanagawa 241-0014, JP;
Kondou, Terunori, Yokohama-shi Kanagawa 221-0001, JP;
Koga, Toshimasa, Yokohama-shi Kanagawa 221-0001, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 602004001524
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 08.01.2004
EP-Aktenzeichen 040002750
EP-Offenlegungsdatum 14.07.2004
EP date of grant 19.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.07.2007
IPC-Hauptklasse F01N 9/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F01N 3/023(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   F02D 41/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem entsprechend des Oberbegriffteils des unabhängigen Anspruchs 1 und ein Abgasreinigungsverfahren entsprechend des Oberbegriffteils des unabhängigen Anspruchs 7. Noch genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgasreinigungssystem, das einen Teilchenfilter, verwendet für die Nachbehandlung eines Abgases, hauptsächlich eines Dieselmotors, hat und noch genauer, eine Technologie für den Umgang mit in einem Teilchenfilter gespeicherten Asche und einem entsprechenden Verfahren dazu.

Ein Dieselteilchenfilter ist eine Teilchenspeichervorrichtung, die aus einem wabenförmigen Monolith besteht, der aus Keramik oder dergleichen hergestellt ist und im Wesentlichen für das Entfernen von Partikelmaterie (nachstehend als Teilchen bezeichnet) verwendet wird. Während des Betriebs des Motors werden die Teilchen in dem Teilchenfilter immer mehr gespeichert. Irgendwann, wenn die gespeichert Menge von Teilchen die zulässige Menge überschreitet, wird der Teilchenfilter verstopft, um den Abgasdruck zu veranlassen, höher zu werden, um folglich einen schlechten Einfluss auf die Leistungseffektivität des Motors auszuüben. Aus diesem Grund werden die gespeicherten Teilchen periodisch verbrannt, um ein Verstopfen des Teilchenfilters zu verhindern.

Teilchen ist der allgemeine Ausdruck für die Teilchenmaterie in dem Abgas und enthält nicht brennbare Teilchen, die anders als die brennbaren Teilchen, z. B. Ruß sind. Ein repräsentatives Teilchen der nicht-brennbaren Teilchen ist Calciumsulfat, das ein Produkt von verbrannten Zusätzen von Motoröl ist. Die nicht brennbaren Teilchen, z. B. Calciumsulfat, werden aus dem Motor als Teilchenkomponenten emittiert und in dem Teilchenfilter gesammelt. Im Unterschied zu anderen Teilchen, z. B. Ruß, können die nicht brennbare Teilchen nicht durch die Regenerierungsbehandlung entfernt werden, die mit Hinblick auf das Verbrennen der Teilchen ausgeführt wird, sondern verbleiben in dem Dieselteilchenfilter nach der Regenerierung als Pulverrest (nachstehend als Asche bezeichnet). Die Speicherung der Überschussmenge von Asche veranlasst in dem Dieselteilchenfilter nicht nur einen Anstieg des Auslassdruckes, sondern auch eine Verminderung in der Fähigkeit des Dieselteilchenfilters. Wenn somit die gespeicherte Menge einen zulässigen Wert überschreitet wird es notwendig, einen besonderen Schritt, z. B. einen Schritt zum Austausch des Dieselteilchenfilters, vorzunehmen.

In dieser Verbindung ist als eine Maßnahme gegen Asche solch ein Verfahren bekannt, dass angenommen wird, dass die Speicherung einer vorbestimmten Aschemenge in einem Dieselteilchenfilter pro einer vorbestimmten Meilenanzahl auftritt und dass das Entfernen der Teilchen aus dem Dieselteilchenfilter jedes Mal beim Fahren des Fahrzeuges nach einer vorbestimmten Meilenanzahl vorgenommen wird, wie in der Ungeprüften Japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2000-234509 gezeigt.

Das zuvor beschriebene Verfahren, das eine konstante proportionale Beziehung zwischen der Aschemenge, die in dem Dieselteilchenfilter gespeichert ist, und der Anzahl der gefahrenen Meilen des Fahrzeuges annimmt, enthält das folgende Problem.

Der Verbrauch von Motoröl, der die Ursache von Asche ist, ist von Motor zu Motor unterschiedlich. Selbst in demselben Motor verändert sich der Ölverbrauch des Motors in Abhängigkeit von einer Veränderung einer Geschichte des Betriebs des Motors (oder der Geschichte des Fahrens des Fahrzeuges). Somit unterscheidet sich die von dem Motor emittierte und in dem Dieselteilchenfilter gespeicherte Aschemenge nach einer vorbestimmten Meilenanzahl von Motor zu Motor und von Fahrzeug zu Fahrzeug.

Außerdem verändert sich die Aschemenge als ein Ergebnis einer Mengeneinheit von Motoröl in Abhängigkeit von einer Veränderung einer Konzentration der Asche-verursachenden Komponenten (d. h., von Komponenten, die die Asche verursachen), die in dem Motoröl enthalten sind. Aber die Konzentration der Asche-verursachenden Komponenten verändert sich in Abhängigkeit von einer Veränderung in der Art des Motoröls. Aus diesem Grund verändert sich die während einer vorbestimmten Meilenanzahl eines Fahrzeuges gespeicherte Aschemenge nach einer Veränderung in der Art des Motoröls.

Folglich muss für das genaue Abschätzen der Aschemenge, die in dem Teilchenfilter auf der Grundlage der gefahrenen Meilen des Fahrzeuges, des Unterschiedes in dem Verbrauch von Motoröl von Moto zu Motor oder von Fahrzeug zu Fahrzeug und von der Art des Motors, tatsächlich verwendet wird, in der Abschätzung widergespiegelt werden. Das Inbetrachtziehen aller solcher Faktoren macht jedoch den Berechnungsvorgang schwierig und ist demzufolge praktisch nicht brauchbar. Als eine sichere Maßnahme zum leichten Verhindern einer übermäßigen Ansammlung von Asche ist es in Betracht gezogen worden, eine Aschemenge während einer Meileneinheit des Fahrzeuges nach der großzügigen Seite abzuschätzen, was in den meisten Fällen zu dem Ergebnis führen wird, dass der Austausch des Filters zu früh vorgenommen wird.

Die EP 1 229 223 A1 zeigt eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die insbesondere einen Filter aufweist, der in einem Auslasskanal des Motors angeordnet ist und der in dem Abgas Teilchen speichert. Ein Sensor erfasst den Filterdifferentialdruck zwischen einem Einlass und einem Auslass des Teilchenfilters und die Steuerungseinrichtung steuert eine Regenerierung des Teilchenfilters. Die Steuerungseinrichtung ist programmiert, die Steuerung für das Verbrennen der in dem Teilchenfilter gespeicherten Teilchen auszuführen und dadurch den Teilchenfilter zu regenerieren, um festzulegen, ob die Regenerierung des Teilchenfilters abgeschlossen ist und um im Zusammenwirken mit weiteren Sensoren eine Aschespeicherungsmenge des Teilchenfilters auf der Grundlage des erfassten Differentialdruckes abzuschätzen.

Die US 5,319,930 zeigt eine Anordnung für die Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei ein Differentialdruck über den Teilchenspeicher gemessen wird, unmittelbar nachdem die Regenerierung ausgeführt worden ist, um festzulegen, wie viel unverbrannter Rest in dem Filteraufbau gespeichert worden ist.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Abgasreinigungssystem und ein verbessertes Abgasreinigungsverfahren zu schaffen, um die Aschemenge, die in einem Teilchenfilteraufbau gespeichert worden ist, effektiv abzuschätzen.

Entsprechend eines Vorrichtungsaspektes wird diese Aufgabe durch ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine entsprechend des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.

Entsprechend eines Verfahrensaspektes wird die zuvor erwähnte Aufgabe durch ein Abgasreinigungsverfahren für eine Brennkraftmaschine entsprechend des unabhängigen Anspruches 7 gelöst.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen in Bezug auf ein Abgasreinigungssystem, respektiv auf ein Abgasreinigungsverfahren, niedergelegt.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in größerer Ausführlichkeit mittels mehrerer Ausführungsbeispiele derselben in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:

1 eine schematische Ansicht eines Dieselmotors ist, der mit einem Abgasreinigungssystem entsprechend eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Erfindung ausgerüstet ist;

2 ein Ablaufdiagramm ist, das einen Regenerierungssteuerungsablaufs darstellt;

3 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Aschespeicherungsmengen-Abschätzungsprogramm darstellt;

4 ein Diagramm einer gespeicherten Aschemenge in Bezug auf eine Abgasströmungsrate Qexh und eines Differentialdruckes &Dgr; Pdpf zwischen einem Einlass und einem Auslass des Dieselteilchenfilters ist;

5 ein Ablaufprogramm ist, das einen Warnlampenprogramm darstellt;

6 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Teilchenspeichermengen-Abschätzungsprogramm darstellt;

7 ein Diagramm ist, das eine Veränderung einer Aschespeicherungsmenge ASH in Abhängigkeit zu einer Veränderung der Konzentration der Asche-verursachenden Komponenten im Motoröl zeigt; und

8 ein Diagramm ist, das eine Veränderung des Differentialdruckes zwischen dem Einlass und dem Auslass des Dieselteilchenfilters in Abhängigkeit von einer Veränderung der Aschespeicherungsmenge zeigt.

Zuerst in Bezug auf die 1 ist ein Dieselmotor vom Direkteinspritz-Typ (nachstehend einfach als Motor bezeichnet) allgemein als 1 bezeichnet.

Der Motor 1 enthält den Einlasskanal 2, der an seinem Einlassabschnitt einen Luftfilter hat (nicht gezeigt), durch den Staub, der in der Einlassluft enthalten ist, entfernt wird. Stromab des Luftfilters ist ein Kompressorabschnitt 3a des Turbo-Aufladers mit veränderbaren Düse (Nachstehend einfach als Auflader bezeichnet) 3 angeordnet. Die Einlassluft, die durch den Luftfilter hindurchgegangen ist, wird durch den Kompressorabschnitt 3a komprimiert und nach vorn geleitet. Stromab des Kompressorabschnittes 3a ist ein Zwischenkühler 4 angeordnet, durch den die Einlassluft, die von dem Kompressorabschnitt 3a nach vorn gesendet worden ist, gekühlt wird. Außerdem ist unmittelbar stromauf des Druckausgleichtanks 5 ein Drosselventil 6 angeordnet, so dass die gekühlte Einlassluft veranlasst wird, durch das Drosselventil 6 in den Druckausgleichtank 5 zu strömen und dann in die jeweiligen Zylinder (nicht gezeigt) mittels der Verteilerabschnitte (nicht gezeigt) verteilt wird.

Die Einspritzer sind durch 7 bezeichnet und an einem Zylinderkopf (nicht gezeigt) befestigt, um jeweils den oberen zentralen Brennkammerabschnitten der Zylinder zugewandt zu sein. Ein Kraftstoffsystem des Motors 1 enthält eine gemeinsame Schiene 8, so dass durch eine Kraftstoffpumpe (nicht gezeigt) gepumpter Kraftstoff durch die gemeinsame Schiene 8 jeweils in die Kraftstoffeinspritzer 7 zugeführt wird. Die Einspritzer 7 werden in Abhängigkeit zu einem dazu von einer elektronischen Steuerungseinheit zugeführten Brennstoffeinspritzungs-Steuerungssignal (nachstehend als eine ECU bezeichnet) 21 betätigt. Der Einspritzer 7 führt nämlich, anders als ein Haupteinspritzer zum Steuern eines Drehmomentes des Motors 1, eine Piloteinspritzung zum Vermindern der Teilchen und eine Nacheinspritzung zum Erhöhen der Temperatur des Abgases zu der Zeit der Regenerierung des Dieselteilchenfilters 12 aus, was später beschrieben werden wird. Die Piloteinspritzung wird im Voraus der Haupteinspritzung ausgeführt und die Nacheinspritzung wird in der Verzögerung der Haupteinspritzung ausgeführt.

Andererseits ist an einem Ort stromab der Verteilerabschnitte der Auslasskanal 3 mit einem Turbinenabschnitt 3b des Aufladers 3 versehen. Der Winkel der Flügel der bewegbaren Flügel des Turbinenabschnittes 3b wird in Abhängigkeit zu einem Aufladerdruck-Steuerungssignal gesteuert. An einem Ort stromab des Turbinenabschnittes 3b ist ein Dieselteilchenfilter 12 angeordnet. Das Teilchen, das in dem Abgas enthalten ist, wird durch den Dieselteilchenfilter 12 entfernt, wenn das Abgas durch den Dieselteilchenfilter 12 hindurchgeht. Außerdem ist zwischen dem Auslasskanal 9 und dem Einlasskanal 2 (hierin der Druckausgleichtank 5) ein Abgasrückführungsrohr 10 (nachstehend als ein EGR-Rohr) vorgesehen und daran verbunden. Das EGR-Rohr 10 ist mit dem EGR-Steuerungsventil 11 versehen. Das EGR-Steuerungsventil 11 wird in Abhängigkeit zu einem EGR-Steuerungssignal so betätigt, dass eine angemessene Abgasmenge entsprechend eines Öffnungsgrades des EGR-Steuerungsventils 11 in den Einlasskanal 2 rückgeführt wird.

Von der ECU 21 werden Signale von den Sensoren 31, 32 zum Erfassen die Abgastemperatur Texhin, Texhout an dem Einlass und Auslass des Dieselteilchenfilters 12, von dem Sensor 33 zum Erfassen des Differentialdruckes &Dgr; Pdpf zwischen dem Einlass und dem Auslass des Dieselteilchenfilters 12 (nachstehend einfach als Filterdifferentialdruck bezeichnet), von dem Luftströmungsmesser 34, dem Kurbelwinkelsensor 35, von dem Beschleunigungsöffnungsgrad-Sensor 36, von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 37 und von dem Sensor 38 zum Erfassen des Abgasdruckes Pexh an einem Ort, der zu dem Sensor 31 benachbart ist, eingegeben. Auf der Grundlage der Signale führt die ECU 21 eine Steuerung für das Regenerieren des Dieselteilchenfilters 12 aus, während die Aschespeicherungsmenge ASH, d. h., die Menge von Asche, die in dem Dieselteilchenfilter 12 gespeichert ist, abgeschätzt wird und drängt einen Fahrer dazu, den Dieselteilchenfilter 12 auszutauschen. Zu diesem Zweck ist eine Warnlampe 51 in einem Fahrgastraum eines Fahrzeuges angeordnet.

Anschließend wird eine Steuerung, die durch die ECU 21 zum Steuern der Regenerierung des Dieselteilchenfilters 12 ausgeführt wird, in Bezug auf das Ablaufdiagramm der 2 beschrieben.

In dem Schritt S1 wird es bestimmt, ob oder nicht das Regenerierungszeit-Bestimmungszeichen F gleich 0 (null) ist, d. h., das Zeichen F, das die Bestimmung während der Zeit anzeigt, um die Regenerierung des Dieselteilchenfilters 12 auszuführen, ist 0. Falls das Regenerierungszeit-Bestimmungszeichen F 0 ist, geht die Steuerung zu dem Schritt S2 weiter. Falls das Regenerierungszeit-Bestimmungszeichen F nicht 0 ist, geht die Steuerung zu dem Schritt 5 weiter. In der Zwischenzeit wird das Regenerierungszeit-Bestimmungszeichen F beim Start des Motors 1 auf 0 festgelegt und während der Zeit der auszuführenden Regenerierung des Dieselteilchenfilters 12 auf 1 festgelegt.

In dem Schritt S2 werden der Differentialdruck &Dgr; Pdpf und die Abgasströmungsrate Qexh gelesen und auf der Grundlage von &Dgr; Pdpf und Qexh wird die Teilchenspeichermenge PM, d. h., eine in dem Dieselteilchenfilter 12 gespeichert Teilchenmenge, abgeschätzt. Die Abschätzung der PM wird in Übereinstimmung mit dem in der 6 gezeigten Ablaufdiagramm ausgeführt, was später beschrieben wird. Qexh kann auf der Grundlage der Einlassluftmenge Qa, die durch den Luftströmungsmesser 34 erfasst wird, die Kraftstofffließrate Qf, die Abgastemperatur Texh an dem Einlass des Dieselteilchenfilters 12 und dem Abgasdruck Pexh berechnet werden. Pexh kann durch das Herleiten eines Planes, der anders als die tatsächliche Messung unter Verwenden des Sensors 38 ist, abgeschätzt werden. In dem Schritt S3 wird es bestimmt, ob oder nicht die Teilchenspeichermenge PM eine vorbestimmte Menge PM1 erreicht hat. Falls die Antwort in dem Schritt S3 zustimmend ist, geht die Steuerung zu dem Schritt S4 weiter.

Falls die Antwort in dem Schritt S3 negativ ist, geht die Steuerung zurück. PM1 wird als ein Wert vorbestimmt, der die obere Grenze einer zulässigen Teilchenspeichermenge anzeigt. In dem schritt S4 wird das Regenerierungszeit-Bestimmungszeichen F auf 1 festgelegt.

In dem Schritt S5 werden, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen und um dadurch die Teilchen zu verbrennen, die Vorrichtungssteuerungsgrößen erhöhnenden oder vermindernden Werte dCONT von verschiedenen Motorsteuerungsvorrichtungen (nachstehend als gesteuerte Vorrichtungen bei der Regenerierung bezeichnet) bestimmt. In dieser Verbindung sind in den gesteuerten Vorrichtungen bei der Regenerierung die Einspritzeinrichtungen 7, der Auflader 3, das EGR-Steuerungsventil 11 und das Einlassdrosselventil 6 enthalten. Durch die Bestimmung von dCont werden eine oder eine Mehrzahl von Hauptkraftstoff-Einspritzzeiträumen, eine Nacheinspritzdauer und eine Nacheinspritzmenge der Einspritzeinrichtungen 7, ein Winkel der Flügel des Aufladers 3, ein Öffnungsgrad des EGR-Steuerungsventiles 11 und ein Öffnungsgrad des Einlassdrosselventils 6 eingestellt.

Hierin sind dCONT und ihre Steuerung in dem Fall der zu erhöhenden Temperatur gezeigt.

Tabelle 1

Der Vorrichtungssteuerungsgrößen erhöhnende oder vermindernde Wert dCONT wird festgelegt, um ein Wert zu sein, durch den der Vorrichtungssteuerungsgrößen-Basiswert CONT, d. h., bestimmt für die normale Motorsteuerung, erhöht oder vermindert wird. dCONT wird aus einem Plan gelesen, in dem dCONT zu einem Motorbetriebszustand bezeichnet wird (z. B. zu der Kraftstoffeinspritzmenge Tp und einer Motordrehzahl Ne). Eine gesteuerte Vorrichtung oder Vorrichtungen bei der Regenerierung, bei der dCONT festgelegt wird, variieren in Abhängigkeit von einer Veränderung der Betriebszustände (es sind zwei Fälle bekannt, einer in dem dCONT zu einer Einzelvorrichtung festgelegt wird und ein weiterer, in dem dCONT zu einer Mehrzahl von Vorrichtungen festgelegt wird). Zum Erreichen einer Abgastemperatur (z. B. von 600 °C), die ein aktives Verbrennen der gespeicherten Teilchen ermöglicht, wird dCONT in Bezug auf eine oder mehrere gesteuerten Vorrichtungen bei der Regenerierung in Übereinstimmung mit einem Motorzustand festgelegt. In dem Schritt S6 wird ein Vorrichtungssteuerungsgrößen erhöhnender oder vermindernder Wert dCONT zu dem Vorrichtungssteuerungsgrößen-Basiswert CONT addiert, um die endgültige Vorrichtungssteuerungsmenge CONT (= CONT + dCONT) festzulegen.

In dem Schritt S7 werden die Abgasströmungsrate Qexh und die Temperatur Tdpf des Dieselteilchenfilters 12 (nachstehend als Filtertemperatur bezeichnet) gelesen. Aus Qexh und Tdpf wird die Teilchenverbrennungsgeschwindigkeit (die eine Menge der Teilchen anzeigt, die während einer Zeiteinheit verbrannt werden) &Dgr; PM abgeschätzt. Die Abschätzung von &Dgr; PM wird in Bezug auf einen Plan vorgenommen, in dem &Dgr; PM zu Qexh und Tdpf festgesetzt ist. Die Filtertemperatur wird aus einem Durchschnitt der Abgastemperatur Texhin an dem Einlass und Texhout an dem Auslass des Dieselteilchenfilters 12 (Tdpf = k × (Texhin + Texout)/2, wo k ein Koeffizient ist) berechnet. In dem Schritt S8 wird ein Teilrestverhältnis rPM des Dieselteilchenfilters 12 berechnet. Das Teilchenrestverhältnis rPM wird durch Subtrahieren einer verbrannten Teilchenmenge von der gespeicherten Teilchenmenge PM berechnet, die in dem Schritt S2 abschätzt wird (rPM = PM/(PM – (&Dgr; PM × &Dgr; t), wo &Dgr; t ein Berechnungstakt ist). In dem schritt S9 wird es festgestellt, ob sich rPM auf den vorbestimmten Wert R1 vermindert hat. Falls die Antwort in dem Schritt S9 zustimmend ist, geht die Steuerung zu dem Schritt S10 weiter. Falls die Antwort in dem Schritt S9 negativ ist, geht die Steuerung zurück. Der Wert R1 wird vorbestimmt, um anzuzeigen, dass das Teilchen genügend vermindert wird, um den Dieselpartikelfilter 12 zu regenerieren. In dem schritt S10 wird das Regenerierungszeit-Bestimmungszeichen F auf 0 festgelegt. Dann wird durch den weiteren Vorgang die Abgastemperatur auf eine Normaltemperatur zurückgeführt.

Falls es bestimmt wird, dass der Dieselteilchenfilter 12, wie oben beschrieben, (Schritt S9) durch die Steuerung regeneriert ist, schätzt die ECU 21 die Aschespeicherungsmenge ASH in Übereinstimmung mit einem Ablaufdiagramm der 3 ab. ASH ist ein Pulverrest, der aus dem Verbrennen des Teilchens resultiert und die Hauptsubstanzen der Asche sind Calciumsulfat, das eine nicht-brennbare Komponente des Teilchen ist, das zuvor beschrieben worden sind, Metallpulver aus dem Verschleiß der Gleitabschnitte 1 und Rost eines Auslassverteilers oder eines Turbinengehäuses.

In dem Schritt S21 wird es festgestellt, ob es die Zeit unmittelbar nach der Regenerierung des Dieselteilchenfilter 12 ist. Falls die Antwort in dem Schritt S21 zustimmend ist, geht die Steuerung zu dem Schritt S22 weiter. Falls die Antwort in dem Schritt S21 negativ ist, kehrt die Steuerung zurück. Es wird festgestellt, dass es die Zeit unmittelbar nach der Regenerierung des Dieselteilchenfilters 12 ist, wenn das Regenerierungszeit-Bestimmungszeichen F auf 0 gesetzt worden ist und eine vorbestimmte zeit noch nicht vergangen ist, nachdem sich das Regenerierungszeit-Bestimmungszeichen F von 1 auf 0 verändert hat oder eine Meilenanzahl noch nicht eine vorbestimmte Größe erreicht hat.

In dem Schritt S22 wird die Abgasströmungsrate Qexh gelesen. In dem Schritt S23 wird es festgestellt, ob die die gelesene Abgasströmungsrate Qexh einen vorbestimmten Wert erreicht hat, oder nicht (d. h., ob die Abgasströmungsrate Qexh ausreichend ist, oder nicht). Diese Feststellung zielt bei der Wahrnehmung darauf, dass ein Differenzdruck, der für die Maßnahme geeignet ist, zwischen dem Einlass und dem Auslass des Dieselteilchenfilters 12 erzeugt ist. Falls die Antwort in dem Schritt S23 zustimmend ist, geht die Steuerung zu dem Schritt S24 weiter. Fall die Antwort in dem schritt S23 negativ ist, kehrt die Steuerung zurück.

In dem Schritt S24 wird der Zählwert um 1 erhöht. Der Zählwert C ist anfänglich auf 0 festgelegt und wird jedes Mal um eins erhöht, wenn die Ascheabschätzmenge ASH in der zuvor beschriebenen weise abgeschätzt wird. Der Zählwert C wird selbst nach dem Stoppen des Motors 1 beibehalten. In dem Schritt S25 werden der Filterdifferentialdruck &Dgr; Pdpf und die Meilenanzahl D gelesen. Die Meilenanzahl D wird zu der Zeit des

Versendens eines Fahrzeuges oder nach dem letzten Austausch des Dieselteilchenfil ters 12 auf 0 festgelegt und wird durch die Speicherung der Fahrzeuggeschwindigkeit VSP (D = &Sgr; (VSP × &Dgr; t), wo &Dgr; t ein Berechnungstakt ist) berechnet. In dem Schritt S26 wird die Aschespeicherungsmenge ASH auf der Grundlage des gelesenen Filterdifferentialdruckes &Dgr; Pdpf und der Abgasströmungsrate Qexh abgeschätzt. Das Abschätzen von ASH wird durch Bezug auf einen Plan (4) ausgeführt, wobei ASH als &Dgr; Pdpf und Qexh bezeichnet wird. Durch diesen Plan wird ASH abgeschätzt, um ein größerer Wert zu sein, wie ein Filterdifferentialdruck &Dgr; Pdpf unter der konstanten Abgasströmungsrate Qexh größer wird. Für eine noch genauere Abschätzung wird ASH, gelesen aus dem Plan, auf der Grundlage der Filtereinlasstemperatur Texhin und dem Abgasdruck Pexh korrigiert. Der abgeschätzte Wert ASH wird in Bezug auf die Meilenanzahl zu dieser Zeit gespeichert. In dem Schritt S27 wird es festgestellt, ob der Zählwert C einen vorbestimmten Wert „n" erreicht hat, oder nicht. Falls die Antwort in dem Schritt S27 zustimmend ist, geht die Steuerung zu dem Schritt S28 weiter. Falls die Antwort in dem Schritt S28 negativ ist, kehrt die Steuerung zurück. Der vorbestimmte Wert „N" ist festgelegt, um in der Lage zu sein, eine Genauigkeit zu erhalten, die für die Abschätzung der Aschespeicherungsmenge ASH notwendig ist, was durch ein statistisches Verfahren ausgeführt wird, was später beschrieben wird.

In dem Schritt S28 wird das letzte „n" auf die Meilenanzahl Di festgelegt und die Aschespeicherungsmengen ASHi (I = 1 bis n) werden einem statistischen Verfahren unterzogen und eine ungefähre Linie derselben wird berechnet. Als ein Beispiel wird die Annäherung einer linearen Beziehung zwischen der Meilenanzahl D und der Speicherungsmenge ASH der Asche durch das kleinste Quadratverfahren durch die folgende Gleichung ausgedrückt. In der Zwischenzeit sind D0 und ASH0 Durchschnittswerte von jeweils D und ASH. ASH = &agr; × D + &bgr; A = {&Sgr; (D – d=) × &Sgr; (ASH – ASH0)}/F {(D – D0)2} B = ASH0 – &agr; × D0(1)

Wenn die Abschätzung und das statistische Verfahren der Aschespeicherungsmenge ASH beendet sind, bestimmt die ECU 21, dass die Aschemenge, die in dem Dieselteilchenfilter 12 gespeichert ist, größer als ein festgelegter Referenzwert ist, und drängt den Fahrer den Dieselteilchenfilter 12 zu ersetzen.

In dem Schritt S31 des Ablaufdiagramms der 5 wird die Aschespeicherungsmenge ASH gelesen. ASH wird auf der Grundlage der Meilenanzahl D aus der zuvor beschriebenen Gleichung (1) berechnet, um die vorhandene Aschespeicherungsmenge ASH anzuzeigen. In dem Schritt S32 wird es bestimmt, ob die abgeschätzte ASH die vorbestimmte Menge A1 erreicht hat, die ein Auslegungskriterium ist. Falls es bestimmt wird, das ASH den Wert A1 erreicht hat, geht die Steuerung zu S33 weiter. Falls nicht, kehrt die Steuerung zurück. In dem Schritt S33 wird die Warnlampe 51 (bezieht sich auf die 1), die innerhalb des Fahrgastraumes angeordnet ist, eingeschaltet.

6 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die Details von dem Schritt S2 des Ablaufdiagramms der 2 zeigen. In dem Schritt S201 werden der Filterdifferentialdruck &Dgr; Pdpf und die Abgasströmungsrate Qexh gelesen. Auf der Grundlage von &Dgr; Pdpf und Qexh wird die Teilchenspeicherungsmenge PM abgeschätzt. Die Abschätzung von PM wird durch Bezug auf einen Plan ausgeführt, wobei PM durch &Dgr; Pdpf und Qexh bestimmt wird. In dem Schritt S202 wird die Aschespeicherungsmenge ASH gelesen. Die Aschespeicherungsmenge ASH wird aus der zuvor beschriebenen Gleichung (1) ähnlich berechnet. In dem Schritt S203 wird die endgültige Teilchenspeicherungsmenge PM' (0 PM-ASH) durch Subtrahieren ASH von der abgeschätzten PM ausgeführt. In dem Schritt S3 des Ablaufdiagramms der 2 wird auf der Grundlage der so abgeschätzten endgültigen Teilchenspeicherungsmenge PM' die Zeit bestimmt, um den Dieselteilchenfilter 12 zu regenerieren.

In diesem Ausführungsbeispiel bilden die Schritte S1, S2 des Ablaufdiagramms der 2 und das gesamte Ablaufdiagramm der 6 eine Regenerierungszeit-Festlegungseinrichtung, die Schritte S5, S6 des Ablaufdiagramms der 2 bilden eine Regenerierungs-Steuereinrichtung, die Schritte S7 bis S9 des Ablaufdiagramms der 2 bilden eine Regenerierungs-Fertigstellungseinrichtung, der Schritt S25 des Ablaufdiagramms der 3 und der Sensor 33 bilden eine Filterdifferentialdruck-Erfassungseinrichtung, die Schritte S24, S26 bis S28 des Ablaufdiagramms der 3 bilden die Aschespeicherungsmengen-Abschätzungseinrichtung und das gesamte Ablaufdiagramm der 5 bildet eine Warneinrichtung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel können die folgenden Wirkungen erhalten werden.

Erstens ist das Ausführungsbeispiel vorgesehen, um die angesammelten Teilchen zu verbrennen, dann um den erfasste Filterdifferentialdruck &Dgr; Pdpf zu erfassen, unmittelbar nachdem der Dieselteilchenfilter 12 regeneriert ist und die Aschespeicherungsmenge ASH auf der Grundlage der erfassten &Dgr; Pdpf abzuschätzen. Somit kann, ohne das der Verbrauch und die Art des Motoröls in die Betrachtung einbezogen wird, die Aschespeicherungsmenge ASH genau abgeschätzt werden.

Zweitens ist das Ausführungsbeispiel vorgesehen, den Filterdifferentialdruck &Dgr; Pdpf jedes Mal und unmittelbar nachdem der Dieselteilchenfilter 12 regeneriert ist, zu erfassen, während der erfasste Filterdifferentialdruck &Dgr; Pdpf und die vorhandene Aschespeicherungsmenge ASH durch eine Näherungsgleichung gespeichert wird, die durch ein statistisches Verfahren von „n" – Datensätzen erhalten wird. Dadurch kann ein Fehler der Aschespeicherungsmenge ASH, die auf der Grundlage des Filterdifferentialdrucks &Dgr; Pdpf abgeschätzt wird, klein gehalten werden, um es somit möglich zu machen, den Dieselteilchenfilter 12 zu einer geeigneten Zeit zu ersetzen.

Die 7 zeigt eine Beziehung zwischen der Aschespeicherungsmenge ASH und der Meilenanzahl D des Fahrzeuges, in dem die Aschespeicherungsmenge ASH, die entsprechend dieses Ausführungsbeispieles abgeschätzt wird, durch die durchgehende Linie angezeigt wird (d. h., die durch das statistische Verfahren angenähert wird). Die Aschespeicherungsmenge ASH unter derselben Meilenanzahl verändert sich in Abhängigkeit von einer Veränderung einer Konzentration der Asche-verursachenden Bestandteile des Motoröls und wird kleiner, wenn die Konzentration niedriger wird, wie durch die Zweipunkt-Kettenlinie A angezeigt ist. Demzufolge kann durch das genaue Abschätzen der Aschespeicherungsmenge ASH die Meilenanzahl D, bei der der Dieselteilchenfilter 12 ersetzt werden soll, verlängert werden, wenn die Konzentration der Asche-verursachenden Bestandteile des Motoröls niedrig ist. Falls die genaue Abschätzung der Aschespeicherungsmenge ASH nicht ganz gewiss erhalten wird, wird der Austausch des Dieselteilchenfilters 12 durch die Annahme festgelegt, dass Motoröl einer maximalen Konzentration von Asche-verursachenden Bestandteilen verwendet wird, wie durch die Doppelpunktlinie C angezeigt ist. Dies führt dazu, dass dieser Dieselteilchenfilter 12 mit einem beträchtlichen Spielraum seit der Zeit ersetzt wird, da die Zeit, um den Filter zu ersetzen, noch nicht erreicht worden ist und demzufolge solch ein Ersetzen des Filters unökonomisch ist.

Drittens wird bei diesem Ausführungsbeispiel die vorliegende Aschespeicherungsmenge ASH durch eine Näherungsgleichung abgeschätzt. Der durch Subtrahieren der vorliegenden Aschespeicherungsmenge ASH von der Teilchenspeicherungsmenge PM erhaltene Wert, der auf der Grundlage des Filterdifferentialdrucks &Dgr; Pdpf abgeschätzt wird, wird als abschließende Teilchenspeicherungsmenge PM' abgeschätzt. Dadurch wird es möglich, die Teilchenspeicherungsmenge PM' mit einer hohen Genauigkeit im Vergleich mit dem Fall abzuschätzen, in dem die Teilchenspeicherungsmenge PM einfach aus dem Filterdifferentialdruck &Dgr; Pdpf abgeschätzt wird, um es somit möglich zu machen, den Dieselteilchenfilter 12 zu einer angemesseneren Zeit zu regenerieren. Dies kommt daher, weil unter der Bedingung, wo Asche gespeichert wird, der Filterdifferentialdruck &Dgr; Pdpf, der unter derselben Abgasströmungsrate Qexh und derselben Teilchenspeicherungsmenge PM erzeugt wird, wie in der 8 gezeigt, erhöht ist.

Obwohl die Erfindung zuvor in Bezug auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt. Modifikationen und Veränderungen des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispieles werden für denjenigen, der Fachmann auf diesem Gebiet der Technik ist, im Lichte der zuvor vorgestellten Lehre auftreten. Z. B. kann, während das Ausführungsbeispiel in Bezug auf den Fall beschrieben worden ist, in dem die vorliegende Aschespeicherungsmenge ASH durch Annähern der Beziehung zwischen der Aschespeicherungsmenge ASH und der Meilenanzahl D abgeschätzt wird, die Meilenanzahl D durch eine Motoröl-Verbrauchsspule ersetzt werden, so dass die vorliegende Aschespeicherungsmenge ASH durch Annähern der Beziehung zwischen der Aschespeicherungsmenge ASH und der Motoröl-Verbrauchsspule abgeschätzt wird. Der Umfang der Erfindung wird in Bezug auf die folgenden Ansprüche festgelegt.


Anspruch[de]
Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine (1), aufweisend:

– einen Teilchenfilter (12), der in einem Abgaskanal (9) des Motors (1) angeordnet ist und Teilchen in einem Abgas speichert;

– eine Regenerierungssteuerungseinrichtung (S5, S6), die eine Steuerung für das Verbrennen der in dem Teilchenfilter (12) gespeicherten Teilchen ausführt und dadurch den Teilchenfilter (12) regeneriert;

– eine Regenerierungsabschluss-Bestimmungseinrichtung (S7 bis S9), um zu bestimmen, ob die Regenerierung des Teilchenfilters (12) abgeschlossen ist;

– eine Filterdifferentialdruck-Erfassungseinrichtung (S25, 33), die einen Filterdifferentialdruck (&Dgr; Pdpf) erfasst, der ein Differentialdruck zwischen einem Einlass und einem Auslass des Teilchenfilters (12) erfasst; und

– eine Aschespeichermengen-Abschätzeinrichtung (S24, S26 bis S28), die eine Aschespeichermenge (ASH) abschätzt, die eine Aschenmenge in dem Teilchenfilter (12) ist, auf der Grundlage des erfassten Filterdifferentialdrucks (&Dgr; Pdpf);

gekennzeichnet durch

– die Filterdifferentialdruck-Erfassungseinrichtung (S25, 33), die den Filterdifferentialdruck (&Dgr; Pdpf) erfasst, unmittelbar nachdem es bestimmt ist, dass die Regenerierung des Teilchenfilters (12) abgeschlossen ist;

– eine Steuerungseinrichtung (21), die programmiert ist, die Aschespeichermenge (ASH) auf der Grundlage einer Mehrzahl von Filterdifferentialdrücken (&Dgr; Pdpf) abzuschätzen, die zu verschiedenen Zeiten verursacht werden, wenn der Teilchenfilter (12) regeneriert wird, aber jeder von ihnen erfasst wird, unmittelbar nachdem es festgestellt wird, dass die Regenerierung des Teilchenfilters (12) abgeschlossen ist; und

– die Steuerung (21) außerdem programmiert ist, eine Annäherungslinie zu der Aschespeichermenge (ASH) auf der Grundlage der Filterdifferentialdrücke (&Dgr; Pdpf) zu berechnen und eine vorhandene Aschespeichermenge (ASH) aus der berechneten Annäherungslinie abzuschätzen.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterdifferentialdruck-Erfassungseinrichtung ein Sensor (33) ist, der den Filterdifferentialdruck (&Dgr; Pdpf) zwischen dem Einlass und dem Auslass des Teilchenfilters (12) erfasst. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Warnvorrichtung (51), die eingeschaltet wird, wenn die abgeschätzte Aschespeichermenge (ASH) einen vorbestimmten Wert (A1) erreicht, um einen Fahrer zu drängen, den Teilchenfilter (12) zu ersetzen. Abgasreinigungssystem nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (21) programmiert ist, eine Teilchenspeichermenge (PM') abzuschätzen und eine Zeit zu bestimmen, um den Teilchenfilter (12) auf der Grundlage der abgeschätzten Teilchenspeichermenge (PM') zu regenerieren. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchenspeichermenge (PM') eine endgültige Teilchenspeichermenge ist, die erhalten wird durch Korrigieren einer abgeschätzten Teilchenspeichermenge (PM), die abgeschätzt wird auf der Grundlage des Filterdifferentialdruckes (&Dgr; Pdpf) durch die abgeschätzte Aschespeichermenge (ASH). Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuerung außerdem programmiert ist zum

– Erfassen des Differentialdruckes (&Dgr; Pdpf) zwischen dem Einlass und dem Auslass des Teilchenfilters (12), unmittelbar nachdem der Teilchenfilter (12) regeneriert ist und

– Bestimmen einer Zeit, um eine Aktion gegen die Asche, gespeichert in dem Teilchenfilter (12), auf der Grundlage des erfassten Filterdifferentialdruckes (&Dgr; Pdpf) zu unternehmen.
Abgasreinigungsverfahren für eine Brennkraftmaschine (1), die einen Teilchenfilter (12) hat, angeordnet in einem Auslasskanal (9) des Motors (1) und der Teilchen in einem Abgas speichert, wobei das Verfahren aufweist:

– Ausführen einer Steuerung für das Verbrennen der Teilchen, die in dem Teilchenfilter (12) gespeichert sind, und dadurch Regenerieren des Teilchenfilters (12);

– Bestimmen, ob die Regenerierung des Teilchenfilters (12) abgeschlossen ist;

– Feststellen eines Filterdifferentialdruckes (&Dgr; Pdpf) zwischen einem Einlass und einem Auslass des Teilchenfilters (12); und

– Abschätzen einer Aschespeichermenge (ASH), die eine in dem Teilchenfilter (12) gespeichert Aschemenge ist, auf der Grundlage des erfassten Filterdifferentialdruckes (&Dgr; Pdpf);

gekennzeichnet durch

– Erfassen des Filterdifferentialdruckes (&Dgr; Pdpf) unmittelbar nachdem festgestellt ist, dass die Regenerierung des Teilchenfilters (12) abgeschlossen ist;

– wobei das Abschätzen der Aschespeichermenge (ASH) außerdem aufweist das Abschätzen der Aschespeichermenge (ASH) auf der Grundlage einer Mehrzahl von Filterdifferentialdrücken (&Dgr; Pdpf), die zu verschiedenen Zeiten verursacht werden, wenn der Teilchenfilter (12) regeneriert wird, aber jeder von ihnen erfasst wird unmittelbar nachdem festgestellt wird, dass die Regenerierung des Teilchenfilters (12)abgeschlossen ist; und

– Berechnen einer Annäherungslinie bezüglich der Aschespeichermenge (ASH) auf der Grundlage der Mehrzahl von Filterdifferentialdrücken (&Dgr; Pdpf) und Abschätzen einer vorhandenen Aschespeichermenge (ASH) aus der berechneten Annäherungslinie.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Einschalten einer Warnlampe (51), wenn die abgeschätzte Aschespeichermenge (ASH) einen vorbestimmten Wert (A1) erreicht, um den Fahrer zu drängen, den Teilchenfilter (12) zu ersetzen. Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Abschätzen einer Teilchenspeichermenge (PM') und Bestimmen einer Zeit, um den Teilchenfilter (12) auf der Grundlage der abgeschätzten Teilchenspeichermenge (PM') zu regenerieren. Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschätzte Teilchenspeichermenge (PM') eine endgültige Teilchenabschätzmenge ist, die erhalten wird durch Korrigieren einer Teilchenspeichermenge (PM), die auf der Grundlage des Filterdifferentialdruckes (&Dgr; Pdpf) durch die Aschespeichermenge (ASH) abgeschätzt wird.






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