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Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, und insbesondere eine solche Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Filter (DPF: Dieselpartikelfilter) zum Auffangen von Partikeln (partikulärem Material) in Abgasen des Verbrennungsmotors.
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Eine Technik zum Bereitstellen eines DPF, der Partikel in Abgasen im Auspuffsystem eines Dieselverbrennungsmotors auffängt und die Partikelemissionsmenge reduziert, wird herkömmlich und weithin verwendet. Wenn ein Fehler, wie etwa ein Riss oder ein Loch, in dem Filterelement des DPF auftritt, wird die Filterleistung des DPF schlechter, und die Partikelemissionsmenge nimmt zu. Daher ist es notwendig, einen solchen Fehler rasch zu erfassen.
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Die
JP-A-2004-308454 zeigt ein Verfahren zum Bereitstellen eines Drucksensors an der stromabwärtigen Seite des DPF, Berechnen der Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert, d. h. einer Pulsationsamplitude des erfassten Drucks, während der Motor in Betrieb ist, und Bestimmen, dass ein Fehler auftritt, wenn die berechnete Pulsationsamplitude aus einem vorbestimmten Bereich herausfällt.
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Gemäß der Technik, die in der
JP-A-2004-308454 gezeigt ist, kann eine fehlerbedingte Leckagemenge von Partikeln nicht erfasst werden. Daher ist es schwierig, der Anforderung nachzukommen, einen Fehler aufgrund der Reduktion in der Partikelfangleistung des DPF zu erfassen, bevor die Leckagemenge der Partikel eine vorbestimmte Menge überschreitet. Ferner sind gemäß der Technik, die in der
JP-A-2004-308454 gezeigt ist, komplizierte Berechnungen erforderlich, um die Pulsationsamplitude des Abgasdrucks zu überwachen und zu analysieren.
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Andererseits wird es als wirkungsvoll angesehen, einen Partikelsensor vorzusehen, der Leckagepartikel an der stromabwärtigen Seite des DPF direkt erfasst. Jedoch ist die Entwicklung eines solchen Sensors noch nicht abgeschlossen worden.
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Aus der
FR 2 795 132 A1 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt. Dort sind zwei Dieselpartikelfilter in Serie angeordnet, wobei die Druckdifferenz über dem stromaufwärtigen ersten Filter gemessen wird, um dessen Auffangzustand zu ermitteln. Ferner ist ein Drucksensor zwischen dem stromaufwärtigen ersten Filter und dem stromabwärtigen zweiten Filter an einer Stelle angeordnet, wo der Druck ansteigt, wenn der zweite Filter mit Partikeln belegt ist.
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Aus der
DE 199 59 870 A1 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung mit nur einem Dieselpartikelfilter bekannt, der eine Temperatursensor aufweist, um den Auffangzustand dieses Rußfilters zu erfassen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die einen Fehlerzustand des DPF mit einer vergleichsweise einfachen Konfiguration akkurat erfasst.
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Zur Lösung der obigen Aufgabe sieht die Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 vor.
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Die Abgasreinigungsvorrichtung umfasst ein erstes Filtermittel (14) zum Auffangen von Partikeln in Abgasen von dem Motor; ein zweites Filtermittel (15) zur Fehlererfassung, wobei das zweite Filtermittel (15) stromab des ersten Filtermittels (14) angeordnet ist; ein Auffangzustanderfassungsmittel zum Erfassen des Auffangzustands des zweiten Filtermittels (15); und ein mit dem Auffangzustanderfassungsmittel betriebsmäßig verbundenes Filterdiagnosemittel zum Diagnostizieren der Filterleistung des ersten Filtermittels (14) auf der Basis des Erfassungsergebnisses (GDPFS) des Auffangzustanderfassungsmittels.
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Mit dieser Konfiguration wird der Partikelauffangzustand in dem zweiten Filtermittel erfasst, und die Filterleistung des ersten Filtermittels wird auf der Basis des erfassten Auffangzustands diagnostiziert. Wenn sich in dem ersten Filtermittel ein Riss oder Loch befindet, treten die Partikel in den Abgasen durch das erste Filtermittel hindurch und werden von dem zweiten Filtermittel gefangen, das stromab des ersten Filtermittels angeordnet ist. Daher kann durch Erfassen des Auffangzustands des zweiten Filtermittels bestimmt werden, ob sich in dem ersten Filtermittel ein Riss oder Loch befindet. Ferner kann eine Partikelmenge, die durch das erste Filtermittel hindurchgetreten ist, gemäß dem Auffangzustand des zweiten Filtermittels erfasst werden. Demzufolge kann der Fehlerzustand des ersten Filtermittels mit einer vergleichsweise einfachen Konfiguration akkurat erfasst werden. D. h. die von dem zweiten Filtermittel gefangene Partikelmenge entspricht der Partikelmenge (Leckagemenge), die durch das erste Filtermittel hindurchgetreten ist. Daher ist es möglich, den Fehler sicher zu erfassen, bevor die Leckagemenge einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
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Gemäß Anspruch 1 enthält das Auffangzustanderfassungsmittel einen Temperatursensor (22) zum Erfassen der Temperatur (TDPFS) des zweiten Filtermittels (15), wobei der Auffangzustand (GDPFS) der Partikel in dem zweiten Filtermittel (15) auf der Basis der Temperatur (TDPFS) erfasst wird, die durch den Temperatursensor (22) während eines Filterregenerationsprozesses zum Verbrennen der in dem ersten Filtermittel (14) aufgefangenen Partikel erfasst wird.
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Mit dieser Konfiguration wird der Auffangzustand des zweiten Filtermittels auf der Basis der Temperatur des zweiten Filtermittels erfasst, die erfasst wird, wenn der Filterregenerationsprozess durchgeführt wird, worin die aufgefangenen Partikel verbrannt werden. Wenn der Filterregenerationsprozess durchgeführt wird, verbrennen die in dem ersten Filtermittel und dem zweiten Filtermittel akkumulierten Partikel, und die Temperatur des zweiten Filtermittels steigt. Ein Anstiegsbetrag in der Temperatur des zweiten Filtermittels verändert sich in Abhängigkeit von der Partikelmenge, die in dem zweiten Filtermittel akkumuliert ist (der Betrag des Temperaturanstiegs wird als im Wesentlichen proportional zur akkumulierten Partikelmenge angesehen). Dementsprechend kann ein akkurater Auffangzustand der Partikel, ausgenommen der Einfluss von Asche in den verbrannten Partikeln, d. h. eine akkurate Menge der in dem zweiten Filtermittel aufgefangenen Partikel, erfasst werden.
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Der den Auffangzustand des zweiten Filtermittels angebende Parameter enthält nicht nur die Menge (GDPFS) der aufgefangenen Partikel oder die Gesamtmenge (GDPFTS) von Partikeln einschließlich Asche, die in dem zweiten Filtermittel akkumuliert ist, sondern auch den Temperaturanstiegsbetrag (DTDPFS), der während des Filterregenerationsprozesses erfasst wird. Ferner beinhaltet der ”Auffangzustand” den Zustand davon, ob das zweite Filtermittel einige Partikel oder keine Partikel auffängt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungen in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasreinigungsvorrichtung sowie ein Steuersystem dafür gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess der Fehlerdiagnose zeigt;
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3 ist eine Beziehung zwischen einer Menge (GDPFS) der akkumulierten Partikel und einem Temperaturanstiegsbetrag (DTDPFS);
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4 ist ein Flussdiagramm, das eine Modifikation des in 2 gezeigten Prozesses zeigt;
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5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Steuersystem dafür gemäß einer zweiten Ausführung zeigt;
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6 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess der Fehlerdiagnose in der zweiten Ausführung zeigt.
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Erste Ausführung
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1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Steuersytem dafür gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Verbrennungsmotor 1 (nachfolgend als ”Motor” bezeichnet) ist ein Dieselmotor, in dem Kraftstoff direkt in die Zylinder eingespritzt wird. Jeder Zylinder ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 16 versehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 16 ist mit einer elektronischen Steuereinheit (nachfolgend als ”ECU” bezeichnet) 20 elektrisch verbunden. Die ECU 20 steuert/regelt eine Ventilöffnungsdauer und eine Ventilöffnungszeitgebung des Kraftstoffeinspritzventils 16.
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Der Motor 1 hat ein Ansaugrohr 2, ein Auspuffrohr 4 und einen Turbolader 8. Der Turbolader 8 enthält eine Turbine 10 und einen Kompressor 9. Die Turbine 10 wird durch die kinetische Energie der Abgase angetrieben. Der Kompressor 9, der von der Turbine 10 drehend angetrieben wird, verdichtete die Ansaugluft des Motors 1.
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Die Turbine 10 hat eine Mehrzahl beweglicher Schaufeln (nicht gezeigt) und ist so konfiguriert, dass die Drehzahl der Turbine 10 durch Ändern einer Öffnung der beweglichen Schaufeln (nachfolgend als ”Schaufelöffnung” bezeichnet) verändert werden kann. Die Schaufelöffnung der Turbine 10 wird von der ECU 20 elektromagnetisch gesteuert.
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Das Ansaugrohr 2 ist mit einem Ladeluftkühler 5 und einem Ansaugschieber (Drosselventil) 3 an der stromabwärtigen Seite des Verdichters 9 versehen. Der Ladeluftkühler 5 kühlt verdichtete Luft. Der Ansaugeinlassschieber 3 ist vorgesehen, um eine Ansaugluftmenge zu steuern/zu regeln, und wird von der ECU 20 zum Öffnen/Schließen angesteuert.
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Ein Abgasrückführkanal 6 ist zwischen der stromaufwärtigen Seite der Turbine 10 in dem Ausfpuffrohr 4 und der stromabwärtigen Seite des Einlassschiebers 5 in dem Ansaugrohr 2 vorgesehen. Der Abgasrückführkanal 6 ist mit einem Abgasrückführsteuerventil 7 (nachfolgend als ”EGR-Ventil” bezeichnet) versehen, um eine Abgasrückführmenge zu regeln. Das EGR-Ventil 7 ist ein elektromagnetisches Ventil mit einem Solenoid. Die Ventilöffnung des EGR-Ventils 7 wird von der ECU 20 gesteuert.
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Das Auspuffrohr 4 ist in dieser Reihenfolge entlang der Abgasströmung mit einem katalytischen Wandler 11 und einer DPF-Einheit 12 versehen. Der katalytische Wandler 11 und die DPF-Einheit 12 sind stromab der Turbine 10 angeordnet.
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Der katalytische Wandler 11 hat ein NOx-Absorbens zum Absorbieren von NOx sowie einen Katalysator zum Begünstigen der Oxidation und Reduktion der einströmenden Gase. Das NOx-Absorbens absorbiert NOx im mageren Abgaszustand, worin das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer des Motors 1 in einem mageren Bereich in Bezug auf das stöchiometrische Verhältnis gelegt ist, und die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen daher relativ hoch ist (der Anteil von NOx groß ist). Das NOx-Absorbens entlädt das absorbierte NOx im fetten Abgaszustand, wo das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches in die Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses oder in einen fetten Bereich in Bezug auf das stöchiometrische Verhältnis gestellt ist und daher die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen relativ niedrig ist.
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Der katalytische Wandler 11 ist so konfiguriert, dass das von dem NOx-Absorbens abgegebene NOx durch KW und CO im fetten Abgaszustand reduziert wird und als Stickstoffgas abgegeben wird, und das KW und CO zu Wasserdampf und Kohlendioxid oxidiert werden.
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Die DPF-Einheit 12 besteht aus einem Haupt-DPF 14, einem Neben-DPF 15 und einem Behälter 13, der den Haupt-DPF 14 und den Neben-DPF 15 enthält. Der Haupt-DPF und der Neben-DPF 15 fangen Ruß auf, der aus Partikeln besteht, deren Hauptkompoente Kohlenstoff (C) in den Abgasen ist, wenn die Abgase durch kleine Löcher in der Filterwand hindurchtreten. Insbesondere wird der einströmende Ruß auf der Oberfläche der Filterwand und in den kleinen Löchern in der Filterwand akkumuliert. Z. B. wird Keramik, wie etwa Siliciumcarbid (SiC) oder poröses Metall als Materialien für die Filterwand verwendet. Der Neben-DPF 15 ist vorgesehen, um einen Fehler des Haupt-DPF 14 zu erfassen.
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Wenn der Haupt-DPF 14 Ruß bis zur Obergrenze der Rußaufnahmekapazität auffängt, d. h. bis zur Akkumulationsgrenze, steigt der Abgasdruck übermäßig an. Daher ist es notwendig, den Regenerationsprozess zum Verbrennen des aufgefangenen Rußes durchzuführen, bevor die aufgefangene Rußmenge die Akkumulationsgrenze erreicht. Im Regenerationsprozess wird eine Nacheinspritzsteuerung durchgeführt, um die Temperatur der Abgase auf die Verbrennungstemperatur des Rußes anzuheben. In der Nacheinspritzsteuerung wird die Nacheinspritzung während des Arbeitstakts oder des Auslasstakts nach dem Verdichtungstakt durchgeführt, zusätzlich zur normalen Einspritzung während des Verdichtungstakts. Der in der Nacheinspritzung eingespritzte Kraftstoff verbrennt in der Brennkammer des Motors 1 oder in dem katalytischen Wandler 11, in Abhängigkeit von der Kraftstoffeinspritzsteuerzeit.
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Der Haupt-DPF 14 ist mit einem Haupt-DPF-Temperatursensor 21 versehen, um eine Temperatur (nachfolgend als ”Haupt-DPF-Temperatur” bezeichnet) TDPFM zu erfassen. Der Neben-DPF 15 ist mit einem Neben-DPF-Temperatursensor 22 versehen, um eine Temperatur (nachfolgend als ”Neben-DPF-Temperatur” bezeichnet) TDPFS zu erfassen. Die Erfassungssignale dieser Temperatursensoren 21 und 22 werden der ECU 20 zugeführt.
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Ferner vorgesehen sind ein Kurbelwinkelstellungssensor zum Erfassen eines Drehwinkels der Kurbelwelle des Motors 1, ein Ansaugluftströmungsratensensor zum Erfassen einer Ansaugluftströmungsrate des Motors 1, ein Kühlwassertemperatursensor zum Erfassen einer Kühlwassertemperatur des Motors 1, ein Ansauglufttemperatursensor zum Erfassen einer Ansauglufttemperatur TA des Motors 1, ein Ansaugdrucksensor zum Erfassen eines Ansaugdrucks PB des Motors 1, ein Akzeleratorsensor zum Erfassen eines Druckbetrags AP des Gaspedals des Fahrzeugs, das von dem Motor 1 angetrieben wird, ein Atmosphärendrucksensor zum Erfassen eines Atmosphärendrucks PA, ein Abgastemperatursensor zum Erfassen einer Abgastemperatur TE und dgl. (von denen keiner dargestellt ist). Die Erfassungssignale dieser Sensoren werden der ECU 20 zugeführt. Die Drehzahl des Motors 1 wird aus der Ausgabe des Kurbelwinkelstellungssensors berechnet.
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Die ECU 20 enthält eine Eingabeschaltung, eine zentrale Prozessoreinheit (nachfolgend als ”CPU” bezeichnet), eine Speicherschaltung und eine Ausgabeschaltung. Die Eingabeschaltung hat verschiedene Funktionen, einschließlich Tabellenformung von Eingangssignalen verschiedener Sensoren, der Korrektur eines Spannungspegels auf einen vorbestimmten Pegel, und des Umwandelns von analogen Signalwerten in digitale Signalwerte. Die Speicherschaltung speichert von CPU auszuführende Betriebsprogramme, Ergebnisse der von der CPU durchgeführten Berechnungen und dgl. Die Ausgabeschaltung führt dem Kraftstoffeinspritzventil 16 und dem EGR-Ventil 7 Treibersignale zu.
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2 ist ein Flussdiagramm, das ein Fehlerdiagnoseverfahren des DPF 14 der DPF-Einheit 12 zeigt. Insbesondere wird eine Verschlechterung der Filterleistung aufgrund eines Risses oder Lochs in der Filterwand diagnostiziert. Dieser Fehlerdiagnoseprozess wird von der CPU in der ECU 20 ausgeführt.
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In Schritt S101 wird eine von dem Haupt-DPF 14 aufgefangene Partikelmenge GDPFM (nachfolgend als ”Haupt-DPF-Akkumulationsmenge” bezeichnet) berechnet. Die Berechnung dieser Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM wird durch ein bekanntes Verfahren ausgeführt, wie etwa Berechnung der Akkumulationsmenge in konstanten Zeitintervallen auf der Basis des Algorithmus und Kennfelds, die zuvor gespeichert sind, gemäß dem Motorbetriebszustand (z. B. der Motordrehzahl und der Motorlast) und einer Druckdifferenz DP zwischen einem Druck an der stromaufwärtigen Seite der DPF-Einheit 12 und einen Druck an der stromabwärtigen Seite der DPF-Einheit 12.
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In Schritt S102 wird bestimmt, ob die Regenerationssteuerung zum Verbrennen des akkumulierten Rußes durchgeführt wird oder nicht. Wenn die in Schritt S101 berechnete Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM einen bestimmten Regenerationssteuerungsschwellenwert GPTH nicht überschreitet, wird die Antwort auf Schritt S102 negativ (NEIN), und die Fehlerdiagnose wird nicht ausgeführt. Wenn die Haupt-DPF-Menge GDPFM den vorbestimmten Regenerationssteuerungsschwellenwert GPTH überschreitet, wird die Regenerationssteuerung durchgeführt, und die Schritte S103 bis S111 werden ausgeführt. Die Regenerationssteuerung wird durch Nacheinspritzung durchgeführt, um die Abgastemperatur anzuheben, wie oben beschrieben.
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In Schritt S103 wird die Neben-DPF-Temperatur TDPFS mit dem Neben-DPF-Temperatursensor 22 gemessen. In Schritt S104 wird die in dem Neben-DPS 15 aufgefangene Partikelmenge GDPFS (nachfolgend als ”Neben-DPF-Akkumulationsmenge” bezeichnet) auf der Basis der Neben-DPF-Temperatur TDPFS berechnet. Insbesondere wird die Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS so berechnet, wie unten beschrieben wird.
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Ein Kennfeld, das die Beziehung zwischen Motorhilfsparametern (z. B. der Motordrehzahl und der Motorlast), die einen Motorbetriebszustand anzeigen, und der Temperatur heißer Abgase, die der DPF-Einheit 12 durch Ausführung der DPF-Regenerationssteuerung zugeführt werden, angibt, ist zuvor in der Speicherschaltung gespeichert worden, und es wird eine Referenzabgastemperatur TEXREF berechnet, indem das Kennfeld gemäß den erfassten Motorbetriebsparametern (z. B. Motordrehzahl und Motorlast) abgefragt wird. Als Nächstes wird eine Differenz zwischen dem Maximalwert TDPFSMAX der Neben-DPF-Temperatur TDPFS während der Ausführung der Regenerationssteuerung und der Referenzabgastemperatur TEXREF als Temperaturanstiegsbetrag DTDPFS berechnet. Ferner wird eine in 3 gezeigte GDPFS-Tabelle gemäß dem Temperaturanstiegsbetrag DTDPFS abgefragt, um die Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS zu berechnen. Die GDPFS-Tabelle ist zuvor in der Speicherschaltung der ECU 20 durch Messen der Beziehung zwischen dem Temperaturanstiegsbetrag DTDPFS und der Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS gespeichert worden.
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Der Grund dafür, warum der Temperaturanstiegsbetrag DTDPFS als Differenz zwischen dem Maximalwert TDPFSMAX der Neben-DPF-Temperatur und der Referenzabgastemperatur TEXREF berechnet wird, ist folgender:
Zum Zwecke der folgenden Erläuterung wird eine Abgastemperatur vor dem Beginn der Regenerationssteuerung des DPF mit ”TEX0” bezeichnet, und eine Abgastemperatur während der Ausführung der Regenerationssteuerung wird mit ”TEX1” bezeichnet (> TEX0). Durch Zufuhr der Abgase mit einer Abgastemperatur TEX1 zur DPF-Einheit 12 verbrennen die in dem Neben-DPF 22 akkumulierten Partikel, und die Neben-DPF-Temperatur TDPFS steigt auf den Maximalwert TDPFSMAX an. Daher gilt die Beziehung TDPFSMAX > TEX1 > TEX0.
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Andererseits wird die Regenerationssteuerung tatsächlich durch einen ersten Steuerungsmodus ausgeführt, worin die oben beschriebene Nacheinspritzung ausgeführt wird, oder einem zweiten Steuermodus, worin das Schließen des Ansaugschiebers 3 und der Nacheinspritzung ausgeführt werden. Die Auswahl des ersten oder des zweiten Steuermodus wird gemäß dem Motorbetriebszustand ausgeführt (z. B. der Motordrehzahl und der Motorlast). Daher kann durch vorheriges Berechnen der Abgastemperatur TEXREF (entsprechend der oben beschriebenen Abgastemperatur TEX1) gemäß den Motorbetriebsparametern und Berechnen des Temperaturanstiegsbetrags DTDPFS als Differenz zwischen der Referenzabgastemperatur TEXREF und dem Maximalwert TDPFSMAX ein akkurater Temperaturanstiegsbetrag erhalten werden, der einen Anstiegsbetrag der Abgastemperatur TEX nicht enthält.
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In Schritt S105 wird die Haupt-DPF-Temperatur TDPFM mit dem Haupt-DPF-Temperatursensor 21 gemessen. In Schritt S106 wird die Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM' auf der Basis der in Schritt S105 gemessenen Haupt-DPF-Temperatur TDPFM berechnet, mit dem gleichen Verfahren wie in Schritt S104. Als Nächstes wird in Schritt S107 jeweils größere der in Schritt S101 berechneten Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFSM und der in Schritt S106 berechneten Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM' als End-Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFMF ausgewählt. Der Grund für die Auswahl jeweils größerer ist, die sichere Seite im Hinblick darauf auszuwählen, dass die berechnete Akkumulationsmenge einen Fehler enthält (um eine Verschlechterung der Motorleistung aufgrund unkorrekter Schätzung zu vermeiden, dass die tatsächliche Akkumulationsmenge größer ist als die berechnete Akkumulationsmenge).
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In Schritt S108 werden die End-Haupt-DPF-Akkumulationsmenge DGPFMF und die Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS auf die folgende Gleichung (1) angewendet, um eine Partikelauffangrate CE von dem Haupt-DPF 14 zu berechnen. CE = GDPFMF/(GDPFMF + GDPFS) (1)
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In Schritt S109 wird bestimmt, ob die Auffangrate CE gleich oder kleiner als ein Bestimmungsschwellenwert CETH ist (z. B. 0,8). Im Ergebnis wird, wenn die Auffangrate CE gleich oder kleiner als der Bestimmungsschwellenwert CETH ist, bestimmt, dass der Haupt-DPF 14 fehlerhaft ist, dass die Filterleistung des Haupt-DPF 14 aufgrund eines Risses oder Lochs in der Filterwand schlechter geworden ist (Schritt S110). Wenn die Auffangrate CE größer als der Bestimmungsschwellenwert CETH ist, wird der Haupt-DPF 14 als normal bestimmt (Schritt S111).
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Wie oben beschrieben, ist in dieser Ausführung der Neben-DPF 15 stromab des Haupt-DPF 14 vorgesehen, und die Fehlerdiagnose des Haupt-DPF 14 wird auf der Basis der im Neben-DPF 15 gefangenen Partikelmenge durchgeführt. Wenn sich in dem Haupt-DPF 14 ein Riss oder Loch befindet, treten die Partikel in den Abgasen durch den Haupt-DPF 14 hindurch und werden von dem Neben-DPF 15 aufgefangen. Daher kann bestimmt werden, ob der Haupt-DPF 14 fehlerhaft ist, indem die in dem Neben-DPF 15 aufgefangene Partikelmenge erfasst wird, d. h. die Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS. Da die Menge der Partikel, die durch den Haupt-DPF 14 hindurchgetreten sind, aus der Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS erfasst werden kann, kann der Fehlerzustand des Haupt-DPF 14 mit einer vergleichsweise einfachen Konfiguration akkurat erfasst werden. D. h., da die Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS einer Menge (Leckagemenge) von Partikeln entspricht, die durch den Haupt-DPF 14 hindurchgetreten sind, ist es möglich, den Fehler sicher zu erfassen, bevor die Leckagemenge den vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
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Die Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS wird auf der Basis der Neben-DPF-Temperatur TDPFS berechnet, die während des Regenerationsprozesses des Haupt-DPF 14 erfasst wird. Wenn die Regenerationssteuerung des DPF durchgeführt wird, verbrennen die in dem Haupt-DPF 14 und dem Neben-DPF 15 akkumulierten Partikel, und die Temperatur DTDPFS des Neben-DPF 15 steigt an. Es sei angenommen, dass der Temperaturanstiegsbetrag DTDPFS im Wesentlichen proportional zur Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS ist. Daher kann z. B. eine genaue Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS, ausschließlich des Einflusses von Asche der Partikel etc., aus dem Temperaturanstiegsbetrag DTDPFS berechnet werden.
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Ferner wird auch die von dem Haupt-DPF 14 aufgefangene Partikelmenge, d. h. die End-Partikelmenge GDPFMF, berechnet (Schritt S107), und die Partikelauffangrate CE des Haupt-DPF 14 wird auf der Basis der End-Akkumulationsmenge GDPFMF und der Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS berechnet (Schritt S108). Da die Summe der End-Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFMF und der Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS als Gesamtmenge der von dem Motor 1 abgegebenen Partikel betrachtet wird, kann die Auffangrate CE aus der Gesamtmenge der Partikel und der End-Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFMF berechnet werden. Durch Berechnung der Auffangrate CE kann der Fehlergrad (d. h. ob der Fehler ernsthaft oder geringfügig ist) bestimmt werden.
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In dieser Ausführung entspricht der Haupt-DPF 14 dem ersten Filtermittel, und der Neben-DPF 15 entspricht dem zweiten Filtermittel. Die Temperatursensoren 21 und 22 und die ECU 20 stellen das Auffangzustanderfassungsmittel dar. Die ECU 20 stellt auch das Fehlerdiagnosemittel dar. Insbesondere entsprechen die Schritte S103–S107 von 2 dem Auffangzustanderfassungsmittel, und die Schritte S108–S111 entsprechen dem Filterdiagnosemittel.
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Modifikation
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In der oben beschriebenen Ausführung wird die Referenzabgastemperatur TEXREF gemäß den Motorbetriebsparametern (z. B. der Motordrehzahl und der Motorlast) berechnet, und der Temperaturanstiegsbetrag DTDPFS wird als Differenz zwischen dem Maximalwert TDPFSMAX und der Neben-DPF-Temperatur TDPFS während der Ausführung der Regenerationssteuerung und der Referenzabgastemperatur TEXREF berechnet. Alternativ kann die Abgastemperatur TEX unmittelbar vor dem Begin der Regenerationssteuerung erfasst werden, und der Temperaturanstiegsbetrag DTDPFS kann auch als Differenz zwischen dem Maximalwert TDPFSMAX und der erfassten Abgastemperatur TEX berechnet werden. Da sich jedoch die Abgastemperatur TEX in Abhängigkeit vom Motorbetriebszustand verändert, kann der Temperaturanstiegsbetrag DTDPFS einen Anstiegsbetrag der Abgastemperatur beinhalten, wenn die Abgastemperatur TEX so verwendet wie sie ist. Wie oben beschrieben kann durch Verwendung der Referenzabgastemperatur TEXREF der Temperaturanstiegsbetrag de Neben-DPF 15 aufgrund der Verbrennung der aufgefangenen Partikel akkurat erfasst werden.
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Ferner kann die Regenerationssteuerung des DPF auch, zusätzlich zu den ersten und zweiten Modi, durch einen dritten Steuermodus durchgeführt werden, worin der Ladedruck des Turboladers 8 reduziert wird, und/oder einen vierten Steuermodus, worin ein stromauf des Haupt-DPF 14 angeordneter Heizer eingeschaltet wird. Ferner kann die Regenerationssteuerung auch durch Kombination von zwei oder mehr der ersten bis vierten Steuermodi durchgeführt werden, oder durch Auswahl eines der Steuermodi gemäß dem Motorbetriebszustand.
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Ferner wird in der oben beschriebenen Ausführung End-Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFMF berechnet, indem die jeweils größere der in Schritt S101 berechneten Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM und der in Schritt S106 berechneten Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM' ausgewählt wird. Alternativ kann die End-Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFMF immer auf die Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM' gesetzt werden, die gemäß der Haupt-DPF-Temperatur TDPFM berechnet ist. Alternativ können Vorabgleichen oder Tabellen zum Korrigieren der Haupt-DPF-Akkumulationsmenge vorab aufgestellt werden, und die End-Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFMF kann unter Verwendung der Gleichungen oder Tabellen berechnet werden, um die in den Schritten S101 und S106 berechneten Haupt-DPF-Akkumulationsmengen GDPFM und GDPFM' zu korrigieren. Ferner kann ein Schätz(Rechen)-Algorithmus der in Schritt S101 verwendeten Haupt-DPF-Akkumulationsmenge auf der Basis der in Schritt S106 berechneten Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM' erlernt werden.
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Ferner wird in der oben beschriebenen Ausführung die Fehlerdiagnose während der Regenerationssteuerung für den Haupt-DPF mit der Nacheinspritzung etc. ausgeführt. Alternativ kann die Fehlerdiagnose auch während der kontinuierlichen Regeneration durchgeführt werden. Wenn z. B. der Hochlastbetrieb des Motors 1 durchgeführt wird, steigt die Abgastemperatur an, sodass die kontinuierliche Regeneration, worin die in dem DPF aufgefangenen Partikel von selbst brennen, stattfinden kann. Dementsprechend kann in diesem Motorbetriebszustand die Fehlerdiagnose ohne Durchführung der Regenerationssteuerung ausgeführt werden.
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4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren der Fehlerdiagnose in dieser Modifikation zeigt. Das in 4 gezeigte Flussdiagramm erhält man, indem man Schritt S101 von 2 durch Schritt S102a ersetzt. In Schritt S102a wird bestimmt, ob die kontinuierliche Regeneration stattfindet oder nicht, und die dem Schritt S103 folgenden Schritte werden ausgeführt, wenn die kontinuierliche Regeneration stattfindet. Z. B. wird bestimmt, dass die kontinuierliche Regeneration stattfindet, wenn sowohl die Motordrehzahl als auch die Motorlast entsprechende vorbestimmte Schwellenwerte überschreiten.
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In dieser Modifikation wird die Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM', die während der kontinuierlichen Regeneration in Schritt S106 berechnet ist, als die End-Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFMF herangezogen.
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Ferner wird in der oben beschriebenen Ausführung die Fehlerdiagnose durchgeführt durch Berechnen der Auffangrate CE und Vergleichen der Auffangrate CE mit dem Bestimmungsschwellenwert CETH. Alternativ kann die Fehlerdiagnose auch durchgeführt werden durch Vergleich der Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS oder des Temperaturanstiegsbetrags DTDPFS mit einem entsprechenden Bestimmungsschwellenwert.
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Zweite Ausführung
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5 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasreinigungsvorrichtung sowie ein Steuersystem dafür gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführung sind der Haupt-DPF 14 und der Neben-DPF 15 jeweils in Behältern 13a und 13b aufgenommen, und Drucksensoren 23 und 24 sind jeweils an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Neben-DPF 15 vorgesehen. Die Erfassungssignale der Drucksensoren 23 und 24 werden der ECU 20 zugeführt. Außer in diesem Punkt ist die Konfiguration die gleiche wie in der in 1 gezeigten ersten Ausführung.
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6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren der Fehlerdiagnose in dieser Ausführung zeigt. In Schritt S102 wird die Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM ähnlich berechnet wie in Schritt S101 von 2. In Schritt S202 wird eine Druckdifferenz DPDPFS zwischen dem stromaufwärtigen Druck und dem stromabwärtigen Druck des Neben-DPF 15 mit den zwei Drucksensoren 23 und 24 gemessen. Als Nächstes wird die Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS gemäß der Druckdifferenz DPDPFS berechnet (Schritt S203).
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In Schritt S204 werden die Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM und die Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS auf die folgende Gleichung (2) angewendet, um die Partikelauffangrate CE durch den Haupt-DPF 14 zu berechnen. Die Gleichung (2) erhält man, indem man ”GDPFMF” der Gleichung (1) durch ”GDPFM” ersetzt. CE = GDPFM/(GDPFM + GDPFS) (2)
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In den Schritten S205–S207 wird der gleiche Prozess ausgeführt wie in den Schritten S109–S111 von 2.
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In dieser Ausführung wird die Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS gemäß der Druckdifferenz DPDPFS berechnet. Dementsprechend kann die Fehlerdiagnose unabhängig davon durchgeführt werden, ob die Regenerationssteuerung durchgeführt wird oder nicht.
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In dieser Ausführung stellen die Drucksensoren 23 und 24 und die ECU 20 das Auffangerfassungsmittel dar, und die ECU 20 stellt das Fehlerdiagnosemittel dar. Insbesondere entsprechen die Schritte S201–S203 von 6 dem Auffangzustanderfassungsmittel, und die Schritte S204–S207 entsprechen dem Fehlerdiagnosemittel.
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Auch in dieser Ausführung, worin der Haupt-DPF 14 und der Neben-DPF 15 separat ausgeführt sind, sind jeweilige Temperatursensoren in dem Haupt-DPF 14 und dem Neben-DPF 15 vorgesehen, und die Haupt-DPF-Akkumulationsmenge GDPFM und die Neben-DPF-Akkumulationsmenge GDPFS wird gemäß dem Temperaturanstiegsbetrag berechnet, ähnlich der ersten Ausführung.
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Die Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist auch auf einen Schiffsantriebsmotor anwendbar, wie etwa einen Außenbordmotor mit einer sich vertikal erstreckenden Kurbelwelle.
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Eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor 1 enthält einen ersten Filter 14 und einen zweiten Filter 15. Der erste Filter 14 fängt Partikel in den Abgasen von dem Motor 1 auf. Der zweite Filter 15 ist zur Fehlererfassung vorgesehen und stromab des ersten Filters 14 angeordnet. Der Auffangzustand des zweiten Filtermittels 15 wird erfasst und eine Filterleistung des ersten Filters 14 wird auf der Basis des erfassten Auffangzustands des zweiten Filters 15 diagnostiziert.