DE102009056844B4 - Engine exhaust emission control device - Google Patents
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Abstract
Motorabgasemissions-Steuervorrichtung, die einen Kollektor zum Sammeln von im Abgas enthaltenen Partikeln aufweist und einen Regenerationsvorgang zum Entfernen der in dem Kollektor angesammelten Partikel unter Verwendung eines Erhitzungsmechanismus ausführt, wobei die Motorabgasemissions-Steuervorrichtung Folgendes aufweist:eine Verminderungsraten-Bestimmungseinheit (53), die für die Bestimmung ausgebildet ist, ob eine Verminderungsrate (ΔY) der Partikel zu einem vorbestimmten Zeitintervall (T1, T2) während des Regenerationsvorgangs gleich einem oder größer als ein Schwellenwert (a1, a2) ist; undeine Regenerationssteuereinheit (52), die dazu ausgebildet ist, den Erhitzungsmechanismus zum Verbrennen der Partikel in Abhängigkeit von einem Bestimmungsresultat der Verminderungsraten-Bestimmungseinheit (53) in variabler Weise zu steuern, dadurch gekennzeichnet,dass die Verminderungsraten-Bestimmungseinheit (53) eine Bestimmung der Verminderungsrate (ΔY) in Bezug auf den zweiten Schwellenwert (a2) zu einem Zeitintervall (T2) ausführt, das kürzer ist als ein Zeitintervall (T1) für die Bestimmung der Verminderungsrate (ΔY) in Bezug auf den ersten Schwellenwert (a1).An engine exhaust emission control device having a collector for collecting particulates contained in exhaust gas and performing a regeneration process for removing the particulates accumulated in the collector using a heating mechanism, the engine exhaust emission control apparatus comprising: a reduction rate determining unit (53) which is for the determination is formed as to whether a reduction rate (ΔY) of the particles at a predetermined time interval (T1, T2) during the regeneration process is equal to or greater than a threshold value (a1, a2); anda regeneration control unit (52) configured to variably control the heating mechanism for burning the particulate matter in accordance with a determination result of the decrease rate determination unit (53), characterized in that the decrease rate determination unit (53) determines the decrease rate (ΔY) with respect to the second threshold value (a2) at a time interval (T2) which is shorter than a time interval (T1) for the determination of the reduction rate (ΔY) with respect to the first threshold value (a1).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorabgasemissions-Steuervorrichtung, die einen Kollektor zum Sammeln von im Abgas enthaltenen Partikeln beinhaltet.The present invention relates to an engine exhaust emission control device including a collector for collecting particulates contained in exhaust gas.
Heutzutage weisen Fahrzeuge, wie z.B. Kraftfahrzeuge, einen Kollektor zum Filtern und Sammeln von Partikeln, die in dem Abgas von einem Motor, insbesondere einem Dieselmotor, enthalten sind, als Bestandteil einer Abgasemissions-Steuervorrichtung zum Reinigen der Abgase von dem Motor auf. Der Kollektor ist typischerweise aus einem Filter gebildet, der als Dieselpartikelfilter (DPF) bezeichnet wird, und da eine Akkumulation von Partikeln die Filter- und Sammelleistung vermindert, ist es erforderlich, zwangsweise einen Regenerationsvorgang auszuführen, um die angesammelten Partikel zu entfernen und eine Regeneration des Filters vorzunehmen, um diesen in seinen Ausgangszustand zurückzuführen.Nowadays vehicles such as Motor vehicles, a collector for filtering and collecting particles contained in the exhaust gas from an engine, in particular a diesel engine, as part of an exhaust emission control device for cleaning the exhaust gases from the engine. The collector is typically made up of a filter called a diesel particulate filter (DPF), and since the accumulation of particulates reduces the filtration and collection efficiency, it is necessary to forcibly perform a regeneration process to remove the accumulated particulates and regenerate the Filter to restore it to its original state.
Bei einem solchen Regenerationsvorgang für einen Dieselpartikelfilter wird im allgemeinen eine Partikelakkumulationsmenge in dem Dieselpartikelfilter abgeschätzt, und wenn die Partikelakkumulationsmenge gleich einer oder größer als eine bestimmte Menge ist, wird die Temperatur des Abgases, das als Regenerationsgas zum Regenerieren des Dieselpartikelfilters dient, erhöht, so dass die in dem Dieselpartikelfilter angesammelten Partikel zwangsweise verbrannt werden.In such a regeneration process for a diesel particulate filter, an amount of particulate accumulation in the diesel particulate filter is generally estimated, and when the particulate accumulation amount is equal to or greater than a certain amount, the temperature of the exhaust gas serving as the regeneration gas for regenerating the diesel particulate filter is increased so that the particulates accumulated in the diesel particulate filter are forcibly burned.
Beispielsweise offenbart die
Wenn jedoch die in dem Dieselpartikelfilter akkumulierten Partikel zwangsweise verbrannt werden, bestehen Probleme dahingehend, dass die Verbrennung von allen akkumulierten Partikeln eine längere Regenerationsperiode erforderlich macht und den Kraftstoffnutzungsgrad beeinträchtigen kann und dass ein zu starkes Anheben der Regenerationsgastemperatur zum Verkürzen der Regenerationsperiode die Lebensdauer des Dieselpartikelfilters aufgrund von Hitzeschäden verkürzen kann.However, when the particulates accumulated in the diesel particulate filter are forcibly burned, there are problems that the combustion of all the accumulated particulates requires a longer regeneration period and may affect the fuel efficiency and that raising the regeneration gas temperature too much to shorten the regeneration period causes the life of the diesel particulate filter from heat damage.
In dieser Hinsicht offenbart die
Gemäß der vorstehend genannten
In einem Fall, in dem eine Zwangsregeneration des Dieselpartikelfilters auf diese Weise ausgeführt wird, kann bei einer Verkürzung der Regenerationsperiode durch Erhöhen der Regenerationsgastemperatur eine Beeinträchtigung der Lebensdauer beispielsweise aufgrund von Wärmeschäden auftreten, während andererseits dann, wenn eine bestimmte Partikelmenge ohne Verbrennung belassen bleibt, um auf diese Weise die Regenerationsperiode zu verkürzen, die Motorausgangsleistung vermindert werden kann. Bei der herkömmlichen Technik ist es schwierig, den Kraftstoffnutzungsgrad durch effektives Verbrennen der Partikel zu verbessern, um auf diese Weise die Regenerationsperiode zu verkürzen, ohne dass es dabei zu einer Verminderung der Lebensdauer des Dieselpartikelfilters kommt.In a case in which a forced regeneration of the diesel particulate filter is carried out in this way, if the regeneration period is shortened by increasing the regeneration gas temperature, the service life may be impaired due to heat damage, on the other hand, if a certain amount of particulate is left without combustion by In this way, to shorten the regeneration period, the engine output can be decreased. In the conventional technique, it is difficult to improve the fuel efficiency by effectively burning the particulate matter to shorten the regeneration period without reducing the life of the diesel particulate filter.
Die
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehend geschilderten Situation erfolgt, und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Motorabgasemissions-Steuervorrichtung, mit der sich der Kraftstoffnutzungsgrad bzw. der Kraftstoffverbrauch verbessern lässt, wenn ein Kollektor zum Sammeln von in dem Abgas enthaltenen Partikeln einer Zwangsregeneration unterzogen wird, indem die Partikel ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer des Kollektors in effektiver Weise verbrannt werden.The present invention has been made in view of the above situation, and the object of the present invention is to provide an engine exhaust emission control device capable of improving fuel economy when a collector for collecting particulates contained in exhaust gas is subjected to a forced regeneration by removing the particles without impairment burned effectively over the lifetime of the collector.
Eine Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Motorabgasemissions-Steuervorrichtung geschaffen, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angegeben.A solution to this problem is provided according to the invention with an engine exhaust emission control device as set out in
Eine Motorabgasemissions-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt insbesondere einen Kollektor zum Sammeln von im Abgas enthaltenen Partikeln und führt einen Regenerationsvorgang zum Entfernen der in dem Kollektor angesammelten Partikel unter Verwendung eines Erhitzungsmechanismus aus. Die Motorabgasemissions-Steuervorrichtung weist Folgendes auf: eine Verminderungsraten-Bestimmungseinheit, die für die Bestimmung ausgebildet ist, ob eine Verminderungsrate der Partikel zu einem vorbestimmten Zeitintervall während des Regenerationsvorgangs gleich einem oder größer als ein Schwellenwert ist; und eine Regenerationssteuereinheit, die dazu ausgebildet ist, den Erhitzungsmechanismus zum Verbrennen der Partikel in Abhängigkeit von einem Bestimmungsresultat der Verminderungsraten-Bestimmungseinheit in variabler Weise zu steuern.In particular, an engine exhaust emission control device according to the present invention has a collector for collecting particulates contained in exhaust gas, and performs a regeneration process for removing particulates accumulated in the collector using a heating mechanism. The engine exhaust emission control device includes: a decrease rate determination unit configured to determine whether a decrease rate of the particulate matter at a predetermined time interval during the regeneration process is equal to or greater than a threshold value; and a regeneration control unit configured to variably control the heating mechanism for burning the particulates depending on a determination result of the decrease rate determination unit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei der Zwangsregeneration des Kollektors zum Sammeln von in dem Abgas enthaltenen Partikeln der Kraftstoffnutzungsgrad durch effektives Verbrennen der Partikel ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer des Kollektors verbessert werden.According to the present invention, when the collector is forcibly regenerated to collect particulates contained in the exhaust gas, the fuel efficiency can be improved by effectively burning the particulates without impairing the life of the collector.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred developments of the invention are specified in the subclaims.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 ein Gesamtblockdiagramm eines Motors; -
2 ein Blockdiagramm, das sich auf eine Dieselpartikelfilter-Regenerationssteuerung bezieht; -
3 eine Ansicht zur Erläuterung einer Partikelverminderungsbestimmung bei einem jeweiligen spezifizierten Zeitintervall; -
4 eine Ansicht zur Erläuterung der Partikelverminderungsbestimmung innerhalb eines spezifizierten Zeitintervalls; und -
5 ein Flussdiagramm einer Dieselpartikelfilter-Regenerationssteuerungsroutine.
-
1 an overall block diagram of an engine; -
2 Fig. 4 is a block diagram relating to diesel particulate filter regeneration control; -
3 FIG. 11 is a view for explaining a particulate matter reduction determination at each specified time interval; -
4th a view for explaining the particulate reduction determination within a specified time interval; and -
5 Fig. 3 is a flowchart of a diesel particulate filter regeneration control routine.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dieses Ausführungsbeispiel ist in den
In
Eine Einlasspassage
Eine Auslasspassage
In dem strömungsaufwärtigen und dem strömungsabwärtigen Bereich des Dieselpartikelfilters
Ferner sind der strömungsaufwärtige und der strömungsabwärtige Bereich des Dieselpartikelfilters
Der Diesel-Oxidationskatalysator
Weiterhin bezeichnet das Bezugszeichen
Der ECU
Weiterhin ist die ECU
Die ECU
Ferner führt die ECU
In dem Regenerationsvorgang wird die Arbeitsweise auf einen Zwangsregenerations-Betriebsmodus verlagert, der sich von einem normalen Betrieb unterscheidet, um eine verzögerte Injektion in einem mehrstufigen Injektionsvorgang auszuführen, wie z.B. eine Verzögerung der Haupteinspritzung zu einem Zeitpunkt vor und nach dem oberen Totpunkt oder einer Nacheinspritzung in der Nähe des unteren Totpunkts des Kolbens, wobei auf diese Weise die Temperatur des dem Dieselpartikelfilter
Aus diesem Grund beinhaltet die ECU
Die ECU
Insbesondere schätzt die Partikelakkumulationsraten-Schätzeinheit
Oder aber der Differenzdrucksensor
Wenn die Partikelakkumulationsrate auf der Basis einer Austrittstemperatur geschätzt wird, kann aufgrund der Tatsache, dass sich eine Wärmekapazität des Dieselpartikelfilters
Wenn dagegen die Partikelakkumulationsmenge groß wird, steigt auch die Wärmekapazität des Dieselpartikelfilters
Wie z.B. in der nachfolgenden Gleichung (1) veranschaulicht ist, wird zum Eliminieren des Einflusses einer anderen Wärmekapazität als der Wärmekapazität der akkumulierten Partikel, d.h. die Wärmekapazität ausschließlich des Dieselpartikelfilters
Hierbei handelt es sich bei dem Umwandlungskoeffizienten k um einen Koeffizienten zum Umwandeln der Differenz in den Austrittstemperatur-Anstiegsraten in eine Partikelakkumulationsmenge, die anhand eines Kennfeldes auf der Basis der Motordrehzahlen und der Gaspedalöffnungsausmaße und dergleichen ermittelt wird. Der Umwandlungskoeffizient k ist derart vorgegeben, dass er mit zunehmender Motordrehzahl und zunehmendem Gaspedalöffnungsausmaß größer ist.Here, the conversion coefficient k is a coefficient for converting the difference in the exit temperature rise rates into an amount of particulate accumulation obtained from a map based on the engine speeds and the accelerator opening amounts and the like. The conversion coefficient k is set to be larger as the engine speed increases and the accelerator opening amount increases.
Die vorstehend beschriebenen Partikelakkumulationsraten-Schätzvorgänge können unabhängig voneinander oder in Kombination miteinander verwendet werden. Die Partikelakkumulationsraten-Schätzeinheit
Wenn die Partikelakkumulationsrate Y größer wird als der Referenzwert, erhöht die Dieselpartikelfilter-Regenerationssteuereinheit
Zu Beginn des Dieselpartikelfilter-Regenerationsvorgangs wird ein Ausgangswert einer gesteuerten Variablen (wie z.B. ein Verzögerungsbetrag der Haupteinspritzung und eine Kraftstoffeinspritzmenge der Nacheinspritzung), die bei der Dieselpartikelfilter-Regenerationssteuerung an den Injektor
Mit anderen Worten, es wird dann, wenn die Partikelakkumulationsrate Y größer wird als der Referenzwert, und die Feststellung getroffen wird, den Dieselpartikelfilter-Regenerationsvorgang zu starten, von dem Kennfeld für den normalen Betrieb auf das Kennfeld für den Dieselpartikelfilter-Regenerationsvorgang umgeschaltet, und dadurch wird die gesteuerte Ausgangsvariable unter Verwendung des Kennfeldes für den Dieselpartikelfilter-Regenerationsvorgang auf der Basis der Motordrehzahl und der Motorlast vorgegeben.In other words, it becomes when the particulate accumulation rate Y becomes larger than that Reference value, and the determination is made to start the diesel particulate filter regeneration process, switched from the map for the normal operation to the map for the diesel particulate filter regeneration process, and thereby the controlled output variable using the map for the diesel particulate filter regeneration process on the basis the engine speed and the engine load.
Der Wert der gesteuerten Variablen, der in dem Kennfeld für den Dieselpartikelfilter-Regenerationsvorgang gespeichert ist, wird dabei vorab unter Berücksichtigung der Kapazitätseigenschaften des Dieselpartikelfilters
Während des Dieselpartikelfilter-Regenerationsvorgangs stellt die Partikelverminderungsraten-Bestimmungseinheit
Wenn gemäß dem Bestimmungsresultat von der Partikelverminderungsraten-Bestimmungseinheit
Die Partikelverminderungsraten-Bestimmungseinheit
Bei der Bestimmung in dem ersten Zeitintervall T1 überwacht in der in
Bei dem Schwellenwert a1 handelt es sich um einen Bestimmungswert, der für die Bestimmung verwendet wird, ob der Dieselpartikelfilter-Regenerationsvorgang einem bestimmten Steuerziel folgend ausgeführt wird und die in dem Dieselpartikelfilter
Wenn das Bestimmungsresultat in dem ersten Zeitintervall T1 anzeigt, dass ΔY ≥ a1 gilt, wird die Feststellung getroffen, dass die Menge an Partikeln in dem Dieselpartikelfilter
Wenn dagegen in der in
Nach der Korrektur der gesteuerten Variablen wird festgestellt, ob die Partikelverminderungsrate ΔY, die zu jedem Zeitintervall T2 überwacht wird, das kürzer ist als das erste Zeitintervall T1, gleich oder größer ist als ein zweiter Schwellenwert a2. Für die Partikelverminderungsrate ΔY, die in dem zweiten Zeitintervall T2 festgestellt wird, wird die Differenz zwischen der vorherigen Partikelverminderungsrate Yt-1 und der aktuellen Partikelverminderungsrate Yt oder ein durch einen Glättungsvorgang oder einen Mittelungsvorgang der jeweiligen Differenzen erzielter Wert verwendet.After correcting the controlled variable, it is determined whether the particulate reduction rate ΔY monitored at each time interval T2, which is shorter than the first time interval T1, is equal to or greater than a second threshold value a2. For the particle reduction rate ΔY determined in the second time interval T2, the difference between the previous particle reduction rate Yt-1 and the current particle reduction rate Yt or a value obtained by a smoothing process or an averaging process of the respective differences is used.
Der zweite Schwellenwert a2 ist ein Bestimmungswert zum Vermeiden eines Risikos von Schäden aufgrund einer raschen Verbrennung von Partikeln in dem Dieselpartikelfilter
Wenn andererseits ΔY < a2 ist und das Risiko einer Beschädigung des Dieselpartikelfilters
Diese Serie von Vorgängen wird wiederholt ausgeführt, bis ΔY ≥ a1 ist und die Partikelverbrennung ausreichend gesteigert ist, solange ΔY < a2 ist und kein Risiko einer Beschädigung des Dieselpartikelfilters
Da mit dieser Konfiguration das Verbrennen und Entfernen der in dem Dieselpartikelfilter
Die Partikelverminderungsbestimmung in dem ersten Zeitintervall T1 und die Partikelverminderungsbestimmung in dem zweiten Zeitintervall
Im Folgenden wird ein Programmablauf bei der vorstehend beschriebenen Dieselpartikelfilter-Regeneration unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm gemäß
Bei dieser Dieselpartikelfilter-Regenerationssteuerroutine wird zuerst in einem ersten Schritt
Wenn als Ergebnis die Partikelakkumulationsrate ΔY gleich oder größer ist als der Schwellenwert a1, wird die Feststellung getroffen, dass die Dieselpartikelfilter-Regeneration erfolgreich nach Plan fortschreitet, so dass der Dieselpartikelfilter-Regenerationsvorgang in einem Schritt
Wenn als Ergebnis die aktuelle Dieselpartikelfilter-Einlasstemperatur höher ist als die maximale Grenztemperatur, wird die gesteuerte Variable in einem Schritt
Im Anschluss daran fährt der Prozess mit einem Schritt
Wenn ΔY < a2 ist, wird in dem Schritt
Wenn eine bevorzugte Partikelverminderungsrate zu dem ersten Zeitintervall T1 als Ergebnis dieser Prozesse nicht erreicht wird, so wird die gesteuerte Variable innerhalb eines Bereichs zusätzlich korrigiert, der gleich oder geringer ist als die maximale Grenztemperatur zum Erhöhen der Regenerationsgastemperatur, so dass die Verbrennung der in dem Dieselpartikelfilter
Wenn dagegen in dem Schritt
Wenn nach den vorstehend beschriebenen Prozessen die Regeneration in dem Schritt
Wenn die Partikelakkumulationsrate Y immer noch höher ist als der abschließende Bestimmungswert, kehrt der Prozess dann zu dem Schritt
Da gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel während des Regenerationsvorgangs des Dieselpartikelfilters
Mit dieser Konfiguration lässt sich in effektiver Weise eine Partikelsammelleistung aufrechterhalten, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer des Dieselpartikelfilters
Das vorstehende Ausführungsbeispiel ist anhand eines Dieselmotors als Motor erläutert worden; jedoch kann die vorliegende Erfindung auch bei anderen Motoren Anwendung finden, die Abgas mit darin enthaltenen Partikeln nutzen, wie z.B. einem Benzinmotor vom Typ mit Zylindereinspritzung.The above embodiment has been explained using a diesel engine as the engine; however, the present invention may find application in other engines that utilize exhaust gas with particulate matter therein, such as a cylinder injection type gasoline engine.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Motorengine
- 22
- EinlassanschlussInlet connection
- 33
- AuslassanschlussOutlet connection
- 44th
- InjektorInjector
- 55
- EinlassventilInlet valve
- 66th
- Auslassventiloutlet valve
- 77th
- EinlasspassageInlet passage
- 88th
- EinlasskammerInlet chamber
- 99
- Luftreinigerair cleaner
- 1010
- AuslasspassageOutlet passage
- 1111
- AnsaugluftmengensensorIntake air quantity sensor
- 1212
- DieseloxidationskatalysatorDiesel oxidation catalyst
- 1313
- DieselpartikelfilterDiesel particulate filter
- 14a, 14b14a, 14b
- TemperatursensorenTemperature sensors
- 1515th
- DifferenzdrucksensorDifferential pressure sensor
- 1616
- KurbelwinkelsensorCrank angle sensor
- 1717th
- Gaspedal-ÖffnungsausmaßsensorAccelerator opening amount sensor
- 5050
- Motorsteuereinheit (ECU)Engine control unit (ECU)
- 5151
- Partikelakkumulationsraten-SchätzeinheitParticle Accumulation Rate Estimation Unit
- 5252
- Dieselpartikelfilter-RegenerationssteuereinheitDiesel particulate filter regeneration control unit
- 5353
- Partikelverminderungsraten-BestimmungseinheitParticle reduction rate determining unit
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