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    • 专利摘要:
    EineZwangsregenerationsvorrichtung, welche die Regeneration eines Partikelfilters durchführt, weistOxidationskatalysatoren (23, 24a), die anstromseitig von dem Partikelfilteroder in dem Partikelfilter angeordnet sind, und einen Brenner (30)auf, der anstromseitig von den Oxidationskatalysatoren angeordnetist und funktionell zwischen einem Verbrennungsmodus zum Verbrenneneines Kraftstoffstrahls durch Entzündung zum Anheben der Temperaturder Abgase in einem Abgaskanal und einem Kraftstoffzuführungsmodus,um nur einen Kraftstoffstrahl zu dem Abgaskanal ohne Entzündung zuzuführen, umschaltet.Nachdem der Brenner im Verbrennungsmodus arbeitet, wird der Brennerbetriebauf den Kraftstoffzuführungsmodusumgeschaltet.
    公开号:DE102004019659A1
    申请号:DE102004019659
    申请日:2004-04-22
    公开日:2004-12-02
    发明作者:Hideyuki Takahashi；Yasuhiro Tsutsui；Katsunori Umezawa
    申请人:Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp；
    IPC主号:F01N3-02
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine Abgasemissions-Steuervorrichtungfür einenVerbrennungsmotor, und insbesondere die Technologie zum Regeneriereneines Partikelfilters fürdas Erfassen von in den Abgasen enthaltenem Partikelmaterial.
    [0002] Dievon einem in einem Bus, Lastwagen und dergleichen eingebauten Dieselmotoremittierten Abgase enthalten eine große Menge winzigen Partikelmaterials(hierin als PM abgekürzt)neben HC, CO, NOx, usw. Daher wurde eine Nachverarbeitungsvorrichtungeines Dieselmotors, ein Dieselpartikelfilter (hierin nachstehendals DPF abgekürzt),welches eine Konfiguration besitzt, in welcher, nachdem das PM eingefangenist, das erfasste PM direkt durch eine externe Wärmequelle wie z.B. einen Brenner verbranntwird, entwickelt und in der Praxis eingesetzt.
    [0003] Beispielsweiseist eine Vorrichtung mit einer Konfiguration offenbart, in welchereine Verbrennungsheizvorrichtung verwendet wird, um die Temperaturder Abgase und ferner die Temperatur eines DPF durch Verbrennungswärme anzuheben,und gleichzeitig ein Verbrennungsgas oder von der Verbrennungsheizvorrichtungin einer hohen Abgastemperatur erzeugter Verdampfungskraftstoffeiner Abgasemissions-Steuervorrichtung (beispielsweise einem DPFmit einer Oxidationsfunktion) als ein Zusatz zugeführt wird,um das PM durch in dem DPF erzeug te Reaktionswärme zu beseitigen (siehe beispielsweise JP-A-2000-186545 ).
    [0004] Vorkurzem wurde ein kontinuierliches Regenerations-DPF entwickelt,in welchem ein Oxidationskatalysator, der ein Oxidationsmittel (NO2) zum oxidieren und Beseitigen des PM erzeugt,getrennt anstromseitig von dem DPF vorgesehen ist, um dadurch dasPM in dem DPF kontinuierlich ohne externe Wärmequelle zu beseitigen.
    [0005] Selbstbei dem kontinuierlichen Regenerations-DPF kann, wenn die Motortemperaturniedrig ist, oder dergleichen, das erfaßte PM in dem DPF abhängig vonden Betriebsbedingungen nicht vollständig entfernt werden, was zuder Ansammlung von PM führt.Daher ist sogar in dem Falle, wenn ein kontinuierlicher Regenerations-DPFvorgesehen ist, ein Bedarf füreine Einrichtung, wie z.B. eine externe Wärmequelle vorhanden, um dasin dem DPF erfaßtePM zwangsweise zu verbrennen.
    [0006] Beieinem Verfahren zum direkten Verbrennen des PM durch eine externeWärmequelle,wie z.B. den o.g. Brenner, wird jedoch das DPF direkt durch eineFlamme erwärmt.Demzufolge gibt es, obwohl dieses Verfahren eine einfache und preiswerte Konfigurationaufweist, ein Problem, daß eineUngleichmäßigkeitin der PM-Verbrennung entsteht, und daß das PM in dem äußeren Umfangsabschnitt desDPF nicht ausreichend beseitigt werden kann. Ferner bestehen indiesem Falle, in welchem das DPF direkt der Flamme ausgesetzt wird,großeBedenken, daß dasDPF geschmolzen und durch Überhitzungbeschädigtwerden kann.
    [0007] ImFalle einer Technologie unter Verwendung der in JP-A-2000-186545 beschriebenen Verbrennungsheizvorrichtungist die Verbrennungsheizvorrichtung im Grunde so ausgelegt, daß sie dieTemperatur des Kühlwassersdes Motors anhebt. Daher ist der Wärmeverlust für das Anhebender Temperatur des DPF groß.
    [0008] Wennder Temperaturanstieg des DPF priorisiert wird, erzeugt dieses einProblem, daß derMotor unnötigmit Wärmebelastet wird, da die Temperatur des Kühlwassers während der Sommerzeit und dergleichen,in welcher die Außenlufttemperaturhoch ist, zu sehr angehoben wird. Ferner ist die Verbrennungsheizvorrichtungmit einer Verdampfungsglühkerzeneben einer Zündglühkerze versehen,um Kraftstoff durch Zuführenvon Elektrizitätzu der Verdampfungsglühkerzewährendeiner Nicht-Betriebsperiodeder Verbrennungsheizvorrichtung zu verdampfen, was die Vorrichtungkompliziert macht und den Energiewirkungsgrad verschlechtert.
    [0009] Dievorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Problemezu lösen,und ihre Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Abgasemissions-Steuervorrichtungfür einenVerbrennungsmotor, welche in der Lage ist, ein Partikelfilter trotzihrer einfachen und preiswerten Konfiguration effizient zu regenerieren.
    [0010] Dievorstehende Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden.
    [0011] ZurLösungder vorstehenden Aufgabe weist die Abgasemissions-Steuervorrichtungfür einenVerbrennungsmotor gemäß der vorliegendenErfindung ein Partikelfilter, das in einen Abgaskanal des Verbrennungsmotorseingefügtist und in den Abgasen enthaltene Partikelmaterial einfängt, undeine Zwangsregenerationsvorrichtung zum zwangsweisen Verbrennendes in dem Partikelfilter eingefangenen Partikelmaterials und zumRegenerieren des Partikelfilters auf, wobei die Abgasemissions-Steuervorrichtung,in welcher die Zwangsregenerationsvorrichtung anstromseitig vondem Partikelfilter oder in dem Partikelfilter angeordnete Oxidationskatalysatorenund einen anstromseitig von den Oxidationskatalysatoren angeordnetenund funktionell zwischen einem Verbrennungsmodus zum Verbren neneines Kraftstoffstrahls bzw. -nebels durch Entzündung zum Anheben der Temperaturvon Abgasen in dem Abgaskanal und einem Kraftstoffzuführungsmoduszum Zuführennur eines Kraftstoffstrahls zu dem Abgaskanal ohne Verbrennung umschaltbarenBrenner aufweist, und nachdem der Brenner in dem Verbrennungsmodusarbeitet, der Brennerbetrieb auf den Kraftstoffzuführungsbetriebumgeschaltet wird.
    [0012] Beider Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegendenErfindung arbeitet zum Zeitpunkt der Zwangsregeneration des Partikelfiltersder Brenner zuerst in dem Verbrennungsmodus, um die Temperatur des Abgasesin dem Abgaskanal anzuheben und die Oxidationskatalysatoren zu aktivieren.Der Brenner arbeitet dann in dem Kraftstoffzuführungsmodus ohne Entzündung, umdem Abgaskanal nur einen Kraftstoffstrahl zuzuführen. Dieses macht es möglich, den Kraftstoffstrahl,in welchem die Zerstäubungausreichend durch die Restwärmedes Brenners gefördert wird,dem aktivierten Oxidationskatalysatoren zuzuführen, um eine oxidierende Reaktionin den Oxidationskatalysatoren zu erzeugen, und rasch das Partikelfilteraufzuheizen und dessen Temperatur durch die durch die Oxidationsreaktionerzeugte Reaktionswärmeanzuheben, um dadurch ausgezeichnet das in dem Partikelfilter eingefangenePM zu verbrennen.
    [0013] Demzufolgekann trotz der einfachen und preiswerten Konfiguration die Abgasemissions-Steuervorrichtungunter Verwendung des Brenners effizient das Partikelfilter regenerieren,ohne eine Ungleichmäßigkeitder PM-Verbrennung oder eine Schmelzung und Beschädigung desPartikelfilters durch die Flamme des Brenners zu bewirken, ohne denVerbrennungsmotor unnötigzu belasten, und ohne Energie zu verschwenden, was durch die Verhinderungeines Wärmeverlusteserreicht wird.
    [0014] Während desProzesses der Filterregeneration ist es erwünscht, daß die Zwangsregenerationsvorrichtungabwechselnd den Verbrennungsmodusbetrieb und den Kraftstoffzuführungsmodusbetrieb abwechselnddurchführt.
    [0015] Dadurchhält, selbstwenn die Restwärme desBrenners durch den Kraftstoffzuführungsmodusbetriebzur Verringerung der Temperatur des Brenners abgesenkt wird, dersich wiederholende Betrieb in dem Verbrennungsmodus den Brennerauf einer Temperatur, die fürdie Unterstützungder Zerstäubungdes Kraftstoffstrahls währendder Zwangsregeneration ausreicht. Es ist somit möglich, sicher die oxidierendeReaktion in den Oxidationskatalysatoren zu erzeugen, und die Beheizungdes Partikelfilters aufrechtzuerhalten, um dessen Temperatur anzuheben.
    [0016] Insbesondereerhältdie Zwangsregenerationsvorrichtung eine Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsvorrichtungzum Detektieren der Temperatur der Oxidationskatalysatoren, undwenn die die Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsvorrichtungdetektiert, daß dieTemperatur der Oxidationskatalysatoren eine Aktivierungstemperaturerreicht, währendder Brenner in dem Verbrennungsmodus arbeitet, wird der Brennerbetriebvon dem Verbrennungsmodus auf den Kraftstoffzuführungsmodus umgeschaltet.
    [0017] DieTemperatur der Oxidationskatalysatoren wird demzufolge ausreichenddurch den Brenner angehoben, um die Aktivierungstemperatur, nämlich eineTemperatur die ausreicht, um eine oxidierende Reaktion zu bewirken,in dem Verbrennungsmodus zu erreichen. In dem Moment, in dem dieTemperatur der Oxidationskatalysatoren die Aktivierungstemperaturerreicht, wird der Verbrennungsmodus schnell auf den Kraftstoffzuführungsmodusumgeschaltet, so daß derKraftstoffstrahl effi zient durch die vollständig aktivierten Oxidationskatalysatorenoxidiert werden kann.
    [0018] Hierinwerden die Oxidationskatalysatoren bevorzugt von einem Oxidationskatalysatorabschnitt gebildet,welcher in einem anstromseitigen Abschnitt des Partikelfilters enthaltenist.
    [0019] Demzufolgekann das Partikelfilter rasch und effizient zum Erhöhen derTemperatur durch die Reaktionswärmeder in dem Oxidationskatalysatorabschnitt bewirkten Oxidationsreaktionbeheizt werden.
    [0020] Esist auch zu bevorzugen, daß dieOxidationskatalysatoren den in dem anstromseitigen Abschnitt desPartikelfilters enthaltenen Oxidationskatalysatorabschnitt und einenanstromseitig von dem Partikelfilter angeordneten Oxidationskatalysatorwandleraufweisen.
    [0021] Diesesermöglichtes, ein kontinuierliches Regenerations-DPF aus dem Oxidationskatalysatorwandlerund dem Partikelfilter aufzubauen, um normalerweise kontinuierlichdas PM zu verbrennen, um das Partikelfilter zu regenerieren, undum die Häufigkeit,mit welcher die Zwangsregenerierung von den Brenner ausgeführt wird,auf ein Minimum zu verringern. Ferner kann die Verbrennungswärme des Brennersnicht nur die Temperatur des Oxidationskatalysatorabschnittes sondernauch die des Oxidationskatalysatorwandlers anheben, um den Oxidationskatalysatorwandlerzu aktivieren, was es ermöglicht,daß derOxidationskatalysatorabschnitt und der Oxidationskatalysatorwandlerden Kraftstoffstrahl einwandfrei oxidieren.
    [0022] Esist auch erwünscht,daß dieOxidationskatalysatoren den Oxidationskatalysatorabschnitt in demanstromseitigen Abschnitt des Partikelfilters und in dem abstromseitigvon dem Partikelfilter angeordneten Oxidationskatalysatorwandlerauf weisen, und daß derBrenner zwischen dem Partikelfilter und dem Oxidationskatalysatorwandlerangeordnet ist.
    [0023] Demzufolgeist es möglich,das kontinuierliche Regenerations-DPF aus dem Oxidationskatalysatorwandlerund dem Partikelfilter aufzubauen, und die Häufigkeit, mit welcher die Zwangsregeneration durchden Brenner ausgeführtwird, auf ein Minimum zu verringern. Gleichzeitig ist es auch möglich, eine Überhitzungdes Oxidationskatalysatorwandlers zu verhindern, und effizient dasPartikelfilter durch die Reaktionswärme der in dem Oxidationskatalysatorabschnittbewirkten Oxidationsreaktion zu erwärmen, um die Temperatur desPartikelfilters anzuheben.
    [0024] DieErfindung wird im Detail in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben.In den Zeichnungen ist:
    [0025] 1 eine schematische Ansichteiner Konfiguration einer Abgasemissions-Steuervorrichtung für einenVerbrennungsmotor gemäß der vorliegendenErfindung;
    [0026] 2 ein Flußdiagramm,welches eine Routine einer Zwangsregenerationsregelung eines DPF gemäß der vorliegendenErfindung darstellt;
    [0027] 3 ein Zeitdiagramm der Zwangsregenerationsregelung;
    [0028] 4 eine graphische Darstellung,welche eine Zeitveränderungsrateder Temperatur eines abstromseitigen Abschnittes des DPF darstellt;
    [0029] 5 eine graphische Darstellung,welche eine Zeitveränderungsratein der Temperatur eines Außenumfangsder Mitte des DPF darstellt;
    [0030] 6 eine vergleichende graphischeDarstellung, welche eine DPF-Regenerationsrate darstellt, die ineinem Falle erzielt wird, daß einBrenner kontinuierlich brennt, und die DPF-Regenerationsrate, diein der vorliegenden Erfindung für dieselbeZeitdauer (beispielsweise 10 Minuten) erzielt wird; und
    [0031] 7 eine Ansicht, welche eineweitere Ausführungsformder vorliegenden Erfindung darstellt.
    [0032] 1 stellt schematisch eineAbgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegendenErfindung dar.
    [0033] EinMotor 1 ist beispielsweise ein Dieselmotor und besitzteine Zylinderkonstruktion eines Reihenvierzylindertyps. Es ist einTurbolader 2 in einem Einlaßkanal 3 des Motors 1 angeordnet.Durch den Turbolader 2 vorverdichtete Einlaßluft strömt in einen Einlaßverteiler 6 über einenZwischenkühler 4.
    [0034] EinKraftstoffzuführungssystemdes Motors 1 ist beispielsweise aus einem "Common Rail"-System aufgebaut.Obwohl es nicht dargestellt ist, weist das System eine gemeinsameVerteilerleitung und eine Einspritzvorrichtung für jeden Zylinder auf. Da das "Common Rail"-System bekannt ist,wird die detaillierte Beschreibung der Konfiguration des "Common Rail"-Systems unterlassen.
    [0035] Abgaskanäle für die entsprechendenZylinder in dem Motor 1 werden durch einen Auslaßsammler 10 ineinem Rohr gesammelt, das mit einem Abgasrohr 12 verbundenist. Es ist ein EGR-Kanal 14 zwischen dem Auslaßsammler 10 unddem Einlaßverteiler 6 vorgesehen.Ein EGR-Ventil 16 ist in den EGR-Kanal eingefügt.
    [0036] Mitdem Auslaßrohr 12 isteine Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20 verbunden. DieAbgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20 nimmt einDPF (Dieselpartikelfilter) 24 zum Einfangen von PM (Partikelmaterial)im Inneren eines zylindrischen Gehäuses 22 auf, und wirddurch eine Anordnung eines Oxidationskatalysators (Oxidationskatalysatorwandlers) 23,anstromseitig von dem DPF einer Auslaßrichtung zugewandt, konfiguriert.
    [0037] Insbesondereweist der Oxidationskatalysator 23 eine Funktion einerErzeugung von NO2 auf, und ein kontinuierlicherRegenerations-DPF ist aus dem Oxidationskatalysator 23 unddem DPF 24 aufgebaut. Dieses ermöglicht es, konstant das indem DPF 24 angesammelte PM unter Verwendung von durch denOxidationskatalysator 23 erzeugtem NO2 alsein Oxidierungsmittel währenddes normalen Betriebs zu verbrennen, in welchem die Abgastemperaturhoch und höherals eine gegebene Temperatur ist. Mit anderen Worten, das DPF 24 kannkontinuierlich regeneriert werden.
    [0038] Fernerist eine Oxidationskatalysatorabschnitt 24a in einem anstromseitigenAbschnitt des DPF 24 der Abgasrichtung zugewandt vorgesehen. Daherist das DPF so aufgebaut, daß eseine Oxidationsbehandlung von Abgaskomponenten wie z.B. HC, CO,usw. durchführenkann.
    [0039] Esist auch ein Temperatursensor 26 vorgesehen, um die demOxidationskatalysatorabschnitt 24a des DPF 24 entsprechendeTemperatur des DPF 24 zu detektieren. Ein Abgasdrucksensor 19 zumDetektieren eines Abgasdruckes in dem Abgasrohr 12 istanstromseitig von dem Oxidationskatalysator 23 der Abgasrichtungzugewandt vorgesehen.
    [0040] EinVerbrennungsgaskanal 18 zweigt von dem Abgasrohr 12 abund erstreckt sich anstromseitig von der Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20.Der Verbrennungsgaskanal 18 besitzt ein Anschlußende, dasmit einem Brenner 30 versehen ist, welcher beispielsweiseeine Verbrennungsflamme durch Verwendung desselben Kraftstoffes (Dieselöl oder dergleichen) wieder Motor 1 erzeugt. Der Verbrennungsgaskanal 18 undder Brenner 30 sind miteinander über einen Flansch 36 verbunden.
    [0041] DerBrenner 30 weist eine Einspritzeinrichtung 32 undeinen als Zündvorrichtungdienenden Zünder 34 aufund funktioniert als ein selbstzündenderBrenner. Insbesondere sind die Einspritzeinrichtung 32 undder Zünder 34 elektrischmit einer ECU (elektrischen Steuereinheit) 40 verbunden.Der Brenner 30 spritzt eine gegebene Menge an Kraftstoffaus der Einspritzeinrichtung 32 als Reaktion auf ein Signalaus der ECU 40 ein und kann den eingespritzten Kraftstoffdurch den Zünder 34 sofortentzünden.Anders gesagt, ist der Brenner 30 so ausgelegt, daß er denvon der Einspritzeinrichtung 32 eingespritzten Kraftstoffverbrennt (Verbrennungsmodusbetrieb) und nur Kraftstoff aus derEinspritzeinrichtung 32 ohne Durchführung einer Entzündung durchden Zünder 34 einspritzt(Kraftstoffzuführungsmodusbetrieb).
    [0042] DieECU 40 ist eine Steuervorrichtung für die Durchführung derGesamtsteuerung der Abgasemissions-Steuervorrichtung für einenVerbrennungsmotor gemäß der vorliegendenErfindung einschließlich desMotors 1, und weist eine CPU, einen Speicher, einen Zeitgeberzähler usw.auf.
    [0043] Mitder Eingangsseite der ECU 40 sind verschiedene Arten vonSensoren zusätzlichzu dem Abgasdrucksensor 19, dem Temperatursensor 26 usw. verbunden.Mit der Ausgangsseite der ECU 40 sind verschiedene Artenvon Vorrichtungen neben einem Kraftstoffeinspritzventil, der Einspritzvorrichtung 32, demZünder 34 usw.verbunden.
    [0044] Hierinnachstehend wird eine DPF-Zwangsregenerationssteuerung (Zwangsregenerationsvorrichtung)gemäß der vorliegendenErfindung, welche durch eine Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß dem vorstehendenAufbau implementiert wird, beschrieben.
    [0045] 2 ist ein Flußdiagramm,welches eine Routine der Zwangsregenerationssteuerung des DPF 24 darstellt,welche von der ECU 40 durchgeführt wird, und 3 ist ein Zeitdiagramm der Zwangsregenerationssteuerung.Die DPF-Zwangsregenerationssteuerung wird nachstehend zusammen mitdem Flußdiagrammunter Bezugnahme auf das Zeitdiagramm erläutert.
    [0046] Zuerstermittelt der Schritt S10, ob eine PM-Ansammlungsmenge eine gegebeneMenge überschreitet(PM-Ansammlungsmenge > gegebene Menge).Wenn die PM-Ansammlungsmenge des DPF 24 erhöht ist,so daß sieeine Verstopfung des Filters bewirkt, behindert sie eine problemloseStrömungder Abgase und hebt den Abgasdruck an. Daher wird auf der Basisder Abgasdruckinformation aus dem Abgasdrucksensor 19,wenn der Abgasdruck einen gegebenen Druck überschreitet, ermittelt, daß die PM-Ansammlungsmengegrößer alsdie gegebene Menge wird. In dem Falle, daß die Abgastemperatur gleichoder niedriger als eine gegebene Temperatur ist, befindet sich derOxidationskatalysator 23 nicht in einem aktiven Zustand,und die kontinuierliche Regeneration des DPF 24 wird nichtdurchgeführt.Daher kann die Ermittlung nach der Schätzung der PM-Ansammlungsmengedes DPF 24 auf der Basis der Gesamtbetriebszeit des Motors 1 ineinem Bereich durchgeführtwerden, in welchem die Temperatur niedrig ist.
    [0047] Wennein Ermittlungsergebnis des Schrittes S10 negativ ist (NEIN), undermittelt wird, daß die PM-Ansammlungsmengegleich oder kleiner als die gegebene Menge ist, wird nichts getan,und der Ablauf springt aus der Routine aus. In diesem Falle kann,wenn die Abgastemperatur in einem relativ großen Umfang höher alsdie gegebene Temperatur ist, angenommen werden, daß das DPF 24 ausreichend kontinuierlichdurch die Wirkung des durch den Oxidationskatalysator 23 erzeugtenNO2, wie vorstehend festgestellt, regeneriertwird.
    [0048] Wenndas Ermittlungsergebnis des Schrittes S10 bestätigend (JA) ist, und ermitteltwird, daß die PM-Ansammlungsmengedie gegebene Menge überschreitet,geht der Ablauf dann zu dem Schritt S12 über.
    [0049] ImSchritt S12 arbeitet der Brenner 30 in dem Verbrennungsmodus.Sowohl die Einspritzvorrichtung 32 als auch der Brenner 34 werdeneingeschaltet, und eine gegebene Menge an Kraftstoff wird aus derEinspritzvorrichtung 32 eingespritzt und gleichzeitig vondem Zünder 34 entzündet, umdadurch das Verbrennungsgas des Brenners 30 durch den Verbrennungsgaskanal 18 unddas Abgasrohr 12 der Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20 zuzuführen. Indiesem Falle erreicht die Verbrennungsflamme nicht die Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20,und das heißeVerbrennungsgas erhöhtdie Temperatur des Oxidationskatalysators 23 und des DPF 24.
    [0050] DerSchritt S14 ermittelt, ob eine verstrichene Zeit t eine gegebeneZeit t1, seit der Brenner 30 in demVerbrennungsmodus arbeitet, überschrittenhat. Hierin ist die gegebene Zeit t1 imVoraus beispielsweise auf eine Zeitdauer (z.B. 2 Minuten) eingestellt,die ausreicht, daß dieTemperatur des Oxidationskatalysatorabschnittes 24a desDPF 24 die Aktivierungstemperatur erreicht. Die Ermittlung,ob die Temperatur des Oxidationskatalysatorabschnittes 24a des DPF 24 dieAktivierungstemperatur währenddes Brennerbetriebs im Verbrennungsmodus erreicht, kann direkt dadurchauf der Basis der Information aus dem Temperatursensor 26 (Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsvorrichtung)erfolgen. Zusätzlichkann der Oxidationskatalysator 23 mit einem Temperatursensorversehen sein, um die Temperatur des Oxidationskatalysators 23 zudetektieren.
    [0051] Wenndas Ermittlungsergebnis des Schrittes S14 negativ ist (NEIN) undermittelt wird, daß diegegebene Zeit t1 noch nicht verstrichenist, wird der Verbrennungsmodusbetrieb fortgesetzt. Im Gegensatz dazugeht, wenn das Ermittlungsergebnis des Schrittes S14 bestätigend (JA)ist, und ermittelt wird, daß diegegebene Zeit t1 abgelaufen ist, der Ablaufzu dem Schritt S16 über.
    [0052] ImSchritt S16 wird der Betrieb des Brenners 30 oder der Kraftstoffeinspritzungwährendder gegebenen Zeit tint1 (beispielsweise30 Sekunden) unterbrochen. Dieses führt zu einem Erlöschen derVerbrennungsflamme und man läßt die Temperaturder Restwärmedes Brenners 30 bis auf eine Temperatur abfallen, die ausreicht,um eine Zerstäubungdes Kraftstoffstrahls zu begünstigen.
    [0053] DerSchritt S18 betreibt den Brenner 30 in dem Kraftstoffzuführungsmodus.Insbesondere ist nur die Einspritzvorrichtung 32 eingeschaltet,währendder Zünder 34 ausgeschaltetist. Demzufolge wird Kraftstoff aus der Einspritzvorrichtung 32 nurin der gegebenen Menge ohne Verwendung des Zünders 34 zum Ausführen derZündungeingespritzt. Der Kraftstoffstrahl (HC), welcher durch die Restwärme desBrenners 30 ausreichend zu einem Nebel gemacht wurde, wirdder Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20 über denVerbrennungsgaskanal 18 und das Abgasrohr 12 zugeführt.
    [0054] Derso der Abgasemissions-Nachverarbeitungsvorrichtung 20 zugeführte Kraftstoffstrahlzeigt eine ausgezeichnete Oxidationsreaktion in dem Oxidationskatalysator 23,welcher in der Temperatur zur Aktivierung angehoben worden ist,und in dem Oxidationskatalysatorabschnitt 24a des DPF 24.Die Reaktionswärmeder Oxidationsreaktion erwärmtdas DPF 24, um dessen Temperatur anzuheben, um dadurchsanft das in dem DPF 24 angesammelte PM zu verbrennen.In diesem Moment befindet sich der Brenner 30 in dem Erwärmungszustandunmittelbar nach dem Betrieb in dem Verbrennungsmodus und besitzteine Restwärme.Die Restwärmebegünstigt imWesentlichen die Zerstäubungdes aus der Einspritzvorrichtung 32 eingespritzten Kraftstoffes. Demzufolgezeigt der Kraftstoffstrahl unmittelbar die oxidierende Reaktionin dem Oxidationskatalysator 23 und dem Oxidationskatalysatorabschnitt 24a des DPF 24,so daß dasDPF 24 rasch aufgeheizt und in der Temperatur angehobenwird, was zu einer erfolgreichen Verbrennung des PM führt.
    [0055] ImSchritt S20 wird ermittelt, ob die verstrichene Zeit t eine gegebeneZeit t2 seitdem der Brenner 30 indem Kraftstoffzuführungsmodusarbeitet, überschrittenhat. Hierin ist die gegebene Zeit t2 auf eineZeitdauer (beispielsweise 45 Sekunden) eingestellt, welche benötigt wird,bis die Temperatur des Brenners 30 auf eine Temperaturabfällt,welche nicht fürdie Unterstützungder Verdampfung des Kraftstoffstrahls unter Nutzung der Restwärme desBrenners 30 als Verdampfungswärme für den Kraftstoff ausreicht.Wenn das Ermittlungsergebnis negativ ist (NEIN), und ermittelt wird,daß diegegebene Zeit t2 noch nicht verstrichenist, wird der Kraftstoffzuführungsmodusbetriebfortgesetzt. Im Gegensatz dazu geht, wenn das Ermittlungsergebnisbestätigendist (JA), und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit t2 verstrichen ist, der Ablauf zu dem SchrittS22 über.
    [0056] DerSchritt S22 unterbricht den Betrieb des Brenners 30, nämlich dieKraftstoffeinspritzung währendder gegebenen Zeit tint2 (beispielsweise15 Sekunden). Dadurch wird der Kraftstoffstrahl in dem Verbrennungsgaskanal 18 biszur Löschungbeibehalten.
    [0057] DerSchritt S24 ermittelt, ob die verstrichene Zeit t eine gegebeneZeit tmax, nachdem der Brenner 30 indem Verbrennungsmodus im Schritt S12 arbeitet, überschritten hat, d.h., nachdemdie Zwangsregeneration gestartet ist. Hierin ist die gegebene Zeit tmax auf eine angenommene Zeitdauer (beispielsweise10 Minuten) eingestellt, welche erforderlich ist, bis die gegebeneMenge des in dem DPF 24 angesammelten PM vollständig verbranntist. Kurz gesagt, entscheidet dieser Schritt das Ende der Zwangsregeneration.Wenn das Ermittlungsergebnis negativ ist (NEIN), und ermittelt wird,daß diegegebene Zeit tmax noch nicht verstrichenist, geht der Ablauf zu dem Schritt S26 über.
    [0058] ImSchritt S26 arbeitet der Brenner 30 wieder im Verbrennungsmodus.Um die Temperatur des Brenners 30 mit einer für die Unterstützung derZerstäubungdes Kraftstoffstrahls unzureichenden Temperatur wieder anzuheben,wird die gegebene Menge an Kraftstoff von der Einspritzvorrichtung 32 eingespritztund von dem Zünder 34 entzündet. Dieses hält den Brenner 30 aufeiner zur Unterstützungder Zerstäubungdes Kraftstoffstrahls ausreichenden Temperatur. Darüber hinauserwärmtdas Verbrennungsgas des Brenners 30 ferner den Oxidationskatalysator 23 unddas DPF 24, und das DPF 24 wird dann weiter erwärmt undin der Temperatur angehoben. Demzufolge wird das in dem DPF 24 angesammeltePM zufriedenstellend verbrannt.
    [0059] DerSchritt S28 ermittelt, ob die verstrichene Zeit t eine gegebeneZeit t3, nachdem der Brenner 30 wiederumin dem Verbrennungsmodus arbeitet, überschritten hat. Hierin istdie gegebene Zeit t3 beispielsweise aufeine solche Zeitdauer (beispielsweise 45 Sekunden) eingestellt,daß derOxidationskatalysator 23 und das DPF 24 nicht überhitztwerden, währenddie Temperatur des Brenners 30 auf eine für die Unterstützung derZerstäubungdes Kraftstoffstrahls ausreichende Temperatur ansteigt. In dem Falle,daß dasErmittlungsergebnis negativ ist (NEIN), und ermittelt wird, daß die gegebeneZeit t3 noch nicht verstrichen ist, wirdder Verbrennungsmodusbetrieb fortgesetzt. Im Gegensatz dazu geht, wenndas Ermittlungsergebnis bestätigend(JA) ist, und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit t3 verstrichen ist, der Ablauf zu dem SchrittS30 über.
    [0060] DerSchritt S30 unterbricht den Betrieb des Brenners 30 oderder Kraftstoffeinspritzung während einergegebenen Zeit tint 3 (beispielsweise15 Sekunden). Dadurch läßt man dieVerbrennungsflamme ausgehen. Die gegebene Zeit tint3 kannkürzerals die gegebene Zeit tint1 sein, da dieBrennzeit des Brenners 30 kurz ist, und somit sind diefür dasErlöschen derFlamme erforderliche Zeit und die Zeit für den Brenner 30,bis er eine fürdie Unterstützungder Verdampfung geeignete Temperatur besitzt, als kurz anzusehen.
    [0061] Nachdemder Brenner 30 in dem Verbrennungsmodus arbeitet, kehrtder Ablauf zu dem Schritt S18 zurück, um den Brenner 30 wiederin dem Kraftstoffzuführungsmodusbetriebzu betreiben. Danach wird im Schritt S24 ermittelt, ob die gegebeneZeit tmax verstrichen ist. Wenn das Ermittlungsergebnisbestätigendist (JA), und ermittelt wird, daß die gegebene Zeit tmax verstrichen ist, geht der Ablauf zu demSchritt S32 über.Im Schritt S32 wird die PM-Ansammlungsmenge zurückgesetzt, und der Ablauf springtaus der Routine aus, was zu dem Ende der Zwangsregenation führt.
    [0062] Wenndas Ermittlungsergebnis des Schrittes S24 negativ ist (NEIN), undermittelt wird, daß diegegebene Zeit tmax noch nicht verstrichenist, werden anschließendder Verbrennungsmodus und der Kraftstoffzuführungsmodus wieder abwechselndimplementiert, bis die gegebene Zeit tma x abläuft.
    [0063] Wennder Verbrennungsmodus und der Kraftstoffzuführungsmodus wiederholt, wievorstehend beschrieben mit den in der Routine auftretenden Unterbrechungszeitenfür denBrenner 30, implementiert werden, haben gemäß Darstellungin 4, welche eine Zeitratenveränderungin der Temperatur eines abstromseitigen Abschnittes des DPF 24 darstellt,und in 5, welche eineZeitratenveränderungin der Temperatur eines Außenumfangsder Mitte des DPF 24 darstellt, sowohl der abstromseitige Abschnittdes DPF 24 als auch der Außenumfang der Mitte des DPF 24 hoheTemperaturen periodisch mit der Zuführung des Kraftstoffstrahls(durchgezogene Linie), währenddie Temperatur langsam in dem Falle ansteigt, daß der Brenner 30 wienach dem Stand der Technik kontinuierlich betrieben wird (unterbrochene Linie).Dieses begünstigtstark die Verbrennung des in dem DPF 24 eingefangenen PMdurch das gesamte DPF 24 hindurch, was zu einem frühen Erreichen derRegeneration des DPF 24 führt.
    [0064] 6 stellt Regenerationsraten(verbranntes PM/eingefangenes PM) des DPF 24 für dieselbe Zeitdauer(beispielsweise 10 Minuten) im Vergleich zu dem herkömmlichenFall dar, in welchem der Brenner 30 kontinuierlich betriebenwird im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung, in welcher derVerbrennungsmodus und der Kraftstoffzuführungsmodus wiederholt abwechselndimplementiert werden. Wie es in 6 dargestelltist, ermöglichtes die wiederholte Implementation des Verbrennungsmodus und desKraftstoffzuführungsmodus,eine Regenerationsrate zu erzielen, welche angenähert doppelt so hoch wie dieRegenerationsrate ist, welche in dem Falle erzielt wird, daß der Brenner 30 kontinuierlich betriebenwird.
    [0065] Mitder Abgasemissions-Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindungkann trotz der einfachen und preiswerten Konfiguration unter Verwendungdes Brenners 30 das in dem DPF 24 angesammeltePM verbrannt werden, ohne die Ungleichmäßigkeit der PM-Verbrennungaufgrund der Flamme des Brenners 30 oder einer Schmelzungoder Beschädigungdes DPF 24 zu bewir ken, ohne den Motor 1 unnötig zu belastenund ohne Energie zum Zeitpunkt der Zwangsregeneration zu verschwenden. DieRegeneration des DPF 24 wird somit effizient durchgeführt.
    [0066] Wenndie Temperatur des Oxidationskatalysatorabschnittes 24a desDPF 24 die Aktivierungstemperatur während des Verbrennungsmodusbetriebsdes Brenners 30 erreicht, wird der Betrieb auf den Kraftstoffzuführungsmodusumgeschaltet, und kein Kraftstoffstrahl zugeführt, bis die Temperatur des DPF 24 vollständig biszu der Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysatorabschnittes 24a angestiegenist, nämlicheiner Temperatur, welche die vollständige Oxidationsreaktion ermöglicht.Daher kann der Kraftstoffstrahl effizient durch den Oxidationskatalysatorabschnitt 24a oxidiertwerden.
    [0067] Dadas kontinuierliche Regenerations-DPF aus dem Oxidationskatalysator 23 unddem DPF 24 aufgebaut ist, ist es möglich die Häufigkeit, mit welcher die Zwangsregenerationdurch den Brenner 30 ausgeführt wird, auf ein Minimum zureduzieren. Ferner ist der Brenner 30 so angeordnet, daß er dasVerbrennungsgas anstromseitig von dem Oxidationskatalysator 23 zuführt, sodaß derOxidationskatalysator 23 in der Temperatur bis zur Aktivierungdurch die Verbrennungswärmedes Brenners 30 ansteigen kann. Demzufolge kann der Kraftstoffstrahlsicher oxidiert werden, indem nicht nur der Oxidationskatalysatorabschnitt 24a desDPF 24, sondern auch der Oxidationskatalysator 23 verwendetwird.
    [0068] Selbstwenn die Restwärmedes Brenners 30 währenddes Kraftstoffzuführungsmodusreduziert wird, um die Temperatur des Brenners 30 abzusenken,ermöglichtes die sich wiederholende Implementation des Verbrennungsmodus unddes Kraftstoffzuführungsmodusdem Brenner 30 eine Temperatur aufrechtzuerhalten, welchezur Unterstützungder Zerstäubungdes Kraftstoffstrahls währendder Zwangsregeneration ausreicht.
    [0069] Diesesbewirkt sicher die Oxidationsreaktion in dem Oxidationskatalysatorabschnitt 24a undin dem Oxidationskatalysator 23, was das DPF 24 ausreichenderwärmtund in der Temperatur angehoben hält.
    [0070] Obwohldie Ausführungsformder vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, soll die Erfindungnicht auf die vorstehende Ausführungsformbeschränktsein.
    [0071] Beispielsweiseist gemäß der vorstehenderwähntenAusführungsformder Brenner 30 so angeordnet, daß er das Verbrennungsgas anstromseitig vondem Oxidationskatalysator 23 zuführt. Gemäß einer weiteren Ausführungsformkann jedoch der Brenner so angeordnet sein, daß er das Verbrennungsgas unmittelbaranstromseitig von dem DPF 24 zuführt, d.h. zwischen dem Oxidationskatalysator 23 unddem DPF 24, wie es in 7 dargestelltist. Dieses ermöglichtes, erfolgreich die Oxidationsreaktion des Kraftstoffstrahls unterVerwendung des Oxidationskatalysatorabschnittes 24a desDPF 24 während desKraftstoffzuführungsmodusbetriebeszu unterstützen,währendeine Überhitzungdes Oxidationskatalysators 23 verhindert wird, wodurchdas DPF 24 effizient erwärmt wird, um dessen Temperaturunter Verwendung der Oxidationswärmeder Oxidationsreaktion anzuheben. Demzufolge ist es möglich, dasin dem DPF 24 angesammelte PM genauso effizient wie inder vorstehend erwähntenAusführungsform zuverbrennen.
    [0072] Fernerist, obwohl in der vorstehenden Ausführungsform der Oxidationskatalysator 23 für die kontinuierlicheRegeneration des DPF 24 vorgesehen ist, der Katalysator 23 nichtnotwendigerweise erforderlich. Bei Fehlen des Oxidationskatalysators 23 wirddas DPF 24 rasch und effizient erwärmt, um die Temperatur aufgrundder Oxidationswärmeder in dem Oxidationskatalysatorabschnitt 24a bewirkten Oxidationsreaktionanzuheben. Daher könnendie Effekte der Erfindung vollständig durchden Oxidationskatalysatorabschnitt 24a des DPF 24 erreichtwerden.
    [0073] Zusätzlich sind,obwohl in der vorstehend erwähntenAusführungsformdie Intervalldauern (tint1, tint2 undtint3), in welchen der Betrieb des Brenners 30 unterbrochenist, zwischen dem Verbrennungsmodus und dem Kraftstoffzuführungsmodusvorgesehen sind, derartige Intervallperioden nicht immer erforderlich,solange wie der Verbrennungsmodus und der Kraftstoffzuführungsmoduswechselseitig sofort umgeschaltet werden können.
    [0074] Schließlich ist,obwohl in der vorstehenden Ausführungsformein Dieselmotor als ein Motor 1 verwendet wird, der Motor 1 nichtauf den Dieselmotor beschränkt,wenn nur der Motor einer ist, welcher das Partikelfilter für die Beseitigungdes PM erfordert.
    权利要求:
    Claims (6)
    [1] Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor,mit: einem Partikelfilter (24), das in einem Abgaskanal (12)eines Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist und in denAbgasen enthaltene Partikelmaterie einfängt, und einer Zwangsregenerationsvorrichtungzum zwangsweisen Verbrennen des in dem Partikelfilter eingefangenenPartikelmaterials und zum Regenerieren des Partikelfilters; wobei: dieZwangsregenerationsvorrichtung aufweist: Oxidationskatalysatoren(23, 24a), welche anstromseitig von dem Partikelfilteroder in dem Partikelfilter angeordnet sind, und einen Brenner(30), der anstromseitig von den Oxidationskatalysatorenangeordnet ist und funktionell zwischen einem Verbrennungsmodusfür dieVerbrennung eines Kraftstoffstrahls durch Entzündung zum Anheben der Temperaturvon Abgasen in dem Abgaskanal und einem Kraftstoffzuführungsmoduszum Zuführennur eines Kraftstoffstrahls zu dem Abgaskanal ohne Entzündung umschaltet,und wobei: nachdem der Brenner in den Verbrennungsmodus arbeitet,der Brennerbetrieb auf den Kraftstoffzuführungsmodus umgeschaltet wird.
    [2] Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotornach Anspruch 1, wobei: die Zwangsregenerationsvorrichtungwiederholt den Verbrennungsmodusbetrieb und den Kraftstoffzuführungsmodusbetriebimplementiert.
    [3] Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotornach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Zwangsregenerationsvorrichtungeine Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsvorrichtung (26)zum Detektieren der Temperatur der Oxidationskatalysatoren aufweist;und wenn die Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsvorrichtungdetektiert, daß dieTemperatur des Oxidationskatalysators eine Aktivierungstemperatur während desBetriebs des Brenners in dem Verbrennungsmodus erreicht, der Brennerbetriebauf den Kraftstoffzuführungsmodusumgeschaltet wird.
    [4] Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotornach einem der Ansprüche1 bis 3, wobei: die Oxidationskatalysatoren einen Oxidationskatalysatorabschnitt(24a) aufweisen, der in einem anstromseitigen Abschnittdes Partikelfilters angeordnet ist.
    [5] Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotornach einem der Ansprüche1 bis 3, wobei: die Oxidationskatalysatoren einen Oxidationskatalysatorabschnitt(24a) aufweisen, der in einem anstromseitigen Abschnittdes Partikelfilters angeordnet ist und einen Oxidationskatalysatorwandler(23), der anstromseitig von dem Partikelfilter angeordnet ist.
    [6] Abgasemissions-Steuervorrichtung für einen Verbrennungsmotornach einem der Ansprüche1 bis 3, wobei: die Oxidationskatalysatoren einen Oxidationskatalysatorabschnittaufweisen, der in einem anstromseitigen Abschnitt des Partikelfiltersangeordnet ist und einen Oxidationskatalysatorwandler, der anstromseitigvon dem Partikelfilter angeordnet ist, und der Brenner zwischendem Partikelfilter und dem Oxidationskatalysatorwandler angeordnetist.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-12-02| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
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    申请号 | 申请日 | 专利标题
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