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    • 专利摘要:
    Eswird eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt,welche in der Lage ist, eine Gesamtzeitdauer für eine Zwangsregeneration einesDPF oder dergleichen zu verkürzen, welcheeinen Abgaskanal (20), der mit Zylindern des Verbrennungsmotorsin Verbindung steht, einen NOx-Absorptionskatalysator (22) zum Absorbierenvon in dem Abgas zum Zeitpunkt eines mageren Betriebs enthaltenenNOx und zum Freisetzen und Reduzieren des absorbierten NOx, wennein fetter Betrieb durchgeführtwird, ein Filter (23), das in dem Abgaskanal zum Sammeln von indem Abgas enthaltenen Feststoffen vorgesehen ist, eine Filtertemperaturanstiegs-Detektionseinrichtung(40) zum Detektieren der Temperatur des Filters und eine Abgasreinigungs-Steuereinrichtung(46) aufweist, um ein Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors zwischenfett und mager in Intervallen einer kurzen Dauer umzuschalten, wenndie Filtertemperaturanstiegs-Detektionseinrichtung detektiert, daß die Filtertemperatureine vorbestimmte Temperatur erreicht.
    公开号:DE102004019660A1
    申请号:DE102004019660
    申请日:2004-04-22
    公开日:2005-01-27
    发明作者:Michihiro Hata；Kazuo Kurata；Kei Shigahara
    申请人:Mitsubishi Motors Corp；
    IPC主号:F01N3-02
    专利说明:
    [0001] DieseErfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors,und insbesondere eine Abgasreinigungsvorrichtung, die für die Regenerationeines Dieselpartikelfilters (hierin einfach als DPF bezeichnet)angewendet wird.
    [0002] DasDPF wird im allgemeinen als eine Abgasnachbehandlungsvorrichtungzum Sammeln und Behandeln von Feststoffen (hierin nachstehend einfachals PM-Particulate Matters bezeichnet), die in Abgas vorhanden sind,verwendet. Insbesondere enthältvon einem Dieselmotor oder dergleichen abgegebenes Abgas eine große Mengean PM zusätzlichzu HC, CO, NOx und dergleichen. Somit werden die PM durch das DPFgesammelt und die gesammelten PM werden für die DPF-Regeneration unter Verwendungvon Abgas bei einer Temperatur von etwa 600°C verbrannt.
    [0003] Obwohleine von Betriebsbedingungen abhängigeSelbstregeneration des DPF realisiert werden kann, ist ein Zwangsregenerationssystemfür ein erzwungenesAnheben der DPF-Temperatur unvermeidlich notwendig, wenn angenommenwird, daß dasDPF bei allen Betriebsbedingungen betrieben wird. In der Zwangsregenerationwird jedoch eine niedrige Regenerationsgeschwindigkeit bewirkt, wennsich das DPF auf einer zu niedrigen Temperatur befindet, während, wennsich das DPF auf einer zu hohen Temperatur befindet, eine abrupteRegeneration ausgelöstwird, die zu einer Beschädigungdes DPF führt.Mit anderen Worten, eine DPF-Temperatursteuerung ist schwierig inder Zwangsregeneration zu erzielen. Daher wurde bisher eine Abgasreinigungsvorrichtungfür einenVerbrennungsmotor vorge schlagen, in welchen die DPF-Regenerationsgeschwindigkeitdurch eine Luft/Kraftstoff-Verhältnissteuerungdes Verbrennungsmotors gesteuert wird (siehe beispielsweise dieAbschnitte 15 bis 20 und 1 vonJP-A-2002-2132290).
    [0004] Indieser Vorrichtung ist ein DPF in einem Abgassystem vorgesehen,und währendder DPF-Zwangsregeneration wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fetteingestellt, bis das DPF eine vorbestimmte Temperatur erreicht.Nachdem die DPF-Temperatur auf die vorbestimmte Temperatur angestiegenist, erfolgt eine Umschaltung auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis, umdie PM zu verbrennen und zu entfernen, und somit das DPF zwangsweisezu regenerieren.
    [0005] Zusätzlich zudem DPF ist die vorstehend erwähnteVorrichtung mit einem in dem Abgassystem angeordneten NOx-Absorptionskatalysatorversehen. Zum Zeitpunkt der Freisetzung von Schwefelkomponenten(Schwefelreinigung) wird ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis beibehalten,bis eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, von der ab eine SOx-Freisetzungstemperaturselbst dann erreicht wird, nachdem das DPF die vorbestimmte Temperaturerreicht, wodurch eine Schwefelvergiftung ausgeschlossen wird.
    [0006] DerNOx-absorbierende Katalysator ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung,die NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerist, und das absorbierte NOx freigibt und reduziert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fettist.
    [0007] Insbesonderebesitzt der NOx-absorbierende Katalysator eine Eigenschaft, daß er indem Abgas in einem sauerstoffreichen Zustand (oxidierende Atmosphäre) enthaltenesNOx als Nitrat absorbiert und das absorbierte NOx in einen Kohlenstoffmonoxid-reichenZustand (Reduzierungsatmosphäre)zu Stickstoff reduziert. Um den NOx-Absorptionskatalysator zu regenerieren,werden fette Spitzen in dem Verbrennungsmotor durchgeführt, umeine Umschaltung auf einen fetten Betrieb auszuführen, in welchem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis desAbgases auf ein stöchiometrischesLuft/Kraftstoff-Verhältnisoder in dessen Nähegesteuert wird, um dadurch einen Zustand eines niedrigen Luftüberschußfaktors(niedriges λ)zu erreichen, bevor der NOx-Absorptionsanteil gesättigt wird.Da das bei der Oxidation von Schwefelkomponenten des Kraftstoffserzeugte SOx ebenfalls als ein Nitrat auf dem NOx-Absorptionskatalysatorabgeschieden wird, wird ein fetter Betrieb regelmäßig in derselbenWeise wie vorstehend erwähntausgeführt,um die abgeschiedenen Schwefelkomponenten (zur Schwefelreinigung)freizusetzen, um so den NOx-Absorptionskatalysator zu regenerieren.
    [0008] DieSchwefelreinigung erfordert ein stöchiometrisches oder fettesAbgas bei einer hohen Temperatur von etwa 650°C.
    [0009] ZumZeitpunkt der DPF-Zwangsregeneration arbeitet die vorstehend erwähnte Vorrichtungso, daß siedas fette Luft/-Kraftstoff-Verhältnis zumUnterdrückender PM-Verbrennung aufrechterhält,bis eine vorbestimmte DPF-Temperatur erreicht ist. Zum Zeitpunktder Schwefelreinigung bleibt das fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis weiteraufrechterhalten, um so eine Schwefelvergiftung zu beseitigen, biseine vorbestimmte Zeitdauer von dem Zeitpunkt an verstrichen ist,an dem eine SOx-Beseitigungstemperatur erreicht wird.
    [0010] Wievorstehend erläutert,stimmen die DPF-Zwangsregeneration und die Schwefelreinigung desNOx-Absorptionskatalysators dahingehend überein, daß sie unter Verwendung vonAbgas bei einer hohen Temperatur von etwa 650°C durchgeführt werden können.
    [0011] Somitzieht man in Betracht, daß die DPF-Zwangsregenerationund die Schwefelreinigung des NOx-Absorptionskataly sators gleichzeitigausgeführtwerden können.Jedoch erscheint es allgemein und grundsätzlich schwierig, die Zwangsregenerationund die Schwefelreinigung zum selben Zeitpunkt auszuführen, dadie Zwangsregeneration ein mageres Abgas für die Oxidation von Ruß benötigt, während dieSchwefelreinigung ein stöchiometrisches oderfettes Abgas benötigt.
    [0012] Wenndie DPF-Zwangsregeneration und die Schwefelreinigung des NOx-Absorptionskatalysators nahebeieinander ausgeführtwerden können,so daß sienahezu gleichzeitig ausgeführtwerden können, kanneine fürdie Regeneration erforderliche Gesamtregenerationszeitdauer verkürzt werden,was es ferner ermöglicht,eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zu verhindern.
    [0013] DerKraftstoffverbrauch kann selbst dann verbessert werden, wenn nurdie fürdie DPF-Zwangsregeneration erforderliche Regenerationszeitdauerverkürztwird.
    [0014] Inder vorstehenden herkömmlichenAbgasreinigungsvorrichtung füreinen Verbrennungsmotor wird zum Zeitpunkt der Schwefelreinigungein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnisbeibehalten, bis eine vorbestimmte Zeitdauer ab einem Zeitpunktverstrichen ist, ab dem eine vorbestimmte DPF-Temperatur überschrittenist, und dann eine Umschaltung auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorgenommen,welches danach beibehalten wird. Dieses zeigt an, daß die Schwefelreinigungausgeführtwird, ohne die DPF-Zwangsregeneration auszuführen und dann wird die DPF-Zwangsregenerationausgeführtohne die Schwefelreinigung auszuführen. Es ist daher offensichtlich,daß dieDPF-Zwangsregeneration und die Schwefelreinigung des NOx-Absorptionskatalysatorsunabhängigvoneinander ausgeführtwerden. Zusätzlichwird die fürdie DPF-Zwangsregeneration erforderliche Zeitdauer um die für die Schwefelreinigungerforderliche Zeitdauer verlängert.
    [0015] Mitanderen Worten, die Gesamtregenerationszeitdauer in diesem Falleist lang, welche zu dem Zeitpunkt beginnt, an dem die vorbestimmte DPF-Temperatur überschrittenist, und welche zu dem Zeitpunkt endet, an dem die DPF-Zwangsregenerationabgeschlossen ist, wobei die DPF-Zwangsregeneration gestartet wird,nachdem eine Schwefelvergiftung durch die Schwefelreinigung beseitigtist, und dann eine Umschaltung auf ein mageres Abgas erfolgt. DieverlängerteGesamtregenerationszeitdauer stellt ein Problem derart dar, daß ein doppelter Kraftstoffverbrauchwährendder Regenerationszeitdauer bewirkt wird. Dieses zeigt, daß die herkömmlicheTechnik ein Problem enthält,daß derKraftstoffverbrauch verbessert werden muß.
    [0016] EineAufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Abgasreinigungsvorrichtungfür einenVerbrennungsmotor, welche in der Lage ist, die Gesamtzeitdauer derZwangsregeneration eines DPF und dergleichen zu verkürzen. DieseAufgabe wird durch den Erfindungsgegenstand der Ansprüche gelöst.
    [0017] Gemäß dieserErfindung wird bevorzugt eine Abgasreinigungsvorrichtung für einenVerbrennungsmotor bereitgestellt, welche aufweist: ein in Verbindungmit Zylindern des Verbrennungsmotors angeordnetes Abgassystem; eineAbgasreinigungseinheit mit einem Filter, das in dem Abgassystemfür das Sammelnvon in dem Abgas enthaltenen Feststoffen vorgesehen ist; eine Temperatur-Detektionseinrichtungzum Detektieren einer Temperatur der Abgasreinigungseinheit; undeine Abgasreinigungs-Steuereinrichtung zum Umschalten eines Abgas-Luft/-Kraftstoff-Verhältnissesdes Verbrennungsmotors von fett auf mager, wenn die von der Temperatur-Detektionseinrichtungdetektierte Temperatur der Abgasreinigungseinheit eine vorbestimmteTemperatur erreicht. Die Abgasreinigungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,daß dieAbgasreinigungs-Steuereinrichtung ein Variieren des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnissesdes Verbrennungsmotors zwischen fett und mager in Intervallen einervorbestimmten Dauer bewirkt, wenn die Temperatur der von der Temperatur-Detektionseinrichtungdetektierten Abgasreinigungseinheit eine vorbestimmte Temperatur erreicht.
    [0018] Gemäß dieserErfindung bewirkt die Abgasreinigungs-Steuereinrichtung, wenn dievorbestimmte Temperatur erreicht wird, welche für die Regeneration der Abgasreinigungseinheithoch genug, wie z.B. höheroder gleich als etwa 600°Cist, daß dasAbgas-Luft/Kraftstoff-Verhältniszwischen fett und mager in Intervallen mit der vorbestimmten Dauervariiert. Demzufolge wird die Zwangsregeneration und Schwefelreinigungder Abgasreinigungseinheit so nahe wie möglich zueinander ausgeführt, umso nahezu gleichzeitig ausgeführtzu werden, so daß die Gesamtregenerationszeitdauerverkürztwird, um den Kraftstoffverbrauch zu verringern, wodurch eine Verschlechterungdes Kraftstoffverbrauchs verhindert werden kann.
    [0019] Zusätzlich wirdmit der zyklischen Umschaltung des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zwischen fett undmager, welche mehrere Male durchgeführt wird, die Regenerationsgeschwindigkeitin der Abgasreinigungseinheit zweckmäßig gesteuert, so daß sie nichtzu groß wird.
    [0020] Dieerforderliche Zeitdauer fürdie Zwangsregeneration der Abgasreinigungseinheit wird im Vergleichzu der vom Stand der Technik benötigtenverkürzt,und der Kraftstoffverbrauch kann diesbezüglich verbessert werden.
    [0021] Inden Zeichnungen zeigen:
    [0022] 1 eine Ansicht, welche eineAnordnung eines Motors darstellt, bei welchem eine Abgasreinigungsvorrichtungfür einenVerbrennungsmotor gemäß einerersten Ausführungsformdieser Erfindung angewendet wird;
    [0023] 2 ein Zeitdiagramm einerin der in 1 dargestelltenAbgasreinigungsvorrichtung ausgeführten Regenerationssteuerung;
    [0024] 3 eine Ansicht, welche eineAnordnung eines Motors darstellt, bei welchem eine Abgasreinigungsvorrichtungfür einenVerbrennungsmotor gemäß einerzweiten Ausführungsformdieser Erfindung angewendet wird;
    [0025] 4 ein Zeitdiagramm einerin der in 3 dargestelltenAbgasreinigungsvorrichtung ausgeführten Regenerationssteuerung.
    [0026] Nachstehendwerden Abgasreinigungsvorrichtungen gemäß bevorzugten Ausführungsformen dieserErfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren beschrieben.
    [0027] In 1 ist eine Anordnung einesMotorsystems dargestellt. Das Motorsystem umfaßt einen Mehrzylinder-Dieselmotor(hierin nachstehend einfach als Motor bezeichnet) 1, beiwelchem eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einerersten Ausführungsformdieser Erfindung angewendet wird.
    [0028] Mitden entsprechenden Zylindern 2 des Motors 1 sindein Kraftstoffzuführungssystemmit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung, welche beispielsweise einCommon-Rail-Typ ist, ein Einlaßkanal 8,durch welchen Ansaugluft in eine entsprechende Verbrennungskammer 4 nach Öffnen eineszugehörigenEinlaßventils 6 eingeführt wird,und ein Auslaßkanal 20, durchwelchen von der Verbrennungskammer 4 ausgegebenes Abgasnach Öffnungeines Auslaßventils 18 abgezogenwird, verbunden.
    [0029] EinLuftfilter 16 ist in einem am weitesten anstromseitigenAbschnitt des Einlaßkanals 8 angeordnet,und ein Turbola der 14 ist abstromseitig von dem Luftfilterangeordnet. Ein Drosselklappenventil 10 und ein Ausgleichsbehälter 12 sindabstromseitig von dem Turbolader 14 in dieser Reihenfolgeangeordnet. Das Drosselklappenventil 10 ist ein so genannter Drive-by-WireTyp, und die Öffnungdes Drosselklappenventils 10 wird abhängig von Motorbetriebsbedingungenverändert.
    [0030] Aneinem abstromseitigen Abschnitt des Abgaskanals (Abgassystem) 20 istein NOx-Absorptionskatalysator 22 angeordnet, der zur Absorption vonin dem Abgas enthaltenem NOx dient, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerist, und zum Freisetzen und Reduzieren des absorbierten NOx bei Vorhandenseineines Reduzierungsmittels (HC oder CO) in dem Abgas, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis fettoder dergleichen ist. Der NOx-Absorptionskatalysator 22 istin allgemein bekannter Weise aufgebaut. In dieser Ausführungsformwird nach Abschluß einerHaupteinspritzung eine zusätzlicheEinspritzung fürdie NOx-Freisetzung und Reduktion durchgeführt.
    [0031] EinDPF (Filter) 23 ist abstromseitig von dem NOx-Absorptionskatalysator 22 angeordnetund dient zum Sammeln von PM im Abgas und zum Verbrennen und Entfernender PM unter Verwendung von Abgas mit hoher Temperatur. Das DPF 23 istwie allgemein bekannt aufgebaut. Der NOx-Absorptionskatalysator 22 unddas DPF 23 bilden eine Abgasreinigungseinheit.
    [0032] EinAbgasrückführungskanal(EGR-Kanal) 24, durch welchen ein Teil des Abgases (EGR-Gas) inden Einlaßkanal 8 zurückgeführt wird,erstreckt sich abgezweigt von dem Abgaskanal 20, um soeine NOx-Emission zu unterdrücken.Der EGR-Kanal 24 ist an seinem Ende mit dem Einlaßkanal 8 verbunden.In dem EGR-Kanal 24 sindein EGR-Kühler 26 zumKühlendes EGR-Gases and ein EGR-Ventil 28 vorgesehen, welcheelektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 44 verbundensind. Die Ka nalflächedes EGR-Kanals 24 wird durch Öffnen und Schließen desEGR-Ventils 28 angepaßt.
    [0033] DasDrosselklappenventil 10 ist ebenfalls elektrisch mit derECU 44 verbunden und dient zum Anpassen der Kanalfläche desEinlaßkanals 8,um dadurch eine Menge des EGR-Gases zum Zeitpunkt einer normalenSteuerung anzupassen. Von dem Luftfilter 16 gelieferteFrischluft tritt überden Turbolader 14 in den Einlaßkanal 8 ein, undwird in der Menge von dem Drosselklappenventil 10 angepaßt. Anschließend werdendie Frischluft und das EGR-Gas zusammengeführt und dann in die Verbrennungskammer 4 jedesZylinders 2 eingeführt.Nach Abschluß derKraftstoffverbrennung wird Abgas aus dem Abgaskanal 20 ausgegebenund an den NOx-Absorptionskatalysator 22 und das DPF 23 transportiert.
    [0034] Indem Einlaßkanal 8 istein Luftströmungssensor 34 aneiner geeigneten Stelle abstromseitig von dem Luftfilter 16 angeordnet.In dem Abgaskanal 20 sind ein Temperatursensor (Abgastemperatur-Detektionseinrichtung) 36 undein A/F-Sensor (Luft/Kraftstoff- oder λ-Sensor) 38 an geeignetenPositionen anstromseitig von dem NOx-Absorptionskatalysator 22 angeordnet,welche jeweils die Temperatur T1 des aus dem Motor 1 abgegebenenAbgases (die Katalysatortemperatur des NOx-Absorptionskatalysators 22)und das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ detektieren.In dem Abgaskanal 20 ist ein Temperatursensor (Filtertemperaturanstiegs-Detektionseinrichtung) 40 aneiner geeigneten Stelle abstromseitig von dem DPF 23 angeordnetund dient zum Detektieren der Temperatur T2 des Abgases nach demDurchtritt durch den NOx-Absorptionskatalysator 22. DerTemperatursensor (Abgastemperatur-Detektionseinrichtung) 36 undder Temperatursensor (Filtertemperaturanstiegs-Detektionseinrichtung) 40 bildendie Temperatur-Detektionseinrichtung.
    [0035] VerschiedeneSensoren zum Detektieren der Betriebsbedingungen des Motors 1,wie z.B. ein Luftstromsensor 34, sind elektrisch mit derEingangsseite der ECU 44 zusätzlich zu dem Temperatursensor 36,A/F-Sensor 38 und Temperatursensor verbunden. Mit der Ausgangsseiteder ECU 44 sind verschiedene Stellglieder, wie z.B. dasDrosselklappenventil 10 und das EGR-Ventil 28,elektrisch verbunden.
    [0036] DieECU 44 weist einen Abgasreinigungs-Steuerabschnitt (Abgasreinigungs-Steuereinrichtung) 46 auf,welcher so arbeitet, daß ereine oxidierende Atmosphäreerzeugt, in welcher in dem Abgas enthaltenes NOx durch den NOx-Absorptionskatalysator 22 absorbiertwird, wenn der Motor 1 einer normalen Steuerung unterliegt.Zum Zeitpunkt der Regenerationssteuerung für die Durchführung der Schwefelreinigungdes NOx-Absorptionskatalysators 22 und der Zwangsregenerationdes DPF 23 arbeitet der Abgasreinigungs-Steuerabschnitt 46 so,daß er dasStattfinden einer zusätzlichenEinspritzung nach dem oberen Kompressionstotpunkt bewirkt, und somiteine fette Spitze erzeugt, um den Motor 1 zur Abgabe einesAbgases mit hoher Temperatur zu veranlassen, das eine stöchiometrischeoder fette Atmosphäreerzeugt und in dem NOx-Absorptionskatalysator 22 eingeführt wird,wodurch die Temperaturen des NOx-Absorptionskatalysators 22 unddes DPF 23 erhöhtwerden. Anschließendarbeitet, wenn eine vorbestimmte Temperatur (gleich oder größer alsetwa 600°C)die fürdie Regeneration des DPF 23 erforderlich ist, erreichtist, der Abgasreinigungs-Steuerungsabschnitt 46 so, daß er dasAbgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischenfett und mager in Intervallen mit kurzer Dauer und mehrere Maleumschaltet.
    [0037] Wenndas Luft/Kraftstoff-Verhältnisfett ist, wird die Schwefelreinigung des NOx-Absorptionskatalysators 22 ineiner reduzierenden Atmosphäre ausgeführt, umdas absorbierte NOx freizusetzen und zu reduzieren und um die anhaftendenSchwefelkomponenten zu beseitigen, um somit den NOx-Absorptionskatalysator 22 zuregenerieren. Andererseits wird, wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerist, die Zwangsregeneration des DPF 23 ausgeführt. AlsReaktion auf eine Anforderung fürdie Schwefelreinigung des NOx-Absorptionskatalysators 22 oderfür dieRegeneration des DPF 23 arbeitet der Abgasreinigungs-Steuerungsabschnitt 46 so,daß er einezusätzlicheKraftstoffeinspritzung nach dem Abschluß einer Kraftstoffeinspritzungfür dieHauptverbrennung bewirkt, um so die Abgastemperatur zu erhöhen oderunverbrannten Kraftstoff an das Abgassystem auszugeben, so daß die Temperaturendes NOx-Absorptionskatalysators 22 und des DPF 23 angehobenwerden.
    [0038] Anschließend werdendie Funktionen der Abgasreinigungsvorrichtung erläutert.
    [0039] 2 ist ein Zeitdiagramm für die vonder Abgasreinigungs-Steuervorrichtung 46 ausgeführte Regenerationssteuerung.
    [0040] DerAbgasreinigungs-Steuerungsabschnitt 46 ist dafür gedacht,sowohl die Schwefelreinigung des NOx-Absorptionskatalysators 22 alsauch die Zwangsregeneration des DPF 23 während eines Temperaturanstiegsauszuführen.Wie dargestellt, wird währendder Dauer, in welcher die von dem Temperatursensor 36 detektierteKatalysatortemperatur T1 des NOx-Absorptionskatalysators 22 von 300°C auf eineTemperatur gleich oder größer als 600°C angehobenund dann auf 300°Cabgesenkt wird, die Regeneration durchgeführt, in welcher die Schwefelreinigungdes NOx-Absorptionskatalysators 22 und die Zwangsregenerationdes DPF 23 nahe beieinander liegend ausgeführt werden,so daß sie nahezugleichzeitig ausgeführtzu werden.
    [0041] Wenndas Luft/Kraftstoff-Verhältnisanstromseitig von dem NOx-Absorptionskatalysator 22 leicht fetteingestellt wird, nimmt ein Detektionswert des A/F-Sensors 38 voneinem Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (λ ist nahezugleich 2,0) in einer normalen Steuerung auf einen Wert auf der niedrigen λ-Seite ab.Währenddes Temperaturanstiegs wird NOx durch eine Reduzierungsfunktiondes NOx-Absorptionskatalysators 22 auf nahezu 0 gedrückt. DerAbgasreinigungs-Steuerabschnitt 46 liest die KatalysatortemperaturT1 des NOx-Absorptionskatalysators 22 aus dem Temperatursensor 36 aus,um die aktuelle Temperatur des NOx-Absorptionskatalysators 22 zuerfahren, und stellt auf der Basis der Katalysatortemperatur T1und der Katalysatoreigenschaft eine fette Haltedauer ein, so daß kein H2S von dem NOx-Absorptionskatalysator 22 aberSchwefelkomponenten in geeigneter Weise in der Form von SO2 freigesetzt werden.
    [0042] Fernerliest der Abgasreinigungs-Steuerabschnitt 46 ein Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ anstromseitigvon den NOx-Absorptionskatalysator 22 inder Richtung des Abgasstroms aus dem A/F-Sensor 38 aus,um das aktuelle Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisdes Motors 1 zu erfahren. Somit kann der Abgasreinigungs-Steuerungsabschnitt 46 eine Rückkopplungssteuerungdes Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnissesdes Motors 1 auf einen stöchiometrischen oder fettenWert steuern. Ein fettes Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wirdeingestellt, um eine leicht fette Atmosphäre zu erhalten, welche etwasfetter als die stöchiometrischeAtmosphäreist, wodurch die SO2-Freigabe stärker gefördert wird.Die Einstellung zum Erhalten einer stöchiometrischen Atmosphäre ist vondem Gesichtspunkt des Abgasverhaltens vorteilhaft, da eine NOx-Reinigungunter Verwendung einer Dreiwegefunktion des NOx-Absorptionskatalysators 22 sichergestelltist, und ferner kann die PM-Verbren nung in dem DPF 23 während des Temperaturanstiegsunterdrücktwerden, was es ermöglicht,eine lokale ungleichmäßige Rußregenerationin dem DPF 23 aufgrund einer unzureichenden Temperaturzu verhindern.
    [0043] Anschließend wird,wenn die von dem Temperatursensor 40 detektierte TemperaturT2 abstromseitig von dem DPF 23 gleich oder höher als600°C wird,das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisauf ein mageres (etwas magerer als λ = 1) umgeschaltet, welchesdann füreine vorbestimmte magere Haltedauer beibehalten wird. Zu diesemZeitpunkt wird die Zwangsregeneration des DPF 23 ausgeführt.
    [0044] Diemagere Haltedauer wird in dem Abgasreinigungs-Steuerabschnitt 46 eingestellt.Insbesondere werden eine Abscheidungsmenge der an dem NOx-Absorptionskatalysator 22 anhaftenderSchwefelkomponenten und die Abscheidungsmenge der von dem DPF 23 gesammeltenPM beim Start der Regenerationssteuerung auf der Basis der KatalysatortemperaturT1, der Abgastemperatur T2 und des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses λ abgeschätzt, dieausgelesen werden, und dann eine für die Schwefelreinigung erforderlichegesamte fette Dauer und eine fürdie PM-Verbrennung erforderliche gesamte magere Dauer ermittelt.
    [0045] Diemagere Haltedauer wird unter Verwendung der eingestellten fettenHaltedauer im Hinblick auf ein Betriebsverhältnis zwischen der gesamten fettenDauer und der gesamten mageren Dauer eingestellt. Somit werden diefetten und mageren Haltedauern des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnissesabhängigvon den Abscheidungsmengen eingestellt, und das Verhältnis zwischendiesen Dauern wird optimal eingestellt, um das Abgasverhalten zuverbessern.
    [0046] Wiefür diedurch den Abgasreinigungs-Steuerabschnitt 46 eingestelltenfetten und mageren Haltedauern wird, wenn auf der Basis der vondem Temperatursensor 40 abstromseitig von dem DPF 23 in derRichtung des Abgasstroms detektierten Abgastemperatur T2 festgestelltwird, daß dieVerbrennungsgeschwindigkeit zu hoch ist, die fette Haltedauer sokorrigiert, daß sieverlängertwird, oder die magere Haltedauer so korrigiert, daß sie verkürzt wird. DurchEinstellung der fetten und mageren Haltedauern auf diese Weise wirddie Regenerationsgeschwindigkeit des DPF 23 zweckmäßig gesteuert, umsicherzustellen, daß eineBeschädigungaufgrund eines abrupten Anstiegs in dem von der PM-Verbrennung bewirktenHeizwert verhindert wird.
    [0047] Indem Abgasreinigungs-Steuerabschnitt 46 wird ein mageresLuft/Kraftstoff-Verhältniseingestellt, indem das vorstehend erwähnte fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis imHinblick auf das Betriebsverhältniszwischen den gesamten fetten und mageren Dauern verwendet wird,oder indem eine Abgasströmungsmengeauf der Basis eines zeitlich gemittelten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und einer Luftmengeninformationfür denMotor 1 im Hinblick auf das Betriebsverhältnis verwendet wird. Dieses beruhtdarauf, daß berücksichtigtwird, daß die PM-Verbrennungsgeschwindigkeitabhängigvon dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Sauerstoffkonzentrationan einer Stelle anstromseitig von dem DPF 23) oder einerMenge der Sauerstoffzufuhr zu dem DPF 23 variiert.
    [0048] NachAblauf der vorbestimmten mageren Haltedauer wird das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltetund bei einem leicht fetten (leicht fetter als λ = 1) gehalten. Zu diesem Zeitpunktwird die Schwefelreinigung des NOx-Absorptionskatalysators 22 ausgeführt.
    [0049] NachAblauf der vorbestimmten fetten Haltedauer wird das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis wiederauf mager umgeschaltet und dieses Verhältnis für die vorbestimmte Dauer beibe halten,und danach wird das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf fett umgeschaltetund dann dort fürdie vorbestimmte Dauer beibehalten. Auf diese Weise findet die Umschaltung desAbgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisseszwischen fett und mager periodisch mehrere Male in einer kurzen Zeitdauerstatt, wodurch die Regenerationsgeschwindigkeit des DPF 23 zweckmäßig gesteuert wird,um somit eine Beschädigungund Schmelzung des DPF 23 aufgrund einer zu hohen Regenerationsgeschwindigkeitzu verhindern.
    [0050] Nachdemdie Zwangsregeneration des DPF 23 oder die Schwefelreinigungdes NOx-Absorptionskatalysators 22 für die erforderliche Zeitdauerdurchgeführtist, wird die Steuerung an die normale Dieselmotorsteuerung zurückgegeben.
    [0051] Wievorstehend erläutert,ist diese Erfindung mit der Abgasreinigungs-Steuereinrichtung 46 versehen,um periodisch des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zwischen fett undmager mehrere Male umzuschalten, wenn das DPF 23 die vorbestimmteTemperatur erreicht, was es ermöglicht,die Zwangsregeneration des DPF 23 und die Schwefelreinigungdes NOx-Absorptionskatalysators 22 sonahe wie möglichzueinander auszuführen,so sie nahezu gleichzeitig ausgeführt werden, indem ein fetteroder stöchiometrischerZustand währenddes Temperaturanstiegs genutzt wird, und ein periodischer fetterZustand währendder Regeneration des DPF 23 genutzt wird.
    [0052] Inder Zwangsregeneration des DPF 23 wird die PM-Verbrennungsgeschwindigkeitmittels einer periodischen Veränderungin dem Luft/Kraftstoff-Verhältnisunter ausreichenden Temperaturbedingungen gesteuert, und daher kanneine Beschädigungdes DPF 23 aufgrund eines außerordentlichen Temperaturanstiegsverhindert werden.
    [0053] Zusätzlich werdender NOx-Absorptionskatalysator 22 und das DPF 23 gleichzeitigin der Temperatur angehoben, und da her kann die Dauer und für die Temperaturanhebungerforderliche die Kraftstoffmenge verkleinert werden, was es ermöglicht, eineVerschlechterung im Kraftstoffverbrauch weiter zu verhindern.
    [0054] Wennder Temperaturanstieg in einer stöchiometrischen Atmosphäre durchgeführt wird,kann die Gesamtheit des NOx-Absorptionskatalysators 22 unddes DPF 23 angemessen in der Temperatur angehoben werden,währendgleichzeitig eine abrupte Regeneration des DPF 23 unterdrückt wird.
    [0055] 3 stellt eine zweite Ausführungsform dieserErfindung dar, welche im Aufbau dieselbe wie die erste Ausführungsformmit der Ausnahme des Katalysatoraufbaus ist, welcher hierin nachstehend imDetail erläutertwird.
    [0056] Indieser Ausführungsformist nur ein als Abgasreinigungseinheit dienendes DPF (Filter) 23A an einemabstromseitigen Abschnitt des Abgaskanals 20 angeordnet,und die ECU 44 weist einen Abgasreinigungs-Steuerabschnitt(Abgasreinigungs-Steuereinrichtung) 46A auf.
    [0057] DerAbgasreinigungs-Steuerabschnitt 46A arbeitet so, daß er dasDPF 23A zum Sammeln von PM zum Zeitpunkt der normalen Steuerungdes Motors 1 veranlaßt,und arbeitet so, daß erdas Stattfinden einer zusätzlichenEinspritzung nach dem Abschluß einerKraftstoffeinspritzung fürdie Hauptverbrennung zum Zeitpunkt der Regenerationssteuerung für die Zwangsregenerationdes DPF 23A veranlaßt,wodurch von dem Motor 1 abgegebenes Abgas mit hoher Temperaturzur Ausbildung eines stöchiometrischenoder fetten Abgases in das DPF 23A eingeführt wird,um somit die DPF-Temperatur anhebt. Wenn eine für die Regeneration des DPF 23A erforderlichevorbestimmte Temperatur (welche gleich oder höher als etwa 600°C ist) erzieltist, wird das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen fett und magerfür einekurze Zeitdauer umgeschaltet, um somit die Zwangsregeneration desDPF 23A auszuführen.
    [0058] Gemäß Darstellungin einem Zeitdiagramm von 4 wirddas Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis λ, welchesdurch den A/F-Sensor 38 detektiert wird, auf einen Werteingestellt, welcher etwas näheran dem stöchiometrischenals in der ersten Ausführungsformliegt, da diese Ausführungsformmit keinem NOx-Absorptionskatalysator versehen ist, und es dahernicht erforderlich ist, dessen Schwefelreinigung zu berücksichtigen.
    [0059] Aufdiese Weise wird gemäß dem Abgasreinigungs-Steuerabschnitt 46A dieserAusführungsformdas Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältniszwischen fett und mager in einer kurzen Zeitdauer umgeschaltet.Im Falle, daß dasAbgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerist, kann daher die Zwangsregeneration des DPF 23A durchgeführt werden,ohne eine zu hohe Regenerationsgeschwindigkeit zu bewirken, unddie fürdie Zwangsregeneration des DPF 23A erforderliche Zeitdauerkann im Vergleich zu der herkömmlichenverkürztwerden, was es ermöglicht,eine Verschlechterung im Kraftstoffverbrauch zu verhindern.
    [0060] Vorstehendwurden bevorzugte Ausführungsformendieser Erfindung erläutert.Diese Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, sondernkann in verschiedener Weise variiert werden, ohne von dem Schutzumfangder Erfindung abzuweichen.
    [0061] Beispielsweiseist in der ersten Ausführungsformder NOx-Absorptionskatalysator 22 anstromseitigvon dem DPF 23 in der Richtung der Abgasströmung unterBerücksichtigungder Tatsache angeordnet, daß dieTemperatur abstromseitig von dem DPF 23 in der Richtungder Abgasströmungdurch die Zwangsregeneration des DPF 23 angehoben wird. Jedochist die Erfindung nicht notwendigerweise darauf beschränkt. DerNOx-Absorptionskatalysator 22 kann abstromseitig von demDPF 23 in der Richtung der Abgasströmung angeordnet sein. Alternativkönnender NOx-Absorptionskatalysator 22 und das DPF 23 alsein Teil ausgebildet sein.
    [0062] Obwohldie Verwendung eines Dieselmotors zu bevorzugen ist, ist ein indieser Erfindung verwendeter Motor nicht darauf beschränkt. DieAbgasreinigungsvorrichtung füreinen Verbrennungsmotor gemäß dieserErfindung ist auf jedes von Motorsystemen unter der Voraussetzunganwendbar, daß deren Abgaskanalmit einem NOx-Absorptionskatalysator versehen ist, und in einemfetten Betriebsmodus betrieben werden kann.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor,mit: einem in Verbindung mit Zylindern des Verbrennungsmotorsangeordneten Abgassystem; einer Abgasreinigungseinheit miteinem Filter, das in dem Abgassystem für das Sammeln von in dem Abgasenthaltenen Feststoffen vorgesehen ist; einer Temperatur-Detektionseinrichtungzum Detektieren einer Temperatur der Abgasreinigungseinheit; und einerAbgasreinigungs-Steuereinrichtung zum Umschalten eines Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses desVerbrennungsmotors von fett auf mager, wenn die von der Temperatur-Detektionseinrichtungdetektierte Temperatur der Abgasreinigungseinheit eine vorbestimmteTemperatur erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß: dieAbgasreinigungs-Steuereinrichtung ein Variieren des Luft/Kraftstoff-Verhältnissesdes Verbrennungsmotors zwischen fett und mager in Intervallen einer vorbestimmtenDauer bewirkt, wenn die von der Temperatur-Detektionseinrichtungdetektierte Temperatur der Abgasreinigungseinheit eine vorbestimmte Temperaturerreicht.
    [2] Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobeidie Temperatur-Detektionseinrichtung eine abstromseitig von demFilter in dem Abgassystem vorgesehene Filtertemperaturanstiegs-Detektionseinrichtungaufweist, dadurch gekennzeichnet, daß: die Abgasreinigungs-Steuereinrichtungeine Zeitdauer, in welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist,und eine Zeitdauer, in welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerist, wobei diese Zeitdauern in der vorbestimmten Dauer liegen, abhängig vonTemperaturinformation korrigiert, die von der Filtertemperaturanstiegs-Detektionseinrichtung detektiertwird.
    [3] Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß: dieAbgasreinigungs-Steuereinrichtung veranlaßt, daß die Temperatur der Abgasreinigungseinheitals Reaktion auf eine Anforderung zur Regeneration des Filters angehobenwird.
    [4] Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorstehendenAnsprüche,dadurch gekennzeichnet, daß: dievorbestimmte Temperatur eine Temperatur ist, bei welcher die vondem Filter gesammelten Feststoffe brennbar sind.
    [5] Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorstehendenAnsprüche,wobei die Abgasreinigungseinheit anstromseitig oder abstromseitigvon dem Filter in dem Abgassystem angeordnet ist und einen NOx-Absorptionskatalysatorzum Absorbieren von in dem Abgas enthaltenden NOx zu dem Zeitpunkteines mageren Betriebs und zum Freisetzen und Reduzieren des absorbiertenNOx, wenn ein fetter Betrieb durchgeführt wird, aufweist, dadurchgekennzeichnet, daß: dieAbgasreinigungs-Steuereinrichtung das Abgas-Luft/-Kraftstoff-Verhältnis desVerbrennungsmotors zu einer Variation zwischen fett und mager inIntervallen einer vorbestimmten Dauer veranlaßt, wenn die von der Temperatur-Detektionseinrichtungdetektierte Temperatur des NOx-Ab sorptionskatalysators eine vorbestimmteTemperatur erreicht.
    [6] Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurchgekennzeichnet, daß: dieAbgasreinigungs-Steuereinrichtung eine Zeitdauer, in welcher dasAbgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisfett ist, auf der Basis der Katalysatortemperatur und der Katalysatoreigenschaftdes NOx-Absorptionskatalysators einstellt, und eine Zeitdauer, inwelcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnismager ist, auf der Basis der eingestellten Zeitdauer, in welcherdas Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisfett ist, und einer Abscheidungsmenge der Feststoffe auf dem Filterzu dem Zeitpunkt der Regenerationssteuerung für den NOx-Absorptionskatalysatoroder das Filter einstellt.
    [7] Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet, daß: dieAbgasreinigungs-Steuereinrichtung die Zeitdauer, in welcher dasAbgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisfett ist so einstellt, daß vondem NOx-Absorptionskatalysator absorbierte Schwefelkomponenten alsSchwefeldioxid freigesetzt werden.
    [8] Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,wobei die Temperatur-Detektionseinrichtung eine in dem Abgassystemangeordnete Abgastemperatur-Detektionseinrichtung, zum Detektiereneiner Temperatur des NOx-Absorptionskatalysators oder einer Abgastemperaturund eine abstromseitig von dem Filter in dem Abgassystem angeordneteFiltertemperaturanstiegs-Detektionseinrichtung aufweist, dadurchgekennzeichnet, daß: dieAbgasreinigungs-Steuereinrichtung die Zeitdauer, in welcher dasAbgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisfett ist, und die Zeitdauer, in welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerist, wobei diese Zeitdauern innerhalb der vorbestimmten Dauer liegen,abhängigvon Teilen der von der Abgastemperatur-Detektionseinrichtung undder Filtertemperaturanstiegs-Detektionseinrichtung detektiertenTemperaturinformation korrigiert.
    [9] Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis8, dadurch gekennzeichnet, daß: dieAbgasreinigungs-Steuereinrichtung ein Anheben der Temperatur derAbgasreinigungseinheit als Reaktion auf eine Anforderung für die Regenerationdes NOx-Absorptionskatalysatorsoder Filters bewirkt.
    [10] Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis9, dadurch gekennzeichnet, daß: dievorbestimmte Temperatur eine Temperatur ist, bei welcher in demNOx-Absorptionskatalysator absorbierte Schwefelkomponenten als Schwefeldioxidfreigesetzt werden können.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004019660B4|2009-12-03|
    JP2004324455A|2004-11-18|
    JP4203730B2|2009-01-07|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-01-27| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2010-05-27| 8364| No opposition during term of opposition|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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