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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem einer Verbrennungskraftmaschine, das eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung wie beispielsweise einen Partikelfilter aufweist, und das in einem Abgasdurchtritt einen Katalysator aufweist. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Abgasreinigungssystem mit einer Einrichtung zum Vermeiden einer Katalysatorvergiftung wegen zu einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeführten Kohlenwasserstoffs.
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Zurückliegend wurde ein Abgasreinigungssystem für die Behandlung eines von einer Verbrennungskraftmaschine abgegebenen Gases mit einem Katalysator oder einem Filter, um ein Abgeben von schädlichen Bestandteilen zu verhindern, als Umweltschutzmassnahme hervorgehoben. Als ein Beispiel solch eines Abgasreinigungssystems gibt es ein Abgasreinigungssystem zum Sammeln von von einem Dieselmotor abgegebenen Partikelbestandteilen mit einem Dieselpartikelfilter (DPF), der in einem Abgasrohr vorgesehen ist. Das Abgasreinigungssystem verbrennt und vernichtet die gesammelten Partikelbestandteile regelmäßig. Auf diese Weise wird der DPF regeneriert und kann fortlaufend verwendet werden.
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Die Regenerierung des DPF wird durchgeführt, wenn eine Menge der auf der Oberfläche des DPF angesammelten Partikelbestandteile (PM-Ansammlungsmenge) größer wird als eine vorbestimmte Menge. Die PM-Ansammelmenge wird ausgehend von einem Druckunterschied über den DPF berechnet. Um den DPF zu regenerieren wird unverbrannter Kohlenwasserstoff (HC) zu dem DPF zugeführt, indem eine Nacheinspritzung oder Ähnliches durchgeführt wird. Der zugeführte Kohlenwasserstoff wird mit einem Oxidationskatalysator verbrannt, der im Voraus auf der Oberfläche des DPF gelagert ist. Durch die Verbrennung des unverbrannten Kohlenwasserstoffs erzeugte Hitze kann die Temperatur des DPF über eine bestimmte Temperatur (zum Beispiel 600°C) erhöhen, über der die Partikelbestandteile verbrannt werden können.
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Falls die jedoch die Temperatur des DPF zu diesem Zeitpunkt niedrig ist, wird die Geschwindigkeit der katalytischen Reaktion verringert. Falls in diesem Zustand eine große Menge von Kohlenwasserstoff zugeführt wird, haftet sich zugeführter Kohlenwasserstoff an einer Oberfläche des Katalysators an. Als Ergebnis ist die Diffusion des Abgases mit den schädlichen Bestandteilen in die Nähe des Katalysators unterdrückt, und somit die katalytische Reaktion behindert. Auf diese Weise wird ein Problem der Katalysatorvergiftung wegen des Kohlenwasserstoffes (Kohlenwasserstoffvergiftung) verursacht. Die Kohlenwasserstoffvergiftung wird durch das physikalische Anhaften von Kohlenwasserstoff bei dem Katalysator verursacht. Deswegen kann die katalytische Aktivität durch das Halten des DPF bei hohen Temperaturen und durch das Fördern des Lösens von an dem Katalysator anhaftenden Kohlenwasserstoff wiederhergestellt werden. Eine die obigen Grundlagen einsetzende und sich auf einen Regenerierungsvorgang des mit dem Kohlenwasserstoff vergifteten Katalysators beziehende Technologie ist beispielsweise in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung Nr. H 11-257125 (
JP H11-257 125 A , im Folgenden Patentschrift 1) offenbart.
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Ein System zum Reinigen von Stickoxiden (NOx) mit dem Katalysator ist in der Patentschrift 1 offenbart. Dieses System hat eine Bestimmungseinrichtung zum Berechnen einer an dem Katalysator anhaftenden Kohlenwasserstoffmenge und zum Bestimmen der Katalysatorvergiftung ausgehend davon, ob die Menge des anhaftenden Kohlenwasserstoffes größer ist als eine vorbestimmte Menge oder nicht. Auf diese Weise führt das System eine Betätigung zum Beseitigen der Katalysatorvergiftung durch, wenn bestimmt wird, dass der Katalysator vergiftet ist. Die Betätigung zum Beseitigen der Katalysatorvergiftung wird durch das Schließen eines Einlassdrosselventils und das Öffnen eines Abgasrezirkulationsventils (EGR-Ventil) des Abgases durchgeführt. Auf diese Weise wird ein Temperaturabfall des Katalysators verhindert. Darüber hinaus werden das Lösen und die Oxidation des Kohlenwasserstoffes gefördert und die Temperatur des Katalysators wird mit der Oxidationsreaktionshitze erhöht. In dem System werden die Kohlenwasserstoffe stromaufwärts von dem Katalysator beigefügt, um die Stickoxide zu verringern und zu reinigen.
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Insbesondere gestattet das in der Patentschrift 1 offenbarte Verfahren die Erzeugung der Katalysatorvergiftung wegen des Kohlenwasserstoffes und ergreift erst Maßnahmen, nachdem die Kohlenwasserstoffvergiftung erzeugt wurde. Falls jedoch der Katalysator einmal mit Kohlenwasserstoff vergiftet ist, dauert es lange Zeit die Vergiftung zu beseitigen. Darüber hinaus kann die Reinigung der schädlichen Bestandteile nicht durchgeführt werden, bis die Kohlenwasserstoffvergiftung beseitigt ist. Insbesondere wird der anhaftende Kohlenwasserstoff karbonisiert, falls eine Einlassendfläche des DPF dem Abgas mit hoher Temperatur ausgesetzt sind, nachdem die Einlassendfläche mit dem Kohlenwasserstoff vergiftet wurde. Es besteht eine Möglichkeit, dass der karbonisierte Kohlenwasserstoff schlimmstenfalls die Einlassendfläche des DPF blockiert. Um den karbonisierten Kohlenwasserstoff zu beseitigen, muss der karbonisierte Kohlenwasserstoff durch das Halten des blockierten Abschnitts bei einer sehr hohen Temperatur (600°C oder höher zum Beispiel) für eine lange Zeit gehalten werden. Es ist jedoch schwierig die hohe Temperatur für eine lange Zeit bei einem normalen Betriebszustand zu halten, der einen großen Teil der aktuellen Reise in Anspruch nimmt, bei dem die Abgastemperatur niedrig ist (300°C oder niedriger zum Beispiel). Als Ergebnis wird der Treibstoffverbrauch stark erhöht.
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Deswegen sollte die Kohlenwasserstoffvergiftung selbst vermieden werden, anstelle Maßnahmen zu ergreifen, nachdem die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wurde. Insbesondere erfordert der DPF die Zufuhr einer großen Menge von Kohlenwasserstoff durch die Nacheinspritzung und Ähnliches, um die angesammelten Partikelbestandteile zu verbrennen. Deswegen ist der DPF geneigt mit Kohlenwasserstoff vergiftet zu werden. Falls die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wird, kann die Temperatur des DPF nicht schnell erhöht werden, so dass die Partikelbestandteile nicht geeignet verbrannt werden können. Deswegen ist ein Vermeiden der Kohlenwasserstoffvergiftung wichtig.
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Aus der Druckschrift
WO 02/08631 A1 ist eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren derselben bekannt. Gemäß dieser Druckschrift ist ein Filter, der Partikelmaterial in einem Abgas speichert, in einem Abgaskanal einer Maschine angeordnet und ein Katalysator mit einer Dreiwegefunktion ist an dem Filter getragen. Dann wird bei der Filterregenerierung ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis an einem Auslass des Filters gesteuert, um in einem stöchiometrischen Verhältnis zu sein. Während der Filter nicht regeneriert wird, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an einem Einlass des Filters zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an dem Auslass des Filters gleichwertig.
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Hingegen ist während der Regenerierung des Filters das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an dem Einlass des Filters von dem an dem Auslass des Filters verschieden, weil der Sauerstoff in dem Abgas infolge des Verbrennens des Partikelmaterials in dem Filter verbraucht wird. Demzufolge wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des abgases an dem Auslass des Filters auf ein stöchiometrisches Verhältnis gesteuert und als ein Ergebnis liegt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis an dem Einlass des Filters auf einer mageren Seite (hohe Sauerstoffkonzentration).
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, das in der Lage ist, ein Vergiften des Katalysators wegen Kohlenwasserstoff zu verhindern, der in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorgesehen ist. Auf diese Weise kann ein Vorgang zum Wiederherstellen der katalytischen Aktivität ausgelassen werden, und so kann eine Verschlechterung der Fähigkeit Partikelbestandteile zu verbrennen oder der Fähigkeit schädliche Bestandteile zu reinigen wegen des Wiederherstellvorgangs der katalytischen Aktivität verhindert werden. Währenddessen kann eine Karbonisierung des anhaftenden Kohlenwasserstoffes verhindert werden. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Katalysators für eine lange Zeit erhalten werden und eine sehr zuverlässige Vorrichtung bereitgestellt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden gemäß den abhängigen Ansprüchen ausgeführt.
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Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung hat ein Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung, eine Temperaturfühlvorrichtung, eine Kohlenwasserstoffzufuhrvorrichtung, und eine Kohlenwasserstoffzufuhrmengensteuereinrichtung. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist in einem Abgasdurchtritt der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen und lagert auf ihrer Oberfläche einen Katalysator. Die Temperaturfühleinrichtung bestimmt die Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung. Die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung führt Kohlenwasserstoffe zu der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu. Die Kohlenwasserstoffzufuhrmengensteuereinrichtung bestimmt einen oberen Grenzwert einer zulässigen Kohlenwasserstoffmenge, die gemäß der durch die Temperaturfühleinrichtung bestimmten Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeführt wird. Die Kohlenwasserstoffzufuhrmengensteuereinrichtung steuert die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung so, dass die Menge der zu der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeführten Kohlenwasserstoffe den oberen Grenzwert nicht übersteigt.
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Die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung beeinflusst das Vergiften wegen der Kohlenwasserstoffe (die Kohlenwasserstoffvergiftung) stark. Deswegen wird der obere Grenzwert der zulässigen Menge der zugeführten Kohlenwasserstoffe gemäß der Temperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung bestimmt. Währenddessen wird die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung so gesteuert, dass die Menge der zugeführten Kohlenwasserstoffe den oberen Grenzwert nicht übersteigt. Auf diese Weise kann die Kohlenwasserstoffvergiftung selbst verhindert werden, wobei ein Vorgang zum Wiederherstellen der katalytischen Aktivität nicht notwendig ist. Deswegen können Probleme verhindert werden, dass der Reinigungswirkungsgrad während des Wiederherstellvorgangs der katalytischen Fähigkeit verschlechtert wird, oder eine Karbonisierung von anhaftenden Kohlenwasserstoffen verhindert werden. Auf diese Weise kann eine sehr zuverlässige Vorrichtung mit einem hohen katalytischen Wirkungsgrad bereitgestellt werden.
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Sowohl Merkmale und Vorteile einer Ausführungsform als auch Betriebsverfahren und die Funktion der betreffenden Teile werden aus einer Studie der folgenden ausführlichen Beschreibung, der angehängten Ansprüche und der Zeichnungen, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden, erkannt werden. In den Zeichnungen:
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1 ist eine schematische Skizze und zeigt ein Abgasreinigungssystem einer Verbrennungskraftmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist ein Diagramm und zeigt einen Bereich, in dem eine Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wird, ausgehend von Koordinatenachsen der DPF-Einlassgastemperatur und der DPF-Einlassgaskohlenwasserstoffmenge;
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3 ist ein Diagramm und zeigt eine durch die Verbrennung in dem Motor erzeugte Kohlenwasserstoffmenge, ausgehend von Koordinatenachsen der Motordrehzahl und des Ausgangsmoments;
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4 ist ein Diagramm und zeigt eine Nacheinspritzmenge, ausgehend von Koordinatenachsen der Motordrehzahl und des Ausgangsmoments;
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5 ist ein Diagramm und zeigt ein Verhältnis zwischen der Nacheinspritzmenge und verbrannten Teilen der Nacheinspritzmenge ausgehend von dem Ausgangsmoment;
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6 ist ein Flussdiagramm und zeigt eine durch eine elektrische Regelungseinheit durchgeführte Regelung des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform; und
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7 ist ein Zeitdiagramm und zeigt eine Auswirkung des Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
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Mit Bezug auf 1 ist ein Abgasreinigungssystem eines Dieselmotors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform dargelegt. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 3 als eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung ist zwischen einem stromaufwärtigen Abgasrohr 2a und einem stromabwärtigen Abgasrohr 2b als Abgasdurchtritte des Motors 1 vorgesehen. Der DPF 3 trägt auf seiner Oberfläche einen Oxidationskatalysator. Zum Beispiel ist der DPF 3 aus hitzebeständigen Keramiken wie zum Beispiel Cordierit in der Form einer eine Vielzahl von Zellen als Gasdurchtritte aufweisenden Honigwabe ausgebildet. Ein Einlass oder ein Auslass jeder Zelle des DPF 3 werden abwechselnd blockiert. Der Oxidationskatalysator wie zum Beispiel Platin wird auf der Oberfläche der Zellenwände des DPF 3 angewendet. Von dem Motor 1 abgegebenes Abgas fließt stromabwärts, während es durch die porösen Trennwände des DPF 3 durchtritt. Unterdessen werden in dem Abgas enthaltene Partikelbestandteile durch die Trennwände gesammelt und allmählich in dem DPF 3 angehäuft.
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Ein Abgastemperatursensor 41 ist in dem stromaufwärtigen Abgasrohr 2a stromaufwärts von dem DPF 3 vorgesehen. Ein anderer Abgastemperatursensor 42 ist in dem stromabwärtigen Abgasrohr 2b stromabwärts von dem DPF 3 vorgesehen. Die Abgastemperatursensoren 41, 42 sind mit einer elektronischen Regelungseinheit (ECU) 6 verbunden. Der Abgastemperatursensor 41 fühlt die Temperatur des Abgases bei einem Einlass des DPF 3 und gibt die Temperatur zu der ECU 6 aus. Der Abgastemperatursensor 42 fühlt die Temperatur des Abgases bei einem Auslass des DPF 3 und gibt die Temperatur zu der ECU 6 aus. Der stromaufwärtige Abgastemperatursensor 41 wird als eine Temperaturfühleinrichtung zum Bestimmen der Temperatur des DPF 3 bei der Kohlenwasserstoffzufuhrmengensteuerung (später erklärt) eingesetzt. Ein Luftflussmesser (ein Einlassmengensensor) 43 ist in einem Einlassrohr des Motors 1 vorgesehen. Der Luftflussmesser 43 fühlt die Einlassluftmenge und gibt die Einlassluftmenge zu der ECU 6 aus. Das Einlassrohr ist mit dem stromaufwärtigen Abgasrohr 2a stromaufwärts des DPF 3 durch einen Abgasrezirkulationsdurchtritt (EGR-Durchtritt) 71 mit einem Abgasrezirkulationsventil (EGR-Ventil) 7 verbunden. Die ECU 6 steuert den Antrieb des EGR-Ventils 7.
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Ein Druckunterschiedssensor 5 ist mit dem stromaufwärtigen Abgasrohr 2a und dem stromabwärtigen Abgasrohr 2b verbunden, um eine Menge der in dem DPF 3 gesammelten und angehäuften Partikelbestandteile zu messen, (im Folgenden Partikelbestandeilanhäufungsmenge), indem ein Druckunterschied über dem DPF 3 gefühlt wird. Ein Ende des Druckunterschiedsensors 5 ist mit dem stromaufwärtigen Abgasrohr 2a durch ein Druckeinführungsrohr 51 verbunden. Das andere Ende des Druckunterschiedssensors 5 ist mit dem stromabwärtigen Abgasrohr 2b durch ein anderes Druckeinführungsrohr 52 verbunden. Der Druckunterschiedsensor 5 gibt ein Signal entsprechend dem Druckunterschied über dem DPF 3 zu der ECU 6 aus. Die ECU 6 berechnet die Partikelbestandteilanhäufungsmenge ausgehend von dem Druckunterschied über dem DPF 3. Die ECU 6 führt eine Wiederherstellungsregelung des DPF 3 durch, wenn die Partikelbestandteilanhäufungsmenge eine vorbestimmte Menge übersteigt.
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Darüber hinaus ist die ECU 6 mit verschiedenen Sensoren verbunden, wie zum Beispiel einem Beschleunigerpositionssensor 61 oder einem Drehzahlsensor 62. Die ECU 6 verfasst einen Betriebszustand ausgehend von Erfassungssignalen, die von den verschiedenen Sensoren ausgegeben wurden, und berechnet die optimale Treibstoffeinspritzmenge, Einspritzzeit, Einspritzdruck und ähnliches gemäß dem Betriebszustand. Auf diese Weise regelt die ECU 6 die Treibstoffeinspritzung in den Motor 1. Die ECU 6 steuert eine Menge des zu der Einlassluft rezirkulierten Abgases (eine EGR-Menge) durch das Regulieren eines Öffnungsgrades des EGR-Ventils 7.
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Die ECU 6 hat eine Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung zum Zuführen des Kohlenwasserstoffs zu dem DPF 3, um die angehäuften Partikelbestandteile bei der Regenerierung des DPF 3 zu verbrennen. Die zugeführten Kohlenwasserstoffe werden durch den Oxidationskatalysator verbrannt, der auf der Oberfläche der Zellenwände des DPF 3 getragen wird. Die durch die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe erzeugte Wärme erhöht die Temperatur des DPF 3 über eine bestimmte Temperatur, bei der die Partikelbestandteile verbrannt werden können. Um die Kohlenwasserstoffe zuzuführen führt die Kohlenwasserstoffzuführeinrichtung einen Vorgang wie zum Beispiel eine Nacheinspritzung, Zurückhaltung der Treibstoffeinspritzzeit und Beschränkung der Einlassluftmenge oder eine Kombination aus diesen durch.
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Falls jedoch die Temperatur des DPF 3 zu diesem Zeitpunkt niedrig ist, besteht eine Möglichkeit, dass die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht werden kann. Falls eine große Menge Kohlenwasserstoff zu dem Katalysator zugeführt wird, wenn die Geschwindigkeit der Oxidationsreaktion durch den Oxidationskatalysator wegen der niedrigen Katalysatortemperatur niedrig ist, wird der zugeführte Kohlenwasserstoff sich an der Oberfläche des Katalysators anhaften. Als Ergebnis ist die katalytische Reaktion behindert, da die Diffusion des die schädlichen Bestandteile enthaltenden Gases in der Nähe des Katalysators (Platin und ähnliches) verhindert ist. Dieses Phänomen ist die Kohlenwasserstoffvergiftung. Die Kohlenwasserstoffvergiftung wird durch das physikalische Anhaften des Kohlenwasserstoffs an dem Katalysator verursacht. Deswegen kann die Kohlenwasserstoffvergiftung umgekehrt durch das Verringern der Kohlenwasserstoffzufuhrmenge und das Halten des Katalysators bei einer hohen Temperatur vernichtet werden.
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Deswegen hat die ECU 6 in der vorliegenden Ausführungsform eine Kohlenwasserstoffzufuhrmengensteuereinrichtung, um einen oberen Grenzwert einer zulässigen Menge Kohlenwasserstoff zu bestimmen, die zu dem DPF 3 gemäß der Temperatur des DPF 3 zugeführt wird, und um die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung so zu steuern, dass die Menge der tatsächlich zugeführten Kohlenwasserstoffe den oberen Grenzwert nicht übersteigt. Ein aus 2 ersichtliches Diagramm basiert auf von den Erfindern durchgeführten Experimenten. Das Diagramm in 2 zeigt einen Bereich „A”, wo keine Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wird, und einen anderen Bereich „B”, wo die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wird, ausgehend von Achsen der Abgastemperatur stromaufwärts von dem DPF 3, oder der DPF-Einlasstemperatur Tin (°C), und der Menge der zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffe, oder einer Einlassgaskohlenwasserstoffmenge Hcin (g/min). In 2 stellen Kreuzmarkierungen Ergebnisse eines Experiments dar, in dem die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wurde. Runde Markierungen stellen die Ergebnisse des Experiments dar, in denen die Kohlenwasserstoffvergiftung nicht verursacht wurde. In 2 wird bestimmt, dass die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wird, falls die Änderung der DPF-Temperatur TDPF (oder ein Ansteigen der DPF-Temperatur TDPF per Zeiteinheit), nachdem der Kohlenwasserstoff zugeführt wurde, geringer ist als ein vorbestimmter Wert. Andererseits wird bestimmt, dass die Kohlenwasserstoffvergiftung nicht verursacht wurde. Dies kommt deswegen vor, da die Katalysatortemperatur sich schnell erhöhen wird, falls keine Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wird, und das Ansteigen der Katalysatortemperatur verringert werden wird, falls die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wird.
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Wie aus 2 ersichtlich ist, hängt es stark von der Temperatur Tin des Abgases ab, das die zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffe enthält, ob die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wird oder nicht. Falls die Temperatur Tin des Abgases stromaufwärts von dem DPF 3 gleich oder niedriger als 250°C ist, ist die Möglichkeit einer Kohlenwasserstoffvergiftung sehr hoch. Falls die Temperatur des Abgases stromaufwärts von dem DPF 3 höher ist als 250°C, ist die Möglichkeit einer Kohlenwasserstoffvergiftung verringert, da die Temperatur Tin des Abgases stromaufwärts von dem DPF 3 ansteigt. In diesem Fall ist der obere Grenzwert HCup der zulässigen Menge des zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffes erhöht, da die Temperatur Tin des Abgases stromaufwärts von dem DPF 3 ansteigt. Der obere Grenzwert HCup des Kohlenwasserstoffes zum Verhindern der Kohlenwasserstoffvergiftung ist ausgehend von dem Diagramm in 2 bestimmt, wobei angenommen wird, dass die DPF-Temperatur TDPF mit der DPF-Einlassgastemperatur Tin zusammenfällt, die durch den Abgastemperatursensor 41 gefühlt wurde. Die ECU 6 hat eine Kohlenwasserstoffmengenfühleinrichtung zum Fühlen der Kohlenwasserstoffmenge, die in dem Abgas enthalten ist und zu dem DPF 3 zugeführt wird. Dann bestimmt die ECU 6 durch das Vergleichen der gefühlten Kohlenwasserstoffmenge mit dem oberen Grenzwert, ob die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht wird oder nicht. Die Kohlenwasserstoffmengenfühleinrichtung berechnet die Menge HCact des tatsächlich zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffe aus einer von einer Verbrennung herrührenden Menge HCcom des durch die Verbrennung in dem Motor 1 erzeugten Kohlenwasserstoffes und einer Zufuhr herrührenden Menge HCsup des durch die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung zugeführten Kohlenwasserstoffes, ausgehend von der folgenden Formel (1). HCact = HCcom + HCsup (1)
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Genauer ist die Menge HCact des tatsächlich zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffes, die die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht, die Summe der von der Verbrennung herrührenden Menge HCcom des durch die Verbrennung in dem Motor 1 erzeugten Kohlenwasserstoffes und der von der Zufuhr herrührenden Menge HCsup des durch die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung durch die Nacheinspritzung und ähnliches zugeführten Kohlenwasserstoffes.
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Genauer wird die von der Verbrennung herrührende Menge HCcom des Kohlenwasserstoffes ausgehend von dem Betriebszustand des Motors wie zum Beispiel der Motordrehzahl oder dem Ausgangsmoment berechnet.
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Zum Beispiel zeigt ein Diagramm in 3 die von der Verbrennung ausgehende Menge HCcom des durch die Verbrennung in dem Motor 1 erzeugten Kohlenwasserstoffes ausgehend von den Achsen der Motordrehzahl NE und dem Ausgangsmoment. Die von der Verbrennung herrührende Menge HCcom erhöht sich entlang einer Pfeilmarkierung in 3. Eine durchgehende Linie „MAX” in 3 stellt den Maximalwert des Ausgangsmomentes dar. Die Beziehung zwischen dem Betriebszustand und der von der Verbrennung ausgehenden Menge HCcom wird im voraus gespeichert, so dass die von der Verbrennung stammende Menge HCcom des Kohlenwasserstoffes einfach aus der Motordrehzahl NE und dem Ausgangsmoment berechnet werden kann.
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Die von der Zufuhr stammende Menge HCsup des durch die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung zugeführten Kohlenwasserstoffes kann ausgehend von einem Betriebsgrad der Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung (zum Beispiel der Nacheinspritzmenge) und dem Motorzustand (zum Beispiel dem Ausgangsmoment) berechnet werden.
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Ein Diagramm in 4 zeigt die Nacheinspritzmenge Qpost unter verschiedenen Motorbetriebszuständen ausgehend von den Achsen der Motordrehzahl NE und dem Ausgangsmoment. Die Nacheinspritzmenge Qpost erhöht sich entlang einer Pfeilmarke in 4. Die Nacheinspritzmenge Qpost ist die Grundnacheinspritzmenge, die für jeden Motorbetriebszustand im voraus eingestellt wird. Ein Teil des in der Nacheinspritzung eingespritzten Treibstoffs wird in dem Zylinder verbrannt. Deswegen fällt die Nacheinspritzmenge Qpost nicht notwendigerweise mit der tatsächlichen Menge Kohlenwasserstoff zusammen, die durch die Nacheinspritzung zugeführt wird. Deswegen wird in der vorliegenden Ausführungsform die von der Zufuhr herrührende Menge HCsup des durch die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung zugeführten. Kohlenwasserstoffes berechnet, während die in dem Zylinder verbrannte Kohlenwasserstoffmenge Qcom berücksichtigt wird.
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Die Menge HCsup des tatsächlich zu dem DPF 3 durch die Nacheinspritzung zugeführten Kohlenwasserstoffes verändert sich gemäß dem Motorausgangsmoment und ähnlichem. Dies ist, da sich die Menge Qcom des in dem Zylinder eingespritzten Treibstoffes, die ein Teil der Nacheinspritzmenge Qpost ist, gemäß der Temperatur in dem Zylinder und der Nacheinspritzzeit ändert. Deswegen wird die in dem Zylinder verbrannte Treibstoffmenge Qcom der Nacheinspritzmenge Qpost ausgehend von einem Diagramm in 5 berechnet, dass das Verhältnis zwischen der Nacheinspritzmenge Qpost und der in dem Zylinder verbrannten Treibstoffmenge Qcom in der Nacheinspritzmenge Qpost zeigt. In 5 stellt eine durchgehende Linie „TL” die verbrannte Menge Qcom zu dem Zeitpunkt dar, wenn das Ausgangsmoment groß ist. Eine durchgehende Linie „TM” stellt die verbrannte Menge Qcom zu dem Zeitpunkt dar, wenn das Ausgangsmoment mittel ist. Eine durchgehende Linie „TS” stellt die verbrannte Menge Qcom zu dem Zeitpunkt dar, wenn das Ausgangsmoment klein ist. Die von der Zufuhr herrührende Menge HCsup des durch die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung zugeführten Kohlenwasserstoffes kann aus der Basisnacheinspritzmenge Qpost und der in dem Zylinder verbrannten Treibstoffmenge Qcom in der Nacheinspritzmenge Qpost ausgehend von der folgenden Formel (2) berechnet werden. in der Formel (2) stellt C1 einen konstanten Wert zum Umwandeln der Menge des eingespritzten Treibstoffs in die Kohlenwasserstoffmenge dar. HCsup = (Qpost – Qcom) × C1 (2)
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Die ECU 6 vergleicht die Menge des zugeführten Kohlenwasserstoffes, die durch die Kohlenwasserstoffmengenfühleinrichtung berechnet wird, mit dem oberen Grenzwert HCup der Kohlenwasserstoffmenge zum Verhindern der Kohlenwasserstoffvergiftung. Falls die Menge des zugeführten Kohlenwasserstoffes den oberen Grenzwert HCup übersteigt, bestimmt die ECU 6, dass die Kohlenwasserstoffvergiftung verursacht werden kann, und dass die Menge des durch die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung durch die Nacheinspritzung und ähnliches zugeführten Kohlenwasserstoffes verringert ist. Auf diese Weise kann die Erzeugung der Kohlenwasserstoffvergiftung durch das Steuern der Menge des zugeführten Kohlenwasserstoffes unter dem oberen Grenzwert HCup verhindert werden.
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Die Ausgangsnacheinspritzmenge Qpost, die aus 4 ersichtlich ist, wird durch einen Prüfstandversuch des Motors 1 in einem Zustand berechnet, bei dem die Temperatur des DPF 3 ausreichend stabilisiert ist. Im Allgemeinen wird die Ausgangsnacheinspritzmenge Qpost so bestimmt, dass die tatsächliche Nacheinspritzmenge so groß wie möglich wird, um die Temperatur des DPF 3 schnell zu erhöhen. Deswegen besteht eine Möglichkeit, dass die Temperatur des DPF 3 zu dem Zeitpunkt, bei dem das System tatsächlich an einem Fahrzeug montiert ist und betätigt wird, nicht mit der Temperatur des DPF 3 zu dem Zeitpunkt übereinstimmt, wenn die Ausgangsnacheinspritzmenge Qpost des Prüfstands des Motors 1 berechnet wurde, sogar wenn die Betriebsbedingungen des Motors 1 gleich sind. Insbesondere wird solch eine Situation in einem Zeitraum direkt nach dem Start des Motors oder zum Beispiel in einem frühen Beschleunigungszustand auftreten. Um solch eine Situation zu vermeiden, korrigiert das System der vorliegenden Ausführungsform die Zufuhrmenge der Kohlenwasserstoffe und führt die geeignete Menge Kohlenwasserstoffe zu. Auf diese Weise kann die Kohlenwasserstoffvergiftung verhindert werden.
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Als Nächstes wird die durch die ECU 6 durchgeführte Kohlenwasserstoffzufuhrmengensteuerung ausgehend von einem in 6 gezeigten Flussdiagramm durchgeführt.
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Zuerst wird in Schritt S101 bestimmt, ob die Kohlenwasserstoffzufuhreinrichtung die Kohlenwasserstoffe zu dem DPF 3 zuführt oder nicht. In der vorliegenden Ausführungsform wird in Schritt S101 bestimmt, ob die Bedingung zur Durchführung der Nacheinspritzung eingeführt ist oder nicht. Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S101 „JA” ist, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S102 voran. In Schritt S102 werden die Motordrehzahl und die Beschleunigerposition ACCP von dem Drehzahlsensor 62 und dem Beschleunigerpositionssensor 61 eingegeben. In der Zwischenzeit wird die Temperatur Tin des Abgases stromaufwärts von dem DPF 3 von dem Abgastemperatursensor 41 eingegeben. Falls das Ergebnis der Bestimmung in Schritt S101 „NEIN” ist, wird die Verarbeitung beendet, ohne dass die Nacheinspritzung durchgeführt wird.
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Die Nacheinspritzung wird durchgeführt, um den DPF 3 durch das Verbrennen der Partikelbestandteile zu generieren, wenn die Partikelbestandteilanhäufungsmenge die vorbestimmte Menge überschreitet. Genauer wird eine kleine Treibstoffmenge zusätzlich eingespritzt, nachdem die Haupttreibstoffeinspritzung zum Betrieb des Motors durchgeführt wurde, oder während einem Ausdehnungstakt nach dem oberen Totpunkt. Auf diese Weise wird unverbrannter Kohlenwasserstoff erzeugt und der Kohlenwasserstoff wird zu dem DPF 3 zugeführt. Der zu dem DPF 3 zugeführte Kohlenwasserstoff wird durch den auf der Oberfläche des DPF 3 getragenen Katalysator verbrannt. Der DPF 3 wird durch die Verbrennungshitze auf eine hohe Temperatur (zum Beispiel über 500°C) erhitzt, so dass die Partikelbestandteile auf der Oberfläche des DPF 3 verbrannt werden. Ein ähnlicher Effekt kann durch das Zurückhalten der Treibstoffeinspritzzeit oder durch das Erhöhen der EGR-Menge zusätzlich zu der Nacheinspritzung erreicht werden.
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Ob die Partikelbestandteilanhäufungsmenge die vorbestimmte Menge erreicht hat oder nicht wird durch das Vergleichen der Partikelbestandteilanhäufungsmenge mit der vorbestimmten Menge bestimmt. Die Partikelbestandteilanhäufungsmenge wird ausgehend von dem Druckunterschied über den DPF 3 berechnet, der durch den Druckunterschiedssensor 5 gefühlt wird. Die Partikelbestandteilanhäufungsmenge kann ausgehend von dem Druckunterschied über den DPF 3 berechnet werden, da der Druckunterschied, der erzeugt wird, wenn eine vorbestimmte Menge des Abgases durch den DPF 3 durchtritt, mit der Partikelbestandteilanhäufungsmenge korreliert. Diese Korrelation wurde im voraus durch Experimente und ähnliches erhalten. Die Menge des Abgases wird aus der Einlassluftmenge, die durch den Luftflussmesser 43 gefühlt wird, die Temperatur der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des DPF 3, die durch die Abgastemperatursensoren 41, 42 gefühlt wird, den Druckunterschied, der durch den Druckunterschiedssensor 5 gefühlt wird, und ähnliches berechnet.
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Dann wird in Schritt S103 die von der Verbrennung ausgehende Menge HCcom des von dem Motor 1 abgegebenen Kohlenwasserstoffes aus der Motordrehzahl NE und dem aus der Beschleunigerposition ACCP berechneten Motorausgangsmoment ausgehend von dem Verhältnis in 3 berechnet. Dann wird in Schritt S104 die Ausgangsnacheinspritzmenge Qpost ausgehend von der Motordrehzahl NE und dem Motorausgangsmoment ausgehend von 4 berechnet.
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Danach wird in Schritt S105 die Menge Qcom des in dem Zylinder verbrannten Treibstoffes in der Nacheinspritzmenge Qpost aus der in Schritt S104 berechneten Ausgangsnacheinspritzmenge Qpost und dem Motorausgangsmoment ausgehend von 5 berechnet. Wie aus 5 ersichtlich ist, erhöht sich die Menge Qcom des in dem Zylinder verbrannten Treibstoffes und die Temperatur in dem Zylinder steigt, wenn das Ausgangsmoment sich erhöht. Deswegen erhöht sich die Menge Qcom des in dem Zylinder verbrannten Treibstoffes, wenn das Ausgangsmoment steigt, sogar falls die Nacheinspritzung Qpost konstant ist.
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Dann wird in Schritt S106 die Menge HCact des tatsächlich zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffes berechnet. Zuerst wird die von der Zufuhr stammende Menge HCsup des von der Nacheinspritzung stammenden Kohlenwasserstoffes aus der Ausgangsnacheinspritzmenge Qpost und der in dem Zylinder in der Nacheinspritzmenge Qpost verbrannten Treibstoffmenge Qcom ausgehend aus der Formel (2) berechnet.
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Danach wird die Menge HCact der tatsächlich zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffe aus der von der Verbrennung stammenden Menge HCcom der durch die Verbrennung in dem Zylinder 1 erzeugten Kohlenwasserstoffe und der von der Zufuhr stammenden Menge HCsup der von der Nacheinspritzung stammenden Kohlenwasserstoffe ausgehend von der Formel (1) berechnet.
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Danach wird in Schritt S107 ausgehend von dem in 2 gezeigten Verhältnis der obere Grenzwert HCup der tatsächlich zugeführten Menge HCact zum Verhindern der Kohlenwasserstoffvergiftung gemäß der aktuellen Temperatur Tin des Abgases stromaufwärts von dem DPF 3 berechnet, das in Schritt S102 gefühlt wird. Danach wird in Schritt S108 die Menge HCact des tatsächlich zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffes, die in Schritt S106 berechnet wurde, mit dem oberen Grenzwert HCup verglichen, der in Schritt S107 berechnet wurde. Auf diese Weise wird bestimmt, ob die Menge HCact des tatsächlich zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffes gleich ist wie oder geringer ist als der obere Grenzwert HCup. Falls die Menge HCact des tatsächlich zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffes größer ist als der obere Grenzwert HCup, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S109 voran und die Nacheinspritzmenge Qpost wird auf die korrigierte Nacheinspritzmenge Qpost' verringert, so dass die Menge HCact des tatsächlich zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffes mit dem oberen Grenzwert HCup zusammenfällt. Auf diese Weise wird die Nacheinspritzmenge Qpost so beschränkt, dass die tatsächlich zugeführte Menge HCact den oberen Grenzwert HCup nicht übersteigt.
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Danach schreitet die Verarbeitung zu Schritt S110 voran und die Nacheinspritzung wird ausgehend von der korrigierten Nacheinspritzmenge Qpost' durchgeführt. Bei dem Fall, bei dem die Menge HCact des tatsächlich zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffes gleich dem oder geringer als der obere Grenzwert HCup in Schritt S108 ist, schreitet die Verarbeitung zu Schritt S110 voran und die Nacheinspritzung wird durchgeführt.
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7 ist ein Zeitdiagramm und zeigt eine Auswirkung der vorliegenden Erfindung. Bekannt wird die Zufuhr der großen Menge Kohlenwasserstoffe zu einer Zeit t1 begonnen, wie durch eine gestrichelte Linie „a” in 7 gezeigt ist, um die Partikelbestandteile zu verbrennen, sogar falls die Temperatur Tin des Abgases stromaufwärts von dem DPF 3 relativ niedrig ist. Deswegen kann die Kohlenwasserstoffvergiftung einfach verursacht werden und die Temperatur TDPF des DPF 3 steigt nicht schnell an, wie durch eine gestrichelte Linie „c” in 7 gezeigt ist, da die katalytische Reaktion behindert ist. Im Gegensatz wird in der vorliegenden Ausführungsform die Menge HCact des zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffes (die Summe der von der Verbrennung stammenden Menge HCcom und der Zufuhr stammenden Menge HCsup) reguliert, wie aus einer durchgehenden Linie „b” in 7 ersichtlich ist, um die Kohlenwasserstoffvergiftung zu verhindern. Deswegen kann die Temperatur TDPF des DPF 3 schnell erhöht werden, wie aus einer durchgehenden Linie „d” ersichtlich ist. Als Ergebnis können die auf der Oberfläche des DPF 3 angesammelten Partikelbestandteile wirkungsvoll verbrannt werden, und die in dem Abgas enthaltenen schädlichen Bestandteile können wirkungsvoll gereinigt werden.
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Wie oben erklärt wurde, kann in der vorliegenden Ausführungsform die Kohlenwasserstoffvergiftung und die Verschlechterung des Wirkungsgrads des Katalysators wegen des Anhaftens von Kohlenwasserstoff vermieden werden. Darüber hinaus kann die Verschlechterung des Treibstoffverbrauches wegen des Betriebs zum Beseitigen der Kohlenwasserstoffvergiftung verhindert werden.
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Die vorliegende Erfindung übt eine große Wirkung aus, wenn die vorliegende Erfindung an einem DPF mit dem Oxidationskatalysator angewendet wird, zu dem eine große Menge Kohlenwasserstoff zugeführt wird, um die Partikelbestandteile zu verbrennen. Die vorliegende Erfindung kann auf andere katalysatortragende Abgasnachbehandlungsvorrichtungen angewendet werden. Noch genauer kann die vorliegende Erfindung auf ein Katalysatorsystem angewendet werden, das einen DPF mit einem Oxidationskatalysator einsetzt, mit einem Stickoxidentfernungskatalysator, mit einem Oxidationskatalysator und einem Dreiwegekatalysator, oder eine Kombination aus diesen, wie zum Beispiel einen Stickoxidentfernungskatalysator, der die Stickoxide durch die Zufuhr von Kohlenwasserstoff verringert und reinigt, oder ein Katalysatorsystem zum Reinigen von Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid, der Partikelbestandteile oder der Stickoxide durch Kombinieren des Stickoxidentfernungskatalysators, des Oxidationskatalysators und des Dreiwegekatalysators.
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Die Temperatur Tin des Abgases stromaufwärts von dem DPF 3 variiert gemäß dem Betriebszustand stark. Deswegen kann ein Durchschnittswert für die Vielzahl der Beispielwerte der Temperatur Tin für den Zweck einer stabilen Fühlung bei dem Fall eingesetzt werden, bei dem der obere Grenzwert HCup der Menge HCact der zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffe aus der Temperatur Tin des Abgases stromaufwärts von dem DPF 3 berechnet wird. In der obigen Ausführungsform berechnet die Kohlenwasserstoffmengenfühleinrichtung die Menge HCact der tatsächlich zu dem DPF 3 zugeführten Kohlenwasserstoffe, ausgehend von den Betriebszuständen des Motors 1 und ähnlichem. Alternativ kann die Menge HCact der tatsächlich zugeführten Kohlenwasserstoffe mit einem als Kohlenwasserstoffmengenfühleinrichtung vorgesehenen Kohlenwasserstoffsensor gefühlt werden. Alternativ kann die Kohlenwasserstoffzufuhrmengensteuereinrichtung die Nacheinspritzmenge Qpost im voraus berechnen, so dass die Menge HCact der tatsächlich zugeführten Kohlenwasserstoffe den oberen Grenzwert HCup unter Berücksichtigung der Kohlenwasserstoffvergiftung nicht übersteigt.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern kann auf viele andere Weisen eingesetzt werden, ohne von dem Bereich der Erfindung abzuweichen, der gemäß der anhängenden Ansprüchen definiert ist.
