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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Filter, der in einem Abgasdurchlass in einer Brennkraftmaschine bzw. Maschine mit interner Verbrennung angeordnet ist, um Partikelmaterial (das nachstehend als PM bezeichnet werden kann) im Abgas zu sammeln, und auf ein Abgassteuersystem für eine Brennkraftmaschine, das den Filter umfasst.
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2. Erläuterung des Stands der Technik
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Ein Filter, der PM im Abgas sammelt, kann in einem Abgasdurchlass einer Brennkraftmaschine angeordnet sein. Hier offenbart die
JP 2008- 136 936 A ) einen Filter, der als eine Anhäufung bzw. eine Ansammlung von Metallfasern gebildet ist, als eine Art Filter, der in einem Abgasdurchlass einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Wenn der Filter derart als Ansammlung von Metallfasern gebildet ist, hat dies den Vorteil, dass es sehr unwahrscheinlich ist, das ein Bruch oder eine Erosion des Filters auftritt.
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Im Filter, der als eine Ansammlung von Metallfasern gebildet ist (der nachstehend als „Filter“ bezeichnet wird), wird PM in einer zwischen zwei Fasern gebildeten Pore (Leerstelle) gesammelt. Die Größe von im Filter gebildeten Poren ist nicht konstant, und Poren mit einer relativ geringen Größe oder Poren mit einer relativ großen Größe können gebildet werden. Dann wird PM in den Poren mit relativ geringer Größe (beispielsweise Poren mit einem Durchmesser von bis zu 5 µm einschließlich) gesammelt. Nachstehend werden Poren mit einer derartigen Größe zum Sammeln von PM als „kleine Poren“ bezeichnet. Poren mit einer Größe, die größer als die der kleinen Poren ist, können als „große Poren“ bezeichnet werden. Die großen Poren sammeln kein PM und erlauben einen Durchtritt von PM durch sie hindurch.
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Im Filter lagert sich allmählich in den kleinen Poren gesammeltes PM ab. Daher wird in einem Abgassteuersystem für eine Brennkraftmaschine mit dem Filter ein Filterregenerierungsvorgang zum Entfernen von im Filter angesammeltem PM durchgeführt. Im Filterregenerierungsvorgang wird eine Temperatur des Filters auf eine vorab festgelegte Solltemperatur erhöht, bei der PM oxidiert werden kann. Demgemäß wird im Filter gesammeltes PM oxidiert und entfernt.
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Im Filter sammelt sich Asche, die neben dem PM im Abgas enthalten ist. Das heißt, Asche wird in den kleinen Poren im Filter gesammelt. Eine Hauptkomponente des PM ist eine kohlenstoffbasierte Komponente, und eine Hauptkomponente der Asche ist eine metallbasierte Komponente. Folglich ist es selbst dann unwahrscheinlich, dass Asche durch Oxidation entfernt wird, wenn die Temperatur des Filters durch Durchführen des Filterregenerierungsvorgangs auf die Solltemperatur erhöht wird. Demgemäß ist es schwierig, einen Zustand durch den Filterregenerierungsvorgang zu eliminieren, in dem Asche im Filter angehäuft ist. Wenn sich Asche im Filter ansammelt, steigt die Anzahl von mit der Asche verstopfter kleiner Poren. Demgemäß sinkt die Anzahl kleiner Poren, die PM sammeln können. Daher ist es schwierig, eine ausreichende Menge von PM in den kleinen Poren zu sammeln, und es besteht die Möglichkeit, dass sich die PM-Sammelleistung des Filters verschlechtert.
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Die
DE 695 14 608 T2 zeigt einen Partikelfilter für Dieselmotoren. Das Filterelement weist mehrere kegelige, rohrförmige Filterteile auf, die konzentrisch ineinander angeordnet sind. Lücken zwischen nebeneinanderliegenden Filterteilen sind abwechselnd am Abgaseinlassende und am Abgasauslassende verschlossen. Das Filtermaterial weist ein poröses, dreidimensionales Element auf, das mit einem Katalysator beschichtet ist und aus einem wärmebeständigen Metall mit zusammenhängenden Poren besteht.
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Aus der
DE 10 2014 015 786 A1 ist eine Vorrichtung zur Entfernung von Feststoffanteilen aus dem Rauchgas von Brennkraftmaschinen oder Industriegasturbinen bekannt. In der Struktur der Vorrichtung sind metallische Partikel zu einer filzähnlichen Metallstruktur verbunden und an einer flächigen Trägerstruktur angeordnet.
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Die
EP 2 311 598 A1 schließlich lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenkörpers mit einem metallischen Vlies. Metallische Fasern werden hergestellt, daraus eine Lage gebildet und die Fasern miteinander verschweißt, die Lage wird zu einem Vlies umgeformt, ein Wabenkörper gebildet und der Wabenkörper hartgelötet.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung schafft eine Technik, die dazu fähig ist, die Abgabe von PM aus einem Filter zu beschränken, der als eine Ansammlung von Metallfasern gebildet ist, und einen Zustand zu eliminieren, in dem Asche im Filter gesammelt wird.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Filter geschaffen, der dazu aufgebaut ist, Partikelmaterial im Abgas in einer Brennkraftmaschine zu sammeln, wobei der Filter in einem Abgassteuersystem der Brennkraftmaschine eingesetzt wird, das Abgassteuersystem dazu aufgebaut ist, einen Filterregenerierungsvorgang des Oxidierens und Entfernens des Partikelmaterials durchzuführen, das sich im Filter ansammelt, indem die Temperatur des Filters auf eine vorab festgelegte Solltemperatur angehoben wird, wobei der Filter Folgendes umfasst: eine Ansammlung von Metallfasern, wobei eine Querschnittsform jeder Metallfaser eine gekrümmte Form oder eine geknickte Form ist, jede Metallfaser ein Außenteil und ein Innenteil umfasst, das Außenteil und das Innenteil miteinander so verklebt sind, dass das Außenteil außerhalb der gekrümmten Form oder der gebogenen Form angeordnet ist und das Innenteil innerhalb der gekrümmten Form oder der gebogenen Form angeordnet ist, wobei ein linearer Ausdehnungskoeffizient des Innenteils größer als ein linearer Ausdehnungskoeffizient des Außenteils ist, wobei jede Metallfaser so aufgebaut ist, dass: i) die Metallfaser verformt wird, um die Außenteilseite in einer Längsrichtung der Metallfaser mit einem Anstieg der Temperatur zu verziehen; und ii) eine Größe einer Änderung einer Verzugsrate sich bei einer vorab festgelegten Verformungstemperatur, die höher als die Solltemperatur ist, mit einer Temperaturerhöhung ändert, wobei die Verzugsrate als eine Größe einer Verformung der Metallfaser pro Zeiteinheit definiert ist. Ein Krümmungsgrad oder ein Biegungsgrad der Querschnittsform jeder Metallfaser bei Normaltemperatur und ein Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Außenteils und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Innenteils können so eingestellt sein, dass die vorab festgelegte Verformungstemperatur über der Solltemperatur liegt.
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Im Aspekt der Erfindung wird die Querschnittsform jeder Metallfaser, die den Filter bilden, als eine gekrümmte oder geknickte Form festgelegt. Die Metallfaser weist einen Aufbau auf, in dem das Außenteil, das außerhalb der gekrümmten Form oder der gebogenen Form des Querschnitts angeordnet ist, und das Innenteil, das innerhalb der gekrümmten Form oder der gebogenen Form des Querschnitts angeordnet ist, miteinander verklebt bzw. verbunden sind. Das Außenteil und das Innenteil erstrecken sich in Längsrichtung der Metallfaser. Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Innenteils wird größer als der lineare Ausdehnungskoeffizient des Außenteils eingestellt.
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Aufgrund des Unterschieds des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Außenteil und dem Innenteil wirkt eine thermische Spannung auf die Metallfasern, wenn die Temperatur der Metallfasern (das heißt die Temperatur des Filters) steigt. Dadurch verformt sich jede Metallfaser, um sich in ihrer Längsrichtung zur Seite des Außenteils zu verziehen.
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Weil jede Metallfaser als Querschnittsform eine gekrümmte Form oder eine geknickte Form besitzt, weist die Metallfaser eine vergleichsweise hohe Biegesteifigkeit auf. Das heißt, dass die Metallfaser eine vergleichsweise hohe Steifigkeit hinsichtlich eines Verzugs in ihrer Längsrichtung aufweist. Wenn demnach die Temperatur der Metallfasern steigt, aber vergleichsweise gering bleibt, das bedeutet, wenn eine thermische Spannung vergleichsweise klein ist, ist eine Größe der Verformung (die nachstehend als eine „Größe der Verzugsverformung“ bezeichnet werden kann), mit der sich die Metallfaser zur Seite des Außenteils verzieht, relativ gering. Wenn die Temperatur der Metallfasern jedoch weiter steigt, verbreitert sich die gekrümmte Form oder die geknickte Form als Querschnittsform in ihrer Breitenrichtung (einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung). Das heißt, der Grad der Krümmung oder der Grad des Knickens in der Querschnittsform der Metallfaser sinkt mit dem Temperaturanstieg. Wenn der Grad der Krümmung oder der Grad des Knickens der Querschnittsform der Metallfaser sinkt, sinkt die Steifigkeit mit Bezug auf das Knicken (das heißt die Steifigkeit mit Bezug auf einen Verzug in der Längsrichtung) der Metallfaser.
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Auf diese Weise steigt die thermische Spannung, die auf die Metallfaser wirkt, aber die Steifigkeit hinsichtlich des Verzugs in der Längsrichtung der Metallfaser sinkt, wenn die Temperatur der Metallfasern steigt. Demgemäß steigt die Größe der Verzugsverformung bei einer bestimmten Temperatur schnell an, wenn die Temperatur der erfindungsgemäßen Metallfasern ansteigt. Wenn die Größe der Verzugsverformung der Metallfaser pro Einheitstemperatur als eine Verzugsrate definiert ist, steigt die Verzugsrate der Metallfaser bei einer bestimmten Temperatur mit dem Temperaturanstieg der Metallfaser schnell an. Das heißt, die erfindungsgemäßen Metallfasern weisen einen Aufbau auf, in dem sich die Größe der Änderung der Verzugsrate pro Einheitstemperatur bei einer vorab festgelegten Verformungstemperatur mit dem Temperaturanstieg der Metallfasern ändert.
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Die Verformungstemperatur hat eine hohe Korrelation mit dem Grad der Krümmung oder dem Grad des Knickens bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform jeder Metallfaser, und mit dem Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Außenteils und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Innenteils. Daher werden bei der Metallfaser nach der Erfindung der Grad der Krümmung oder der Grad des Knickens bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform jeder Metallfaser und der Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Außenteils und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Innenteils so eingestellt, dass die Verformungstemperatur höher als die Solltemperatur des Filterregenerierungsvorgangs ist.
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Im Filter, der derartige Metallfasern enthält, wird die Metallfaser verformt, um sich in ihrer Längsrichtung stark zu verziehen, wenn die Temperatur des Filters auf eine Temperatur oberhalb der Verformungstemperatur ansteigt. Als ein Ergebnis kann eine zwischen zwei Metallfasern im Filter gebildete kleine Pore größer werden. Wenn die Größe der kleinen Pore zunimmt, ist es wahrscheinlich, dass in der kleinen Pore gesammelte Asche aus der kleinen Pore (der kleinen Pore, deren Größe zunahm) herausfällt. Demgemäß ist es möglich, Asche aus dem Filter zu entsorgen.
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Im Filter nach dem Aspekt der Erfindung ist die Verformungstemperatur der Metallfaser höher als die Solltemperatur des Filterregenerierungsvorgangs. Demgemäß ist die Größe der Verzugsverformung der Metallfaser selbst dann vergleichsweise klein, wenn die Temperatur des Filters im Filterregenerierungsvorgang auf die Solltemperatur ansteigt. Das heißt, dass es während der Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs unwahrscheinlich ist, dass die Größe kleiner Poren zunimmt. Demgemäß ist es möglich, zu verhindern, dass in den kleinen Poren gesammeltes PM nicht oxidiert wird und aus den kleinen Poren entweicht. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass PM während der Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs nicht oxidiert und aus dem Filter abgegeben wird.
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Auf diese Weise ist es im Filter nach dem Aspekt der Erfindung möglich, einen Zustand zu eliminieren, in dem Asche gesammelt wird, während verhindert wird, dass PM aus dem Filter abgegeben wird.
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Ein Aspekt der Erfindung kann als ein Abgassteuersystem für eine Brennkraftmaschine verstanden werden, das einen Filter aufweist, der dazu aufgebaut ist, Metallfasern zu umfassen, und eine Einheit zur Ausführung eines Regenerierungsvorgangs, die dazu aufgebaut ist, einen Filterregenerierungsvorgang auszuführen.
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Das Abgassteuersystem für eine Brennkraftmaschine nach dem Aspekt der Erfindung kann weiterhin eine Einheit zur Ausführung eines Abgabevorgangs umfassen, die dazu aufgebaut ist, einen Ascheabgabevorgang nach Abschluss des Filterregenerierungsvorgangs durch die Einheit zur Ausführung des Regenerierungsvorgangs durchzuführen. Im Ascheabgabevorgang werden die Metallfasern verformt, indem die Temperatur des Filters auf eine Temperatur oberhalb der Verformungstemperatur erhöht wird, und somit Asche, die sich im Filter angesammelt hat, aus dem Filter abgegeben wird.
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Nach dem Abschluss des Filterregenerierungsvorgangs ist der Großteil des im Filter gesammelten PM entfernt. Das heißt, dass sich fast nur Asche im Filter angesammelt hat. Demgemäß ist es durch Durchführen des Ascheabgabevorgangs nach dem Abschluss des Filterregenerierungsvorgangs möglich, zu verhindern, dass auch PM mit entfernt wird, wenn Asche aus dem Filter abgegeben wird.
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Eine im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltene Aschemenge ist weit kleiner als eine PM-Menge. Demgemäß ist eine im Filter angesammelte Aschemenge viel kleiner als eine im Filter angesammelte PM-Menge. Daher kann die Einheit zur Ausführung des Abgabevorgangs den Ascheabgabevorgang ausführen, wann immer der Filterregenerierungsvorgang eine vorab festgelegte Anzahl von Malen durch die Einheit zur Ausführung des Regenerierungsvorgangs ausgeführt wurde.
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Die Einheit zur Ausführung des Abgabevorgangs kann die Temperatur des Filters mehrmals in einem Temperaturbereich erhöhen und senken, der oberhalb der Verformungstemperatur liegt, wenn der Ascheabgabevorgang durchgeführt wird. Somit wird während der Ausführung des Ascheabgabevorgangs die Änderung der Größe der Verzugsverformung mehrmals in einem Zustand wiederholt, in dem sich die Metallfasern stark verziehen. Folglich kann im Filter gesammelte Asche einfach aus dem Filter abgegeben werden. Der Aspekt der Erfindung kann wie folgt definiert werden. Nach dem Aspekt der Erfindung wird ein Abgassteuersystem für eine Brennkraftmaschine geschaffen, wobei das Abgassteuersystem Folgendes umfasst: einen Filter, der dazu aufgebaut ist, Partikelmaterial im Abgas der Brennkraftmaschine zu sammeln, wobei der Filter eine Ansammlung von Metallfasern aufweist, jede Metallfaser als Querschnittsform eine gekrümmte Form oder eine geknickte Form ist, jede Metallfaser ein Außenteil und ein Innenteil aufweist, wobei das Außenteil und das Innenteil miteinander so verbunden sind, dass das Außenteil auf der Außenseite der gekrümmten Form oder der gebogenen Form angeordnet ist und das Innenteil auf der Innenseite der gekrümmten Form oder der gebogenen Form angeordnet ist, ein linearer Ausdehnungskoeffizient des Innenteils größer als ein linearer Ausdehnungskoeffizient des Außenteils ist, jede Metallfaser so aufgebaut ist, dass i) die Metallfaser verformt wird, um sich in einer Längsrichtung der Metallfaser mit einer Erhöhung der Temperatur zur Seite des Außenteils zu verziehen; und ii) eine Größe einer Änderung einer Verzugsrate sich bei einer vorab festgelegten Verformungstemperatur, die höher als die Solltemperatur ist, mit einer Erhöhung der Temperatur ändert, wobei die Verzugsrate als eine Größe der Verformung der Metallfaser pro Zeiteinheit definiert ist; und eine elektronische Steuereinheit, die dazu aufgebaut ist, einen Filterregenerierungsvorgang des Oxidierens und Entfernens des im Filter angesammelten Partikelmaterials durchzuführen, indem sie die Temperatur des Filters auf eine vorab festgelegte Solltemperatur erhöht. Die elektronische Steuereinheit kann dazu aufgebaut sein, einen Ascheabgabevorgang des Abgebens von im Filter gesammelter Asche aus dem Filter durch Erhöhen der Temperatur des Filters auf eine Temperatur oberhalb der vorab festgelegten Verformungstemperatur durchzuführen, um die Metallfasern zu verformen, nachdem der Filterregenerierungsvorgang abgeschlossen ist. Die elektronische Steuereinheit kann dazu aufgebaut sein, den Ascheabgabevorgang durchzuführen, wenn der Filterregenerierungsvorgang eine vorab festgelegte Anzahl von Malen durchgeführt wird. Die elektronische Steuereinheit kann dazu aufgebaut sein, den Ascheabgabevorgang so auszuführen, dass sich die Temperatur des Filters mehrmals in einem Temperaturbereich ändert, der oberhalb der vorab festgelegten Verformungstemperatur liegt.
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Nach dem Aspekt der Erfindung ist es möglich, eine Abgabe von PM aus einem Filter zu unterdrücken, der als eine Ansammlung von Metallfasern gebildet ist, und einen Zustand aufzulösen, in dem Asche in dem Filter gesammelt ist.
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KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
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Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen, und in denen:
- 1 ein Schaubild ist, das schematisch einen Aufbau eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine nach einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 2 eine vergrößerte Ansicht eines Filters nach der Ausführungsform der Erfindung ist;
- 3 eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch einen Aufbau einer Metallfaser veranschaulicht, die den Filter nach der Ausführungsform der Erfindung bildet;
- 4 ein Schaubild ist, das ein Verfahren der Herstellung einer Metallfaser nach der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 5 ein Schaubild ist, das einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Metallfaser mit einer Erhöhung der Temperatur nach der Ausführungsform der Erfindung verformt wird;
- 6 ein Schaubild ist, das einen Zusammenhang zwischen der Temperatur einer Metallfaser, einer Größe einer Verzugsverformung der Metallfaser und einer Querschnittsform der Metallfaser nach der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 7 ein Schaubild ist, das einen Zusammenhang zwischen einer Krümmung einer Querschnittsform bei einer herkömmlichen Temperatur einer Metallfaser und einer Verformungstemperatur Td nach der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 8 ein Schaubild ist, das einen Zusammenhang zwischen einer Verformungstemperatur Td nach der Ausführungsform der Erfindung und einem Unterschied zwischen einem linearen Expansionskoeffizienten eines Außenteils und einem linearen Expansionskoeffizienten eines Innenteils in einer Metallfaser und veranschaulicht;
- 9 ein Schaubild ist, das einen Zustand veranschaulicht, in dem Metallfasern im Filter verformt sind, wenn ein Ascheabgabevorgang nach der Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird;
- 10 ein Ablaufplan ist, der einen Vorgangsablauf eines Filterregenerierungsvorgangs nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 11 ein Ablaufplan ist, der einen Vorgangsablauf eines Ascheabgabevorgangs nach der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 12 ein Ablaufplan ist, der einen Vorgangsablauf eines Ascheabgabevorgangs nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 13 ein Ablaufplan ist, der einen Vorgangsablauf eines Ascheabgabevorgangs nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
- 14 eine perspektivische Ansicht ist, die schematisch einen Aufbau einer Metallfaser veranschaulicht, die einen Filter nach einem modifizierten Beispiel der Ausführungsform der Erfindung bildet; und
- 15 ein Schaubild ist, das einen Zusammenhang zwischen einem Knickwinkel einer Querschnittsform bei einer normalen Temperatur einer Metallfaser und einer Verformungstemperatur Td nach einem modifizierten Beispiel der Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
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GENAUE ERLÄUTERUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben. Die Größen, Materialien, Formen, die relative Anordnung und dergleichen bildender Elemente, die in den Ausführungsformen beschrieben sind, sollen das technische Gebiet der Erfindung nicht darauf beschränken, solange dies nicht anders festgelegt ist.
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Erste Ausführungsform
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Schematischer Aufbau eines Abgassystems
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1 ist ein Schaubild, das schematisch einen Aufbau eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Eine Brennkraftmaschine 1 ist eine Dieselmaschine zum Antrieb eines Fahrzeugs. Ein Abgasdurchlass 2 ist mit der Brennkraftmaschine 1 verbunden.
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Im Abgasdurchlass 2 sind ein Oxidationskatalysator 3 und ein Filter 4 aufeinanderfolgend entlang eines Flusses von Abgas von einer stromaufwärtigen Seite angeordnet. Der Filter 4 sammelt im Abgas enthaltenes PM. Der Filter 4 ist als Ansammlung von Metallfasern (beispielsweise als gewebtes Tuch oder nichtgewebtes Tuch aus Metallfasern) gebildet. Ein genauer Aufbau des Filters 4 wird später beschrieben.
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Ein Kraftstoffzugabeventil 5 ist im Abgasdurchlass 2 stromaufwärts des Oxidationskatalysators 3 angeordnet. Das Kraftstoffzugabeventil 5 gibt Kraftstoff zu einem im Abgasdurchlass 2 fließenden Abgas zu. Ein stromaufwärtiger Temperatursensor 6 ist im Abgasdurchlass 2 stromabwärts des Oxidationskatalysators 3 und stromaufwärts des Filters 4 angeordnet. Ein stromabwärtiger Temperatursensor 7 ist im Abgasdurchlass 2 stromabwärts des Filters 4 angeordnet. Der stromaufwärtige Temperatursensor 6 erfasst die Temperatur von Abgas, das aus dem Oxidationskatalysator 3 fließt. Der stromabwärtige Temperatursensor 7 erfasst die Temperatur von Abgas, das aus dem Filter 4 fließt.
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Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 10 ist in der Brennkraftmaschine 1 eingebaut. Die ECU 10 ist eine Einheit, die einen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 oder dergleichen steuert. Der stromaufwärtige Temperatursensor 6 und der stromabwärtige Temperatursensor 7 sind elektrisch mit der ECU 10 verbunden. Verschiedene Sensoren wie ein Kurbelwellenpositionssensor 8 und ein Gaspedalpositionssensor 9 sind elektrisch mit der ECU 10 verbunden. Der Kurbelwellenpositionssensor 8 ist ein Sensor, der ein elektrisches Signal ausgibt, das zu einer Drehposition einer Abtriebswelle (einer Kurbelwelle) der Brennkraftmaschine 1 passt. Der Gaspedalpositionssensor 9 ist ein Sensor, der ein elektrisches Signal entsprechend einer Stärke des Tretens auf ein Gaspedal des Fahrzeugs (eine Größe der Beschleunigungsanforderung) ausgibt, in dem die Brennkraftmaschine 1 montiert ist. Die Abgabesignale der Sensoren werden in die ECU 10 eingelesen. Die ECU 10 schätzt eine Temperatur des Oxidationskatalysators 3 auf der Grundlage eines Werts ab, der vom stromaufwärtigen Temperatursensor 6 erfasst wird. Die ECU 10 schätzt eine Temperatur des Filters 4 auf der Grundlage eines Werts ab, der vom stromabwärtigen Temperatursensor 7 erfasst wird. Die ECU 10 schätzt eine Maschinendrehzahl der Brennkraftmaschine 1 auf der Grundlage eines Werts ab, der vom Kurbelwellenpositionssensor 8 erfasst wird. Die ECU 10 schätzt eine Maschinenlast der Brennkraftmaschine 1 auf der Grundlage eines Werts ab, der vom Gaspedalpositionssensor 9 erfasst wird. Verschiedene Einheiten wie ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffeinspritzventil und ein Kraftstoffzugabeventil 5 der Brennkraftmaschine 1 sind elektrisch mit der ECU 10 verbunden. Verschiedene Einheiten werden von der ECU 10 gesteuert.
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Beispielsweise führt die ECU 10 einen Filterregenerierungsvorgang des Oxidierens und Entfernens von im Filter 4 gesammeltem PM durch Hinzufügen von Kraftstoff zum Abgas durch das Kraftstoffzugabeventil 5 durch. Wenn Kraftstoff vom Kraftstoffzugabeventil 5 zugegeben wird, wird der Kraftstoff dem Oxidationskatalysator 3 zugeführt. Die Temperatur von Abgas steigt aufgrund der Oxidationswärme, die aufgrund der Oxidation von Kraftstoff im Oxidationskatalysator 3 erzeugt wird. Wenn das Abgas in den Filter 4 fließt und die Temperatur des Filters 4 auf eine erste Solltemperatur steigt, bei der PM oxidiert werden kann, wird im Filter 4 gesammeltes PM oxidiert und entfernt.
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(Aufbau des Filters)
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Ein Aufbau des Filters nach dieser Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des Filters. In 2 wird zur Vereinfachung eine Querschnittsform jedes Metallfilters 40 schematisch veranschaulicht. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Aufbau jeder Metallfaser veranschaulicht, die den Filter bildet. Wie vorstehend beschrieben wird der Filter 4 als eine Ansammlung von Metallfasern 40 gebildet. Im Filter 4 wird eine Pore zwischen einer Metallfaser 40 und einer Metallfaser 40 gebildet. Hier können im Filter 4, wie in 2 veranschaulicht, kleine Poren, deren Größe klein genug ist, um PM zu sammeln, und große Poren gebildet werden, deren Größe größer als jene der kleinen Poren ist. PM im Abgas wird im Filter 4 in den kleinen Poren gesammelt.
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Jede Metallfaser 40, die den Filter 4 bildet, weist wie in 3 veranschaulicht eine Bogenquerschnittsform auf. Das bedeutet, dass der Querschnitt jeder Metallfaser 40 eine gekrümmte Form besitzt. Die Metallfaser 40 weist einen Aufbau auf, in dem ein außerhalb der Bogenform angeordnetes Außenteil 41 und ein in der Bogenform angeordnetes Innenteil 42 miteinander verbunden sind. Das Außenteil 41 und das Innenteil 42 unterscheiden sich im linearen Ausdehnungskoeffizienten. Das heißt, der lineare Ausdehnungskoeffizient des Innenteils 42 wird als größer als der lineare Ausdehnungskoeffizient des Außenteils 41 festgelegt. Hier kann SUS410 (mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 10,4) beispielhaft als ein Metallmaterial des Außenteils 41 verwendet werden. SUS304 (mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von 17,3) kann beispielhaft als ein Metallmaterial des Innenteils 42 verwendet werden.
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Ein Verfahren zur Herstellung einer Metallfaser 40 mit dem vorstehend erläuterten Aufbau wird nachstehend kurz mit Bezug auf 4 beschrieben. Zuerst wird ein Bimetall durch Verbinden des Metallmaterials des Außenteils 41 und des Metallmaterials des Innenteils 42 hergestellt, und das Bimetall wird zu einer vorab festgelegten Dicke gerollt. Dann wird das gerollte Bimetall wie in 4 veranschaulicht gegen eine Form gepresst, die eine Vielzahl von konvexen Abschnitten aufweist, die eine Bogenform besitzen, und das Bimetall wird an Positionen zwischen den vielen konvexen Abschnitten unter Verwendung einer Schneidvorrichtung geschnitten. Gleichzeitig wird das Bimetall so gegen die Form gepresst, dass das Metallmaterial des Innenteils 42 mit den konvexen Abschnitten der Form in Kontakt kommt. Demgemäß wird das Bimetall in einer Faserform gebildet, bei der die Querschnittsform eine Bogenform ist. Das faserartige Bimetall wird als eine Metallfaser mit einer gewünschten Dicke geformt, indem das Bimetall gezogen wird, während die Bogenquerschnittsform beibehalten wird, und das Ergebnis wird in einer gewünschten Länge geschnitten. Durch dieses Verfahren werden Metallfasern 40 mit einer gewünschten Dicke und einer gewünschten Länge hergestellt.
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Die Verformung einer Metallfaser 40 mit einer Temperaturerhöhung wird nachstehend mit Bezug auf 5 beschrieben. Wenn die Temperatur einer Metallfaser 40 (das heißt die Temperatur des Filters 4) steigt, wird aufgrund des Unterschieds des linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Außenteil 41 und dem Innenteil 42 wie vorstehend beschrieben eine thermische Spannung in der Metallfaser 40 erzeugt, die in einer Richtung wirkt, die durch einen als Umriss gezeichneten Pfeil in 5 gezeigt ist. Folglich wird die Metallfaser 40 verformt, um sich in ihrer Längsrichtung hin zum Außenteil 41 zu verziehen, wie durch einen gefüllten Pfeil in 5 gezeigt.
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Weil die Metallfaser 40 im Querschnitt eine Bogenform besitzt, weist die Metallfaser 40 eine vergleichsweise hohe Biegesteifigkeit auf. Das bedeutet, dass die Metallfaser 40 mit Bezug auf ein Verziehen in ihrer Längsrichtung eine vergleichsweise hohe Steifigkeit aufweist. Eine Größe einer Verformungsänderung (eine Größe einer Verzugsverformung), mit der sich die Metallfaser 40 mit einer Temperaturänderung der Metallfaser 40 hin zum Außenteil 41 verzieht, wird nun mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist ein Schaubild, das einen Zusammenhang zwischen der Temperatur einer Metallfaser, einer Größe einer Verzugsverformung der Metallfaser und einer Querschnittsform der Metallfaser veranschaulicht. In dem in 6 veranschaulichten Schaubild gibt die horizontale Achse die Temperatur der Metallfaser 40 wieder, und die senkrechte Achse gibt die Größe der Verzugsverformung wieder. Das im oberen Teil der 6 veranschaulichte Schaubild zeigt die Querschnittsform der Metallfaser 40 abhängig von der Temperatur der Metallfaser 40.
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Weil die Metallfaser 40 wie vorstehend beschrieben im Querschnitt eine Bogenform aufweist, ist die Steifigkeit gegenüber einem Verzug in der Längsrichtung derselben vergleichsweise hoch. Demgemäß ist die Größe der Verzugsverformung wie im Schaubild der 6 veranschaulicht vergleichsweise klein, wenn die Temperatur der Metallfaser 40 relativ gering ist. Wie im oberen Teil der 6 veranschaulicht verbreitert sich die Bogenform des Querschnitts in ihrer Breitenrichtung (der Richtung senkrecht zur Längsrichtung), wenn die Temperatur der Metallfaser 40 steigt. Das heißt, ein Grad der Krümmung der Querschnittsform der Metallfaser 40 sinkt mit der Temperaturerhöhung. Wenn der Grad der Krümmung der Querschnittsform der Metallfaser 40 sinkt, sinkt die Steifigkeit mit Bezug auf den Verzug der Metallfaser 40 (die Steifigkeit mit Bezug auf das Biegen in ihrer Längsrichtung).
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Auf diese Weise steigt die auf die Metallfaser 40 wirkende thermische Spannung mit dem Temperaturanstieg der Metallfaser 40, während die Steifigkeit mit Bezug auf ein Verziehen in der Längsrichtung der Metallfaser 40 sinkt. Demgemäß steigt die Grö-ße der Verzugsverformung wie in 6 veranschaulicht schnell an, wenn die Temperatur der Metallfaser 40 eine bestimmte Temperatur (eine Temperatur Td im Schaubild der 6) überschreitet. Wenn die Größe der Verzugsverformung der Metallfaser 40 pro Temperatureinheit als Verzugsrate definiert ist, steigt die Verzugsrate der Metallfaser 40 bei der Temperatur Td mit der Erhöhung der Temperatur der Metallfaser 40 schnell an. Das heißt, eine Größe der Änderung der Verzugsrate der Metallfaser 40 pro Temperatureinheit ändert sich bei der Temperatur Td. Wenn die Temperatur Td im Schaubild der 6 als Verformungstemperatur definiert ist, weist die Metallfaser 40 nach dieser Ausführungsform einen Aufbau auf, in dem die Größe der Änderung der Verzugsrate pro Temperatureinheit sich bei einer vorab festgelegten Verformungstemperatur Td mit der Erhöhung ihrer Temperatur ändert.
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Die Krümmung (das heißt der Grad der Krümmung) bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform der Metallfaser 40 ist mit der Steifigkeit in Bezug auf einen Verzug in ihrer Längsrichtung korreliert. Der Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Außenteils 41 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Innenteils 42 der Metallfaser 40 hängt mit der durch die Temperaturerhöhung erzeugten thermischen Spannung zusammen. Demgemäß weist die Verformungstemperatur Td einen starken Zusammenhang mit der Krümmung bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform der Metallfaser 40 und dem Unterschied zwischen dem linearen Expansionskoeffizienten des Außenteils 41 und dem linearen Expansionskoeffizienten des Innenteils 42 auf. 7 ist ein Schaubild, das eine Korrelation zwischen der Krümmung bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform der Metallfaser 40 und der Verformungstemperatur Td veranschaulicht. In 7 gibt die horizontale Achse eine Krümmung bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform der Metallfaser 40 wieder, und die senkrechte Achse gibt eine Verformungstemperatur Td wieder. 8 ist ein Schaubild, das eine Korrelation zwischen dem Unterschied zwischen dem linearen Expansionskoeffizienten des Außenteils und dem linearen Expansionskoeffizienten des Innenteils einer Metallfaser und der Verformungstemperatur Td veranschaulicht. In 8 gibt die horizontale Achse einen Unterschied zwischen dem linearen Expansionskoeffizienten des Außenteils 41 und dem linearen Expansionskoeffizienten des Innenteils 42 in der Metallfaser 40 wieder, und die senkrechte Achse gibt eine Verformungstemperatur Td wieder.
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Wenn die Krümmung bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform der Metallfaser 40 steigt (das heißt, wenn der Grad der Krümmung steigt), steigt die Steifigkeit hinsichtlich eines Verzugs in ihrer Längsrichtung. Demgemäß steigt die Verformungstemperatur Td, wie in 7 veranschaulicht, wenn die Krümmung bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform der Metallfaser 40 steigt. Wenn der Unterschied zwischen dem linearen Expansionskoeffizienten des Außenteils 41 und dem linearen Expansionskoeffizienten des Innenteils 42 in der Metallfaser 40 steigt, erhöht sich die mit der Temperaturerhöhung erzeugte thermische Spannung. Demgemäß sinkt wie in 8 veranschaulicht die Verformungstemperatur Td, wenn der Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Außenteils 41 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Innenteils 42 in der Metallfaser 40 steigt. Demgemäß ist es durch Einstellen der Krümmung bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform der Metallfaser 40 und des Unterschieds zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Außenteils 41 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Innenteils 42 unter Berücksichtigung der Zusammenhänge möglich, eine Metallfaser 40 mit einer gewünschten Verformungstemperatur Td zu erhalten. Daher werden in dieser Ausführungsform die Krümmung bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform und der Unterschied zwischen dem linearen Expansionskoeffizienten des Außenteils 41 und dem linearen Expansionskoeffizienten des Innenteils 42 so eingestellt, dass die Verformungstemperatur Td der Metallfaser 40 eine Temperatur oberhalb einer ersten Solltemperatur erreicht, die eine Solltemperatur im Filterregenerierungsvorgang ist.
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Betriebsarten und Vorteile auf der Grundlage des Einstellens des Aufbaus jeder Metallfaser 40, die den Filter 4 bildet, auf den vorstehend erläuterten Aufbau werden nachstehend beschrieben. Asche, die im Abgas zusammen mit PM enthalten ist, wird im Filter 4 gesammelt. Das heißt, auch Asche wird in kleinen Poren des Filters 4 gesammelt. Weil eine Hauptkomponente von Asche eine metallbasierte Komponente ist, ist es selbst dann, wenn die Temperatur des Filters 4 auf die erste Solltemperatur ansteigt, indem der vorstehend erläuterte Filterregenerierungsvorgang durchgeführt wird, schwierig, Asche durch Oxidation zu entfernen. Demgemäß bleibt Asche in den kleinen Poren, selbst wenn das in den kleinen Poren gesammelte PM durch das Durchführen des Filterregenerierungsvorgangs oxidiert und entfernt wird. Dadurch steigt die Anzahl von kleinen Poren, die mit der Asche verstopft sind, wenn Asche im Filter 4 gesammelt ist. Demgemäß sinkt die Anzahl von kleinen Poren, die dazu fähig sind, PM zu sammeln. Folglich ist es schwierig, eine ausreichende PM-Menge unter Verwendung der kleinen Poren zu sammeln, und eine Verschlechterung der PM-Sammelleistung des Filters 4 kann eintreten. Demgemäß ist es nötig, im Filter 4 angehäufte Asche, also in den kleinen Poren angesammelte Asche, zu entfernen, um die Verschlechterung der PM-Sammelleistung des Filters 4 zu unterdrücken.
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Daher wird in dieser Ausführungsform der Aufbau jeder Metallfaser 40, die den Filter 4 bildet, auf einen Aufbau eingestellt, bei dem die Verformungstemperatur Td höher als die erste Solltemperatur im Filterregenerierungsvorgang ist, um eine Entfernung von im Filter 4 gesammelter Asche zu ermöglichen. In dieser Ausführungsform wird der Filter 4 derart aufgebaut, und dann wird ein Ascheabgabevorgang des Abgebens von im Filter 4 gesammelter Asche aus dem Filter 4 durchgeführt. Im Ascheabgabevorgang wird die Metallfaser 40 verformt, indem die Temperatur des Filters 4 auf eine zweite Solltemperatur erhöht wird, die eine Temperatur ist, die höher als die Verformungstemperatur Td der Metallfaser 40 ist, und als Temperatur verwendet wird, die höher als die erste Solltemperatur im Filterregenerierungsvorgang ist, und somit wird Asche, die sich im Filter 4 ansammelt, aus dem Filter 4 abgegeben.
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9 ist ein Schaubild, das einen Zustand veranschaulicht, in dem eine Metallfaser im Filter verformt wird, wenn der Ascheabgabevorgang durchgeführt wird. In 9 sind die Querschnittsformen der Metallfasern 40 bequemennreise vereinfacht, aber die ursprünglichen Querschnittsformen der Metallfasern 40 sind dieselben wie die in 5 veranschaulichte Form. Da die Temperatur der Metallfasern 40 höher als die Verformungstemperatur Td im Ascheabgabevorgang ist, werden die Metallfasern 40 verformt, um sich in ihrer Längsrichtung stark zu verzerren. Folglich kann wie in 9 veranschaulicht die Größe einer zwischen zwei Metallfasern 40 im Filter 4 gebildeten kleinen Pore zunehmen. Wenn die Größe der kleinen Pore zunimmt, kann in der kleinen Pore gesammelte Asche leicht aus der kleinen Pore (der kleinen Pore, deren Größe zunahm) entweichen. Demgemäß ist es möglich, Asche aus dem Filter 4 abzugeben. Folglich ist es möglich, den Zustand zu vermeiden, in dem sich Asche im Filter 4 ansammelt.
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Wie vorstehend beschrieben wird die Verformungstemperatur Td der Metallfasern 40 auf eine Temperatur oberhalb der ersten Solltemperatur im Filterregenerierungsvorgang eingestellt. Demgemäß ist die Größe der Verzugsverformung der Metallfasern selbst dann vergleichsweise gering, wenn die Temperatur des Filters 4 durch Durchführen des Filterregenerierungsvorgangs auf die erste Solltemperatur steigt. Das heißt, dass es während der Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs unwahrscheinlich ist, dass die Größe der kleinen Poren zunimmt. Demgemäß ist es während der Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs möglich, zu verhindern, dass in den kleinen Poren gesammeltes PM aus den kleinen Poren entkommt, ohne oxidiert zu werden. Folglich ist es möglich, zu verhindern, dass PM während der Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs aus dem Filter 4 abgegeben wird.
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Derart ist es durch ein Einrichten des Aufbaus der Metallfaser 40 mit dem vorstehend erläuterten Aufbau möglich, die Größe der Verzugsverformung auf eine Größe einer Verformung zu drücken, mit der die Größe der kleinen Poren auf einer solchen Größe gehalten werden kann, dass es unwahrscheinlich ist, dass PM daraus entkommt, wenn die Temperatur gleich der oder kleiner als die Verformungstemperatur Td ist. Wenn andererseits die Temperatur höher als die Verformungstemperatur Td ist, steigt die Größe der Verzugsverformung auf eine Verformungsgröße, bei der die Größe der kleinen Poren auf eine Größe ausgedehnt werden kann, bei der Asche daraus entweichen kann. Demgemäß ist es durch Einstellen des Aufbaus der Metallfaser 40 auf den vorstehend erläuterten Aufbau möglich, PM daran zu hindern, aus dem Filter 4 abgegeben zu werden, und den Zustand zu vermeiden, in dem Asche gesammelt wird.
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Während der Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs kann die Temperatur des Filters 4 aufgrund der Oxidationswärme des PMs höher als die erste Solltemperatur sein. Demgemäß ist in Anbetracht des Gesichtspunkts, in dem die Abgabe von PM aus dem Filter 4 während der Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs unterdrückt wird, zu bevorzugen, dass die Verformungstemperatur Td der Metallfaser 40 auf eine Temperatur oberhalb des höchsten Werts der Temperatur des Filters 4 eingestellt wird, bei der erwartet werden kann, dass die Temperatur des Filters 4 aufgrund der Oxidationswärme von PM während der Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs erreicht wird.
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Wenn die Ausführung des Ascheabgabevorgangs gestoppt wird und die Temperatur der Metallfaser 40 unter der Verformungstemperatur Td liegt, sinkt die Größe der Verzugsverformung der Metallfaser 40. Demgemäß verkleinern sich die kleinen Poren des Filters 4, die sich während der Ausführung des Ascheabgabevorgangs vergrößert haben. Demgemäß wird die PM-Sammelleistung des Filters 4 auf dasselbe Maß wie vor der Durchführung des Ascheabgabevorgangs zurückgesetzt.
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(Abläufe des Filterregenerierungsvorgangs und des Ascheabgabevorgangs)
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Wenn zur Zeit der Ausführung des Ascheabgabevorgangs PM im Filter 4 gesammelt wird, besteht hier die Möglichkeit, das neben der Asche etwas PM aus dem Filter 4 abgegeben wird, ohne oxidiert zu werden. Daher wird in dieser Ausführungsform der Ascheabgabevorgang durchgeführt, nachdem der Filterregeneriervorgang abgeschlossen ist. Abläufe des Filterregenerierungsvorgangs und des Ascheabgabevorgangs nach dieser Ausführungsform werden nachstehend anhand von 10 und 11 beschrieben. Die in 10 und 11 veranschaulichten Abläufe werden vorab in der ECU 10 gespeichert und durch ein in der ECU 10 gespeichertes Programm ausgeführt.
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Im Ablauf wird zuerst in S101 bestimmt, ob ein in der ECU 10 gespeichertes Filterregenerierungs-Flag gesetzt ist. Das Filterregenerierungs-Flag ist ein Flag, das gesetzt wird, wenn eine im Filter 4 gesammelte PM-Menge gleich groß wie oder größer als eine vorab festgelegte Menge ist. Die im Filter 4 gesammelte PM-Menge kann berechnet werden, indem eine im Filter 4 gesammelte PM-Menge (ein Anstieg der Menge des angehäuften PM), die auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 und der Temperatur des Filters 4 und dergleichen abgeschätzt wird, und eine oxidierte PM-Menge (eine Abnahme der Menge des angehäuften PM) addiert werden. Daher berechnet die ECU 10 die im Filter 4 angehäufte PM-Menge immer wieder, indem sie einen anderen Ablauf als diesen Ablauf durchführt. Wenn die berechnete Menge des angehäuften PM gleich groß wie oder größer als die vorab festgelegte Menge ist, wird das Filterregenerierungs-Flag eingeschaltet.
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Wenn das Bestimmungsergebnis des S101 negativ ist, das heißt, wenn das in der ECU 10 gespeicherte Filterregenerierungs-Flag gestrichen wird, endet dieses eine Mal die Ausführung dieses Ablaufs. Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis des S101 positiv ist, wird der Vorgang des S102 durchgeführt. In S102 wird bestimmt, ob eine vorab festgelegte Bedingung für die Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs erfüllt ist. Beispiele der Bedingung für die Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs umfassen einen Zustand, in dem die Temperatur des Oxidationskatalysators 3 gleich hoch wie oder höher als eine Aktivierungstemperatur ist und eine Bedingung, bei der der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 stabilisiert ist.
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Wenn das Bestimmungsergebnis des S102 negativ ist, das bedeutet, wenn die Bedingung für die Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs nicht erfüllt ist, endet die Ausführung dieses Ablaufs einmalig. Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis des S102 positiv ist, wird der Vorgang des S103 durchgeführt. In S103 wird eine Zugabe von Kraftstoff in das Abgas durch das Kraftstoffzugabeventil 5 durchgeführt, um den Filterregenerierungsvorgang durchzuführen. Eine vom Kraftstoffzugabeventil 5 zugegebene Kraftstoffmenge wird so angepasst, dass die Temperatur Tf des Filters 4 die erste Solltemperatur Tf1 erreicht. Wie vorstehend beschrieben ist die erste Solltemperatur Tf1 eine Temperatur, bei der PM oxidiert werden kann, und ist eine Temperatur, die vorab auf der Grundlage von Versuchen oder dergleichen bestimmt wird. Wenn die Temperatur Tf des Filters 4 die erste Solltemperatur Tf1 erreicht, wird im Filter 4 gesammeltes PM oxidiert und entfernt.
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Dann wird in S104 bestimmt, ob eine erste vorab festgelegte Zeit nach dem Beginn der Zugabe von Kraftstoff in das Abgas durch das Kraftstoffzugabeventil 5 verstrichen ist, das heißt, nachdem die Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs begonnen hat. Hier ist die erste vorab festgelegte Zeit eine Zeit, in der PM, das im Filter 4 gesammelt ist, ausreichend durch Durchführen des Filterregenerierungsvorgangs für die erste vorab festgelegte Zeit entfernt werden kann. Die erste vorab festgelegte Zeit kann vorab auf der Grundlage von Versuchen oder dergleichen bestimmt werden.
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Wenn das Bestimmungsergebnis des S104 negativ ist, wird der Vorgang von S103 erneut durchgeführt. Das heißt, der Filterregenerierungsvorgang wird kontinuierlich durchgeführt. Andererseits wird das Filterregenerierungs-Flag, das in der ECU 10 gespeichert ist, in S105 gestrichen, wenn das Bestimmungsergebnis in S104 positiv ist. Demgemäß wird die Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs abgeschlossen.
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Im auf S105 folgenden S106 steigt eine Menge von durch das Kraftstoffzugabeventil 5 zugegebenem Kraftstoff, um den Ascheabgabevorgang durchzuführen. Die vom Kraftstoffzugabeventil 5 hinzugegebene Kraftstoffmenge wird so angepasst, dass die Temperatur Tf des Filters 4 die zweite Solltemperatur Tf2 erreicht. Wie vorstehend beschrieben ist die zweite Solltemperatur Tf2 eine Temperatur, die oberhalb der ersten Solltemperatur Tf1 im Filterregenerierungsvorgang liegt und ist eine Temperatur, die höher als die Verformungstemperatur Td der Metallfasern 40 ist. Die zweite Solltemperatur Tf2 wird vorab auf der Grundlage von Versuchen oder dergleichen bestimmt. Wenn der Filter 4 die zweite Solltemperatur Tf2 erreicht, verformen sich die Metallfasern 40, um sich in ihrer Längsrichtung stark zu verziehen, und somit vergrößern sich wie in 9 veranschaulicht die kleinen Poren zwischen mehreren Metallfasern 40 im Filter 4. In den kleinen Poren gesammelte Asche wird aus dem Filter 4 abgegeben.
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Dann wird in S107 bestimmt, ob eine zweite vorab festgelegte Zeit verstrichen ist, nachdem die Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs abgeschlossen ist und die Menge des durch das Kraftstoffzugabeventil 5 zugegebenen Kraftstoffs steigt, also nachdem die Ausführung des Ascheabgabevorgangs begonnen hat. Hier ist die zweite vorab festgelegte Zeit eine Zeit, zu der bestimmt werden kann, dass im Filter 4 gesammelte Asche durch Durchführen des Ascheabgabevorgangs für die zweite vorab festgelegte Zeit ausreichend entfernt werden kann. Die zweite vorab festgelegte Zeit kann vorab auf der Grundlage von Versuchen oder dergleichen bestimmt werden.
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Wenn das Bestimmungsergebnis des S107 negativ ist, wird der Vorgang des S106 erneut durchgeführt. Das heißt, der Ascheabgabevorgang wird kontinuierlich durchgeführt. Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis des S107 positiv ist, wird die Zugabe von Kraftstoff in das Abgas durch das Kraftstoffzugabeventil 5 in S108 gestoppt. Das heißt, die Ausführung des Ascheabgabevorgangs wird gestoppt.
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Nach dem vorstehend erläuterten Ablauf wird der Ascheabgabevorgang durchgeführt, nachdem die Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs abgeschlossen ist. Demgemäß wird der Ascheabgabevorgang in einem Zustand durchgeführt, in dem das meiste im Filter 4 gesammelte PM entfernt ist und fast nur Asche im Filter 4 gesammelt ist. Demgemäß ist es möglich, zu verhindern, dass PM zusammen mit Asche aus dem Filter 4 abgegeben wird.
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Im vorstehend erläuterten Ablauf wird die Temperatur des Filters 4 auf die zweite Solltemperatur angehoben, indem die Kraftstoffmenge erhöht wird, die aus dem Kraftstoffzugabeventil 5 in dem Zustand zugegeben wird, in dem die Temperatur des Filters 4 durch Durchführen des Filterregenerierungsvorgangs auf die erste Solltemperatur angehoben ist. Demgemäß ist es möglich, eine Kraftstoffzugabemenge vom Kraftstoffzugabeventil 5 zum Realisieren des Ascheabgabevorgangs zu verringern. Als Ergebnis ist es möglich, eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz beim Ausführen des Ascheabgabevorgangs zu unterdrücken.
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In dieser Ausführungsform wird die Einheit zur Ausführung des Regenerierungsvorgangs nach der Erfindung realisiert, indem die ECU 10 dazu veranlasst wird, die Abläufe von S103 und S104 im vorstehend erläuterten Ablauf durchzuführen. In dieser Ausführungsform wird die Einheit zur Ausführung des Abgabevorgangs nach der Erfindung realisiert, indem die ECU 10 dazu veranlasst wird, die Vorgänge von S106 und S107 im vorstehend erläuterten Ablauf durchzuführen.
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In dieser Ausführungsform werden der Filterregenerierungsvorgang und der Ascheabgabevorgang realisiert, indem das Kraftstoffzugabeventil 5 dazu veranlasst wird, Kraftstoff in das Abgas einzuleiten. Die Temperatur von Abgas, das von der Brennkraftmaschine 1 abgegeben wird, wird jedoch erhöht, um die Temperatur des Filters 4 auf die Solltemperaturen in den Vorgängen zu erhöhen, wodurch die Vorgänge realisiert werden, indem ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in der Brennkraftmaschine 1 verzögert wird oder eine Nacheinspritzung nach der Hauptkraftstoffeinspritzung in der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt wird.
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<Zweite Ausführungsform>
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Die Aufbauten des Abgassystems und des Filters in der Brennkraftmaschine nach einer zweiten Ausführungsform sind die gleichen wie in der ersten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden ähnlich wie in der ersten Ausführungsform der Filterregenerierungsvorgang und der Ascheabgabevorgang durchgeführt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in einer Ausführungshäufigkeit des Ascheabgabevorgangs.
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Eine im Abgas in der Brennkraftmaschine 1 enthaltene Aschemenge ist viel kleiner als eine PM-Menge. Demgemäß ist eine im Filter 4 gesammelte Aschemenge viel kleiner als eine im Filter 4 gesammelte PM-Menge. Daher ist es nicht nötig, den Ascheabgabevorgang durchzuführen, wenn die Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs abgeschlossen ist. Daher wird in dieser Ausführungsform der Ascheabgabevorgang immer dann durchgeführt, wenn der Filterregenerierungsvorgang eine vorab festgelegte Anzahl von Malen durchgeführt wurde.
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Der Ascheabgabevorgang nach dieser Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf 12 beschrieben. In dieser Ausführungsform wird der Ablauf (die Vorgänge von S101 bis S105) des in 10 veranschaulichten Filterregenerierungsvorgangs auf dieselbe Weise wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt. Die Vorgänge von S106 bis S108 in dem in 12 veranschaulichten Ablauf werden gleich wie die Vorgänge in dem in 11 veranschaulichten Ablauf durchgeführt. Daher wird die Beschreibung der Vorgänge nicht wiederholt. In dieser Ausführungsform werden die in den 10 und 12 veranschaulichten Abläufe vorab in der ECU 10 gespeichert und werden durch ein in der ECU 10 gespeichertes Programm durchgeführt.
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In dieser Ausführungsform wird der Vorgang des S206 in dem in 12 veranschaulichten Ablauf nach dem Vorgang des S105 in dem in 10 veranschaulichten Ablauf durchgeführt. In S206 wird bestimmt, ob der Filterregenerierungsvorgang eine vorab festgelegte Anzahl von Malen nach dem vollständigen Abschluss des vorherigen Ascheabgabevorgangs durchgeführt wurde. Die vorab festgelegte Anzahl von Malen beträgt zwei oder mehr Male und ist die Anzahl von Malen, in denen eine derartige zu entfernende Aschemenge im Filter 4 angehäuft wird, wenn der Filterregenerierungsvorgang die vorab festgelegte Anzahl von Malen ohne Durchführen des Ascheabgabevorgangs durchgeführt wird. Eine solche vorab festgelegte Anzahl von Malen kann vorab auf der Grundlage eines Versuchs oder dergleichen bestimmt werden. Die Ausführungshäufigkeit des Filterregenerierungsvorgangs wird durch einen in der ECU 10 gespeicherten Zähler gezählt. Die vom Zähler gezählte Ausführungshäufigkeit des Filterregenerierungsvorgangs wird zurückgesetzt, wenn der Ascheabgabevorgang durchgeführt wird.
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Wenn das Bestimmungsergebnis des S206 negativ ist, das heißt, wenn die Ausführungshäufigkeit des Filterregenerierungsvorgangs nach dem vollständigen Durchführen des vorherigen Ascheabgabevorgangs keine vorab festgelegte Anzahl von Malen erreicht, wird der Vorgang des S108 durchgeführt. Das heißt, die Ausführung der Zufuhr von Kraftstoff zum Abgas aus dem Kraftstoffzugabeventil 5 wird gestoppt, ohne den Ascheabgabevorgang durchzuführen. Demgemäß wird die Ausführung des Filterregenerierungsvorgangs gestoppt. Wenn andererseits das Bestimmungsergebnis des S206 positiv ist, wird der Vorgang nach dem S106 durchgeführt. Das heißt, der Ascheabgabevorgang wird durchgeführt.
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Nach dem vorstehend erläuterten Ablauf wird der Ascheabgabevorgang jedes Mal durchgeführt, wenn der Filterregenerierungsvorgang eine vorab festgelegte Anzahl von Malen durchgeführt wurde. Daher ist es möglich, die Ausführungshäufigkeit des Ascheabgabevorgangs im Vergleich zu dem Fall zu verringern, in dem der Ascheabgabevorgang durchgeführt wird, wenn der Filterregenerierungsvorgang vollständig durchgeführt wurde. Daher ist es möglich, eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz aufgrund der Ausführung des Ascheabgabevorgangs zu unterdrücken.
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<Dritte Ausführungsform>
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Die Aufbauten des Abgassystems und des Filters in der Brennkraftmaschine nach einer dritten Ausführungsform sind gleich wie in der ersten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform werden ebenso wie in der ersten Ausführungsform der Filterregenerierungsvorgang und der Ascheabgabevorgang durchgeführt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Temperatur des Filters 4 erhöht und verringert wird, wenn der Ascheabgabevorgang durchgeführt wird.
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In dieser Ausführungsform wird die Temperatur des Filters 4 beim Durchführen des Ascheabgabevorgangs auf die zweite Solltemperatur Tf2 erhöht, indem die vom Kraftstoffzugabeventil 5 zugegebene Kraftstoffmenge als größer als die eingestellt wird, wenn das Filterregenerierungs-Flag gesetzt ist. Im Ascheabgabevorgang nach dieser Ausführungsform wird die Kraftstoffmenge, die vom Kraftstoffzugabeventil 5 zugegeben wird, periodisch so erhöht und verringert, dass die Temperatur des Filters 4 mehrmals in einem Bereich, der gleich groß ist wie oder größer ist als die zweite Solltemperatur Tf2, erhöht und verringert wird.
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Demgemäß wird die Temperatur der Metallfasern 40 in einem Bereich oberhalb der Verformungstemperatur Td erhöht und verringert. Wenn die Temperatur der Metallfasern 40 in einem Temperaturbereich oberhalb der Verformungstemperatur Td geändert wird, ändert sich eine Größe der Verzugsverformung jeder Metallfaser 40 stark mit der Temperaturänderung. Demgemäß wird die Änderung der Größe der Verzugsverformung mehrmals in einem Zustand wiederholt, in dem sich die Metallfasern 40 stark verziehen, wenn die Temperatur der Metallfasern 40 im Temperaturbereich oberhalb der Verformungstemperatur Td mehrmals erhöht und verringert wird. Folglich wird während der Ausführung des Ascheabgabevorgangs eine Vergrößerung und Verringerung der kleinen Poren im Filter 4 wiederholt. Daher kann in den kleinen Poren gesammelte Asche leicht aus den kleinen Poren entkommen. Demnach ist es möglich, im Filter 4 angesammelte Asche einfach aus dem Filter abzugeben.
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Der Ascheabgabevorgang nach dieser Ausführungsform wird nachstehend anhand von 13 beschrieben. In dieser Ausführungsform wird der Ablauf (die Vorgänge von S101 bis S105) des in 10 veranschaulichten Filterregenerierungsvorgangs gleich wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt. Die Vorgänge von S106 und S108 in dem in 13 veranschaulichten Ablauf werden gleich wie die Vorgänge in dem in 11 veranschaulichten Ablauf durchgeführt. Demgemäß wird eine Beschreibung der Vorgänge nicht wiederholt. In dieser Ausführungsform werden die in 10 und 13 veranschaulichten Abläufe vorab in der ECU 10 gespeichert und werden durch ein in der ECU 10 gespeichertes Programm ausgeführt.
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In dieser Ausführungsform wird der Vorgang in S307 nach S106 durchgeführt. In S307 wird die vom Kraftstoffzugabeventil 5 zugegebene Kraftstoffmenge eine vorab festgelegte Anzahl von Malen in einem Bereich erhöht und verringert, der gleich groß wie oder größer als die Kraftstoffmenge ist, die zu dieser Zeit vom Kraftstoffzugabeventil 5 in der ersten oder zweiten Ausführungsform hinzugegeben wird. Zu dieser Zeit wird die Erhöhung und Verringerung der vom Kraftstoffzugabeventil 5 hinzugegebenen Kraftstoffmenge mit einem derartigen Zyklus durchgeführt, dass sie der Temperaturänderung des Filters 4 mit der Erhöhung und Verringerung der hinzugegebenen Kraftstoffmenge folgt. Das heißt, dass die hinzugegebene Kraftstoffmenge verringert wird, nachdem die Temperatur des Filters 4 durch Erhöhen der hinzugegebenen Kraftstoffmenge erhöht ist. Die hinzugegebene Kraftstoffmenge wird erhöht, nachdem die Temperatur des Filters 4 durch Verringern der zugegebenen Kraftstoffmenge verringert wird. Die vorab festgelegte Anzahl von Malen, die eine Frequenz des Erhöhens und Verringerns der hinzugegebenen Kraftstoffmenge ist, ist die Anzahl von Malen, nach der bestimmt werden kann, dass im Filter 4 gesammelte Asche ausreichend entfernt wurde, indem die Temperaturänderung des Filters 4 mit der Erhöhung und Verringerung der Kraftstoffmenge wiederholt wird, die die vorab festgelegte Anzahl von Malen hinzugegeben wird. Die vorab festgelegte Anzahl von Malen kann vorab auf der Grundlage eines Versuchs oder dergleichen bestimmt werden. Der Vorgang in S108 wird direkt nach S307 durchgeführt und die Ausführung des Ascheabgabevorgangs wird gestoppt.
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Nach dem vorstehend erläuterten Ablauf wird die Temperatur des Filters 4 eine vorab festgelegte Anzahl von Malen in einem Temperaturbereich oberhalb der Verformungstemperatur Td erhöht und verringert, wenn der Ascheabgabevorgang durchgeführt wird. Folglich wird die Änderungsgröße der Größe der Verzugsverformung der Metallfasern 40 für die vorab festgelegte Anzahl von Malen wiederholt. In dieser Ausführungsform wird die Einheit zur Ausführung des Abgabevorgangs nach der Erfindung dadurch verkörpert, dass die ECU 10 dazu veranlasst wird, die Abläufe von S106 und S307 im vorstehend erläuterten Ablauf durchzuführen. Der Ascheabgabevorgang gemäß dieser Ausführungsform kann auch in der zweiten Ausführungsform eingesetzt werden, in der der Ascheabgabevorgang immer dann durchgeführt wird, wenn der Filterregenerierungsvorgang mehrere Male durchgeführt wurde.
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<Modifiziertes Beispiel>
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In den ersten bis dritten Ausführungsformen wird die Querschnittsform jeder Metallfaser 40, die den Filter 4 bildet, wie in 3 veranschaulicht, als ein Bogenform gebildet. Die Querschnittsform jeder Metallfaser nach der Erfindung ist jedoch nicht auf die Bogenform beschränkt. Beispielsweise kann die Querschnittsform jeder Metallfaser als eine andere gekrümmte Form als der Bogenform festgelegt sein. In diesem Fall steigt die Verformungstemperatur der Metallfaser, wenn ein Grad der Krümmung bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform jeder Metallfaser steigt.
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Die Querschnittsform jeder Metallfaser kann auf eine gebogene bzw. geknickte Form anstelle der gekrümmten Form festgelegt sein. 14 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch einen Aufbau jeder Metallfaser veranschaulicht, die den Filter nach einem modifizierten Beispiel der Ausführungsformen bildet. Wie in 14 veranschaulicht, ist die Querschnittsform einer Metallfaser 80 nach dem modifizierten Beispiel eine geknickte Form. In einer derartigen Form weist die Metallfaser 80 einen Aufbau auf, in dem ein auf der Außenseite der geknickten Form angeordnetes Außenteil 81 und ein auf der Innenseite der geknickten Form angeordnetes Innenteil 82 miteinander verbunden sind. Der lineare Ausdehnungskoeffizient des Innenteils 82 wird größer als der lineare Ausdehnungskoeffizient des Außenteils 81 gewählt.
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Auf diese Weise ist die Steifigkeit der Metallfaser 80 gegen Biegen vergleichsweise hoch, wenn die Querschnittsform der Metallfaser 80 als die geknickte Form festgelegt ist. Das heißt, dass die Metallfaser 80 eine vergleichsweise hohe Steifigkeit hinsichtlich eines Verzugs in ihrer Längsrichtung aufweist. Wenn jedoch die Temperatur der Metallfaser 80 steigt, verbreitert sich die geknickte Form jedoch in der Breitenrichtung (der Richtung senkrecht zur Längsrichtung). Das heißt, dass ein Grad des Knickens der Querschnittsform der Metallfaser 80 mit einer Erhöhung der Temperatur sinkt (also ein Biegewinkel steigt). Wenn der Grad des Knickens der Querschnittsform der Metallfaser 80 sinkt, sinkt die Steifigkeit der Metallfaser 80 gegenüber einem Verzug in ihrer Längsrichtung. Demgemäß weist die Metallfaser 80 selbst dann einen Aufbau auf, in dem die Größe der Änderung der Verzugsrate pro Temperatureinheit sich abhängig von einer vorab festgelegten Verformungstemperatur mit der Erhöhung der Temperatur ändert, wenn die Querschnittsform wie die Metallfaser 80 auf die geknickte Form eingestellt ist, ebenso wie in dem Fall, in dem die Querschnittsform auf eine gekrümmte Form festgelegt ist.
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Die Verformungstemperatur weist eine hohe Korrelation mit dem Knick- bzw. Biegewinkel (das heißt der Stärke des Knickens) bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform der Metallfaser 80 und dem Unterschied zwischen den linearen Ausdehnungskoeffizienten des Außenteils 81 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Innenteils 82 auf. 15 ist ein Schaubild, das eine Korrelation zwischen dem Abkantwinkel bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform der Metallfaser 80 und der Verformungstemperatur Td veranschaulicht. In 15 gibt die horizontale Achse einen Abkantwinkel bei einer Normaltemperatur einer Querschnittsform der Metallfaser 80 wieder und die senkrechte Achse gibt eine Verformungstemperatur Td wieder. Wie in 15 veranschaulicht, sinkt der Abkantwinkel (d.h. steigt der Grad des Abkantens) bei einer Normaltemperatur der Querschnittsform der Metallfaser 80, wenn die Verformungstemperatur Td steigt. Ebenso wie in dem Fall, in dem die Querschnittsform auf eine gekrümmte Form eingestellt ist, sinkt die Verformungstemperatur Td (siehe 8), wenn der Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Außenteils 81 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Innenteils 82 in der Metallfaser 80 steigt. Daher werden in der Metallfaser 80 der Abkantwinkel bei einer herkömmlichen Temperatur der Querschnittsform und der Unterschied zwischen dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Außenteils 81 und dem linearen Ausdehnungskoeffizienten des Innenteils 82 so eingestellt, dass die Verformungstemperatur Td eine Temperatur oberhalb der ersten Solltemperatur erreicht, die eine Solltemperatur im Filterregenerierungsvorgang ist. Indem die Metallfaser 80 mit dieser Struktur aufgebaut wird, ist es möglich, dieselben Vorteile wie in den ersten bis dritten Ausführungsformen zu erhalten.
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Bezugszeichenliste
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- PM
- Partikelmaterial
- 1
- Brennkraftmaschine, Maschine mit interner Verbrennung
- 2
- Abgasdurchlass
- 3
- Oxidationskatalysator
- 4
- Filter
- 5
- Kraftstoffzugabeventil
- 6
- stromaufwärtiger Temperatursensor
- 7
- stromabwärtiger Temperatursensor
- 8
- Kurbelwellenpositionssensor
- 9
- Gaspedalpositionssensor
- 10
- ECU (elektronische Steuereinheit)
- 40
- (gekrümmte) Metallfaser
- 41
- Außenteil der Metallfaser
- 42
- Innenteil der Metallfaser
- Td
- Verformungstemperatur
- Tf
- Temperatur des Filters
- Tf1
- erste Solltemperatur (PM-Oxidationstemperatur)
- Tf2
- zweite Solltemperatur (Ascheabgabetemperatur)
- 80
- (geknickte) Metallfaser
- 81
- Außenteil der Metallfaser
- 82
- Innenteil der Metallfaser
