DE60104615T2

DE60104615T2 - Abgasreinigungsvorrichtung für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE60104615T2
Application number: DE60104615T
Authority: DE
Inventors: Shinya Toyota-shi Hirota; Toshiaki Toyota-shi Tanaka; Kazuhiro Toyota-shi ITOH; Takamitsu Toyota-shi Asanuma; Koichiro Toyota-shi NAKATANI; Koichi Toyota-shi KIMURA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2021-03-28
Also published as: CN1365425A; EP1184544A4; JP3714252B2; US6644022B2; EP1184544B1; KR20020024595A; CN1201071C; US20020157384A1; EP1184544A1; WO2001073273A1; DE60104615D1; ES2221890T3; KR100495204B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aus der JP 5 059 931 A ist eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Dieselmotor bekannt, bei der die jeweiligen angesammelten Abgaspartikelmengen nachdem/bevor ein Filter regeneriert wird, durch eine Berechnungsschaltung für angesammelte Mengen berechnet werden. Wenn anhand der Differenz zwischen beiden angesammelten Mengen durch eine Regenerationszustands-Erfassungsschaltung eine unzureichende Regeneration festgestellt wird, werden eine Abgasdrosselklappe und ein Umgehungsventil durch eine Abgaspartikel-Beseitigungsschaltung geschlossen. Anschließend wird die Abgasdrosselklappe schrittweise geöffnet/geschlossen, und ein unter hohem Druck stehendes Abgas kann nach und nach in einen Filter strömen, um die Abgaspartikel kraftvoll zu beseitigen.
Aus der JP 5 044 436 A ist eine weitere Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bekannt, wobei die Reinigungsvorrichtung zusammen mit einer Abgasdrosselklappe in einem Abgaskanal angeordnet ist. Vorgesehen sind eine Erkennungsvorrichtung zur Erkennung des Drosselzustands der Reinigungsvorrichtung und eine Steuervorrichtung zum Öffnen der Abgasdrosselklappe, nachdem das Ventil für eine Weile geschlossen war, während eine Umdrehung bei der gegebenen Anzahl von Umdrehungen vorgenommen wird, die hoch genug ist, damit der Abgasdruck steigen kann.
Aus der JP 03 253 712 A ist ein Regenerierungsverfahren für einen Partikelfilter für einen Dieselmotor bekannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird ein Abgas einer Vorrichtung, das von einem Dieselmotor abgeführt wird, einer Mehrzahl von Filtervor richtungen durch eine Mehrzahl von Abgaskrümmern zugeführt und in die Umgebungsluft durch eine Mehrzahl von Abgasleitungen abgeführt, nachdem die in dem Abgas enthaltenen Partikel an jeweiligen Filtern abgefangen worden sind. In diesem Fall wird ein zweites elektromagnetisches Umschaltventil mit einer Steuervorrichtung umgeschaltet, und das Abgas von einer zweiten Filtervorrichtung wird zur Reinigung in einen einleitenden Seitenkanal eingebracht, und der Druck auf der Abgaskanalseite der ersten Filtervorrichtung wird stärker erhöht. Hierdurch wird ein pulsierender Rückstrom des Abgases an der ersten Filtervorrichtung erzeugt, und die eingefangenen Partikel werden gereinigt und wiederum an einem Heizelement verbrannt.
Bisher wurden die bei einem Dieselmotor im Abgas enthaltenen Partikel beseitigt, indem man einen Partikelfilter im Motorabgaskanal anordnete, wobei dieser Partikelfilter dazu verwendet wurde, die Partikel im Abgas abzuscheiden, und indem die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel entzündet und verbrannt wurden, um den Partikelfilter zu regenerieren. Die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel entzünden sich jedoch erst bei einer hohen Temperatur von mindestens etwa 600°C. Im Gegensatz dazu ist die Temperatur des Abgases eines Dieselmotors normalerweise erheblich niedriger als 600° C. Daher ist es schwierig, die Wärme des Abgases dazu zu verwenden, die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel zur Entzündung zu bringen. Um die Wärme des Abgases dafür zu verwenden, die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel zur Entzündung zu bringen, ist es notwendig, die Zündtemperatur der Partikel zu senken.
Bislang war jedoch bekannt, daß die Zündtemperatur der Partikel reduziert werden kann, wenn ein Katalysator auf dem Partikelfilter aufgenommen ist. Dementsprechend sind in der Technik verschiedene Partikelfilter bekannt, auf denen die Katalysatoren zum Reduzieren der Zündtemperatur der Partikel aufgenommen sind.
Die japanische Patentanmeldung (Kokoku) 7-106290 offenbart einen Partikelfilter, der einen Partikelfilter aufweist, auf dem eine Mischung aus einem Metall der Platingruppe und ein Erdalkalimetalloxid aufgenommen sind. Bei diesem Partikelfilter werden die Partikel bei einer relativ niedrigen Temperatur von etwa 350° bis 400°C entzündet und dann kontinuierlich verbrannt.
In einem Dieselmotor reicht die Temperatur des Abgases bei hoher Motorlast von 350°C bis 400°C, so daß es bei dem vorstehenden Partikelfilter zunächst den Anschein hat, die Partikel könnten bei Anstieg der Motorlast zur Entzündung gebracht werden und durch die Wärme des Abgases verbrennen. Doch tatsächlich entzünden sich die Partikel in manchen Fällen eben nicht, selbst wenn die Temperatur des Abgases von 350° C bis 400° C reicht. Selbst wenn sich die Partikel entzünden, verbrennt ferner nur ein Teil der Partikel, und eine große Menge der Partikel bleibt unverbrannt.
Das heißt, wenn die Menge der in dem Abgas enthaltenen Partikel gering ist, ist die Menge der auf dem Partikelfilter abgelagerten Partikel gering. Wenn dabei die Temperatur des Abgases von 350° C bis 400° C reicht, entzünden sich die Partikel auf dem Partikelfilter und werden dann kontinuierlich verbrannt.
Wenn jedoch die Menge der im Abgas enthaltenen Partikel zunimmt, bevor die auf dem Partikelfilter abgelagerten Partikel vollständig verbrennen, lagern sich weitere Partikel auf diesem Partikelfilter ab. Dementsprechend lagern sich die Partikel lagenweise auf dem Partikelfilter ab. Wenn sich die Partikel lagenweise auf dem Partikelfilter ablagern, wird der Teil der Partikel, der mit Sauerstoff leicht Kontakt aufnehmen kann, verbrannt, jedoch werden die verbleibenden Partikel, die mit Sauerstoff schwer Kontakt aufnehmen können, nicht verbrannt, und dementsprechend bleibt eine große Partikelmenge unverbrannt. Wenn demnach die in dem Abgas enthaltene Partikelmenge zunimmt, lagert sich weiterhin eine großen Menge von Partikeln auf dem Partikelfilter ab.
Hat sich hingegen eine große Menge von Partikeln auf dem Partikelfilter abgelagert, wird es zunehmend schwieriger, daß sich die abgelagerten Partikel entzünden und verbrennen. Daß die Partikel schwerer verbrennen, hängt wahrscheinlich damit zusammen, daß sich der Kohlenstoff in den Partikeln beim Ablagern in schwer brennbares Graphit etc. verwandelt. Wenn sich tatsächlich eine große Menge an Partikeln anhaltend auf dem Partikelfilter ablagert, findet bei niedrigen Temperaturen von 350° bis 400° C keine Entzündung der abgelagerten Partikel statt. Um eine Entzündung der abgelagerten Partikel herbeizuführen, ist eine hohe Temperatur von über 600° C erforderlich. Eine derart hohe Temperatur von über 600° C wird jedoch in einem Dieselmotor niemals durch die Abgastemperatur erreicht. Wenn sich somit weiterhin eine große Partikelmenge auf dem Partikelfilter ablagert, ist es schwierig, eine Entzündung der abgelagerten Partikel durch Abgaswärme herbeizuführen.
Wäre es dabei hingegen möglich, die Abgastemperatur auf eine hohe Temperatur von über 600° C zu steigern, würden sich die abgelagerten Partikel entzünden, dadurch jedoch ein anderes Problem entstehen. Das heißt, wenn in diesem Fall die abgelagerten Partikel zur Entzündung gebracht würden, würden diese verbrennen und gleichzeitig eine helle Flamme erzeugen würden. Dabei würde die Temperatur des Partikelfilters lange Zeit auf über 800° C gehalten werden, bis die abgelagerten Partikel abgebrannt sind. Wird der Partikelfilter auf diese Weise lange Zeit einer hohen Temperatur von über 800° C ausgesetzt, nimmt die Qualität des Partikelfilters rasch ab, und somit entsteht das Problem, daß der Partikelfilter frühzeitig durch einen neuen Filter ersetzt werden muß.
Sobald sich auf diese Weise eine große Menge von Partikeln lagenweise auf dem Partikelfilter ablagert, hat dies also ein Problem zur Folge. Daher besteht die Notwendigkeit, die Ablagerung einer großen Menge an Partikeln auf dem Partikelfilter zu verhindern. Selbst wenn auf diese Weise die Ablagerung einer großen Menge von Partikeln auf dem Partikelfilter verhindert wird, sammeln sich die nach der Verbrennung zurückbleibenden Partikel an und bilden große Massen. Diese Massen bewirken, daß winzige Löcher des Partikelfilters verstopfen. Wenn die winzigen Löcher des Partikelfilters auf dieser Weise verstopfen, nimmt der Druckabfall des Abgasstroms im Partikelfilter all-mählich zu, wodurch letztendlich die Motorleistung abnimmt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, die die Partikelmassen, die eine Verstopfung des Partikelfilters hervorrufen, vom Partikelfilter abscheidet und abführt.
Erfindungsgemäß wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale nach Anspruch 1 gelöst.
Verbesserte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung resultieren aus den Unteransprüchen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Ausführungsformen entsprechend 1 bis 25 bilden lediglich Hintergrundinformationen zur Erfindung.
1 ist eine Gesamtansicht eines Verbrennungsmotors. 2A und 2B sind Abbildungen eines Soll-Drehmoments eines Motors. 3A und 3B sind Abbildungen eines Partikelfilters; 4A und 4B sind Abbildungen zur Erläuterung eines Oxidationsvorgangs der Partikel. 5A, 5B und 5C sind Abbildungen zur Erläuterung eines Ablagerungsvorgangs der Partikel; 6 ist eine Abbildung der Beziehung zwischen der Menge von durch Oxidation entfernbaren Partikeln und der Temperatur des Partikelfilters; 7A und 7B sind Zeitdiagramme der Veränderung des Öffnungsgrads der Abgasdrosselklappe etc.; 8 ist ein Zeitdiagramm der Änderung des Öffnungsgrads der Abgasdrosselklappe; 9 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention, 10 ist ein Zeitdiagramm der Änderung des Öffnungsgrads der Abgasdrosselklappe; 11 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention, 12 ist eine Zeitdiagramm der Änderung des Öffnungsgrads der Abgasdrosselklappe; 13 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention; 14A und 14B sind Abbildungen der Menge der abgeführten Partikel; 15 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention; 16 ist eine Abbildung der zeitlichen Steuerung; 17 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention; 18A und 18B sind Abbildungen der durch Oxidation entfernbaren Partikelmenge; 19 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention; 20 ist eine Abbildung der Raucherzeugungsmenge; 21 ist eine Abbildung eines ersten Betriebsbereichs und eines zweiten Betriebsbereichs; 22 ist eine Abbildung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses; 23 ist eine Abbildung der Änderung des Öffnungsgrads des Drosselventils; 24 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention; 25 ist eine Gesamtansicht einer weiteren Ausführungsform eines Verbrennungsmotors; 26 ist eine Gesamtansicht von noch einer weiteren Ausführungsform eines Verbrennungsmotors; 27A und 27B sind Abbildungen einer Partikelverarbeitungsvorrichtung; 28 ist eine Abbildung einer weiteren Ausführungsform einer Partikelverarbeitungsvorrichtung; 29 ist ein Zeitdiagramm der Änderung des Öffnungsgrads der Abgasdrosselklappe; 30 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention; 31 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention; 32 ist ein Zeitdiagramm der Änderung des Öffnungsgrads der Abgasdrosselklappe; 33 ist ein Zeitdiagramm der Änderung des Öffnungsgrads der Abgasdrosselklappe; 34 ist ein Zeitdiagramm der Änderung des Öffnungsgrads der Abgasdrosselklappe; 35 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention; 36 ist eine Abbildung von noch einer weiteren Ausführungsform einer Partikelverarbeitungsvorrichtung; 37 ist ein Zeitdiagramm der Änderung des Öffnungsgrads der Abgasdrosselklappe; und 38 ist ein Flußdiagramm für die Steuerung einer Verstopfungsprävention.
BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit Selbstzündung. Es ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung auch auf einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung angewendet werden kann.
Bezugnehmend auf 1 steht das Bezugszeichen 1 für einen Motorkörper, 2a für einen Zylinderblock, 3a für einen Zylinderkopf, 4 für einen Kolben, 5a für einen Verbrennungsraum, 6 für eine elektrisch gesteuerte Einspritzdüse, 7 für ein Einlaßventil, 8 für einen Ansaugkanal, 9 für ein Auslaßventil und 10 für einen Auslaßkanal. Der Ansaugkanal 8 ist durch ein entsprechendes Saugrohr 11 mit einem Druckluftbehälter 12 verbunden, während der Druckluftbehälter 12 mit einem Verdichter 15 eines Abgasturboladers 14 durch einen Einlaßkanal 13 verbunden ist. Im Einlaßkanal 13 ist eine Drosselklappe 17 angeordnet, die durch einen Schrittmotor 16 betrieben wird. Ferner ist zur Kühlung der durch einen Einlaßkanal 13 strömenden Ansaugluft um den Einlaßkanal 13 herum eine Kühlvorrichtung 18 angeordnet. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Motorkühlwasser in der Kühlvorrichtung 18 geführt, und die Ansaugluft wird durch das Motorkühlwasser gekühlt. Der Auslaßkanal 10 ist hingegen durch einen Abgaskrümmer 19 und ein Abgasrohr 20 mit einer Abgasturbine 21 eines Abgasturboladers 14 verbunden. Der Auslaß der Abgasturbine 21 ist mit einem Filtergehäuse 23 verbunden, in dem ein Partikelfilter 22 untergebracht ist.
Der Abgaskrümmer 19 und der Druckluftbehälter 12 sind durch einen AGR-Kanal 24 (AGR = Abgasrückführung) miteinander verbunden. Innerhalb des AGR-Kanals 24 ist ein elektronisch gesteuertes AGR-Steuerventil 25 angeordnet. Eine Kühlvorrichtung 26 ist um den AGR-Kanal 24 herum angeordnet, um das innerhalb des AGR-Kanals 24 zirkulierende AGR-Gas zu kühlen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Motorkühlwasser in der Kühlvorrichtung 26 geführt, und das AGR-Gas wird durch das Motorkühlwasser gekühlt. Kraftstoffeinspritzdüsen 6 sind hingegen mit einem Kraftstoffbehälter, einer sogenannten Common-Rail (bzw. gemeinsamen Druckleitung) 27, durch Kraftstoffzufuhrleitungen 6a verbunden. Von einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffpumpe 28 mit variabler Abgabe wird der Common-Rail 27 der Kraftstoff zugeführt. Der in die Common-Rail 27 gespeiste Kraftstoff wird den Kraftstoffeinspritzdüsen 6 durch die Kraftstoffzufuhrleitungen 6a zugeführt. An der Common-Rail 27 ist ein Kraftstoffdrucksensor 29 zur Erkennung des Kraftstoffdrucks in der Common-Rail angebracht. Die Abgabe von der Kraftstoffpumpe 28 wird basierend auf dem Aus gangssignal des Kraftstoffdrucksensors 29 gesteuert, so daß der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 27 einen Soll-Kraftstoffdruck erreicht.
Eine elektronische Steuereinheit 30 besteht aus einem digitalen Computer, der mit einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 32, einem RAM (Direktzugriffsspeicher) 33, einer CPU (Mikroprozessor) 34, einem Eingangsport 35 und einem Ausgangsport 36, die durch einen bidirektionalen Bus 31 miteinander verbunden sind, ausgestattet ist. Das Ausgangssignal des Kraftstoffdrucksensors 29 wird durch einen entsprechenden Analog-Digital-Wandler 37 in den Eingangsport 35 eingegeben. Ferner ist an dem Partikelfilter 22 ein Temperatursensor 39 zur Erkennung der Temperatur des Partikelfilters 22 angebracht. Das Ausgangssignal dieses Temperatursensors 39 wird durch den A/-D-Wandler 37 in den Eingangsport 35 eingegeben. Ein Fahrpedal 40 ist mit einem Lastsensor 41 verbunden, der eine Ausgangsspannung proportional zur Menge des Verstellwegs L des Fahrpedals 40 erzeugt. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird in den Eingangsport 35 des entsprechenden A/D-Wandlers 37 eingegeben. Ferner ist mit dem Eingangsport 35 ein Kurbelwinkelsensor 42 verbunden, der jedesmal einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn sich die Kurbelwelle um beispielsweise 30 Grad gedreht hat
Im Abgasrohr 43 hingegen, das mit dem Auslaß des Filtergehäuses 23 verbunden ist, ist eine Abgasdrosselklappe 45 angeordnet, die durch das Betätigungsglied 44 angesteuert wird. Der Ausgangsport 36 ist durch einen entsprechenden Steuerkreis 38 mit der Kraftstoffeinspritzdüse 6, dem Schrittmotor 16 zur Ansteuerung der Drosselklappe, dem AGR-Steuerventil 25, der Kraftstoffpumpe 28 und dem Betätigungsglied 44 verbunden.
2A stellt die Beziehung zwischen dem Soll-Drehmoment TQ, dem Verstellweg L des Fahrpedals 40 und der Motordrehzahl N dar. In 2A ist zu beachten, daß die Kurven die entsprechenden Drehmomentkurven darstellen. Die mit TQ = 0 dargestellte Kurve, zeigt, daß die Kurve gleich null ist, während die verbleibenden Kurven die langsam ansteigenden Soll-Drehmomente in der Reihenfolge TQ = a, TQ = b, TQ = c und TQ = d darstellen. Das in 2A gezeigte Soll-Drehmoment TQ, wird, wie in 2B gezeigt, vorab als eine Funktion des Verstellwegs L des Fahrpedals 40 und der Motordrehzahl N im ROM 32 gespeichert. Bei dieser Ausführungsform wird das Soll-Drehmoment TQ entsprechend dem Verstellweg L des Fahrpedals 40 und der Motordrehzahl N zunächst anhand des in 2B gezeigten Motorkennfelds berechnet, anschließend wird die Kraftstoffeinspritzmenge etc. basierend auf dem Soll-Drehmoment TQ berechnet.
3A und 3B zeigen den Aufbau des Partikelfilters 22. Es zu beachten, daß 3A eine Vorderansicht des Partikelfilters 22 ist, während 3B eine Schnittdarstellung des Partikelfilters 22 ist. Wie in 3A und 3B gezeigt, ist der Partikelfilter in Wabenbauweise ausgebildet und mit einer Mehrzahl von Abgaskanälen 50, 51 versehen, die sich parallel zueinander erstrecken. Diese Abgaskanäle bestehen aus Abgaseinströmkanälen 50 mit nachgeschalteten Enden, die durch Stopfen 52 versiegelt sind, und Abgasabströmkanälen 51 mit vorgeschalteten Enden, die durch Stopfen 52 versiegelt sind. Es ist zu beachten, daß die schraffierten Bereiche in 3A die Stopfen 53 darstellen. Dementsprechend sind die Abgaseinströmkanäle 50 und die Abgasabströmkanäle 51 abwechselnd durch dünne Trennwände 54 angeordnet. In anderen Worten sind die Abgaseinströmkanäle 50 und die Abgasabströmkanäle 51 so angeordnet, daß jeder Abgaseinströmkanal 50 von vier Abgasabströmkanälen 51 umgeben ist und jeder Abgasabströmkanal 51 von vier Abgaseinströmkanälen 50 umgeben ist.
Der Partikelfilter 22 ist aus einem porösen Werkstoff, wie z. B. Cordierit, gebildet. Daher strömt das in den Abgaseinströmkanal 50 strömende Abgas durch die umgebenden Trennwände 54 hinaus in die angrenzenden Abgasabströmkanäle 51, wie durch die Pfeile in 3B gezeigt ist.
Bei dieser Ausführungsform ist an den Umfangsflächen der Abgaseinströmkanäle 50 und der Abgasabströmkanäle 51, d. h. an den zwei Seitenflächen der Trennwände 54 und den Innenwänden der winzigen Löcher in den Trennwänden 54 eine aus z. B. Aluminiumoxid bestehende Trägerlage ausgebildet. Auf dem Träger sind ein Edelmetallkatalysator und ein aktives Sauerstofffreisetzungsmittel aufgenommen, das den Sauer stoff aufnimmt und denselben einbehält, wenn in der Umgebung ein Sauerstoffüberschuß vorliegt, und den einbehaltenen Sauerstoff in Form von aktivem Sauerstoff freisetzt, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung absinkt.
Dabei wird in dieser Ausführungsform Platin Pt als Edelmetallkatalysator eingesetzt. Als aktives Sauerstofffreisetzungsmittel wird zumindest entweder ein Alkalimetall, wie z. B. Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs und Rubidium RB, ein Erdalkalimetall, wie z. B. Barium Ba, Calcium Ca und Strontium Sr, ein Seltenerdmetall, wie z. B. Lanthan La, Yttrium Y und Cer Ce, oder ein Übergangsmetall, wie z. B. Zinn Sn und Eisen Fe, verwendet.
Es ist zu beachten, daß in diesem Fall als aktives Sauerstofffreisetzungsmittel bevorzugt ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer höheren Ionisierungsneigung als Calcium, d. h. Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba und Strontium Sr, oder Cer Ce verwendet wird.
Anschließend wird der Vorgang der Beseitigung der Partikel im Abgas durch den Partikelfilter 22 unter Heranziehung eines beispielhaften Falls erläutert, in dem Platin Pt und Kalium K auf einem Träger aufgenommen sind, jedoch vollzieht sich die gleiche Art von Vorgang zur Beseitigung von Partikeln selbst dann, wenn ein anderes Edelmetall, Alkalimetall, Erdalkalimetall, Seltenerdmetall und Übergangsmetall verwendet werden.
Bei einem Verbrennungsmotor mit Selbstzündung, wie er in 1 gezeigt ist, findet die Verbrennung bei Luftüberschuß statt. Dementsprechend enthält das Abgas eine große Menge überschüssiger Luft. Das heißt, wenn das Verhältnis von Kraftstoff und Luft, die in den Ansaugkanal, den Verbrennungsraum 5 und den Abgaskanal gespeist werden, als Kraftstoff/Luftverhältnis des Abgases bezeichnet werden, wird bei einem Verbrennungsmotor mit Selbstzündung, wie er in 1 gezeigt ist, das Kraftstoff/Luftverhältnis mager. Ferner wird in dem Verbrennungsraum 5 NO erzeugt, so daß das Abgas NO enthält. Ferner enthält der Kraftstoff Schwefel S, und dieser Schwefel S reagiert mit dem Sauerstoff im Verbrennungsraum 5, um zu SO₂ zu werden. Somit enthält das Abgas SO₂. Dementsprechend strömt der überschüssige Sauerstoff, NO und SO₂ enthaltende Abgas in die Abgaseinströmkanäle 50 des Partikelfilters 22.
Die 4A und 4B sind vergrößerte Abbildungen der Oberfläche der Trägerlage, die auf den inneren Umfangsflächen der Abgaseinströmkanäle 50 und den Innenwänden der winzigen Löcher in den Trennwänden 54 ausgebildet ist. Es ist zu beachten, daß in 4A und 4B das Bezugszeichen 60 Partikel aus Platin Pt anzeigt, während das Bezugszeichen 61 das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel anzeigt, das Kalium K enthält.
Da somit eine große Menge an überschüssigem Sauerstoff im Abgas enthalten ist, wenn das Abgas in die Abgaseinströmkanäle 50 des Partikelfilters 22 strömt, wie in 4A gezeigt ist, heftet sich der Sauerstoff O₂ in Form von O₂ ^– oder O^2– an die Oberfläche von Platin Pt. Das NO im Abgas reagiert hingegen mit dem O₂ ^– oder O^2– an der Oberfläche von Platin Pt, um zu NO₂ (2NO + O₂→ 2NO₂) zu werden. Anschließend wird ein Teil des erzeugten NO₂ in dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert, während es auf dem Platin 61 oxidiert und in Form von Nitrationen NO₃ ^– im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 diffundiert, wie in 4A gezeigt ist, und gleichzeitig mit dem Kalium K eine Bindung eingeht. Ein Teil der Nitrationen NO₃ ^– erzeugt Kaliumnitrat KNO₃.
Wie vorstehend erläutert, enthält das Abgas andererseits auch SO₂. Dieses SO₂ wird im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 durch einen dem NO ähnlichen Mechanismus absorbiert. Das heißt, daß sich dabei der Sauerstoff in vorgenannter Weise an die Oberfläche des Platins Pt in der Form von O₂ ^– oder O^2– heftet. Das SO₂ im Abgas reagiert mit O₂ ^– oder O^2– auf der Oberfläche des Platins Pt, um zu SO₃ zu werden. Anschließend wird ein Teil des erzeugten SO₃ im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert, während es auf dem Platin Pt oxidiert und im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 in der Form von Sulfationen SO₄ ^2– diffundiert, während es mit dem Kalium Pt eine Bindung eingeht, um Kaliumsulfat K₂SO₄ zu erzeugen. Auf diese Weise werden im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 Kaliumsulfat KNO₃ und Kaliumsulfat K₂SO₄ erzeugt.
Partikel, die in der Hauptsache aus Kohlenstoff bestehen, werden hingegen im Verbrennungsraum 5 erzeugt, und somit enthält das Abgas diese Partikel. Wenn das Abgas durch die Abgaseinströmkanäle 50 des Partikelfilters 22 strömt oder wenn es von den Abgaseinströmkanälen 50 auf die Abgasabströmkanäle 51 zuströmt, kontaktieren und heften sich die im Abgas enthaltenen Partikel an die Oberfläche der Trägerlage, z. B. die Oberfläche des aktiven Sauerstofffreisetzungsmittels 61, wie in 4B gezeigt ist.
Wenn sich die Partikel 62 auf diese Weise an die Oberfläche des aktiven Sauerstofffreisetzungsmittels 61 heften, sinkt die Konzentration von Sauerstoff an der Kontaktoberfläche der Partikel 62 und des aktiven Sauerstofffreisetzungsmittels 61 ab. Wenn die Sauerstoffkonzentration absinkt, tritt im Inneren des eine hohe Sauerstoffkonzentration aufweisenden aktiven Sauerstofffreisetzungsmittels 61 eine Konzentrationsdifferenz auf, und dementsprechend bewegt sich der Sauerstoff im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 zur Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61. Infolgedessen wird das in dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 gebildete Kaliumsulfat KNO₃ zu Kalium K, Sauerstoff O und NO aufgespalten. Der Sauerstoff O strömt zur Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 hin, während das NO aus dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 nach außen freigesetzt wird. Das nach außen freigesetzte NO wird auf dem auf der nachgeschalteten Seite befindlichen Platin Pt oxidiert und erneut im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert.
Andererseits wird dabei das Kaliumsulfat K₂SO₄, das im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 gebildet wird, ebenfalls zu Kalium K, Sauerstoff O und SO₂ aufgespalten. Der Sauerstoff O strömt zur Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61, während das SO₂ vom aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 nach außen freigesetzt wird. Das nach außen freigesetzte SO₂ wird auf dem an der nachgeschalteten Seite befindlichen Platin Pt oxidiert und wiederum im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert.
Bei dem zur Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 hinströmenden Sauerstoff O handelt es sich um den Sauerstoff der aus Verbindungen, wie z. B. Kaliumsulfat KNO₃ oder Kaliumsulfat K₂SO₄, aufgespalten wurde. Der aus diesen Verbindungen aufgespaltene Sauerstoff O ist hochenergetisch und verfügt über extrem hohe Aktivität. Daher wird der zu der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 hinströmende Sauerstoff zu aktivem Sauerstoff O. Wenn dieser aktive Sauerstoff O die Partikel 62 kontaktiert, wird der Oxidationsvorgang der Partikel 62 gefördert und die Partikel 62 werden oxidiert, ohne dabei für eine kurze Zeitdauer von mehreren Minuten bis zu mehreren Zehnteln von Minuten eine leuchtende Flamme abzusondern. Während die Partikel 62 auf diese Weise oxidieren, lagern sich auf dem Partikelfilter 22 sukzessive Partikel ab. Somit lagert sich in der Praxis auf dem Partikelfilter 22 stets eine bestimmte Menge Partikel ab. Ein Teil dieser sich ablagernden Partikel wird durch Oxidation entfernt. Auf diese Weise werden die auf dem Partikelfilter 22 abgelagerten Partikel 62 kontinuierlich verbrannt, ohne eine leuchtende Flamme abzusondern.
Es ist zu beachten, daß das NO_x im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 in Form von Nitrationen NO₃ ^– diffundiert, während es wiederholt mit Sauerstoffatomen eine Bindung eingeht und sich von denselben trennt. Dabei wird auch aktiver Sauerstoff erzeugt. Die Partikel 62 werden durch diesen aktiven Sauerstoff ebenfalls oxidiert. Ferner werden die auf dem Partikelfilter 22 abgelagerten Partikel 62 durch den aktiven Sauerstoff O oxidiert, jedoch werden die Partikel 62 auch durch den Sauerstoff im Abgas oxidiert.
Wenn die in den Lagen auf dem Partikelfilter 22 abgelagerten Partikel verbrennen, wird der Partikelfilter 22 glühend heiß und setzt beim Brennen eine Flamme frei. Dieser Brennvorgang unter Absonderung einer Flamme hält nur bei hoher Temperatur an. Dementsprechend muß die Temperatur des Partikelfilters 22 auf hoher Temperatur ge halten werden, damit der Brennvorgang unter Freisetzung einer solchen Flamme fortgesetzt werden kann.
Im Gegensatz dazu werden bei der vorliegenden Erfindung die Partikel 62 oxidiert, ohne dabei, wie vorstehend erläutert, eine leuchtende Flamme abzusondern. Dabei wird die Oberfläche des Partikelfilters 22 nicht glühend heiß. In anderen Worten heißt das, daß die Partikel 62 bei der vorliegenden Erfindung durch Oxidation bei einer beträchtlich niedrigen Temperatur beseitigt werden. Dementsprechend unterscheidet sich der erfindungsgemäße Beseitigungsvorgang der Partikel 62 durch Oxidation ohne Absonderung einer leuchtenden Flamme vollkommen vom Beseitigungsvorgang der Partikel durch Verbrennung, bei dem begleitend eine Flamme entsteht.
Das Platin Pt und das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel 61 werden umso aktiver, je höher die Temperatur des Partikelfilters 22 ist, so daß die Menge des aktiven Sauerstoffs O, der durch das Sauerstofffreisetzungsmittel 61 pro Zeiteinheit freigesetzt werden kann, ansteigt, je höher die Temperatur des Partikelfilters 22 ist. Ferner versteht es sich ganz von selbst, daß die Partikel durch Oxidation viel einfacher entfernt werden, je höher die Temperatur der Partikel an sich ist. Dementsprechend nimmt die Menge der Partikel, die durch Oxidation auf dem Partikelfilter 22 pro Zeiteinheit beseitigt werden können, ohne einen leuchtende Flamme abzusondern, zu, je höher die Temperatur des Partikelfilters 22 ist.
Die durchgehende Linie in 6 zeigt die Menge G der Partikel, die durch Oxidation pro Zeiteinheit entfernbar sind, ohne eine leuchtende Flamme abzusondern. Die Abszisse von 6 zeigt die Temperatur TF des Partikelfilters 22. Es ist zu beachten, daß 6 die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel in dem Fall darstellt, wo die Zeiteinheit 1 Sekunde beträgt, d. h. pro Sekunde darstellt, jedoch können 1 Minute, 10 Minuten oder jeder beliebige Zeitraum ebenfalls als Zeiteinheit verwendet werden. Werden beispielsweise 10 Minuten als Zeiteinheit verwendet, drückt die Menge G der Partikel, die durch Oxidation pro Zeiteinheit entfernbar sind, die Menge G der Partikel aus, die durch Oxidation pro 10 Minuten entfernbar sind. Wie in 6 gezeigt ist, steigt auch in diesem Fall die Menge G der Partikel an, die durch Oxidation auf dem Partikelfilter 22 pro Zeiteinheit entfernbar sind, ohne eine leuchtende Flamme abzusondern, je höher die Temperatur des Partikelfilters 22 ist.
Wenn nun die Menge der Partikel, die aus dem Verbrennungsraum 5 pro Zeiteinheit abgeführt werden, als Menge M der abgeführten Partikel bezeichnet wird, wenn die Menge M der abgeführten Partikel kleiner ist als die Menge G der Partikel ist, die durch Oxidation in der gleichen Zeiteinheit entfernbar sind, z. B. wenn die Menge M der pro Sekunde abgeführten Partikel geringer ist als die Menge G der durch Oxidation pro Sekunde entfernbaren Partikel, oder wenn die Menge M der pro 10 Minuten abgeführten Partikel geringer ist als die Menge G der pro 10 Minuten durch Oxidation entfernbaren Partikel, d. h. im Bereich I von 6 ist, werden alle Partikel, die aus dem Verbrennungsraum 5 abgeführt werden, sukzessive innerhalb kurzer Zeit durch Oxidation auf dem Partikelfilter 22 beseitigt, ohne eine leuchtende Flamme abzusondern.
Wenn im Gegensatz dazu die Menge M der abgeführten Partikel größer als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel ist, d. h. im Bereich II von 6 ist, reicht die Menge an aktivem Sauerstoff für die sukzessive Oxidation aller Partikel nicht aus. 5A bis 5C zeigen in diesem Fall den Oxidationszustand der Partikel.
Das heißt, wenn die Menge an aktivem Sauerstoff für die sukzessive Oxidation aller Partikel nicht ausreicht, wenn sich die Partikel 62 an das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel 61 haften, wie in 5A gezeigt ist, wird nur ein Teil der Partikel 62 oxidiert. Der Anteil der Partikel, der nicht ausreichend oxidiert wird, verbleibt auf der Trägerlage. Wenn dann der Zustand einer unzureichenden Menge an aktivem Sauerstoff fortbesteht, bleiben die Anteile der Partikel, die nicht sukzessive oxidiert wurden, auf der Trägerlage bestehen. Wie in 5B gezeigt, ist infolgedessen die Oberfläche der Trägerlage durch den Anteil 63 von Restpartikeln bedeckt.
Dieser Anteil 63 von Restpartikeln, die die Oberfläche der Trägerlage bedecken, verwandelt sich allmählich zu schwer oxidierbarem Kohlenstoff, und somit bleibt der Anteil 63 von Restpartikeln wie er ist einfach bestehen. Wenn ferner die Oberfläche der Trägerlage durch den Anteil 63 von Restpartikeln bedeckt ist, werden der Oxidationsvorgang von NO und SO₂ durch Platin Pt und der Freisetzungsvorgang von aktivem Sauerstoff aus dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 unterdrückt. Wie in 5C gezeigt ist, lagern sich somit weitere Partikel 64 sukzessive auf dem Anteil 63 der Restpartikel ab. Das heißt, daß sich die Partikel lagenweise ablagern. Wenn sich die Partikel derart lagenweise ablagern, sind die Partikel durch einen Abstand vom Platin Pt oder dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 getrennt, so daß selbst einfach oxidierbare Partikel nicht durch aktiven Sauerstoff O oxidiert werden. Somit lagern sich sukzessive weitere Partikel auf den Partikeln 64 ab. Das heißt, wenn der Zustand anhält, in dem die Menge M der abgeführten Partikel größer als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel ist, lagern sich die Partikel auf dem Partikelfilter 22 lagenweise ab, und somit ist es nicht mehr möglich, eine Entzündung und Verbrennung der abgelagerten Partikel zu bewirken, vorausgesetzt, die Temperatur des Abgases oder die Temperatur des Partikelfilters 22 wird angehoben.
Somit werden die Partikel im Bereich I von 6 innerhalb kurzer Zeit auf dem Partikelfilter 22 verbrannt, ohne eine leuchtende Flamme abzusondern. Im Bereich II von 6 lagern sich die Partikel auf dem Partikelfilter 22 lagenweise ab. Um zu verhindern, daß sich die Partikel auf dem Partikelfilter 22 lagenweise ablagern, muß somit die Menge M der abgeführten Partikel stets kleiner als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel gehalten werden.
Wie aus 6 zu ersehen ist, können bei dem in dieser Ausführungsform verwendeten Partikelfilter 22 die Partikel oxidiert werden, selbst wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 22 sehr niedrig ist. Bei einem Verbrennungsmotor mit Selbstzündung, wie er in 1 gezeigt ist, ist es daher möglich, die Menge M der abgeführten Partikel und die Temperatur TF des Partikelfilters 22 beizubehalten, so daß die Menge M der abgeführten Partikel normalerweise kleiner wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel. Bei dieser Ausführungsform werden somit die Menge M der abgeführten Partikel und die Temperatur TF der Partikelfilter 22 beibehalten, so daß die Menge M der abgeführten Partikel normalerweise kleiner wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel.
Wenn die Menge M der abgeführten Partikel auf einem Niveau gehalten wird, wo sie normalerweise kleiner als die Menge G der auf dieser Weise durch Oxidation entfernbaren Partikel ist, lagern sich die Partikel nicht mehr lagenweise auf dem Partikelfilter 22 ab. Infolgedessen wird der Druckabfall des Abgasstroms im Partikelfilter 22 insofern bei einem im wesentlichen konstanten Mindestdruckabfall gehalten, daß man behaupten kann, daß er sich nicht wesentlich ändert. Somit ist es möglich die Absenkung der Motorleistung auf einem Minimum zu halten.
Zudem findet der Vorgang des Entfernens der Partikel durch Oxidation der Partikel sogar bei sehr niedrigen Temperaturen statt. Daher steigt die Temperatur des Partikelfilters 22 gar nicht so stark an, und folglich besteht nahezu keine Gefahr einer Verschlechterung des Partikelfilters 22.
Wenn sich andererseits Partikel auf dem Partikelfilter 22 ablagern, koaguliert die Asche, und folglich besteht Gefahr, daß der Partikelfilter 22 verstopft. In diesem Fall tritt die Verstopfung hauptsächlich durch Calciumsulfat CaSO₄ ein. Das heißt, daß der Kraftstoff oder das Schmieröl Calcuim Ca enthält. Dementsprechend enthält das Abgas Calcium Ca. Dieses Calcium Ca erzeugt im Beisein von SO₃ Calciumsulfat CaSO₄. Bei diesem Calciumsulfat CaSO₄ handelt es sich um einen Feststoff, der sich selbst bei hohen Temperaturen nicht aufspalten läßt. Wenn Calciumsulfat CaSO₄ erzeugt wird und die winzigen Löcher des Partikelfilters 22 durch dieses Calciumsulfat CaSO₄ verstopft werden, tritt daher eine Verstopfung auf.
Wenn jedoch in diesem Fall ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer stärkeren Ionisierungsneigung als Calcium Ca, z. B. Kalium K, als aktives Sauerstofffreisetzungsmittel 61 verwendet wird, geht das im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel 61 diffundierte SO₃ mit dem Kalium K eine Bindung ein, um Kaliumsulfat K₂SO₄ zu bilden. Das Calcium Ca gelangt durch die Trennwände 54 des Partikelfilters 22 und strömt hinaus in den Abgasabströmkanal 51, ohne mit dem SO₃ eine Bindung einzugehen. Somit findet keine Verstopfung der winzigen Löcher des Partikelfilters 22 mehr statt. Wie vorstehend beschrieben, ist es dementsprechend zu bevorzugen, ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer stärkeren Ionisierungsneigung als Calcium Ca, das heißt, Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba und Strontium Sr, als aktives Sauerstofffreisetzungsmittel 61 zu verwenden.
Bei dieser Ausführungsform wird hauptsächlich die Absicht verfolgt, die Menge M der abgeführten Partikel in allen Betriebszuständen geringer zu halten als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel. In der Praxis ist es jedoch nahezu unmöglich, in allen Betriebszuständen die Menge M der abgeführten Partikel gegenüber der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel zu reduzieren. Bei der Inbetriebnahme des Motors ist die Temperatur des Partikelfilters 22 normalerweise niedrig, und daher übersteigt dabei die Menge M der abgeführten Partikel die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel. Daher wird bei dieser Ausführungsform, mit Ausnahme von Sonderfällen, wie z. B. gleich nach der Inbetriebnahme des Motors, in Motorbetriebszuständen, wo die Menge M der abgeführten Partikel unter die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel reduziert werden kann, die Menge M der abgeführten Partikel unter die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel reduziert.
Selbst wenn die Vorrichtung so ausgelegt ist, daß die Menge M der abgeführten Partikel unter die Menge G der auf diese Weise durch Oxidation entfernbaren Partikel reduziert wird, sammeln sich jedoch die nach der Verbrennung verbleibenden Partikel in großen Massen auf dem Partikelfilter 22 an. Die Partikelmassen bewirken letztendlich, daß die winzigen Löcher des Partikelfilters 22 verstopfen. Wenn die winzigen Löcher der Partikelfilter 22 verstopfen, steigt der Druckabfall des Abgasstroms am Partikelfilter 22 an und folglich sinkt schließlich die Motorleistung ab. Somit muß verhindert werden, daß die winzigen Löcher des Partikelfilters 22 möglichst nicht verstopfen. Wenn die winzigen Löcher des Partikelfilters 22 verstopfen, müssen die die Verstopfung hervorrufenden Partikelmassen vom Partikelfilter 22 getrennt und nach außen abgeführt werden.
Daher haben sich vorliegend die Erfinder vorliegenden Erfindung in ihrer Forschungsarbeit wiederholt mit dieser Aufgabe befaßt und dabei festgestellt, daß, die Partikelmassen, die die Verstopfung bewirken, vom Partikelfilter 22 getrennt und nach außen abgeführt werden können, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das durch das Innere des Partikelfilters 22 strömt, nur für einen kurzen Moment impulsartig erhöht wird. Das heißt, daß festgestellt wurde, daß allein bei hoher Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das durch das Innere des Partikelfilters 22 strömt, die Partikelmassen zum Großteil gar nicht vom Partikelfilter 22 gelöst werden und daß ferner, selbst wenn die Strömungsgeschwindigeit des Abgases für einen Moment reduziert wird, die Partikelmassen nicht vom Partikelfilter 22 gelöst werden und daß es zum Ablösen der Partikelmassen vom Partikelfilter 22 und zum Abführen derselben nach außen notwendig ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases nur für einen Moment impulsartig zu erhöhen.
Das heißt, daß, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases nur für einen Moment impulsartig angehoben wird, das hochdichte Abgas zu einer Druckwelle wird, die durch das Innere des Partikelfilter 22 strömt. Man nimmt an, daß die Druckwelle für einen Moment eine Stoßkraft auf die Partikelmassen ausübt und dadurch bewirkt, daß sich die Partikelmassen vom Partikelfilter 22 lösen und nach außen abgeführt werden.
Beim Vorgang der Motorbeschleunigung steigt die Strömungsgeschwindigkeit unverzüglich an, wobei jedoch die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases kontinuierlich ansteigt. Somit wird dabei die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases nicht nur für einen Moment impulsartig erhöht, was bedeuten soll, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases beim Vorgang der Motorbeschleunigung für einen Moment erhöht wird, so daß sich die Partikelmassen vom Partikelfilter 22 lösen, wenn auch in kleinen Mengen, und nach außen abgeführt werden.
Um unter diesen Umständen eine große Menge an Partikelmassen vom Partikelfilter 22 abzulösen und nach außen abzuführen, ist es notwendig, einen sofortigen Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu bewirken, der größer ist als der unverzügliche Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases bei Beschleunigung. Daher wird bevorzugt, die Abgasenergie zu speichern und einen Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases für nur einen Moment in impulsartiger Weise zu bewirken.
Daher wird bei dieser Ausführungsform eine Abgasdrosselklappe 45 als eine Möglichkeit zum Speichern der Abgasenergie verwendet, die einen Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases für nur einen Moment in impulsartiger Weise bewirkt. Das heißt, wenn die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist, steigt der Gegendruck im Abgaskanal, der der Abgasdrosselklappe 45 vorgeschaltet ist, an. Wenn die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geöffnet ist, wird anschließend die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases nur für einen Moment in impulsartiger Weise angehoben, und somit werden die Partikelmassen, die sich auf der Oberfläche der Trennwände 54 (3) des Partikelfilters 22 und im Inneren der winzigen Löcher 22 abgelagert haben, von der Oberfläche der Trennwände 54 oder dem Inneren der Wandflächen der winzigen Löcher entfernt. Das heißt, daß die Partikelmassen vom Partikelfilter 22 gelöst werden. Anschließend werden die gelösten Partikelmassen nach außerhalb des Partikelfilters 22 abgeführt.
Sobald die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geschlossen ist, wird dabei der Gegendruck innerhalb des Abgaskanals, der der Abgasdrosselklappe 45 vorgeschaltet ist, extrem hoch, und somit findet ein extrem hoher Anstieg der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases statt, wenn die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geöffnet ist. Unter diesen Umständen wird eine extrem starke Druckwelle erzeugt, und folglich werden die großen Mengen an Partikelmassen vom Partikelfilter 22 abgelöst und abgeführt.
Wenn eine Abgasdrosselklappe 45 dem Partikelfilter 22 nachgeschaltet ist, wie in 1 gezeigt, wird bei vollständig geschlossener Abgasdrosselklappe ferner ein hoher Gegendruck auf den Partikelfilter 22 ausgeübt. Wird auf den Partikelfilter 22 ein hoher Gegendruck ausgeübt, wird dadurch auf die Partikelmassen ein hoher Druck ausgeübt, so daß sich die Partikelmassen verformen und ein Teil der Partikelmassen, in manchen Fällen die gesamte Masse, von der auf dem Partikelfilter 22 befindlichen Oberfläche gelöst wird. Wenn die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geöffnet ist, werden dabei die Partikelmassen vom Partikelfilter 22 besser abgelöst und abgeführt.
Bei dieser Ausführungsform wird die Abgasdrosselklappe 45 durch eine vorbestimmte zeitliche Steuerung gesteuert. Bei der in 7A und 7B gezeigten Ausführungsform wird die vollständig geöffnete Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend vollständig geschlossen, dann für einen Moment aus dem vollständig geschlossenen Zustand in zyklischer Weise nach jeweils einem konstanten Zeitintervall oder jedes Mal, wenn die durch das Fahrzeug zurückgelegte Entfernung eine vorbestimmte konstante Entfernung erreicht hat, vollständig geöffnet. Es ist zu beachten, daß, wenn die vollständig geöffnete Abgasdrosselklappe 45 vollständig geschlossen wird, wie in dem in 7A gezeigten Beispiel, die Abgasdrosselklappe 45 dabei unverzüglich vollständig geschlossen wird, während bei dem in 7B gezeigten Beispiel die Abgasdrosselklappe 45 allmählich geschlossen wird.
Wenn die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geschlossen ist, fällt ferner die Motorleistung ab. Folglich wird bei dem in 7A und 7B gezeigten Beispiel, wenn die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist, die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, so daß die Leistung des Motors nicht abfällt.
Bei der in 8 gezeigten Ausführungsform wird beim Abbremsen des Fahrzeugs die vollständig geöffnete Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend vollständig geschlossen und wird dann während des Abbremsvorgangs des Motors wieder unverzüglich vollständig geöffnet. Bei dieser Ausführungsform erfüllt die Abgasdrosselklappe 45 auch die Aufgabe, eine Motorbremsung herbeizuführen. Das heißt, daß, wenn die Abgasdrosselklappe 45 beim Abbremsvorgang vollständig geschlossen wird, eine Motorbremskraft erzeugt wird, da der Motor als eine Pumpe fungiert, die den Gegendruck erhöht. Wenn die Abgasdrosselklappe 45 dann vollständig geöffnet ist, werden die Partikelmassen vom Partikelfilter 22 abgelöst und abgeführt. Es ist zu beachten, daß bei dem in 8 gezeigten Beispiel, die Kraftstoffeinspritzung angehalten wird, wenn mit dem Ab bremsvorgang begonnen wird. Während die Kraftstoffeinspritzung angehalten wird, ist die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geschlossen.
9 zeigt eine Routine zur Ausführung der Steuerung einer Verstopfungsprävention, die 7A und 7B und 8 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf 9 wird zunächst bei Schritt 100 beurteilt, ob es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige handelt, die für die Steuerung einer Verstopfungsprävention dient. Bei der in 7A und 7B gezeigten Ausführungsform wird beurteilt, ob es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige handelt, die für die Steuerung einer Verstopfungsprävention nach jeweils einem konstanten Zeitintervall oder nach jeweils einer konstanten Fahrentfernung dient, während bei der in 8 gezeigten Ausführungsform beurteilt wird, ob es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige handelt, die für die Steuerung einer Verstopfungsprävention dient, wenn sich der Motor im Abbremsvorgang befindet. Wenn es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige handelt, die für die Steuerung einer Verstopfungsprävention dient, wird die Routine bei Schritt 101 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen wird, dann wird bei Schritt 102 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist.
Bei der in 10 gezeigten Ausführungsform wird die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen und anschließend unverzüglich geöffnet, wenn die Zeitsteuerung diejenige für die Steuerung der Verstopfungsprävention erreicht. Dabei wird das AGR-Steuerungsventil 25 unverzüglich vollständig geschlossen. Wenn das AGR-Steuerventil 25 vollständig geschlossen ist, fällt das Abgas, das vom Abgaskanal nach innen in den Einlaß geführt wird, auf null ab, so daß der Gegendruck ansteigt. Ferner steigt die Menge der Ansaugluft und die Abgasmenge an, so daß der Gegendruck weiter ansteigt. Somit wird der Grad des unmittelbaren Anstiegs der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases bei vollständig geöffneter Abgasdrosselklappe 45 viel stärker erhöht. Anschließend wird das AGR-Steuerungsventil 25 langsam geöffnet. Es ist zu beachten, daß beim Schließen der Abgasdrosselklappe 45 auch die Möglichkeit besteht, die Abgasdrosselklappe 45 vollständig zu schließen.
In 11 ist die Routine zur Ausführung der Steuerung einer Verstopfungsprävention dargestellt, die in 10 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf 11 wird bei Schritt 110 zunächst beurteilt, ob es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige handelt, die für die Steuerung einer Verstopfungsprävention dient. Wenn es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention handelt, wird die Routine bei Schritt 111 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen wird, dann bei Schritt 112, wo die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen wird. Anschließend wird bei Schritt 113 eine Bearbeitung ausgeführt, um das AGR-Steuerungsventil 25 vollständig zu schließen.
Bei der in 12 gezeigten Ausführungsform wird die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen und dann unverzüglich geöffnet, wenn die Zeitsteuerung diejenige für die Steuerung der Verstopfungsprävention erreicht. Dabei wird die Drosselklappe 17 unverzüglich vollständig geöffnet. Wenn die Drosselklappe 17 geöffnet wird, steigt die Ansaugluftmenge und die Abgasmenge an, so daß der Gegendruck weiter ansteigt. Folglich nimmt der Grad des unmittelbaren Anstiegs der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases bei vollständig geöffneter Abgasdrosselklappe 45 viel stärker zu. Anschließend wird die Drosselklappe 17 allmählich geschlossen. Es ist zu beachten, daß beim Schließen der Abgasdrosselklappe 45 auch die Möglichkeit besteht, das Abgasdrosselklappe 45 vollständig zu schließen.
13 zeigt die Routine zum Ausführen der Steuerung einer Verstopfungsprävention, die in 12 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf 13 wird bei Schritt 120 zunächst beurteilt, ob es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige handelt, die für die Steuerung einer Verstopfungsprävention dient. Wenn es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention handelt, wird die Routine bei Schritt 121 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen wird, dann wird bei Schritt 122 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist. Anschließend wird bei Schritt 123 eine Bearbeitung ausgeführt, um die Drosselklappe 17 vorübergehend vollständig zu öffnen.
Anschließend folgt eine Erörterung einer Ausführungsform, bei der die auf dem Partikelfilter 22 abgelagerte Partikelmenge berechnet wird, und wenn die berechnete Partikelmenge einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wird die vollständig geöffnete Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend vollständig geschlossen und dann wiederum unverzüglich vollständig geöffnet.
Daher erfolgt zunächst eine Erörterung des Verfahrens der Berechnung der Partikelmenge, die sich auf dem Partikelfilter 22 abgelagert hat. Bei dieser Ausführungsform werden die abgelagerten Partikel unter Verwendung der Menge M der abgelagerten Partikel, die aus dem Verbrennungsraum 5 pro Zeiteinheit abgeführt werden, und der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wie in 6 gezeigt, berechnet. Das heißt, daß sich die Menge M der abgelagerten Partikel dem Motortyp entsprechend ändert, wenn aber der Motortyp ermittelt ist, wird die Menge M eine Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N. 14A zeigt die Menge M der abgeführten Partikel eines in 1 dargestellten Verbrennungsmotors. Die Kurven M₁, M₂, M₃, M₄ und M₅ zeigen entsprechende Mengen der abgeführten Partikel (M₁< M₂< M₃ < M₄ < M₅). Bei dem in 14A gezeigten Beispiel gilt: Je größer das Soll-Drehmoment TQ, desto größer die Menge M der abgeführten Partikel. Es ist zu beachten, daß die Menge M der abgeführten Partikel, die in 14A gezeigt ist, vorab im ROM 32 in Form eines Kennfelds als eine Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N gespeichert wird.
Im Hinblick auf die Menge pro Zeiteinheit kann die Menge ΔG der während dieses Zeitraums auf dem Partikelfilter 22 abgelagerten Partikel durch die Differenz (M-G) der Menge M der abgeführten Partikel und der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel ausgedrückt werden. Folglich wird durch kumulatives Addieren der Menge ΔG der abgelagerten Partikel die Gesamtmenge ΣΔG der abgelagerten Partikel erhalten. Wenn hingegen M < G, werden die sich ablagernden Partikel allmählich durch Oxidation entfernt, jedoch nimmt dabei gleichzeitig die Verhältniszahl der Menge der abgelagerten, durch Oxidation entfernbaren Partikel zu je kleiner die Menge M der abgeführten Partikel ist, wie in 14B durch R angezeigt ist, und steigt umso mehr an, je höher die Temperatur TF des Partikelfilters 22 ist. Das heißt, die Menge der abgelagerten, durch Oxidation entfernbaren Partikel wird zu R•ΣΔG, wenn M < G. Wenn M < G, kann folglich die Menge der verbleibenden abgelagerten Partikel mit ΣΔG–R·ΣΔG berechnet werden.
Bei dieser Ausführungsform wird die Abgasdrosselklappe 45 gesteuert, wenn die berechnete Menge der abgelagerten Partikel (ΣΔG – R•ΣΔG) einen Grenzwert Go überschreitet.
15 zeigt eine Routine für die Steuerung einer Verstopfungsprävention zur Umsetzung dieser Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 15 wird bei Schritt 130 zunächst die Menge M der abgelagerten Partikel aus der in 14A gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 131 die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel aus der in 6 gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 132 die Menge ΔG der abgelagerten Partikel pro Zeiteinheit (= M-G) berechnet, dann wird bei Schritt 133 die Gesamtmenge ΣΔG (=ΣΔG + ΔG) der abgelagerten Partikel berechnet. Anschließend wird bei Schritt 134 das Verhältnis R der Oxidationsentfernung der abgelagerten Partikel aus der in 14B gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 135 die Menge ΣΔG der verbleibenden abgelagerten Partikel (=ΣΔG – R•ΣΔG) berechnet.
Anschließend wird bei Schritt 136 bestimmt, ob die Menge ΣΔG der verbleibenden abgelagerten Partikel größer ist als der Grenzwert Go. Wenn ΣΔG > Go, wird die Routine bei Schritt 137 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend ge schlossen wird, dann wird bei Schritt 138 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist.
In 16 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt. Man nimmt an, daß, je größer die Menge ΣΔG der auf dem Partikelfilter 22 verbleibenden abgelagerten Partikel ist, desto größer ist die Menge der Partikelmassen auf dem Partikelfilter 22. Somit kann festgestellt werden, daß eine Ablösung und Abführung der Partikelmassen vom Partikelfilter 22 in Zeitintervallen zu bevorzugen ist, die umso kürzer sind, je größer die Menge ΣΔG der abgelagerten Partikel ist. Folglich gilt bei dieser Ausführungsform, wie in 16 gezeigt: Je größer die Menge ΣΔG der abgelagerten Partikel ist, desto kürzer ist das Zeitintervall der Zeitsteuerung für die Steuerung einer Verstopfungsprävention.
17 zeigt die Routine für die Steuerung einer Verstopfungsprävention zur Umsetzung dieser Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 17 wird bei Schritt 140 zunächst die Menge M der abgelagerten Partikel aus der in 14A gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 141 die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel aus der in 6 gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 142 die Menge ΔG der abgelagerten Partikel pro Zeiteinheit (=M–G) berechnet. Dann wird bei Schritt 143 die Gesamtmenge ΣΔG (=ΣΔG + ΔG) der abgelagerten Partikel berechnet. Anschließend wird bei Schritt 144 das Verhältnis R der Oxidationsentfernung der abgelagerten Partikel aus der in 14B gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 145 die Menge ΣΔG der verbleibenden abgelagerten Partikel (=ΣΔG-R•ΣΔG) berechnet. Anschließend wird bei Schritt 146 die Zeitsteuerung für die Steuerung einer Verstopfungsprävention aus der in 16 gezeigten Beziehung bestimmt.
Anschließend wird bei Schritt 147 bestimmt, ob es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention handelt. Wenn es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention handelt, wird die Routine bei Schritt 148 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorüberge hend geschlossen wird. Dann wird bei Schritt 148 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist.
In 18A und 18B ist eine weitere Ausführungsform gezeigt. Wenn die Differenz ΔG der Menge M der abgelagerten Partikel und der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, die in 18A gezeigt ist, zunimmt oder die Gesamtmenge ΣΔG der abgelagerten Partikel zunimmt, steigt die Wahrscheinlichkeit, daß sich in Zukunft eine große Menge von Partikelmassen ablagert. Daher wird bei dieser Ausführungsform, wie in 18B gezeigt, das Zeitintervall der Zeitsteuerung für die Steuerung einer Verstopfungsprävention gekürzt, je größer die Differenz ΔG oder die Gesamtmenge ΣΔG ist.
19 zeigt die Routine für die Steuerung einer Verstopfungsprävention, bei der das Zeitintervall der Zeitsteuerung für die Steuerung einer Verstopfungsprävention gekürzt wird, je größer die Gesamtmenge ΣΔG ist.
Unter Bezugnahme auf 19 wird bei Schritt 150 zunächst die Menge M der abgelagerten Partikel aus der in 14A gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 151 die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel aus der in 6 gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 152 die Menge ΔG der abgelagerten Partikel pro Zeiteinheit (= M – G) berechnet, dann wird bei Schritt 153 die Gesamtmenge ΣΔG (=ΣΔG + ΔG) der abgelagerten Partikel berechnet. Anschließend wird bei Schritt 154 die Zeitsteuerung für die Steuerung einer Verstopfungsprävention aus der in 18B gezeigten Beziehung bestimmt.
Anschließend wird bei Schritt 155 bestimmt, ob es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention handelt. Wenn es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention handelt, wird die Routine bei Schritt 156 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen wird, dann wird bei Schritt 157 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist.
Es ist zu beachten, daß bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen eine aus Aluminiumoxid bestehende Trägerlage beispielsweise auf beiden Seitenflächen der Trennwände 54 des Partikelfilters 22 und den Innenwänden der winzigen Löcher in den Trennwänden 54 ausgebildet ist. Auf diesem Träger sind ein Edelmetallkatalysator und ein aktives Sauerstofffreisetzungsmittel aufgenommen. Ferner kann der Träger ein NO_x-Absorptionsmittel aufnehmen, das das im Abgas enthaltene No_x absorbiert, wenn das Kraftstoff-/Luftverhältnis des Abgases, das in den Partikelfilter 22 strömt, mager ist, und das absorbierte NO freisetzt, wenn das Kraftstoff-/Luftverhältnis des Abgases, das in den Partikelfilter 22 strömt, ein stöchimetrisches Kraftstoff-/Luftverhältnis erreicht oder fett ist.
In diesem Fall wird, wie vorstehend erwähnt, Platin Pt als Edelmetallkatalysator verwendet. Als NO-Absorptionsmittel wird zumindest entweder ein Alkalimetall wie Kalium K, Natrium N, Lithium Li, Cäsium Cs und Rubidium RB, ein Erdalkalimetall wie Barium Ba, Calcium Ca und Strontium Sr und ein Seltenerdmetall wie Lanthan La und Yttrium Y verwendet. Es ist zu beachten, daß, wie durch einen Vergleich mit dem Metall, welches das vorstehende aktive Sauerstofffreisetzungsmittel aufweist, deutlich wird, das Metall, das das NO_x-Absorptionsmittel aufweist, und das Metall, das das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel aufweist, größtenteils miteinander übereinstimmen.
Unter diesen Umständen ist es möglich, unterschiedliche Metalle oder das gleiche Metall als NO_x-Absorptionsmittel oder aktives Sauerstofffreisetzungsmittel zu verwenden. Wenn das gleiche Metall als NO_x-Absorptionsmittel und als aktives Sauerstofffreisetzungsmittel verwendet wird, wird die Funktion als NO_x-Absorptionsmittel und die Funktion eines aktiven Sauerstofffreisetzungsmittels gleichzeitig in Erscheinung treten.
Anschließend folgt eine Erörterung des Absorptionsvorgangs und der Freisetzung von NO_x, wobei der Fall als Beispiel herangezogen wird, in dem Platin Pt als Edelmetallkatalysator und Kalium K als NO_x Absorptionsmittel verwendet wird.
Im Hinblick auf den Absorptionsvorgang von NO_x wird das NO_x zunächst im NO_x-Absorptionsmittel durch den gleichen in 4A gezeigten Mechanismus absorbiert. In 4A zeigt jedoch dabei das Bezugszeichen 61 das NO_x-Absorptionsmittel an.
Das heißt, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases, das in den Partikelfilter 22 strömt, mager ist, da eine große Menge an überschüssigem Sauerstoff im Abgas enthalten ist, heftet sich der Sauerstoff O₂ in Form von O₂ ^– oder O^2– an die Oberfläche des Platins Pt, wie in 4A gezeigt ist; wenn das Abgas in die Abgaseinströmkanäle 50 des Partikelfilters 22 strömt. Das NO im Abgas reagiert hingegen mit dem O₂ ^– oder O^2– auf der Oberfläche des Platins Pt, um sich in NO₂ (2NO + O₂ → 2NO2) zu verwandeln. Anschließend wird ein Teil des erzeugten NO₂ im NO_x-Absorptionsmittel 61 absorbiert, während es auf dem Platin Pt oxidiert und in das NO_x-Absorptionsmittel 61 in Form von Nitrationen NO₃ ^– diffundiert, wie in 4A gezeigt ist, während es mit Kalium K eine Bindung eingeht. Ein Teil der Nitrationen NO₃ ^– erzeugt Kaliumnitrat KNO₃. Auf diese Weise wird im NO_x Absorptionsmittel 61 NO absorbiert.
Wenn das Abgas, das in den Partikelfilter 22 strömt, fett wird, werden die Nitrationen NO₃ ^– hingegen in Sauerstoff O und NO aufgespalten und anschließend wird das NO sukzessive aus dem NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzt. Wenn folglich das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 strömenden Abgases fett wird, wird aus dem NO_x-Absorptionsmittel 61 in kurzer Zeit NO freigesetzt. Ferner wird das freigesetzte NO reduziert, so daß kein NO in die Atmosphäre abgeführt wird.
Es ist zu beachten, daß, selbst wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 strömenden Abgases ein stöchiometrisches Kraftstoff-Luftverhältnis ist, unter diesen Umständen NO aus dem NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzt wird. Da jedoch in diesem Fall das NO nur allmählich aus dem NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzt wird, dauert es ziemlich lange, bis das gesamte NO_x, das in dem NO_x-Absorptionsmittel 61 absorbiert ist, freigesetzt wird.
Wie vorstehend erörtert, ist es jedoch möglich, unterschiedliche Metalle für das NO_x-Absorptionsmittel und das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel zu verwenden oder das gleiche Metall für das NO_x-Absorptionsmittel und das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel zu verwenden. Wenn, wie vorstehend erörtert, für das NO_x-Absorptionsmittel und das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel das gleiche Metall verwendet wird, werden die Funktion des NO_x-Absorptionsmittels und die Funktion des aktiven Sauerstofffreisetzungsmittels gleichzeitig ausgeführt. Ein Mittel, das diese beiden Funktionen gleichzeitig ausführt, wird von dieser Stelle an als aktives Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel bezeichnet. In diesem Fall zeigt das Bezugszeichen 61 in 4A ein aktives Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel an.
Wird ein solches aktives Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel verwendet, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 strömenden Abgases mager ist, wird das im Abgas enthaltene NO im aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 absorbiert. Wenn die im Abgas enthaltenen Partikel sich an das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 heften, werden die Partikel in kurzer Zeit durch Oxidation durch den im Abgas enthaltenen aktiven Sauerstoff und den vom aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzten aktiven Sauerstoff entfernt. Dabei kann somit verhindert werden, daß sowohl die Partikel als auch das NO_x im Abgas in die Atmosphäre abgeführt werden.
Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 strömenden Abgases hingegen fett wird, wird NO aus dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzt. Dieses NO wird durch die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und CO reduziert, und somit wird auch diesmal kein NO in die Atmosphäre abgeführt. Wenn sich die Partikel ferner auf dem Partikelfilter 22 ablagern, werden sie mittels Oxidation durch den aktiven Sauerstoff entfernt, der aus dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmitte161 freigesetzt wird.
Es ist zu beachten, daß, wenn ein NO_x-Absorptionsmittel oder aktives Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 verwendet wird, das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 strömenden Abgases vorübergehend fett wird, damit aus dem NO_x-Absorptionsmittel oder dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 NO_x freigesetzt wird, bevor die Absorptionsfähigkeit des NO_x-Absorptionsmittels oder aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittels 61 gesättigt ist. Das heißt, wenn die Verbrennung bei magerem Kraftstoff-Luftverhältnis stattfindet, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis manchmal vorübergehend fett. Das heißt, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis in manchen Fällen vorübergehend fett wird, wenn die Verbrennung bei einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis stattfindet.
Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis mager gehalten wird, bedeckt sich die Oberfläche des Platins Pt mit Sauerstoff, und es tritt eine sogenannte Sauerstoffvergiftung des Platins Pt ein. Wenn eine derartige Sauerstoffvergiftung eintritt, geht der Oxidationsvorgang auf dem NO_x zurück, so daß die Absorptionseffizienz des NO_x abfällt und somit die Freisetzungsmenge an aktivem Sauerstoff aus dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel oder aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 abnimmt. Wird das Kraftstoff-Luftverhältnis fett, wird jedoch auf der Oberfläche des Platins Pt Sauerstoff aufgebraucht, so daß sich die Sauerstoffvergiftung aushebt. Wenn daher das Kraftstoff-Luftverhältnis von fett auf mager geschaltet wird, erfolgt ein verstärkter Oxidationsvorgang auf dem NO_x, so daß die Absorptionseffizienz von NO_x ansteigt und somit die Menge des aus dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel oder dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzte aktiven Sauerstoff ansteigt.
Wird daher das Kraftstoff-Luftverhältnis gelegentlich von mager auf fett geschaltet wird, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis mager gehalten wird, hebt sich die Sauerstoffvergiftung des Platins Pt auf, so daß die freigesetzte Menge an aktivem Sauerstoff bei einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis erhöht wird und somit der Oxidationsvorgang der Partikel auf dem Partikelfilter 22 gefördert wird.
Cer Ce erfüllt ferner die Funktion der Sauerstoffaufnahme bei einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis (Ce₂O₃ → 2CeO₂) und der Freisetzung des aktiven Sauerstoffs, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis (2CeO₂ → Ce₂O₃) fett wird. Wenn folglich Cer Ce als aktives Sauerstofffreisetzungsmittel oder aktives Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel bei einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis verwendet wird, wenn sich die Partikel auf dem Partikelfilter 22 ablagern, werden die Partikel durch den aus dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel oder aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel freigesetzten aktiven Sauerstoff oxidiert, während, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis fett wird, eine große Menge an aktivem Sauerstoff aus dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel oder aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzt wird, so daß die Partikel oxidieren. Selbst wenn folglich Cer Ce als aktives Sauerstofffreisetzungsmittel oder aktives Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel verwendet wird, kann der Oxidationsvorgang der Partikel auf dem Partikelfilter 22 gefördert werden, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis gelegentlich von mager auf fett geschaltet wird.
Anschließend folgt eine Erörterung des Falls einer Niedrigtemperaturverbrennung, um das Kraftstoff-Luftverhältnis vorübergehend fett zu machen.
Bei dem in 1 gezeigten Verbrennungsmotor steigt bei einer Erhöhung der AGR-Rate (Menge des AGR-Gases/(Menge des AGR-Gases + Menge der Ansaugluft)) die Raucherzeugungsmenge langsam an und erreicht einen Spitzenwert. Wird die AGR-Rate weiter erhöht, sinkt dann umgekehrt die Raucherzeugungsmenge rapide ab. Dies wird unter Bezugnahme auf 20 erörtert, die die Beziehung zwischen AGR-Rate und Rauch zeigt, wenn der Grad der Abkühlung des AGR-Rate geändert wird. Es ist zu beachten, daß in 20 die Kurve A den Fall darstellt, wo das AGR-Gas stark abgekühlt wird, um die AGR-Gastemperatur auf etwa 90° C zu halten, wobei Kurve B den Fall zeigt, wo eine kleine Kühlvorrichtung verwendet wird, um das AGR-Gas zu kühlen, und die Kurve C stellt den Fall dar, wo das AGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird.
Bei einer starken Abkühlung des AGR-Gases, wie sie durch die Kurve A von 20 dargestellt wird, erreicht die Raucherzeugungsmenge einen Spitzenwert, wenn die AGR-Rate etwas weniger als 50 Prozent beträgt. Wenn in diesem Fall die AGR-Rate auf mindestens etwa 55 Prozent eingestellt wird, wird nahezu kein Rauch mehr erzeugt. Wie durch die in 20 gezeigte Kurve B dargestellt ist, erreicht hingegen die Raucherzeugungsmenge bei einer geringfügigen Abkühlung des AGR-Gases einen Spitzenwert, wenn die AGR-Rate etwas mehr als 50 Prozent beträgt. Wenn die AGR-Rate in diesem Fall auf mindestens etwa 65 Prozent eingestellt wird, wird fast kein Rauch mehr erzeugt. Wie ferner durch die Kurve C von 20 gezeigt ist, erreicht die Raucherzeugungsmenge bei ausbleibender Zwangskühlung des AGR-Gases einen Spitzenwert von nahezu 55 Prozent. Dabei wird nahezu kein Rauch mehr erzeugt, wenn die AGR-Rate auf zumindest etwa 70 Prozent gebracht wird.
Der Grund dafür, warum kein Rauch mehr erzeugt wird, wenn die AGR-Rate auf diese Weise auf mindestens 55 Prozent eingestellt wird, ist, daß die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases zum Verbrennungszeitpunkt aufgrund der wärmeabsorbierenden Wirkung des AGR-Gases nicht so hoch ansteigt, das heißt, daß eine Niedrigtemperaturverbrennung erfolgt und durch die Kohlenwasserstoffe folglich keine Rußbildung erfolgt.
Kennzeichnend für die Niedrigtemperaturverbrennung ist die Möglichkeit, daß die NO_x-Erzeugungsmenge reduziert werden kann, während die Raucherzeugung ungeachtet des Kraftstoff-Luftverhältnisses unterdrückt werden kann. Das heißt, wenn es zu einer Anfettung des Kraftstoff-Luftverhältnisses kommt, liegt übermäßig viel Kraftstoff vor, da jedoch die Verbrennungstemperatur niedrig gehalten wird, bildet sich aus dem überschüssigen Kraftstoff kein Ruß, und es kommt somit nicht zur Raucherzeugung. Ferner wird dabei nur eine sehr geringe Menge NO_x erzeugt. Wenn das mittlere Kraftstoff-Luftverhältnis hingegen mager ist oder wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis stöchiometrisch ist, wird bei steigender Verbrennungstemperatur einen geringe Menge Ruß erzeugt, doch wird die Verbrennungstemperatur bei Niedrigtemperaturverbrennung niedrig gehalten, so daß überhaupt kein Rauch und auch nur eine geringe Menge NO_x erzeugt wird.
Wenn jedoch das Soll-Drehmoment TQ des Motors ansteigt, d. h. wenn die Kraftstoffeinspritzmenge zunimmt, steigt die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases bei der Verbrennung an, so daß eine Niedrigtemperaturverbrennung schwierig wird. Das heißt, daß die Niedrigtemperaturverbrennung zeitlich auf den mittleren oder unteren Teillastbetrieb des Motors beschränkt ist, wenn die durch Verbrennung erzeugte Wärmemenge relativ gering ist. In 21 ist in Bereich I ein Betriebsbereich dargestellt, in dem eine erste Verbrennung, bei der die Menge an inertem Gas im Verbrennungsraum 5 größer ist als die Menge an inertem Gas, bei der die Rußerzeugungsmenge einen Spitzenwert erreicht, d. h. eine Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt werden kann, wohingegen Bereich II einen Betriebsbereich darstellt, in dem nur eine zweite Verbrennung, bei der die Menge an inertem Gas im Verbrennungsraum 5 kleiner ist als die Menge an inertem Gas ist, bei der die Rußerzeugungsmenge einen Spitzenwert erreicht, d. h. eine Normalverbrennung ausgeführt werden kann.
22 zeigt das Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis A/F im Fall einer Niedrigtemperaturverbrennung im Betriebsbereich I, während 23 den Öffnungsgrad der Drosselklappe 17, den Öffnungsgrad des AGR-Steuerventils 25, die AGR-Rate, das Kraftstoff-Luftverhältnis, eine Ausgangs-Einspritzverstellung θS, eine End-Einspritzverstellung θE und die Einspritzmenge, die dem Soll-Drehmoment TQ entspricht, darstellt. Zu beachten ist, daß in 23 auch der Öffnungsgrad der Drosselklappe etc. zum Zeitpunkt der im Betriebsbereich II ausgeführten Normalverbrennung dargestellt ist. Aus 22 und 23 ist zu erkennen, daß bei einer Niedrigtemperaturverbrennung im Betriebsbereich I die AGR-Rate auf mindestens 55 Prozent eingestellt wird und das Kraftstoff-Luftverhältnis auf ein magereres Kraftstoff-Luftverhältnis von etwa 15,5 bis 18 eingestellt wird.
Wenn nun ein NO_x-Absorptionsmittel oder ein aktives Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel auf dem Partikelfilter 22 aufgenommen ist, ist es erfor derlich, das Kraftstoff-Luftverhältnis vorübergehend anzufetten, um das absorbierte NO_x freizusetzen. Wie bereits vorstehend erwähnt wurde, wird jedoch bei einer Niedrigtemperaturverbrennung im Betriebsbereich I selbst bei Anfettung des Kraftstoff-Luftverhältnisses nahezu kein Rauch erzeugt. Wenn auf dem Partikelfilter 22 ein NO_X-Absorptionsmittel oder aktives Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel aufgenommen ist, wird zur Ablösung und Abführung der Partikelmassen vom Partikelfilter 22 das Kraftstoff-Luftverhältnis bei einer Niedrigtemperaturverbrennung fett, wenn die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen ist, und dabei wird NO_x freigesetzt.
24 zeigt die Routine zur Umsetzung der Steuerung einer Verstopfungsprävention.
Unter Bezugnahme auf 24 wird zunächst bei Schritt 160 bestimmt, ob es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention handelt. Wenn es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention handelt, wird die Routine bei Schritt 161 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob das Soll-Drehmoment TQ eine Grenzelinie X(N), die in 21 gezeigt ist, überschreitet. Wenn TQ ≤ X(N) ist, d. h. wenn der Motorbetriebsbereich im ersten Betriebsbereich I ist und einen Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt wird, wird die Routine bei Schritt 162 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen wird, dann wird bei Schritt 163 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist, so daß das Kraftstoff-Luftverhältnis fett wird. Anschließend wird bei Schritt 164 der Öffnungsgrad des AGR-Steuerventils 25 so gesteuert, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis aufgrund des unverbrannten Kraftstoffs im AGR-Gas nicht allzu fett wird.
Wenn bei Schritt 161 hingegen bestimmt wird, daß TQ > X(N) ist, d. h. wenn der Motorbetriebszustand im zweiten Betriebsbereich II ist, wird die Routine bei Schritt 165 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen wird, und dann wird bei Schritt 102 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist. Dabei wird das Kraftstoff-Luftverhältnis jedoch nicht fett.
25 zeigt eine Modifizierung der Befestigungsposition der Abgasdrosselklappe 45. Wie bei dieser Modifizierung gezeigt ist, kann die Abgasdrosselklappe 45 auch im Abgaskanal, der dem Partikelfilter 22 vorgeschaltet ist, angeordnet sein.
26 zeigt den Fall der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Partikelverarbeitungsvorrichtung, die die Strömungsrichtung des Abgases, das durch das Innere des Partikelfilters 22 strömt, in die entgegengesetzte Richtung schalten kann. Diese Partikelverarbeitungsvorrichtung 70, die in 26 gezeigt ist, ist mit dem Auslaß einer Abgasturbine 21 verbunden. In 27A bzw. 27B sind jeweils eine Draufsicht und eine Teilschnittansicht dieser Partikelverarbeitungsvorrichtung 70 dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 27A und 27B ist die Partikelverarbeitungsvorrichtung 70 mit einem vorgeschalteten Abgasrohr 71, das mit dem Auslaß der Abgasturbine 21 verbunden ist, einem nachgeschalteten Abgasrohr 72 und einem Zweiwege-Abgaskanalrohr 73, das an beiden Enden ein erstes offenes Ende 73a und ein zweites offenes Ende 73b aufweist, versehen. Der Auslaß des vorgeschalteten Abgasrohrs 71, der Einlaß des nachgeschalteten Abgasrohrs 72 und das erste offene Ende 73a und das zweite offene Ende 73b des Zweiwege-Abgaskanalrohrs öffnen sich zum Inneren derselben Sammelkammer 74. Der Partikelfilter 22 ist im Inneren des Zweiwege-Abgaskanalrohrs 73 angeordnet. Die Querschnittkontur des Partikelfilters 22 unterscheidet sich geringfügig von dem in 3A und 3B gezeigten Partikelfilter 22, ist jedoch in anderen Punkten mit dem in 3A und 3B gezeigten Aufbau im wesentlichen identisch.
Im Inneren der Sammelkammer 74 der Partikelverarbeitungsvorrichtung 70 wird ein Strömungsweg-Schaltventil 76 durch ein Betätigungsglied 75 angesteuert. Dieses Betätigungsglied 75 durch ein Ausgangssignal der elektronischen Steuereinheit 30 gesteuert. Dieses Strömungsweg-Schaltventil 76 wird durch das Betätigungsglied 75 auf eine beliebige von einer ersten Position A zum Verbinden des Ausgangs des vorgeschalteten Abgasrohrs 71 mit dem ersten offenen Ende 73a durch das Betätigungsglied 75 und zum Verbinden des zweiten offenen Endes 73b mit dem Einlaß des nachgeschalteten Abgasrohrs 72, einer zweiten Position B zum Verbinden des Auslasses des vorgeschalteten Abgasrohrs 71 mit dem zweiten offenen Ende 73b und dem ersten offenen Endes 73b und dem ersten offenen Ende 73a mit dem Einlaß des nachgeschalteten Abgasrohrs 72, und einer dritten Position C zum Verbinden des Auslasses des vorgeschalteten Abgasrohrs 71 mit dem Einlaß des nachgeschalteten Abgasrohrs 72 gesteuert.
Wenn das Strömungsweg-Schaltventil 76 an der ersten Position A positioniert ist, strömt das aus dem Auslaß des vorgeschalteten Abgasrohrs 71 strömende Abgas vom ersten offenen Ende 73a in das Innere des Zweiwege-Abgaskanalrohrs 73, strömt dann durch den Partikelfilter 22 in Richtung des Pfeils X, strömt dann vom zweiten offenen Ende 73b zum Einlaß des nachgeschalteten Abgasrohrs 72.
Wenn das Strömungsweg-Schaltventil 76 im Gegensatz dazu an der zweiten Position B positioniert ist, strömt das aus dem Auslaß des vorgeschalteten Abgasrohrs 71 strömende Abgas vom zweiten offenen Ende 73b in das Innere des Zweiwege-Abgaskanalrohrs 73, strömt dann durch den Partikelfilter 22 in Richtung des Pfeils Y, strömt dann vom ersten offenen Ende 73a zum Einlaß des nachgeschalteten Abgasrohrs 72. Somit wird die Strömungsrichtung des durch den Partikelfilter 22 strömenden Abgases in die zur bisherigen Richtung entgegengesetzte Richtung geschaltet, indem das Strömungsweg-Schaltventil 76 von der ersten Position A auf die zweite Position B geschaltet wird.
Wenn das Strömungsweg-Schaltventil 76 hingegen an der dritten Position C positioniert wird, strömt das aus dem Auslaß des vorgeschalteten Abgasrohrs 71 strömende Abgas direkt zum Einlaß des nachgeschalteten Abgasrohrs 72, ohne daß ein Großteil davon in das Zweiwege-Abgaskanalrohr 73 strömt. Wenn z. B. die Temperatur des Partikelfilters 22 niedrig ist, wie z. B. unmittelbar nach Inbetriebnahme des Motors, wird das Strömungsweg-Schaltventil 76 auf die dritte Position C eingestellt, um zu verhindern, daß sich eine große Partikelmenge auf dem Partikelfilter 22 ablagert.
Wie in den 27A und 27B gezeigt ist, ist die Abgasdrosselklappe 45 im nachgeschalteten Abgasrohr 72 angeordnet. Die Abgasdrosselklappe 45 kann jedoch im Inneren des vorgeschalteten Abgasrohrs 71 angeordnet sein, wie in 28 gezeigt ist.
Wenn das Abgasrohr in Pfeilrichtung durch das Innere des Partikelfilters 22 strömt, lagern sich die Partikel hauptsächlich auf der Oberfläche der Trennwände 54 auf der Seite ab, wo das Abgas hereinströmt, und die Partikelmassen bleiben hauptsächlich an der Oberfläche auf der Seite, wo das Abgas hereinströmt, und im Inneren der winzigen Löcher haften. Bei dieser Ausführungsform wird die Strömungsrichtung des Abgases, das durch das Innere des Partikelfilters 22 strömt, in die entgegengesetzte Richtung geschaltet, um die abgelagerten Partikel zu oxidieren und die Partikelmassen vom Partikelfilter 22 zu trennen und abzuführen.
Das heißt, wenn die Strömungsrichtung des durch das Innere des Partikelfilters 22 strömenden Abgases in die entgegengesetzte Richtung geschaltet wird, lagern sich keine weiteren Partikel auf den abgelagerten Partikeln ab, so daß die abgelagerten Partikel durch Oxidation allmählich entfernt werden. Wenn ferner die Strömungsrichtung des durch das Innere des Partikelfilters 22 strömenden Abgases in die entgegengesetzte Richtung geschaltet wird, lassen sich die anhaftenden Partikelmassen an der Wandfläche auf der Seite, wo das Abgas herausströmt, und im Inneren der winzigen Löcher, nieder, und somit können die Partikelmassen ohne weiteres abgelöst und abgeführt werden.
In der Praxis werden die Partikelmassen jedoch durch bloßes Umschalten des durch das Innere des Partikelfilters 22 strömenden Abgasstroms in die entgegengesetzte Richtung nicht ausreichend abgelöst und abgeführt. Selbst wenn die Partikelverarbeitungsvorrichtung 70, wie sie in 27A und 27B gezeigt ist, verwendet wird, wird da her die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen und dann beim Ablösen und Abführen des Partikelmassen vom Partikelfilter 22 vollständig geöffnet.
Nachstehend folgt eine Erörterung der Zeitsteuerung der Steuerung der Abgasdrosselklappe 45 und der Zeitsteuerung des Schaltens des Strömungsweg-Schaltventils 76. 29 zeigt den Fall, wo die vollständig geöffnete Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend vollständig geschlossen wird und dann wiederum bei jeweils einem konstanten Zeitintervall oder nach jeweils einer konstanten Fahrentfernung zyklisch vollständig geöffnet wird. Auch in diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geöffnet wird, so daß die Motorleistung bei vollständig geschlossener Abgasdrosselklappe 45 nicht abfällt.
Wie in 29 gezeigt ist, wird das Strömungsweg-Schaltventil 76 zwischen einer Vorwärts- und Rückwärtsströmung geschaltet, die mit der Betriebssteuerung der Abgasdrosselklappe 45 in Verbindung steht. An dieser Stelle ist unter "Vorwärtströmung" die Abgasströmung in Richtung des Pfeils X in 27 zu verstehen, während unter "Rückwärtsströmung" die Abgasströmung in Richtung des Pfeils Y in 27 zu verstehen ist. Wenn daher die Strömung auf Vorwärtsströmung eingestellt werden soll, wird das Strömungsweg-Schaltventil 76 auf die erste Position A geschaltet, wohingegen, wenn die Strömung auf Rückwärtsströmung eingestellt werden soll, das Strömungsweg-Schaltventil 76 auf die zweite Position B geschaltet wird.
Wie in 29 gezeigt, gibt es von der ersten Position A und der zweiten Position B des Strömungsweg-Schaltventils 76 drei Typen von Schaltsteuerzeiten, d. h. Typ I, Typ II, und Typ III. Typ I ist der Typ, bei dem die Vorwärtsströmung auf Rückwärtsströmung geschaltet wird oder die Rückwärtsströmung auf Vorwärtsströmung geschaltet wird, wenn die vollständig geöffnete Abgasdrosselklappe 45 vollständig geschlossen wird. Typ II ist der Typ, bei dem die Vorwärtsströmung auf Rückwärtsströmung oder die Rückwärtsströmung auf Vorwärtsströmung geschaltet wird, wenn die Abgasdrosselklappe 45 im vollständig geschlossenen Zustand gehalten wird, und Typ III ist der Typ, bei dem die Vorwärtsströmung auf Rückwärtsströmung oder die Rückwärtsströ mung auf Vorwärtsströmung geschaltet wird, wenn die vollständig geschlossene Abgasdrosselklappe 45 vollständig geöffnet wird.
Bei den Typen I, II und II erfolgt der Strömungwegschaltvorgang des Strömungsweg-Schaltventils 76 jeweils im Intervall ab dem vollständigen Schließen der Abgasdrosselklappe 45 bis zu deren vollständiger Öffnung, in anderen Worten also, wenn die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geöffnet ist oder kurz vor ihrem vollständigen Öffnen. Der Strömungswegschaltvorgang des Strömungswegschaltventils 76 erfolgt aus folgenden Gründen im Intervall ab dem vollständigen Schließen der Abgasdrosselklappe 45 bis zu deren vollständiger Öffnung:
Um nämlich den Druckabfall im Partikelfilter 22 niedrig zu halten, ist es notwendig, die Partikelmassen möglichst schnell vom Partikelfilter 22 abzulösen und abzuführen. Dabei können die Partikelmassen ohne weiteres abgelöst werden, wenn die Oberflächen der Trennwände 54, an denen sie haften, zu Ausströmseite des Abgases werden. Um daher die Partikelmassen möglichst schnell vom Partikelfilter 22 abzulösen und abzuführen, wird bevorzugt, die Ablösung und Abführung der Partikelmassen vorzunehmen, wenn die Oberflächen der Trennwände 54, wo sich die Partikel ablagern, zur Ausströmseite des Abgases werden, d. h. wenn die Rückwärtsströmung auf Vorwärtsströmung geschaltet wird. Das heißt in anderen Worten, daß, wenn die geschlossene Abgasdrosselklappe 45 vollständig geöffnet wird oder kurz ihrem vollständigen Öffnen, bevorzugt von Vorwärtsströmung auf Rückwärtsströmung oder von Rückwärtsströmung auf Vorwärtsströmung geschaltet wird.
30 zeigt die Routine zur Umsetzung der Steuerung einer Verstopfungsprävention, die in 29 gezeigt ist.
Unter Bezugnahme auf 30 wird zunächst bei Schritt 170 bestimmt, ob es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention handelt. Bei der in 29 gezeigten Ausführungsform wird beurteilt, ob es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention bei jeweils einem konstanten Zeitintervall oder nach jeweils einer konstanten Fahrstrecke handelt. Handelt es sich bei der Zeitsteuerung um diejenige für die Steuerung einer Verstopfungsprävention, wird die Routine bei Schritt 171 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen wird, dann wird bei Schritt 172 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist. Anschließend erfolgt bei Schritt 173 der Strömungswegschaltvorgang durch das Strömungswegschaltventil 76 nach einem beliebigen der Typen I, II und III.
31 zeigt eine Routine für die Steuerung einer Verstopfungsprävention, die die Menge der auf dem Partikelfilter 22 verbleibenden abgelagerten Partikel berechnet und die Abgasdrosselklappe 45 und das Strömungswegschaltventil 76 bei Überschreitung eines Grenzwerts durch die verbleibende abgelagerte Partikelmenge steuert.
Unter Bezugnahme auf 31 wird bei Schritt 180 zunächst die Menge M der abgeführten Partikel aus der in 14A gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 181 die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel aus der in 6 gezeigten Beziehung berechnet. Dann wird bei Schritt 182 die Menge ΔG der pro Zeiteinheit (=M – G) abgelagerten Partikel berechnet, dann wird bei Schritt 183 die Gesamtmenge ΣΔG der abgelagerten Partikel (= ΣΔG + ΔG) berechnet. Dann wird bei Schritt 184 das Verhältnis R der Oxidationsentfernung der abgelagerten Partikel aus der in 14B gezeigten Beziehung berechnet. Darin wird bei Schritt 185 die Menge ΣΔG der verbleibenden abgelagerten Partikel (=ΣΔG – R•ΣΔG) berechnet. Anschließend wird bei Schritt 186 bestimmt, ob die Menge ΣΔG der verbleibenden abgelagerten Partikel größer als der Grenzwert G₀ ist.
Wenn ΣΔG > G₀ ist, wird die Routine bei Schritt 187 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend geschlossen wird, dann wird bei Schritt 188 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist. Anschließend erfolgt bei Schritt 189 ein Strömungswegschaltvorgang durch das Strömungswegschaltventil 756 durch einen der Typen I, II und III, wie in 29 gezeigt ist.
32 zeigt den Fall, in dem die Abgasdrosselklappe 45 bei Fahrzeugverzögerung für einen Motorabbremsvorgangs vorübergehend vollständig geschlossen wird und ein Strömungswegschaltvorgang dabei durch das Strömungswegschaltventil 76 erfolgt. Auch in diesem Fall liegen, genau wie bei 29, drei Typen I, II und III von Strömungswegschaltverfahren vor. Zur Anwendung kommt einer der Typen I, II und III. Zu beachten ist, daß bei dem in 32 gezeigten Beispiel die Kraftstoffeinspritzung gestoppt und die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geschlossen wird, wenn der Verstellweg des Fahrpedals null erreicht. Wird die Kraftstoffeinspritzung wieder gestartet, wird die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geöffnet.
Bei der in 33 gezeigten Ausführungsform wird die Abgasdrosselklappe 45 jeweils bei einem konstanten Zeitintervall, jeweils nach einer konstanten Fahrstrecke oder wenn die Menge ΣΔG der auf dem Partikelfilter verbleibenden abgelagerten Partikel den Grenzwert G₀ überschreitet, vorübergehend vollständig geschlossen. Während die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geschlossen ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht. Auch in diesem Fall liegen genauso wie bei 29 drei Typen I, II und II von Strömungswegschaltverfahren vor. Zur Anwendung kommt einer der Typen I, II und III. Bei dieser Ausführungsform ist die Strömung jedoch normalerweise auf Vorwärtsströmung geschaltet. Die Vorwärtsströmung wird auf Rückwärtsströmung geschaltet, sobald die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist, wenn jedoch die Abgasdrosselklappe 45 wiederum vollständig geöffnet ist, wird nach kurzer Zeit wieder auf die Vorwärtsströmung geschaltet.
In 34 ist noch eine weitere Ausführungsform gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird die Vorwärtsströmung abwechselnd auf Rückwärtsströmung geschaltet oder die Rückwärtsströmung bei einem vorbestimmten Steuerzeitpunkt auf Vorwärtsströmung geschaltet. Die Menge ΣΔG1 der abgelagerten Partikel, die auf der Oberfläche der Trennwände 54 auf der Seite, wo das Abgas hereinströmt und im Inneren der winzigen Löcher bei Vorwärtsströmung verbleiben, und die Menge ΣΔG2 der abgelagerten Partikel, die auf den Oberflächen der Trennwände 54 auf der Seite, wo das Abgas hereinströmt, und im Inneren der winzigen Löcher bei Rückwärtsströmung verbleiben, werden getrennt voneinander berechnet. Wie in 34 gezeigt ist, wird bei Überschreitung des Grenzwerts G₀ durch die Menge ΣΔG1 der abgelagerten Partikel bei Vorwärtsströmung die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend vollständig geschlossen, wenn die Vorwärtsströmung auf Rückwärtsströmung geschaltet wird, und die Kraftstoffeinspritzmenge wird erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geschlossen ist.
Allgemein gesprochen heißt das bei dieser Ausführungsform, daß, wenn die Partikel, die sich laut Berechnung auf beiden Seiten der Trennwände 54 des Partikelfilters 22 abgelagert haben, einen vorgeschriebenen Grenzwert überschreiten, und wenn die eine Seite der Trennwände 54, wo die Partikel den Grenzwert überschreiten, die Ausströmseite des Abgases ist oder zur Ausströmseite des Abgases wird, die Abgasdrosselklappe 45 unverzüglich geöffnet und die Strömungsgeschwindigkeit des durch das Innere des Partikelfilters 22 strömenden Abgases für nur einen Augenblick impulsartig erhöht wird.
35 zeigt eine Routine für die Steuerung einer Verstopfungsprävention zur Umsetzung dieser Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 35 wird zunächst bei Schritt 190 beurteilt, ob die momentane Strömung eine Vorwärtsströmung ist. Wenn es sich um eine Vorwärtsströmung handelt, wird die Routine bei Schritt 191 fortgesetzt, wo die Menge M der abgeführten Partikel aus der in 14A gezeigten Beziehung berechnet wird. Anschließend wird bei Schritt 192 die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel aus der in 6 gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 193 die Menge ΔG der bei Vorwärtsströmung pro Zeiteinheit abgelagerten Partikel (= M – G) berechnet, dann wird bei Schritt 194 die Gesamtmenge ΣΔG1 der bei Vorwärtsströmung abgelagerten Partikel (=ΣΔG1 + ΔG) berechnet. Anschließend wird bei Schritt 195 das Verhältnis R der Oxidationsentfernung der abgelagerten Partikel aus der in 14B gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 196 die Menge ΣΔG1 der verbleibenden bei Vorwärtsströmung abgelagerten Partikel ( =ΣΔG1 – R•ΣΔG1) berechnet.
Anschließend wird bei Schritt 197 bestimmt, ob die Menge ΣΔG1 der verbleibenden bei Vorwärtsströmung abgelagerten Partikel den Grenzwert G₀ überschritten hat. Wenn ΣΔG1 > G₀ ist, wird die Routine bei Schritt 198 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob die momentane Strömung eine Rückwärtsströmung ist. Wenn in dem Moment eine Rückwärtsströmung vorliegt, wird die Routine bei Schritt 199 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend vollständig geschlossen wird, dann wird bei Schritt 200 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geschlossen ist.
Wird hingegen bei Schritt 190 beurteilt, daß die momentane Strömung keine Vorwärtsströmung ist, d. h. wenn sie eine Rückwärtsströmung ist, wird die Routine bei Schritt 201 fortgesetzt, wo die Menge M der abgeführten Partikel aus der in 14A gezeigten Beziehung berechnet wird. Anschließend wird bei Schritt 202 die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel aus der in 6 gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 203 die Menge ΔG der pro Zeiteinheit bei Rückwärtsströmung abgelagerten Partikel (= M – G) berechnet, dann wird bei Schritt 204 die Gesamtmenge ΣΔG2 der bei Rückwärtsströmung abgelagerten Partikel (= ΣΔG2+ΔG) berechnet. Dann wird bei Schritt 205 das Verhältnis R der Oxidationsentfernung der abgelagerten Partikel aus der in 14B gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 206 die Menge ΣΔG2 der bei Rückwärtsströmung verbleibenden abgelagerten Partikel (=ΣΔG2 – R• ΣΔG2) berechnet.
Anschließend wird bei Schritt 207 bestimmt, ob die Menge ΣΔG2 der bei Rückwärtsströmung verbleibenden abgelagerten Partikel den Grenzwert G₀ überschritten hat. Wenn ΣΔG2 > G₀, wird die Routine bei Schritt 208 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob die momentane Strömung eine Vorwärtsströmung ist. Wenn momentan eine Vorwärtsströmung vorliegt, wird die Routine bei Schritt 199 fortgesetzt, wo die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend vollständig geschlossen wird, dann wird bei Schritt 200 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 vollständig geschlossen ist.
In 36 ist noch eine weitere Ausführungsform gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist, wie in 36 gezeigt, ein Rauchkonzentrationssensor 80 zur Erkennung der Konzentration von Rauch im Abgas innerhalb des nachgeschalteten Abgaskanals 72, der der Abgasdrosselklappe 45 nachgeschaltet ist, angeordnet.
Bei dieser in 37 gezeigten Ausführungsform wird bei jedem Verzögerungsvorgang die Vorwärtsströmung auf Rückwärtsströmung oder die Rückwärtsströmung auf Vorwärtsströmung geschaltet. Beim Beschleunigungsvorgang hingegen nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu, so daß ein Teil der Partikelmassen auf der Oberfläche der Trennwände 54 der Abgasausströmseite und im Inneren der winzigen Löcher vom Partikelfilter 22 abgelöst und abgeführt wird. Wenn sich daher Partikelmassen an der Oberfläche der Trennwände 54 der Abgasausströmseite und im Inneren der winzigen Löcher ablagern, wie in 37 gezeigt, steigt die Rauchkonzentration SM bei jedem Beschleunigungsvorgang an. In diesem Fall steigt die Rauchkonzentration SM mit zunehmender Menge der abgelagerten Partikelmassen an.
Daher wird bei dieser Ausführungsform, wenn die Rauchkonzentration SM einen vorbestimmten Grenzwert SM₀ überschreitet, nachdem der Beschleunigungsvorgang abgeschlossen ist und bevor die Strömungsrichtung des durch den Partikelfilter 22 strömenden Abgases die Rückwärtsströmung annimmt, d. h. wenn bei Rückwärtsströmung SM > SM₀, bevor von der Rückwärtsströmung auf Vorwärtsströmung geschaltet wird, die Abgasdrosselklappe 45 vorübergehend vollständig geschlossen und die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist.
38 zeigt die Routine für die Steuerung einer Verstopfungsprävention zur Umsetzung dieser Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 38 wird bei Schritt 210 die Rauchkonzentration SM im Abgas durch den Rauchkonzentrationssensor 80 erfaßt. Anschließend wird bei Schritt 211 bestimmt, ob die Rauchkonzentration SM einen Grenzwert SM₀ überschritten hat. Wenn SM > SM₀ ist, wird die Routine bei Schritt 212 fortgesetzt, wo die Abgas drosselklappe 45 vorübergehend vollständig geschlossen wird, dann wird bei Schritt 213 die Kraftstoffeinspritzmenge erhöht, während die Abgasdrosselklappe 45 geschlossen ist.
Bei jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen besteht die Möglichkeit, daß ein aktives NO_x-Absorptionsmittel oder das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 auf dem Partikelfilter 22 aufgenommen ist. Ferner kann die vorliegende Erfindung auch auf den Fall angewendet werden, wo nur ein Edelmetall wie Platin Pt auf der auf beiden Oberflächen des Partikelfilters 22 ausgebildeten Trägerlage aufgenommen ist. Hierbei verschiebt sich jedoch die durchgehende Linie, die die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel zeigt, im Vergleich zur in 5 gezeigten durchgehenden Linie etwas nach rechts. In diesem Fall wird aus dem auf der Oberfläche des Platins Pt aufgenommenen NO₂ oder SO₃ aktiver Sauerstoff freigesetzt.
Ferner besteht auch die Möglichkeit, einen Katalysator als das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel zu verwenden, der NO₂ oder SO₃ absorbieren und halten kann und aktiven Sauerstoff aus diesem absorbierten NO₂ oder SO₃ freisetzen kann.
Es ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung auch auf eine Abgasreinigungsvorrichtung angewendet werden kann, die so ausgelegt ist, daß ein Oxidationskatalysator im Abgaskanal, der dem Partikelfilter 22 vorgeschaltet ist, angeordnet ist, das NO im Abgas durch diesen Oxidationskatalysator in NO₂ umgewandelt wird, das NO₂ und die auf dem Partikelfilter abgelagerten Partikel zur Reaktion gebracht werden und diese NO, zum Oxidieren der Partikel verwendet wird.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung können die auf einem Partikelfilter abgelagerten Partikelmassen vom Partikelfilter abgelöst und abgeführt werden.

1: Motorkörper
5: Verbrennungsraum
6: Einspritzdüse
12: Druckluftbehälter
14: Turbolader
17: Drosselklappe
19: Auspuffkrümmer
22: Partikelfilter
25: AGR-Steuerventil
45: Abgasdrosselklappe

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1), bei der ein Partikelfilter (22) zum Entfernen von Partikeln durch Oxidation in einem Abgas, das von einem Verbrennungsraum (5) abgeführt wird, und ein Strömungsweg-Schaltventil (76), das die Strömungsrichtung des durch das Innere des einen Partikelfilters (22) strömenden Abgases in eine entgegengesetzte Richtung schalten kann, in einem Motorabgaskanal angeordnet sind, und bei der eine Einrichtung (45) zum unverzüglichen Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des durch den einen Partikelfilter (22) strömenden Abgases für nur einen Augenblick in impulsartiger Weise vorgesehen ist, wenn die auf dem einen Partikelfilter (22) abgelagerten Partikel von dem einen Partikelfilter (22) abgelöst und nach außerhalb des einen Partikelfilters (22) abgeführt werden sollen, wobei die Richtung des durch das Innere des einen Partikelfilters (22) strömenden Abgases unmittelbar bevor oder wenn die Einrichtung (45) zum unverzüglichen Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit die Strömungsgeschwindigkeit des durch den einen Partikelfilter (22) strömenden Abgases für nur einen Augenblick in impulsartiger Weise erhöht, durch das Strömungsweg-Schaltventil (76) in die entgegengesetzte Richtung geschaltet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung (45) zum unverzüglichen Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit aus einer im Motorabgaskanal angeordneten Abgasdrosselklappe besteht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abgasdrosselklappe (45) aus dem vollständig geöffneten Zustand vorübergehend geschlossen wird, bevor sie unverzüglich geöffnet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Abgasdrosselklappe (45) aus dem vollständig geöffneten Zustand vorübergehend ge schlossen wird, dann bei einem Verzögerungsvorgang des Fahrzeugs unverzüglich wieder vollständig geöffnet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Abgasdrosselklappe (45) aus dem vollständig geöffneten Zustand vorübergehend geschlossen wird, dann jeweils in einem konstanten Zeitintervall wieder unverzüglich vollständig geöffnet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Partikelfilter (22) mit einer Trennwand (54) versehen ist, innerhalb der das Abgas strömt, eine Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Menge der auf beiden Seiten der Trennwand (54) abgelagerten Partikel vorgesehen ist, und die Einrichtung (45) zum unverzüglichen Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit die Strömungsgeschwindigkeit des durch das Innere des Partikelfilters (22) strömenden Abgases für nur einen Augenblick in impulsartiger Weise erhöht, wenn die Partikel, die sich laut Berechnung durch die Berechnungseinrichtung auf jeder Seite der Trennwand (54) abgelagert haben, einen vorgeschriebenen Grenzwert überschreiten und wenn eine Seite der Trennwand (54), wo sich die Partikel übergrenzwertig abgelagert haben, die Ausströmseite des Abgases ist oder zur Ausströmseite des Abgases wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der als ein Partikelfilter (22) ein Partikelfilter verwendet wird, der beliebige Partikel in dem in den Partikelfilter (22) strömenden Abgas durch Oxidation entfernen kann, ohne eine leuchtende Flamme abzusondern, wenn die aus dem Verbrennungsraum (5) pro Zeiteinheit abgeführte Partikelmenge kleiner ist als die durch Oxidation auf dem Partikelfilter (22) entfernbare Partikelmenge, die durch Oxidation pro Zeiteinheit entfernt werden kann, ohne eine leuchtende Flamme abzusondern, und zumindest entweder die Menge der abgeführten Partikel oder die durch Oxidation entfernbare Partikelmenge so gesteuert wird, daß die Menge der abgeführten Partikel kleiner wird als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel bei einem Betriebszu stand des Motors, in dem die Menge der abgeführten Partikel kleiner werden kann als die durch Oxidation entfernbare Partikelmenge.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 7, bei der ein Edelmetallkatalysator auf dem Partikelfilter (22) aufgenommen ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der ein aktives Sauerstofffreisetzungsmittel zum Aufnehmen von Sauerstoff und zum Halten von Sauerstoff, wenn in der Umgebung ein Sauerstoffüberschuß vorliegt, und zum Freisetzen des einbehaltenen Sauerstoffs in Form von aktivem Sauerstoff, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung absinkt, auf dem Partikelfilter (22) aufgenommen ist, wobei bewirkt wird, daß der aktive Sauerstoff aus dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel freigesetzt wird, wenn sich Partikel auf dem Partikelfilter (22) ablagern, und der freigesetzte aktive Sauerstoff zum Oxidieren der auf dem Partikelfilter (22) abgelagerten Partikel verwendet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, bei der das aktive Sauerstofffreisetzungsmittel aus einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall, einem Seltenerdmetall oder einem Übergangsmetall besteht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Alkalimetall und das Erdalkalimetall aus Metallen bestehen, die eine höhere Ionisierungsneigung aufweisen als Calcium.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der als Partikelfilter (22) ein Partikelfilter verwendet wird, der die Funktion des Entfernens durch Oxidation von beliebigen Partikeln in einem in den Partikelfilter (22) strömenden Abgas ohne Absonderung einer leuchtenden Flamme besitzt, wenn die Menge der aus dem Verbrennungsraum (5) pro Zeiteinheit abgeführten Partikel kleiner ist als die durch Oxidation auf dem Partikelfilter (22) entfernbare Partikelmenge, die pro Zeiteinheit durch Oxidation ohne Absonderung einer leuchtenden Flamme ent fernt werden kann, und des Absorbierens des NO_x im Abgas, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) strömenden Abgases mager ist, und des Freisetzens des absorbierten NO_x aufweist, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) strömenden Abgases stöchiometrisch oder fett wird und zumindest entweder die Menge der abgeführten Partikel oder die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel so gesteuert wird, daß die Menge der abgeführten Partikel kleiner wird als die durch Oxidation entfernbare Partikelmenge in einem Betriebszustand des Motors (1), in dem die Menge der abgeführten Partikel kleiner werden kann als die durch Oxidation entfernbare Partikelmenge.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, bei der zumindest entweder ein Alkalimetall, ein Erdalkalimetall, ein Seltenerdmetall oder ein Übergangsmetall und ein Edelmetallkatalysator auf einem Partikelfilter aufgenommen sind.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Alkalimetall und das Erdalkalimetall aus Metallen bestehen, die eine höhere Ionisierungsneigung als Calcium haben.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, bei der ein aktives Sauerstofffreisetzungsmittel zum Aufnehmen von Sauerstoff und zum Halten von Sauerstoff bei Vorliegen eines Sauerstoffüberschusses in der Umgebung und zum Freisetzen des einbehaltenen Sauerstoffs in Form von aktivem Sauerstoff bei Absinken der Sauerstoffkonzentration in der Umgebung auf dem Partikelfilter (22) aufgenommen ist, wobei bewirkt wird, daß der aktive Sauerstoff aus dem aktiven Sauerstofffreisetzungsmittel freigesetzt wird, wenn sich auf dem Partikelfilter (22) Partikel ablagern, und der freigesetzte aktive Sauerstoff zum Oxidieren der auf dem Partikelfilter (22) abgelagerten Partikel verwendet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, bei der eine Verbrennung normalerweise bei magerem Kraftstoff-Luftverhältnis ausgeführt wird und das Kraftstoff-Luftverhältnis vorübergehend stöchiometrisch oder fett eingestellt wird, wenn das absorbierte NO_x im Inneren des Partikelfilters (22) freigesetzt werden soll.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Einrichtung (45) zum unverzüglichen Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit aus einer Abgasdrosselklappe, die in einem Motorabgaskanal angeordnet ist, besteht, wenn die auf dem Partikelfilter (22) abgelagerten Partikel vom Partikelfilter (22) abgelöst und nach außerhalb des Partikelfilters (22) abgeführt werden sollen, wobei die Abgasdrosselklappe (45) aus dem vollständig geöffneten Zustand vorübergehend geschlossen wird, dann wiederum unverzüglich vollständig geöffnet wird und das Kraftstoff-Luftverhältnis fett eingestellt wird, wenn die Abgasdrosselklappe (45) vorübergehend geschlossen wird, so daß aus dem Partikelfilter (22) das NO_x freigesetzt wird.