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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasreinigung
für einen
Verbrennungsmotor.
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Ein
Verfahren für
das Ausführen
einer Diagnose des Betriebszustands eines Abgasreinigungskatalysators
wird in der früher
eingereichten europäischen
Patentanmeldung, welche als
EP
1 052 385 veröffentlicht
wurde, offenbart. Ein anderes wird zum Beispiel in dem U.S. Patent
Nr. 5,133,184 offenbart. Im dem letzteren wird eine Diagnose des
Betriebszustands aufgrund einer Änderung
der Katalysatortemperatur vorgenommen, während einem Katalysator ein
unverbranntes Gemischgas durch Auslösen einer Fehlzündung des
Verbrennungsmotors zugeführt wird.
Die Katalysatortemperatur wird durch Feststellen einer Abgastemperatur
vor und hinter dem Katalysator durch Temperaturmessfühler, welche
in einem Auslasskanal vor und hinter dem Katalysator angeordnet
sind, überwacht.
Aufgrund der Tatsache, dass während
normalen Arbeitens des Katalysators durch den Katalysator strömendes Abgas
dessen Temperatur aufgrund einer chemischen Reaktion anhebt und
folglich die Abgastemperatur vor und nach dem Katalysator unterschiedlich
ist, wird dem Katalysator eine große Menge unverbrannten Gemischgases
zugeführt,
so dass für
eine einfache Diagnose des Betriebszustands des Katalysators die
Temperaturdifferenz des Abgases angehoben wird.
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Da
das in U.S. Patent Nr. 5,133,184 offenbarte Diagnoseverfahren die
Diagnosegenauigkeit durch Erhöhen
einer Menge unverbrannten Gemischgases, welches einem Katalysator
zugeführt wird,
steigert, ist die Reinigung des Abgases zeitweilig ungenügend. Da
ferner eine Fehlzündung
des Verbrennungsmotors erforderlich ist, muss die Diagnose des Betriebszustands
des Katalysators während
eines bestimmten Motorbetriebszustands wie Schiebebetrieb erfolgen.
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Eine
erfindungsgemäße Aufgabe
besteht daher darin, eine Vorrichtung zur Abgasreinigung für einen
Verbrennungsmotor an die Hand zu geben, welche eine präzise Diagnose
des Betriebszustands eines Katalysators vornehmen kann, ohne dem
Katalysator eine große
Menge unverbrannten Gemischgases zuzuführen.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Aufgabe
besteht darin, eine Vorrichtung zur Abgasreinigung für einen
Verbrennungsmotor an die Hand zu geben; welche eine Diagnose des
Betriebszustands eines Katalysators vornimmt, ohne eine Fehlzündung des Verbrennungsmotors
zu bewirken.
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Eine
noch weitere erfindungsgemäße Aufgabe
besteht darin, eine Vorrichtung zur Abgasreinigung für einen
Verbrennungsmotor an die Hand zu geben, welche während einer Diagnose des Betriebszustands
eines Katalysators eine ausreichende Reinigung von Abgas verwirklicht.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Aufgabe
besteht darin, eine Vorrichtung zur Abgasreinigung für einen
Verbrennungsmotor an die Hand zu geben, welche den Rußanteil
von Abgas reduziert.
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Nach
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Abgasreinigung werden die obigen Aufgaben durch entsprechendes zeitliches
Steuern einer Kraftstoffnacheinspritzung verwirklicht. Im Einzelnen
umfasst die Vorrichtung zur Abgasreinigung für einen Verbrennungsmotor,
welche ein Einspritzventil, welches Kraftstoff direkt in einen Brennraum
des Verbrennungsmotors einspritzt, eine Abgasanlage mit einem Katalysator
mit einer Oxidationskatalysefunktion der Reinigung von Abgas von
dem Verbrennungsmotor, einen Temperaturmessfühler zum Überwachen einer Temperatur
des Katalysators, ein die Reduzierungssubstanz erhöhendes Mittel
für das
Erhöhen
einer Menge der Reduzierungssubstanz im Abgas durch Implementieren
einer Kraftstoffnacheinspritzung zu einem bestimmten Zeitpunkt während eines
Arbeitstakts oder Auspufftakts im Anschluss an die Kraftstoffhaupteinspritzung,
welche nahe einem oberen Totpunkt (OT) eines Verdichtungstakts angesetzt
ist, umfasst, ein Diagnosemittel für das Implementieren der Kraftstoffnacheinspritzung
und das Erstellen einer Diagnose eines normalen oder anomalen Betriebs
des Katalysators oder des die Reduzierungssubstanz erhöhenden Mittels
anhand einer durch die Kraftstoffnacheinspritzung verursachten Änderung
der Katalysatortemperatur während
des Betriebs des Verbrennungsmotors bei einem festgelegten Betriebszustand,
wobei ein Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung für das Erstellen
der Diagnose eines normalen oder anomalen Betriebs bei einem Kurbelwellen-Drehwinkel
(CA) von 30° bis
210° nach
einem OT des Verdichtungstakts angesetzt wird.
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Da
die Diagnose des normalen oder anomalen Betriebs des Katalysators
durch das Überwachen einer Änderung
der Katalysatortemperatur erstellt wird, wenn der Anteil einer Reduzierungssubstanz
im Abgas durch das Implementieren der Kraftstoffnacheinspritzung
angehoben wird, kann die Diagnose des normalen oder anomalen Betriebs
des Katalysators immer durchgeführt
werden, solange sich der Verbrennungsmotor in einem Betriebszustand
für Kraftstoffzufuhr
befindet. Dies macht zum Beispiel die Fehlzündung eines Benzinmotors unnötig. Weiterhin wird
der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung bei einem Kurbelwinkel
von 30° bis
210° nach
dem OT eines Verdichtungstakts angesetzt, so dass die Kraftstoffnacheinspritzungsmenge
nicht so groß sein muss,
um die Diagnose eines normalen oder anomalen Betriebs des Katalysators
zu erstellen. Bei Implementieren der Kraftstoffnacheinspritzung
zum Erstellen der Diagnose eines normalen oder anomalen Betriebs
des Katalysators wird also der Anteil der Reduzierungssubstanz im
Abgas größer als
vor der Implementierung der Kraftstoffnacheinspritzung, während das
die Reduzierungssubstanz erhöhende
Mittel normal arbeitet und die vermehrte Reduzierungssubstanz oxidiert
wird, während
der Katalysator normal arbeitet. Dadurch steigt die Katalysatortemperatur.
Aus einem Anstiegsgrad der Katalysatortemperatur wird ermittelt,
ob das die Reduzierungssubstanz erhöhende Mittel oder der Katalysator
einen anomalen Betrieb aufweisen. Wenn ein Anstiegsgrad der Katalysatortemperatur
aufgrund der Kraftstoffnacheinspritzung klein ist, lässt sich
nur schwer beurteilen, ob das die Reduzierungssubtanz erhöhende Mittel
oder der Katalysator anomal arbeiten.
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Nach
einer Untersuchungen der Erfinder der vorliegenden Anmeldung wurde
nachgewiesen, dass ein Anstieg der Katalysatortemperatur aufgrund
der Kraftstoffnacheinspritzung durch Ansetzen des Kraftstoffnacheinspritzungszeitpunkts
bei einem Kurbelwinkel zwischen 30° und 210 nach dem OT eines Verdichtungstakts gesteigert
werden kann. Angesichts dieser Tatsache wird die Diagnose des normalen
oder anomalen Betriebs des Katalysators ungeachtet einer fehlenden
Anhebung der Kraftstoffnacheinspritzungsmenge mit großer Präzision erstellt,
so dass verhindert wird, dass der Katalysator eine Verschlechterung
des Reinigungswirkungsgrads verursacht. Durch Vorstellen der Kraftstoffnacheinspritzung
von einem Kurbelwinkel von 30° steigt
ein Verbrennungsanteil des Kraftstoffs in dem Kraftstoffbrennraum,
welcher durch die Kraftstoffnacheinspritzung geliefert wird, an.
Dadurch liefert der Motor ein übermäßig erhöhtes Abtriebsdrehmoment
und ferner eine geringere Menge an unverbranntem Gemischgas, welche
als Reduzierungssubstanz dient, die dem Katalysator zugeführt wird.
Wenn weiterhin die Kraftstoffnacheinspritzung von einem Kurbelwinkel von
210° verzögert wird,
verursacht der Katalysator einen starken Temperaturabfall, was für die Oxidationsreinigung
des Abgases durch die Reduzierungssubstanz nachteilig ist.
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Der
Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung für das Erstellen der Diagnose
eines normalen oder anomalen Betriebs Katalysators kann ein Kurbelwellendrehwinkel
von 30° bis
60° nach
dem OT eines Verdichtungstakts sein. Dies ist für einen Dieselmotor im Hinblick
auf die Rußbegrenzung
vorteilhaft.
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Weiterhin
kann in dem Fall, dass der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung
für das
Erstellen der Diagnose des normalen oder anomalen Betriebs eines
Katalysators ein Drehwinkel der Kurbelwelle zwischen 30° und 90° nach dem
OT des Verdichtungstakts ist, die Kraftstoffnacheinspritzung bei
Einspritzintervallen von 0,2 bis 2 Sekunden vorgenommen werden.
Die Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung, welche nahe dem OT eines
Verdichtungstakts vorgenommen wird, muss während eines Motorbetriebs mit
einer unter einem bestimmten Wert liegenden Last kleiner als während eines
Motorbetriebs mit einer über
einem bestimmten Wert liegenden Last sein, und die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung muss
klein sein, um eine übermäßige Zunahme
des Motorabtriebdrehmoments zu vermeiden. In einem solchen Fall
ist bei Vornehmen einer Kraftstoffnacheinspritzung pro Kraftstoffhaupteinspritzung
die Menge jeder Kraftstoffnacheinspritzung klein. Dadurch lässt sich
die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung schwer steuern. Nach der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Abgasreinigung kann aber die Menge jeder Kraftstoffnacheinspritzung
angehoben werden, da der Intervall der Kraftstoffnacheinspritzung
vergleichsweise lang ist. Dies ist für die Diagnose des normalen
oder anomalen Betriebs des Katalysators vorteilhaft. Nach einer
Untersuchung der Erfinder der vorliegenden Anmeldung wurde nachgewiesen,
dass dem Katalysator, während
er normal arbeitet, die Neigung zu einem größeren Temperaturanstiegsgrad verliehen
wird, wenn der Intervall der Kraftstoffnacheinspritzung lang statt
kurz gehalten wird. Diese Neigung ist für die Diagnose eines normalen
oder anomalen Betriebs des Katalysators vorteilhaft. Wird der Kraftstoffnacheinspritzungsintervall
länger
als 2 Sekunden ausgelegt, wird die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung
erhöht,
so dass der Motor zu einer unerwünschten Änderung
des Abtriebsdrehmoments veranlasst wird.
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Wenn
der Motor bei einer Drehzahl von 1.500 U/min. läuft, erfolgt die Kraftstoffnacheinspritzung
alle 10 Kraftstoffhaupteinspritzungen bei Durchführen bei Intervallen von 0,2
Sekunden und alle 100 Kraftstoffhaupteinspritzungen bei Durchführen bei
Intervallen von 2 Sekunden.
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Bei
Festlegen des Zeitpunkts der Kraftstoffnacheinspritzung für das Erstellen
der Diagnose eines normalen oder anomalen Betriebs bei einem Kurbelwinkel
zwischen 50° und
90° nach
dem OT des Verdichtungstakts wird dem Katalysator die Neigung zu
einem größeren Temperaturanstiegsgrad
verliehen, wenn der Intervall der Kraftstoffnacheinspritzung lang
ist.
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Wenn
die Kraftstoffnacheinspritzung bei Intervallen von 0,2 Sekunden
bis 2 Sekunden vorgenommen wird, kann der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung
bei einem Kurbelwinkel zwischen 50° und 90° nach dem OT eines Verdichtungstakts
liegen. Dies veranlasst den Katalysator, seine Temperatur in höherem Maß anzuheben,
was für
die Diagnose eines normalen oder anomalen Betriebs des Katalysators
vorteilhaft ist. Nach einer Untersuchung der Erfinder der vorliegenden
Erfindung wurde nachgewiesen, dass der bei einem Kurbelwinkel zwischen 50° und 90° angesetzte
Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung keine Erhöhung des
Reduzierungssubstanzanteils im den Katalysator durchströmenden Abgas
ohne damit einhergehende Wirkung der Reinigung liefert. Dies ist
für die
Abgasreinigung vorteilhaft.
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In
dem Fall, da der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung für das Erstellen
der Diagnose eines normalen oder anomalen Betriebs bei einem Kurbelwinkel
zwischen 60° und
210° nach
dem OT eines Verdichtungstakts liegt und bei Kraftstoffnacheinspritzungsintervallen
zwischen 0,2 und zwei Sekunden ausgeführt wird, umfasst die Abgasanlage
einen weiteren Katalysator mit einer Oxidationskatalysefunktion
der Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, welcher stromabwärts des
Katalysators angeordnet ist. In diesem Fall wird zwar dem stromaufwärts angeordneten
Katalysator, dessen normaler oder anomaler Betrieb diagnostiziert
wird, eine Reduzierungssubstanz zugeführt und passiert diesen teilweise,
ohne gereinigt zu werden, doch wird sie durch den stromabwärts angeordneten
Katalysator wirksam oxidiert, so dass ihr Schadstoffgehalt gesenkt
wird.
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Zu
Katalysatoren, welche als Katalysator mit Oxidationskatalysefunktion
verwendbar sind, zählen neben
Oxidationskatalysatoren und Dreiwegekatalysatoren ein NOx-Reinigungskatalysator,
welcher ein Edelmetall oder Cu trägt, welches NOx durch Reaktion
des HC in einem teilweise oxidierten Zustand mit dem NOx reduziert.
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In
dem Fall, da der Zeitpunkt der Kraftstoffnacheinspritzung für das Erstellen
der Diagnose eines normalen oder anomalen Betriebs bei einem Kurbelwinkel
zwischen 60° und
210° nach
dem OT eines Verdichtungstakts liegt, kann die Kraftstoffnacheinspritzung
bei Kraftstoffnacheinspritzungsintervallen unter 0,2 Sekunden ausgeführt werden.
Wenn der Kraftstoffnacheinspritzungsintervall kürzer wird, wird die Menge jeder
Kraftstoffnacheinspritzung entsprechend kleiner, so dass die Reduzierungssubstanz dem
Katalysator nach und nach zugeführt
wird. Dadurch kann der Katalysator die Reduzierungssubstanz wirksam
reinigen. Dies ist für
einen Anstieg der Katalysatortemperatur für die Diagnose eines normalen
oder anomalen Betriebs des Katalysators und für das Senken eines Emissionsgehalts
einer ungereinigten Reduzierungssubstanz vorteilhaft. Wenn der Kraftstoffnacheinspritzungsintervall
verkürzt
wird, wird der Wirksamkeitsgrad der Reduzierungssubstanzreinigung
signifikant angehoben, wenn die Kraftstoffnacheinspritzung bei einem
Zeitpunkt bei einem Kurbelwinkel zwischen 60° und 210° nach dem OT des Verdichtungstakts
ausgeführt
wird.
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Wie
vorstehend beschrieben wird nach der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Abgasreinigung, welche die Diagnose eines normalen oder anomalen Betriebs
des Katalysators oder des Reduzierungssubstanz erhöhenden Mittels
aufgrund einer Änderung
der Katalysatortemperatur vornimmt, welche durch einen Anstieg der
Menge des Reduzierungssubstanzanteils im Abgas aufgrund des Implementierens
der Kraftstoffnacheinspritzung verursacht wird, der Anstiegsgrad
der Katalysatortemperatur größer gehalten,
ohne dass die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung für das Erstellen
der Diagnose des normalen oder anomalen Betriebs des Katalysators
besonders erhöht
wird, was für
die Verbesserung der Diagnosepräzision
vorteilhaft ist. Dies wird durch Festlegen des Kraftstoffnacheinspritzungszeitpunkts zwischen
einem Kurbelwinkel von 30° bis
210° nach dem
OT eines Verdichtungstakts verwirklicht.
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Das
Implementieren der Kraftstoffnacheinspritzung bei einem Kurbelwinkel
(CA) zwischen 30° CA
und 60° nach
dem OT eines Verdichtungstakts bietet den Vorteil der Absenkung
des Emissionsanteils von Ruß eines
Dieselmotors. Wenn die Kraftstoffnacheinspritzung bei einem Zeitpunkt,
welcher bei einem Kurbelwinkel zwischen 30° und 90° nach dem OT eines Verdichtungstakts
liegt, sowie bei Intervallen von 0,2 bis zwei Sekunden festgelegt
wird, wird die Menge jeder Kraftstoffnacheinspritzung erhöht und der
Katalysator hebt seine Temperatur bei einer größeren Geschwindigkeit an, während er
normal arbeitet. Dies ist für
die Diagnose des normalen oder anomalen Betriebs des Katalysators
vorteilhaft. Bei Implementieren der Kraftstoffnacheinspritzung bei
einem Zeitpunkt zwischen 50° CA
und 90° Ca nach
dem OT eines Verdichtungstakts bei Intervallen von 0,2 bis 2 Sekunden
hebt der Katalysator seine Temperatur schnell an, während er
normal arbeit. Dies ist weiterhin für die Diagnose des normalen
oder anomalen Betriebs des Katalysators und die Reinigung von Abgas
vorteilhaft. In dem Fall, da ein ergänzender Katalysator mit einer
Oxidationskatalysefunktion zusätzlich
stromabwärts
des Katalysators angeordnet ist, wird bei Implementieren der Kraftstoffnacheinspritzung
bei einem Zeitpunkt, welcher bei einem Kurbelwinkel zwischen 30° und 90° nach dem OT
eines Verdichtungstakts liegt, bei Intervallen von 0,2 bis zwei
Sekunden, wenngleich eine Reduzierungssubstanz dem Katalysator zugeführt wird
und diesen ungereinigt passiert, diese durch den ergänzenden Katalysator
wirksam oxidiert, so dass ihr Schadstoffgehalt gesenkt wird. Weiterhin
bietet das Implementieren der Kraftstoffnacheinspritzung bei einem
Zeitpunkt, welcher bei einem Kurbelwinkel zwischen 60° und 210° nach dem
OT eines Verdichtungstakts festgelegt wird, bei Intervallen unter
0,2 Sekunden den Vorteil, dass die für die Diagnose des normalen
oder anomalen Betriebs des Katalysators erforderliche Temperaturanhebung
erfolgt und das Ablassen einer ungereinigten Reduzierungssubstanz an
die Atmosphäre
verhindert wird.
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Diese
und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die bevorzugte Ausführung derselben
in Verbindung mit den Begleitzeichnungen betrachtet klar hervor.
Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung, welche ein an einem Verbrennungsmotor
angebrachtes Steuersystem gemäß einer
erfindungsgemäßen Ausführung zeigt;
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2 eine
schematische Ansicht eines Abgaskatalysators;
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3 ein
Flussdiagramm, welches eine Ablaufroutine der Kraftstoffeinspritzsteuerung
zeigt;
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4 eine
Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen der Einlasskatalysatortemperatur
und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung sowie die Beziehung
zwischen der Auslasskatalysatortemperatur und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung
jeweils 10 Sekunden nach dem Start der Kraftstoffnacheinspritzung
zeigt;
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5 eine
Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen der Einlasskatalysatortemperatur
und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung sowie die Beziehung
zwischen der Auslasskatalysatortemperatur und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung
jeweils 30 Sekunden nach dem Start der Kraftstoffnacheinspritzung
zeigt;
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6 eine
Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen der Einlasskatalysatortemperatur
und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung sowie die Beziehung
zwischen der Auslasskatalysatortemperatur und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung
jeweils 90 Sekunden nach dem Start der Kraftstoffnacheinspritzung
zeigt;
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7 eine
Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen einer Rußmenge und
der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung bei Implementieren der
Kraftstoffnacheinspritzung einmal pro Kraftstoffhaupteinspritzung
zeigt;
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8 eine
Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen einer HC-Menge
und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung bei Implementieren der
Kraftstoffnacheinspritzung einmal pro Kraftstoffhaupteinspritzung
zeigt;
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9 eine
Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen einer HC-Menge
vor dem Katalysator und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung sowie
die Beziehung zwischen einer HC-Menge nach dem Katalysator und der
Kraftstoffnacheinspritzung jeweils 10 Sekunden nach dem Start der
Kraftstoffnacheinspritzung zeigt;
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10 eine
Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen einer HC-Menge
vor dem Katalysator und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung sowie
die Beziehung zwischen einer HC-Menge nach dem Katalysator und der
Kraftstoffnacheinspritzung jeweils 30 Sekunden nach dem Start der
Kraftstoffnacheinspritzung zeigt;
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11 eine
Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen einer HC-Menge
vor dem Katalysator und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung sowie
die Beziehung zwischen einer HC-Menge nach dem Katalysator und der
Kraftstoffnacheinspritzung jeweils 90 Sekunden nach dem Start der
Kraftstoffnacheinspritzung zeigt;
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12 eine
Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen der Kraftstoffnacheinspritzung und
der Temperatur des stromaufwärts
gelegenen Katalysators zeigt.
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Unter
näherem
Bezug auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 wird
eine Vorrichtung A zur Abgasreinigung nach einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung an
einem Verbrennungsmotor, beispielsweise einem mehrzylindrigen Dieselmotor
mit einem Motorkörper 1,
angebracht gezeigt. Der Motorkörper 1 besitzt
mehrere Zylinder 2 (wovon nur einer dargestellt ist), in
welchen Kolben 3 für
ein Gleiten nach oben und unten vorgesehen sind. Ein Brennraum 4 ist
zwischen jedem der Zylinder 2 und dem Kolben 3 ausgebildet.
Der Brennraum 4 ist oben in der Mitte mit einem Einspritzventil 5 mit einer
dem Brennraum 4 zugewandten Einspritzdüse versehen. Die Einspritzventile 5 werden
unabhängig voneinander
so gesteuert, dass sie bei einem festgelegten Zeitpunkt öffnen und
schließen,
so dass sie eine vorgegebene Menge Kraftstoff direkt in den Brennraum 4 einspritzen.
Die Einspritzventile 5 sind mit einem Common Rail 6 als
Speicher für
das Speichern von mit Druck beaufschlagtem Kraftstoff darin verbunden.
Das Common Rail 6 ist mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe 8 gekoppelt,
welche durch eine Kurbelwelle 7 des Dieselmotors angetrieben
wird. Die Hochdruckkraftstoffpumpe 8 dient dazu, den Kraftstoff
in dem Common Rail 6 bei einem festgelegten Druck zu halten.
Das Common Rail 6 ist von einem Drucksensor 6a begleitet,
welcher dazu dient, einen Druck des Kraftstoffs in dem Common Rail 6 zu überwachen
(welcher nachstehend als Common-Rail-Druck bezeichnet wird). Der
Drucksensor 6a ist in verschiedenen Formen vorbekannt und
kann jede bekannte Form aufweisen. Der Motorkörper 1 ist mit einem
Winkelsensor 9 versehen, welcher dazu dient, einen Drehwinkel
der Kurbelwelle 7 zu überwachen.
Der Winkelsensor 9 ist in verschiedenen Formen vorbekannt
und kann jede bekannte Form aufweisen. Zum Beispiel kann der Winkelsensor 9 eine an
der Kurbelwelle 7 befestigte Drehplatte und einen gegenüber dem
Umfang der Drehplatte angeordneten elektromagnetischen Aufnehmer
umfassen. Die Drehplatte ist mit Vorsprüngen ausgebildet, welche am
Umfang bei regelmäßigen Winkelabständen angeordnet
sind. Der elektromagnetische Aufnehmer erzeugt jedes Mal, wenn er
durch den Vorsprung räumlich überquert
wird, Impulssignale.
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Der
Dieselmotor weist einen Ansaugkanal 10 auf, durch welchen
die Ansaugluft eingeleitet und dem Brennraum 4 des Dieselmotors über einen
(nicht abgebildeten) Luftfilter zugeführt wird. Der Ansaugkanal 10 zweigt
an einem stromabwärts
gelegenen Ende von einem (nicht abgebildeten) Druckspeicher ab und
ist jeweils mit den Brennräumen 4 der
Zylinder 2 durch Einlassöffnungen verbunden. Ein Ladedrucksensor 10a ist
vorgesehen, um einen Ladedruck im Inneren des Druckspeichers festzustellen, welcher
den jeweiligen Zylindern 2 zugeführt wird. Der Ansaugkanal 10 ist
weiterhin in der Reihenfolge von dem stromaufwärts gelegenen Ende zu dem stromabwärts gelegenen
Ende mit einem Heissfilm-Sensor 11, welcher dazu dient,
eine in den Ansaugkanal 10 eingeleitete Frischansaugluftmenge festzustellen,
einem Lader 12, welcher durch eine Turbine 21 eines
Turboladers 25 angetrieben wird, um Ansaugluft zu verdichten,
einem Ladeluftkühler 13,
welcher dazu dient, die durch den Lader 12 verdichtete
Ansaugluft abzukühlen,
und einer Einlassdrosselklappe 14 als Mittel zum Absenken
der Menge von Frischansaugluft durch Verringern einer Querschnittfläche des
Ansaugkanals 10 versehen. Die Einlassdrosselklappe 14 ist
als Drosselklappe mit einer Kerbe ausgeführt, um selbst in vollständig geschlossenem
Zustand so Ansaugluft durch diese einzulassen. Analog zu einem später beschriebenen Abgasrückführungs(AGR)ventil 24,
welches von einem Hubsensor 26 begleitet ist, wird die
Einlassdrosselklappe 14 so gesteuert, dass ihre Öffnung durch Steuern
des Unterdruckwerts, welcher auf eine Membran 15 wirkt,
mittels eines elektromagnetischen Ventils 16 zur Unterdrucksteuerung
geändert
wird. Zur Feststellung einer Öffnung
der Einlassdrosselklappe 14 ist ein Sensor vorgesehen.
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Mit
dem Bezugszeichen 20 ist ein Auslasskanal bezeichnet, in
welchen das Abgas von dem Brennraum 4 jedes Zylinders 2 abgelassen
wird. Der Auslasskanal 20 am stromaufwärts gelegenen Ende zweigt an
den Brennräumen 4 der
Zylinder 2 durch Auslassöffnungen ab und ist mit diesen
verbunden und ist in der Reihenfolge vom stromaufwärts gelegenen
Ende zum stromabwärts
gelegenen Ende mit der Turbine 21, welche durch einen Abgasstrom
angetrieben wird, einem Abgaskatalysator 22, welcher den
Emissionsanteil von HC, CO und NOx und Ruß im Abgas senken kann, um
so das Abgas zu reinigen, und einem Sauerstoff(O2)-Sensor 17 versehen,
welcher dazu dient, die Sauerstoffkonzentration des Abgases in dem
Auslasskanal 20 festzustellen. Der Abgaskatalysator 22 ist
von einem Temperaturmessfühler 18 begleitet,
welcher zur Überwachung
der Katalysatortemperatur dient.
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Wie
in 2 gezeigt wird, ist der Abgaskatalysator 22 mit
zwei Katalysatoren ausgeführt,
nämlich mit
einem Oxidationskatalysator 22a und einem NOx- Reinigungskatalysator 22b,
welche in einer Linie angeordnet sind. Der Oxidationskatalysator 22a ist
an einer stromaufwärts
liegenden Seite des Abgaskatalysators 22 angeordnet. Der
NOx-Reinigungskatalysator 22b ist als ergänzender
Katalysator an einer stromabwärts
liegenden Seite des Abgaskatalysators 22 angeordnet. Der
Temperaturmessfühler 18 ist
zwischen dem Oxidationskatalysator 22a und dem NOx-Reinigungskatalysator 22b positioniert.
Jeder dieser Katalysatoren 22a und 22b ist als
Katalysatorschicht ausgebildet, welche an Wandflächen einer Reihe von Öffnungen
oder Löchern
eines wabenartigen Cordieritsubstrats gebildet sind, welche in einer
axialen Richtung (der Richtung eines Abgasstroms) parallel zueinander
angeordnet sind. Im Einzelnen wird die Katalysatorschicht des Oxidationskatalysators 22a durch
Aufbringen eines platinhaltigen (Pt) Katalysatorpulvers, getragen
durch Aluminiumoxid und Ceria, auf das wabenartigen Cordieritsubstrat mit
einem Bindemittel gebildet. Die Katalysatorschicht des NOx-Reinigungskatalysators 22b wird durch
Aufbringen eines platinhaltigen (Pt) Katalysatorpulvers, getragen
durch Zeolit, auf das wabenartige Cordieritsubstrat mit einem Bindemittel
gebildet. Der NOx-Reinigungskatalysator 22b fungiert als
Reduzierungsreinigungskatalysator, welcher NOx im Abgas infolge
der Verbrennung eines mageren Kraftstoffgemisches mit einem über dem
stöchiometrischen
Kraftstoff-/Luftverhältnis
liegenden Kraftstoff-/Luftverhältnis
A/F (z. B. ≥ 18)
senkt und auch bei Kraftstoff-/Luftverhältnissen A/F nahe dem stöchiometrischen
Kraftstoff-/Luftverhältnis
als Dreiwegekatalysator arbeitet.
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Der
Auslasskanal 20 stromaufwärts der Turbine 21 zweigt
von einem Abgasrückführungs(AGR)kanal 23,
durch welchen Abgas teilweise in den Einlassstrom rückgeführt wird,
ab und ist mit diesem verbunden. Der Abgasrückführungskanal 23 am
stromabwärts
liegenden Ende ist mit dem Ansaugkanal 10 an einer weiter
stromabwärts
gelegenen Seite relativ zur Einlassdrosselklappe 14 verbunden.
Der Abgasrückführungskanal 23 ist
an einem Punkt nahe des stromabwärts
liegenden Endes mit dem Abgasrückführungsventil 24 versehen,
welches durch Unterdruck betrieben wird, um sein Öffnen so anzupassen,
dass das Abgas teilweise von dem Auslasskanal 20 in den
Ansaugkanal 10 eingelassen wird. Das Abgasrückführungsventil 24 weist
eine Ventilkammer mit einer Unterdruckkammer, welche mit einer Unterdruckleitung 27 verbunden
ist, auf. Die Unterdruckleitung 27 ist mit einer Unterdruckpumpe 29 (Druckquelle)
durch ein elektromagnetisches Ventil 28 verbunden, welches
dazu dient, den Unterdruck zu steuern. Das elektromagnetische Ventil 28 empfängt ein
Steuersignal (elektrischer Strom) von einem Motorsteuergerät (ECU) 35 zum Öffnen und
Schließen
der Unterdruckleitung 27, um so den Druck in der Unterdruckkammer
des Abgasrückführungsventils 24 zu
steuern, wobei ein Öffnen
des Abgasrückführungskanals 23 linear
geregelt wird.
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Der
Turbolader 25, welcher variabel geometrisch mit der Turbine 21 und
dem Lader 12 ausgeführt
ist, ist mit einer Membran 30 versehen. Die Schnittfläche des
Auslasskanals 20 wird durch Steuern eines Unterdrucks an
der Membran 30 durch ein elektromagnetisches Ventil 30 geregelt,
welches dazu dient, den Unterdruck zu steuern.
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Das
Motorsteuergerät 35 empfängt Signale von
verschiedenen Sensoren, darunter mindestens der Drucksensor 6a,
der Winkelsensor 9, der Drucksensor 10a, der Luftmengenmesser 11,
der O2-Sensor 17, der Temperaturmessfühler 18, der Hubsensor 26 und
ein Gaspedalwegsensor 32 für das Feststellen eines Wegs
des (nicht dargestellten) Gaspedals. Das Motorsteuergerät 35 liefert
verschiedene Steuersignale gemäß einem
Motorbetriebszustand und Temperaturen der Katalysatoren 22a und 22b für das Steuern
des Einspritzventils 5, der Hochdruckzufuhrpumpe 8,
der Einlassdrosselklappe 14, des Abgasrückführungsventils 24,
des Turboladers 25. Im Einzelnen wird der Betrieb des Einspritzventils 5 so
gesteuert, dass es eine gesteuerte Kraftstoffmenge bei einem gesteuerten
Zeitpunkt einspritzt. Der Betrieb der Hochdruckzufuhrpumpe 8 wird
so gesteuert, dass sie den Common-Rail-Druck, d. h. den Kraftstoffeinspritzdruck,
regelt. Der Betrieb der Einlassdrosselklappe 14 wird so
gesteuert, dass sie eine Ansaugluftmenge regelt. Der Betrieb des
Abgasrückführungsventils 24 wird
so gesteuert, dass es eine rückgeführte Abgasmenge
regelt. Weiterhin wird der Betrieb des Turboladers 25 so
gesteuert, dass er Ansaugluft verdichtet.
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Das
Motorsteuergerät 35 speichert
elektrisch ein Kraftstoffeinspritz-Steuerkennfeld mit optimalen Mengen
der Kraftstoffeinspritzung Qb, welche gemäß Änderungen des Sollmotorabtriebsdrehmoments
und Motordrehzahlen empirisch ermittelt werden, in einem Speicher
desselben. Die optimale Menge der Kraftstoffeinspritzung Qb wird
so festgelegt, dass sie ansteigt, wenn die Motordrehzahl höher und der
Gaspedalweg größer wird.
Eine Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung Qb wird gemäß einem
Sollmotorabtriebsdrehmoment, welches aufgrund eines durch den Gaspedalwegsensor 32 festgestellten Gaspedalwegs
ermittelt wird, und einer Motordrehzahl, welche aufgrund eines Kurbelwellendrehwinkels,
welcher durch den Winkelsensor 9 festgestellt wird, ermittelt
wird, aus dem Kraftstoffeinspritz-Steuerkennfeld ausgelesen wird. Eine
Impulsbreite, welches eine Messung der Dauer der Öffnung des
Einspritzventils ist, wird aufgrund der Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung
Qb und eines durch den Drucksensor 6a für jedes Einspritzventil 5 festgestellten
Common-Rail-Drucks ermittelt. Die Steuerung der Kraftstoffhaupteinspritzung
liefert eine geforderte Kraftstoffmenge, welche das Sollmotorabtriebsdrehmoment
erfüllt,
um ein mittleres Kraftstoff-/Luftverhältnis in dem Brennraum 4 zu
liefern (welches nachstehend als mittleres Brennraum-Kraftstoff-/Luftverhältnis bezeichnet
wird), welches vergleichsweise mager ist (≥ 18). Während der Dieselmotor bei einem normalen
Betriebszustand läuft,
während
der Dieselmotor also mit anderen Worten bei einem kleinen Gaspedalweg
läuft,
um dem NOx-Reinigungskatalysator 22b eine Reduzierungssubstanzkomponente für das Beschleunigen
des Ablaufs der NOx-Reduzierungsreinigung zu liefern, wird die Kraftstoffnacheinspritzung
ausgeführt,
um eine kleine Kraftstoffmenge entsprechend einer Temperatur des
NOx-Reinigungskatalysators 22b entweder bei einem Arbeitstakt
oder bei einem Auspufftakt nach der Kraftstoffhaupteinspritzung
zusätzlich
zur Verzögerung
der Kraftstoffhaupteinspritzung einzuspritzen.
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Während eines
Zeitraums eines Motorbetriebs ab Motoranlassen bis zu Motorabschalten
wird der Oxidationskatalysator 22a ein- oder zweimal überwacht,
um eine Diagnose eines Qualitätsverlusts zu
erstellen. Die Diagnose des Qualitätsverlusts des Oxidationskatalysators 22a wird
durchgeführt,
während
dem Oxidationskatalysator 22a während eines normalen Betriebs
des Dieselmotors eine relativ große Menge Reduzierungssubstanz
zugeführt
wird. Wenn ein Anstiegsgrad der Katalysatortemperatur, wie eine Änderung
der Katalysatortemperatur oder eine Änderungsgeschwindigkeit der
Katalysatortemperatur, einen vorbestimmten Wert innerhalb eines bestimmten
Zeitraums ab Start der Zufuhr einer erhöhten Reduzierungssubstanzmenge
oder in einem Zeitraum, in dem eine integrierte Menge der erhöhten Reduzierungssubstanz
einen festgelegten Wert erreicht, übersteigt, wird der Oxidationskatalysator 22a als
normal bzw. nicht beeinträchtigt
eingestuft. Wenn dagegen der Anstiegsgrad der Katalysatortemperatur
in diesem Zeitraum unter dem festgelegten Wert bleibt, wird der
Oxidationskatalysator 22a als anomal bzw. beeinträchtigt eingestuft.
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Die
folgende Beschreibung ist auf die Einspritzzeit- und Einspritzintervallsteuerung
der Kraftstoffnacheinspritzung während
der Überwachung
eines Qualitätsverlusts
des Oxidationskatalysators 22a gerichtet, durch welche
die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Abgasreinigung gekennzeichnet ist.
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3 ist
ein Flussdiagramm, welches eine Ablaufroutine einer Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung
zeigt, welche pro festgelegtem Kurbeldrehwinkel wiederholt wird.
Wenn die Ablauflogik beginnt, rückt
die Steuerung zu einem Block bei Schritt S1 vor, um verschiedene
durch Signale von mindestens dem Drucksensor 6a, dem Winkelsensor 9,
dem Luftmengenmesser 11, dem Temperaturmessfühler 19 und dem
Gaspedalwegsensor 32 wiedergegebene Steuerparameter zu
lesen. Anschließend
werden eine Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung Qb und eine Steuerung
der Kraftstoffhaupteinspritzung (Kraftstoffhaupteinspritzungssteuerung)
Ib ermittelt. Wie bereits beschrieben wird die Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung
Qb bezüglich
der Änderungen
des Gaspedalwegs und der Motordrehzahl in dem Kraftstoffeinspritz-Steuerkennfeld
experimentell definiert. Die Kraftstoffhaupteinspritzungssteuerung
Ib wird bei einem Punke nahe dem OT eines Verdichtungstakts angesetzt.
Zum Beispiel wird die Kraftstoffhaupteinspritzung Ib vom einem Standardpunkt,
z. B. einem Kurbelwellendrehwinkel von 5° vor dem OT (vor OT 5° CA) vorgestellt,
wenn die Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung Qb größer wird,
oder wird ab dem Standardpunkt stärker verzögert, wenn die Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung
Qb kleiner wird. Weiterhin wird die Kraftstoffhaupteinspritzungssteuerung Ib
entsprechend einer Kühlmitteltemperatur
verzögert,
während
die Kühlmitteltemperatur
niedrig ist. Danach wird bei Schritt S3 durch den Temperaturmessfühler 18 eine
Abgastemperatur festgestellt, um die Katalysatortemperaturen Tcu
und Tcd des Oxidationskatalysators 22a und des NOx-Reinigungskatalysators 22b jeweils
zu schätzen.
Die Abgastemperatur tritt an Stelle der Katalysatortemperatur Tcu
des Oxidationskatalysators 22a. Die Abgastemperatur wird
durch einen Koeffizienten unter 1 (eins) oder durch eine bestimmte
Verminderung für
die Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b geändert. Zusätzlich kann
ein Temperaturmessfühler
nach dem NOx-Reinigungskatalysator 22b angeordnet
werden, um eine Abgastemperatur für eine Schätzung der Katalysatortemperatur
Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b festzustellen.
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Nach
Schätzung
der Katalysatortemperaturen Tcu und Tcd wird durch die Schritte
S4 bis S7 beurteilt, ob alle Überwachungsbedingungen
erfüllt sind.
Die Bedingungen, welche für
die Überwachung eines
Qualitätsverlusts
des Oxidationskatalysators 22a erfüllt werden sollten, sind, dass
der Dieselmotor sich bei einem normalen Betriebszustand befindet, dass
der Katalysator der stromaufwärts
gelegenen Seite, d. h. der Oxidationskatalysator 22a, sich
in einem festgelegten Niedrigtemperaturzustand befindet, dass der Überwachungsprozess
für die
Diagnose eines Qualitätsverlusts
beendet ist und dass der Katalysator der stromabwärts gelegenen
Seite, d. h. der NOx-Reinigungskatalysator 22b, eine Katalysatortemperatur
Tcd unter einem festgelegten Wert aufweist. Im Einzelnen erfolgt
bei Schritt S4 eine Beurteilung, ob eine Änderung des Gaspedalwegs unter einem
festgelegt Wert liegt, ob mit anderen Worten der Dieselmotor in
einem Normalzustand läuft.
Falls eine Änderung
des Gaspedalwegs, wiedergegeben durch ein Signal von dem Gaspedalwegsensor 32, unter
dem festgelegten Wert liegt, gilt der Dieselmotor als im normalen
Betriebszustand befindlich. Wenn dagegen eine Änderung des Gaspedalwegs, wiedergegeben
durch ein Signal des Gaspedalwegsensors 32, den festgelegten
Wert übersteigt,
gilt der Dieselmotor als im Übergangsbetriebszustand
befindlich, z. B. dem Beschleunigungsbetriebszustand. Die Diagnose
eines Qualitätsverlustes
des Oxidationskatalysators 22b wird durch Überwachen
eines Anstiegsgrads der Katalysatortemperatur Tcu des Oxidationskatalysators 22a ausgeführt, welche
aufgrund einer Kraftstoffnacheinspritzung verursacht wird. Da folglich
während
der Beschleunigung eine Änderung
der Katalysatortemperatur Tcu des Oxidationskatalysators 22a bedingt
durch einen Anstieg der Kraftstoffeinspritzmenge bewirkt wird, wird
die Diagnose eines Qualitätsverlustes
des Oxidationskatalysators 22a nicht vorgenommen. Da weiterhin
während
des Schiebebetriebs oder Leerlaufs die Kraftstoffeinspritzmenge
gesenkt wird, ist es unerwünscht,
die Kraftstoffnacheinspritzung auszuführen und die Diagnose eines
Qualitätsverlusts
des Oxidationskatalysators 22a wird nicht ausgeführt.
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Wenn
sich der Dieselmotor in einem normalen Betriebszustand befindet,
erfolgt bei Schritt S5 eine Beurteilung, ob der Oxidationskatalysator 22a eine
Katalysatortemperatur Tcu unter einer Schwellwerttemperatur Tcuo
von zum Beispiel 27°C
aufweist. Denn wenn der Katalysator an der stromaufwärts gelegenen
Seite, d. h. der Oxidationskatalysator 22a, eine Katalysatortemperatur
Tau über
der Schwellwerttemperatur Tcuo aufweist, ist es schwierig, eine
präzise
Feststellung eines Temperaturanstiegsgrads vorzunehmen, selbst bei
Implementieren der Kraftstoffnacheinspritzung, und die Diagnose
eines Qualitätsverlustes
wird nicht vorgenommen. Damit in diesem Fall der Oxidationskatalysator 22a infolge
der Kraftstoffnacheinspritzung die Temperatur anhebt, muss der Oxidationskatalysator 22a eine
Katalysatortemperatur Tcu über
seiner aktiven Temperatur von z. B. 150°C aufweisen. Wenn die Katalysatortemperatur
Tau immer noch unter der Schwellwerttemperatur Tauo liegt, erfolgt
bei Schritt S6 eine Entscheidung, ob der Überwachungsprozess für die Diagnose
eines Qualitätsverlustes
beendet ist. Wenn der Überwachungsprozess
noch nicht beendet ist, dann erfolgt bei Schritt S7 eine weitere
Beurteilung, ob die Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b unter
der Schwellwerttemperatur Tcdo liegt. D. h. wenn der Katalysator
der stromabwärts
gelegenen Seite, d. h. der NOx-Reinigungskatalysator 22b,
die Schwellwerttemperatur Tcdo erreicht, zeigt er eine starke Abnahme
des NOx-Umwandlungsleistungsgrads. Dementsprechend wird in einem
solchen Fall die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung so ausgeführt, dass
durch Vermeiden einer Implementierung des Überwachungsprozesses für die Diagnose
eines Qualitätsverlusts
eine Zunahme des NOx-Umwandlungsleistungsgrads
ermöglicht wird.
Wenn die Katalysatortemperatur Tcd immer noch unter der Schwellwerttemperatur
Tcdo liegt, erfolgt bei Schritt S8 eine Entscheidung, ob der Überwachungsprozess
für die
Diagnose eines Qualitätsverlustes
in der letzten Routine der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung
implementiert wurde, ob mit anderen Worten der Überwachungsprozess in der aktuellen
Routine der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einsetzt. Wenn
der Überwachungsprozess in
der aktuellen Routine zum ersten Mal startet, werden ein oder mehrere
der Zylinder, für
welche die Kraftstoffnacheinspritzung implementiert wird, bei Schritt
S9 beurteilt. Der Grund hierfür
ist, dass die Menge der Kraftstoffhaupteinspritzung Qb groß ist, während gleichzeitig
die Motorlast hoch ist, d. h. der Gaspedalweg groß ist. Da
folglich die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung erhöht werden
kann, wird die Kraftstoffnacheinspritzung im Anschluss an jede Kraftstoffhaupteinspritzung
für jeden
der Zylinder 2 implementiert. Da es jedoch unmöglich ist,
die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung zu erhöhen, wenn die Motorlast fällt, wird
die Kraftstoffnacheinspritzung ausgedünnt, indem die Kraftstoffnacheinspritzungsintervalle
verlängert
werden, wenn die Motorlast kleiner wird.
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Das „Implementieren
der Kraftstoffnacheinspritzung pro Kraftstoffhaupteinspritzung" bezeichnet das Kraftstoffeinspritzmuster,
dass bei Implementieren der Kraftstoffhaupteinspritzung für die jeweiligen Zylinder 2 in
der Zündfolge
die Kraftstoffnacheinspritzung für
jeden Zylinder 2 im Anschluss an die Kraftstoffhaupteinspritzung
implementiert wird. In diesem Fall werden alle der Zylinder 2 als
qualifiziert für
die Kraftstoffnacheinspritzung beurteilt. Das „Ausdünnen der Kraftstoffnacheinspritzung" bezeichnet das Kraftstoffeinspritzmuster,
dass die Kraftstoffnacheinspritzung einmal pro zum Beispiel fünf Kraftstoffhaupteinspritzungen
oder 25 Kraftstoffhaupteinspritzungen implementiert wird.
Wenn zum Beispiel die Zündfolge in
einem Vierzylindermotor mit den Zylinder A–D A, B, C, D lautet, wird,
wenn die Kraftstoffnacheinspritzung im Anschluss an die Kraftstoffhaupteinspritzung für den Zylinder
A implementiert wird, die Kraftstoffnacheinspritzung im Anschluss
an die vier anschließenden
Kraftstoffhaupteinspritzungen für
die Zylinder B, C und D in der aktuellen Zündrunde und den Zylinder A
der nächsten
Zündrunde
nicht implementiert, sondern wird im Anschluss an die Kraftstoffhaupteinspritzung
für den
Zylinder B in der anschließenden
Zündrunde
implementiert. Wenn die Kraftstoffnacheinspritzung alle fünf Kraftstoffhaupteinspritzungen
bzw. alle 25 Kraftstoffhaupteinspritzungen implementiert
wird, ändert
sich der Zylinder, der für
die Kraftstoffnacheinspritzung als qualifiziert beurteilt wird,
in der Reihenfolge A, B, C, D jeder Zündrunde.
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Wenn
alle Überwachungsbedingungen
infolge der Beurteilungen bei den Schritten S4 bis 7 erfüllt sind,
werden eine Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp, welche im dem Überwachungsprozess
für die
Diagnose des Qualitätsverlusts
verwendet wird, und eine Steuerung der Kraftstoffnacheinspritzung (Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung)
Ip aufgrund des Gaspedalwegs bei Schritt S10 ermittelt. Bei Umwandeln
der Menge der Kraftstoffeinspritzung Qp in eine Kraftstoffmenge
in der Annahme, dass die Kraftstoffnacheinspritzung für jeden
Zylinder 2 implementiert wird, wird die Menge der Kraftstoffnacheinspritzung
Qp als 1 bis 7% einer Menge einer Kraftstoffhaupteinspritzung Qb
ermittelt. Wenn die Kraftstoffnacheinspritzung alle fünf Kraftstoffhaupteinspritzungen
implementiert wird, beträgt
dementsprechend die Menge jeder Kraftstoffnacheinspritzung Qp 5
bis 35% der Menge einer Kraftstoffhaupteinspritzung Qb. In diesem
Fall wird unter den niedrigen Motorlasten, welche durch Gaspedalwege
unter einem festgelegten Wert wiedergegeben werden, die Kraftstoffnacheinspritzung
einmal alle fünf
Kraftstoffhaupteinspritzungen implementiert. Unter hohen Motorlasten, welche
durch Gaspedalwege über
dem festgelegten Wert wiedergegeben werden, wird aber die Kraftstoffnacheinspritzung
einmal pro einer Kraftstoffhaupteinspritzung implementiert. Die
Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung Tp wird auf einen Zeitpunkt,
bei welchem der Kolben 30 bis 90°, vorzugsweise 50 bis 90° des Drehwinkels
der Kurbelwelle (CA) nach dem OT seines Verdichtungstakts in einem
Motorbetriebszustand niedriger Motorlast erreicht, oder auf einen Zeitpunkt,
bei welchem der Kolben 60 bis 120° CA nach dem OT seines Verdichtungstakts
in einem Motorbetriebszustand hoher Motorlast erreicht, gesetzt.
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Während des
Wartens auf das Erreichen der Kraftstoffhaupteinspritzungssteuerung
Ib bei Schritt S11 wird die Kraftstoffhaupteinspritzung für einen
betreffenden Zylinder 1 bei Schritt S12 implementiert. Anschließend erfolgt
bei Schritt S13 eine Beurteilung, ob der Zylinder 2 für die Kraftstoffnacheinspritzung
qualifiziert ist. Wenn der Zylinder 2 für die Kraftstoffnacheinspritzung
qualifiziert beurteilt wird, wird im Anschluss an das Erreichen
der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung Ip bei Schritt S14 die
Kraftstoffnacheinspritzung für
den Zylinder bei Schritt S15 implementiert. Wenn dagegen der Oxidationskatalysator 22a eine
Katalysatortemperatur Tcu über
der Schwellwerttemperatur Tcuo bei Schritt S5 aufweist, erfolgt
bei Schritt S16 eine Beurteilung, ob der Überwachungsprozess für die Diagnose
eines Qualitätsverlusts
gerade abläuft.
Falls der Überwachungsprozess
für die
Diagnose eines Qualitätsverlusts
gerade abläuft,
führt die
Ablauflogik den Prozess durch die Schritte S7 bis S15, um die Kraftstoffhaupteinspritzung
und/oder die Kraftstoffnacheinspritzung zu implementieren, welche
wahrscheinlich ist, wenn der Oxidationskatalysator 22a eine
Katalysatortemperatur Tcu unter der Schwellwerttemperatur Tcuo bei Schritt
S5 aufweist.
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Wenn
der Überwachungsvorgang
für die
Diagnose eines Qualitätsverlustes
bei Schritt S16 vorbei ist, der Überwachungsprozess
für die
Diagnose eines Qualitätsverlusts
bei Schritt S7 noch nicht beendet ist oder wenn der stromabwärts gelegene
Katalysator, d. h. der NOx-Umwandlungskatalysator 22b,
eine Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b über der
Schwellwerttemperatur Tcdo aufweist, wird aufgrund der Katalysatortemperatur
Tcd ermittelt, welcher Zylinder 2 für die Kraftstoffnacheinspritzung
bei Schritt S17 qualifiziert ist. Anschließend werden eine Menge der
Kraftstoffnacheinspritzung Qp, welche zum Verwirklichen eines Anstiegs
des NOx-Umwandlungsleistungsgrads dient, und eine Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung Ip
aufgrund der Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b bei
Schritt S18 ermittelt.
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Nach
der Ermittlung der Menge der Kraftstoffnacheinspritzung Qp und der
Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung Ip zur Verwendung in dem Überwachungsprozess
für die
Diagnose eines Qualitätsverlusts
bei Schritt S10 oder zur Verwendung in einem Prozess der Steigerung
des NOx-Umwandlungsleistungsgrads
bei Schritt S18 oder während des
Betriebs des Dieselmotors in einem normalen Zustand führt die
Ablauflogik einen Prozess durch die Schritte S11 bis S15, um die
Kraftstoffhaupteinspritzung und die Kraftstoffnacheinspritzung jeweils
zu geeigneten Zeitpunkten zu implementieren.
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Unabhängig von
der Implementierung der Überwachung
eines Qualitätsverlusts
des Oxidationskatalysators 22a wird eine Regelung der Abgasrückführung implementiert.
Im Einzelnen wird das Abgasrückführungsventil 24 anhand
eines Werts geregelt, welcher durch ein Signal des Luftmengenmessers 11 wiedergegeben
wird, um ein Soll-Kraftstoff-/Luftverhältnis zu liefern, das zum Senken
der NOx- und Rußmengen
jeweils unter die vorbestimmten Werte nötig ist.
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Die 4 bis 6 zeigen
die Beziehung zwischen der Einlasskatalysatortemperatur bei einem
bestimmten Zeitpunkt nach Beginn der Kraftstoffnacheinspritzung
und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung sowie die Beziehung
zwischen der Auslasskatalysatortemperatur an dem bestimmten Zeitpunkt
nach Beginn der Kraftstoffnacheinspritzung und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung,
wenn die Kraftstoffnacheinspritzung jeweils einmal pro einer Kraftstoffhaupteinspritzung,
pro fünf
Kraftstoffeinspritzungen und pro 25 Kraftstoffhaupteinspritzungen implementiert
wird, während
der Dieselmotor bei einer Drehzahl von 1.500 U/min. und einer mittleren Motorlast
läuft.
Die Einlasskatalysatortemperatur und die Auslasskatalysatortemperatur
sind Messungen an einem Zeitpunkt 10 Sekunden nach Beginn
der Kraftstoffnacheinspritzung in 4, an einem
Zeitpunkt 30 Sekunden nach Beginn der Kraftstoffnacheinspritzung
in 5 und an einem Zeitpunkt 90 Sekunden
nach Beginn der Kraftstoffnacheinspritzung in 6.
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Wie
in den 4 bis 6 veranschaulicht wird, steigt
bei Festlegen der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung bei einem
Kurbelwellendrehwinkel von 30° bis
210° die
Katalysatortemperatur des stromaufwärts angeordneten Katalysators,
d. h. des Oxidationskatalysators 22a, in allen Kraftstoffnacheinspritzmustern
signifikant an. Dementsprechend wird nachgewiesen, dass die Diagnose,
ob der stromaufwärts
angeordnete Katalysator normal funktioniert oder ob die Kraftstoffnacheinspritzung
wie geplant implementiert ist, einfach ist. Die Implementierung
der Kraftstoffnacheinspritzung einmal pro 25 Kraftstoffhaupteinspritzungen
ist insbesondere bei einem Anstieg der Katalysatortemperatur des
stromaufwärts
gelegenen Katalysators vorteilhaft. Selbst bei Festlegen der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung
bei einem Kurbelwellendrehwinkel von 30° bis 90° weist weiterhin die Katalysatortemperatur
des stromaufwärts
angeordneten Katalysators, d. h. des Oxidationskatalysators 22a,
ein verhältnismäßig großes Anstiegsmaß auf. Ferner
wird bewiesen, dass ein Zeitraum, über den eine Änderung
der Katalysatortemperatur des stromaufwärts gelegenen Katalysators überwacht
wird, vorzugsweise länger
als 60 Sekunden oder noch wünschenswerter
länger
als 90 Sekunden ist.
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Die 7 und 8 zeigen
die Beziehung zwischen einer Rußmenge
und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung sowie die Beziehung
zwischen einer HC- Menge
als Reduzierungssubstanz und der Kraftstoffnacheinspritzung, wenn
die Kraftstoffnacheinspritzung (durch welche 5% einer durch die
Kraftstoffhaupteinspritzung einzuspritzenden Menge eingespritzt
werden) einmal pro Kraftstoffhaupteinspritzung implementiert wird,
während
der Dieselmotor bei einer Drehzahl von 2.000 U/min. und einer Motorlast
von 0,57 MPa läuft,
ohne dass die Abgasrückführung implementiert
ist. Wie in 7 ersichtlich ist, wird nachgewiesen,
dass die Rußmenge
gesenkt wird, wenn die Kraftstoffnacheinspritzung verglichen mit
einer Nichtimplementierung der Kraftstoffnacheinspritzung implementiert
ist. Es wird ferner nachgewiesen, dass das Vorstellen der Kraftstoffnacheinspritzung
vorteilhaft für
eine Abnahme der Rußmenge
ist. Die NOx-Menge weist in Verbindung mit der Kraftstoffnacheinspritzung
die gleiche Neigung wie die Rußmenge
auf. Weiterhin weist die Rußmenge
in Verbindung mit der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung bei implementierter
Kraftstoffnacheinspritzung bei anderen Kraftstoffeinspritzmustern
als in dem Kraftstoffeinspritzmuster, in welchem die Kraftstoffnacheinspritzung
einmal pro Kraftstoffhaupteinspritzung implementiert wird, die gleiche
Neigung auf. Wie aus 8 hervorgeht, wird nachgewiesen,
dass das Vorstellen der Kraftstoffnacheinspritzung für eine Abnahme
der HC-Menge vorteilhaft ist.
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Die 9 bis 11 zeigen
die Beziehung zwischen einer HC-Menge in einem beim stromaufwärts gelegenen
Katalysator, d. h. dem Oxidationskatalysator 22a, ankommenden
Abgas bei einem bestimmten Zeitpunkt nach Beginn einer Kraftstoffnacheinspritzung
und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung sowie die Beziehung
zwischen einer HC-Menge in einem aus dem stromaufwärts gelegenen
Katalysator austretenden Abgas bei einem bestimmten Zeitpunkt nach
Beginn einer Kraftstoffnacheinspritzung und der Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung,
wenn die Kraftstoffnacheinspritzung einmal pro Kraftstoffhaupteinspritzung,
einmal pro fünf Kraftstoffeinspritzungen
und einmal pro 25 Kraftstoffhaupteinspritzungen implementiert
wird, während
der Dieselmotor bei einer Drehzahl von 1.500 U/min. und einer mittleren
Motorlast läuft.
Die HC-Menge im ankommenden Abgas und die HC-Menge im austretenden
Abgas sind Messungen bei einem Zeitpunkt 10 Sekunden nach
Beginn der Kraftstoffnacheinspritzung in 9, bei einem
Zeitpunkt 30 Sekunden nach Beginn der Kraftstoffnacheinspritzung
in 10 und bei einem Zeitpunkt 90 Sekunden
nach Beginn der Kraftstoffnacheinspritzung in 11.
Der stromaufwärts
gelegene Katalysator (der Oxidationskatalysator 22a) hat
eine Einlasstemperatur von etwa 270°C.
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Wie
in den 9 bis 11 gezeigt wurde, wird für den Fall,
dass die Kraftstoffnacheinspritzung einmal pro 25 Kraftstoffhaupteinspritzungen
implementiert wird, bewiesen, dass die HC-Menge, welche durch den
stromaufwärts
gelegenen Katalysator, d. h. den Oxidationskatalysator 22a,
ohne begleitende Reinigungswirkung strömt, ansteigt, wenn die Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung
auf einen Kurbelwellendrehwinkel unter 60° nach dem OT gesetzt wird. Daher
ist es vorteilhaft, die HC-Menge, welche durch den stromaufwärts gelegenen
Katalysator strömt,
zu senken, um die Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung auf einen
Kurbelwellendrehwinkel über
50° nach
dem OT zu setzen. Wie in 7 ersichtlich ist, ist es bevorzugt,
die Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung auf einen Kurbelwellendrehwinkel
zwischen 50° nach
dem OT und 90° nach
dem OT zu setzen, wenn die Rußmenge
zusammen gesenkt werden soll. Wie in den 9 bis 11 ersichtlich ist,
wird nachgewiesen, dass bei Verkürzen
des bei Implementieren der Kraftstoffnacheinspritzung einmal pro
Kraftstoffhaupteinspritzung bzw. einmal pro fünf Kraftstoffhaupteinspritzungen
wahrscheinlichen Kraftstoffnacheinspritzungsintervalls der stromaufwärts gelegene
Katalysator, d. h. der Oxidationskatalysator 22a, in seiner
HC-Umwandlungsleistungsgrad verbessert wird, wenn die Kraftstoffnacheinspritzungssteuerung
auf einen Kurbelwellendrehwinkel zwischen 60° nach dem OT und 210° nach dem
OT gesetzt wird.
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Die
folgende Beschreibung ist auf die Kraftstoffnacheinspritzungskontrolle
bei den Schritten S17 und S18 der in 3 gezeigten
Ablaufroutine gerichtet, wo der Überwachungsprozess
für die
Diagnose eines Qualitätsverlust
des Oxidationskatalysators 22a nicht implementiert ist.
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12 zeigt
in Diagrammform die Kraftstoffnacheinspritzungskontrolle, während der
Dieselmotor bei normalen Motorbetriebsbedingungen läuft. Wie
gezeigt wird die Kraftstoffnacheinspritzung einmal pro Kraftstoffhaupteinspritzung
implementiert, bis die Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b,
d. h. des stromabwärts
gelegenen Katalysators, eine untere festgelegte Temperatur Tcdi erreicht,
bei welcher der NOx-Reinigungskatalysator 22b beginnt,
seinen NOx-Umwandlungsleistungsgrad
anzuheben. Während
die Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b zwischen
der unteren festgelegten Temperatur Tcdi und einer höheren festgelegten
Temperatur Tcdo liegt, bei welcher der NOx-Reinigungskatalysator 22b eine
festgelegte Abnahme des NOx-Umwandlungsleistungsgrads
von einer katalytischen Spitzenaktivität, d. h. eines Spitzen-NOx-Umwandlungsleistungsgrads,
aufweist, wird die Kraftstoffnacheinspritzung einmal pro 25 Kraftstoffhaupteinspritzungen
implementiert. Nachdem die Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b die
höhere festgelegte
Temperatur Tcdo überstiegen
hat, wird die Kraftstoffnacheinspritzung unterbrochen. Die Menge
der Kraftstoffnacheinspritzung wird so gesteuert, dass sie relativ
hoch in einem Bereich von 3° bis
5° der Menge
der Kraftstoffhaupteinspritzung liegt, bis der NOx-Umwandlungsleistungsgrad
den Spitzenwert erreicht. Wenn die Katalysatortemperatur Tcd des
NOx-Reinigungskatalysators 22b die Temperatur übersteigt,
bei welcher der NOx-Reinigungskatalysator 22b den
Spitzen-NOx-Umwandlungsleistungsgrad zeigt, wird die Kraftstoffnacheinspritzungsmenge
so gesteuert, dass sie mit einem Anstieg der Katalysatortemperatur
Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b allmählich fällt. Wenn
die Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b die
höhere
festgelegte Temperatur Tcdo übersteigt,
wird die Kraftstoffnacheinspritzungsmenge auf Null gesteuert, d.
h. die Kraftstoffnacheinspritzung wird unterbrochen.
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Da
die Kraftstoffnacheinspritzung einmal pro Kraftstoffhaupteinspritzung
implementiert wird, bis die Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b die
untere festgelegte Temperatur Tcdi erreicht, ist wie oben beschrieben
die HC-Menge, welche durch den Oxidationskatalysator 22a ohne
begleitende Reinigungswirkung strömt, klein, so dass NOx in dem
Abgas stromaufwärts
reduziert und durch das in dem Oxidationskatalysator 22a verbleibenden
HC gereinigt wird. Da jedoch die Kraftstoffnacheinspritzung einmal
pro 25 Kraftstoffhaupteinspritzungen implementiert wird,
wenn die Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b die
untere festgelegte Temperatur Tcdi übersteigt, wird die HC-Menge,
welche in dem Oxidationskatalysator 22a nicht oxidiert
wird und folglich zum NOx-Reinigungskatalysator 22b geleitet
wird, größer.
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Dadurch
führt der
NOx-Reinigungskatalysator 22b eine wirksame NOx-Umwandlung
aus und eine NOx-Emission an die Atmosphäre sinkt. Wenn weiterhin die
Katalysatortemperatur Tcd des NOx-Reinigungskatalysators 22b weiter über eine Temperatur
ansteigt, bei welcher der NOx-Reinigungskatalysator 22b den
Spitzen-NOx-Umwandlungsleistungsgrad,
d. h. die katalytische Spitzenaktivität, erreicht, sinkt die Menge
der Kraftstoffnacheinspritzung, so dass verhindert wird, dass der
NOx-Reinigungskatalysator 22b einen
abrupten Abfall der katalytischen Aktivität aufgrund eines übermäßigen Anstiegs
der Katalysatortemperatur bewirkt, welche durch bei der Oxidationsreaktion
des HC erzeugten Wärme
verursacht wird.