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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines
Verbrennungsmotors nach Anspruch 1.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Aus
der
JP 7189655 A ist
eine Abgasemissionssteuerungs-Vorrichtung bekannt, die dazu ausgelegt
ist, um einen guten Regenerationszustand durch zumindest einen Filter
beizubehalten, um eine Reduktion der Leistungsabgabe eines Motors
bei oberer Teillast zu verhindern. Diese bekannte Abgasemissionssteuerungs-Vorrichtung
weist eine Mehrzahl von Auffangeinrichtungen, eine Betriebserfassungseinrichtung
zum Erfassen des Lastzustands eines Motors, einen Temperatursensor
für das
Abgas, eine Strömungskanal-Schalteinrichtung
und eine Steuerung auf. Eine Strömungskanal-Schalteinrichtung kann
ein Schalten in einer Regenerations-Auffangeinrichtung vornehmen,
die zum Beibehalten einer Regenerierungsbedingung zwischen einer
ersten Anordnungsbedingung erforderlich ist, die auf der stromabwärtigen Seite
einer weiteren Auffangeinrichtung in Reihe geschaltet ist, und einer
zweiten Anordnungsbedingung, die nur durch die Regenerations-Auffangeinrichtung
in eine Reihenschaltung versetzt wird. Bei der Steuerung wird die
erste Anordnungsbedingung ausgewählt,
wenn der Motorzustand sich nicht in der oberen Teillast befindet
und die Temperatur des Abgases ein vorgeschriebener Wert oder diesen
unterschreitet.
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Aus
der
EP 0 984 142 ist
ein Abgasemissionssteuerungssystem für einen Verbrennungsmotor bekannt.
Bei diesem Abgasemissionssteuerungssystem ist ein Partikelfilters
in dem Abgaskanal eines Motors angeordnet. Nur die innere Wandoberfläche der offenen
Zellen am stromabwärtigen
Ende des Partikelfilters ist mit einem NO
x-Adsorptionsmittel
bedeckt, und die innere Wandoberfläche der offenen Zellen am Ende
stromauf des Partikelfilters ist mit einem NO
x-Absorptionsmittel
bedeckt, und die innere Wandoberfläch der offenen Zellen stromauf
des Partikelfilters ist mit einem HC-Adsorptionsmittel bedeckt. Die Partikel
im Abgas werden in dem HC-Adsorptionsmitel oder den Zellwänden des
Partikelfilters aufgefangen und davon abgehalten, zum NO
x- Adsorptionsmittel
zu gelangen, wenn die Katalysatortemperatur niedrig ist. Das in
dem einströmenden
Abgas befindliche NO
x wird in dem NO
x-Adsorptionsmittel adsorbiert, und ein Kohlenwasserstoff
wird in dem HC-Absorptionsmittel adsorbiert. Mit dem Anstieg der
Katalysatortemperatur wird das adsorbierte NO
x aus
dem NO
x- Adsorptionsmittel
desorbiert, und der adsorbierte HC wird aus dem HC-Adsorptionsmittel desorbiert.
Dieser Kohlenwasserstoff verringert das aus dem NO
x-Adsorptionsmittel
desorbierte NO
x.
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Das
Abgas eines Verbrennungsmotors und insbesondere eines Dieselmotors
enthält
Partikel, die Kohlenstoff als Hauptbestandteil aufweisen. Bei den Partikeln
handelt es sich um schädliche
Materialien, und daher wurde der Vorschlag gemacht, einen Partikelfilter
im Abgassystem bereitzustellen, um die Partikel aufzufangen, bevor
sie in die Atmosphäre entweichen.
In einem solchen Partikelfilter müssen die abgeschiedenen Partikel
verbrannt und entfernt werden, um eine Erhöhung des Widerstandes für das Abgas
aufgrund von verstopften Maschen zu verhindern.
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Wenn
bei solch einer Regeneration des Partikelfilters die Temperatur
der Partikel über
etwa 600°C
ansteigt, entzünden
sie sich und verbrennen. Üblicherweise
ist die Temperatur des Abgases eines Dieselmotors jedoch deutlich
niedriger als 600°C, und
daher wird eine Heizvorrichtung benötigt, um den Partikelfilter
an sich zu erhitzen.
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Die
geprüfte
japanische Patentveröffentlichung
7-106290 offenbart, daß,
wenn ein Platingruppen-Metall und ein Alkalierdmetall-Oxid auf dem
Filter getragen werden, die Partikel auf dem Filter verbrennen und
sukzessiv bei etwa 400°C
entfernt werden. 400°C
ist eine übliche
Temperatur für
das Abgas eines Dieselmotors.
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Wenn
der vorstehend genannte Filter verwendet wird, beträgt die Temperatur
des Abgases jedoch nicht immer etwa 400°C. Außerdem kann eine große Partikelmenge
vom Motor abgeführt
werden. Somit können
Partikel, die nicht jedesmal verbrannt und entfernt werden können, auf
dem Filter abgeschieden werden.
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Wenn
eine bestimmte Partikelmenge auf dem Filter abgeschieden wird, sinkt
bei diesem Filter die Fähigkeit
zum Verbrennen und Beseitigen von Partikel so stark ab, daß der Filter
sich nicht selbst regenerieren kann. Daher kann es, wenn lediglich
ein solcher Filter im Abgassystem angeordnet wird, relativ schnell
zu einem Verstopfen der Filtermaschen kommen.
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Der
Artikel "Periodically
Reversed Flow Regneration of Diesel Particulate Traps" von A. G. Konstandopoulos
und M. Kostoglou, Society of Automotive Engineers, Papier 1999-01-0469,
offenbart eine Vorrichtung zum Reinigen eines Abgases eines Verbrennungsmotors
mit einem Oxidationskatalysator auf einer Seite der Partikelauffangoberfläche, um
die Rußpartikel
zu oxidieren. Dieses Papier behandelt die mathematische Beschreibung
der darin involvierten Katalysatorprozesse. Es ist ein Nachteil
der Abgasreinigungssysteme gemäß dieser
Offenbarung, daß die
in dem Abgas enthaltenen Partikel sich auf der Katalysatoroberfläche des
Abgasfilters abscheiden und ansammeln können.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Daher
ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Vorrichtung zum Reinigen
des Abgases eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die ein Verstopfen der
Maschen des Partikelfilters durch die darauf abgeschiedene Partikel
verhindern kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die Merkmale nach Anspruch 1 gelöst.
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Verbesserte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors resultieren aus
den Unteransprüchen
2 bis 19.
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Gemäß dieser
Erfindung wird eine erste Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines
Verbrennungsmotors bereitgestellt, die einen im Abgassystem angeordneten
Partikelfilter, auf dem die abgeschiedenen Partikel oxidiert werden,
und eine Umkehreinrichtung zum Umkehren der Seite stromauf des Abgasstroms
und der stromabwärtigen
Seite des Abgasstroms des Partikelfilters, wobei der Partikelfilter
eine Auffangwand aufweist, wobei die Auffangwand eine erste Auffangoberfläche und
eine zweite Auffangoberfläche
aufweist, wobei die Umkehreinrichtung die Seite stromauf des Abgasstroms
und die stromabwärtige
Seite des Abgasstroms des Partikelfilters umkehrt, so daß die erste
Auffangoberfläche und
die zweite Auffangoberfläche
abwechselnd verwendet werden, um die Partikel aufzufangen, und wobei
die Vorrichtung ferner eine Verbesserungseinrichtung zum Verbessern
der Menge von Partikeln aufweist, die auf dem Partikelfilter oxidiert
und entfernt werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine zweite Vorrichtung zum Reinigen des Abgases
eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, die einen im Abgassystem
angeordneten Partikelfilter, auf dem die abgeschiedenen Partikel
oxidiert werden, und eine Umkehreinrichtung zum Umkehren der Seite
stromauf des Abgasstroms und der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms
des Partikelfilters aufweist, wobei der Partikelfilter eine Auffangwand
aufweist, wobei die Auffangwand eine erste Auffangoberfläche und eine
zweite Auffangoberfläche
aufweist, wobei die Umkehreinrichtung die Seite stromauf des Abgasstroms
und die stromabwärtige
Seite des Abgasstroms des Partikelfilters umkehrt, so daß die erste Auffangoberfläche und
die zweite Auffangoberfläche abwechselnd
verwendet werden, um die Partikel aufzufangen, und wobei die beiden
Endabschnitte des Partikelfilters eine Oxidationsfähigkeit
aufweisen, die höher
ist als die des mittleren Abschnitts des Partikelfilters.
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Gemäß dieser
Erfindung wird eine dritte Vorrichtung zum Reinigen der Abgase eines
Verbrennungsmotors bereitgestellt, die einen im Abgassystem angeordneten
Partikelfilter, auf dem die abgeschiedenen Partikel oxidiert werden,
und eine Umkehreinrichtung zum Umkehren der Seite stromauf des Abgasstroms
und der stromabwärtigen
Seite des Abgasstroms des Partikelfilters aufweist, wobei der Partikelfilter
ein Aktivsauerstofffreisetzungsmittel trägt, wobei aktiver Sauerstoff,
der von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel freigesetzt wird,
die abgeschiedenen Partikel oxidiert, wobei das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
NOx hält,
um das NOx mit dem Sauerstoff zu kombinieren,
wenn in der Umgebung ein Sauerstoffüberschuß vorliegt, und NOx freisetzt, um
die Kombination aus NOx und Sauerstoff in
NOx und aktiven Sauerstoff aufzuspalten,
wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung abfällt, wobei der
Partikelfilter eine Auffangwand aufweist, wobei die Auffangwand
eine erste Auffangoberfläche
und eine zweite Auffangoberfläche
aufweist, und eine Umkehreinrichtung die Seite stromauf des Abgasstroms
und die stromabwärtige
Seite des Abgasstroms des Partikelfilters umkehrt, so daß die erste Auffangoberfläche und
die zweite Auffangoberfläche abwechselnd
verwendet werden, um die Partikel aufzufangen, und wobei die Vorrichtung
ferner eine Verbesserungseinrichtung zum Verbessern der Menge von
Partikeln aufweist, die oxidiert und von dem Partikelfilter entfernt
werden können,
indem bewirkt wird, daß die
Sauerstoffkonzentration in der Umgebung abfällt, um NOx von
dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel freizusetzen.
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Die
Erfindung wird anhand der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung, die nachstehend aufgeführt ist, zusammen mit den beigefügten Zeichnungen
besser verständlich.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische vertikale Schnittansicht eines Viertakt-Dieselmotors
mit einer Vorrichtung zum Reinigen des Abgases gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
vergrößerte vertikale
Schnittansicht des Verbrennungsraums von 1;
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3 eine
Unteransicht des Zylinderkopfs von 1;
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4 eine
vergrößerte vertikale
Schnittansicht des Verbrennungsraums von 1;
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5 eine
Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Grad der Anhebung des Einlaßventils
und des Auslaßventils
und der Kraftstoffeinspritzung zeigt;
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6 eine
Ansicht, die die Mengen an erzeugtem Rauch, NOx und
dergleichen zeigt;
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7(A) und 7(B) Ansichten,
die den Verbrennungsdruck zeigen;
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8 eine
Ansicht, die die Kraftstoffmoleküle
zeigt;
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9 eine
Ansicht, die die Beziehung zwischen der Menge an erzeugtem NOx und der AGR-Rate zeigt;
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10 eine
Ansicht, die die Beziehung zwischen der Menge an eingespritztem
Kraftstoff und der Menge an gemischtem Gas zeigt;
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11 eine
Ansicht, die den ersten Betriebsbereich (I) und den zweiten Betriebsbereich
(II) zeigt;
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12 eine
Ansicht, die das Ausgangssignal des Sensors für das Kraftstoff-Luftverhältnis zeigt.
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13 eine
Ansicht, die den Öffnungsgrad des
Drosselventils und dergleichen zeigt;
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14 eine
Ansicht, die das Kraftstoff-Luftverhältnis im ersten Betriebsbereich
(I) zeigt;
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15(A) eine Ansicht, die den angestrebten Öffnungsgrad
des Drosselventils zeigt.
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15(B) eine Ansicht, die den Soll-Öffnungsgrad
des AGR-Steuerungsventils zeigt;
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16 eine
Ansicht, die das Kraftstoff-Luftverhältnis im zweiten Betriebsbereich
(II) zeigt;
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17(A) eine Ansicht, die den Soll-Öffnungsgrad
des Drosselventils zeigt;
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17(B) eine Ansicht, die den Soll-Öffnungsgrad
des AGR-Steuerungsventils zeigt;
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18 eine
Draufsicht, die den Umschaltabschnitt und den Partikelfilter im
Abgassystem gemäß einer
Ausführungsform
aus der Nähe
zeigt;
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19 eine
Seitenansicht von 18;
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20 eine
Ansicht, die die Absperrstellung des Ventilkörpers im Umschaltabschnitt
zeigt, die sich von der in 18 unterscheidet;
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21 eine
Ansicht, die die Mittelstellung des Ventilkörpers im Umschaltabschnitt
zeigt;
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22(A) ist eine Frontansicht, die den Aufbau des
Partikelfilters zeigt;
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22(B) eine seitliche Schnittansicht, die den Aufbau
des Partikelfilters zeigt.
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23(A) und 23(B) sind
Ansichten, die die oxidierende Wirkung der Partikel erläutern;
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24 eine
Ansicht, die die Beziehung zwischen der Partikelmenge, die oxidiert
und entfernt werden kann, und der Temperatur des Partikelfilters zeigt;
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25(A), 25(B) u. 25(C) Ansichten, die den Abscheidevorgang der
Partikel erklären;
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26 ein
erstes Flußdiagramm
zum Verhindern der Abscheidung der Partikel auf dem Partikelfilter;
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27(A), 27(B) vergrößerte Schnittansichten
der Trennwand des Partikelfilters;
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28 ein
zweites Flußdiagramm
zum Verhindern der Abscheidung der Partikel auf dem Partikelfilter;
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29 ist
eine Draufsicht, die den Umschaltabschnitt und den Partikelfilter
im Abgassystem gemäß einer
anderen Ausführungsform
aus der Nähe zeigt;
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30 eine
Seitenansicht von 29;
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31 ein
drittes Flußdiagramm
zum Verhindern der Abscheidung der Partikel auf dem Partikelfilter;
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32 ein
viertes Flußdiagramm
zum Verhindern der Abscheidung der Partikel auf dem Partikelfilter;
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33 eine
Draufsicht, die die Nähe
des Partikelfilters in dem Abgassystem gemäß einer weiteren Ausführungsform
zeigt;
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34 eine
Draufsicht, die den Umschaltabschnitt und den Partikelfilter im
Abgassystem gemäß einer
weiteren Ausführungsform
aus der Nähe
zeigt;
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35 ein
fünftes
Flußdiagramm
zum Bewirken, daß der
Partikelfilter NOx freisetzt und das freigesetztes
NOx desoxidiert;
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36 ein
sechstes Flußdiagramm
zum Bewirken, daß der
Partikelfilter NOx freisetzt und das freigesetztes
NOx desoxidiert;
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37 eine
Draufsicht, die den Umschaltabschnitt und den Partikelfilter im
Abgassystem gemäß einer
weiteren Ausführungsform
aus der Nähe
zeigt;
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38 eine
Draufsicht, die den Umschaltabschnitt und den Partikelfilter im
Abgassystem gemäß einer
anderen Ausführungsform
aus der Nähe
zeigt;
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
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1 ist
eine schematische vertikale Schnittansicht eines Viertakt-Dieselmotors
mit einer Vorrichtung zum Reinigen des Abgases gemäß der vorliegenden
Erfindung. 2 ist eine vergrößerte vertikale
Schnittansicht eines Verbrennungsraum des Dieselmotors von 1. 3 ist
eine Unteransicht eines Zylinderkopfs des Dieselmotors von 1. 1–3:
Das Bezugszeichen 1 bezeichnet ein Motorgehäuse, das
Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Zylinderblock, das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen
Zylinderkopf das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Kolben,
das Bezugszeichen 5a bezeichnet einen Hohlraum, der an
der oberen Oberfläche
des Kolbens 4 gebildet wird, das Be zugszeichen 5 bezeichnet
einen Verbrennungsraum, der im Hohlraum 5a ausgebildet
ist, das Bezugszeichen 6 bezeichnet eine elektrisch gesteuerte
Kraftstoffeinspritzdüse, das
Bezugszeichen 7 bezeichnet ein Paar Einlaßventile,
das Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Ansaugkanal und das
Bezugszeichen 9 bezeichnet ein Paar Auslaßventile,
und das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Auslaßkanal.
Der Ansaugkanal 8 ist über
ein korrespondierendes Saugrohr 11 mit einem Druckluftbehälter 12 verbunden.
Der Druckluftbehälter 12 ist über einen
Einlaßkanal 13 mit
einem Luftfilter 14 verbunden. Ein Drosselventil 16,
das von einem Elektromotor 15 angesteuert wird, ist im
Einlaßkanal 13 angeordnet.
Auf der anderen Seite ist der Auslaßkanal 10 mit einem
Abgaskrümmer 17 verbunden.
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Wie
in 1 gezeigt, ist ein Sensor 21 für das Kraftstoff-Luftverhältnis im
Abgaskrümmer 17 angeordnet.
Der Abgaskrümmer 17 und
der Druckluftbehälter 12 sind über eine
AGR-Leitung 22 miteinander verbunden. Ein elektronisch
gesteuertes AGR-Steuerungsventil 23 ist
in der AGR-Leitung 22 angeordnet. Ein AGR-Kühler 24 ist
um die AGR-Leitung 22 angeordnet, um das AGR-Gas, das durch
die AGR-Leitung 22 strömt,
zu kühlen.
In der Ausführungsform
von 1 wird das Motorkühlwasser in den AGR-Kühler 24 geleitet,
und daher wird das AGR-Gas mit dem Motorkühlwasser gekühlt.
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Auf
der anderen Seite ist jede Kraftstoffeinspritzdüse 6 mit dem Kraftstoffbehälter verbunden, das
heißt, über ein
Kraftstoffzuführrohr 25 mit
einer gemeinsamen Druckleitung (Common Rail) 26. Kraftstoff
wird der Common Rail 26 von einer elektronisch gesteuerten
variablen Kraftstoff-Austragspumpe 27 zugeführt. Kraftstoff,
der der Common Rail zugeführt wurde,
wird dem Kraftstoffeinspritzdüse 6 über das Kraftstoffzuführrohr 25 zugeführt. Ein
Kraftstoffdruck-Sensor 28 zum Ermitteln des Kraftstoffdrucks in
der Common Rail 26 ist an der Common Rail 26 befestigt.
Die Abgabemenge der Kraftstoffpumpe wird aufgrund eines Ausgangssignals
des Kraftstoffdruck-Sensors 28 gesteuert,
so daß der
Kraftstoffdruck in der Common Rail 26 den Soll-Kraftstoffdruck erreicht.
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Das
Bezugszeichen 30 bezeichnet eine elektronische Steuerungseinheit.
Sie besteht aus einem digitalen Rechner und ist mit einem ROM (Read
Only Memory) 32, einem RAM (Random Access Memory) 33,
einer CPU (Mikroprozessor) 34, einem Eingangsport 35 und
einem Ausgangsport 36 ausgestattet, die miteinander durch
einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind. Die Ausgangssignale
des Luft/Kraftstoff-Sensors 32 und
des Kraftstoffdruck-Sensors 28 werden in den Eingangsport 35 jeweils über einen A/D-Konverter 37 eingegeben.
Ein Motorlastsensor 41 ist mit dem Gaspedal 40 verbunden,
der eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zum Verstellweg
(L) des Gaspedals 40 ist. Das Ausgangssignal des Motorlastsensors 41 wird
ebenfalls über
den A/D-Wandler 37 in den Eingangsport 35 eingegeben. Außerdem wird
das Ausgangssignal eines Kurbelwinkelsensors 42, der jedesmal,
wenn die Kurbelwelle sich beispielsweise um 30 Grad dreht, einen
Ausgangspuls erzeugt, in den Eingangsport 35 eingegeben.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 6,
der Elektromotor 15, das AGR-Steuerungsventil 23 und die
Kraftstoffpumpe 27 sind jeweils über einen Steuerkreis 38 mit dem
Ausgangsport 36 verbunden, um aufgrund der Eingangssignale
betätigt
zu werden.
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Wie
in den 2 und 3 gezeigt, umfaßt der Kraftstoffeinspritzdüse 6 in
der Ausführungsform dieser
Erfindung eine Düse
mit sechs Düsenöffnungen.
Kraftstoffnebel (F) werden aus den Düsenöffnungen in leicht abwärts geneigt
in gleichen Winkelintervallen gegen eine horizontale Ebene gespritzt.
Wie in 3 gezeigt, werden zwei Kraftstoffnebel (F) der
sechs Kraftstoffnebel (F) entlang der unteren Fläche jedes Auslaßventils 9 zerstäubt. Die 2 und 3 zeigen
den Fall, in dem Kraftstoff am Ende des Verdichtungstakts eingespritzt
wird. In diesem Fall gelangen die Kraftstoffnebel (F) zum Rand der
Innenfläche
des Hohlraums 5 und werden daraufhin entzündet und
verbrannt.
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4 zeigt
den Fall, in dem zusätzlicher Kraftstoff
aus dem Kraftstoffeinspritzdüse 6 eingespritzt
wird, wenn der Anhebungsgrad der Auslaßventile das Maximum des Auslaßtakts erreicht
hat. Das heißt, 5 zeigt
den Fall, daß die
Haupt-Kraftstoffeinspritzung
(Qm) nahe des oberen Totpunkts beim Verdichten durchgeführt wird
und anschließend die
zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung (Qa) im mittleren Stadium des Auslaßhubs durchgeführt wird.
In diesem Fall werden die Kraftstoffnebel (F), die sich auf die
Auslaßventile
zu bewegen, zwischen die schirmartige hintere Oberfläche des
Auslaßventils 9 und
des Auslaßkanals 10 gelenkt.
Mit anderen Worten, zwei Düsenöffnungen
der sechs Düsenöffnungen
der Kraftstoffeinspritzdüse 6 sind
so geformt, daß die
Kraftstoffnebel (F), wenn die Auslaßventile 9 geöffnet werden
und die zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung (Qa) durchgeführt wird, zwischen die hintere
Oberfläche
des Auslaßventils 9 und
die Abgasöffnung 10 gelenkt
werden. In der Ausführungsform
von 4 treffen diese Kraftstoffnebel (F) auf der hinteren
Oberfläche
des Auslaßventils 9 auf
und werden von der hinteren Oberfläche des Auslaßventils 9 zurückgeworfen
und somit in die Abgasöffnung 10 gelenkt.
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Üblicherweise
wird die zusätzliche
Kraftstoffeinspritzung (Qa) nicht durchgeführt und es wird lediglich die
Haupt-Kraftstoffeinspritzung (Qm) durchgeführt. 6 zeigt
ein Beispiel aus einem Versuch, das die Veränderung des Ausgangsdrehmoments und
der Menge an Rauch, HC, CO und NOx, die
zu dem Zeitpunkt ausgestoßen
werden, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F (Abszisse in 6)
durch Änderung
des Öffnungsgrads
des Drosselventils 16 verändert wird, und die AGR-Rate
zum Zeitpunkt des Betriebs mit geringer Motorlast zeigt. Wie aus 6 zu
ersehen ist, wird in diesem Versuch die AGR-Rate um so höher, je
niedriger das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F wird. Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis unter dem
stöchiometrischen
Kraftstoff-Luftverhältnis liegt (fast
gleich 14,6), steigt die AGR-Rate auf über 65 Prozent.
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Wenn
die AGR-Rate erhöht
wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis
A/F zu verringern, wie in 6 gezeigt,
beginnt, wenn die AGR-Rate sich 40 Prozent annähert und das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F
sich etwa 30 annähert,
die Menge des erzeugten Rauchs zu steigen. Sodann steigt, wenn die AGR-Rate
weiter erhöht
wird und das Kraftstoff-Luftverhältnis
A/F verringert wird, die Menge des erzeugten Rauchs steil an und
erreicht ihren Höhepunkt.
Sodann sinkt, wenn die AGR-Rate weiter erhöht wird und das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F
verringert wird, die Menge des erzeugten Rauchs steil ab. Wenn die AGR-Rate über 65 Prozent
erreicht und das Kraftstoff- Luftverhältnis A/F
sich 15,0 annähert,
ist die Menge des erzeugten Rauchs praktisch gleich null. Das heißt, es wird
fast kein Ruß erzeugt.
Zu diesem Zeitpunkt fällt
das Ausgangsdrehmoment des Motors etwas ab, und die Menge an erzeugtem
NOx wird deutlich geringer. Auf der anderen
Seite beginnen zu diesem Zeitpunkt die Mengen an erzeugtem HC und CO
anzusteigen.
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7(A) zeigt die Veränderungen des Verbrennungsdrucks
in dem Verbrennungsraum 5, wenn die Menge des erzeugten
Rauchs in der Nähe
eines Kraftstoff-/Luftverhältnisses
A/F von 21 am größten ist. 7(B) zeigt die Veränderungen des Verbrennungsdrucks
in dem Verbrennungsraum 5, wenn die Menge des erzeugten
Rauchs in der Nähe
eines Kraftstoff-/Luftverhältnisses
A/F von 18 praktisch null ist. Wie aus dem Vergleich von 7(A) und 7(B) klar
wird, ist der Verbrennungsdruck im in 7(B) gezeigten
Fall, in dem die Menge des erzeugten Rauchs praktisch null ist,
niedriger als im in 7(A) gezeigten
Fall, in dem die Menge des erzeugten Rauchs groß ist.
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Aus
den Ergebnissen des in den 6 und 7 gezeigten Versuchs lassen sich folgende
Schlüsse ziehen.
Nämlich
erstens, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F niedriger als 15,0
und die Menge des erzeugten Rauchs praktisch null ist, sinkt die
Menge des erzeugten NOx beträchtlich,
wie in 6 gezeigt. Die Tatsache, daß die Menge des erzeugten NOx sinkt, bedeutet, daß die Verbrennungstemperatur
im Verbrennungsraum 5 abfällt. Daher kann man sagen, daß, wenn
fast kein Ruß erzeugt
wird, die Verbrennungstemperatur im Verbrennungsraum 5 sinkt.
Das gleiche kann aus 7 gefolgert werden.
Das heißt, in
dem Stadium, das in 7(B) gezeigt
ist, in dem fast kein Ruß erzeugt
wird, wird der Verbrennungsdruck niedriger, daher wird die Verbrennungstemperatur
im Verbrennungsraum 5 zu diesem Zeitpunkt niedriger.
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Zweitens,
wenn die Menge an erzeugtem Rauch, das heißt die Menge an erzeugtem Ruß, praktisch
null wird, wie in 6 gezeigt, steigt die Menge
an ausgestoßenem
HC und CO an. Das heißt,
daß die
Kohlenwasserstoffe ausgestoßen
werden, ohne zu Ruß zu
werden. Das heißt,
die geradkettigen Kohlenwasserstoffe und die aro matischen Kohlenwasserstoffe,
die im Kraftstoff enthalten sind und in 8 gezeigt
sind, zersetzen sich, wenn ihre Temperatur im Zustand des Sauerstoffmangels
erhöht
wird, was zur Bildung eines Rußvorläufers führt. Sodann
wird Ruß erzeugt,
der sich hauptsächlich
aus den festen Massen von Kohlenstoffatomen zusammensetzt. In diesem
Fall wird der eigentliche Vorgang der Rußerzeugung verkompliziert.
Wie der Rußvorläufer gebildet
wird, ist nicht klar, aber wie auch immer, die Kohlenwasserstoffe,
die in 8 gezeigt sind, verwandeln sich durch den Rußvorläufer in Ruß. Wie vorstehend
erklärt,
steigt daher, wenn die Menge des erzeugten Rußes praktisch null wird, die Menge
an ausgestoßenem
HC und CO an, wie in 6 gezeigt, aber der HC ist zu
dieser Zeit ein Rußvorläufer oder
befindet sich in einem Kohlenwasserstoff-Zustand vor diesem.
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Zusammengefaßt ergibt
sich aus diesen Überlegungen
auf der Grundlage der Versuche, die in 6 und 7 gezeigt sind: wenn die Verbrennungstemperatur
im Verbrennungsraum 5 niedrig ist, wird die Menge an erzeugtem
Ruß praktisch
null. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Rußvorläufer oder ein Kohlenwasserstoff-Zustand
davor aus der Verbrennungsraum 5 emittiert. Es wurden detailliertere
Versuche und Studien durchgeführt.
Als Ergebnis erkannte man, daß,
wenn die Temperatur des Kraftstoffs und des Gases um den Kraftstoff
im Verbrennungsraum 5 unter einer bestimmten Temperatur
liegt, der Vorgang der Rußbildung
auf halbem Weg abbricht, das heißt, daß überhaupt kein Ruß erzeugt
wird, und daß, wenn
die Temperatur des Kraftstoffs und des Gases um den Kraftstoff im
Verbrennungsraum 5 über
die bestimmte Temperatur steigt, Ruß erzeugt wird.
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Die
Temperatur des Kraftstoffs und des Gases um den Kraftstoff herum
zum Zeitpunkt des Abbruchs des Wachstumsprozesses von Kohlenwasserstoffen
im Stadium des Rußvorläufers, das
heißt die
vorstehend erwähnte
bestimmte Temperatur, ändert
sich abhängig
von verschiedenen Faktoren, wie der Kraftstoffart, dem Kraftstoff-Luftverhältnis und dem
Verdichtungsverhältnis,
daher kann man sie nicht genau voraussagen, aber diese bestimmte Temperatur
hängt eng
mit der Menge des erzeugten NOx zusammen.
Daher kann diese bestimmte Temperatur bis zu einem gewissen Grad
aus der Menge des erzeugten NOx bestimmt
werden. Das heißt,
je größer die
AGR-Rate ist, desto geringer wird die Temperatur des Kraftstoffs
und des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung und
desto geringer wird die Menge des erzeugten NOx.
Zu dem Zeitpunkt, wenn die Menge des erzeugten NOx etwa
10 ppm oder weniger wird, wird fast kein Ruß mehr erzeugt. Daher entspricht
die vorstehend bestimmte Temperatur im wesentlichen der Temperatur zu
dem Zeitpunkt, wenn die Menge des erzeugten NOx etwa
10 ppm oder weniger wird.
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Sobald
Ruß erzeugt
wird, ist es unmöglich, ihn
durch eine Nachbehandlung mittels eines Katalysators mit Oxidationsfunktion
zu reinigen. Im Gegensatz dazu kann ein Rußvorläufer oder ein Kohlenwasserstoff-Zustand
davor leicht durch eine Nachbehandlung mittels eines Katalysators
mit Oxidationsfunktion gereinigt werden. Daher ist es für das Reinigen
von Abgas extrem wirksam, daß die
Kohlenwasserstoffe aus dem Verbrennungsraum 5 in Form eines
Rußvorläufers oder
eines Zustands davor mit der Verringerung der Menge an erzeugtem
NOx emittiert werden.
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Um
das Wachstum der Kohlenwasserstoffe im Stadium vor der Rußerzeugung
zu beenden, ist es nunmehr notwendig, die Temperatur des Kraftstoffs und
des diesen umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung in dem
Verbrennungsraum 5 auf eine Temperatur unter der Temperatur,
bei der Ruß erzeugt
wird, zu senken. In diesem Fall hat es sich gezeigt, daß die wärmeabsorbierende
Wirkung des den Kraftstoff zum Zeitpunkt der Verbrennung des Kraftstoffs
umgebenden Gases eine äußerst große Wirkung
beim Senken der Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden
Gases hat.
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Das
heißt,
wenn lediglich Luft den Kraftstoff umgibt, reagiert der verdampfte
Kraftstoff sofort mit dem Sauerstoff in der Luft und verbrennt.
In diesem Fall erhöht
sich die Temperatur der Luft in einiger Entfernung vom Kraftstoff
nicht so sehr. Nur die Temperatur um den Kraftstoff herum wird lokal
extrem hoch. Das heißt,
zu diesem Zeitpunkt absorbiert die Luft in einiger Entfernung vom
Kraftstoff die Verbrennungswärme
des Kraftstoffs kaum. Da die Verbrennungstemperatur lokal extrem
hoch wird, erzeugen in diesem Fall die unverbrannten Kohlenwasserstoffe,
die die Verbrennungswärme
aufnehmen, Ruß.
-
Andererseits
ist die Situation, wenn Kraftstoff sich in einem Mischgas aus einer
großen
Menge inertem Gas und einer kleinen Menge Luft befindet, etwas anders.
In diesem Fall dispergiert der verdampfte Kraftstoff in die Umgebung
und reagiert mit dem Sauerstoff, der mit dem inerten Gas gemischt
ist, und verbrennt. In diesem Fall wird die Verbrennungswärme durch
das umgebende inerte Gas absorbiert, so daß die Verbrennungstemperatur
nicht mehr so stark steigt. Das heißt, die Verbrennungstemperatur
kann niedrig gehalten werden. Das heißt, die Anwesenheit von inertem
Gas spielt eine wichtige Rolle bei der Senkung der Verbrennungstemperatur.
Es ist möglich,
die Verbrennungstemperatur durch die Wärmeabsorptionswirkung des inerten
Gases niedrig zu halten.
-
In
diesem Fall ist, um die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden
Gases auf eine Temperatur unter die Temperatur, bei der Ruß erzeugt
wird, zu senken, eine genügend
große
Menge an inertem Gas notwendig, um eine ausreichende Wärmemenge
zu absorbieren, um die Temperatur zu senken. Wenn die Menge an Kraftstoff
steigt, erhöht sich
daher die Menge des benötigten
inerten Gases ebenfalls. Man beachte, daß, je größer in diesem Fall die spezifische
Wärme des
inerten Gases ist, desto stärker
die wärmeabsorbierende
Wirkung wird. Daher wird ein Gas mit einer hohen spezifischen Warme als
inertes Gas bevorzugt. In diesem Zusammenhang läßt sich sagen, daß es, da
CO2 und das AGR-Gas eine relative hohe spezifische
Wärme aufweisen,
bevorzugt ist, AGR-Gas als inertes Gas zu verwenden.
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9 zeigt
die Beziehung zwischen der AGR-Rate und dem Rauch, wenn AGR-Gas als inertes Gas
verwendet wird und der Abkühlungsgrad
des AGR-Gases verändert
wird. Das heißt,
die Kurve (A) in 9 zeigt den Fall, daß das AGR-Gas
stark abgekühlt
wird und die Temperatur des AGR-Gases bei etwa 90°C gehalten
wird, die Kurve (B) zeigt den Fall, daß das AGR-Gas durch einen kompakten
Kühlapparat
gekühlt
wird, und die Kurve (C) zeigt den Fall, daß das AGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird.
-
Wenn
das AGR-Gas stark abgekühlt
wird, wie von Kurve (A) in 9 gezeigt,
erreicht die Menge des erzeugten Rußes dann ihren Höhepunkt, wenn
die AGR-Rate etwas unter 50 Prozent beträgt. In diesem Fall wird, wenn
die AGR-Rate auf über
55 Prozent oder darüber
gesteigert wird, fast kein Ruß mehr
erzeugt.
-
Andererseits,
wenn das AGR-Gas leicht abgekühlt
wird, wie von Kurve (B) in 9 gezeigt,
erreicht die Menge des erzeugten Rußes ihren Höhepunkt, wenn die AGR-Rate
etwas über
50 Prozent beträgt.
In diesem Fall wird, wenn die AGR-Rate auf über 55 Prozent erhöht wird,
fast kein Ruß mehr
erzeugt.
-
Außerdem,
wenn das AGR-Gas nicht zwangsgekühlt
wird, wie von der Kurve (C) in 9 gezeigt,
erreicht die Menge des erzeugten Rußes ihren Höhepunkt, wenn die AGR-Rate
etwas höher
ist als 50 Prozent. In diesem Fall wird, wenn die AGR-Rate auf über 65 Prozent
erhöht
wird, fast kein Ruß mehr
erzeugt.
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Wenn
das AGR-Gas ferner nicht zwangsgekühlt wird, wie durch die Kurve
(C) in 9 gezeigt ist, erreicht die Menge des erzeugten
Rußes
ihren Höhepunkt
nahe einer AGR-Rate von 55 Prozent. In diesem Fall wird nahezu kein
Ruß mehr
erzeugt, wenn die AGR-Rate auf über
etwa 70 Prozent eingestellt wird.
-
Man
beachte, daß 9 die
Menge des erzeugten Rauchs zeigt, wenn die Motorlast relativ hoch
ist. Wenn die Motorlast kleiner wird, fällt die AGR-Rate, bei der die
Menge des erzeugten Rußes ihren
Höhepunkt
erreicht, etwas ab, und der untere Grenzwert der AGR-Rate, bei dem
fast kein Ruß erzeugt
wird, fällt
ebenfalls etwas ab. Auf diese Weise verändert sich der untere Grenzwert
der AGR-Rate, bei dem fast kein Ruß erzeugt wird, in Übereinstimmung
mit dem Grad der Abkühlung
des AGR-Gases oder der Motorlast.
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10 zeigt
die Menge an gemischtem Gas aus AGR-Gas und Luft, den Anteil der
Luft im Mischgas und den Anteil des AGR-Gases im Mischgas, die nötig sind,
um aus der Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden
Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung eine Temperatur zu machen, die
geringer ist als die Temperatur, bei der Ruß im Fall der Verwendung von
AGR-Gas als inertem Gas erzeugt wird. Man beachte, daß in 10 die
Ordinate die Gesamtmenge des in den Verbrennungsraum 5 aufgenommenen
Einlaßgases
zeigt. Die unterbrochene Linie (Y) zeigt die Gesamtmenge des Einlaßgases, die
in den Verbrennungsraum 5 aufgenommen werden kann, wenn
keine Aufladung vorgenommen wird. Außerdem zeigt die Abszisse die
erforderliche Last. (Z1) zeigt den Betriebsbereich mit niedriger
Motorteillast.
-
Bezugnehmend
auf 10 zeigt der Luftanteil, das heißt, die
Menge der Luft im Mischgas, die Luftmenge an, die benötigt wird,
um zu bewirken, daß der
eingespritzte Kraftstoff vollständig
verbrennt. Das heißt,
im in 10 gezeigten Fall wird das Verhältnis der
Luftmenge und der Menge an eingespritztem Kraftstoff zum stöchiometrischen
Kraftstoff-Luftverhältnis.
Andererseits zeigt in 10 der Anteil an AGR-Gas, das
heißt,
die Menge an AGR-Gas im Mischgas, die minimale Menge an AGR-Gas,
die erforderlich ist, um aus der Temperatur des Kraftstoffs und
des diesen umgebenden Gases eine Temperatur zu machen, die unter
der Temperatur liegt, bei der Ruß erzeugt wird, wenn der eingespritzte
Kraftstoff vollständig
verbrannt wurde. Diese Menge an AGR-Gas ist, ausgedrückt als
AGR-Rate, gleich oder größer als
55 Prozent, in der in Fig. gezeigten Ausführungsform ist sie gleich oder
größer als
70 Prozent. Das heißt,
wenn die Gesamtmenge des Ansauggases, die in den Verbrennungsraum 5 aufgenommen
wird, zur durchgezogenen Linie (X) in 10 gemacht
wird und das Verhältnis
zwischen der Luftmenge und der Menge an AGR-Gas in der Gesamtmenge
des Ansauggases (X) zum in 10 gezeigten
Verhältnis
gemacht wird, wird die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen
umgebenden Gases zu einer Temperatur unterhalb der Temperatur, bei
der Ruß erzeugt
wird, und daher wird überhaupt
kein Ruß mehr
erzeugt. Außerdem
beträgt
die Menge des erzeugten NOx zu diesem Zeitpunkt
etwa 10 ppm oder weniger und daher wird die Menge an erzeugtem NOx äußerst gering.
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Wenn
die Menge des eingespritzten Kraftstoffs steigt, erhöht sich
die Menge der zum Zeitpunkt der Verbrennung erzeugten Wärme, so
daß, um
die Temperatur des Kraftstoffs und des diesen umgebenden Gases bei
einer Temperatur unter der Temperatur, bei der Ruß erzeugt
wird, zu halten, die Menge der vom AGR-Gas erzeugten Wärme erhöht werden muß. Daher
muß, wie
in 10 gezeigt, die Menge des AGR-Gases erhöht werden,
wenn die Menge des eingespritzten Kraftstoffs erhöht wird.
Das heißt,
die Menge an AGR-Gas muß erhöht werden,
wenn die benötigte
Motorlast höher
wird.
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Andererseits übersteigt
im Motorlastbereich (Z2) von 10 die
Gesamtmenge an Ansauggas (X), die für das Verhindern der Rußerzeugung
benötigt
wird, die Gesamtmenge an Ansauggas (Y), die aufgenommen werden kann.
Daher ist es in diesem Fall erforderlich, um die Gesamtmenge an
Ansauggas (X), die für
das Verhindern der Rußerzeugung benötigt wird,
in dem Verbrennungsraum 5 zur Verfügung zu stellen, eine Aufladung
oder eine Beaufschlagung mit Druck von sowohl dem AGR-Gas als auch
der aufgenommenen Luft oder nur dem AGR-Gas durchzuführen. Wenn
keine Aufladung oder Beaufschlagung des des AGR-Gases usw. in der
Motorlastregion (Z2) durchgeführt
wird, entspricht die Gesamtmenge des Ansauggases (X) der Gesamtmenge
des Ansauggases (Y), die aufgenommen werden kann. Daher wird in
diesem Fall, um die Rußerzeugung
zu verhindern, die Luftmenge etwas reduziert, um die Menge an AGR-Gas
zu erhöhen, und
der Kraftstoff wird in einem Stadium zum Brennen gebracht, in dem
das Luft/Kraftstoffverhältnis
fett ist.
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Wie
vorstehend erklärt,
zeigt 10 den Fall der Verbrennung
von Kraftstoff beim stöchiometrischen
Kraftstoff-Luftverhältnis.
Im Betriebsbereich mit niedriger Motorlast (Z1), der in 10 gezeigt
ist, ist es möglich,
sogar wenn die Luftmenge unter die in 10 gezeigte
Luftmenge gesenkt wird, d. h. sogar wenn für ein fettes Kraftstoff-Luftverhältnis gesorgt wird,
die Rußerzeugung
zu verhindern und eine Menge an erzeugtem NOx von
etwa 10 ppm oder darunter zu bewirken. Außerdem ist es im Betriebsbereich
mit niedriger Motorteillast (Z1), der in 10 gezeigt
ist, möglich,
sogar wenn die Luftmenge über
die in 10 gezeigte Luftmenge gesteigert
wird, das heißt,
wenn für
ein mageres durchschnittliches Kraftstoff-Luftverhältnis von
17 bis 18 gesorgt wird, die Rußerzeugung
zu verhindern und eine Menge an erzeugtem NOx von
etwa 10 ppm oder darunter zu bewirken.
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Das
heißt,
wenn für
ein fettes Kraftstoff-Luftverhältnis
gesorgt wird, liegt der Kraftstoff im Überschuß vor, aber da die Verbrennungstemperatur
auf eine niedrige Temperatur gesenkt ist, wandelt sich der überschüssige Kraftstoff
nicht in Ruß um
und daher wird kein Ruß erzeugt.
Außerdem
wird zu diesem Zeitpunkt nur eine äußerst kleine Menge NOx erzeugt. Andererseits wird, wenn das durchschnittliche Kraftstoff-Luftverhältnis mager
ist oder wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis entspricht,
eine kleine Menge Ruß erzeugt,
wenn die Verbrennungstemperatur steigt, aber die Verbrennungstemperatur
wird auf eine niedrige Temperatur gesenkt, und daher wird überhaupt
kein Ruß erzeugt.
Außerdem
wird nur eine äußerst geringe
Menge an NOx erzeugt.
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Auf
diese Weise wird im Betriebsbereich mit geringer Motorlast (Z1)
unabhängig
vom Kraftstoff-Luftverhältnis,
das heißt,
unabhängig
davon, ob ein fettes Kraftstoff-Luftverhältnis oder
das stöchiometrische
Kraftstoff-Luftverhältnis
oder ein im Durchschnitt mageres Kraftstoff-Luftverhältnis vorliegt,
kein Ruß erzeugt
und die Menge an erzeugtem NOx wird äußerst klein.
Daher läßt sich
angesichts der Verbesserung der Kraftstoffverbrauchsrate sagen,
daß es bevorzugt
ist, den Durchschnitt des Kraftstoff-Luftverhältnisses mager zu machen.
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Übrigens
kann nur dann, wenn die Motorlast relativ niedrig ist und die Menge
der erzeugten Wärme
gering ist, die Temperatur des Kraftstoffes und des den Kraftstoff
umgebenden Gases bei der Verbrennung unter eine Temperatur gesenkt
werden, bei der der Vorgang des Rußwachstums auf halbem Wege
abbricht. Daher wird bei der Ausführungsform dieser Erfindung,
bei der die Motorlast relativ niedrig ist, die Temperatur des Kraftstoffs
und des den Kraftstoff umgebenden Gases bei der Verbrennung auf unter
eine Temperatur gesenkt, bei der der Vorgang des Rußwachstums
auf halbem Wege abbricht, und daher wird eine erste Verbrennung,
d. h. eine Niedertemperaturverbrennung, durchgeführt. Wenn die Motorlast relativ
hoch ist, wird eine zweite Verbrennung, d. h. eine normale Verbrennung,
wie üblich
durchgeführt.
Hierbei ist, wie aus der vorstehenden Erklärung hervorgeht, die erste
Verbrennung, d. h. die Niedertemperaturverbren nung, eine Verbrennung,
bei der die Menge an inertem Gas in dem Verbrennungsraum größer ist
als die ungünstigste
Menge an inertem Gas, die die maximale Menge an erzeugtem Ruß bewirkt,
und darum wird überhaupt
kein Ruß erzeugt. Die
zweite Verbrennung, d. h. die normale Verbrennung, ist eine Verbrennung,
bei der die Menge an inertem Gas in dem Verbrennungsraum kleiner
ist als die ungünstigste
Menge an inertem Gas.
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11 zeigt
einen ersten Betriebsbereich (I), in dem die erste Verbrennung,
d. h. die Niedertemperaturverbrennung, durchgeführt wird, und einen zweiten
Betriebsbereich (II), in dem die zweite Verbrennung, d. h. die normale
Verbrennung, durchführt
wird. In 11 zeigt die Ordinate (L) die
den Verstellweg des Gaspedals 40, d. h. die benötigte Motorlast.
Die Abszisse (N) zeigt die Motordrehzahl. Außerdem zeigt in 11 X(N)
eine erste Grenzlinie zwischen dem ersten Betriebsbereich (I) und
dem zweiten Betriebsbereich (II). Y(N) zeigt eine zweite Grenzlinie
zwischen dem ersten Betriebsbereich (I) und dem zweiten Betriebsbereich
(II). Die Entscheidung, vom ersten Betriebsbereich (I) zum zweiten Betriebsbereich
(II) zu wechseln, wird aufgrund der ersten Grenzlinie X(N) getroffen.
Die Entscheidung, vom zweiten Betriebsbereich (II) zum ersten Betriebsbereich
(I) zu wechseln, wird aufgrund der zweiten Grenzlinie Y(N) getroffen.
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Das
heißt,
wenn der Betriebszustand des Motors der erste Betriebsbereich (I)
ist und die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt wird, und falls die benötigte Motorlast
(L) die erste Grenzlinie X(N), die eine Funktion der Motordrehzahl
(N) ist, übersteigt,
wird entschieden, daß der
Motorbetriebsbereich in den zweiten Betriebsbereich (II) wechselt, und
daher wird die normale Verbrennung durchgeführt. Falls danach die benötigte Motorlast
(L) unter der zweiten Grenzlinie Y(N), die eine Funktion der Motorgeschwindigkeit
(N) ist, sinkt, wird entschieden, daß der Motorbetriebsbereich
in den ersten Betriebsbereich (I) wechselt, und daher wird wieder
die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt.
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12 zeigt
das Ausgangssignal des Sensors 21 für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Wie
in 12 gezeigt, ändert
sich der Ausgabestrom (I) des Sensors 21 für das Kraftstoff-Luftverhältnis entsprechend
dem Kraftstoff-Luftverhältnis
A/F. Demgemäß kann das
Kraftstoff-Luftverhältnis
aus dem Ausgabestrom (I) des Sensors 21 für das Kraftstoff-Luftverhältnis abgeleitet
werden. Nun wird mit Bezug auf 13 die
Motorbetriebssteuerung im ersten Betriebsbereich (I) und im zweiten
Betriebsbereich (II) schematisch erläutert.
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13 zeigt
den Öffnungsgrad
des Drosselventils 16, den Öffnungsgrad des AGR-Steuerungsventils 23,
die AGR-Rate, das Kraftstoff-Luftverhältnis, die Zeitsteuerung der
Kraftstoffeinspritzung und die Menge an eingespritztem Kraftstoff
in Bezug auf die benötigte
Motorlast (L). Wie in 13 gezeigt, wird im ersten Betriebsbereich
(I), wenn die benötigte Motorlast
(L) niedrig ist, das Drosselventil 16 ausgehend vom beinahe
vollständig
geschlossenen Zustand zum fast halb geöffneten Zustand allmählich geöffnet, während die
benötigte
Motorlast (L) ansteigt, und das AGR-Steuerungsventil 23 wird ausgehend
vom beinahe vollständig
geschlossenen Zustand zum völlig
geöffneten
Zustand allmählich
geöffnet,
während
die benötigte
Motorlast (L) ansteigt. Bei der in 13 gezeigten
Ausführungsform
wird im ersten Betriebsbereich (I) eine AGR-Rate von etwa 70 Prozent
bewirkt und für
ein leicht mageres Kraftstoff-Luftverhältnisdarin gesorgt.
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Mit
anderen Worten werden im ersten Betriebsbereich (I) der Öffnungsgrad
des Drosselventils 16 und des AGR-Steuerungsventils 23 so
gesteuert, daß die
AGR-Rate etwa 70% wird und das Kraftstoff-Luftverhältnis zu
einem leicht mageren Kraftstoff-Luftverhältnis wird.
Das Kraftstoff-Luftverhältnis wird
zu diesem Zeitpunkt auf das angestrebte Kraftstoff-Luftverhältnis hin
gesteuert, um den Öffnungsgrad
des AGR-Steuerungsventils 23 aufgrund
des Ausgabesignals des Sensors 21 für das Kraftstoff-Luftverhältniszu
korrigieren. Im ersten Betriebsbereich (Z) wird der Kraftstoff vor
dem oberen Totpunkt TDC bei der Verdichtung eingespritzt. In diesem
Fall wird der Anlaufzeitpunkt (θS)
der Kraftstoffeinspritzung verzögert,
wenn sich die benötigte
Motorlast (L) erhöht,
und der Endzeitpunkt (θE)
der Kraftstoffeinspritzung wird verzögert, wenn sich der Endzeitpunkt
(θS) der
Kraftstoffeinspritzung verzögert.
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Im
Leerlauf wird das Drosselventil 16 bis zum beinahe völlig geschlossenen
Zustand geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird das AGR-Steuerungsventil 23 ebenfalls
bis zum beinahe völlig
geschlossenen Zustand geschlossen. Wenn das Drosselventil 16 bis zum
beinahe völlig
geschlossenen Zustand geschlossen ist, wird der Druck in dem Verbrennungsraum 5 im
Anfangsstadium des Verdichtungstakts gesenkt und daher sinkt der
Verdichtungsdruck. Wenn der Verdichtungsdruck sinkt, sinkt die Verdichtungsleistung
des Kolbens 4, und daher verringert sich die Vibration
des Motorgehäuses 1.
Das heißt, im
Leerlauf wird das Drosselventil 16 bis zum nahezu völlig geschlossenen
Zustand geschlossen, wodurch die Vibration des Motorgehäuses 1 eingeschränkt wird.
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Andererseits,
erhöht
sich, wenn der Motorbetriebsbereich vom ersten Betriebsbereich (I)
zum zweiten Betriebsbereich (II) wechselt, der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 in
einer Stufe vom halb geöffneten
Zustand zum völlig
geöffneten
Zustand. Währenddessen
sinkt in der in 13 gezeigten Ausführungsform
die AGR-Rate um eine Stufe von etwa 70 Prozent auf unter 40 Prozent,
und das Kraftstoff-Luftverhältnis
erhöht
sich um eine Stufe. Das heißt,
die AGR-Rate überspringt
den Bereich der AGR-Rate
(9) in dem die große Rauchmenge erzeugt wird,
und daher wird keine große
Rauchmenge erzeugt, wenn der Motorbetriebsbereich vom ersten Betriebsbereich
(I) zum zweiten Betriebsbereich (II) wechselt.
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Im
zweiten Betriebsbereich (II) wird die normale Verbrennung wie üblich durchgeführt. Diese Verbrennung
verursacht in gewissem Umfang eine Erzeugung von Ruß und NOx. Ihr thermischer Wirkungsgrad ist jedoch
höher als
der der Niedertemperaturverbrennung. Daher sinkt, wenn der Motorbetriebsbereich
vom ersten Betriebsbereich (I) zum zweiten Betriebsbereich (II)
wechselt, die Menge an eingespritztem Kraftstoff in einer Stufe,
wie in 13 gezeigt.
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Im
zweiten Betriebsbereich (II) wird das Drosselventil 16 im
völlig
geöffneten
Zustand gehalten, außer
in einem Teil davon. Der Öffnungsgrad
des AGR-Steuerungsventils 23 sinkt allmählich, wenn die benötigte Motorlast
(L) steigt. In diesem Betriebsbereich (II) sinkt die AGR-Rate, wenn
die benötigte
Motorlast (L) steigt, und das Kraftstoff-Luftverhältnis verringert
sich, wenn die benötigte
Motorlast (L) steigt. Jedoch wird aus dem Kraftstoff-Luftverhältnis ein
mageres Kraftstoff-Luftverhältnis
gemacht, auch wenn die benötigte
Motorlast (L) hoch wird. Außerdem
wird im zweiten Betriebsbereich (II) dafür gesorgt, daß der Anlaufzeitpunkt
(θS) der
Kraftstoffeinspritzung in der Nähe
des bei der Verdichtung erlangten oberen Totpunkts TDC liegt.
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14 zeigt
die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse A/F
im ersten Betriebsbereich (I). In 14 zeigen die
Kurven, die mit A/F = 15,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 bezeichnet
sind, jeweils die Fälle,
in denen die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse 15,5, 16, 17 und 18 betrugen.
Das Kraftstoff-Luftverhältnis
zwischen zwei dieser Kurven ist durch die proportionale Zuteilung definiert.
Wie in 14 gezeigt, ist im ersten Betriebsbereich
(I) das Kraftstoff-Luftverhältnis
mager, und je magerer das Kraftstoff-Luftverhältnis ist, desto niedriger
wird die benötigte
Motorlast (L).
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Das
heißt,
die bei der Verbrennung erzeugte Wärmemenge nimmt ab, wenn die
benötigte
Motorlast (L) abnimmt. Darum kann, sogar wenn die AGR-Rate sinkt,
sobald die benötigte
Motorlast (L) abnimmt, die Niedertemperaturverbrennung durchgeführt werden.
Wenn die AGR-Rate sinkt, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis hoch.
Darum erhöht
sich, wie in 14 gezeigt, das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F, wenn
die benötigte
Motorlast (L) abnimmt. Je größer das
Kraftstoff-Luftverhältnis
wird, desto mehr verbessert sich der Kraftstoffverbrauch. Demgemäß erhöht sich
in der vorliegenden Ausführungsform
das Kraftstoff-Luftverhältnis
A/F, wenn die benötigte
Motorlast (L) abnimmt, so daß das
Kraftstoff-Luftverhältnis
so mager wie möglich
gemacht wird.
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Ein
Soll-Öffnungsgrad
(ST) des Drosselventils 16, der benötigt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis zum
angestrebten Luft/Kraftstoffverhältnis, das
in 14 gezeigt ist, zu machen, wird im ROM 32 der
elektronischen Steuereinheit 32 als ein Kenn feld hinterlegt,
in dem es eine Funktion der benötigten
Motorlast (L) und der Motordrehzahl (N) ist, die in 15(A) gezeigt ist. Ein Soll-Öffnungsgrad (SE) des AGR-Steuerungsventils 23,
der benötigt
wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis
zum Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis, das
in 14 gezeigt ist, zu machen, wird im ROM 32 der
elektronischen Steuerungseinheit als ein Kennfeld hinterlegt, in
dem es eine Funktion der benötigten
Motorlast (L) und der Motordrehzahl (N) ist, die in 15(B) gezeigt ist.
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16 zeigt
Soll-Kraftstoff-Luftverhältnisse, wenn
die zweite Verbrennung, d. h. die normale Verbrennung, wie üblich durchgeführt wird.
In 16 zeigen die Kurven, die mit A/F = 24, A/F =
35, A/F = 45 und A/F = 60 bezeichnet sind, jeweils die Fälle, in denen
die Soll-Kraftstoff-Luftverhältnisse
24, 35, 45 und 60 betragen. Ein Soll-Öffnungsgrad
(ST) des Drosselventils 16, der erforderlich ist, um das
Kraftstoff-Luftverhältnis zum
Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis machen,
wird im ROM 32 der elektronischen Steuereinheit als ein
Kennfeld hinterlegt, in dem es eine Funktion der Soll-Motorlast (L) und
der Motordrehzahl (N) ist, die in 17(A) gezeigt
ist. Ein Soll-Öffnungsgrad
(SE) des AGR-Steuerungsventils 23, der erforderlich ist,
um das Kraftstoff-Luftverhältnis
zum Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis
zu machen, wird im ROM 32 der elektronischen Steuereinheit
als Kennfeld hinterlegt, in dem es eine Funktion der Soll-Motorlast (L) und
der Motordrehzahl (N) ist, die in 17(B) gezeigt
ist.
-
Daher
wechseln sich bei dem Dieselmotor der vorliegenden Ausführungsform
die erste Verbrennung, d. h. die Niedertemperaturverbrennung, und die
zweite Verbrennung, d. h. die normale Verbrennung, aufgrund des
Verstellwegs (L) des Gaspedals 40 und der Motordrehzahl
(N) ab. Bei jeder Verbrennung werden die Öffnungsgrade des Drosselventils 16 und
des AGR-Steuerungsventils aufgrund der Kennfelder, die in den 15 und 17 gezeigt
sind, gesteuert.
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18 ist
eine Draufsicht, die eine Vorrichtung zum Reinigen des Abgases zeigt,
und 19 ist eine Seitenansicht davon. Die Vorrichtung
weist einen Umschaltabschnitt 71, der mit dem stromabwärts gerichteten
Abgaskrümmer 17 über ein
Abgasrohr 18 verbunden ist, einen Partikelfilter 70,
einen ersten Verbindungsabschnitt 72a zum Verbinden einer
Seite des Partikelfilters 70 mit dem Umschaltabschnitt 71, einen
zweiten Verbindungsabschnitt 72b zum Verbinden der anderen
Seite des Partikelfilters 70 mit dem Umschaltabschnitt 71,
und eine Abgasleitung 73 am stromabwärts gerichteten Umschaltabschnitt 71 auf. Der
Umschaltabschnitt 71 umfaßt einen Ventilkörper 71a,
der die Abgasströmung
im Umschaltabschnitt 71 absperrt. Der Ventilkörper 71a wird
durch ein Negativdruck-Stellglied, einen Schrittmotor oder dergleichen,
angetrieben. In einer Absperrstellung des Ventilkörpers 71a kommuniziert
die stromaufwärts
gerichtete Seite im Umschaltabschnitt 71 mit dem ersten
Verbindungsabschnitt 72a und die stromabwärts gerichtete
Seite desselben kommuniziert mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 72b,
und daher strömt das
Abgas von der ersten Seite des Partikelfilters 70 zur zweiten
Seite, wie in 18 durch Pfeile angezeigt ist.
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20 zeigt
eine weitere Absperrposition des Ventilkörpers 71a. Bei dieser
Absperrposition kommuniziert die stromaufwärts gerichtete Seite im Umschaltabschnitt 71 mit
dem zweiten Verbindungsabschnitt 72b und die stromabwärts gerichtete
Seite im Umschaltabschnitt 71 kommuniziert mit dem ersten
Verbindungsabschnitt 72a, und daher strömt das Abgas von der zweiten
Seite des Partikelfilters 70 zur ersten Seite, wie durch
Pfeile in 20 angezeigt. Daher kann durch
Umstellen des Ventilkörpers 71a die
Richtung des Abgases, das in den Partikelfilter 70 strömt, umgekehrt
werden, d. h. die Seite des Partikelfilters, an der das Abgas aufwärts strömt, und
die Seite des Partikelfilters, an der das Abgas abwärts strömt, können umgekehrt
werden.
-
Daher
kann diese Vorrichtung zum Reinigen des Abgases die Seite des Partikelfilters,
an der das Abgas aufwärts
strömt
und die Seite des Partikelfilters, an der das Abgas abwärts strömt, durch
eine sehr einfach Konstruktion umkehren. Außerdem benötigt der Partikelfilter eine
große Öffnungsfläche, um die
Einführung
des Abgases zu erleichtern. In der Vorrichtung kann der Partikelfilter
mit großer Öffnungsfläche verwendet
werden, ohne daß seine
Befestigung am Fahrzeug Schwierigkeiten bereitet, wie in den 18 und 19 gezeigt
ist.
-
Ferner
weist die Vorrichtung zum Reinigen des Abgases, wie in 18 gezeigt
ist, Reduktionsmittel-Zuführeinheiten 74a und 74b,
die ein Reduktionsmittel, wie z. B. einen Kraftstoff, an beiden
Seiten des Partikelfilters in einem weiten Bereich zuführen können. Ferner
ist ungeachtet des Umschaltens der stromabwärtigen Seite und der Seite
stromauf des Partikelfilters 70 ein Abgasdrosselventil 75,
von dem der Öffnungsgrad
durch einen Schrittmotor oder dergleichen gesteuert werden kann,
in einer Position angeordnet, die sich stets auf der stromabwärtigen Seite
des Partikelfilters 70 befindet. Ferner ist ein erster Drucksensor 76a vorgesehen,
um einen Abgasdruck in dem ersten Verbindungsabschnitt 72a zu
erfassen, und ein zweiter Drucksensor 76b ist vorgesehen,
um eine Abgasdruck in dem zweiten Verbindungsabschnitt 72b zu
erfassen. Die Ausgangssignale dieser Drucksensoren 76a und 76b werden
in den Eingangs-Port 35 der vorstehenden elektronischen Steuerungseinheit 30 über jeweils
einen A/D-Wandler (nicht gezeigt) eingegeben. Ferner ist ein Temperatursensor 77 vorgesehen,
um eine Temperatur des Partikelfilters zu erfassen, und dessen Ausgangsignal
wird ebenfalls in den Eingangsport 35 über einen A/D-Wandler (nicht
gezeigt) eingegeben.
-
22 zeigt den Aufbau des Partikelfilters 70,
wobei 22(A) eine Frontansicht des
Partikelfilters 70 ist und 22(B) eine
seitliche Schnittansicht davon ist. Wie in diesen Figuren gezeigt,
hat der Partikelfilter 70 eine elliptische Form und stellt
beispielsweise den Wandströmungs-Typ
einer Honigwabenstruktur dar, die aus einem porösen Material, wie Cordierit,
besteht, und weist viele Zwischenräume in Axialrichtung auf, die
durch viele Trennwände 54,
die sich in Axialrichtung erstrecken, getrennt sind. Jeweils einer
von zwei benachbarten Zwischenräumen wird
mit einem Stopfen 53 an der Seite, an der das Abgas abwärts strömt, verschlossen,
und der andere wird mit einem Stopfen 53 an der Seite,
an der das Abgas aufwärts
strömt,
verschlossen. Daher dient einer der beiden benachbarten Zwischenräume als
Abgaseinströmkanal 50 und
der andere dient als Abgasabströmkanal 51,
wodurch das Abgas gezwungen wird, die Trennwand 54 zu durchdringen,
wie durch Pfeile in 22(B) angezeigt.
Die im Abgas enthaltenen Partikel sind viel kleiner als die Poren
der Trennwand 54, kollidieren aber mit dieser und werden
an der Oberfläche
der Trennwand 54 an der Seite, an der das Abgas aufwärts strömt, und
an den Porenoberflächen
der Trennwand 54 aufgefangen. Daher dient jede Trennwand 54 als
Falle zum Auffangen der Partikel. Im vorliegenden Partikelfilter
werden, um die abgeschiedenen Partikel zu oxidieren und zu beseitigen,
ein Aktivsauerstofffreisetzungsmittel und ein Edelmetallkatalysator,
der nachstehend erklärt wird,
auf beiden Seiten der Flächen
der Trennwand 54 und vorzugsweise ebenso auf den Porenoberflächen der
Trennwand 54 getragen.
-
Das
Aktivsauerstofffreisetzungsmittel setzt aktiven Sauerstoff frei,
um die Oxidation der Partikel zu fördern und nimmt vorzugsweise
Sauerstoff auf und hält
ihn zurück,
wenn ein Sauerstoffüberschuß in der
Umgebung vorliegt, und setzt den abgeschiedenen Sauerstoff als aktiven
Sauerstoff frei, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung
abfällt.
-
Als
Edelmetallkatalysator wird üblicherweise Platin
Pt verwendet. Als Aktivsauerstofffreisetzungsmittel wird mindestens
ein Element, ausgewählt
aus den Alkalimetallen, wie Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs
und Rubidium Rb, den Alkalierdmetallen, wie Barium Ba, Calcium Ca
und Strontium Sr, den Seltenerdelementen, wie Lanthan La und Yttrium
Y, und den Übergangsmetallen,
verwendet.
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Als
Aktivsauerstofffreisetzungsmittel Sauerstoff wird bevorzugt ein
Alkalimetall oder ein Alkalierdmetall mit einer Ionisierungstendenz,
die stärker ist
als diejenige von Calcium Ca, verwendet, d. h. Kalium K, Lithium
Li, Cäsium
Cs, Rubidium Rb, Barium Ba oder Strontium Sr.
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Als
nächstes
wird erklärt,
wie die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel durch den
Partikelfilter, der ein solches Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
trägt,
oxidiert und entfernt werden, wobei auf den Fall Bezug genommen
wird, in dem Platin Pt und Kalium K verwendet werden. Die Partikel
werden auf die gleiche Weise oxidiert und entfernt, auch wenn ein
anderes Edelmetall und eine anderes Alkalimetall, ein Alkalierdmetall,
ein Seltenerdmetall oder ein Übergangsmetall
verwendet wird.
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In
einem Dieselmotor findet die Verbrennung üblicherweise unter einer Luftüberschußbedingung statt
und daher enthält
das Abgas eine große
Menge überschüssiger Luft.
Das heißt,
wenn das Verhältnis der
Luft zum in das Ansaugsystem und den Verbrennungsraum eingeleiteten
Kraftstoff als ein Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases bezeichnet
wird, ist das Kraftstoff-Luftverhältnis mager. Außerdem wird NO
in dem Verbrennungsraum erzeugt, und daher enthält das Abgas NO. Außerdem enthält der Kraftstoff
Schwefel S, und Schwefel S reagiert mit dem Sauerstoff in dem Verbrennungsraum,
wodurch SO2 gebildet wird. Demgemäß strömt das Abgas,
das überschüssigen Sauerstoff,
NO und SO2 enthält, in die Seite des Partikelfilters 70,
in der das Abgas stromauf strömt.
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Die 23(A) und 23(B) sind
vergrößerte Ansichten,
die die Oberfläche
des Partikelfilters 70, mit der das Abgas in Kontakt gelangt,
schematisch darstellen. In den 23(A) und 23(B) bezeichnet das Bezugszeichen 60 ein
Platin Pt-Partikel, und 61 bezeichnet das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel,
das Kalium K enthält.
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Wie
vorstehend beschrieben, enthält
das Abgas eine große
Menge an überschüssigem Sauerstoff.
Wenn das Abgas in Kontakt mit der Abgas-Kontaktoberfläche des
Partikelfilters kommt, haftet Sauerstoff O2 auf
der Platin (Pt)-Oberfläche
in Form von O2 – oder
O2–,
wie in 23(A) gezeigt. Andererseits reagiert
NO im Abgas auf der Oberfläche
von Platin Pt mit O2 – oder
O2–,
wodurch NO2(2NO + O2 → 2NO2) erzeugt wird. Als nächstes wird ein Teil des erzeugten NO2 im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert,
während
es auf dem Platin Pt oxidiert wird, und diffundiert in Form des
Salpetersäureions
NO3 – in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61,
während
es mit Kalium K kombiniert wird, wodurch Kaliumnitrat KNO3 gebildet wird, wie in 23(A) gezeigt. Daher wird in dieser Ausführungsform
NOx, das im Abgas enthalten ist, im Partikelfilter 70 absorbiert,
und die Menge davon, die in die Atmosphäre abgegeben wird, kann verringert
werden, das heißt,
das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel dient auch als NOx-Absorptionsmittel.
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Außerdem enthält das Abgas
SO2, wie vorstehend beschrieben, und SO2 wird ebenfalls aufgrund eines Mechanismus,
der dem des NO-Falles ähnelt,
im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert. Das
heißt,
wie vorstehend beschrieben, haftet Sauerstoff O2 in
Form von O2 – oder
O2– an
der Oberfläche
von Platin (Pt), und SO2 im Abgas reagiert
mit O2 – oder O2– an
der Oberfläche
von Platin (Pt), wodurch SO3 erzeugt wird.
Als nächstes
wird ein Teil des erzeugten SO3 im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert,
während
es auf dem Platin Pt oxidiert wird, und diffundiert in Form des
Schwefelsäureions
SO4 2– in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61,
während
es mit Kalium K kombiniert wird, wodurch Kaliumsulfat K2SO4 – gebildet wird. Daher werden
Kaliumnitrat KNO3 und Kaliumsulfat K2SO4 im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 erzeugt.
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Die
Partikel im Abgas haften an der Oberfläche des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61,
das auf dem Partikelfilter 70 aufliegt, wie bei 62 in 23(B) gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt fällt die
Sauerstoffkonzentration an der Oberfläche des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61,
mit dem das Partikel 62 in Kontakt steht, ab. Da die Sauerstoffkonzentration abfällt, entsteht
ein Unterschied in der Konzentration zum Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61,
das eine hohe Sauerstoffkonzentration aufweist, und daher neigt
Sauerstoff im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 dazu,
an die Oberfläche
des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61 zu wandern, mit
dem das Partikel 62 in Kontakt steht. Infolgedessen wird
Kaliumnitrat KNO3, das im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 erzeugt
wurde, zu Kalium K, Sauerstoff O und NO abgebaut, wobei Sauerstoff
O an die Oberfläche
des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61 wandert, mit dem
das Partikel 62 in Kontakt steht, und NO wird vom Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 nach
außen emittiert.
Nach außen
emittiertes NO wird auf Platin (Pt) an der Seite des Abwärtsstroms
oxidiert und wird wiederum im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird außerdem
auch Kaliumsulfat K2SO4,
das im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 erzeugt wurde,
zu Kalium K, Sauerstoff O und SO2 zersetzt,
wobei Sauerstoff O an die Oberfläche
des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61 wan dert, mit
dem das Partikel 62 in Kontakt steht, und SO2 wird
vom Aktivsauerstofffreisetzungsmittel nach außen emittiert. Nach außen emittiertes
SO2 wird auf Platin Pt an der Seite des
Abwärtsstroms
oxidiert und wird wieder im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert.
Hier ist das Kaliumsulfat K2SO4 jedoch
stabil und setzt weniger aktiven Sauerstoff frei als Kaliumnitrat
KNO3.
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Andererseits
handelt es sich bei dem Sauerstoff O, der zur Oberfläche des
Freisetzungsmittels für
aktiven Sauerstoff 61 wandert, mit der das Partikel 62 in
Kontakt steht, um einen, der aus Verbindungen wie Kaliumnitrat KNO3 oder Kaliumsulfat K2SO4 zersetzt wurde. Sauerstoff O, der aus der
Verbindung aufgespalten wurde, weist einen hohen Grad an Energie
auf und zeigt eine sehr hohe Aktivität. Daher handelt es sich bei
dem Sauerstoff, der an die Oberfläche des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61 wandert,
mit dem das Partikel 62 in Kontakt steht, um aktiven Sauerstoff
O. Sobald es in Kontakt mit aktivem Sauerstoff O gelangt, wird das
Partikel 62 oxidiert, ohne kurzzeitig, beispielsweise einige
Minuten oder einige zehn Minuten lang, eine leuchtende Flamme zu
erzeugen. Außerdem
wird aktiver Sauerstoff zum Oxidieren des Partikels 62 auch
freigesetzt, wenn NO und SO2 im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert
sind. Das heißt,
man kann davon ausgehen, daß NOx in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 in
Form von Salpetersäureionen
NO3 – diffundiert, während es
mit Sauerstoffatomen kombiniert wird und von einem Sauerstoffatom
getrennt wird, und währenddessen
wird aktiver Sauerstoff erzeugt. Die Partikel 62 werden
ebenfalls durch diesen aktiven Sauerstoff oxidiert. Außerdem werden
die Partikel, die am Partikelfilter 70 haften, nicht nur
durch aktiven Sauerstoff oxidiert, sondern auch durch Sauerstoff, der
im Abgas enthalten ist.
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Je
höher die
Temperatur des Partikelfilters wird, desto mehr werden das Platin
Pt und das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 aktiviert.
Je höher
daher die Temperatur des Partikelfilters wird, desto größer wird die Menge des aktiven Sauerstoffs O, der vom
Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 pro Zeiteinheit freigesetzt
wird. Je höher
außerdem
die Temperatur der Partikel ist, desto leichter werden die Partikel
natürlich
oxidiert. Daher erhöht
sich die Partikelmenge, die pro Zeiteinheit ohne Erzeugung einer leuch tenden
Flamme auf dem Partikelfilter oxidiert und entfernt werden kann,
wobei gleichzeitig ein Anstieg der Temperatur des Partikelfilters
stattfindet.
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Die
durchgehende Linie in 24 zeigt die Partikelmenge (G),
die pro Zeiteinheit oxidiert und entfernt werden kann, ohne eine
leuchtende Flamme zu erzeugen. In 24 stellt
die Abszisse die Temperatur TF des Partikelfilters dar. Hier zeigt 24 den Fall,
daß die
Zeiteinheit 1 Sekunde beträgt,
das heißt, die
Partikelmenge (G), die pro 1 Sekunde oxidiert und entfernt werden
kann. Es können
jedoch beliebige Zeiten, wie 1 Minute, 10 Minuten oder dergleichen,
als Zeiteinheit gewählt
werden. Beispielsweise stellt in dem Fall, wenn 10 Minuten als Zeiteinheit
verwendet werden, die Partikelmenge (G), die pro Zeiteinheit oxidiert
und entfernt werden kann, die Partikelmenge (G) dar, die pro 10
Minuten oxidiert und entfernt werden kann. Im gleichen Fall erhöht sich
die Partikelmenge (G), die ohne Erzeugung einer leuchtenden Flamme
oxidiert und entfernt werden kann, wenn die Temperatur des Partikelfilters 70 ansteigt, wie
in 24 gezeigt. Die Partikelmenge, die aus dem Verbrennungsraum
pro Zeiteinheit emittiert wird, wird als Menge der emittierten Partikel
(M) bezeichnet. Wenn die Menge der emittierten Partikel (M) kleiner
ist als die Partikelmenge (G), die oxidiert und entfernt werden
kann, wenn beispielsweise die Menge an emittierten Partikel (M)
pro 1 Sekunde kleiner ist als die Partikelmenge (G), die pro 1 Sekunde
oxidiert und entfernt werden kann, oder die Menge der emittierten
Partikel (M) pro 10 Minuten kleiner ist als die Partikelmenge (G),
die pro 10 Minuten oxidiert und entfernt werden kann, das heißt, im Bereich
(I) von 24 liegt, werden die Partikel,
die aus dem Verbrennungsraum emittiert werden, alle nacheinander oxidiert
und entfernt, ohne auf dem Partikelfilter kurzzeitig eine leuchtende
Flamme zu erzeugen.
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Wenn
andererseits die Menge an emittierten Partikel (M) größer ist
als die Partikelmenge (G), die oxidiert und entfernt werden kann,
das heißt,
im Bereich (II) von 24 liegt, reicht die Menge an
aktivem Sauerstoff nicht aus, um alle Partikel nacheinander zu oxidieren
und zu beseitigen. Die 25(A) bis (C)
zeigen, wie die Partikel in einem solchen Fall oxidiert werden.
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Das
heißt,
in dem Fall, wenn die Menge an aktivem Sauerstoff nicht ausreicht,
um alle Partikel zu oxidieren, wird, wenn die Partikel 62 am
Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 62 haften, nur ein Teil
der Partikel oxidiert, wie in 25(A) gezeigt,
und der andere Teil der Partikel, der nicht ausreichen oxidiert
wurde, verbleibt auf der Oberfläche
des Partikelfilters, an der das Abgas aufwärts strömt. Wenn der Zustand des Mangels
an aktivem Sauerstoff anhält,
verbleibt nacheinander ein Teil der Partikel, die nicht oxidiert wurden,
auf der Oberfläche
des Partikelfilters, an der das Abgas aufwärts strömt. Infolgedessen wird die Oberfläche des
Partikelfilters, an der das Abgas aufwärts strömt, mit den restlichen Partikeln 63 bedeckt, wie
in 25(B) gezeigt.
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Die
restlichen Partikel 63 wandeln sich allmählich in
kohlenstoffartige Substanzen um, die kaum oxidiert werden können. Außerdem werden, wenn
die Oberfläche
des Partikelfilters, an der das Abgas aufwärts strömt, mit den restlichen Partikeln 63 bedeckt
wird, das Platin (Pt) am Oxidieren von NO und SO2 und
das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 am Freisetzen
von aktivem Sauerstoff gehindert. Die restlichen Partikel 63 können allmählich über einen relativ
langen Zeitraum hinweg oxidiert werden. Jedoch werden, wie in 25(C) gezeigt, andere Partikel 64 eines
nach dem anderen an den restlichen Partikel 63 abgeschieden,
und wenn die abgeschiedenen Partikel eine Schicht bilden, können diese
Partikel, auch wenn es sich bei ihnen um leicht oxidierbare Partikel
handelt, nicht oxidiert werden, da diese Partikel vom Platin (Pt)
oder vom Aktivsauerstofffreisetzungsmittel getrennt sind. Demgemäß werden
allmählich
andere Partikel an diesen Partikel 64 abgeschieden. Das
heißt,
wenn der Zustand, in dem die Menge der emittierten Partikel (M)
größer ist
als die Partikelmenge (G), die oxidiert und entfernt werden kann,
andauert, bilden die abgeschiedenen Partikel eine Schicht auf dem
Partikelfilter.
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Daher
werden im Bereich (I) von 24 die Partikel
oxidiert und entfernt, ohne kurzzeitig eine leuchtende Flamme zu
bilden, und im Bereich (II) von 24 bilden
die abgeschiedenen Partikel eine Schicht auf dem Partikelfilter.
Daher kann das Abscheiden von Partikeln auf dem Partikelfilter verhindert
werden, wenn die Beziehung zwischen der Menge an emittierten Partikel
(M) und der Partikelmenge, die oxidiert und entfernt werden kann
(G), im Bereich (I) liegt. Infolgedessen ändert sich der Druckverlust des
Abgases im Partikelfilter kaum und wird bei einem minimalen Druckverlustwert
gehalten, der nahezu konstant ist. Daher kann die Abnahme der Motorleistung
so niedrig wir möglich
gehalten werden. Dies wird jedoch nicht immer in die Tat umgesetzt,
und die Partikel können
auf dem Partikelfilter abscheiden, wenn nichts unternommen wird.
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Um
zu verhindern, daß die
Partikel auf dem Partikelfilter abgeschieden werden, steuert in
der vorliegenden Ausführungsform
die vorstehende Steuerungseinheit 30 die Reduziermittelzuführeinheiten 74a und 74b,
den Ventilkörper 71a und
das Abgasdrosselventil 75 gemäß einem ersten Ablaufdiagramm,
das in 26 gezeigt ist. Dieses Ablaufdiagramm
wird in festgelegten Zeitabständen
wiederholt. Bei Schritt 101 wird die integrierte Laufdistanz (A)
berechnet. Bei der integrierten Laufdistanz (A) handelt es sich
um eine Distanz, die ab dem Zeitpunkt integriert wird, ab dem der
Ventilkörper 71 umgeschaltet
worden ist. Anschließend
wird bei Schritt 102 bestimmt, ob die integrierte Laufdistanz
(A) größer ist
als eine vorbestimmte Laufdistanz (As). Wenn das Ergebnis negativ
ist, wird die Routine gestoppt. Wenn das Ergebnis positiv ist, wird
die Routine jedoch bei Schritt 103 gestoppt. Bei Schritt 103 wird
der absolute Wert der Differenz zwischen einem Abgasdruck (P1) auf
der einen Seite des Partikelfilters 70, beispielsweise
eines Abgasdrucks in dem ersten Verbindungsabschnitt 72a,
der durch den ersten Drucksensor 76a erfaßt wird,
und einem Abgasdruck (P2) auf der anderen Seite des Partikelfilters 70,
beispielsweise einem Abgasdruck in dem zweiten Verbindungsabschnitt 72,
der durch den zweiten Drucksensor 76b erfaßt wird,
berechnet, und es wird bestimmt, ob der absolute Wert größer ist
als vorbestimmte Druckdifferenzen (Ps). Wenn das Ergebnis negativ ist,
wird die Routine bei Schritt 107 fortgesetzt und der Ventilkörper 71a wird
umgeschaltet, d. h. die Seite stromauf und die stromabwärtige Seite
des Partikelfilters werden umgekehrt. Anschließend wird bei Schritt 108 der
integrierte Wert (A) auf 0 zurückgesetzt
und die Routine gestoppt.
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27 ist eine vergrößerte Schnittansicht der Trennwand 54 des
Partikelfilters. Während
das Fahrzeug sich über
die vorbestimmte Laufdistanz (As) bewegt, kann der Motorbetrieb
in dem Bereich (II) von 24 ausgeführt werden.
Somit kollidieren die Partikel mit der Oberfläche der Trennwand 54 stromauf
des Abgasstroms und der gegenüberliegenden
Oberfläche
des Abgasstroms in den darin befindlichen Poren und werden durch
dieselbe aufgefangen, d. h. einer der Auffangoberflächen der
Trennwand 54, und werden durch den aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
freigesetzten aktiven Sauerstoff oxidiert, jedoch können die
Partikel aufgrund einer unzureichenden Oxidation verbleiben, wie
in 27(A) gezeigt ist. In dieser
Stufe hat der Abgaswiderstand des Partikelfilters keinen nachteiligen Einfluß auf die
Fahrt des Fahrzeugs. Wenn die Partikel jedoch vermehrt abgeschieden
werden, treten Probleme, bei denen die Motorabgabeleistung erheblich
abfällt,
und dergleichen auf. Wenn in dieser Stufe die Seite stromauf und
die stromabwärtige
Seite des Partikelfilters umgekehrt werden, wie vorstehend erwähnt ist,
werden keine Partikel mehr auf den restlichen Partikeln auf einer
der Auffangoberflächen der
Trennwand abgeschieden, und somit können die restlichen Partikel
allmählich
oxidiert und durch aktiven Sauerstoff, der von einer der Auffangoberflächen freigesetzt
wird, entfernt werden. Ferner werden die restlichen Partikel in
den Poren in der Trennwand durch die Abgasströmung in der Umkehrrichtung
einfach in kleine Stücke
zerschmettert, wie in 27(B) gezeigt
ist, und sie bewegen sich hauptsächlich durch
die Poren hin zur stromabwärtigen
Seite.
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Dementsprechend
diffundieren viele der in feine Stücke zerschmetterten Partikel
in der Pore der Trennwand und kontaktieren direkt das auf der Oberfläche der
Poren getragene Aktivsauerstofffreisetzungsmittel und werden oxidiert
und entfernt. Somit können
die restlichen Partikel sehr einfach oxidiert und entfernt werden,
wenn das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel ebenfalls auf der Porenoberfläche in der Trennwand
getragen wird. Auf der anderen Auffangoberfläche, die sich nun auf der Seite
stromauf befindet, da die Strömung
des Abgases umgekehrt worden ist, d. h. auf der Oberfläche der
Trennwand 54 stromauf des Abgasstroms und der dem Abgasstrom gegenüberliegenden
Oberfläche
in den darin befindlichen Poren, auf die das Abgas hauptsächlich auftrifft
(von der gegenüberliegenden
Seite von einer der Auffangoberflächen), haften erneut Partikel
in dem Abgas an ihr und werden durch den von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
freigesetzten aktiven Sauerstoff oxidiert und entfernt. Bei dieser
Oxidation bewegt sich ein Teil des aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
auf der anderen Auffangoberfläche freigesetzten
aktiven Sauerstoffs zur stromabwärtigen
Seite mit dem Abgas und wird dazu gebracht, die Partikel, die trotz
der umgekehrten Strömung
des Abgases noch auf einer der Auffangoberflächen verblieben sind, zu oxidieren
und zu entfernen.
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Das
heißt,
daß die
restlichen Partikel auf einer der Auffangoberflächen nicht nur dem aktiven Sauerstoff,
der von dieser Auffangoberfläche
freigesetzt wird, ausgesetzt sind, sondern auch dem Rest des aktiven
Sauerstoffs, der zum Oxidieren und Entfernen der Partikel auf der
anderen Auffangoberfläche
verwendet wird, indem die Strömung
des Abgases umgekehrt wird. Selbst wenn ein paar Partikelablagerungen
in Schichten auf einer der Auffangoberflächen der Trennwand des Partikelfilters
abgeschieden werden, wenn die Abgasströmung umgekehrt wird, gelangt
aktiver Sauerstoff an die abgeschiedenen Partikel, und es lagern
sich keine Partikel mehr aufgrund der umgekehrten Strömung des
Abgases auf den abgeschiedenen Partikeln ab, und somit werden die
abgeschiedenen Partikel allmählich
oxidiert und entfernt und können
für eine
gewisse Zeit oxidiert und ausreichend entfernt werden bis zur nächsten Umkehrung
des Abgasstroms. Indem die eine Auffangoberfläche und die andere Auffangoberfläche der
Trennwand abwechselnd verwendet werden, ist natürlich die Menge der auf einer
jeweiligen Auffangoberfläche
abgeschiedenen Partikel geringer als die eines Partikelfilters,
in dem die einzige Auffangoberfläche
stets die Partikel auffängt.
Dadurch wird das Oxidieren und Entfernen der abgeschiedenen Partikel
auf der Auffangoberfläche
vereinfacht.
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In
dem Fall jedoch, daß,
während
sich das Fahrzeug über
eine vorbestimmte Laufdistanz bewegt, häufig der Motorbetrieb in dem
Bereich (II) von 24 ausgeführt wird, kann eine Menge von
Partikeln auf dem Partikelfilter abgeschieden werden, die größer ist
als die in 27(A) gezeigte Menge. Insbesondere
wenn eine große
Partikelmenge auf der Oberfläche
stromauf der Trennwand 54 abgeschieden wird, wenn die Abgasströmung umgekehrt
wird, blättern
die abgeschiedenen Partikel von dieser Oberfläche ab (bei der es sich nun
um die stromabwärtige
Oberfläche
handelt), bevor sie oxidiert und entfernt werden, wie vorstehend
erwähnt
wurde, und somit kann eine relativ große Partikelmenge in die Atmosphäre abgegeben
werden.
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Um
dies zu vermeiden wird in dem ersten Flußdiagramm bestimmt, wenn das
Ergebnis bei Schritt 103 positiv ist, daß eine vorbestimmte
Menge von Partikeln von dem Partikelfilter abgeführt wird, und die Routine wird
bei Schritt 104 fortgesetzt. Bei Schritt 104 wird
bestimmt, ob eine Temperatur (T) des Partikelfilters, die durch
den Temperatursensor 77 erfaßt wird, höher ist als eine vorbestimmte
Temperatur (Ts). Die Temperatur (T) des Partikelfilters kann auf
Basis der Menge des in den Partikelfilter strömenden Abgases und dessen Temperatur
angenommen werden. Die vorbestimmte Temperatur (Ts) ist die Aktivierungstemperatur
eines Oxidationskatalysators, wie z. B. eines Platins Pt, das auf
dem Partikelfilter getragen wird. Wenn das Ergebnis bei Schritt 104 negativ
ist, wird die Routine bei Schritt 105 fortgesetzt, und
es wird bewirkt, daß der Öffnungsgrad
des Abgasdrosselventils 24 sich aus dem vollständig offenen
Zustand verkleinert. Daher wirkt die Abgaswärme effektiv auf den Partikelfilter,
und somit wird bewirkt, daß zumindest
die Temperatur des Abgas-Einlaßabschnitts
(der Abschnitt einer jeweiligen Trennwand 54 auf der Abgaseinlaßseite) des
Partikelfilters auf die Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators
ansteigt.
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Anschließend wird
bei Schritt 106 dem Partikelfilter durch eine der nun auf
der Seite stromauf des Abgases befindlichen Reduziermittelzuführeinheiten 74a oder 74b ein
Reduziermittel zugeführt.
Daher verbrennt in dem Abgaseinlaßabschnitt des Partikelfilters
das Reduziermittel durch den Oxidationskatalysator, wie z. B. Platin
Pt, ausreichend und die Verbrennungswärme erhöht die Temperatur der Oberfläche der
Trennwand des Partikelfilters stromauf des Abgasstroms. Dabei entzünden sich
die abgeschiedenen Partikel und verbrennen auf natürliche Weise, wenn
deren Temperatur auf etwa 600 Grad Celsius angestiegen ist. Selbst
wenn deren Temperatur nicht auf etwa 600 Grad Celsius angestiegen
ist, kann zudem die Menge der Partikel, die oxidiert und von dem Partikelfilter
entfernt werden können,
verbessert werden. In jedem Fall kann die große Menge der auf der Oberfläche der
Trennwand stromauf des Abgasstroms abgeschiedenen Partikel oxidiert
und entfernt werden. Anschließend
wird bei Schritt 107 der Ventilkörper 71a umgekehrt,
und die restlichen Partikel auf dem Partikelfilter können oxidiert
und entfernt werden. Dabei wird verhindert, daß sich eine relativ große Menge
von Partikeln von der momentan stromabwärts des Abgasstroms befindlichen
Oberfläche
der Trennwand des Partikelfilters abblättert und diese auf einmal
in die Atmosphäre
abgegeben wird. In dem ersten Flußdiagramm wird dem Partikelfilter
das Reduziermittel nur zugeführt,
wenn das Ergebnis bei Schritt 103 negativ ist. Wenn jedoch
natürlich
jedesmal, wenn der Ventilkörper
umgeschaltet wird, oder ab und an, bevor der Ventilkörper umgeschaltet
wird, oder hin und wieder, ungeachtet des Umschaltens des Ventilkörpers, das
Reduziermittel zugeführt
wird, kann die relativ große
Menge von auf der Oberfläche der
Trennwand des Partikelfilters stromauf des Abgasstroms abgeschiedenen
Partikelmenge oxidiert und entfernt werden, ohne daß sie von
dem Partikelfilter abgeführt
werden.
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Wenn
das Ergebnis bei Schritt 104 negativ ist, d. h. wenn die
Temperatur (t) des Partikelfilters höher ist als die Aktivierungstemperatur
(Ts) des Oxidationskatalysators, muß der Öffnungsgrad des Abgasdrosselventils
nicht verkleinert werden, und das Reduziermittel wird bei Schritt 106 unmittelbar
zugeführt.
Das Reduziermittel wird dem Partikelfilter direkt zugeführt, und
somit kann die Menge an Reduziermittel auf ein Minimum verringert
werden. Dadurch wird jedoch die vorliegende Erfindung nicht eingeschränkt. Die
Kraftstoffeinspritzdüse
des Motors kann beispielsweise einen Kraftstoff beim Auslaßhub, Verdichtungshub
oder dem Einlaßhub
einspritzen, und der unverbrannte Kraftstoff, als ein Reduziermittel
in dem Abgas, kann dem Abgaseinlaßabschnitt des Partikelfilters
zugeführt
werden. Außerdem
kann ein Reduziermittel dem Abgassystem auf der Seite stromauf des
Umschaltabschnitts 71 zugeführt werden.
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Natürlich wird
durch das Verbrennen des Reduziermittels auf dem Abgaseinlaßabschnitt
des Partikelfilters nicht nur seine Temperatur erhöht, sondern auch
die Verbrennungswärme
erhöht
die Temperatur der anderen Abschnitte des Partikelfilters mit der
Abgasströmung.
Somit nimmt die Menge der Partikel des gesamten Partikelfilters,
die oxidiert und entfernt werden können, zu. Daher wird zumindest
ein Teil der verbliebenen und abgeschiedenen Partikel oxidiert und
entfernt, bevor die Abgasströmung
umgekehrt wird und die Menge der restlichen und abgeschiedenen Partikel
verringert werden kann.
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In
dem ersten Flußdiagramm
wird der Ventilkörper über jeder
vorbestimmten Laufdistanz (As) geändert. Selbst wenn der Motorbetrieb
im Bereich (II) von 24 während dieser Zeit häufig ausgeführt wird,
werden auf dem gesamten Partikelfilter keine großen Partikelmengen abgeschieden,
und die abgeschiedenen Partikel verwandeln sich nicht in kohlenstoffartige
Stoffe, die schwer zu oxidieren sind. Dementsprechend können die
verbliebenen und abgeschiedenen Partikel natürlich wie vorstehend erwähnt oxidiert
und entfernt werden, und somit treten keine Probleme, in denen die
große
Menge von abgeschiedenen Partikeln sich entzündet und auf einmal verbrennt,
so daß der
Partikelfilter durch deren Verbrennungswärme geschmolzen wird, und ähnliches
auf. Natürlich
kann eine Gelegenheit, wenn der Ventilkörper umgekehrt wird, nicht
bei jeder vorstehend erwähnten
vorbestimmten Laufdistanz eintreten, aber zu jedem vorbestimmten
Zeitpunkt und zu jeder Gelegenheit eintreten, bevor die große Menge von
Partikeln auf dem gesamten Partikelfilter abgeschieden wird oder
die abgeschiedenen Partikel sich in kohlenstoffartige Stoffe umwandeln,
die kaum oxidiert werden können.
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Ferner
schaltet der Dieselmotor der vorliegenden Erfindung zwischen der
ersten Verbrennung und der zweiten Verbrennung hin und her. Bei
der ersten Verbrennung enthält
das Abgas relativ große Mengen
HC und CO, d. h. eine relativ große Menge eines Reduziermittels.
Dementsprechend kann die erste Verbrennung als Reduziermittel-Zuführmöglichkeit
verwendet werden, selbst wenn keine Reduziermittelzuführeinheit
in dem Abgassystem vorgesehen ist. Das heißt, wenn die erste Verbrennung
ausgeführt
wird, kann der Ventilkörper
zumindest hin und wieder umgeschaltet werden. Daher erhöht die Verbrennungswärme des
Reduziermittels die Partikelmenge, die oxidiert und entfernt werden
kann, stets bevor der Ventilkörper
umgeschaltet wird, und somit können
die auf der Oberfläche
der Trennwand des Partikelfilters stromauf des Abgasstroms abgeschiedenen
Partikel oxidiert und automatisch entfernt werden oder mit der Verringerung
des Öffnungsgrads des
Abgasdrosselventils 75 verringert werden.
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Ferner
bewirkt das Verbrennen des Reduziermittels durch den Oxidationskatalysator,
daß die Sauerstoffkonzentration
des Abgases abfällt.
Dementsprechend wird von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 aktiver
Sauerstoff O zu einem gegebenen Zeitpunkt nach außen freigesetzt.
Daher werden die abgeschiedenen Partikel zu jenen, die durch die
große
Menge an zu einem gegebenen Zeitpunkt freigesetzten aktiven Sauerstoff
ohne weiteres oxidiert werden, und können dadurch ohne Entstehung einer
leuchtenden Flamme ohne weiteres oxidiert und entfernt werden. Wenn
somit dem den Oxidationskatalysator und das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
tragenden Partikelfilter das Reduziermittel zugeführt wird,
steigt die Temperatur des Partikelfilters durch die Verbrennung
des Reduziermittels an und die Sauerstoffkonzentration der Umgebung
fällt dabei
ab. Dies kann einen erheblichen Anstieg der Partikelmenge, die von
dem Partikelfilter oxidiert und entfernt werden kann, bewirken,
und funktioniert als Verbesserungseinrichtung zum Verbessern der
Partikelmenge, die oxidiert und von dem Partikelfilter entfernt
werden kann. Auch in dem Fall, daß kein Oxidationskatalysator
auf dem Partikelfilter vorgesehen ist, steigt die Menge des aktiven
Sauerstoffs, der von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel freigesetzt wird,
an, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas lediglich gesenkt
wird, da die Partikelmenge, die oxidiert und entfernt werden kann,
erhöht
wird. Somit kann dies auch als Verbesserungsmöglichkeit zum Verbessern der
Partikelmenge, die oxidiert und von dem Partikelfilter entfernt
werden kann, angewendet werden.
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In
dem ersten Flußdiagramm
wird ferner unter Heranziehung des Druckunterschieds zwischen der
Seite stromauf des Abgasstroms und der stromabwärtigen Seite des Abgasstroms
bestimmt, ob die relativ große
Partikelmenge in ausreichendem Maße abgeschieden wird, um die
vorbestimmte Partikelmenge von dem Partikelfilter abzuführen, wenn
die Abgasströmung
umgekehrt wird. Daneben kann bei dieser Bestimmung, unter Beachtung
der Veränderung
des elektrischen Widerstands auf einer vorbestimmten Trennwand des
Partikelfilters, die Tatsache herangezogen werden, daß der elektrische
Widerstand zusammen mit der Abscheidung der Partikel auf dem Partikelfilter
abnimmt, oder die Tatsache herangezogen werden, daß die Transmissivität oder Reflektivität von Licht
auf einer vorbestimmten Trennwand des Partikelfilter zusammen mit
der Abscheidung der darauf befindlichen Partikel abnimmt.
-
Streng
genommen ändert
sich das Druckgefälle
zwischen den beiden Seiten des Partikelfilters gemäß dem Druck
des von dem Verbrennungsraum bei jeder Motorbetriebsbedingung abgeführten Abgases.
Dementsprechend wird bei der Bestimmung der Abscheidung der Partikel
bevorzugt, daß die
Motorbetriebsbedingung spezifiziert wird.
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Wenn
ferner in dem ersten Flußdiagramm bestimmt
wird, daß die
relativ große
Partikelmenge in ausreichender Weise abgeschieden wurde, um so die
vorbestimmte Partikelmenge von dem Partikelfilter abzuführen, wenn
die Abgasströmung
umgekehrt wird, wird die Temperatur der Seite stromauf des Abgasstroms
des Partikelfilters durch die Zufuhr von Reduziermittel erhöht. In dem
Fall, daß auf
dem Partikelfilter kein Oxidationskatalysator getragen wird, kann
die Temperatur der Seite stromauf des Abgasstroms des Partikelfilters
nur durch die Verringerung des Öffnungsgrads
des Abgasdrosselventils ohne Zufuhr von Reduziermittel erhöht werden.
Somit wird bewirkt, daß die
Partikelmenge, die oxidiert und entfernt werden kann, ansteigt,
und die darauf abgeschiedenen Partikel können oxidiert und entfernt
werden. Daneben kann die Temperatur des Abgases durch die Spätverstellung
des Zündsteuerzeitpunkts erhöht werden,
so daß die
Temperatur der Seite stromauf des Abgasstroms des Partikelfilters
ansteigt und somit bewirkt wird, daß die Partikelmenge, die oxidiert
und entfernt werden kann, ansteigt. Diese beiden Tatsachen können außerdem miteinander kombiniert
werden.
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28 ist
ein zweites Flußdiagramm,
das anstelle des ersten Flußdiagramms
ausgeführt
wird. Das vorliegende Flußdiagramm
wird jeweils zu einem vorbestimmten Zeitpunkt wiederholt. Zunächst wird bei
Schritt 201 bestimmt, ob es sich bei dem Motorbetrieb um
einen Abbremsvorgang handelt. Bei dieser Bestimmung kann ein Signal
einer Kraftstoffzufuhrabschaltung, ein Signal des Loslassens des Fahrpedals,
ein Signal des Betätigens
des Bremspedals oder dergleichen herangezogen werden.
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Wenn
das Ergebnis bei Schritt 201 negativ ist, wird die Routine
angehalten. Wenn hingegen bestimmt wird, daß es sich bei dem Motorbetrieb
bei Schritt 201 um einen Abbremsvorgang handelt, wird die
Routine bei Schritt 202 fortgesetzt, genauso wie bei dem
ersten Flußdiagramm,
und es wird bestimmt, ob die relativ große Partikel menge in ausreichender Weise
abgeschieden wurde, um die vorbestimmte Partikelmenge von dem Partikelfilter
abzuführen, wenn
die Abgasströmung
umgekehrt wird.
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Wenn
das Ergebnis negativ ist, wird die Routine bei Schritt 205 fortgesetzt,
und der Ventilkörper wird
umgeschaltet. Somit werden die Seite stromauf des Abgasstroms und
die stromabwärtige
Seite des Abgasstroms des Partikelfilters umgekehrt und die abgeschiedenen
Partikel werden oxidiert und vorteilhafter Weise von dem Partikelfilter
entfernt. Wenn hingegen das Ergebnis bei Schritt 202 positiv
ist, wird die Routine bei Schritt 203 fortgesetzt und der
Ventilkörper 71a wird
von einer der Absperrpositionen in eine mittlere Position geschaltet.
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Die
mittlere Position liegt zwischen der einen und der anderen Absperrposition,
wie in 21 gezeigt ist. Wenn der Ventilkörper in
die mittlere Position bewegt wird, umgeht das Abgas den Partikelfilter, wie
durch die Pfeile in 21 gezeigt ist. Daher strömt die Wärme aufgrund
der nicht vorhandenen Abgasströmung
nicht aus dem Partikelfilter heraus, und somit arbeitet die Wärme in dem
Partikelfilter, so daß die
Temperatur des Partikelfilters höher
ansteigt als die Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators.
Das Abgas weist dabei eine sehr niedrige Temperatur auf, da sich
der Motorbetrieb in einem Abbremsvorgang befindet. Um die Absenkung
der Temperatur des Partikelfilters zu verhindern, ist es wirksam,
daß der
Abgasstrom den Partikelfilter umgeht. Da die Kraftstoffzufuhrabschaltung
ausgeführt wird
oder die Menge des eingespritzten Kraftstoffs sehr gering ist, weist
das Abgas im Abbremsvorgang ferner kleine Partikel auf, und somit
treten keinerlei Probleme auf, selbst wenn das Abgas den Partikelfilter
umgeht. Anschließend
wird bei Schritt 204 den beiden Seiten des Partikelfilters
das Reduziermittel durch die beiden Reduziermittelzuführeinheiten 74a und 74b zugeführt. Somit
verbrennt das Reduziermittel vorteilhaft auf beiden Seiten des Partikelfilters, und
die Temperatur des ganzen Partikelfilters steigt durch die Verbrennungswärme an.
Somit steigt die Partikelmenge, die oxidiert und entfernt werden kann,
an, so daß die
relativ große
Menge an Partikeln, die auf der stromabwärtigen Oberfläche der Trennwand
des Partikelfilters abgeschieden worden ist, beim Umschalten des
Ventilkörpers durch
diese Verbesserungsmöglichkeit
auf positive Weise oxidiert und entfernt werden kann.
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Anschließend wird
bei Schritt 205 der Ventilkörper in die andere Absperrposition
geschaltet, d. h. daß die
Seite stromauf des Abgasstroms und die stromabwärtige Seite des Abgasstroms
des Partikelfilters umgekehrt werden, und somit können die
Partikel, die noch verblieben sind und abgeschieden wurden, auf
positive Weise oxidiert und entfernt werden.
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In
dem zweiten Flußdiagramm
wird das Reduziermittel zugeführt,
um die relativ große
Partikelmenge, die auf der stromabwärtigen Oberfläche des Abgasstroms
abgeschieden wurde, zu oxidieren und zu entfernen, wenn der Ventilkörper umgeschaltet wird.
Daher kann das Reduziermittel nur der Seite stromauf des Abgasstroms
des Partikelfilters zugeführt
werden, bevor der Ventilkörper
umgeschaltet wird.
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In
dem zweiten Flußdiagramm
ist die große Partikelmenge
nicht auf dem gesamten Partikelfilter abgeschieden worden, und die
abgeschiedenen Partikel auf dem Partikelfilter verwandeln sich nicht
in einen kohlenstoffartigen Stoff, da der Ventilkörper bei jedem
Motorabbremsvorgang umgeschaltet wird, selbst wenn der Motorbetrieb
häuft in
dem Bereich (II) von 24 ausgeführt wird. Somit können die
abgeschiedenen Partikel natürlich
wie vorstehend erwähnt
oxidiert und entfernt werden, und Probleme, bei denen sich die große Menge
von abgeschiedenen Partikeln zu einem gegebenen Zeitpunkt entzündet und
verbrennt und die umfangreiche Verbrennungswärme den Partikelfilter schmilzt,
und dergleichen treten nicht auf.
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Wenn
der Ventilkörper
bei jedem Motorabbremsvorgang umgeschaltet wird, geschieht das Umschalten
des Ventilkörpers
möglicherweise
zu häufig.
Um dies zu verhindern, darf der Ventilkörper, wenn es sich bei dem
Motorbetrieb um einen Abbremsvorgang handelt, nicht umgeschaltet
werden, bis eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist oder das Fahrzeug
eine vorbestimmte Laufdistanz zurückgelegt hat, nachdem der Ventilkörper umgeschaltet worden
ist. Bei dem ersten Flußdiagramm
wird der gleiche Um schaltmechanismus verwendet. Dementsprechend
besteht die Möglichkeit,
daß das
Abgas einschließlich
der Partikel den Partikelfilter während des Umschaltens des Ventilkörpers umgeht.
Wird der Ventilkörper
jedoch rasch umgeschaltet, treten keine Probleme auf.
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Wenn
nebenbei das Kraftstoff-Luftverhältnis in
der Umgebung des Partikelfilters mager gehalten wird, wird die Oberfläche aus
Platin Pt mit Sauerstoff bedeckt, d. h. es wird eine Sauerstoffkontamination bewirkt.
Wenn eine solche Sauerstoffkontamination bewirkt wird, geht die
Oxidationswirkung des Platins Pt in bezug auf NOx zurück und somit
fällt die
absorbierende Effizienz des NOx ab. Daher
nimmt die Menge an aktivem Sauerstoff ab, der von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 freigesetzt
wird. Wenn in dem Abgas Reduziermittel enthalten ist und das Kraftstoff-Luftverhältnis angefettet
wird, wie vorstehend erwähnt
wurde, wird der Sauerstoff auf der Oberfläche des Platins Pt verbraucht
und somit die Sauerstoffkontamination aufgehoben. Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis wieder
von fett auf mager umgeschaltet wird, verstärkt sich dementsprechend die
Oxidationswirkung in bezug auf NOx und somit steigt
die Absorbierungseffizienz an. Somit steigt die Menge an aktivem
Sauerstoff an, der von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 freigesetzt
wird.
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Wenn
somit das Kraftstoff-Luftverhältnis, wenn
das Kraftstoff-Luftverhältnis
hin und wieder von mager auf fett umgeschaltet wird, mager gehalten wird,
wird die Sauerstoffkontamination von Platin Pt dabei jedesmal aufgehoben,
und somit steigt die Menge des freigesetzten aktiven Sauerstoffs
an, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis
mager ist. Somit kann die Oxidationswirkung der Partikel auf dem
Partikelfilter 70 unterstützt werden.
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Als
eine Möglichkeit
zur Anfettung des Kraftstoff-Luftverhältnisses, kann beispielsweise
die vorstehend erwähnte
Niedertemperaturverbrennung ausgeführt werden. Beim Umschalten
von der normalen Verbrennung zur Niedertemperaturverbrennung oder
davor kann die Seite stromauf des Abgasstroms und die stromabwärtige Seite
des Abgasstroms des Partikelfilters umgeschaltet werden. Wie vorstehend
erwähnt,
wird die Niedertemperaturverbrennung in der unteren Motorteillastseite
ausgeführt,
und daher wird die Niedertemperaturverbrennung häufig unmittelbar nach der Motorabbremsung ausgeführt. Daher
wird bei dem zweiten Flußdiagramm,
unmittelbar nachdem der Ventilkörper 71a umgeschaltet
worden ist, häufig
die Niedertemperaturverbrennung ausgeführt. Um das Kraftstoff-Luftverhältnis des
Abgases anzufetten, muß lediglich
das Kraftstoff-Luftverhältnis
bei der Verbrennung angefettet werden. Neben der Hauptkraftstoffeinspritzung im
Verdichtungshub kann ferner die Kraftstoffeinspritzdüse einen
Kraftstoff im Auslaßhub
oder Arbeitshub in den Zylinder (Nacheinspritzung) einspritzen oder
kann einen Kraftstoff im Einlaßhub
in den Zylinder (Voreinspritzung) einspritzen. Ein Intervall zwischen
der Nacheinspritzung oder der Voreinspritzung und der Haupteinspritzung
kann natürlich
nicht geschaffen werden. Ferner kann dem Abgassystem ein Kraftstoff
zugeführt
werden.
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Wenn
ferner die stromaufwärtige
Seite des Abgasstroms und die stromabwärtige Seite des Abgasstroms
des Partikelfilter umgeschaltet werden, selbst wenn die große Menge
von Partikeln auf einer der Auffangoberflächen der Trennwand des Partikelfilters
abgeschieden wurde, werden die abgeschiedenen Partikel ohne weiteres
durch die Umkehrströmung
des Abgases in kleine Stücke
zerschmettert. Ein Teil der Partikel, der in den Poren der Trennwand nicht
oxidiert und entfernt werden kann, wird von dem Partikelfilter abgeführt. Somit
wird jedoch verhindert, daß der
Abgaswiderstand des Partikelfilters stärker ansteigt und einen schlechten
Einfluß auf
den Betrieb des Fahrzeugs hat, und die groß Menge an abgeschiedenen Partikeln
entzündet
sich und verbrennt auf einmal, um den Partikelfilter durch deren
Wärme zu
verschmelzen. Ferner kann die andere Auffangoberfläche der
Trennwand des Partikelfilters die Partikel wieder erneut auffangen.
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Wenn übrigens
ein SO3 vorliegt, bildet das Kalzium Ca
in dem Abgas ein Kalziumsulfat CaSO4 als
Asche. Um ein durch das Kalziumsulfat CaSO4 bewirktes
Verstopfen der Maschen des Partikelfilters zu verhindern, kann ein
Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer Ionisierungstendenz,
die höher
ist als die von Kalzium Ca, wie z. B. Kalium K, als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
verwendet werden. Daher wird das in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 diffundierte
SO3 mit Kalium K kombiniert, um ein Kaliumsulfat
K2SO4 zu bilden,
und somit wird das Kalium Ca nicht mit dem SO3 kombiniert,
sondern gelangt durch die Trennwände
des Partikelfilters. Dementsprechend werden die Maschen des Partikelfilter nicht
durch Asche verstopft. Somit ist es wünschenswert, als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 ein Alkalimetall
oder ein Erdalkalimetall mit einer Ionisierungstendenz zu verwenden,
die höher
ist als die von Kalium Ca, wie z. B. Kalium, Lithium LI, Cäsium Cs, Rubidium
Rb, Barium Ba oder Strontium Sr.
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Selbst
wenn nur ein Edelmetall, wie z. B. Platin Pt auf dem Partikelfilter
getragen wird, kann ein aktiver Sauerstoff aus dem auf der Oberfläche des Platins
Pt gehaltenen NO2 oder SO3 freigesetzt
werden. In diesem Fall wird jedoch eine Kurve, die die Menge (G)
der oxidierten und entfernten Partikel (G) darstellt, im Vergleich
zu der in 24 gezeigten durchgehenden Kurve
geringfügig
nach rechts verschoben. Ferner kann Ceroxid als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
verwendet werden. Das Ceroxid absorbiert Sauerstoff, wenn die Sauerstoffkonzentration
hoch ist (Ce2O3 → 2CeO2) und setzt aktiven Sauerstoff frei, wenn
die Sauerstoffkonzentration abnimmt. (2CeO2 → Ce2O3). Daher muß das Kraftstoff-Luftverhältnis des
Abgases in regelmäßigen Intervallen
oder unregelmäßigen Intervallen
angefettet werden, um die Partikel zu oxidieren und zu entfernen.
Anstelle des Ceroxids kann Eisen Fe oder Zinn Sn als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
verwendet werden.
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Als
das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel ist es ferner zulässig, ein
NOx-Absorptionsmittel
zum Reinigen von NOx zu verwenden. In diesem
Fall muß das
Kraftstoff-Luftverhältnis
des Abgases zumindest vorübergehend
angefettet werden, um absorbiertes NOx und
SOx freizusetzen und zu reduzieren. In dem ersten
und dem zweiten Flußdiagramm
ist es zudem die Funktion der Zufuhr des Reduziermittels, das NOx-Absorptionsmittel
das Kraftstoff-Luftverhältnisses
anzufetten.
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29 zeigt
eine Draufsicht, die eine Vorrichtung zum Reinigen des Abgases mit
einer Reduziermittelzuführeinheit 74' darstellt,
die auf der Seite stromauf des Um schaltabschnitts 71 des
Abgassystems angeordnet ist. 30 ist
eine Seitenansicht derselben. Die Reduziermittelzuführeinheit 74' und der Ventilkörper 71a werden
gemäß einem
dritten Flußdiagramm
zur Verhinderung der Abscheidung der Partikel gesteuert, wie in 31 gezeigt
ist. Das Flußdiagramm
wird jeweils zu einem vorbestimmten Zeitraum wiederholt. Zunächst wird
bei Schritt 301 bestimmt, ob eine integrierte Zeit (t)
größer ist
als ein vorbestimmte Zeit (ts). Die integrierte Zeit (t) ist eine integrierte
Zeit, nachdem der Ventilkörper 71a umgeschaltet
worden ist. Wenn das Ergebnis bei Schritt 301 negativ ist,
wird die Routine bei Schritt 306 fortgesetzt, und die integrierte
Zeit (t) wird berechnet und die Routine gestoppt. Wenn das Ergebnis
bis Schritt 301 positiv ist, wird die Routine bei Schritt 302 fortgesetzt.
Bei Schritt 302 wird die Zufuhr des Reduziermittels durch
die Reduziermittel-Zuführeinheit 74' begonnen. Anschließend wird
bei Schritt 303 der Ventilkörper 71a umgeschaltet.
Das heißt,
daß die
Seite stromauf des Abgasstroms und die stromabwärtige Seite des Abgasstroms
des Partikelfilters umgekehrt werden. Anschließend wird bei Schritt 304 die
Zufuhr des Reduziermittels gestoppt, und bei Schritt 305 die integrierte
Zeit (t) auf 0 zurückgesetzt.
Danach wird bei Schritt 306 eine neue integrierte Zeit
(t) berechnet, und die Routine wird gestoppt.
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In
dem Partikelfilter 70 der vorliegenden Ausführungsform
wird ein Oxidationskatalysator, wie z. B. Platin Pt, getragen. Das
Abgas des Dieselmotors weist jedoch kaum Reduziermaterial wie HC
oder CO auf, und somit tritt kein Anstieg der Temperatur des Partikelfilters
durch die Wärme
der Reduziermaterialien ein. Dementsprechend hängt die Temperatur des Partikelfilters
hauptsächlich
nur von der Temperatur des Abgases ab. Somit wird der Abgas-Einlaßabschnitt
(der Abschnitt auf der Abgaseinlaßseite einer jeden Trennwand)
des Partikelfilters auf der Temperatur des Abgases gehalten. Die
Temperatur des Abgas-Auslaßabschnitts
(der Abschnitt der Abgasauslaßseite
einer jeden Trennwand) des Partikelfilters wird durch die Abgabe
von Wärme
mit der Abgasströmung
viel niedriger als die des Abgaseinlaßabschnitts.
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Selbst
wenn die Reduziermittelzuführeinheit das
Reduziermittel nach dem Umschalten der Seite stromauf des Abgasstroms
und der stromabwärtigen Seite
des Ab gasstroms des Partikelfilters zuführt, weist der momentane Abgaseinlaßabschnitt
des Partikelfilters eine niedrige Temperatur auf, und somit kann
der darauf befindliche Oxidationskatalysator das Reduziermittel
vorteilhafter Weise nicht reduzieren. Daher kann die Temperatur
des gesamten Partikelfilters nicht ansteigen. Jedoch wird gemäß dem dritten
Flußdiagramm
der Ventilkörper
zu jeweils der vorbestimmten Zeit (ts) umgeschaltet, und die Reduziermittelzuführeinheit
führt das
Reduziermittel zu, bevor der Ventilkörper umgeschaltet wird. Somit
wird die Temperatur des Partikelfilters zumindest auf Temperatur
des Abgases gehalten, so daß das
Reduziermittel vorteilhafter Weise durch den Oxidationskatalysator
verbrannt und die relativ umfangreiche Verbrennungswärme erzeugt
wird. Daher steigt die Temperatur des Abgaseinlaßabschnitts der Partikel an, und
die Temperatur des Abgasauslaßabschnitts steigt
wird mit Ankunft einer Wärmemenge
an, die höher
ist als die des Abgaseinlaßabschnitts,
wobei diese Wärmemenge
umfangreicher ist als die von dem Abgaseinlaßabschnitts abgeführte Wärmemenge.
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Anschließend wird
die Seite stromauf und die stromabwärtige Seite des Partikelfilters
durch den Ventilkörper
umgekehrt, und somit verbrennt das Reduziermittel, das zugeführt wird,
bis die Zufuhr des Reduziermittels gestoppt wird, vorteilhaft auf
dem momentanen Abgaseinlaßabschnitt,
dessen Temperatur höher
angestiegen ist, und es wird der größere Wärmeumfang erzeugt. Daher wird
die Temperatur des Abgaseinlaßabschnitts
höher,
und die Temperatur des Abgasauslaßabschnitts wird höher als
die des Abgaseinlaßabschnitts.
Selbst wenn somit eine relativ geringe Menge Reduziermittel verwendet
wird, kann bewirkt werden, daß die
Temperatur des gesamten Partikelfilters sehr effektiv ansteigt,
und somit kann die Menge der Partikel, die oxidiert und entfernt werden
können,
dazu gebracht werden, erheblich zuzunehmen. Selbst wenn daher der
Motorbetrieb in dem Bereich (II) von 24 während der
vorbestimmten Zeit (ts) häufig
ausgeführt
wird, und somit ein Teil der Partikel zurückbleibt und auf dem Partikelfilter
abgeschieden wird, können
die restlichen und abgeschiedenen Partikel vorteilhaft oxidiert
und entfernt werden. Ferner wird der Oxidationskatalysator auf dem
Abgaseinlaßabschnitt,
bevor der Ventilkörper
umgeschaltet wird, durch eine SOF (SOF = soluble organic fraction)
kontaminiert, und somit fällt dessen
Funktion ab. Nachdem der Ventil körper
umgeschaltet worden ist, positioniert sich dieser Oxidationskatalysator
auf dem Abgasauslaßabschnitt,
und die Temperatur des Oxidationskatalysators wird beträchtlich
erhöht,
und somit kann die SOF-Kontamination vorteilhaft aufgehoben werden.
Die Funktion des Umschaltens der Seite stromauf des Abgasstroms
und der stromabwärtigen
Seite des Abgasstroms ist es natürlich
auch, die restlichen Partikel auf dem Partikelfilter wie bei der
Erläuterung
des ersten Flußdiagramms
zu oxidieren und vorteilhaft zu entfernen.
-
Da
der Ventilkörper
jeweils zu dem vorbestimmten Zeitpunkt (ts) umgeschaltet wird, selbst wenn
der Motorbetrieb im Bereich (II) von 24 häufig ausgeführt wird,
wird in dem dritten Flußdiagramm
die große
Menge von Partikeln nicht auf dem gesamten Partikelfilter abgeschieden,
und die abgeschiedenen Partikel auf dem Partikelfilter verwandeln sich
nicht in kohlenstoffartiges Material. Somit können die abgeschiedenen Partikel
natürlich
oxidiert und entfernt werden, wie vorstehend erwähnt wurde, und Probleme, bei
denen die große
Menge von abgeschiedenen Partikeln sich auf einmal entzündet und verbrennt,
und Wärme
in großem
Umfang erzeugt wird, um den Partikelfilter zu schmelzen, und dergleichen
treten nicht auf.
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Natürlich wird
dadurch die vorliegende Erfindung nicht eingeschränkt, um
den Ventilkörper
jeweils zu dem vorbestimmten Zeitpunkt (ts) umzuschalten. Der Ventilkörper kann
jeweils bei einer vorbestimmten Laufdistanz oder zu einem beliebigen Zeitpunkt,
an dem die große
Menge von Partikeln nicht abgeschieden wird und die abgeschiedenen Partikel
sich nicht in kohlenstoffhaltiges Material umwandeln, umgeschaltet
werden. Ferner schaltet der Dieselmotor der vorliegenden Erfindung
zwischen der ersten Verbrennung und der zweiten Verbrennung hin
und her. Bei der ersten Verbrennung weist das Abgas wie vorstehend
erwähnt
eine relativ große Menge
HC und CO, d. h. ein relativ große Menge Reduziermittel, auf.
Selbst wenn keine Reduziermittelzuführeinheit in dem Abgassystem
vorgesehen ist, kann die erste Verbrennung als Reduziermittelzuführeinrichtung
verwendet werden, und somit kann der Ventilkörper umgeschaltet werden, während die erste
Verbrennung ausgeführt
wird.
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Falls
vor und nachdem der Ventilkörper
umgeschaltet worden ist, das Reduziermittel dem Partikelfilter zugeführt wird,
bewirkt daher das Verbrennen des Reduziermittels, daß die Temperatur
des Partikelfilters ansteigt und die Sauerstoffkonzentration der Umgebung
des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels abfällt und somit die restlichen
Partikel auf dem Partikelfilter oxidiert und effektiv entfernt werden
können. Während der
Ventilkörper
umgeschaltet wird, umgeht das Abgas den Partikelfilter bei der mittleren
Position des Ventilkörpers.
Wenn sich der Ventilkörper
in der mittleren Position befindet, wenn das Reduziermittel zugeführt wird,
wird daher das Reduziermittel in dem Abgas in die Atmosphäre abgegeben.
Wenn der Ventilkörper
sich in der mittleren Position zwischen den beiden Absperrpositionen
befindet, ist es dementsprechend zu bevorzugen, daß die Reduziermittelzuführeinheit
die Zufuhr des Reduziermittels unterbricht.
-
Wenn
ferner das Abgas während
des Umschaltens des Ventilkörpers
Partikel aufweist, werden die Partikel in die Atmosphäre emittiert. 32 ist
ein viertes Flußdiagramm
zum Oxidieren und Entfernen der Partikel ohne Emittieren der Partikel.
Das vorliegende Flußdiagramm
steuert das Abgasdrosselventil 75 zusätzlich zu der Reduziermittelzuführeinheit 74' und dem Ventilkörper 71a und
wird jeweils zu einem vorbestimmten Zeitpunkt wiederholt. Zunächst wird bei
Schritt 401 bestimmt, ob die Temperatur (T) des Partikelfilters
höher ist
als eine vorbestimmte Temperatur (Ts). Wenn das Ergebnis negativ
ist, liegt während
des Startens des Motors, eine niedrige Menge von Partikeln, die
von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel oxidiert und entfernt
werden kann, vor, und somit muß die
Temperatur des Partikelfilters rasch erhöht werden. Dementsprechend
wird die Routine bei Schritt 402 fortgesetzt, und es wird
mit der Zufuhr des Reduziermittels begonnen. Bei der vorbestimmten
Temperatur (Ts) wird jedoch der Oxidationskatalysators nicht ausreichend
aktiviert und kann so das Reduziermittel nicht ausreichend verbrennen.
Dementsprechend wird bei Schritt 403 bewirkt, daß der Öffnungsgrad
des Abgasdrosselventils 75 sich von der vollständig geöffneten
Bedingung verringert und die Wärme
des Abgases effektiv auf den Partikelfilter einwirkt. Somit wird
bewirkt, daß zumindest
die Temperatur des Abgaseinlaßabschnitts des
Partikelfilters auf die Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators
ansteigt.
-
Hier
spritzt die Reduziermittelzuführeinheit 74' bevorzugt das
Reduziermittel mit einem niedrigen Druck ein, um die Verwendung
einer billigeren Einheit zu ermöglichen.
Ferner erfordert der Steuerabschnitt eine hohe Wärmebeständigkeitseigenschaft, um nahe
des Motorabgassystems angeordnet werden zu können. Dementsprechend ist es
zu bevorzugen, daß er
gesondert vom Motorabgassystem angeordnet wird. Somit sind der Steuerabschnitt
und der Körper
der Reduziermittelzuführeinheit
in dem Motorabgassystem durch eine Zuführleitung verbunden, die aus
rostfreiem Stahl oder dergleichen besteht. In einer solchen Konstruktion
weist die relativ lange Zuführleitung
ein relativ großes
Volumen auf. Somit wird die Zufuhr von Reduziermittel, das mit dem
niedrigen Druck eingespritzt wird, automatisch gestoppt, wenn der
Abgasdruck in der Position des Motorabgassystems, auf dem die Reduziermittelzuführeinheit
angeordnet ist, ansteigt. Selbst wenn die Zufuhr von Reduziermittel
durch die Steuerung der Reduziermittelzuführeinheit begonnen wird, wenn
der Abgasdruck in der obigen Position durch die Verringerung des Öffnungsgrads
des Abgasdrosselventils ansteigt, wird dementsprechend die Zufuhr
des Reduziermittels tatsächlich
gestoppt. Bis die Temperatur des Abgaseinlaßabschnitts des Partikelfilters
auf die Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators ansteigt,
wird das Reduziermittel daher dem Partikelfilter eigentlich nicht
zugeführt.
-
Anschließend fällt bei
Schritt 404, wenn der Öffnungsgrad
des Abgasdrosselventils sich in die vollständig geöffnete Bedingung erweitert,
der Abgasdruck in der vorstehenden Position ab und das Reduziermittel
wird eigentlich dem Motorabgassystem zugeführt. Somit bewirkt die Verbrennungswärme des
Reduziermittels, daß die
Temperatur des Partikelfilters höher
ansteigt und die Menge der Partikel, die oxidiert und entfernt werden
können,
kann hoch eingestellt werden.
-
Anschließend wird
bei Schritt 405 die Zufuhr des Reduziermittels gestoppt.
Bei der Bestimmung von Schritt 401 kann der Temperatursensor 77,
der in dem Partikelfilter angeordnet ist, verwendet werden. Die
Temperatur des Partikelfilters kann jedoch auf Basis der aktuellen
Motorbetriebsbedingung angenommen werden. Ferner kann während des
Motorstartens bestimmt werden, ob die Temperatur des Partikelfilters
nied riger ist als die vorbestimmte Temperatur (Ts), und somit werden
die Prozeßschritte
bei den Schritten 402–405 bei
jedem Motorstart ausgeführt.
Wenn die Reduziermittelzuführeinheit
ferner nicht die vorstehend erwähnte
Konstruktion aufweist und das Reduziermittel dem Partikelfilter
stets zugeführt
werden kann, beispielsweise, so daß die Motor-Kraftstoffeinspritzdüse einen
Kraftstoff als das Reduziermittel im Auslaßhub, Arbeitshub oder Einlaßhub einspritzt,
oder so daß das
Reduziermittel dem Abgassystem mit einem hohen Druck zugeführt wird,
kann das Reduziermittel zugeführt
werden, nachdem bei Schritt 404 bewirkt wird, daß sich der Öffnungsgrad
des Abgasdrosselventils erweitert.
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Wenn
das Ergebnis bei Schritt 401 positiv ist, wird hingegen
bei Schritt 406 bestimmt, ob der Motorbetrieb sich im Abbremsvorgang
befindet. Wenn das Ergebnis negativ ist, wird die Routine gestoppt.
Wenn das Ergebnis positiv ist, wird die Routine bei Schritt 407 fortgesetzt
und mit der Zufuhr des Reduziermittel begonnen. Anschließend wird
bewirkt, daß der Öffnungsgrad
des Abgasdrosselventils 75 von der vollständig geöffneten
Position verringert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Abbremsgeschwindigkeit
verzögert
oder, nach einer vorbestimmten Zeitdauer ab dem Prozeßschritt
bei Schritt 407, der Prozeßschritt bei Schritt 408 ausgeführt. Somit
wird das Reduziermittel eigentlich dem Partikelfilter zugeführt. Dementsprechend
verbrennt in dem Partikelfilter, wie bei der Erläuterung des dritten Flußdiagramms,
das Reduziermittel auf dem Abgaseinlaßabschnitt, und dessen Temperatur
steigt an, und die Temperatur des Abgasauslaßabschnitts steigt höher an als
die des Abgaseinlaßabschnitts.
Anschließend
bewirkt die Verringerung des Öffnungsgrads
des Abgasdrosselventils, daß der
Abgasdruck in der Position des Motorabgassystems, auf dem der Körper der
Reduziermittelzuführeinheit
angeordnet ist, ansteigt, und somit wird die Zufuhr des Reduziermittels
eigentlich gestoppt.
-
Anschließend wird
der Ventilkörper
bei Schritt 409 umgeschaltet, d. h. die Seite stromauf
des Abgasstroms und die stromabwärtige
Seite des Abgasstroms werden umgekehrt. Zu diesem Zeitpunkt befindet
sich der Motorbetrieb im Abbremsvorgang, und es wird eine Kraftstoffabschaltung
ausgeführt, oder
die Menge des eingespritzten Kraft stoffs ist gering, und somit weist
das Abgas einige Partikel auf. Ferner wird die Zufuhr des Reduziermittels
gestoppt, und somit weist das Abgas kein Reduziermittel auf. Während der
Ventilkörper
umgeschaltet wird, werden dementsprechend die Partikel und das Reduziermittel
nicht in die Atmosphäre
abgegeben, selbst wenn das Abgas den Partikelfilter umgeht.
-
Anschließend wird
bei Schritt 410 bewirkt, daß der Öffnungsgrad des Abgasdrosselventils
in die vollständig
geöffnete
Bedingung erweitert wird und somit der Abgasdruck in der vorstehenden
Position abfällt
und erneut mit der Zufuhr des Reduziermittels begonnen wird. Danach
wird bei Schritt 411 die Zufuhr des Reduziermittels gestoppt.
Daher wird die Temperatur des aktuellen Abgaseinlaßabschnitts
des Partikelfilters erhöht,
und das ihm zugeführte
Reduziermittel wird vorteilhaft verbrannt. Daher erhöht die große Menge
an Verbrennungswärme
die Temperatur des Abgaseinlaßabschnitts,
und die Temperatur des Abgasauslaßabschnitts wird erheblich
erhöht. Somit
kann die Temperatur des gesamten Partikelfilters unter Verwendung
der relativ geringen Menge Kraftstoff effektiv erhöht werden,
und somit kann die Menge der Partikel, die oxidiert und entfernt
werden kann, erheblich verbessert werden.
-
Gemäß dem vierten
Flußdiagramm
wird der Ventilkörper
mit der Zufuhr des Reduziermittels bei jeder Motorabbremsung umgeschaltet.
Bei der Bestimmung der Motorabbremsung, kann erfaßt werden,
ob das Bremspedal betätigt
wird oder daß das Fahrpedal
losgelassen worden ist. Es ist undenkbar, daß der Motor für lange
Zeit nicht abgebremst wird. Während
der Ventilkörper
umgeschaltet wird, werden keine großen Partikelmengen auf dem
gesamten Partikelfilter abgeschieden, und die abgeschiedenen Partikel
auf dem Partikelfilter verwandeln sich nicht kohlenstoffhaltiges
Material, selbst wenn der Motorbetrieb häufig im Bereich (II) von 24 ausgeführt wird.
Somit können
die abgeschiedenen Partikel natürlich
oxidiert und entfernt werden, wie vorstehend erwähnt wurde, und Probleme, bei
denen die große Menge
von abgeschiedenen Partikeln sich auf einmal entzündet und
verbrennt, und die große
Verbrennungswärme
erzeugt wird, um den Partikelfilter zu schmelzen, und dergleichen
treten nicht auf. Das Abgasdrosselventil ist bevorzugt auf der Position
angeordnet, die sich stets auf der stromabwärtigen Seite des Partikelfilters
befindet, um die Temperatur des Partikelfilters durch das Abgas
zu erwärmen.
Wenn das Abgasdrosselventil nur dazu verwendet wird, um die Zufuhr
des Reduziermittels zu stoppen, wenn der Ventilkörper umgeschaltet wird, kann
es auf der stromabwärtigen
Seite der Reduziermittelzuführeinheit
auf der Seite stromauf des Partikelfilters angeordnet sein.
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Bei
dem dritten und vierten Flußdiagramm wird
das Reduziermittel hauptsächlich
vor und nach dem Umschalten des Ventilkörpers zugeführt. Wenn die Temperatur des
Abgaseinlaßabschnitts
des Partikelfilters höher
ist als die Aktivierungstemperatur des Oxidationskatalysators, kann
das Reduziermittel natürlich
zugeführt
werden. Daher wird die Temperatur des Partikelfilters erhöht werden,
und die Partikelmenge, die oxidiert und entfernt werden kann, kann verbessert
werden, und somit kann die Abscheidung der Partikel fast verhindert
werden. Wenn die Temperatur des Partikelfilters jedoch höher ist
als eine bestimmte Temperatur, ist es dementsprechend wünschenswert,
die Zufuhr des Reduziermittels zu stoppen.
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33 zeigt
einen Partikelfilter mit einer anderen Konstruktion, die sich von
dem vorstehenden Partikelfilter unterscheidet. Der vorliegende Partikelfilter
trägt den
Oxidationskatalysator und das vorstehende Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
auf dem mittleren Abschnitt 70a' und trägt die große Menge von Oxidationskatalysatoren
auf den beiden Endabschnitten 70b' und 70c'. Somit ist die Oxidationsfähigkeit
auf beiden Endabschnitten 70b' und 70c' stärker als die auf dem mittleren
Abschnitt 70a'. Wenn
das Reduziermittel, bevor und nachdem der Ventilkörper wie
beim ersten und zweiten Flußdiagramm
umgeschaltet wird, dem Partikelfilter 70' zugeführt wird, selbst wenn die Menge
des Reduziermittels sehr gering ist, verbrennt das Reduziermittel natürlich auf
dem Abgaseinlaßabschnitt
des Partikelfilters, d. h. auf dem einen Endabschnitt 70b' oder 70c', der über eine
sehr hohe Oxidationsfähigkeit verfügt. Anschließend erhöht die Verbrennungswärme ferner
die Temperatur des anderen Endabschnitts, bei dem es sich um den
Abgasauslaßabschnitt
des Partikelfilters handelt. Wenn das Reduziermittel dem anderen
Abschnitt durch das Umschalten des Ventilkörpers 71a zugeführt wird,
selbst wenn die Menge des Reduziermittels sehr gering ist, verbrennt
das Reduziermittel na türlich
auf dem anderen Endabschnitt, dessen Temperatur hoch ist und der
eine hohe Oxidationsfähigkeit
aufweist. Somit erhöht
die Verbrennungswärme
die Temperatur des anderen Endabschnitts, und die Temperatur des
einen Endabschnitts, bei dem es sich nun um den Abgasauslaßabschnitt
des Partikelfilters handelt, wird höher gemacht als die des anderen
Endabschnitts. Daher kann die Temperatur des gesamten Partikelfilters durch
Verwendung der Menge des Reduziermittels erhöht werden, die geringer ist
als die, die in dem in 29 gezeigten Partikelfilter
verwendet wird.
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Selbst
wenn das Reduziermittel dem Partikelfilter nicht zugeführt wird,
weist der Abgaseinlaßabschnitt
des Partikelfilters ferner stets eine hohe Oxidationsfähigkeit
auf, und somit kann eine große Menge
Reduziermaterial, wie z. B. HC und CO, die in dem Abgas enthalten
sind, darauf selbstverständlich verbrennen.
Nur durch das Umschalten des Ventilkörpers kann die Temperatur des
gesamten Partikelfilters vorteilhaft erhöht werden.
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Wenn
die Temperatur des gesamten Partikelfilters ansteigt, wird die Menge
der Partikel, die oxidiert und verbrannt werden können, auf
dem mittleren Abschnitt 70a' des
Partikelfilters verbessert, und somit können die restlichen Partikel
und die abgeschiedenen Partikel auf dem Partikelfilter vorteilhaft
oxidiert und entfernt werden. Die beiden Endabschnitte können natürlich nicht
nur den Oxidationskatalysator, sondern auch das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
tragen. Daher können
die restlichen Partikel und die abgeschiedenen Partikel auf beiden Endabschnitten
vorteilhaft durch den aktiven Sauerstoff oxidiert und entfernt werden.
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34 zeigt
einen Fall, in dem eine Reduziermittelzuführeinheit 78 in einem
der Verbindungsabschnitte, beispielsweise in dem ersten Verbindungsabschnitt 72a,
angeordnet ist. Wie vorstehend funktioniert das vorstehende Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
als NOx-Absorptionsmittel. Somit kann der
Partikelfilter, der das vorstehende Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
trägt,
zum Reinigen von NOx in dem Abgas verwendet
werden. In diesem Fall muß der
Partikelfilter, bevor die NOx-Absorptionsfähigkeit des
Partikelfilters 70 gesättigt
ist, die absorbierten NOx bei verringerter
Sauerstoffkon zentration in der Umgebung freisetzen, und die freigesetzten
NOx müssen
durch Verwendung eines Reduziermaterials desoxidiert werden. Dem
Zweck entsprechend wird die Menge des von dem Motor abgeführten NOx jedesmal auf Basis der Motorbetriebsbedingung
angenommen, und die integrierte Menge der absorbierten NOx in dem Partikelfilter wird jedesmal auf
Basis der abgeführten
NOx angenommen, und das Kraftstoff-Luftverhältnis kann
durch das Reduziermittel, das von dem Reduziermittel 78 zugeführt wird,
bevor die integrierte Menge der absorbierten NOx eine
vorbestimmte Menge von absorbiertem NOx erreicht,
angefettet werden.
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Die
Menge des Reduziermittels, die erforderlich ist, um die gesamten
NOx zu desoxidieren ist relativ groß, und wenn
Kraftstoff als Reduziermittel verwendet wird, weist er HC mit einer
geringen Reaktivität
auf. Wenn eine große
Menge des Abgases durch den Partikelfilter gelangt, wenn diesem
ein Reduziermittel zugeführt
wird, wird zumindest ein Teil des zugeführten Reduziermittels nicht
in dem Partikelfilter verbraucht und wird von dem Partikelfilter
in die Atmosphäre
emittiert.
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Um
dies zu verhindern, wird ein fünftes
Flußdiagramm
zum Reinigen von NOx, das in 35 gezeigt
ist, ausgeführt.
Zunächst
wird bei Schritt 501 bestimmt, ob eine Kraftstoffabschaltung
ausgeführt wird,
oder eine Menge von eingespritztem Kraftstoff sehr gering ist. Bei
dieser Bestimmung kann ein Ausgangssignal eines Beschleunigungssensors,
der auf der Fahrzeugkarosserie (nicht gezeigt) angeordnet ist, des
Motorlastsensors 41 zum Erfassen des Öffnungsgrads des Drosselventils
oder des Kurbelwinkelsensors 42 verwendet werden. Wenn
das Ergebnis bei Schritt 501 positiv ist, wird die Routine
bei Schritt 502 fortgesetzt, der Ventilkörper 71a in
eine teilweise umgangene Position bewegt. Die teilweise umgangene
Position liegt zwischen entweder der Abschaltposition oder der mittleren
Position und ist eine Position des Ventilkörpers 71a, der in 34 gezeigt ist.
Zu diesem Zeitpunkt umgeht das Abgas hauptsächlich den Partikelfilter 70,
jedoch strömt
nur eine geringe Menge des Abgases in den Partikelfilter 70 von
dem ersten Verbindungsabschnitt 72a, in dem die Reduziermittel-Zuführeinheit 78 angeordnet
ist. Anschließend
beginnt bei Schritt 504 die Reduziermittelzuführeinheit 78 mit
der Zufuhr des Reduziermittels. Somit strömt das zugeführte Reduziermittel mit der
geringen Menge Abgas in den Partikelfilter 70 und bewirkt,
daß das
Kraftstoff-Luftverhältnis des
Abgases in dem Partikelfilter fett ist. Somit setzt das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel
NOx frei, und das freigesetzte NOx wird unter Verwendung des Reduziermittels
desoxidiert. Es wird eine erforderliche Menge des Reduziermittels
gemäß der aktuellen
angenommenen Menge des in dem Partikelfilter absorbierten NOx bestimmt, um alle absorbierten NOx freizusetzen und sie zu desoxidieren. Bei
Schritt 504 wird bestimmt, ob die seit dem Start der Reduziermittelzufuhr
verstrichene Zeit (t1) eine Zeit (t1') erreicht, die gemäß dem erforderlichen, angenommenen
Reduziermittel eingestellt ist. Wenn das Ergebnis positiv ist, wird
bestimmt, daß die
erforderliche Menge NOx bereits zugeführt worden
ist. Dementsprechend wird die Routine bei Schritt 505 fortgesetzt,
und die Zufuhr des Reduziermittels wird gestoppt.
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Anschließend wird
bei Schritt 506 bestimmt, ob die seit dem Stopp der Zufuhr
des Reduziermittels (t2) verstrichene Zeit (t2') eine Zeit (t2') erreicht, die gemäß der Menge des zugeführten Reduziermittels eingestellt
ist. Wenn das Ergebnis negativ ist, kann das zugeführte Reduziermittel
bei Abnahme der Sauerstoffkonzentration in dem Partikelfilter und
bei Desoxidation des freigesetzten NOx ausreichend
verbraucht werden, und wenn somit die große Menge des Abgases durch
den Partikelfilter gelangt, wird ein Teil des Reduziermittels von
dem Partikelfilter mit dem Abgas abgeführt. Nur wenn das Ergebnis
bei Schritt 506 positiv ist, wird dementsprechend die Routine
bei Schritt 507 fortgesetzt und der Ventilkörper 71a in
eine der Absperrpositionen bewegt, bevorzugt in die andere Absperrposition,
die sich von der einen Absperrposition unterscheidet, bevor der
Ventilkörper
in die teilweise umgangene Position bewegt wird. Somit kann das
gesamte zugeführte
Reduziermittel bei der Verringerung der Sauerstoffkonzentration
in dem Partikelfilter und bei der Desoxidation des freigesetzten
NOx ohne Abführen des Reduziermittels verbraucht
werden.
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Bei
dem Ergebnis bei Schritt 508 hingegen, wird die Routine
bei Schritt 508 fortgesetzt, und es wird bestimmt, ob eine
Zeit (t3), in der eine Kraftstoffabschaltung nicht ausgeführt wird,
eine vorbestimmte Zeit (t3')
erreicht. Wenn das Ergebnis negativ ist, wird die Routine gestoppt.
Wenn das Ergebnis jedoch positiv ist, wird für lange Zeit keine Kraftstoffabschaltung
ausgeführt,
so daß die
Menge an NOx, die in dem Partikelfilter
absorbiert ist, sich vergrößert und sich
somit die NOx Absorptionsfähigkeit
des Partikelfilters 70 sättigen kann. Wenn dementsprechend
das Ergebnis bei Schritt 508 positiv ist, selbst wenn keine Kraftstoffabschaltung
ausgeführt
wird, werden die Prozeßschritte
bei den Schritten 502–507 obligatorisch
ausgeführt,
um das NOx von dem Partikelfilter freizusetzen.
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Wenn
eine Kraftstoffabschaltung ausgeführt wird oder eine Menge eines
eingespritzten Kraftstoffs sehr gering ist, ist die Temperatur des
Abgases gering. Dementsprechend ist es zu bevorzugen, daß das Abgas
zu diesem Zeitpunkt den Partikelfilter hauptsächlich umgeht, um die Temperatur
des Partikelfilters hoch zu halten und um die große Menge
an Partikeln beizubehalten, die oxidiert und entfernt werden können. Wie
vorstehend erwähnt,
setzt das vorstehende Aktivsauerstofffreisetzungsmittel nicht nur NOx frei, sondern auch eine große Menge
von aktivem Sauerstoff, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases angefettet
wird. Wenn ferner das Reduziermittel auf dem Partikelfilter brennt,
sorgt die Verbrennungswärme
dafür,
daß die
Temperatur des Partikelfilters ansteigt und somit die Menge der
Partikel, die oxidiert und entfernt werden können, zunimmt. Wenn restliche
und abgeschiedene Partikel auf dem Partikelfilter existieren, können sie
daher mit der Desoxidation und Reinigung des NOx zeitgleich
oxidiert und entfernt werden. Wenn ferner die Seite stromauf und
stromabwärts
des Partikelfilters umgekehrt wird, ist dies in bezug auf die Oxidation
der restlichen und abgeschiedenen Partikel von Vorteil, wie vorstehend erwähnt.
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Wenn
bei dem fünften
Flußdiagramm
eine Kraftstoffabschaltung ausgeführt wird oder eine Menge eines
eingespritzten Kraftstoffs sehr gering ist, wenn die angenommene
Menge von NOx, das in dem Partikelfilter
absorbiert ist, sehr gering ist, kann das absorbierte NOx nicht aus dem Partikelfilter freigesetzt
werden. Wenn das Fahrzeug hingegen sukzessive bei einer hohen Geschwindigkeit
fährt,
kann die angenommene Menge von NOx, das
in dem Partikelfilter absorbiert ist, die vorbestimmte Menge des
absorbierten NOx übersteigen, und somit wird
die NOx-Absorptionsfähigkeit des Partikelfilters 70 gesättigt.
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Um
dies zu verhindern, wird ein sechstes Flußdiagramm, das in 36 gezeigt
ist ausgeführt. Das
sechste Flußdiagramm
wird jeweils zu einer vorbestimmten Zeit wiederholt. Zunächst wird
bei Schritt 601 bestimmt, ob die angenommene Menge von NOx, das in dem Partikelfilter (AN) absorbiert
ist, größer ist
als die vorbestimmte Menge des absorbierten NOx (AN'). Wenn das Ergebnis
negativ ist, wird die Routine gestoppt. Wenn das Ergebnis positiv
ist, werden hingegen die Prozeßschritte 602–607 ausgeführt. Die
Prozeßschritte
der Schritte 602–607 sind den
Schritten 502–507 in
dem fünften
Flußdiagramm ähnlich.
Somit setzt der Partikelfilter NOx frei,
und das freigesetzte NOx kann desoxidiert
werden, und somit sättigt
sich die NOx-Absorptionsfähigkeit des Partikelfilters 70 nicht.
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37 zeigt
eine weitere Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases. In der Vorrichtung ist der
Partikelfilter 700' in
zwei Abschnitte 700a' und 700b' in der Richtung
der Abgasströmungsrichtung
unterteilt. Die Reduziermittelzuführeinheit 78' führt das
Reduziermittel in den Raum zwischen den beiden Abschnitten 700a' und 700b' des Partikelfilters 700'. In dem Raum
ist der Temperatursensor 79' ebenfalls
angeordnet, um eine Temperatur in dem Raum als die Temperatur in
dem Partikelfilter anzuordnen. In dieser Ausführungsform kann das Reduziermittel,
das von der Reduziermittelzuführeinheit 78' zugeführt wird,
bewirken, daß die Kraftstoff-Luftverhältnis-Bedingung
in dem Partikelfilter ohne die Abgasströmung fett ist. Daher kann in dem
fünften
Flußdiagramm
oder dem sechsten Flußdiagramm,
wenn das Reduziermittel zugeführt
wird, der Ventilkörper 71a in
die mittlere Position bewegt werden, wie in 37 gezeigt
ist. Somit ist es nicht erforderlich, daß der Ventilkörper 71a sich
in die teilweise umgangene Position bewegt. Dadurch kann die Steuerung
des Ventilkörpers
vereinfacht werden.
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38 zeigt
eine weitere Ausführungsform von
einer Vorrichtung zum Reinigen des Abgases. In der Vorrichtung sind
der erste Verbindungsabschnitt 72a'' und
der zweite Verbindungsabschnitt 72b'' miteinander
verbunden. In dem ersten Verbindungsabschnitt 72a'' ist ein erster Partikelfilter 700a'' angeordnet, und in dem zweiten
Verbin dungsabschnitt 72b'' ist ein zweiter
Partikelfilter 700b'' angeordnet. Die
Reduziermittelzuführeinheit 78'' ist in der Position angeordnet,
in der der erste Verbindungsabschnitt 72a'' und
der zweite Verbindungsabschnitt 72b'' miteinander
verbunden sind. In dieser Position ist der Temperatursensor 79'' zudem angeordnet, um eine Temperatur
in dieser Position als die Temperaturen des ersten und des zweiten
Partikelfilters zu erfassen. In dieser Ausführungsform kann das Reduziermittel,
das von der Reduziermittelzuführeinheit 78'' zugeführt wird, bewirken, daß die Kraftstoff-Luftverhältnis-Bedingungen
in dem ersten und dem zweiten Partikelfilter ohne die Abgasströmung fett
ist. Daher kann in dem fünften
Flußdiagramm
oder dem sechsten Flußdiagramm,
wenn das Reduziermittel zugeführt
wird, der Ventilkörper 71a sich
daher in die mittlere Position bewegen, wie in 38 gezeigt
ist. Somit ist es nicht erforderlich, daß der Ventilkörper 71a sich
in die teilweise umgangene Position bewegt. Dadurch kann die Steuerung
des Ventilkörpers
vereinfacht werden.
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Außerdem kann
der Dieselmotor dieser Ausführungsform
zwischen der Niedertemperaturverbrennung und der normalen Verbrennung
wechseln. Dies beschränkt
die vorliegende Erfindung nicht. Natürlich kann die vorliegende
Erfindung auch auf einen Dieselmotor angewendet werden, der nur
die normale Verbrennung durchführt,
oder auf einen Ottomotor, der Partikel emittiert.
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In
dieser Ausführungsform
trägt der
Partikelfilter selbst das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel, und aktiver
Sauerstoff, der vom Aktivsauerstofffreisetzungsmittel freigesetzt
wurde, oxidiert und entfernt die Partikel. Dies beschränkt die
vorliegende Erfindung jedoch nicht. Beispielsweise kann ein Partikel-Oxidationsmaterial,
wie aktiver Sauerstoff und NO2, das genauso
wie aktiver Sauerstoff wirkt, von einem Partikelfilter oder einem
Material, das auf diesem aufliegt, freigesetzt werden, oder kann
von außerhalb
des Partikelfilters in diesen strömen. Im Falle, daß das Partikel-Oxidationsmaterial
von außerhalb
des Partikelfilters in diesen strömt, können, wenn die erste Auffangfläche und
die zweite Auffangfläche
der Trennwand abwechselnd benutzt werden, um die Partikel aufzufangen,
auf einer Auffangfläche, die
sich nun an der stromabwärtigen
Seite des Abgases befindet, keine Partikel mehr an den zurückgebliebenen
Partikel abge schieden werden, und die zurückgebliebenen Partikel können allmählich durch das
Partikeloxidationsmaterial, das von der anderen Auffangoberfläche strömt, oxidiert
und entfernt werden, und somit werden die restlichen Partikel nach
einer gewissen Zeit vollständig
entfernt. Während
dieser Zeitspanne kann die andere Auffangfläche die Partikel auffangen,
und die aufgefangenen Partikel werden von dem Partikel-Oxidationsmaterial
auf der anderen Auffangfläche
oxidiert und entfernt. Somit können
die gleichen Wirkungen erzielt werden wie vorstehend erwähnt. Natürlich steigt,
wenn in diesem Fall die Temperatur des Partikelfilters steigt, die
Temperatur der Partikel selbst an und daher kann ihre Oxidierung
und Beseitigung erleichtert werden.
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Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen davon beschrieben
wurde, sollte klar sein, daß von
einem Fachmann zahlreiche Modifizierungen davon durchgeführt werden
können, ohne
vom Grundgedanken und Rahmen der Erfindung abzuweichen.