DE60119653T2

DE60119653T2 - Luftverdichtende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60119653T2
Application number: DE60119653T
Authority: DE
Inventors: Shizuo Toyota-shi Aichi-ken Sasaki; Kohei Toyota-shi Aichi-ken Igarashi; Hiroki Toyota-shi Aichi-ken Murata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-04
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: JP3546829B2; DE60119653D1; EP1195510B1; US20020038654A1; EP1195510A2; US6581372B2; EP1195510A3; JP2002115575A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftmaschinensystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik ist eine Verdichtungszündkraftmaschine mit einem NO_x-Absorptionsmittel bekannt, das in einem Kraftmaschinenabgaskanal angeordnet ist und NO_x absorbiert, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines einströmenden Abgases mager ist, und das das absorbierte NO_x löst, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder fett wird, wobei der Kraftstoff normalerweise bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis verbrannt wird, der das zu dieser Zeit erzeugte NO_x aufweist, das in dem NO_x-Absorptionsmittel absorbiert wird, und wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorübergehend fett gestaltet wird, wenn die NO_x-Menge, die in dem NO_x-Absorptionsmittel absorbiert wird, eine vorbestimmte zulässige Menge überschreitet, und wodurch es das NO_x aufweist, das aus dem NO_x-Absorptionsmittel gelöst und reduziert wird.
Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei einer Verdichtungszündkraftmaschine fett gestaltet wird, dann wird jedoch eine große Rußmenge erzeugt. Daher ist es äußerst schwierig, das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel dadurch zu lösen, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett gestaltet wird.
Fall andererseits die Rückführungsrate eines Abgasrückführungsgases (nachfolgend als „EGR-Gas" bezeichnet) (EGR-Gasmenge/(Lufteinlassmenge plus EGR-Gasmenge)), das heißt die EGR-Rate einer Verdichtungszündkraftmaschine mehr als 55 Prozent beträgt, dann wird die Verbrennungstemperatur abfallen, und es tritt eine sogenannte Niedrigtemperaturverbrennung auf. Dabei ist es bekannt, dass nahezu kein Ruß erzeugt wird, auch wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett gestaltet wird. Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Zeit der Niedrigtemperaturverbrennung auf diese Art und Weise fett gestaltet wird, dann ist es daher möglich, das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel ohne eine Erzeugung von Ruß zu lösen.
Diese Niedrigtemperaturverbrennung ist jedoch nur dann möglich, wenn die Kraftmaschinenlast niedrig ist. Wenn die Kraftmaschinenlast ansteigt, dann ist keine Niedrigtemperaturverbrennung möglich. Wenn die Kraftmaschinenlast hoch ist, dann ist es daher nicht möglich, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett zu gestalten, ohne dass Ruß erzeugt wird.
Aus dem Stand der Technik ist dementsprechend eine Verdichtungszündkraftmaschine bekannt, die mit einem Elektromotor zu Erzeugen einer Antriebsleistung versehen ist, die von der Antriebsleistung der Kraftmaschine getrennt ist, wobei die Kraftmaschinenlast für die Niedrigtemperaturverbrennung reduziert wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett gestaltet werden soll, wenn die Kraftmaschinenlast hoch ist, und wobei der Elektromotor zum Ausgleichen des Kraftmaschinenabgabeabfalls auf Grund des Abfalls der Kraftmaschinenlast betrieben wird (siehe die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift JP-11-257054).
Ein Elektromotor arbeitet jedoch nicht länger in korrekter Weise, wenn die elektrische Energiemenge abfällt, die in der Batterie zum Antreiben des Elektromotors gespeichert ist. Wenn die Menge der in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie abfällt, dann ist es daher notwenig, den Betrieb des Elektromotors zu stoppen. Bei der vorstehend genannten Verdichtungszündkraftmaschine wird jedoch die Menge der in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie überhaupt nicht berücksichtigt, so dass der Elektromotor manchmal nicht korrekt arbeiten wird, wenn der Elektromotor betrieben wird. In einem derartigen Fall tritt das Problem auf, dass die Antriebsleistung für das Fahrzeug stark abfällt.
EP-0 943 790 A2 offenbart ein gattungsgemäßes Kraftmaschinensystem mit einer Verdichtungszündkraftmaschine. Dieses gattungsgemäße System hat eine Verdichtungszündkraftmaschine, bei der eine erzeugte Rußmenge allmählich vermehrt wird und dann einen Spitzenwert aufweist, wenn eine Edelgasmenge in einer Brennkammer vermehrt wird, und bei der die Edelgasmenge in der Brennkammer weiter vermehrt wird, was zu einer Absenkung der Kraftstofftemperatur und des umgebenden Gases in der Brennkammer auf weniger als eine Rußerzeugungstemperatur führt, und daher wird fast kein Ruß mehr erzeugt, wobei die Kraftmaschine folgendes aufweist: einen Abgaskanal; ein NO_x-Absorptionsmittel, das in dem Abgaskanal angeordnet ist, wobei das NO_x-Absorptionsmittel NO_x absorbiert, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines einströmenden Abgases mager ist, und wobei es das absorbierte NO_x löst, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett oder zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird; eine Schalteinrichtung zum wahlweisen Schalten zwischen einer ersten Verbrennung, bei der die Menge des Edelgases in der Brennkammer größer als die Edelgasmenge ist, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert aufweist, und einer zweiten Verbrennung, bei der die Edelgasmenge in der Brennkammer kleiner als die Edelgasmenge ist, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert aufweist; einen Elektromotor zum Erzeugen einer Fahrzeugantriebsleistung, die von einer Antriebsleistung der Kraftmaschine getrennt ist; eine Batterie zum Antreiben des Elektromotors, eine Steuereinrichtung zum Durchführen der ersten Verbrennung, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer fett oder zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gestaltet wird, auch wenn die zweite Verbrennung durchgeführt werden soll, wenn NO_x oder SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel gelöst werden soll.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftmaschinensystem mit einer Verdichtungszündkraftmaschine vorzusehen, die NO_x und SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel unter Verwendung der Antriebsleistung eines Elektromotors korrekt lösen kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftmaschinensystem mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung ist so weiter gebildet, wie dies in den abhängigen Patentansprüchen definiert ist.
Die vorliegende Erfindung wird aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlich, die nachfolgend zusammen mit den beigefügten Zeichnungen aufgeführt wird, wobei:
1 zeigt eine Gesamtansicht einer Verdichtungszündkraftmaschine;
2 zeigt eine seitliche Schnittansicht des Kraftmaschinenkörpers;
3 zeigt eine Gesamtansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Verdichtungszündkraftmaschine;
4 zeigt eine Ansicht eines geforderten Momentes;
5 zeigt eine Ansicht der erzeugten Mengen von Rauch und NO_x;
6A und 6B zeigen Ansichten eines Verbrennungsdruckes;
7 zeigt eine Ansicht der Beziehung zwischen der erzeugten Rauchmenge und der EGR-Rate;
8 zeigt eine Ansicht der Beziehung zwischen der eingespritzten Kraftstoffmenge und der Menge eines Gasgemisches;
9A und 98 zeigen Ansichten der Gastemperatur etc. in einer Brennkammer;
10 zeigt eine Ansicht eines ersten Betriebsbereiches I und eines zweiten Betriebsbereiches II;
11 zeigt eine Ansicht des Öffnungsgrades eines Drosselventils etc.;
12 zeigt eine Ansicht des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses in dem ersten Betriebsbereich I;
13A und 13B zeigen Ansichten eines Kennfeldes einer Einspritzmenge etc.;
14A und 14B zeigen Ansichten eines Kennfeldes eines Sollöffnungsgrades eines Drosselventils etc.;
15 zeigt eine Ansicht eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bei einer zweiten Verbrennung etc.;
16A und 16B zeigen ein Kennfeld einer Einspritzmenge etc.;
17A und 17B zeigen Ansichten eines Sollöffnungsgrades eines Drosselventils etc.;
18A und 18B zeigen Ansichten eines Partikelfilters;
19A und 19B zeigen Ansichten zum Beschreiben einer Oxidationswirkung von Partikeln;
20A, 20B und 20C zeigen Ansichten zum Beschreiben einer Ablagerungswirkung von Partikeln;
21 zeigt eine Ansicht der Beziehung zwischen der Partikelmenge, die durch Oxidation beseitigt werden kann, und der Temperatur des Partikelfilters;
22 zeigt eine Ansicht eines Bereiches einer gleichzeitigen Verarbeitung von Partikeln und NO_x;
23A und 23B zeigen Ansichten eines Kennfeldes der NO_x-Absorptionsmenge pro Zeiteinheit;
24A und 24B zeigen Ansichten zum Beschreiben einer elektrischen Energie, die in einer Batterie gespeichert ist;
25A und 25B zeigen Ansichten eines geforderten Momentes;
26 zeigt eine Ansicht zum Beschreiben einer Einspritzsteuerung;
27 zeigt ein Flussdiagramm der Verarbeitung eines NO_x-Lösemerkers und eines SO_x-Lösemerkers;
28 und 29 zeigen Flussdiagramme der Steuerung eines Kraftmaschinenbetriebes;
30 zeigt ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispieles für eine SO_x-Löseverarbeitung;
31 zeigt eine Ansicht des geforderten Momentes;
32 zeigt ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispieles für eine SO_x-Löseverarbeitung;
33 zeigt eine Ansicht des geforderten Momentes;
34 und 35 zeigen Flussdiagramme eines dritten Ausführungsbeispieles für eine SO_x-Löseverarbeitung;
36 zeigt ein Flussdiagramm einer Beschleunigungs- und Verzögerungsverarbeitung; und
37 zeigt eine Ansicht eines Abgabemomentes, das durch einen Elektromotor zu erzeugen ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die 1 und die 2 zeigen den Fall einer Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Viertakt-Verdichtungszündkraftmaschine.
Unter Bezugnahme auf die 1 und die 2 bezeichnet 1 einen Kraftmaschinenkörper, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Zylinderkopf, 4 einen Kolben, 5 eine Brennkammer, 6 eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzvorrichtung, 7 eine Einlassventil, 8 einen Einlassanschluss, 9 ein Abgasventil und 10 einen Abgasanschluss. Der Einlassanschluss 8 ist durch ein entsprechendes Einlassrohr 11 mit dem Zwischenbehälter 12 verbunden. Der Zwischenbehälter 12 ist durch einen Einlasskanal 13 und einen Zwischenkühler 14 mit einem Auslass eines Verdichters 16 eines Turboladers verbunden, wie zum Beispiel ein Abgasturbolader 15. Der Einlass des Verdichters 16 Struktur durch einen Einlasskanal 17 und eine Luftdurchsatzmessvorrichtung 18 mit einer Luftreinigungsvorrichtung 19 verbunden. Ein Drosselventil 21 wird durch einen Schrittmotor 21 angetrieben, der in dem Einlasskanal 17 angeordnet ist.
Andererseits ist der Abgasanschluss 10 durch einen Abgastrimmer 22 mit einem Einlass einer Abgasturbine 23 des Abgasturboladers 15 verbunden. Der Auslass der Abgasturbine 23 ist mit einem Gehäuse 25 verbunden, das einen Partikelfilter 24 aufnimmt. Ein Abgasrohr 26, das mit dem Auslass des Gehäuses 25 verbunden ist, und der Einlasskanal 17 stromabwärts von dem Drosselventil 21 sind durch einen EGR-Kanal 27 miteinander verbunden. Im Inneren des EGR-Kanals 27 ist ein EGR-Steuerventil 29 angeordnet, das durch einen Schrittmotor 28 angetrieben wird. Des Weiteren ist im Inneren des EGR-Kanals 27 eine EGR-Kühlvorrichtung 30 zum Kühlen des EGR-Gases angeordnet, das im Inneren des EGR-Kanals 27 strömt. Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Kraftmaschinenkühlwasser im Inneren der EGR-Kühlvorrichtung 30 geleitet, wenn das EGR-Gas durch das Kraftmaschinenkühlwasser gekühlt wird.
Andererseits ist jede Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 durch ein Kraftstoffzuführungsrohr 31 mit dem Kraftstoffreservoir verbunden, das heißt eine Common-Rail 32. Der Kraftstoff wird zu der Common-Rail 32 von einer elektrisch gesteuerten variablen Kraftstoffauslasspumpe 33 zugeführt. Der Kraftstoff, der in die Common-Rail 32 zugeführt wird, wird durch jedes Kraftstoffzuführungsrohr 31 zu den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 6 zugeführt. Ein Kraftstoffdrucksensor 34 zum Erfassen des Kraftstoffdruckes in der Common-Rail 32 ist an der Common-Rail 32 angebracht. Die Auslassmenge der Kraftstoffauslasspumpe 33 wird auf der Grundlage des abgegebenen Signals von dem Kraftstoffdrucksensor 34 so gesteuert, dass der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 32 zu dem Sollkraftstoffdruck wird.
Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist andererseits die Abgabewelle der Kraftmaschine mit einem Getriebe 35 verbunden. Ein Elektromotor 37 ist mit einer Abgabewelle des Getriebes 35 verbunden. In diesem Fall ist es möglich, als das Getriebe 35 ein gewöhnliches Automatikgetriebe, das mit einem Momentenwandler versehen ist, verschiedene Bauarten von variablen Getrieben, ein Automatikgetriebe einer Bauart, die einen Betrieb einer automatischen Kupplung und einen Betrieb eines Gangwechsels bei einem Schaltgetriebe ermöglicht, das mit einer Kupplung versehen ist, oder ein Schaltgetriebe etc. zu verwenden.
Des Weiteren hat der Elektromotor 37, der mit der Abgabewelle 36 des Getriebes 35 verbunden ist, ein Antriebsleistungserzeugungsgerät zum Erzeugen einer Antriebsleistung, die von der Antriebsleistung der Kraftmaschine getrennt ist. Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel hat der Elektromotor 37 einen synchronen Wechselstrommotor, der mit einem Rotor 38 versehen ist, der an der Abgabewelle des Getriebes 35 angebracht ist und eine Vielzahl Dauermagnete aufweist, die an seinem Außenumfang angebracht sind, sowie mit einem Stator 38, der ein Erregerspule aufweist, die ein Drehfeld erzeugt. Die Erregerspule des Stators 39 ist mit einer Motorantriebssteuerschaltung 40 verbunden. Die Motorantriebssteuerschaltung 40 ist mit einer Batterie 41 verbunden, die eine hohe Gleichspannung erzeugt. Zwischen der Motorantriebssteuerschaltung 40 und der Batterie 41 ist eine Erfassungsvorrichtung 42 zum Erfassen einer elektrischen Batteriespannung und einer Batterieladung sowie eines Entladestromes angeordnet.
Die elektronische Steuereinheit 50 hat einen digitalen Computer, und sie hat einen Festwertspeicher (ROM) 52, einen Direktzugriffspeicher (RAM) 53, einen Mikroprozessor (CPU) 54, einen Eingabeanschluss 55 und einen Abgabeanschluss 56. Die abgegebenen Signale von der Luftdurchsatzmessvorrichtung 18, dem Kraftstoffdrucksensor 34 und der Erfassungsvorrichtung 42 werden durch entsprechende A/D-Wandler 57 in den Eingabeanschluss 55 eingegeben. Im Inneren des Abgasrohres 26 ist ein Temperatursensor 43 zum Erfassen der Abgastemperatur angeordnet. Das abgegebene Signal von dem Temperatursensor 43 wird durch den entsprechenden A/D-Wandler 57 in den Eingabeanschluss 55 eingegeben. Des Weiteren nimmt der Eingabeanschluss 55 als eine Eingabe verschiedene Signale auf, die einen Gang oder eine Übersetzung des Getriebes 35, eine Drehzahl der Abgabewelle 36, etc. ausdrücken.
Andererseits ist mit dem Beschleunigungspedal 44 ein Lastsensor 45 zum Erzeugen einer elektrischen Abgabespannung verbunden, die proportional zu dem Niederdrückungsbetrag L des Beschleunigungspedals 44 ist. Die abgegebene elektrische Spannung von dem Lastsensor 45 wird durch einen entsprechenden A/D-Wandler 57 in den Eingabeanschluss 55 eingegebenen. Des Weiteren ist mit dem Eingabeanschluss 55 ein Kurbelwinkelsensor 46 verbunden, um jedes Mal dann einen Abgabepuls zu erzeugen, wenn sich die Kurbelwelle zum Beispiel um 15 Grad dreht.
Andererseits ist mit dem Abgabeanschluss 56 durch eine entsprechende Antriebsschaltung 56 die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6, der Schrittmotor 20, das EGR-Steuerventil 28, die Kraftstoffpumpe 33, das Getriebe 35 und die Antriebssteuerschaltung 40 verbunden.
Die Stromversorgung in die Erregerspule des Stators 39 des Elektromotors 37 ist normal gestoppt. Dabei dreht sich der Rotor 38 zusammen mit der Abgabewelle 36 des Getriebes 37. Wenn der Elektromotor 27 andererseits angetrieben wird, dann wird die hohe Gleichspannung der Batterie 41 durch die Motorantriebssteuerschaltung 40 zu einem dreiphasigen Wechselstrom umgewandelt, der eine Frequenz fm und eine Stromstärke Im aufweist. Dieser dreiphasige Wechselstrom wird in die Erregerspule des Stators 39 eingespeist. Die Frequenz fm ist die Frequenz, die zum Erzeugen des Drehfeldes erforderlich ist, das durch die Erregerspule erzeugt wird, die sich synchron mit der Drehung des Rotors 38 dreht. Die Frequenz fm wird durch die CPU 54 auf der Grundlage der Drehzahl der Abgabewelle 36 berechnet. In der Motorantriebssteuerschaltung 40 wird die Frequenz fm zu der Frequenz eines dreiphasigen Wechselstromes gemacht.
Andererseits ist das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 im Wesentlichen proportional zu der Stromstärke Im des dreiphasigen Wechselstromes. Die Stromstärke Im wird durch die CPU 54 auf der Grundlage des geforderten abgegebenen Momentes von dem Elektromotor 37 berechnet. In der Motorantriebssteuerschaltung 40 wird die Stromstärke Im zu der Stromstärke des dreiphasigen Wechselstromes gemacht.
Wenn des Weiteren der Elektromotor in einem Zustand ist, bei dem er durch eine äußere Kraft angetrieben wird, dann wird der Elektromotor 37 als ein Generator betrieben. Die elektrische Leistung, die dabei erzeugt wird, wird in der Batterie 41 gespeichert. Durch die CPU 54 wird bestimmt, ob der Elektromotor 37 durch die äußere Kraft angetrieben werden soll oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der Elektromotor 37 durch die äußere Kraft anzutreiben ist, dann wird die Motorantriebssteuerschaltung 40 so betrieben, dass die durch den Elektromotor 37 erzeugte elektrische Leistung in der Batterie 41 gespeichert wird.
Die 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer Verdichtungszündkraftmaschine. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Getriebe 35 mit der Abgabewelle des Elektromotors 37 verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Rotor 38 des Elektromotors 37 an der Abgabewelle 47 der Kraftmaschine angebracht. Daher dreht sich der Rotor 38 zu jeder Zeit zusammen mit der Abgabewelle 47 der Kraftmaschine. Des Weiteren ist es auch bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, als das Getriebe 35 ein herkömmliches Automatikgetriebe, das mit einem Momentenwandler versehen ist, verschiedene Bauarten von variablen Getrieben, ein Automatikgetriebe einer Bauart, die einen Betrieb einer automatischen Kupplung und einen Betrieb eines Gangwechsels bei einem Schaltgetriebe ermöglicht, das mit einer Kupplung versehen ist, oder ein Schaltgetriebe zu verwenden.
Die Ordinate TQ in der 4 zeigt das geforderte Moment hinsichtlich der Kraftmaschine. Die Abszisse N zeigt die Kraftmaschinendrehzahl. Die durchgezogenen Linien zeigen die Beziehung zwischen dem geforderten Moment bei demselben Niederdrückungsbetrag des Beschleunigungspedals 44 und der Kraftmaschinendrehzahl N. Des Weiteren zeigt die durchgezogene Linie A in der 4, dass der Niederdrückungsbetrag des Beschleunigungspedals 44 Null beträgt, während die durchgezogene Linie B zeigt, dass der Niederdrückungsbetrag des Beschleunigungspedals 44 maximal ist. Der Niederdrückungsbetrag des Beschleunigungspedals 44 erhöht sich von der durchgezogenen Linie A zu der durchgezogenen Linie B. Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das geforderte Moment TQ gemäß dem Niederdrückungsbetrag L ds Beschleunigungspedals 44 und der Kraftmaschinendrehzahl N zunächst aus der Beziehung berechnet, die in der 4 gezeigt ist. Die Kraftstoffeinspritzmenge etc. werden auf der Grundlage des geforderten Momentes TQ berechnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun die Kraftmaschine bei einer Niedrigtemperaturverbrennung betrieben, wenn die Kraftmaschinenlast relativ gering ist, wobei nahezu kein Ruß erzeugt wird. Daher wird zunächst diese Niedrigtemperaturverbrennung beschrieben, bei der nahezu kein Ruß erzeugt wird.
Die 5 zeigt ein Beispiel eines Experimentes, das die Änderung des abgegebenen Momentes und die Änderung der Menge des ausgestoßenen Rauches, der Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxide und von NO_x zeigt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F (Abszisse in der 5) dadurch geändert wird, dass der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 und die EGR-Rate zur Zeit des Betriebes mit niedriger Last der Kraftmaschine geändert werden. Wie dies aus der 5 ersichtlich ist, wird die EGR-Rate bei diesem Experiment umso größer, je kleiner das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F ist. Bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ( = 14,6) oder weniger wird die EGR-Rate zumindest zu 65%.
Wie dies in der 5 gezeigt ist, wird die EGR-Rate ungefähr 40%, falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F dadurch verkleinert wird, dass die EGR-Rate erhöht wird. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F ungefähr 30 beträgt, dann startet eine Vermehrung der erzeugten Rauchmenge. Falls die EGR-Rate weiter angehoben wird, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner wird, dann erhöht sich als nächstes die Rauchmenge, die schnell erzeugt wird und dann einen Spitzenwert aufweist. Falls die EGR-Rate weiter angehoben wird und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner wird, dann wird als nächstes die Rauchmenge schnell verringert. Wenn die EGR-Rate zumindest 65% beträgt und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F ungefähr 15,0 beträgt, dann beträgt die erzeugte Rauchmenge im Wesentlichen Null. Es wird nämlich fast kein Ruß mehr erzeugt. Dabei fällt das abgegebene Moment von der Kraftmaschine etwas ab, und die erzeugte NO_x-Menge fällt beträchtlich ab. Andererseits startet eine Vermehrung der Mengen an Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden.
Die 6A zeigt die Änderungen des Verdichtungsdruckes in der Brennkammer 5, wenn die erzeugte Rauchmenge am größten ist, und zwar nahe einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F von 21. Die 6B zeigt die Änderungen des Verdichtungsdruckes in der Brennkammer 5, wenn die erzeugte Rauchmenge im Wesentlichen Null beträgt, und zwar nahe einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F von 18. Wie dies aus einem Vergleich der 6A mit der 6B ersichtlich ist, ist der Verdichtungsdruck in dem Fall niedriger, der in der 6B gezeigt ist, bei dem die erzeugte Rauchmenge im Wesentlichen Null beträgt, und zwar anders als in dem Fall, der in der 6A gezeigt ist, bei dem die erzeugte Rauchmenge groß ist.
Das Folgende ergibt sich aus den Ergebnissen des Experimentes, das in der 5 und in den 6A und 6B gezeigt ist. Wenn nämlich zunächst das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner als 15,0 beträgt und die erzeugte Rauchmenge im Wesentlichen Null beträgt, dann fällt die erzeugte NO_x-Menge beträchtlich ab, wie dies in der 5 gezeigt ist. Die Tatsache, dass die erzeugte NO_x-Menge abfällt, meint, dass die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 abfällt. Daher kann beschlossen werden, dass die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 niedriger wird, wenn nahezu kein Ruß erzeugt wird. Selbiges kann aus der 6B geschlossen werden. In dem Zustand, der in der 6B gezeigt ist, bei dem nahezu kein Ruß erzeugt wird, wird nämlich der Verdichtungsdruck niedriger, und daher wird die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 zu dieser Zeit niedriger.
Zweitens vermehren sich die Menge von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden, wenn die erzeugte Rauchmenge, das heißt die erzeugte Rußmenge im Wesentlichen Null beträgt. Dies bedeutet, dass die Kohlenwasserstoffe ausgestoßen werden, ohne dass sie zu Ruß umgewandelt werden. Wenn nämlich die geraden Kohlenwasserstoffketten und die aromatischen Kohlenwasserstoffe, die in dem Kraftstoff enthalten sind, hinsichtlich der Temperatur in einem sauerstoffarmen Zustand vermehrt werden, dann zerlegen sie sich auf Grund der Wärme, die aus der Erzeugung eines Vorläufers von Ruß resultiert. Als Nächstes wird Ruß erzeugt, der hauptsächlich aus festen Massen von Kohlenstoffatomen besteht. In diesem Fall ist der tatsächliche Prozess der Erzeugung des Rußes kompliziert. Es ist nicht klar, wie der Vorläufer des Rußes erzeugt wird, aber in jedem Fall wandeln sich die in dem Kraftstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffe durch den Vorläufer des Rußes in Ruß um. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wenn die erzeugte Rußmenge im Wesentlichen Null beträgt, vermehren sich daher die ausgestoßenen Mengen von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden, wie dies in der 5 gezeigt ist, aber die Kohlenwasserstoffe zu dieser Zeit sind ein Vorläufer von Ruß oder ein Zustand der Kohlenwasserstoffe davor.
Wenn diese Gedanke auf der Grundlage der Ergebnisse des in der 5 und in den 6A und 6B gezeigten Experimenten zusammengefasst werden, wenn die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 niedrig ist, dann beträgt die erzeugte Rußmenge im Wesentlichen Null. Zu dieser Zeit wird ein Vorläufer von Ruß oder ein Zustand der Kohlenwasserstoffe davor aus der Brennkammer 5 ausgestoßen. Weiter detaillierte Experimente und Studien wurden hierfür durchgeführt. Infolgedessen wurde gelernt, dass der Prozess zum Umwandeln von Ruß während er so gestoppt wird, wenn die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um den Kraftstoff in der Brennkammer 5 unter einer bestimmten Temperatur ist, das heißt, es wird überhaupt kein Ruß erzeugt, und dass Ruß erzeugt wird, wenn die Temperatur des Kraftstoffes und seiner Umgebung in der Brennkammer 5 größer als eine bestimmte Temperatur wird.
Die Temperatur des Kraftstoffes und seiner Umgebung ändert sich in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren wie zum Beispiel die Art des Kraftstoffes, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das Verdichtungsverhältnis, wenn der Prozess der Erzeugung der Kohlenwasserstoffe in dem Zustand des Vorläufers des Rußes gestoppt wird, das heißt über der bestimmten Temperatur, so dass nicht gesagt werden kann, wie viel Grad sie beträgt, aber diese bestimmte Temperatur hat eine feste Beziehung mit der erzeugten NO_x-Menge. Daher kann diese bestimmte Temperatur auf ein bestimmtes Grad auf der erzeugten NO_x-Menge definiert werden. Je größer die EGR-Rate ist, desto niedriger wird nämlich die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases, das diesen umgibt, und zwar zur Zeit der Verbrennung, und desto weniger wird die erzeugte NO_x-Menge. Zu dieser Zeit wird nahezu kein Ruß mehr erzeugt, wenn die erzeugte NO_x-Menge ungefähr 10 ppm oder weniger beträgt. Daher passt die vorstehend beschriebene bestimmte Temperatur im Wesentlichen zu jener Temperatur, bei der die erzeugte NO_x-Menge 10 ppm oder weniger beträgt.
Wird Ruß ein Mal erzeugt, dann ist es unmöglich, diesen durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators mit einer Oxidationswirkung etc. zu beseitigen. Im Gegensatz dazu kann ein Vorläufer von Ruß oder ein Zustand der Kohlenwasserstoffe davor in einfacher Weise durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators mit einer Oxidationswirkung etc. beseitigt werden. Hinsichtlich der Nachbehandlung durch einen Katalysator mit einer Oxidationswirkung etc. ist es ein äußerst großer Unterschied zwischen den Kohlenwasserstoffen, die aus der Brennkammer 5 in der Form eines Vorläufers von Ruß oder in eines Zustand davor ausgestoßen werden, oder den Kohlenwasserstoffen, die aus der Brennkammer 5 in der Form von Ruß ausgestoßen werden.
Nun ist zum Stoppen der Umwandlung der Kohlenwasserstoffe in dem Zustand vor der Erzeugung von Ruß erforderlich, die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen zur Zeit der Verbrennung in der Brennkammer 5 auf eine Temperatur zu beschränken, die kleiner als jene Temperatur ist, bei der der Ruß erzeugt wird. In diesem Fall wurde gelernt, dass die Wärmeabsorptionswirkung des Gases um den Kraftstoff zur Zeit der Verbrennung des Kraftstoffes eine äußerst große Wirkung beim Beschränken der Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen hat.
Fall nämlich lediglich Luft um den Kraftstoff ist, dann wird der verdampfte Kraftstoff unmittelbar mit dem Sauerstoff in der Luft reagieren und verbrennen. In diesem Fall steigt die Temperatur der Luft nicht so sehr an, die von dem Kraftstoff entfernt ist. Nur die Temperatur um den Kraftstoff wird örtlich sehr hoch. Zu dieser absorbiert die Luft, die von dem Kraftstoff entfernt ist, nämlich nicht so viel Verbrennungswärme des Kraftstoffes. Da in diesem Fall die Verbrennungstemperatur örtlich sehr hoch wird, erzeugen jene nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe Ruß, die die Verbrennungswärme aufnehmen.
Wenn andererseits Kraftstoff in einem Gasgemisch mit einer großen Edelgasmenge und einer kleinen Luftmenge vorhanden ist, dann ist die Situation etwas anders. In diesem Fall dispergiert der verdampfte Kraftstoff in der Umgebung und reagiert mit dem Sauerstoff, der in dem Edelgasgemisch ist, so dass er verbrennt. In diesem Fall wird die Verbrennungswärme durch das umgebende Edelgas absorbiert, so dass die Verbrennungstemperatur nicht mehr so stark ansteigt. Es ist nämlich möglich, die Verbrennungstemperatur niedrig zu halten. Da Vorhandensein des Edelgases spielt nämlich eine wichtige Rolle beim Beschränken der Verbrennungstemperatur. Es ist möglich, die Verbrennungstemperatur durch die Wärmeabsorptionswirkung des Edelgases niedrig zu halten.
In diesem Fall ist eine Edelgasmenge erforderlich, die zum Absorbieren einer Wärmemenge ausreicht, die zum Absenken der Temperatur genügt, um die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen auf eine Temperatur zu beschränken, die kleiner als die Temperatur ist, bei der der Ruß erzeugt wird. Falls die Kraftstoffmenge vermehrt wird, dann vermehrt sich zusammen damit die erforderliche Edelgasmenge. In diesem Fall ist zu beachten, dass die spezifische Wärme des Edelgases umso größer ist, je stärker die Wärmeabsorptionswirkung ist. Daher ist das Edelgas vorzugsweise ein Gas mit einer großen spezifischen Wärme. Da CO₂ und das EGR-Gas relativ große spezifische Wärmen aufweisen, kann diesbezüglich gesagt werden, dass die Verwendung von CO₂ oder des EGR-Gas als das Edelgas vorzuziehen ist.
Die 7 zeigt die Beziehung zwischen der EGR-Rate und dem Rauch, wenn der Kühlgrad des EGR-Gases unter Verwendung des EGR-Gases als ein Edelgas geändert wird. In der 7 zeigt nämlich die Kurve A den Fall einer Zwangskühlung des EGR-Gases, um die Temperatur des EGR-Gases auf ungefähr 90°C aufrecht zu erhalten, die Kurve B zeigt den Fall einer Kühlen des EGR-Gases durch eine kleine Kühlvorrichtung, und die Kurve C zeigt den Fall, bei dem das EGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird.
Wie dies durch die Kurve A in der 7 gezeigt ist, wenn das EGR-Gas zwangsgekühlt wird, dann hat die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert, wenn die EGR-Rate geringfügig kleiner als 50% wird. In diesem Fall wird fast kein Ruß mehr erzeugt, wenn die EGR-Rate wenigstens ungefähr 55% beträgt.
Wie dies durch die Kurve B in 7 gezeigt ist, wenn das EGR-Gas geringfügig gekühlt wird, dann hat die erzeugte Rußmenge einerseits einen Spitzenwert, wenn die EGR-Rate geringfügig größer als 50% wird. In diesem Fall wird fast kein Ruß mehr erzeugt, wenn die EGR-Rate zumindest ungefähr 65% beträgt.
Wie dies durch die Kurve C in der 7 gezeigt ist, wenn das EGR-Gas des Weiteren nicht zwangsgekühlt wird, dann hat die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert, wenn die EGR-Rate ungefähr 55% beträgt. In diesem Fall wird fast kein Ruß mehr erzeugt, wenn die EGR-Rate zumindest ungefähr 70% beträgt.
Es ist zu beachten, dass die 7 die erzeugte Rauchmenge zeigt, wenn die Kraftmaschinenlast relativ hoch ist. Wenn die Kraftmaschinenlast niedriger wird, dann fällt die EGR-Rate ein wenig ab, bei der die erzeugte Rußmenge den Spitzenwert zeigt, und die untere Grenze der EGR-Rate fällt auch ein wenig ab, bei der fast kein Ruß mehr erzeugt wird. Auf diese Art und Weise ändert sich die untere Grenze der EGR-Rate, bei der fast kein Ruß mehr erzeugt wird, gemäß dem Kühlgrad des EGR-Gases und der Kraftmaschinenlast.
Die 8 zeigt die Menge des Gasgemisches des EGR-Gases und der Luft, das Verhältnis der Luft in dem Gasgemisch und das Verhältnis des EGR-Gases in dem Gasgemisch, das dazu erforderlich ist, dass die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen zur Zeit der Verbrennung eine Temperatur wird, die kleiner als jene Temperatur ist, bei der der Ruß erzeugt wird, und zwar im Falle einer Verwendung des EGR-Gases als das Edelgas. Es ist zu beachten, dass in der 8 die Ordinate die gesamte Sauggasmenge zeigt, die in die Brennkammer 5 eingelassen wird. Die gestrichelte Linie Y zeigt die gesamte Sauggasmenge, die in die Brennkammer 5 eingelassen werden kann, wenn kein Ladebetrieb durchgeführt wird. Des Weiteren zeigt die Abszisse das geforderte Moment.
Unter Bezugnahme auf die 8 zeigt das Luftverhältnis, das heißt die Luftmenge in dem Gasgemisch, die Luftmenge, die dazu erforderlich ist, dass der eingespritzte Kraftstoff vollständig verbrannt wird. In dem Fall, der in der 8 gezeigt wird, wird nämlich das Verhältnis der Luftmenge und der eingespritzten Kraftstoffmenge zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. In der 8 zeigt andererseits das EGR-Gasverhältnis, das heißt die EGR-Gasmenge in dem Gasgemisch, die minimale EGR-Gasmenge, die dazu erforderlich ist, dass die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen zu einer Temperatur wird, die kleiner als jene Temperatur ist, bei der der Ruß erzeugt wird. Diese EGR-Gasmenge wird hinsichtlich der EGR-Rate von ungefähr zumindest 55% ausgedrückt, und bei dem Ausführungsbeispiel, das in der 8 gezeigt ist, beträgt sie mindestens 70%. Falls nämlich die Gesamtmenge des Sauggases, die in die Brennkammer 5 eingelassen wird, auf der durchgezogenen Linie X in der 8 liegt, und das Verhältnis zwischen der Luftmenge und der EGR-Gasmenge in der gesamten Sauggasmenge X zu dem Verhältnis wird, das in der 8 gezeigt ist, dann wird die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen zu einer Temperatur, die kleiner als jene Temperatur ist, bei der der Ruß erzeugt wird, und daher wird fast kein Ruß mehr erzeugt. Des Weiteren beträgt die NO_x-Menge, die zu dieser Zeit erzeugt wird, ungefähr 10 ppm oder weniger, und daher wird die erzeugte NO_x-Menge äußerst klein.
Falls die Kraftstoffeinspritzmenge vermehrt wird, dann erhöht sich die Wärmemenge, die zur Zeit der Verbrennung erzeugt wird, so dass die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen auf eine Temperatur aufrecht erhalten wird, die kleiner ist als jene Temperatur, bei der der Ruß erzeugt wird, und die Wärmemenge muss erhöht werden, die durch das EGR-Gas absorbiert wird. Wie dies in der 8 gezeigt wird, muss daher die EGR-Gasmenge umso stärker vermehrt werden, je größer die eingespritzte Kraftstoffeinspritzmenge ist. Die EGR-Gasmenge muss nämlich vermehrt werden, wenn sich die geforderte Last vergrößert.
Es ist zu beachten, dass die obere Grenze der gesamten Sauggasmenge Y beträgt, die in die Brennkammer 5 eingelassen wird, wenn kein Ladebetrieb durchgeführt wird. Daher kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Bereich der 8, in dem das geforderte Moment größer als L₀ ist, nicht auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrecht erhalten werden, es sein denn, das EGR-Gasverhältnis wird reduziert, wenn das geforderte Moment größer wird. Wenn kein Ladebetrieb durchgeführt wird, falls es erwünscht ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Bereich aufrecht zu erhalten, in dem das geforderte Moment größer als L₀ ist, dann fällt die EGR-Rate anders gesagt ab, wenn das geforderte Moment größer wird, und daher kann in dem Bereich, in dem das geforderte Moment größer als L₀ ist, die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen nicht längere auf eine Temperatur aufrecht erhalten werden, die kleiner als ist als jene Temperatur, bei der der Ruß erzeugt wird.
Es ist zu beachten, wie dies in der 1 und in der 3 gezeigt ist, falls das EGR-Gas durch den EGR-Kanal 27 zu der Einlassseite des Turboladers rückgeführt wird, das heißt in dem Einlasskanal 17 stromaufwärts von dem Verdichter 16 des Abgasturboladers 15, dass es möglich ist, die EGR-Rate auf 55% oder mehr wie zum Beispiel auf 70% in dem Bereich aufrecht zu erhalten, in dem die geforderte Last größer als L₀ ist, und daher ist es möglich, die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases von diesem auf eine Temperatur aufrecht zu erhalten, die kleiner ist als jene Temperatur, bei der der Ruß erzeugt wird. Falls nämlich das EGR-Gas so rückgeführt wird, dass die EGR-Rate in dem Einlasskanal 17 zum Beispiel 70% beträgt, dann wird die EGR-Rate des Sauggases, das einen erhöhten Druck durch den Verdichter 16 des Abgasturboladers 15 hat, ebenfalls 70% betragen, und daher ist es möglich, die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen auf eine Temperatur aufrecht zu erhalten, die kleiner ist als jene Temperatur, bei der der Ruß erzeugt wird, und zwar auf eine Maß, durch das der Druck durch den Verdichter 16 angehoben werden kann. Daher ist es möglich, den Arbeitsbereich der Kraftmaschine zu erweitern, bei dem die Niedrigtemperaturverbrennung bewirkt werden kann.
In diesem Fall ist zu beachten, dass das EGR-Steuerventil 29 vollständig geöffnet werden soll, und dass das Drosselventil 21 ein wenig geschlossen werden soll, wenn die EGR-Rate auf zumindest 55% in dem Bereich eingestellt wird, in dem das geforderte Moment größer als L₀ ist.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, zeigt die 8 den Fall einer Kraftstoffverbrennung bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Auch wenn die Luftmenge kleiner als die Luftmenge ist, die in der 8 gezeigt ist, auch wenn nämlich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett gestaltet wird, ist es möglich, die Erzeugung von Ruß zu behindern und die erzeugte NO_x-Menge auf ungefähr 10 ppm oder weniger zu setzen. Auch wenn die Luftmenge größer als die Luftmenge ist, die in der 8 gezeigt ist, wenn nämlich der Durchschnittswert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit 17 bis 18 mager ist, ist es des Weiteren möglich, die Erzeugung von Ruß zu behindern und die erzeugte NO_x-Menge auf ungefähr 10 ppm oder weniger einzustellen.
Wenn nämlich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett gestaltet wird, dann wird der Kraftstoff überschüssig, da aber die Kraftstofftemperatur auf eine niedrige Temperatur unterdrückt wird, wird der überschüssige Kraftstoff nicht in Ruß umgewandelt, und daher wird fast niemals Ruß erzeugt. Des Weiteren wird zu dieser Zeit nur eine äußerst kleine NO_x-Menge erzeugt. Wenn andererseits das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, oder wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, dann wird eine kleine Rußmenge erzeugt, falls die Verbrennungstemperatur höher wird, aber bei dem Verbrennungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird die Verbrennungstemperatur auf eine niedrige Temperatur unterdrückt, so dass fast kein Ruß erzeugt wird. Des Weiteren wird nur eine äußerst kleine NO_x-Menge erzeugt.
Auf diese Art und Weise wird zur Zeit der Niedrigtemperaturverbrennung ungeachtet des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das heißt ungeachtet dessen, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist oder das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, oder ob das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, nahezu kein Ruß erzeugt, und die erzeugte NO_x-Menge wird äußerst klein. Angesichts der Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit kann daher gesagt werden, dass es vorzuziehen ist, das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager zu gestalten.
Zur Zeit der Niedrigtemperaturverbrennung wird andererseits die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen niedriger, aber die Temperatur des Abgases steigt an. Dies wird unter Bezugnahme auf die 9A und 9B beschrieben.
Die durchgezogene Linie in der 9A zeigt die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Gastemperatur Tg in der Brennkammer 5 und dem Kurbelwinkel, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird. Die gestrichelte Linie in der 9A zeigt die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Gastemperatur Tg in der Brennkammer 5 und dem Kurbelwinkel, wenn die gewöhnliche Verbrennung durchgeführt wird. Des Weiteren zeigt die durchgezogene Linie in der 9B die Beziehung zwischen der Temperatur Tf des Kraftstoffes und des Gases um diesen und dem Kurbelwinkel, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird. Die durchgezogene Linie in der 9B zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur Tf des Kraftstoffes und des Gases um diesen und den Kurbelwinkel, wenn die gewöhnliche Verbrennung durchgeführt wird.
Wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, dann wird die EGR-Gasmenge verglichen mit jenem Fall größer, wenn die gewöhnliche Verbrennung durchgeführt wird, und daher wird vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes, das heißt während des Verdichtungshubes die durchschnittliche Temperatur Tg des Gases zur Zeit der Niedrigtemperaturverbrennung, die durch die durchgezogene Linie gezeigt ist, höher als die durchschnittliche Temperatur Tg des Gases zur Zeit der gewöhnlichen Verbrennung, die durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, wie dies in der 9A gezeigt ist. Zu dieser Zeit ist zu beachten, dass die Temperatur Tf des Kraftstoffes und des Gases um diesen im Wesentlichen die selbe Temperatur wie die durchschnittliche Temperatur Tg des Gases ist, wie dies in der 9B gezeigt ist.
Als Nächstes wird die Verbrennung nahe dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes gestartet, aber wenn in diesem Fall die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, wie dies durch die durchgezogene Linie in der 9B gezeigt ist, dann wird die Temperatur Tf des Kraftstoffes und des Gases um diesen auf Grund der Wärmeabsorptionswirkung des EGR-Gases nicht so hoch. Wenn im Gegensatz dazu die gewöhnliche Verbrennung durchgeführt wird, wie dies durch die gestrichelte Linie in der 9B gezeigt ist, dann wird die Temperatur Tf des Kraftstoffes und des Gases um diesen auf Grund des Vorhandenseins einer großen Sauerstoffmenge um den Kraftstoff äußerst hoch. Wenn die gewöhnliche Verbrennung auf diese Art und Weise durchgeführt wird, dann wird die Temperatur Tf des Kraftstoffes und des Gases um diesen beträchtlich höher, als wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, aber die Temperatur des restlichen Gases, das den Hauptbestandteil bildet, wird niedriger, wenn die herkömmliche Verbrennung durchgeführt wird, wenn dies mit jenem Fall verglichen wird, bei dem Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird. Wie dies in der 9A gezeigt ist, wird daher die durchschnittliche Temperatur Tg des Gases in der Brennkammer 5 nahe dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes höher, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, wenn dies mit jenem Fall verglichen wird, bei dem gewöhnliche Verbrennung durchgeführt wird. Wie dies in der 9A gezeigt ist, wird infolgedessen die Temperatur des nichtverbrannten Gases in der Brennkammer 5 nach dem Ende der Verbrennung höher, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, wenn dies mit jenem Fall verglichen wird, bei dem gewöhnliche Verbrennung durchgeführt wird. Falls die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, dann steigt die Temperatur des Abgases daher an.
Es ist jedoch nur möglich, die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen auf die Temperatur der Verbrennung in der Brennkammer auf weniger als jene Temperatur zu unterdrücken, bei der die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe im Laufe der Zeit bei einem relativ niedrigen Kraftmaschinenlastbetrieb gestoppt wird, bei dem die durch die Verbrennung erzeugte Wärmemenge relativ gering ist. Dementsprechend wird bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wenn die Kraftmaschine bei mittlerer oder niedriger Last betrieben wird, die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases um diesen auf weniger als jene Temperatur unterdrückt, bei der die Umwandlung der Kohlenwasserstoffe währenddessen gestoppt wird, und eine erste Verbrennung durchgeführt wird, das heißt eine Niedrigtemperaturverbrennung. Wenn die Kraftmaschine bei einer hohen Last betrieben wird, dann wird eine zweite Verbrennung durchgeführt, das heißt die gewöhnlich durchgeführte normale Verbrennung. Bei der ersten Verbrennung ist zu beachten, dass die erste Verbrennung, das heißt die Niedrigtemperaturverbrennung, soweit dies aus der bisherigen Beschreibung klar ist, eine Verbrennung meint, bei der die Edelgasmenge in der Brennkammer größer ist als die Edelgasmenge, wenn die erzeugte Menge des Rußes einen Spitzenwert hat und bei der nahezu kein Ruß erzeugt wird, während die zweite Verbrennung, das heißt die herkömmliche normal durchgeführte Verbrennung eine Verbrennung meint, bei der die Edelgasmenge in der Brennkammer kleiner ist als die Edelgasmenge, bei der die erzeugte Menge des Rußes einen Spitzenwert aufweist. Die 10 zeigt einen ersten Betriebsbereich I, bei dem die erste Verbrennung, das heißt die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, und einen zweiten Betriebsbereich II, bei dem die zweite Verbrennung durchgeführt wird, das hießt die Verbrennung durch das herkömmliche Verbrennungsverfahren. Es ist zu beachten, dass in der 10 die Abszisse TQ das geforderte Moment zeigt, und dass die Ordinate N die Kraftmaschinendrehzahl zeigt. Des Weiteren zeigt in der 10 X(N) eine erste Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II, während Y(N) eine zweite Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II zeigt. Die Änderung des Betriebsbereiches von dem ersten Betriebsbereich I zu dem zweiten Betriebsbereich II wird auf der Grundlage der ersten Grenze X(N) bestimmt, während die Änderung des Betriebsbereiches von dem zweiten Betriebsbereich II zu dem ersten Betriebsbereich I auf der Grundlage der zweiten Grenze Y(N) bestimmt wird.
Wenn die Kraftmaschine in dem Zustand des ersten Betriebsbereiches I betrieben wird und die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, falls das geforderte Moment TQ die erste Grenze X(N) überschreitet, die eine Funktion der Kraftmaschinendrehzahl N ist, dann wird nämlich bestimmt, dass der Betriebsbereich zu dem zweiten Betriebsbereich II gewechselt ist und dass die Verbrennung durch das herkömmliche Verbrennungsverfahren durchgeführt wird. Wenn das geforderte Moment TQ unter die zweite Grenze Y(N) fällt, die eine Funktion der Kraftmaschinendrehzahl N ist, dann wird als Nächstes bestimmt, dass der Betriebsbereich zu dem ersten Betriebsbereich I gewechselt ist und dass die Niedrigtemperaturverbrennung erneut durchgeführt wird.
Die beiden Grenzen, nämlich die erste Grenze X(N) und die zweite grenze Y(N) an der Seite einer niedrigeren Last von der ersten Grenze X(N) sind aus den folgenden beiden Gründen vorgesehen. Der erste Grund ist, dass bei der Seite einer hohen Last des zweiten Betriebsbereiches II die Verbrennungstemperatur relativ hoch ist, und dass die Niedrigtemperaturverbrennung nicht sofort durchgeführt werden kann, auch wenn das geforderte Moment TQ kleiner wird als die erste Grenze X(N) zu dieser Zeit. Außer das geforderte Moment TQ wird äußerst niedrig, das heißt es wird niedriger als die zweite Y(N), kann die Niedrigtemperaturverbrennung nämlich nicht sofort gestartet werden. Der zweite Grund ist die Bereitstellung einer Hysterese hinsichtlich der Änderung der Betriebsbereiche zwischen dem ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II. Als Nächstes wird eine Steuerung des Betriebes in dem ersten Betriebsbereich I und in dem zweiten Betriebsbereich II unter Bezugnahme auf die 11 beschrieben.
Die 11 zeigt den Öffnungsgrad des Drosselventils 21, den Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29, die EGR-Rate, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die Einspritzzeitgebung und die Einspritzmenge hinsichtlich des geforderten Momentes TQ. Wie dies in der 11 gezeigt ist, wird in dem ersten Betriebsbereich I mit dem niedrigen geforderten Moment TQ der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 von ungefähr dem vollständig geschlossenen Zustand zu dem 2/3-geöfneten Zustand allmählich vergrößert, wenn das geforderte Moment TQ größer wird, während der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 von dem ungefähr vollständig geschlossenen Zustand zu dem vollständig geöffneten Zustand allmählich vergrößert wird, wenn das geforderte Moment TQ größer wird. Bei dem in der 11 gezeigten Beispiel wird die EGR-Rate des Weiteren in dem ersten Betriebsbereich I auf ungefähr 70% eingestellt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird zu einem geringfügig mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis gestaltet.
In dem ersten Betriebsbereich I werden der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 anders gesagt so gesteuert, dass die EGR-Rate ungefähr 70% beträgt, und dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein geringfügig mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird. In dem ersten Betriebsbereich I wird des Weiteren der Kraftstoff vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes TDC eingespritzt. In diesem Fall wird die Einspritzstartzeit ΘS später, je größer das geforderte Moment TQ wird. Die Einspritzendzeit ΘE wird auch später, je später die Einspritzstartzeit ΘS wird.
Während des Leerlaufbetriebes ist zu beachten, dass das Drosselventil 21 ungefähr zu dem vollständig geschlossenen Zustand eingestellt wird. Dabei wird das EGR-Steuerventil 29 auch auf ungefähr den vollständig geschlossenen Zustand eingestellt. Falls das Drosselventil 21 so geschlossen wird, dass es ungefähr in dem vollständig geschlossenen Zustand ist, dann wird der Druck in der Brennkammer 5 bei dem Start der Verdichtung niedrig, so dass der Verdichtungsdruck niedrig wird. Fall der Verdichtungsdruck niedrig wird, dann wird die Verdichtungsarbeit durch den Kolben 4 klein, so dass die Schwingungen des Kraftmaschinenkörpers 1 geringer werden. Während des Leerlaufbetriebes kann das Drosselventil 21 nämlich so geschlossen werden, dass es ungefähr in dem vollständig geschlossenen Zustand ist, um die Schwingungen in dem Kraftmaschinenkörper 1 zu unterdrücken.
Wenn sich der Kraftmaschinenbetriebszustand andererseits von dem ersten Betriebsbereich I zu dem zweiten Betriebsbereich II ändert, dann wird der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 so eingestellt, dass er sich in Schritten von dem 2/3-geöffneten Zustand zu dem vollständig geöffneten Zustand vergrößert. Zu dieser Zeit wird die EGR-Rate so eingestellt, dass sie sich in Schritten von ungefähr 70% auf nicht mehr als 40% reduziert, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird in Schritten vergrößert, und zwar bei dem in der 11 gezeigten Beispiel. Da die EGR-Rate über jenen Bereich der EGR-Rate springt, bei dem eine große Rauchmenge erzeugt wird (7), wird die große Rauchmenge nämlich nicht länger erzeugt, wenn sich der Kraftmaschinenbetriebsbereich von dem ersten Betriebsbereich I zu dem zweiten Betriebsbereich II ändert.
In dem zweiten Betriebsbereich II wird die zweite Verbrennung durchgeführt, nämlich die herkömmlich durchgeführte Verbrennung. Bei diesem Verbrennungsverfahren wird etwas Ruß und NO_x erzeugt, aber der Wärmewirkungsgrad ist größer als bei der Niedrigtemperaturverbrennung, und daher wird die Einspritzmenge in Schritten reduziert, wenn sich der Kraftmaschinenbetriebsbereich von dem ersten Betriebsbereich I zu dem zweiten Betriebsbereich II ändert, wie dies in der 11 gezeigt ist. Bei dem zweiten Betriebsbereich II wird das Drosselventil 21 außer in einigen Fällen in dem vollständig geöffneten Zustand gehalten, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird kleiner eingestellt, je größer das geforderte Moment TQ wird. Bei dem zweiten Betriebsbereich II wird des Weiteren die EGR-Rate niedriger, wenn das geforderte Moment TQ größer wird, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird kleiner, wenn das geforderte Moment TQ größer wird. Auch wenn das geforderte Moment TQ hoch wird, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis jedoch auf ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis gestaltet. Des Weiteren wird in dem zweiten Betriebsbereich II die Einspritzstartzeit ΘS nahe dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes TDC eingestellt.
Die 12 zeigt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F in dem ersten Betriebsbereich I. In der 12 zeigen die Kurven, die durch A/F = 15,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 gezeigt sind, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 15,5, 16, 17 und 18 beträgt. Die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse der Kurven werden durch eine proportionale Verteilung bestimmt. Wie dies in der 12 gezeigt ist, ist in dem ersten Betriebsbereich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager. Des Weiteren wird in dem ersten Betriebsbereich I das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F mager, je kleiner das geforderte Moment TQ wird.
Je kleiner das geforderte Moment TQ wird, umso kleiner wird nämlich die durch die Verbrennung erzeugte Wärmemenge. Je kleiner das geforderte Moment TQ wird, umso stärker kann dementsprechend die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt werden, auch wenn die EGR-Rate abgesenkt ist. Falls die EGR-Rate abgesenkt ist, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis größer. Wie dies in der 12 gezeigt ist, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F daher größer, wenn das geforderte Moment TQ kleiner wird. Je größer das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F wird, umso stärker wird die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessert. Um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis daher so mager wie möglich zu gestalten, wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F größer, wenn das geforderte Moment TQ kleiner wird.
Die Einspritzmenge Q in dem ersten Betriebsbereich I wird in dem ROM 52 in der Gestalt eines Kennfeldes als eine Funktion des geforderten Momentes TQ und der Kraftmaschinendrehzahl N im Voraus gespeichert, wie dies in der 13A gezeigt ist. Die Einspritzstartzeit θS in dem ersten Betriebsbereich I, wie sie in der 13B gezeigt ist, wird in dem ROM 52 in der Gestalt eines Kennfeldes als eine Funktion des geforderten Momentes TQ und der Kraftmaschinendrehzahl N im Voraus gespeichert.
Der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21, der zum Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F erforderlich ist, wie es in der 12 gezeigt ist, und zwar gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand, und der zum Einstellen der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand erforderlich ist, wird des Weiteren im Voraus in dem ROM 52 in der Gestalt eines Kennfeldes als eine Funktion des geforderten Momentes TQ und der Kraftmaschinendrehzahl N gespeichert, wie dies in der 14A gezeigt ist. Der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Ventils 29, der zum Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F erforderlich ist, wie dies in der 12 gezeigt ist, und zwar gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand, und der zum Einstelen der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand erforderlich ist, wird im Voraus in dem ROM 52 in der Gestalt eines Kennfeldes als eine Funktion des geforderten Momentes TQ und der Kraftmaschinendrehzahl N gespeichert, wie dies in der 14B gezeigt ist.
Die 15 zeigt das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu der Zeit der zweiten Verbrennung, das heißt die normale Verbrennung durch das herkömmliche Verbrennungsverfahren. In der 15 ist zu beachten, dass die Kurven, die durch A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60 angegeben sind, die entsprechenden Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisse von 24, 35, 45 und 60 zeigen.
Die Einspritzmenge Q zu der Zeit der zweiten Verbrennung wird im Voraus in dem ROM 52 in der Gestalt eines Kennfeldes als eine Funktion des geforderten Momentes TQ und der Kraftmaschinendrehzahl N gespeichert, wie dies in der 16A gezeigt ist. Die Einspritzstartzeit ΘS zu der Zeit der zweiten Verbrennung wird im Voraus in dem ROM 52 in der Gestalt eines Kennfeldes als eine Funktion des geforderten Momentes TQ und der Kraftmaschinendrehzahl N gespeichert, wie dies in der 16B gezeigt ist.
Des Weiteren wird der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21, der zum Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F erforderlich ist, wie dies in der 15 gezeigt ist, und zwar gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand, und zum Einstellen der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand erforderlich ist, wird im Voraus in dem ROM 52 in der Gestalt eines Kennfeldes als eine Funktion des geforderten Momentes TQ und der Kraftmaschinendrehzahl N gespeichert, wie dies in der 17A gezeigt ist. Der Sollöffnungsgrad Se des EGR-Ventils 29, der zum Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F erforderlich ist, wie dies in der 15 gezeigt ist, und zwar gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand, und der zum Einstellen der EGR-Rate auf die Soll-EGR-Rate gemäß dem Kraftmaschinenbetriebszustand erforderlich ist, wird im Voraus in dem ROM 52 in der Gestalt eines Kennfeldes als eine Funktion des geforderten Moment TQ und der Kraftmaschinendrehzahl N gespeichert, wie dies in der 17B gezeigt ist.
Als Nächstes wird der Aufbau des Partikelfilters 24, der in dem Gehäuse 25 gemäß der 1 und gemäß der 3 untergebracht ist, unter Bezugnahme auf die 18A und 18B beschrieben. Es ist zu beachten, dass die 18A eine Draufsicht des Partikelfilters 24 zeigt, während die 18B eine seitliche Schnittansicht des Partikelfilters zeigt. Wie dies in den 18A und 128B gezeigt ist, bildet der Partikelfilter 24 eine Wabenstruktur, und er ist mit einer Vielzahl Abgaszirkulationskanälen 60 und 61 versehen, die sich parallel zueinander erstrecken. Diese Abgaszirkulationskanäle haben Abgaseinströmungskanäle 60 mit Enden, die durch Verschlüsse 62 abgedichtet sind, und sie haben Abgasausströmungskanäle 61 mit anderen Enden, die durch Verschlüsse 63 abgedichtet sind. Es ist zu beachten, dass die schraffierten Abschnitte in der 18A die Verschlüsse 63 zeigen. Daher sind die Abgaseinströmungskanäle und die Abgasausströmungskanäle 61 durch dünne Trennwände 64 abwechselnd angeordnet. Anders gesagt sind die Abgaseisströmungskanäle 60 und die Abgasausströmungskanäle 61 so angeordnet, dass jeder Abgaseinströmungskanal 60 durch vier Abgasausströmungskanäle 61 umgeben ist, und dass jeder Abgasausströmungskanal 61 durch vier Abgaseinströmungskanäle 60 umgeben ist.
Der Partikelfilter 24 ist aus einem porösen Material wie zum Beispiel Kordierit ausgebildet. Wenn das Abgas in dem Partikelfilter aus der X-Richtung gemäß der 18B geschickt wird, dann strömt daher das in den Abgaseinströmungskanälen 60 strömende Abgas heraus in die angrenzenden Abgasausströmungskanäle 61 durch die umgebenden Trennwände 64, wie die durch die Pfeile gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Lage eines Trägers, der zum Beispiel Aluminium aufweist, an den Randfläche der Abgabekanäle 60 und 61 ausgebildet, das heißt an den beiden Flächen der Trennwände 64 und den Innenwänden der kleinen Löcher in den Trennwänden 64. An dem Träger sind ein Edelmetallkatalysator und ein Aktivsauerstofflösemittel getragen, das den Sauerstoff absorbiert und den Sauerstoff hält, falls überschüssiger Sauerstoff in der Umgebung vorhanden ist, und das den gehaltenen Sauerstoff in der Form von aktiven Sauerstoff löst, falls die Konzentration des Sauerstoffes in der Umgebung abfällt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung wird in diesem Fall Platin Pt als der Edelmetallkatalysator verwendet. Als das Aktivsauerstofflösemittel wird zumindest ein Alkalimetall wie zum Beispiel Kalium K, Natrium Na, Litium Li, Cäsium Cs oder Rubidium Rb, eine alkalisches Erdmetall wie zum Beispiel Barium Ba, Calcium Ca oder Strontium Sr, eine Seltenerde wie zum Beispiel Lanthan La, Yttrium Y oder Cer Ce oder ein Übergangsmaterial verwendet.
In diesem Fall ist zu beachten, dass als das Aktivsauerstofflösemittel vorzugsweise ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall verwendet wird, die eine höhere Tendenz einer Ionisierung als Calcium Ca aufweisen, das heißt Kalium K, Litium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba und Strontium Sr.
Als Nächstes wird der Vorgang der Beseitigung der Partikel in dem Abgas durch den Partikelfilter 24 beschrieben, wobei ein Beispiel hergenommen wird, das an einem Träger Platin Pt und Kalium K getragen sind, aber derselbe Vorgang zum Beseitigen der Partikel wird auch dann bewirkt, wenn ein anderes Edelmetall, Alkalimetall, Erdalkalimetall, Seltenerde und Übergangsmetall verwendet wird.
Bei einer Verdichtungszündkraftmaschine, wie sie in der 1 und in der 3 gezeigt ist, tritt auch bei einem Überschuss von Luft eine Verbrennung auf. Daher enthält das Abgas eine große Menge an überschüssiger Luft. Falls das Verhältnis der Luft und des Kraftstoffes, die in den Einlasskanal, in die Brennkammer 5 und in den Abgaskanal gefördert werden, als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bezeichnet wird, dann wird nämlich bei einer Verdichtungszündkraftmaschine, wie sie in der 1 und in der 3 gezeigt ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager. Des Weiteren wird in der Brennkammer 5 NO erzeugt, so dass das Abgas NO enthält. Des Weiteren enthält der Kraftstoff Schwefel S. Dieser Schwefel S reagiert mit dem Sauerstoff in der Brennkammer 5, so dass er zu SO₂ wird. Daher enthält der Kraftstoff SO₂. Wenn das Abgas in die Abgaseinströmungskanäle 60 des Partikelfilters 24 befördert wird, dann strömt dementsprechend das Abgas, das überschüssigen Sauerstoff, NO und SO₂ enthält, in die Abgaseinströmungskanäle 60 des Partikelfilters 24.
Die 19A und 19B zeigen vergrößerte Ansichten der Fläche der Trägerlage, die an den Innenumfangsflächen der Abgaseinströmungskanäle 60 und an den Innenwänden der kleinen Löcher in den Trennwänden 64 ausgebildet sind. In den 19A und 19B ist zu beachten, dass 70 Partikel aus Platin Pt bezeichnen, während 71 das Aktivsauerstofflösemittel bezeichnet, das Kalium K enthält.
Da eine große Menge an überschüssigen Sauerstoff in dem Abgas enthalten ist, falls Abgas in die Abgaseinströmungskanäle 60 des Partikelfilters 24 hinein strömt, wie dies in der 19A gezeigt ist, dann haftet der Sauerstoff O₂ auf diese Art und Weise an der Fläche des Platin Pt in der Form von O₂ ^– oder O^2–. Andererseits reagiert das NO in dem Abgas mit dem O₂ ^– oder mit dem O^2– an der Fläche des Platin Pt, so dass er zu NO₂ wird (2NO + O₂→2NO₂). Als Nächstes wird ein Teil des erzeugten NO₂ in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 absorbiert, während der an dem Platin Pt oxidiert und in den Aktivsauerstofflösemittel 71 in der Form von Nitrationen NO₃ ^– defundiert, wie dies in der 19A gezeigt wird. Ein Teil der Nitrationen NO₃ ^– erzeugt Kaliumnitrat KNO₃.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, enthält das Abgas andererseits auch SO₂. Dieses SO₂ wird in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 durch einen ähnlichen Mechanismus wie bei dem NO absorbiert. In der vorstehend beschriebenen Art und Weise haftet der Sauerstoff O₂ nämlich an der Fläche des Platin Pt in der Form von O₂- oder O^2–. Das SO₂ in dem Abgas reagiert mit dem O₂ ^– oder mit dem O^2– an der Fläche des Platin Pt, so dass es zu SO₃ wird. Als Nächstes wird ein Teil des erzeugten SO₃ in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 absorbiert, während es an dem Platin Pt oxidiert und in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 in der Form von Sulfationen SO₄ ^2– defundiert, während es mit dem Kalium K gebunden wird, so dass Kaliumsulfat K₂SO₄ erzeugt wird. Auf diese Art und Weise werden Kaliumnitrat KNO₃ und Kaliumsulfat K₂SO₄ in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 erzeugt.
Andererseits werden Partikel, die hauptsächlich Kraftstoff, das heißt Ruß aufweisen, in der Brennkammer 5 erzeugt. Daher enthält das Abgas diese Partikel. Wie dies bereits beschrieben ist, wird jedoch zur Zeit der Niedrigtemperaturverbrennung die Partikelmenge in dem Abgas äußerst klein. In jedem Fall gelangen die in dem Abgas enthaltenen Partikel mit der Fläche der Trägerlage in Kontakt und haften daran, zum Beispiel an der Fläche des Aktivsauerstofflösemittels 71, wie dies in der 19B gezeigt ist, wenn das Abgas durch die Abgaseinströmungskanäle 60 des Partikelfilters 24 hindurchströmt, oder wenn es aus dem Abgaseinströmungskanälen 60 zum Abgasausströmungskanälen 61 strömt.
Falls die Partikel 72 an der Fläche des Aktivsauerstofflösemittels 71 auf diese Art und Weise haften, dann fällt die Sauerstoffkonzentration an der Kontaktfläche der Partikel 72 und des Aktivsauerstofflösemittels 71 ab. Falls die Sauerstoffkonzentration abfällt, dann tritt eine Differenz der Konzentration zu dem Inneren des Aktivsauerstofflösemittels 71 mit einer hohen Sauerstoffkonzentration auf, und daher bewegt sich der Sauerstoff in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 zu der Kontaktfläche zwischen den Partikeln 72 und dem Aktivsauerstofflösemittel 71. Infolgedessen werden das Kaliumnitrat KNO₃, das in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 gebildet ist, zu Kalium K, Sauerstoff O und NO zerlegt. Der Sauerstoff O stößt zu der Kontaktfläche zwischen den Partikel 72 und dem Aktivsauerstofflösemittel 71, während der NO aus dem Aktivsauerstofflösemittel 71 zur Außenseite gelöst wird. Der zur Außenseite gelöste NO wird an dem Platin Pt an der stromabwärtigen Seite oxidiert und erneut in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 absorbiert.
Falls zu dieser Zeit die Temperatur des Aktivsauerstofflösemittels 71 hoch ist, dann wird andererseits das Kaliumsulfat K₂SO₄, das in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 gebildet ist, ebenfalls zu Kalium K, Sauerstoff O und SO₂ zerlegt. Der Sauerstoff O stößt zu der Kontaktfläche zwischen den Partikeln 72 und dem Aktivsauerstofflösemittel 71, während das SO₂ aus dem Aktivsauerstofflösemittel 7l zur Außenseite gelöst wird. Das zur Außenseite gelöste SO₂ wird an dem Platin Pt an der stromabwärtigen Seite oxidiert und erneut in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 absorbiert.
Andererseits ist der Sauerstoff O, der zu der Kontaktfläche zwischen den Partikel 72 und dem Aktivsauerstofflösemittel 71 stößt, der Sauerstoff, der aus Bestandteilen wie zum Kaliumnitrat KNO₃ oder Kaliumsulfat K₂SO₄ zerlegt wurde. Der aus diesen Bestandteilen zerlegte Sauerstoff O hat eine hohe Energie und eine äußerst hohe Aktivität. Daher wird der Sauerstoff zu aktivem Sauerstoff O, der zu der Kontaktfläche zwischen den Partikeln 72 und dem Aktivsauerstofflösemittel 71 stößt, Falls dieser aktive Sauerstoff O mit den Partikeln 72 in Kontakt gelangt, dann werden die Partikel 72 oxidiert, ohne dass eine Flamme in einer kurzen Zeitperiode ausgesendet wird, und die Partikel 72 werden vollständig eliminiert. Es ist zu beachten, dass die an den Partikelfilter 24 auf diese Art und Weise abgelagerten Partikel 72 durch den aktiven Sauerstoff O oxidiert werden, aber die Partikel 72 werden auch durch den Sauerstoff in dem Abgas oxidiert.
Wenn die Partikel verbrannt werden, die in Lagen an dem Partikelfilter 24 abgelagert sind, dann glüht der Partikelfilter 24, und er verbrennt zusammen mit einer Flamme. Dieses Verbrennen zusammen mit einer Flamme wird nicht fortgesetzt, es sein denn, die Temperatur ist hoch. Daher muss zum Fortsetzen der Verbrennung zusammen mit einer derartigen Flamme die Temperatur des Partikelfilters 24 auf eine hohe Temperatur aufrecht erhalten werden.
Im Gegensatz dazu werden bei der vorliegenden Erfindung die Partikel 72 ohne das Aussenden einer Flamme oxidiert, wie dies vorstehend beschrieben ist. Zu dieser Zeit glüht die Fläche des Partikelfilters 24 nicht. Anders gesagt werden nämlich bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Partikel 72 dadurch beseitigt, dass sie bei einer beträchtlich niedrigen Temperatur oxidiert werden. Dementsprechend unterscheidet sich der Vorgang zum Beseitigen der Partikel 72 durch Oxidation ohne Aussenden einer Flamme gemäß diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vollständig von dem Vorgang zum Beseitigen der Partikel durch eine Verbrennung, was von einer Flamme begleitet wird.
Das Platin Pt und das Aktivsauerstofflösemittel 71 werden aktiver, wenn sich die Temperatur des Partikelfilters 24 erhöht, so dass sich die Menge des aktiven Sauerstoffes O, der durch das Aktivsauerstofflösemittel 71 gelöst werden kann, pro Zeiteinheit vermehrt, wenn sich die Temperatur des Partikelfilters 24 erhöht. Daher vermehrt sich die Partikelmenge, die durch Oxidation pro Zeiteinheit oxidiert werden, ohne dass eine Flamme an dem Partikelfilter 24 ausgesendet wird, wenn sich die Temperatur des Partikelfilters 24 erhöht.
Die durchgezogene Linie in der 21 zeigt die Menge G der Partikel, die durch Oxidation pro Zeiteinheit beseitigt werden kann, ohne dass eine Flamme ausgesendet wird. Die Abszisse in der 21 zeigt die Temperatur Tf des Partikelfilters 24.
Falls die Menge der Partikel, die aus der Brennkammer 5 pro Zeiteinheit ausgestoßen wird, als die ausgelassene Partikelmenge M bezeichnet wird, und wenn die ausgelassene Partikelmenge M kleiner als die Menge G der Partikel ist, die durch Oxidation beseitigt werden können, das heißt in dem Bereich I in der 21, und wenn sie mit dem Partikelfilter 24 in Kontakt sind, dann werden alle Partikel, die aus der Brennkammer 5 ausgelassen werden, nacheinander in einer kurzen Zeit durch Oxidation beseitigt, ohne dass eine Flamme an dem Partikelfilter 24 ausgesendet wird.
Im Gegensatz dazu ist die Menge des aktiven Sauerstoffs für das aufeinanderfolgende Oxidieren von allen Partikeln nicht ausreichend, wenn die ausgelassene Partikelmenge M größer als die Menge G der Partikel ist, die durch Oxidation beseitigt werden können, das heißt in dem Bereich II in der 21. Die 20A bis 20C zeigen den Zustand einer Oxidation von Partikeln in diesem Fall.
Wenn nämlich die Menge des aktiven Sauerstoffes für das aufeinanderfolgende Oxidieren von allen Partikeln nicht ausreichend ist, falls die Partikel 72 an dem Aktivsauerstofflösemittel 71 haften, wie dies in der 20A gezeigt ist, dann wird nur ein Teil der Partikel 72 oxidiert. Der Teil der Partikel, die nicht ausreichend oxidiert werden, verbleibt an der Trägerlage. Falls der Zustand einer unzureichenden Menge des aktiven Sauerstoffes fortdauert, dann werden als Nächstes die Teile der Partikel, die nicht oxidiert sind, nacheinander an der Trägerlage gelassen. Wie dies in der 20B gezeigt ist, wird infolgedessen die Fläche der Trägerlage durch den Teil der restlichen Partikel 73 abgedeckt.
Dieser Teil der restlichen Partikel 73, der die Fläche der Trägerlage abdeckt, ändert sich allmählich zu Kohlenstoff, der kaum oxidiert, und daher verbleibt der Teil der restlichen Partikel 73 in einfacher Weise so wie er ist. Falls des Weiteren die Fläche der Trägerlage durch den Teil der restlichen Partikel 73 abgedeckt wird, dann werden der Oxidationsvorgang des NO und des SO₂ durch das Platin Pt und der Lösevorgang des aktiven Sauerstoffes aus dem Aktivsauerstofflösemittel 71 unterdrückt. Wie dies in der 20C gezeigt ist, werden infolgedessen nacheinander andere Partikel 74 an dem restlichen Teil der Partikel 73 abgelagert. Die Partikel werden nämlich in Lagen abgelagert. Falls die Partikel auf diese Art und Weise in Lagen abgelagert werden, dann werden die Partikel von dem Platin Pt oder dem Aktivsauerstofflösemittel 71 getrennt, so dass sie davon entfernt sind, so dass sie durch den aktiven Sauerstoff O nicht oxidiert werden, auch wenn sie leicht oxidierbare Partikel sind. Daher werden andere Partikel nacheinander an den Partikeln 74 abgelagert. Falls nämlich der Zustand andauert, bei dem die ausgelassene Partikelmenge M größer als die Menge G der Partikel ist, die durch Oxidation beseitigt werden können, dann werden die Partikel in Lagen von dem Partikelfilter 24 abgelagert, und daher ist es nicht länger möglich, die Zündung und die Verbrennung der abgelagerten Partikel zu veranlassen, es sei denn, die Temperatur des Abgases wird erhöht, oder die Temperatur des Partikelfilters 24 wird erhöht.
In dem Bereich I der 21 werden auf diese Art und Weise die Partikel in einer kurzen Zeit verbrannt, ohne dass eine Flamme an dem Partikelfilter 24 ausgesendet wird. In dem Bereich II in der 21 werden die Partikel in Lagen an dem Partikelfilter 24 abgelagert. Um daher die Ablagerung der Partikel in Lagen an den Partikelfilter 24 zu verhindern, muss die ausgelassene Partikelmenge M jederzeit kleiner als die Menge G der Partikel gehalten werden, die durch Oxidation beseitigt werden können.
Wie dies aus der 21 ersichtlich ist, können bei dem Partikelfilter 24, der bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die Partikel oxidiert werden, auch wenn die Temperatur Tf des Partikelfilters 24 sehr niedrig ist. Bei einer Verdichtungszündkraftmaschine, wie sie in der 1 und in der 3 gezeigt ist, ist es daher möglich, die ausgelassene Partikelmenge M und die Temperatur Tf des Partikelfilters 24 so aufrecht zu erhalten, dass die ausgelassene Partikelmenge M normalerweise kleiner als die Menge G der Partikel wird, die durch Oxidation beseitigt werden können. Daher werden bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die ausgelassene Partikelmenge M und die Temperatur Tf des Partikelfilters 24 so aufrecht erhalten, dass die ausgelassene Partikelmenge M gewöhnlich kleiner als die Menge G der Partikel wird, dir durch Oxidation beseitigt werden können.
Falls die ausgelassene Partikelmenge M so aufrecht erhalten wird, dass sie gewöhnlich kleiner als die Menge G der Partikel ist, die durch Oxidation auf die Art und Weise beseitigt werden können, dann werden die Partikel nicht länger in Lagen an dem Partikelfilter 24 abgelagert. Infolgedessen wird der Druckverlust der Abgasströmung in dem Partikelfilter 24 auf einen im Wesentlichen konstanten minimalen Druckverlust aufrecht erhalten, und zwar auf ein Maß, bei dem er sich nicht so sehr ändert. Daher ist es möglich, den Abfall der Kraftmaschinenabgabe auf ein Minimum aufrecht zu erhalten.
Des Weiteren findet der Beseitigungsvorgang der Partikel durch Oxidation der Partikel auch bei einer sehr niedrigen Temperatur statt. Daher steigt die Temperatur des Partikelfilters 24 nicht so sehr an, und folglich besteht keine Gefahr einer Verschlechterung des Partikelfilters 24. Da des Weiteren die Partikel nicht in Lagen an dem Partikelfilter 24 abgelagert werden, besteht keine Gefahr einer Ausflockung von Asche, und daher ist die Gefahr niedriger, dass der Partikelfilter 24 verstopft.
Dieses Verstopfen tritt jedoch hauptsächlich aufgrund von Calciumsulfat CaSO₄ auf. Der Kraftstoff oder das Schmieröl enthält nämlich Calcium Ca. Daher enthält das Abgas Calcium Ca. Dieses Calcium Ca erzeugt Calciumsulfat CaSO₄ beim Vorhandensein von SO₃. Dieses Calciumsulfat CaSO₄ ist ein Feststoff, und er wird durch Wärme nicht zerlegt, und zwar auch nicht bei einer hohen Temperatur. Falls das Calciumsulfat CaSO₄ erzeugt wird und die kleinen Löcher des Partikelfilters 24 durch dieses Calciumsulfat CaSO₄ verstopft werden, dann tritt daher die Verstopfung auf.
Falls jedoch in diesem Fall ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer höheren Tendenz zum Ionisieren als Calcium Ca wie zum Beispiel Kalium K als das Aktivsauerstofflösemittel 71 verwendet wird, dann wird der SO₃, der in dem Aktivsauerstofflösemittel 71 defundiert ist, mit dem Kalium K gebunden, um Kaliumsulfat K₂SO₄ zu bilden. Das Calcium Ca tritt durch die Trennwände 74 des Partikelfilters 24 hindurch und strömt heraus in die Abgaskanäle 60 oder 61, ohne dass es mit dem SO₃ gebunden wird. Daher werden die kleinen Löcher des Partikelfilters 24 nicht mehr verstopft. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es dementsprechend vorzuziehen, ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer höheren Tendenz zur Ionisierung als Calcium Ca zu verwenden, und zwar Kalium K, Litium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba und Strontium Sr als das Aktivsauerstofflösemittel 71.
Nun es ist bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Absicht, die ausgelassene Partikelmenge M hauptsächlich kleiner als die Menge G der Partikel aufrecht zu erhalten, die durch die Oxidation beseitigt werden könne, und zwar bei allen Betriebszuständen. In der Praxis ist es jedoch nahezu unmöglich, die ausgelassene Partikelmenge M kleiner als die Menge G der Partikel zu halten, die durch Oxidation beseitigt werden können, und zwar bei allen Belichtungszuständen. Zum Beispiel hat der Partikelfilter 24 zur Zeit des Anlaufens der Kraftmaschine normalerweise eine kleine Temperatur, und daher ist zu dieser Zeit die ausgelassene Partikelmenge M größer als die Menge G der Partikel, die durch Oxidation beseitigt werden können. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die ausgelassene Partikelmenge M kleiner als die Menge G der Partikel, die durch Oxidation beseitigt werden können, außer in speziellen Fällen wie zum Beispiel direkt nach dem Anlaufen der Kraftmaschine.
Falls die ausgelassene Partikelmenge M größer als die Menge G der Partikel wird, die durch die Oxidation beseitigt werden können, wie zum Beispiel direkt nach dem Anlaufen der Kraftmaschine, dann ist zu beachten, dass ein Teil der nicht oxidierten Partikel beginnt, in dem Partikelfilter 24 zu verbleiben. Wenn der Teil der Partikel, die nicht oxidiert werden konnten, auf diese Art und Weise das Verbleiben beginnt, wenn nämlich die Partikel nur bis zu einem bestimmten Grenzwert abgelagert werden, falls die ausgelassene Partikelmenge M kleiner als die Menge G der Partikel wird, die durch Oxidation beseitigt werden können, dann wird der Teil der restlichen Partikel durch Oxidation beseitigt, ohne dass eine Flamme ausgesendet wird, und zwar auf Grund des aktiven Sauerstoffes O. Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden zur Zeit von speziellen Belichtungszuständen wie zum Beispiel direkt nach dem Anlaufen der Kraftmaschine die ausgelassene Partikelmenge M und die Temperatur Tf des Partikelfilters 24 so aufrecht erhalten, dass nur eine Partikelmenge, die kleiner ist als der bestimmte Grenzwert, der durch Oxidation beseitigt werden kann, an dem Partikelfilter 24 abgelagert wird, falls die ausgelassene Partikelmenge M kleiner wird als die Menge G der Partikel, die durch Oxidation beseitigt werden können.
Auch wenn manchmal versucht wird, die ausgelassene Partikelmenge M und die Temperatur Tf des Partikelfilters 24 auf diese Art und Weise aufrecht zu erhalten, werden des Weiteren Partikel in Lagen an dem Partikelfilter 24 auf Grund einiger anderer Gründe abgelagert. In derartigen Fällen werden die an dem Partikelfilter 24 abgelagerten Partikel ebenfalls oxidiert, ohne dass eine Flamme ausgesendet wird, falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des gesamten oder eines Teiles des Abgases vorübergehend fett gestaltet wird. Falls nämlich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett gestaltet wird, falls nämlich die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas reduziert wird, dann wird der aktive Sauerstoff O einmal aus dem Aktivsauerstofflösemittel 71 zur Außenseite gelöst. Die abgelagerten Partikel können durch Sauerstoff in einer kurzen Zeit beseitigt werden, ohne dass eine Flamme ausgesendet wird, und zwar durch den aktiven Sauerstoff O, der auf diese Art und Weise ein Mal gelöst wird.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird nun bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Lage eines Trägers, der zum Beispiel Aluminium enthält, an den beiden Schleiffläche der Trennwände 64 und den Innenwandflächen der kleinen Löcher in den Trennwänden 64 des Partikelfilters 24 ausgebildet. Ein Edelmetallkatalysator und ein Aktivsauerstofflösemittel sind an dem Träger getragen. In diesem Fall ist es auch möglich, dass der Träger ein NO_x-Absorptionsmittel trägt, das das in dem Abgas enthaltene NO_x absorbiert, wenn das Luft/Kraftstaff-Verhältnis des in dem Partikelfilter 24 hinein strömenden Abgases an diesem Träger mager ist, und das das absorbierte NO_x löst, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Partikelfilter 24 hinein strömenden Abgases zu dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder fett wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wie es vorstehend beschrieben ist, wird Platin Pt als das Edelmetalle verwendet. Als das NO_x-Absorptionsmittel wird zumindest ein Alkalimetall wie zum Beispiel Kalium K, Natrium Na, Litium Li, Cäsium Cs und Rubidium Rb, ein Erdalkalimetall wie zum Beispiel Barium Ba, Calcium Ca oder Strontium Sr oder eine Seltenerde wie zum Beispiel Lanthan La oder Yttrium Y verwendet. Es ist zu beachten, dass aus einem Vergleich des Metalls, das das vorstehend beschriebene Aktivsauerstofflösemittel enthält, der Metalle, die das NO_x-Absorptionsmittel enthalten und der Metalle ersichtlich ist, die das Aktivsauerstofflösemittel enthalten, das diese zum großen Teil zueinander passen.
In diesem Fall ist es möglich, unterschiedliche Metalle für das NO_x-Absorptionsmittel und das Aktivsauerstofflösemittel zu verwenden, oder es ist möglich, dasselbe Metall zu verwenden. Wenn dasselbe Metall für das NO_x-Absorptionsmittel und das Aktivsauerstofflösemittel verwendet wird, dann werden gleichzeitig die Funktionen des NO_x-Absorptionsmittels und des Aktivsauerstofflösemittels erreicht, die vorstehend beschrieben sind.
Als Nächstes wird der Absorptions- und Lösevorgang von NO_x anhand eines Beispiels beschrieben, bei dem Kalium K als das NO_x-Absorptionsmittel verwendet wird, und bei dem Platin Pt als der Edelmetallkatalysator verwendet wird.
Wenn der NO_x-Absorptionsvorgang beobachtet wird, dann wird zunächst NO_x in dem NO_x-Absorptionsmittel durch denselben Mechanismus absorbiert, wie der Mechanismus, der in der 19A gezeigt ist. In diesem Fall gibt jedoch das Bezugszeichen 41 in der 19A ein NO_x-Absorptionsmittel an.
Wenn nämlich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Partikelfilter 24 hinein strömenden Abgases mager ist, da eine große Menge an überschüssigem Sauerstoff in dem Abgas enthalten ist, falls das Abgas in dem Abgaseinströmungskanal 60 des Partikelfilters 24 hinein strömt, wie dies in der 19A gezeigt ist, dann haftet der Sauerstoff 0₂ an der Fläche des Platin Pt in der Gestalt von O₂ ^– oder O^2–. Andererseits reagiert das NO in dem Abgas mit dem O₂ ^– oder O^2– an der Fläche des Platin Pt, und er wird zu NO₂ (2NO + O₂→2NO₂). Als Nächstes wird ein Teil des erzeugen NO₂ in dem NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert, während er an dem Platin Pt oxidiert wird, und er defundiert in das NO_x-Absorptionsmittel 71 in der Gestalt von Nitrationen NO₃-, wie dies in der 19A gezeigt ist, während er an das Kalium K gefügt wird. Ein Teil der Nitrationen NO₃ ^– erzeugt Kaliumnitrat KNO₃. Auf diese Art und Weise wird der NO in dem NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert.
Falls andererseits das in dem Partikelfilter 24 hinein strömende Abgas fett ist, dann werden die Nitrationen NO₃ ^– in Sauerstoff O und NO zerlegt. Der NO wird nacheinander aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst. Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Partikelfilter 24 hinein strömenden Abgases fett ist, dann wird daher das NO aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 in einer kurzen Zeit gelöst. Da des Weiteren das gelöst NO reduziert wird, wird das NO niemals in die Atmosphäre ausgestoßen.
In diesem Fall ist zu beachten, dass das NO aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst wird, auch wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Partikelfilter 24 hinein strömenden Abgases das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Da jedoch in diesem Fall das NO lediglich allmählich aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst wird, braucht es eine lange Zeit, dass das gesamte NO_x gelöst wird, das in dem NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert ist.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es jedoch möglich, unterschiedliche Metalle für das NO_x-Absorptionsmittel und das Aktivsauerstofflösemittel zu verwenden. Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jedoch dasselbe Metall für das NO_x-Absorptionsmittel und das Aktivsauerstofflösemittel verwendet. Wie dies vorstehend beschrieben ist, werden in diesem Fall die Funktionen sowohl des NO_x-Absorptionsmittels als auch des Aktivsauerstofflösemittels gleichzeitig erreicht, wie dies vorstehend beschrieben ist. Ein Mittel, das gleichzeitig beide dieser Funktionen erreicht, wird nachfolgend als ein Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel bezeichnet. In diesem Fall bezeichnet das Bezugszeichen 71 in der 19A das Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel.
Wenn ein derartiges Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 verwendet wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Partikelfilter 24 hinein strömenden Abgases mager ist, dann wird das in dem Abgas enthaltene NO in dem Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert. Wenn die in dem Abgas enthaltenen Partikel an dem Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 haften, dann können die Partikel durch Oxidation in einer kurzen Zeit durch den aktiven Sauerstoff etc. beseitigt werden, der aus dem Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst wird. Daher ist es möglich, das Ausstoßen sowohl der Partikel als auch von NO_x in dem Abgas zur Atmosphäre zu dieser Zeit zu verhindern.
Falls andererseits das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in dem Partikelfilter 24 hinein strömenden Abgases fett ist, dann wird das NO aus dem Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst. Das NO wird durch die nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe und durch die Kohlenmonoxide reduziert. Zu dieser Zeit wird daher niemals das NO zur Atmosphäre ausgestoßen. Falls des Weiteren die Partikel an dem Partikelfilter 24 zu dieser Zeit abgelagert wurden, dann können die Partikel durch Oxidation beseitigt werden, ohne dass eine Flamme ausgesendet wird, und zwar durch den aktiven Sauerstoff des Aktivsauerstofflösemittels/NO_x-Absorptionsmittels 71.
Der Lösevorgang des aktiven Sauerstoffes aus dem Aktivsauerstofflösemittel 71, wie er bereits unter Bezugnahme auf die 21 beschrieben ist, wird dann gestartet, wenn die Temperatur des Partikelfilters 24 sehr niedrig ist. Dasselbe trifft zu, wenn dieses Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 verwendet wird. Im Gegensatz dazu wird der Absorptionsvorgang von NO_x in das NO_x-Absorptionsmittel oder in das Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 nicht gestartet, bis die Temperatur TF des Partikelfilters 24 größer als die Temperatur ist, bei der das Lösen des aktiven Sauerstoffes gestartet wird. Dies wird aufgrund der Tatsache angenommen, dass das Lösen von aktivem Sauerstoff durch Abbauen von Sauerstoff zum Beispiel aus dem Kaliumnitrat KNO₃ auftritt, während der Absorptionsvorgang von NO_x nicht gestartet wird, es sei denn, das Platin Pt ist aktiviert.
Die 22 zeigt die Menge G der Partikel, die durch Oxidation beseitigt werden können, und die NO_x-Absorptionsrate, wenn Kalium K als das NO_x-Absorptionsmittel oder das Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 verwendet wird. Gemäß der 22 wird der Lösevorgang des aktiven Sauerstoffes dann gestartet, wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 24 kleiner als 200°C ST, während die Absorption von NO_x nicht gestartet wird, bis die Temperatur TF des Partikelfilters 24 über 200°C ist.
Andererseits wird der Lösevorgang des aktiven Sauerstoffes größer, je höher die Temperatur TF des Partikelfilters 24 ist. Im Gegensatz dazu verschwindet der Absorptionsvorgang von NO_x, wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 24 ansteigt. Wenn nämlich die Temperatur TF des Partikelfilters 24 eine bestimmte Temperatur übersteigt, bei dem in der 22 gezeigten Beispiel von über 500°C, dann werden die Nitrationen NO₃ ^– oder das Kaliumnitrat KNO₃ aufgrund der Wärme zerlegt, und das NO wird aus dem Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Lösemittel 71 gelöst. Wenn dieser Zustand auftritt, dann wird die gelöste Menge des NO größer als die Menge des absorbierten NO_x, und daher fällt die NO_x-Absorptionsrate ab, wie dies in der 22 gezeigt ist.
Die 22 zeigt die NO_x-Absorptionsrate, wenn Kalium K als das Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 verwendet wird. In diesem Fall unterscheidet sich der Temperaturbereich des Partikelfilters 24, in dem die NO_x-Absorptionsrate höher wird, in Abhängigkeit von dem verwendeten Metall. Wenn zum Beispiel Barium Ba als das NO_x-Absorptionsmittel oder als das Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 verwendet wird, dann wird der Temperaturbereich des Partikelfilters 24, in dem die NO_x-Absorptionsrate höher wird, enger als wenn Kalium K verwendet wird, wie dies in der 22 gezeigt ist.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es jedoch erforderlich, dass die ausgelassene Partikelmenge M kleiner als die Menge G der Partikel ist, die durch Oxidation beseitigt werden können, damit die Partikel in dem Abgas durch Oxidation beseitigt werden, ohne dass sie in Lagen an dem Partikelfilter 24 abgelagert werden. Jedoch gibt es gerade durch das Reduzieren der ausgelassenen Partikelmenge M von der Menge G der Partikel, die durch Oxidation beseitigt werden können, keinen Absorptionsvorgang von NO_x durch das NO_x-Absorptionsmittel oder durch das Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel. Um den Absorptionsvorgang von NO_x des NO_x-Absorptionsmittels oder des Aktivsauerstofflösemittels/NO_x-Absorptionsmittels 71 zu gewährleisten, ist es erforderlich, die Temperatur TF des Partikelfilters 24 innerhalb jenes Temperaturbereiches aufrecht zu erhalten, in dem der Absorptionsvorgang von NO_x bewirkt wird. In diesem Fall muss der Temperaturbereich des Partikelfilters 24, in dem der Absorptionsvorgang von NO_x durchgeführt wird, jener Temperaturbereich sein, in dem die NO_x-Absorptionsrate größer als ein vorbestimmter Wert ist, wie zum Beispiel nur als 50%. Wenn Kalium K als das NO_x-Absorptionsmittel oder als das Aktivsauerstofflösemittel/NO_x-Absorptionsmittel 71 verwendet wird, dann ist es daher erforderlich, die Temperatur TF des Partikelfilters 24 ungefähr zwischen 250°C und 500°C aufrecht zu erhalten, wie dies aus der 22 ersichtlich ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird daher normalerweise die ausgelassene Partikelmenge M so aufrecht erhalten, dass sie kleiner als die Menge G der Partikel ist, die durch Oxidation beseitigt werden können, und die Temperatur TF des Partikelfilters 24 wird innerhalb des Temperaturbereiches aufrecht erhalten, in dem die NO_x-Absorptionsrate des Partikelfilters 24 größer als ein vorbestimmter Wert wird, um die Beseitigung der Partikel in dem Abgas durch Oxidation zu ermöglichen, ohne dass sie an dem Partikelfilter 24 abgelagert werden, und um das NO_x in dem Abgas zu absorbieren. Die ausgelassene Partikelmenge M und die Temperatur TF des Partikelfilters 24 werden nämlich innerhalb des Bereiches einer gleichzeitigen Verarbeitung von Partikeln/NO_x aufrecht erhalten, der durch die Schraffur in der 22 gezeigt ist.
Es ist zu beachten, dass die ausgelassene Partikelmenge M und die Temperatur TF des Partikelfilters 24 manchmal aus dem Bereich der gleichzeitigen Verarbeitung von Partikeln/NO_x herausfallen, auch falls versucht wird, die ausgelassene Partikelmenge M und die Temperatur TF des Partikelfilters 24 innerhalb des Bereiches einer gleichzeitigen Verarbeitung von Partikeln/NO_x aufrecht zu erhalten. In einem derartigen Fall wird bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zumindest die ausgelassene Partikelmenge M oder die Temperatur TF des Partikelfilters 24 so gesteuert, dass die ausgelassene Partikelmenge M und die Temperatur TF des Partikelfilters 24 innerhalb des Bereiches der gleichzeitigen Verarbeitung von Partikeln/NO_x fallen.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird jedoch fast kein Ruß erzeugt, wenn die Kraftmaschine in dem ersten Betriebsbereich I betrieben wird, der in der 10 gezeigt ist, und wenn die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird. Stattdessen werden nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe aus der Brennkammer 5 in der Gestalt von einem Vorläufer von Ruß oder einem Zustand davor ausgestoßen. Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist jedoch ein Edelmetall wie zum Beispiel Platin Pt mit einer Oxidationswirkung an dem Partikelfilter 24 getragen. Daher werden die nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe, die aus der Brennkammer 5 zu dieser Zeit ausgestoßen werden, an dem Partikelfilter 24 gut oxidiert. Des Weiteren kann die äußerst kleine Rußmenge, die zu dieser Zeit erzeugt wird, durch Oxidation an dem Partikelfilter 24 beseitigt werden.
Andererseits gibt es eine Grenze der NO_x-Absorptionsfähigkeit des NO_x-Absorptionsmittels 71 oder des Aktivsauerstofflösemittels/NO_x-Absorptionsmittels 71 (nachfolgend werden diese insgesamt zur Vereinfachung als das „NO_x-Absorptionsmittel 71" bezeichnet). Es ist erforderlich, das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen, bevor die NO_x-Absorptionsfähigkeit des NO_x-Absorptionsmittels 71 gesättigt wird. Daher ist es erforderlich, die NO_x-Menge zum Schätzen, die in dem NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert wird. Daher wird bei der vorliegenden Erfindung die Menge A der Absorption von NO_x pro Zeiteinheit zur Zeit der ersten Verbrennung um Voraus in der Gestalt eines Kennfeldes bestimmt, wie dies in der 23A gezeigt ist, und zwar als eine Funktion des geforderten Momentes TQ und der Kraftmaschinendrehzahl N, es wird die Menge B der Absorption von NO_x pro Zeiteinheit zur Zeit der zweiten Verbrennung im Voraus in der Gestalt eines Kennfeldes festgelegt, das in der 23B gezeigt ist, und zwar als eine Funktion des geforderten Momentes TQ und der Kraftmaschinendrehzahl N, und diese Mengen A und B der Absorption von NO_x pro Zeiteinheit werden kumulativ addiert, um die NO_x-Menge ΣNOX zu schätzen, die in dem NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst, wenn die NO_x-Absorptionsmenge ΣNOX einen vorbestimmten zulässigen maximalen Wert MAX überschreitet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nämlich die Kraftstoffeinspritzmenge vermehrt, damit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Brennkammer 5 vorübergehend fett wird, und zwar zur Zeit der ersten Verbrennung, wenn die NO_x-Absorptionsmenge ΣNOX den zulässigen maximalen Wert MAX überschreitet. Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Brennkammer 5 fett gestaltet wird, dann wird das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird nämlich zu der Zeit der ersten Verbrennung, das heißt bei der Niedrigtemperaturverbrennung kein Ruß erzeugt, und daher ist es möglich, das NO_x aus dem NO_x- Absorptionsmittel 71 ohne die Erzeugung des Rußes zu lösen, auch wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Brennkammer 5 fett gestaltet wird.
Im Gegensatz dazu wird zu der Zeit der zweiten Verbrennung eine große Rußmenge erzeugt, wenn die NO_x-Absorptionsmenge ΣNOX den zulässigen maximalen Wert MAX überschreitet, und wenn die Kraftstoffeinspritzmenge so vermehrt wird, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Brennkammer 5 fett wird. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu der Zeit der zweiten Verbrennung, wenn die NO_x-Absorptionsmenge ΣNOX den zulässigen maximalen Wert MAX überschreitet, die zweite Verbrennung zu der ersten Verbrennung gewechselt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Brennkammer 5 wird bei der ersten Verbrennung fett gestaltet. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird kein Ruß erzeugt, und daher ist es möglich, das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 ohne die Erzeugung von Ruß zu lösen, und zwar auch bei der Zeit der zweiten Verbrennung, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F in der Brennkammer 5 fett gestaltet wird.
Da die zweite Verbrennung zu der ersten Verbrennung gewechselt wird, muss jedoch die Kraftstoffeinspritzmenge stark reduziert werden. Falls die Kraftstoffeinspritzmenge stark reduziert wird, dann wird das abgegebene Moment von der Kraftmaschine stark reduziert. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Elektromotor 37 angetrieben, damit der Elektromotor 37 ein abgegebenes Moment erzeugt, das im Wesentlichen gleich dem Abfall des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes aufgrund der Reduzierung der Einspritzmenge ist, wenn von der zweiten Verbrennung zu der ersten Verbrennung gewechselt wird.
Der Elektromotor 37 wird jedoch nur dann gut betrieben, wenn mehr als eine bestimmte Menge einer elektrischen Energie in der Batterie 41 gespeichert ist. Wenn die Menge der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, unter diese Menge abfällt, dann ist es schwierig, das der Elektromotor 37 korrekt betrieben wird. Daher kann der Abfall des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes durch das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 nur dann gelindert werden, wenn ein ausreichender Spielraum vorhanden ist, bevor die Menge der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, unter den vorstehend genannten Wert abfällt, auch wenn der Elektromotor 37 betrieben wird, das heißt wenn die Menge der elektrischen Energie größer als eine vorbestimmte festgelegte Menge ist, und zwar mit einem ausreichenden Spielraum, bevor sie unter den vorstehend genannten Wert fällt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird daher zu der Zeit der zweiten Verbrennung, wenn die NO_x-Absorptionsmenge ΣNOX den zulässigen maximalen Wert MAX überschreitet, falls die Menge der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, größer ist als die vorbestimmte festgelegte Menge, die zweite Verbrennung zu der ersten Verbrennung gewechselt, und der Abfall des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes wird durch das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 gelindert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird andererseits zu der Zeit der zweiten Verbrennung, wenn die NO_x-Absorptionsmenge ΣNOX den zulässigen maximalen Wert MAX überschreitet und die Menge der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, kleiner als die vorbestimmte festgelegte Menge ist, die zweite Verbrennung nicht zu der ersten Verbrennung gewechselt, aber die zweite Verbrennung wird so wie sie ist aufrecht erhalten, und der Elektromotor 37 wird nicht betrieben. Zu dieser Zeit wird zusätzlicher Kraftstoff aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 bei der zweiten Hälfte des Expansionshubes oder bei dem Auslasshub eingespritzt, oder es wird zusätzlicher Kraftstoff in dem Abgaskanal stromaufwärts von dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zugeführt, so dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases vorübergehend fett wird.
Als Nächstes wird die Menge der elektrischen Energie beschrieben, die in der Batterie 41 gespeichert ist.
Die 24a zeigt die Beziehung zwischen der elektrischen Leistung, die in der Batterie gespeichert ist, wenn eine Nickelmetallhydridbatterie als die Batterie 41 verwendet wird, das heißt die Menge B(W) der elektrischen Energie und die elektrische Batteriespannung V. Es ist zu beachten, dass Bmax in der 24A die maximale gespeicherte elektrische Energie zeigt, während Bd die festgelegte Menge zeigt, die das Kriterium zu Bestimmen dessen bildet, ob der Elektromotor 37 zu betreiben ist oder nicht.
Die Menge B der in der Batterie 41 gespeicherten elektrischen Energie wird durch eine Berechnungsroutine berechnet, die in der 24B gezeigt ist. Falls nämlich der Auslassstrom I positiv ist, dann wird der Ladestrom I negativ, und die elektrische Spannung der Batterie 41 ist V, die Menge der gespeicherten elektrischen Energie, die sich aufgrund des Lade- oder Entladevorganges ändert, wird als V·I ausgedrückt, so dass die Menge B der gespeicherten elektrischen Energie auf der Grundlage der folgenden Beziehung berechnet werden kann, wie dies in der 24B gezeigt ist: B ← B – V·I
Hierbei werden V und I durch die Erfassungsvorrichtung 42 erfasst.
Die 25A zeigt ein Beispiel der Steuerung des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes und des Elektromotors 37 zu der Zeit der zweiten Verbrennung, wenn die NO_x-Absorptionsmenge ΣNOX den zulässigen maximalen Wert MAX überschreitet, und wenn die Menge B der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, größer ist als eine vorbestimmte festgelegte Menge Bd. Es ist zu beachten, dass die durchgezogene Linie in der 25A denselben Niederdrückungsbetrag des Beschleunigungspedals 44 in der gleichen Art und Weise wie die 4 zeigt, während die gestrichelte Linie in der 25A die Grenze X(N) zeigt, die in der 10 gezeigt ist.
Bei dem in der 25A gezeigten Beispiel wird nämlich das geforderte Moment der Kraftmaschine von TQt auf TQe reduziert, was bei der Niedrigtemperaturverbrennung möglich ist, und der Abfall ΔTQ des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes wird durch das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 gelindert.
Es ist zu beachten, dass das Abgas SO_x beinhaltet. Das NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert nicht nur NO_x, sondern auch SO_x. Der Absorptionsmechanismus von SO_x in dem NO_x-Absorptionsmittel wird als der gleiche Mechanismus der Absorption von NO_x betrachtet.
In der gleichen Art und Weise, in der der Mechanismus der Absorption von NO_x beschrieben wurde, wird nämlich der Fall beschrieben, bei dem der Träger Platin Pt und Kalium K trägt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und der Sauerstoff O₂ haftet an der Fläche des Platin Pt in der Gestalt von O₂ ^– oder O^2–. Das SO₂ in dem Abgas reagiert mit dem O₂ ^– oder O^2– an der Fläche des Platin Pt, so dass es zu SO₃ wird. Als Nächstes wird ein Teil des erzeugten SO₃ in dem NO_x-Absorptionsmittel absorbiert, während es an dem Platin Pt oxidiert und in dem NO_x-Absorptionsmittel in der Gestalt von Sulfationen SO₄ ^2– defundiert, während es mit dem Kalium K gebunden wird, so dass Kaliumsulfat K₂SO₄ erzeugt wird.
Dieses Kaliumsulfat K₂SO₄ ist jedoch hinsichtlich einer Zerlegung stabil und beständig. Wie dies vorstehend beschrieben ist, verbleibt das Kaliumsulfat K₂SO₄ so wie es ist, ohne dass es zerlegt wird, auch wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett gestaltet wird, um das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen. Daher vermehrt sich das Kaliumsulfat K₂SO₄ in dem NO_x-Absorptionsmittel 71 im Laufe der Zeit und folglich fällt die NO_x-Menge, die durch das NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert werden kann, im Laufe der Zeit ab.
Dieses Kaliumsulfat K₂SO₄ wird jedoch zerlegt, wenn die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 eine bestimmte Temperatur überschreitet, die durch das NO_x-Absorptionsmittel 71 festgelegt ist, zum Beispiel ungefähr 600°C. Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in das NO_x-Absorptionsmittel 71 hinein strömenden Abgases zu dieser Zeit fett gestaltet wird, dann wird SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst. Das Lösen des SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 erfordert jedoch eine sehr lange Zeit verglichen mit dem Lösen NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71. Während es möglich ist das gesamte NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen, falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zum Beispiel für eine kurze Zeit fett gestaltet wird, die kürzer als eine Sekunde ist, dann braucht es zum Beispiel mehrere Minuten, um das gesamte SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen. Es ist erforderlich, die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf wenigstens über 600°C aufrecht zu erhalten und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett aufrecht zu erhalten. Es ist nämlich erforderlich, das NO_x-Absorptionsmittel 25 über eine lange Zeit auf eine hohe Temperatur aufrecht zu erhalten, um das gesamte SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird jedoch zu der Zeit der ersten Verbrennung, das heißt bei der Niedrigtemperaturverbrennung die Temperatur des Abgases hoch, und daher wird die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 ebenfalls hoch. Des Weiteren wird die große Menge der nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe, die aus der Brennkammer 5 zu dieser Zeit ausgestoßen werden, in dem NO_x-Absorptionsmittel 71 oxidiert. Aufgrund der Wärme der Oxidationsreaktion wird die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 noch höher. Infolgedessen wird zu der Zeit der Niedrigtemperaturverbrennung die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 größer als 600°C. Falls in diesem Fall das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett gestaltet wird, dann wird die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 noch höher. Zu der Zeit der ersten Verbrennung, wenn das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen ist, wird die Kraftstoffeinspritzmenge daher vermehrt, damit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 5 fett wird.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es andererseits zu der Zeit der zweiten Verbrennung nicht vorzuziehen, die Kraftstoffeinspritzmenge zu vermehren, damit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 5 fett wird. Daher wird bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu der Zeit der zweiten Verbrennung, wenn das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen ist, falls die Menge B der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, größer als die vorbestimmte festgelegte Menge Bd ist, die zweite Verbrennung zu der ersten Verbrennung gewechselt, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer 5 wird fett gestaltet, und gleichzeitig wird der Abfall des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes durch das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 gelindert.
Die 25B zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Steuerung des abgegebenen Momentes von der Kraftmaschine und des abgegebenen Momentes von dem Elektromotor 37 in diesem Fall. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel, wie es durch die gestrichelte Linie in der 25B gezeigt ist, wird das abgegebene Kraftmaschinenmoment TQe (N), das im Wesentlichen in jenem Bereich maximal ist, in dem die erste Verbrennung möglich ist, als eine Funktion der Kraftmaschinendrehzahl N voreingestellt. Wenn das SO_x z lösen ist, dann wird das geforderte Moment von der Kraftmaschine von TQt auf TQe (N) abgesenkt, und der Abfall ΔTQ des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes wird durch das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 gelindert.
Daher wird bei dem ersten Ausführungsbeispiel die erste Verbrennung durchgeführt, wenn die Menge B der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, größer ist als die festgelegte Menge Bd, und zwar auch dann, falls das geforderte Moment die Grenze X(N) überschreitet, das heißt wenn die zweite Verbrennung durchgeführt werden sollte.
Wenn im Gegensatz dazu die Menge B der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, kleiner ist als die festgelegte Menge Bd, auch wenn das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst werden sollte, falls das geforderte Moment TQ die Grenze X(N) überschreitet, wird die erste Verbrennung zu der zweiten Verbrennung gewechselt. Alternativ wird zu der Zeit der zweiten Verbrennung die zweite Verbrennung fortgesetzt, auch wenn das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst werden soll. Bei dieser zweiten Verbrennung wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager gestaltet, so dass es keinen Lösevorgang des SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gibt.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird jedoch die Temperatur des Abgases zu der Zeit der zweiten Verbrennung niedriger. Falls daher von der ersten Verbrennung zu der zweiten Verbrennung gewechselt wird, fällt die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf eine Temperatur ab, die sehr viel geringer als 600°C ist. Wenn im Gegensatz dazu von der zweiten Verbrennung zu der ersten Verbrennung gewechselt wird, dann erhöht sich die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 allmählich und beträgt mehr als 600°C, aber es ist Zeit dazu erforderlich, die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 größer als 600°C wird. Falls zwischen der ersten Verbrennung und der zweiten Verbrennung häufig gewechselt wird, wird daher die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 fast nie mehr als 600°C.
Bei dem tatsächlichen Betriebszustand wird zwischen der ersten Verbrennung und der zweiten Verbrennung in vielen Fällen häufig gewechselt. Daher ist es erforderlich, das Aufrecht erhalten des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf eine hohe Temperatur zu ermöglichen, damit das Lösen von SO_x zu der Zeit der ersten Verbrennung auch dann möglich ist, wenn bei einem Betriebszustand zwischen der ersten Verbrennung und der zweiten Verbrennung häufig gewechselt wird. Zu der Zeit der zweiten Verbrennung muss dementsprechend die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf über 600°C aufrecht erhalten werden.
Wenn die NO_x-Menge, die durch das NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert werden kann, des Weiteren zu der Zeit der zweiten Verbrennung abfällt, dann ist es erforderlich, unmittelbar das Lösen des SO_x zu veranlassen, wenn von der zweiten Verbrennung zu der ersten Verbrennung gewechselt wird. Wenn das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 auf diese Art und Weise gelöst werden soll, dann ist es erforderlich, die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf über 600°C zu der Zeit der zweiten Verbrennung aufrecht zu erhalten. Wenn die NO_x-Menge, die durch das NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert werden kann, zu der Zeit der zweiten Verbrennung abfällt, dann ist es vorzuziehen, einen Anstieg der Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf über 600°C zu veranlassen.
Falls bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Menge B der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, kleiner als die festgelegte Menge Bd ist, wenn das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst werden soll, dann wird daher die zweite Verbrennung durchgeführt, wenn die zweite Verbrennung durchgeführt werden sollte. Zu dieser Zeit wird die Temperatur TF des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf mehr als 600°C gesteuert.
Als Nächstes wird das Verfahren zum Aufrecht erhalten der Temperatur des NO_x-Absorptionsmittel 71 auf mehr als 600°C und das Verfahren zum Erhöhen der Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf mehr als 600°C zu der Zeit der zweiten Verbrennung beschrieben.
Um bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 über 600°C aufrecht zu erhalten und eine Erhöhung der Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf über 600°C zu der Zeit der zweiten Verbrennung zu veranlassen, wird eines von drei Einspritzmustern verwendet, die ein erstes Einspritzmuster, das die Einspritzzeitgebung des Hauptkraftstoffes verzögert, ohne dass es Hilfskraftstoff einspritzt, ein zweites Einspritzmuster, das Hilfskraftstoff vor der Einspritzung des Hauptkraftstoffes einspritzt und die Einspritzzeitgebung des Hauptkraftstoffes verzögert, und ein drittes Einspritzmuster aufweisen, das Hilfskraftstoff nach einer Einspritzung des Hauptkraftstoffes einspritzt und die Einspritzzeitgebung des Hauptkraftstoffes verzögert.
Die 26 zeigt nämlich die Einspritzzeitgebung des Hauptkraftstoffes und die Einspritzzeitgebung des Hilfskraftstoffes. Die Abszisse zeigt den Kurbelwinkel. Des Weiteren zeigt die 26 auch die Öffnungszeit des Einlassventils 7 und die Öffnungszeit des Auslassventils 9.
In der 26 zeigt (I) die Einspritzzeitgebung zu der Zeit einer gewöhnlichen zweiten Verbrennung. Wie dies aus der 26 ersichtlich ist, wird zu dieser Zeit nur der Hauptkraftstoff Q_m eingespritzt, ohne dass der Hilfskraftstoff eingespritzt wird. Die Einspritzzeitgebung des Hauptkraftstoffes zu dieser Zeit wird vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes oder nahe dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubes festgelegt.
Andererseits zeigt (II) das erste Einspritzmuster. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird bei dem ersten Einspritzmuster nur der Hauptkraftstoff Q_m eingespritzt, ohne dass der Hilfskraftstoff eingespritzt wird. Des Weiteren wird zu dieser Zeit die Einspritzzeitgebung des Hauptkraftstoffes Q_m später als die Zeitgebung der gewöhnlichen zweiten Verbrennung festgelegt. Falls die Einspritzzeitgebung des Hauptkraftstoffes Q_m auf diese Art und Weise verzögert wird, dann wird die Verbrennungszeit länger, so dass die Temperatur des Abgases ansteigt. Falls die Temperatur des Abgases ansteigt, dann wird die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels erhöht.
(III) in der 26 zeigt das zweite Einspritzmuster. Bei diesem Einspritzmuster wird der Hilfskraftstoff Q_v nahe dem oberen Totpunkt des Saughubes eingespritzt. Die Einspritzzeitgebung des Hauptkraftstoffes Q_m wird verglichen mit dem Fall des ersten Einspritzmusters weiter verzögert, das in (II) in der 26 gezeigt ist. Falls der Hilfskraftstoff Q_v nahe dem oberen Totpunkt des Saughubes eingespritzt wird, dann werden Zwischenprodukte wie Beispiel Aldehyde, Ketone, Peroxide und Kohlenmonoxide aus dem Hilfskraftstoff Q_v aufgrund der Verbrennungswärme bei dem Verdichtungshub erzeugt. Die Reaktion des Hauptkraftstoffes Q_m wird durch diese Zwischenprodukte beschleunigt. Daher wird in diesem Fall eine gute Verbrennung erhalten, ohne dass Fehlzündungen verursacht werden, auch wenn die Einspritzzeitgebung des Hauptkraftstoffes Q_m auf ein großes Maß verzögert wird. Da andererseits die Einspritzzeitgebung des Hauptkraftstoffes Q_m auf diese Art und Weise durch ein großes Maß verzögert werden kann, wird die Temperatur des Abgases stark erhöht, und daher kann die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf eine noch höhere Temperatur erhöht werden.
(IV) in der 26 zeigt das dritte Einspritzmuster. Bei dem dritten Einspritzmuster wird der Hauptkraftstoff Q_m zu derselben Zeitgebung wie bei dem ersten Einspritzmuster eingespritzt, das bei (II) in der 26 gezeigt ist, und der Hilfskraftstoff Q_P wird während des Expansionshubes oder während des Auslasshubes nach dem Einspritzen des Hauptkraftstoffes Q_m eingespritzt. Bei dem in der 26 gezeigten Beispiel wird der Hilfskraftstoff Q_p bei dem Expansionshub eingespritzt, direkt bevor die Auslassventile 9 geöffnet werden.
Der Hilfskraftstoff Q_P wird in der Brennkammer 5 nicht verbrannt, so dass der Hilfskraftstoff Q_p in dem Auslassanschluss 10 in der Gestalt von nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen ausgestoßen wird, wenn der Hilfskraftstoff Q_P eingespritzt wird. Wenn der Hilfskraftstoff Q_P eingespritzt wird, dann wird daher die Menge der nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe in dem Abgas vermehrt, und daher wird die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 durch die Wärme der Oxidationsreaktion der nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe schnell erhöht. An Stelle die Temperatur des Abgases zum Anheben der Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 zu erhöhen, kann die Vermehrung der Menge der nicht verbrannten Kohlenwasserstoff in dem Abgas zum Erhöhen der Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 durch die Wärme der Oxidationsreaktion die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf eine hohe Temperatur noch schneller erhöhen, so dass an Stelle einer Verwendung des zweiten Einspritzmusters, das bei (III) in der 26 gezeigt ist, das dritte Einspritzmuster verwendet wird, das bei (IV) in der 26 gezeigt ist, was die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf eine hohe Temperatur noch schneller erhöhen kann.
Als Nächstes wird die Verarbeitungsroutine des NO_x-Lösemerkers beschrieben, der dann gesetzt wird, wenn das NO_x von dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen ist, sowie des NO_x-Lösemerkers, der dann gesetzt wird, wenn das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen ist, während auf die 27 Bezug genommen wird. Es ist zu beachten, dass diese Routine jeweils in vorbestimmten Zeitperioden durch einen Interrupt ausgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf die 27 wird zunächst bei einem Schritt 100 bestimmt, falls der Merker I gesetzt ist, dass der Betriebsbereich der Kraftmaschine der erste Betriebsbereich I ist. Wenn der Merker I gesetzt ist, wenn nämlich der Betriebsbereich der Kraftmaschine der erste Betriebsbereich I ist, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 101, bei dem die Menge A des absorbierten NO_x pro Zeiteinheit aus dem Kennfeld berechnet wird, das in der 23A gezeigt ist. Als Nächstes wird bei einem Schritt 102A zu der NOx-Absorptionsmenge ΣNOX hinzugefügt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 103 bestimmt, falls die NOx-Absorptionsmenge ΣNOX das zulässige Maximum MAX überschreitet. Wenn ΣNOX > MAX gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 104, bei dem die Verarbeitung zum Setzen des NO_x-Lösemerkers für eine genau vorbestimmte Zeit durchgeführt wird. Als Nächstes wird bei einem Schritt 105 ΣNOX auf Null gesetzt. Als Nächstes schreitet die Routine zu einem Schritt 111.
Wenn andererseits bei dem Schritt 100 bestimmt wird, dass der Merker I zurückgesetzt ist, wenn nämlich der Betriebsbereich der Kraftmaschine der zweite Betriebsbereich II ist, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 106 weiter, bei dem die Menge B des absorbierten NO_x pro Zeiteinheit aus dem Kennfeld berechnet wird, das in der 23B gezeigt ist. Als Nächstes wird bei einem Schritt 107B zu der NO_x-Absorptionsmenge ΣNOX hinzugefügt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 108 bestimmt, ob die NO_x-Absorptionsmenge ΣNOX das zulässige Maximum MAX überschreitet. Wenn ΣNOX > MAX gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 109, bei dem eine Verarbeitung zum Setzen des NO_x-Lösemerkers für genau die vorbestimmte Zeit durchgeführt wird. Als Nächstes wird bei einem Schritt 110 ΣNOX auf Null gesetzt. Als Nächstes schreitet die Routine zu dem Schritt 111.
Bei dem Schritt 111 wird das Produkt K·Q der Einspritzmenge Q und der Konstanten k zu ΣSOX hinzugefügt. Der Kraftstoff enthält im Wesentlichen eine konstante Schwefelmenge S. Daher kann die in dem NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbierte SO_x-Menge durch K·Q ausgedrückt werden. Daher drückt ΣSOX, das durch aufeinanderfolgendes Addieren von diesen K·Q erhalten wird, die SO_x-Menge aus, die schätzungsweise in dem NO_x-Absorptionsmittel 71 absorbiert ist. Bei einem Schritt 112 wird bestimmt, ob die SOx-Menge ΣSOX das zulässige Maximum MAXS überschreitet. Wenn ΣSOX > MAXS gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 113, bei dem der SO_x-Lösemerker gesetzt wird.
Als Nächstes wird die Steuerung des Betriebes beschrieben, während auf die 28 und die 29 Bezug genommen wird.
Unter Bezugnahme auf die 28 und die 29 wird zunächst bei einem Schritt 200 bestimmt, ob der SO_x-Lösemerker gesetzt ist. Wenn der SO_x-Lösemerker nicht gesetzt ist, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 201, bei dem bestimmt wird, ob der Merker I gesetzt wurde, der angibt, dass der Betriebszustand der Kraftmaschine der erste Betriebsbereich I ist, der in der 10 gezeigt ist. Wenn der Merker I gesetzt ist, wenn nämlich der Betriebszustand der Kraftmaschine der erste Betriebsbereich I ist, der in der 10 gezeigt ist, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 202, bei dem bestimmt wird, ob das geforderte Moment TQ größer als die erste Grenze X(N) ist, die in der 10 gezeigt ist. Wenn TQ ≤ X(N) gilt, dann schreitet die Routine zum einem Schritt 204, bei dem die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird.
Bei dem Schritt 204 wird nämlich der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14A gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf diesen Sollöffnungsgrad ST gesetzt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 205 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14B gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesen Sollöffnungsgrad SE gesetzt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 206 bestimmt, ob der NO_x-Lösemerker gesetzt wurde oder nicht. Wenn der NO_x-Lösemerker nicht gesetzt wurde, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 207, bei die Einspritzmenge Q aus dem Kennfeld berechnet wird, das in der 13A gezeigt ist, die Einspritzstartzeit ΘS wird aus dem Kennfeld berechnet, das in der 13B gezeigt ist, und der Kraftstoff wird auf der Grundlage von diesen berechneten Werten eingespritzt.
Wenn bei dem Schritt 206 andererseits bestimmt wird, dass der NO_x-Lösemerker gesetzt ist, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 208, bei dem die Kraftstoffeinspritzmenge vermehrt wird, damit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine vorbestimmte Zeit fett, wobei ΣNOX auf Null festgelegt wird und der NO_x-Lösemerker zurückgesetzt wird. Das NO_x wird aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 während dieser Zeit gelöst.
Wenn bei dem Schritt 202 andererseits bestimmt wird, das TQ > X(N) gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 203, bei dem der Merker I zurückgesetzt wird, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 212, bei dem bestimmt wird, ob der NO_x-Lösemerker gesetzt ist. Wenn der NO_x-Lösemerker nicht gesetzt ist, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 213, bei dem die zweite Verbrennung durchgeführt wird.
Bei dem Schritt 213 wird nämlich der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 17A gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf dem Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Bei einem Schritt 214 wird als Nächstes der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 17B gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesem Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 215 die Einspritzmenge Q aus dem Kennfeld berechnet, das in der 16A gezeigt ist, die Einspritzstartzeit Querschnitt wird aus dem Kennfeld berechnet, das in der 16B gezeigt ist, und der Kraftstoff wird auf der Grundlage von diesen berechneten Werten eingespritzt.
Wenn bei dem Schritt 212 andererseits bestimmt wird, dass der NO_x-Lösemerker gesetzt wurde, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 216, bei dem bestimmt wird, ob die Menge B der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, größer ist als die festgelegte Menge Bd. Wenn B > Bd gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 217, bei dem das abgegebene Moment von der Kraftmaschine für die Niedrigtemperaturverbrennung reduziert wird, und der Elektromotor 37 wird betrieben.
Bei dem Schritt 217 wird nämlich das geforderte Moment von der Kraftmaschine von TQ auf das geforderte Moment TQe zur Zeit der niedrigsten Last reduziert, wie dies in der 15A gezeigt ist. Als Nächstes wird bei einem Schritt 218 der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14A gezeigt ist, und zwar auf der Grundlage des geforderten Momentes TQ ( = TQe), und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf diesen Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 219 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14B gezeigt ist, und zwar auf der Grundlage von diesem geforderten Moment TQ ( = TQe), und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesen Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 220 die Einspritzmenge Q, die aus dem Kennfeld berechnet wird, das in der 13A gezeigt ist, auf der Grundlage des geforderten Momentes TQ ( = TQe) vermehrt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird vorübergehend fett. Zu dieser Zeit wird das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst.
Als Nächstes wird bei einem Schritt 221 die Differenz zwischen dem geforderten Moment TQt und dem geforderten Moment TQe, das in der 25A gezeigt ist, nämlich der Abfall Δ des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes auf das abgegebene Moment Tm eingestellt, das durch den Elektromotor 37 zu erzeugen ist. Als Nächstes wird bei einem Schritt 222 die Stromstärke Im des dreiphasigen Wechselstromes berechnet, der in dem Elektromotor 37 einzuspeisen ist, damit der Elektromotor 37 das abgegebene Moment Tm erzeugt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 223 die Frequenz fm des dreiphasigen Wechselstromes, der in dem Elektromotor 37 einzuspeisen ist, auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl N berechnet. Als Nächstes wird bei einem Schritt 224 der dreiphasige Wechselstrom mit der Stromstärke Im und der Frequenz fm in den Elektromotor 37 eingespeist. Dadurch wird der Elektromotor 37 angetrieben.
Wenn bei dem Schritt 216 andererseits bestimmt wird, dass B ≤ Bd gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 225, bei dem die zweite Verbrennung durchgeführt wird, der Betrieb des Elektromotors 37 wird gestoppt, und zusätzlicher Kraftstoff wird bei dem Ende des Expansionshubes oder während des Auslasshubes eingespritzt. Bei dem Schritt 225 wird nämlich der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 17A gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf den Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Lastsensor Nächstes wird bei einem Schritt 226 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 17B gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesen Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Bei einem Schritt 227 wird als Nächstes die Einspritzmenge Q aus dem Kennfeld berechnet, das in der 16A gezeigt ist, die Einspritzstartzeit θS wird aus dem Kennfeld berechnet, das in der 16B gezeigt ist, und der Kraftstoff wird auf der Grundlage von diesen berechneten Werten eingespritzt. Des Weiteren wird der Hilfskraftstoff, der dazu erforderlich ist, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis de Abgases eingestellt wird, das in das NO_x-Absorptionsmittel 71 zu dieser Zeit hinein strömt, für eine vorbestimmte Zeit bei dem Ende des Expansionshubes oder des Auslasshubes eingespritzt, dann wird ΣNOX auf Null festgelegt, und der NO_x-Lösemerker wird zurückgesetzt. Während dieser Zeit wird das NO_x aus dem NO_x-Lösemittel 71 gelöst.
Wenn der Merker I zurückgesetzt ist, dann schreitet die Routine bei dem nächsten Verarbeitungszyklus von dem Schritt 201 zu dem 210, bei dem bestimmt wird, ob das geforderte Moment TQ kleiner als die zweite Grenze Y(N) wurde, die in der 10 gezeigt ist. Wenn TQ ≥ Y(N) gilt, dann schreitet die Routine zu dem Schritt 212. Wenn bei dem Schritt 210 andererseits bestimmt wird, dass TQ < Y(N) gilt, dann schreitet die Routine zu dem Schritt 211, bei dem der Merker I gesetzt wird, und dann schreitet die Routine zu dem Schritt 204, bei dem die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird.
Wenn bei dem Schritt 200 andererseits bestimmt wird, dass der SO_x-Lösemerker gesetzt ist, dann schreitet die Routine zu dem Schritt 209, bei dem die Verarbeitung zum Lösen des SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 durchgeführt wird. Die 30 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel von dieser SOx-Löseverarbeitung.
Unter Bezugnahme auf die 30 wird zunächst bei einem Schritt 300 bestimmt, ob das geforderte Moment TQ kleiner als die erste grenze X(N) ist, die in der 10 gezeigt ist. Wenn TQ < X(N) gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 301, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter der Niedrigtemperaturverbrennung fett gestaltet wird.
Bei dem Schritt 301 wird nämlich der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14A gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf diesen Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 302 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14B gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesem Sollöffnungsgrad Steuereinrichtung eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 303 die Einspritzmenge q aus dem Kennfeld berechnet, das in der 13a gezeigt ist, die Einspritzstartzeit ΘS wird aus dem Kennfeld berechnet, das in der 13B gezeigt ist, und die berechnete Einspritzmenge Q wird vermehrt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett gestaltet. Als Nächstes schreitet die Routine zu einem Schritt 316. Zu dieser Zeit wird die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf über 600°C aufrecht erhalten, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett gestaltet, so dass das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst wird. Zu dieser wird des Weiteren das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst, und mögliche Partikel werden durch Oxidation beseitigt, die an dem Partikelfilter 24 abgelagert sind.
Wenn bei dem Schritt 300 andererseits bestimmt wird, dass TQ X(N) gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 304, bei dem bestimmt wird, ob die Menge B der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, größer ist als die festgelegte Menge Bd. Wenn B > Bd gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 305, bei dem das abgegebene Moment von der Kraftmaschine für die Niedrigtemperaturverbrennung reduziert wird, und der Elektromotor 37 wird betrieben.
Bei dem Schritt 305 wird nämlich das geforderte Moment von der Kraftmaschine von TQt auf das im Wesentlichen maximale geforderte Moment TQe ( = TQe(N)) reduziert, bei dem Niedrigtemperaturverbrennung möglich ist, wie dies in der 25B gezeigt ist. Als Nächstes wird bei einem Schritt 306 der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14A gezeigt ist, und zwar auf der Grundlage des geforderten Momentes TQ ( = TQe(N)), und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf diesen Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 307 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14B gezeigt ist, und zwar auf der Grundlage von diesem geforderten Moment TQ ( = TQe(N)), und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesen Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 308 die Einspritzmenge Q, die aus dem Kennfeld berechnet ist, das i der 13A gezeigt ist, auf der Grundlage des geforderten Momentes TQ ( = TQe) vermehrt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett gestaltet. Zu dieser Zeit wird das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst. Des Weiteren wird zu dieser Zeit das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst, und mögliche Partikel werden durch Oxidation beseitigt, die an dem Partikelfilter 24 abgelagert sind.
Als Nächstes wird bei einem Schritt 309 die Differenz zwischen dem geforderten Moment TQt und dem geforderten Moment TQe, das in der 25B gezeigt ist, das heißt der Abfall ΔTQ des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes auf das abgegebene Moment Tm eingestellt, das durch den Elektromotor 37 zu erzeugen ist. Als Nächstes wird bei einem Schritt 310 die Stromstärke Im des dreiphasigen Wechselstromes berechnet, der in den Elektromotor 37 einzuspeisen ist, damit der Elektromotor 37 das abgegebene Moment Tm erzeugt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 311 die Frequenz fm des dreiphasigen Wechselstromes, der in den Elektromotor 37 einzuspeisen ist, auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl N berechnet. Als Nächstes wird bei einem Schritt 312 der dreiphasige Wechselstrom mit der Stromstärke Im und der Frequenz fm in den Elektromotor 37 eingespeist. Dadurch wird der Elektromotor 37 angetrieben.
Wenn andererseits bei dem Schritt 304 bestimmt wird, dass B ≤ Bd gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 313, bei dem die zweite Verbrennung bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, der Betrieb des Elektromotors 37 wird gestoppt und die Temperatur wird so gesteuert, dass sie zum Aufrecht erhalten der Temperatur TF des NO_x-Absorptionsmittels 71 ansteigt, das heißt des Partikelfilters 24, und zwar auf über 600°C. Bei dem Schritt 313 wird nämlich der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 17A gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf dem Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 314 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 17B gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesen Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 315 Kraftstoff durch eines der Einspritzmuster von dem ersten Einspritzmuster (II), dem zweiten Einspritzmuster (III) und dem dritten Einspritzmuster (IV) eingespritzt, wie dies in der 26 gezeigt ist. Zu dieser Zeit werden ebenfalls mögliche Partikel durch Oxidation beseitigt, die an dem Partikelfilter 24 abgelagert sind. Als Nächstes schreitet die Routine zu einem Schritt 316.
Bei dem Schritt 316 wird bestimmt, ob der Lösevorgang von SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 abgeschlossen ist. Ob der Lösevorgang von SO_x abgeschlossen ist, wird zum Beispiel aus der Zeit geschätzt, in der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist etc. Wenn bestimmt wird, dass der Lösevorgang von SO_x abgeschlossen wurde, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 317, bei dem der SO_x-Lösemerker zurückgesetzt wird, und ΣSOX und ΣNOX werden auf Null gesetzt.
Die 31 und die 32 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der SO_x-Löseverarbeitung.
Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel, wenn B > Bd gilt, und wenn SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen ist, das heißt, wenn ein Spielraum bei der Menge der elektrischen Energie vorhanden ist, die in der Batterie 41 gespeichert ist, wie dies in der 31 gezeigt ist, wird das geforderte Moment von der Kraftmaschine von TQt auf das geforderte Moment TQ der geringsten Last reduziert, sei einstückig ob TQ < X(N) oder TQ ≥ X(N) gilt, wobei der Abfall des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes durch das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 gelindert wird, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett gestaltet.
Wenn andererseits B ≤ Bd gilt, wenn nämlich kein Spielraum bei der Menge B der elektrischen Energie vorhanden ist, die in der Batterie 41 gespeichert ist, und falls TQ < X(N) gilt, dann wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter der Niedrigtemperaturverbrennung fett gestaltet, wohingegen die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71, das heißt des Partikelfilters 24 so gesteuert wird, dass sie unter der zweiten Verbrennung ansteigt, falls TQ ≥ X(N) gilt.
Unter Bezugnahme auf die 32 wird bei einem Schritt 400 zunächst bestimmt, ob die Menge B der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, größer als die festgelegte Menge Bd ist. Wenn B > Bd gilt, sei es ob die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird oder die zweite Verbrennung durchgeführt wird, schreitet die Routine zu einem Schritt 401, bei dem das abgegebene Moment von der Kraftmaschine reduziert wird und der Elektromotor 37 betrieben wird.
Bei dem Schritt 401 wird nämlich das geforderte Moment von der kam von TQt auf das geforderte Moment TQe zu der Zeit der geringsten Last reduziert, wie dies in der 31 gezeigt ist. Als Nächstes wird bei einem Schritt 402 der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14a gezeigt ist, und zwar auf der Grundlage des geforderten Momentes TQ( = TQe), und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf diesen Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 403 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14B gezeigt ist, und zwar auf der Grundlage von diesem geforderten Moment TQ( = TQe), und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesem Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 404 die Einspritzmenge Q, die aus dem Kennfeld berechnet ist, das in der 13a gezeigt ist, auf der Grundlage des geforderten Momentes TQ ( = TQe) vermehrt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett gestaltet. Zu dieser Zeit wird das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst. Zu dieser Zeit wird des Weiteren das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst, und mögliche Partikel werden durch Oxidation beseitigt, die an dem Partikelfilter 24 abgelagert sind.
Als Nächstes wird bei einem Schritt 405 die Differenz zwischen dem geforderten Moment TQt und dem geforderten Moment TQe, das in der 31 gezeigt ist, das heißt der Abfall ΔTQ des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes auf das abgegebene Moment Tm eingestellt, das durch den Elektromotor 37 zu erzeugen ist. Als Nächstes wird bei einem Schritt 406 die Stromstärke Im des dreiphasigen Wechselstromes berechnet, der in dem Elektromotor 37 einzuspeisen ist, damit der Elektromotor 37 das abgegebene Moment Tm erzeugt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 407 die Frequenz fm des dreiphasigen Wechselstromes, der in dem Elektromotor 37 einzuspeisen ist, auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl N berechnet. Als Nächstes wird bei einem Schritt 408 der dreiphasige Wechselstrom mit der Stromstärke Im und der Frequenz fm in den Elektromotor eingespeist. Dadurch wird der Elektromotor 37 angetrieben.
Wenn bei dem Schritt 400 andererseits bestimmt wird, dass B ≤ Bd gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 409, bei dem bestimmt wird, ob das geforderte Moment TQ kleiner als die erste Grenze X(N) ist, die in der 10 gezeigt ist. Wenn TQ < X(N) gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 410, bei dem der Betrieb des Elektromotors 37 gestoppt wird und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter der Niedrigtemperaturverbrennung fett gestaltet wird.
Bei dem Schritt 410 wird nämlich der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14A gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf dem Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 411 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14B gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesen Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 412 die Einspritzmenge Q aus dem Kennfeld berechnet, das in der 13A gezeigt ist, die Einspritzstartzeit Querschnitt wird aus dem Kennfeld berechnet, das in der 13B gezeigt ist, und die berechnete Kraftstoffmenge Q wird vermehrt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett gestaltet. Als Nächstes schreitet die Routine zu einem Schritt 416. Zu dieser Zeit wird die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf über 600°C aufrecherhalten, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett gestaltet, so dass das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst wird. Des Weiteren wird zu dieser Zeit das NO_x auch aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst, und Partikel werden durch Oxidation beseitigt, die an dem Partikelfilter 24 abgelagert sind.
Wenn bei dem Schritt 409 andererseits bestimmt wird, dass TQ ≥ X(N) gilt, dann wird die zweite Verbrennung unter einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt, der Betrieb des Elektromotors 37 wird gestoppt und die Temperatur wird so gesteuert, dass sie zum Aufrecht erhalten der Temperatur TF des NO_x-Absorptionsmittels 71 ansteigt, das heißt des Partikelfilters 24, und zwar auf über 600°C. Bei dem Schritt 413 wird nämlich der Sollöffnungsgrad SE des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 17A gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf den Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 414 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 17B gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesem Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 415 Kraftstoff durch eines der Einspritzmuster in dem ersten Einspritzmuster (II), dem zweiten Einspritzmuster (III) und dem dritten Einspritzmuster (IV) eingespritzt, wie dies in der 26 gezeigt ist. Zu dieser Zeit werden ebenfalls mögliche Partikel durch Oxidation beseitigt, die an dem Partikelfilter 24 abgelagert sind. Als Nächstes schreitet die Routine zu einem Schritt 416.
Bei dem Schritt 416 wird bestimmt, ob der Lösevorgang von SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 abgeschlossen ist. Wenn bestimmt wird, dass der Lösevorgang von SO_x abgeschlossen wurde, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 417, bei dem der SO_x-Lösemerker zurückgesetzt wird, und ΣSOX und ΣNOX werden auf Null festgelegt.
Die 33 bis 35 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der SO_x-Löseverarbeitung.
Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel wird ebenfalls das geforderte Moment von der Kraftmaschine auf TQe reduziert, wenn B > Bd gilt, und wenn SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 zu lösen ist, das heißt wenn ein Spielraum bei der Menge B der elektrischen Energie vorhanden ist, die in der Batterie 41 gespeichert ist, sei es, ob TQ < X(N) oder TQ ≤ X(N) gilt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird unter der Niedrigtemperaturverbrennung fett gestaltet, und der Abfall des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes wird durch das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 gelindert.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird jedoch das geforderte Moment TQ, das aus dem Niederdrückungsbetrag des Beschleunigungspedals 44 bestimmt wird, in das geforderte Moment TQe, wenn das abgegebene Moment von der Kraftmaschine reduziert wird, und das abgegebene Moment Tm des Elektromotors 37 auf der Grundlage der folgenden Formeln geteilt, so dass die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71, das heißt des Partikelfilters 24, zwischen einer vorbestimmten unteren Grenztemperatur TFmin wie zum Beispiel 600°C und einer vorbestimmten oberen Grenztemperatur TFmax wie zum Beispiel 650°C aufrecht erhalten wird. TQe = K·TQ Tm = (1 – K)·TQ
Auch wenn das geforderte Moment TQ gleich ist, falls das abgegebene Moment von der Kraftmaschine vergrößert wird und das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 verkleinert ist, das heißt wenn das Verhältnis der Verteilung des Momentes K vergrößert wird, wird nämlich die Temperatur des Abgases erhöht, so dass die Temperatur des Partikelfilters 24 erhöht wird. Auch wenn das geforderte Moment TQ gleich ist, falls das abgegebene Moment von der Kraftmaschine verkleinert wird und das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 vergrößert wird, das heißt wenn das Verhältnis der Verteilung des Momentes K verringert wird, fällt die Temperatur des Abgases ab, so dass die Temperatur des Partikelfilters 24 abfällt.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird daher die Temperatur TF des Partikelfilters 24 durch einen Temperatursensor 43 erfasst oder geschätzt, der an dem Abgasrohr 26 angebracht ist. Wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 24 niedriger als die untere Grenztemperatur TFmin wird, wie dies in der 33 gezeigt ist, indem das geforderte Moment TQe vergrößert wird und indem das abgegebene Moment Tm von dem Elektromotor 37 verkleinert wird, das heißt durch Vergrößern des Verhältnisses der Verteilung des Momentes K wird die Temperatur TF des Partikelfilters 24 so über die untere Grenztemperatur TFmin erhöht. Wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 24 größer als die obere Grenztemperatur TFmax wird, indem das geforderte Moment TQ verkleinert wird und indem das abgegebene Moment Tm von dem Elektromotor 37 vergrößert wird, das heißt durch Verringern des Verhältnisses der Verteilung des Momentes K wird die Temperatur TF des Partikelfilters 24 niedriger als die obere Grenztemperatur TFmax.
Wenn andererseits B ≤ Bd gilt, das heißt wenn kein Spielraum bei der Menge B der elektrischen Energie vorhanden ist, die in der Batterie 41 gespeichert ist, falls TQ < X(N) gilt, dann wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter der Niedrigtemperaturverbrennung fett, wohingegen die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71, das heißt des Partikelfilters 24, so gesteuert wird, dass sie unter der zweiten Verbrennung ansteigt, falls TQ ≥ X(N) gilt.
Unter Bezugnahme auf die 34 und die 35 wird bei einem Schritt 500 zunächst bestimmt, ob die Menge B der elektrischen Energie, die in der Batterie 41 gespeichert ist, größer als die festgelegte Menge Bd ist. Wenn B > Bd gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 501, bei dem das abgegebene Moment von der Kraftmaschine für die Niedrigtemperaturverbrennung reduziert wird, der Elektromotor 37 betrieben wird und die Temperatur TF des Partikelfilters 24 gesteuert wird.
Bei dem Schritt 501 wird nämlich bestimmt, ob die Temperatur TF des Partikelfilters 24 niedriger als die untere Grenztemperatur TFmin ist. Wenn TF < TFmin gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 502, bei dem die Konstante ΔK zu dem Verhältnis der Verteilung des Momentes K addiert wird, das heißt das Verhältnis der Verteilung des Momentes K wird vergrößert, und dann schreitet die Routine zu einem Schritt 505. Wenn im Gegensatz dazu TF ≥ TFmin gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 503, bei dem bestimmt, ob die Temperatur TF des Partikelfilters 24 größer als die obere Grenztemperatur TFmax ist. Wenn TF > TFmax gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 504, bei dem die Konstante ΔK von dem Verhältnis der Verteilung des Momentes K subtrahiert wird, das heißt das Verhältnis der Verteilung des Momentes K wird verringert, und dann schreitet die Routine zu einem Schritt 505. Bei dem Schritt 505 wird das geforderte Moment TQe der Kraftmaschine aus der folgenden Gleichung berechnet: TQe = K·TQ.
Als Nächstes wird bei einem Schritt 506 der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14A gezeigt ist, und zwar auf der Grundlage des geforderten Momentes TQ ( = TQe), und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf diesen Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 507 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14B gezeigt ist, und zwar auf der Grundlage von diesem geforderten Moment TQ ( = TQe), und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesem Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 508 die Einspritzmenge Q, die aus dem Kennfeld berechnet ist, das in der 13A gezeigt ist, auf der Grundlage des geforderten Momentes TQ ( = TQe) vermehrt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett gestaltet. Zu dieser Zeit wird das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst. Zu dieser Zeit wird des Weiteren das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst, und mögliche Partikel werden durch Oxidation beseitigt, die an dem Partikelfilter 24 abgelagert sind.
Als Nächstes wird bei einem Schritt 509 das abgegebene Moment Tm von dem Elektromotor 37 auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet. Tm = (1 – K)·TQ
Als Nächstes wird bei einem Schritt 510 die Stromstärke Im des dreiphasigen Wechselstromes berechnet, der in den Elektromotor 37 einzuspeisen ist, damit der Elektromotor 37 das abgegebene Moment Tm erzeugt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 511 die Frequenz fm des dreiphasigen Wechselstromes, der in den Elektromotor 37 einzuspeisen ist, auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl N berechnet. Als Nächstes wird bei einem Schritt 512 der dreiphasige Wechselstrom mit der Stromstärke Im und der Frequenz fm in den Elektromotor 37 eingespeist. Dadurch wird der Elektromotor 37 angetrieben. Als Nächstes schreitet die Routine zu einem Schritt 520.
Wenn bei dem Schritt 500 andererseits bestimmt wird, dass B ≤ Bd gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 513, bei dem bestimmt wird, ob das geforderte Moment TQ kleiner als die erste Grenze X(N) ist, die in der 10 gezeigt ist. Wenn TQ < X(N) gilt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 514, bei dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter der Niedrigtemperaturverbrennung fett gestaltet wird.
Bei dem Schritt 514 wird nämlich der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14A gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf den Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Bei einem Schritt 515 wird als Nächstes der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 14B gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesen Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 516 die Einspritzmenge Q aus dem Kennfeld berechnet, das in der 13A gezeigt ist, die Eingriffsstück ΘS wird aus dem Kennfeld berechnet, das in der 13B gezeigt ist, und die berechnete Kraftstoffmenge Q wird vermehrt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett gestaltet. Als Nächstes schreitet die Routine zu einem Schritt 520. Zu dieser Zeit wird die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels 71 auf über 600°C aufrecherhalten, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett gestaltet, so dass das SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst wird. Zu dieser Zeit wird des Weiteren NO_x auch aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 gelöst, und Partikel werden durch Oxidation beseitigt, die an dem Partikelfilter 24 abgelagert sind.
Wenn bei dem Schritt 513 andererseits bestimmt wird, dass TQ X(N) gilt, dann wird die zweite Verbrennung unter einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt, der Betrieb des Elektromotors 37 wird gestoppt und die Temperatur wird so gesteuert, dass sie ansteigt, damit die Temperatur TF des NO_x-Absorptionsmittels 71, das heißt des Partikelfilters 24, auf über 600°C aufrecht erhalten wird. Bei einem Schritt 517 wird nämlich der Sollöffnungsgrad ST des Drosselventils 21 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 17A gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des Drosselventils 21 wird auf den Sollöffnungsgrad ST eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 518 der Sollöffnungsgrad SE des EGR-Steuerventils 29 aus dem Kennfeld berechnet, das in der 17B gezeigt ist, und der Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 29 wird auf diesen Sollöffnungsgrad SE eingestellt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 519 Kraftstoff durch eines Einspritzmuster von dem ersten Einspritzmuster (II), dem zweiten Einspritzmuster (III) und dem dritten Einspritzmuster (IV) eingespritzt, wie dies in der 26 gezeigt ist. Zu dieser Zeit werden ebenfalls mögliche Partikel durch Oxidation beseitigt, die an dem Partikelfilter 24 abgelagert sind. Als Nächstes schreitet die Routine zu einem Schritt 520.
Bei dem Schritt 520 wird bestimmt, ob der Lösevorgang von SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel 71 abgeschlossen wurde. Wenn bestimmt wird, dass der Lösevorgang von SO_x abgeschlossen wurde, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 521, bei dem der SO_x-Lösemerker zurückgesetzt wird und ΣSOX und ΣNOX werden auf Null gesetzt.
Es ist zu beachten, dass die Temperatur TF des Partikelfilters 24 auch dadurch gesteuert werden kann, dass der Verzögerungsbetrag der Haupteinspritzung Q_m oder die Mengen von dem Hilfskraftstoff Q_v und Q_p geändert werden. Wenn nämlich TF < TFmin gilt, dann ist es möglich das TF > TFmin bewirkt wird, indem der Verzögerungsbetrag der Haupteinspritzung Q_m oder die Mengen des Hilfskraftstoffes Q_v und Q_p vergrößert werden. Wenn TF > TFmax gilt, dann ist es möglich, dass TF < TFmax bewirkt wird, indem der Verzögerungsbetrag der Haupteinspritzung Q_m oder die Mengen des Hilfskraftstoffes Q_v und Q_p reduziert werden.
Des Weiteren ist es durch Ändern der EGR-Rate zu der Zeit der Niedrigtemperaturverbrennung möglich, die Temperatur TF des Partikelfilters 24 zu steuern. Wenn nämlich TF < TFmin gilt, indem die EGR-Rate reduziert wird, dann ist es möglich, dass TF > TFmin bewirkt wird. Wenn TF > TFmax gilt, dann ist es möglich, dass durch Anheben der EGR-Rate TF < TFmax bewirkt wird.
Als Nächstes wird die Steuerung des Betriebes zu der Zeit der Kraftmaschinenbeschleunigung und -verzögerung beschrieben. Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Elektromotor 37 zu der Zeit der Beschleunigung so angetrieben, dass ein guter Beschleunigungsbetrieb auch zu der Zeit einer Beschleunigung in einem Betriebsbereich erhalten wird, in dem der Abgasturbolader 15 nicht in Betrieb ist. Zu der Zeit der Verzögerung wird der Elektromotor 37 andererseits als ein Generator betrieben, und die erzeugte elektrische Leistung wird gespeichert.
Die 36 zeigt die Verarbeitungsroutine zu der Zeit der Beschleunigung und der Verzögerung. Diese Routine wird jeweils in vorbestimmten Zeiten durch einen Interrupt ausgeführt.
Unter Bezugnahme auf die 36 wird bei einem Schritt 600 zunächst bestimmt, ob die Kraftmaschine beschleunigt, und zwar aus dem Änderungsbetrag ΔL ( > 0) von die Niederdrückungsbetrag L des Beschleunigungspedals 44. Wenn die Kraftmaschine beschleunigt, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 601, bei dem das abgegebene Moment Tm berechnet wird, das durch den Elektromotor 37 zu erzeugen ist. Das abgegebene Moment Tm wird größer, wenn sich der Änderungsbetrag ΔL von dem Niederdrückungsbetrag L des Beschleunigungspedals 44 vergrößert, wie dies in der 37 gezeigt ist. Als Nächstes wird bei einem Schritt 602 die Stromstärke Im des dreiphasigen Wechselstromes berechnet, der in den Elektromotor 37 einzuspeisen ist, damit der Elektromotor 37 das abgegebene Moment Tm erzeugt. Als Nächstes wird bei einem Schritt 603 die Frequenz fm des dreiphasigen Wechselstromes, der in den Elektromotor 37 einzuspeisen ist, auf der Grundlage der Kraftmaschinendrehzahl N berechnet. Als Nächstes wird bei einem Schritt 604 der dreiphasige Wechselstrom mit der Stromstärke Im und der Frequenz fm in den Elektromotor 37 eingespeist, wodurch der Elektromotor 37 angetrieben wird. Auf diese Art und Weise wird zu der Zeit der Kraftmaschinenbeschleunigung das abgegebene Moment von dem Elektromotor 37 mit dem abgegebenen Moment von der Kraftmaschine überlagert.
Als Nächstes wird bei einem Schritt 605 bestimmt, ob die Kraftmaschine verzögert, und zwar aus dem Niederdrückungsbetrag L des Beschleunigungspedals 44 und der Kraftmaschinendrehzahl N. Wenn die Kraftmaschine verzögert, dann schreitet die Routine zu einem Schritt 606, bei dem der Elektromotor 37 als ein Generator betrieben wird, und die erzeugte elektrische Leistung wird in der Batterie 41 gespeichert.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben ist, die dem Zwecke der Darstellung dienen, so ist offensichtlich, dass mehrere Abwandlungen durch den Durchschnittsfachmann erdenklich sind, ohne dass von dem Umfang der Erfindung abgewichen wird, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Kraftmaschinensystem mit einer Verdichtungszündkraftmaschine, bei der eine Menge an erzeugtem Ruß allmählich vermehrt wird und dann einen Spitzenwert aufweist, wenn eine Edelgasmenge in einer Brennkammer (5) vermehrt wird, und bei der eine weitere Vermehrung der Edelgasmenge in der Brennkammer (5) dazu führt, dass eine Temperatur von Kraftstoff und eines umgebenden Gases in der Brennkammer (5) niedriger als eine Temperatur zur Erzeugung von Ruß wird, und dass daher nahezu kein Ruß mehr erzeugt wird, wobei die Kraftmaschine Folgendes aufweist: einen Abgaskanal; ein NO_x-Absorptionsmittel (71), das in dem Abgaskanal angeordnet ist, wobei das NO_x-Absorptionsmittel (71) NO_x absorbiert, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines einströmenden Abgases mager ist, und wobei es das absorbierte NO_x löst, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett oder das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist; eine Wechseleinrichtung zum wahlweisen Wechseln zwischen einer ersten Verbrennung, bei der die Edelgasmenge in der Brennkammer (5) größer als jene Edelgasmenge ist, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert aufweist, und einer zweiten Verbrennung, bei der die Edelgasmenge in der Brennkammer (5) kleiner als jene Edelgasmenge ist, bei der die erzeugte Rußmenge einen Spitzenwert aufweist; einen Elektromotor (37) zum Erzeugen einer Fahrzeugantriebsleistung, die von einer Antriebsleistung der Kraftmaschine getrennt ist; eine Batterie (41) zum Antreiben des Elektromotors (37); eine Steuereinrichtung zum Durchführen der ersten Verbrennung, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer (5) fett oder das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird, auch wenn die zweite Verbrennung durchgeführt werden soll, wenn NO_x oder SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel (71) gelöst werden soll, gekennzeichnet durch eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob eine Menge einer elektrischen Energie, die in der Batterie (41) gespeichert ist, größer als eine vorbestimmte Menge ist; wobei die Steuereinrichtung die erste Verbrennung durchführt, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer (5) auf das fette oder das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellt und eine Antriebsleistung bei dem Elektromotor (37) erzeugt, auch wenn die zweite Verbrennung durchgeführt werden soll, wenn NO_x oder SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel (71) gelöst werden soll und die Menge der elektrischen Energie, die in der Batterie (41) gespeichert ist, größer als die vorbestimmte Menge ist; und wobei die Steuereinrichtung die zweite Verbrennung durchführt, wenn die zweite Verbrennung durchgeführt werden soll, und wobei die Steuereinrichtung auch die Kraftstoffeinspritzung so steuert, dass eine Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels (71) erhöht wird, falls die Menge der elektrischen Energie, die in der Batterie (41) gespeichert ist, kleiner als die vorbestimmte Menge ist, wenn NO_x oder SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel (71) gelöst werden soll.
Kraftmaschinensystem gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung ein abgegebenes Moment von der Kraftmaschine im Wesentlichen auf ein maximaler abgegebenes Moment aufrechterhält, bei dem die erste Verbrennung durchgeführt werden kann und ein Abfall des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes durch das abgegebene Moment von dem Elektromotor (37) gelindert wird, wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird, wenn die zweite Verbrennung durchgeführt werden soll.
Kraftmaschinensystem gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer (5) auf das fette oder das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellt, wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird, wenn NO_x oder SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel (71) gelöst werden soll.
Kraftmaschinensystem gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung das abgegebene Moment von der Kraftmaschine reduziert, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer (5) auf das fette oder das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellt und den Elektromotor (37) zum Erzeugen einer Antriebsleistung veranlasst, um den Abfall des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes durch das abgegebene Moment von dem Elektromotor (37) zu lindern, wenn NO_x oder SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel (71) gelöst werden soll, wobei die erste Verbrennung durchgeführt wird und die Menge der elektrischen Energie, die in der Batterie (41) gespeichert ist, größer als die vorbestimmte Menge ist.
Kraftmaschinensystem gemäß Anspruch 1, wobei eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels (71) vorgesehen ist, und wobei die Steuereinrichtung das abgegebene Moment von der Kraftmaschine reduziert, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der Brennkammer (5) auf das fette oder das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis einstellt, den Elektromotor (37) zum Erzeugen einer Antriebsleistung veranlasst, um so den Abfall des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes durch das abgegebene Moment von dem Elektromotor (37) zu lindern, und das Verhältnis des abgegebenen Kraftmaschinenmomentes und des abgegebenen Momentes von dem Elektromotor (37) so steuert, dass die Temperatur des NO_x-Absorptionsmittels (71) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches fällt, wenn NO_x oder SO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel (71) gelöst werden soll und die Menge der elektrischen Energie, die in der Batterie (41) gespeichert ist, größer als die vorbestimmte Menge ist.
Kraftmaschinensystem gemäß Anspruch 1, wobei ein Betriebsbereich der Kraftmaschine in einen ersten Betriebsbereich an einer Niedriglastseite und in einen zweiten Betriebsbereich an einer Hochlastseite geteilt ist, wobei die erste Verbrennung in dem ersten Betriebsbereich durchgeführt wird und die zweite Verbrennung in dem zweiten Betriebsbereich durchgeführt wird.
Kraftmaschinensystem gemäß Anspruch 1, wobei eine Abgasrückführungsvorrichtung zum Rückführen von Abgas, das aus der Brennkammer (5) ausgestoßen wird, in einen Einlasskanal der Kraftmaschine vorgesehen ist, wobei das Edelgas das rückgeführte Abgas beinhaltet, die Abgasrückführungsrate auf mehr als ungefähr 55% eingestellt wird, wenn die erste Verbrennung durchgeführt wird, und die Abgasrückführungsrate auf weniger als ungefähr 50% eingestellt wird, wenn die zweite Verbrennung durchgeführt wird.
Kraftmaschinensystem gemäß Anspruch 1, wobei ein Partikelfilter (24) vorgesehen ist, der in dem Abgaskanal angeordnet ist, und wobei als der Partikelfilter (24) ein Partikelfilter (24) verwendet wird, der mögliche Partikel in einem Abgas durch Oxidation beseitigen kann, das in dem Partikelfilter (24) hinein strömt, ohne dass eine Flamme ausgesendet wird, wenn eine ausgelassene Partikelmenge, die aus der Brennkammer (5) pro Zeiteinheit ausgelassen wird, kleiner ist als eine Partikelmenge, die durch Oxidation pro Zeiteinheit an dem Partikelfilter (24) beseitigt werden kann, ohne dass eine Flamme ausgesendet wird; und wobei der Partikelfilter (24) gleichzeitig die Funktion eines NO_x-Absorptionsmittels (71) aufweist.
Kraftmaschinensystem gemäß Anspruch 8, wobei ein Edelmetallkatalysator an dem Partikelfilter (24) getragen ist.
Kraftmaschinensystem gemäß Anspruch 9, wobei ein Aktivsauerstofflösemittel (71), das den Sauerstoff aufnimmt und den Sauerstoff hält, wenn übermäßiger Sauerstoff in der Umgebung vorhanden ist, und das das gehaltene Sauerstoff in der Form von Aktivsauerstoff löst, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung abfällt, an dem Partikelfilter getragen ist, und wobei Aktivsauerstoff aus dem Aktivsauerstofflösemittel (71) gelöst wird, wenn Partikel an dem Partikelfilter (24) abgelagert sind, und wenn die an dem Partikelfilter (24) abgelagerten Partikel durch den gelösten Aktivsauerstoff oxidiert werden.