DE60122195T2

DE60122195T2 - Kontrollvorrichtung für abgasemissionen einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60122195T2
Application number: DE60122195T
Authority: DE
Inventors: C/O TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA Tomoyuki Toyota-shi ONO
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2021-10-13
Also published as: EP1331371A4; EP1331371A1; JP3772832B2; JPWO2002031324A1; WO2002031324A1; EP1331371B1; DE60122195D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors.
STAND DER TECHNIK
Das Abgas eines Verbrennungsmotors und insbesondere eines Dieselmotors enthält Partikel, die Kohlenstoff als eine Hauptkomponente enthalten, und es ist erwünscht, dass die Menge von in die Atmosphäre emittierten Partikeln verringert wird. Es wurde daher vorgeschlagen, einen Partikelfilter in dem Abgassystem des Dieselmotors als ein Filter zum Einfangen der Partikel anzuordnen. Solch ein Partikelfilter kann einen großen Widerstand für die Abgasströmung bilden, wenn sich die Menge der eingefangenen Partikel erhöht. Es wird daher notwendig, dass sich der Partikelfilter selbst regeneriert, indem die eingefangenen Partikel verbrannt werden.
Wenn die Abgastemperatur unter der Bedingung einer hohen Motorlast und einer hohen Motordrehzahl und des gleichen hoch wird, entzünden sich die eingefangenen Partikel spontan und der Partikelfilter kann regeneriert werden. Allerdings gibt es keine Garantie, dass die Betriebszustände häufiger auftreten, bei denen eine hohe Motorlast und eine hohe Motordrehzahl vorliegen. Daher wird die Regenerationsbehandlung im Allgemeinen durch das Anordnen einer Heizvorrichtung oder eines Oxidationskatalysators in dem Partikelfilter und durch das Versorgen der Heizvorrichtung mit Energie oder das Zuführen von unverbranntem Kraftstoff zu dem Oxidationskatalysator so ausgeführt, dass die Regeneration veranlasst wird.
Es wird daher notwendig, den Zeitpunkt für das Regenerieren des Partikelfilters zu bestimmen. Wenn der bestimmte Zeitpunkt für die Regenerierung zu früh ist, wird die Regenerierungsbehandlung unnötigerweise ausgeführt, was ein Problem dahingehend verursacht, dass die Batterie sehr groß sein muss oder eine große Menge von Kraftstoff verbraucht wird. Wenn der bestimmte Zeitpunkt für die Regeneration zu spät ist, steigt andererseits der in dem Verbrennungsmotorabgassystem vorhandene Widerstand gegenüber dem Abgas stark an, was einen großen Abfall der Verbrennungsmotorleistung verursacht.
Es ist daher erwünscht, den Zeitpunkt für die Regenerierung des Partikelfilters korrekt zu bestimmen. Es wurde beispielsweise vorgeschlagen, den Zeitpunkt für die Regenerierung auf der Basis der Tatsache zu bestimmen, dass eine Menge von eingefangenen Partikeln mit einer Zunahme der Distanz ansteigt, die das Fahrzeug zurückgelegt hat. Allerdings tritt ein deutlicher Unterschied bei der Menge der eingefangenen Partikel abhängig von den Betriebszuständen über die vorbestimmte Distanz ein, die das Fahrzeug zurückgelegt hat. Mit diesem Verfahren ist es daher nicht möglich, den Zeitpunkt für die Regenerierung korrekt zu bestimmen.
Des Weiteren wurde vorgeschlagen, dass Drucksensoren stromaufwärtig und stromabwärtig des Partikelfilters angeordnet werden und der Zeitpunkt für die Regenerierung auf der Basis der Tatsache bestimmt wird, dass eine Differenz zwischen den Drücken, die durch diese Drucksensoren erfasst werden, mit einem Anstieg der Menge von eingefangenen Partikeln ansteigt. Allerdings ist ein Drucksensor teuer und kann selbst einen relativ großen Widerstand für das Abgas bilden, und somit ist dieses Verfahren nicht vorzuziehen.
Um den Zeitpunkt für das Regenerieren des Partikelfilters kostengünstig und relativ korrekt zu bestimmen, schlägt die ungeprüfte japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 3-41112 die Bestimmung des Zeitpunkts für das Regenerieren des Partikelfilters durch das Vergleichen der Menge von gemessener Frischluft mit einem Referenzwert für jeden Verbrennungsmotorbetriebszustand basierend auf der Tatsache vor, dass sich die Menge der Ansaugfrischluft mit einem Anstieg der Menge von eingefangenen Partikeln verringert.
Bei solch einer Bestimmung des Zeitpunkts für das Regenerieren des Partikelfilters auf der Basis einer Menge von Ansaugfrischluft ist es wichtig, dass die Menge von Ansaugfrischluft stabil ist. Beständige Verbrennungsmotorbetriebszustände sind für diese Bestimmung geeignet. Allerdings können beständige Zustände des Verbrennungsmotors nicht für eine lange Zeit ausgeübt werden, während man sich in urbanen Gebieten fortbewegt, und somit kann ein Bestimmungsintervall groß werden. Wenn eine große Menge von Partikeln an dem Partikelfilter eingefangen wird, kann dieses Verfahren daher unter Umständen nicht dazu in der Lage sein, den Zeitpunkt für die Regenerierung zu bestimmen.
Wenn das Gaspedal so zurückgenommen wird, dass eine Verzögerung verursacht wird und ein Abschalten des Kraftstoffs durchgeführt wird, ist die Menge der Ansaugluft stabil. Ein Abschalten des Kraftstoffs wird häufig ausgeführt, während man sich in urbanen Gebieten fortbewegt, und dies ist für die Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung geeignet. Allerdings ist, wenn ein Abschalten des Kraftstoffs durchgeführt wird, die absolute Menge der Ansaugluft gering, und somit wird der Referenzwert selbst klein. Daher ist es schwierig, den Zeitpunkt für die Regenerierung korrekt zu bestimmen, wenn ein Messfehler in Betracht gezogen wird.
Falls ein Drosselventil verwendet wird, bei dem ein Öffnungsgrad trotz der Verwendung eines Niederdrückungsbetrags des Gaspedals frei festgelegt werden kann, kann eine Menge von Ansaugluft ohne Probleme erhöht werden, wenn ein Abschalten des Kraftstoffs durchgeführt wird. Wenn ein Abschalten des Kraftstoffs durchgeführt wird, wird das Drosselventil nämlich vollständig oder in einem relativ großen Maße geöffnet, und somit kann die Menge der Ansaugluft erhöht werden. Daher kann der Zeitpunkt für die Regenerierung auf der Basis der großen Menge von Ansaugfrischluft korrekt bestimmt werden.
Wenn allerdings zum Beispiel etwas mit dem Kraftstoffeinspritzsystem oder desgleichen nicht stimmt, kann eine Verbrennungsmotorleistung erzeugt werden, die größer als die vorgesehene ist. In solch einem Fall, in dem eine hohe Verbrennungsmotorleistung anormal erzeugt wird, falls das Drosselventil wie das voranstehend beschriebene gesteuert wird, wird, wenn ein Fahrer das Gaspedal zum Verlangsamen des Fahrzeugs zurücknimmt, das Drosselventil auf der Basis des Kraftstoffabschaltbefehls geöffnet, und somit kann die anormal erhöhte Verbrennungsmotorleistung nicht vorteilhaft verringert werden.
Das Dokument US 5 287 698 zeigt ein Regenerierungssystem für einen Partikelfilter in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors vorzusehen, die den Zeitpunkt für die Regenerierung des in dem Abgassystem eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters dadurch korrekt bestimmen kann, dass sie eine Menge von an dem Partikelfilter eingefangenen Partikeln korrekt abschätzen kann, wenn ein Abschalten des Kraftstoffs durchgeführt wird, und die vorteilhafterweise die anormal erhöhe Verbrennungsmotorleistung verringern kann, wenn die Verbrennungsmotorleistung anormal erzeugt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors vorgesehen, die folgendes aufweist: einen Partikelfilter, der in dem Verbrennungsmotorabgassystem angeordnet ist; eine Frischluftansaug-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Menge von Ansaugfrischluft, die in das Verbrennungsmotoransaugsystem eingeführt wird; eine Drosselventil-Steuereinrichtung zum Erhöhen eines Öffnungsgrads des Drosselventils auf einen eingestellten Öffnungsgrad gemäß einem Kraftstoffabschaltbefehl; und eine Partikelmenge-Abschätzeinrichtung zum Abschätzen einer Menge von an dem Partikelfilter eingefangenen Partikeln durch einen Vergleich der Menge von Ansaugfrischluft, die durch die Frischluftansaug-Erfassungseinrichtung erfasst wird, nachdem das Drosselventil zu dem genannten Öffnungsgrad durch die Drosselventil-Steuereinrichtung gebracht wurde, und einem Referenzwert, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Abnormalitäts-Verbrennungsmotorleistungs-Erfassungseinrichtung hat, um eine anormale Verbrennungsmotorleistung zu erfassen, bei der die Verbrennungsmotorleistung anormal ansteigt, und wenn die Anormalitäts-Verbrennungsmotorleistungs-Erfassungseinrichtung die anormale Verbrennungsmotorleistung erfasst, die Drosselventilsteuereinrichtung einen Öffnungsgrad des Drosselventils nicht erhöht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Reinigung des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Ablaufdiagramm zum Bestimmen des Zeitpunkts für die Regenerierung;
3 ist eine Draufsicht, die den Aufbau um einen weiteren Partikelfilter herum zeigt;
4 ist eine Seitenansicht der 3;
5 ist eine Ansicht, die die andere Absperrposition des Ventilkörpers in dem Umschaltabschnitt zeigt, die sich von der in der 3 unterscheidet;
6(A) ist eine Vorderansicht, die den Aufbau des Partikelfilters zeigt;
6(B) ist eine seitliche Schnittansicht, die den Aufbau des Partikelfilters zeigt;
7(A) und 7(B) sind Ansichten, die den Oxidationsvorgang der Partikel erklären;
8 ist eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen der Menge von Partikeln, die oxidiert und entfernt werden kann, und der Temperatur des Partikelfilters zeigt;
9(A), 9(B) und 9(C) sind Ansichten, die den Anlagerungsvorgang der Partikel zeigen; und
10(A) und 10(B) sind vergrößerte Schnittansichten der Trennwand des Partikelfilters mit den zurückbleibenden Partikeln.
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Die 1 ist eine Ansicht, die schematisch eine Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. In der 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Verbrennungsmotorkörper, das Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Verbrennungsmotoransaugsystem und das Bezugszeichen 3 bezeichnet ein Verbrennungsmotorabgassystem. In dem Verbrennungsmotoransaugsystem 2 ist ein Drosselventil 4 an der stromaufwärtigen Seite eines Ansaugverteilers 2a angeordnet, der mit den Zylindern verbunden ist, und ein Luftströmungsmessgerät 5 ist an der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 4 so angeordnet, dass es eine Menge der Ansaugfrischluft ermittelt, die in das Verbrennungsmotoransaugsystem 2 eingeführt wird. Die stromaufwärtige Seite des Luftströmungsmessgeräts 5 ist zu der Umgebung hin durch einen Luftfilter geöffnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Drosselventil 4 keines, das mechanisch angetrieben wird, indem es mit dem Gaspedal verriegelt ist, sondern kann unter Verwendung einer Drosselventil-Steuereinrichtung wie beispielsweise eines Schrittmotors oder desgleichen bezüglich seines Öffnungsgrads frei eingestellt werden.
Andererseits ist in dem Verbrennungsmotorabgassystem 3 ein Partikelfilter 6 an der stromabwärtigen Seite des Abgaskrümmers 3a angeordnet, der mit den Zylindern verbunden ist. Die stromabwärtige Seite des Partikelfilters 6 ist zu der Atmosphäre hin über einen Katalysator und einen Schalldämpfer geöffnet.
Ein Abschnitt zwischen dem Ansaugverteiler 2a und dem Drosselventil 4 in dem Verbrennungsmotoransaugsystem steht durch einen Abgasrückführkanal 7 mit einem Abschnitt zwischen dem Abgaskrümmer 3a und dem in dem Verbrennungsmotorabgassystem vorhandenen Partikelfilter 6 in Verbindung. In dem Abgasrückführkanal 7 ist ein Steuerventil 7a zum Steuern der Menge von zurückgeführtem Abgas auf eine optimale Menge gemäß einem Verbrennungsmotorbetriebszustand angeordnet.
Des Weiteren ist in dem Abgasrückführkanal 7 ein Abgaskühler 7b zum Kühlen des zurückgeführten Abgases derart angeordnet, dass eine große Menge von Abgas zurückgeführt werden kann. Bei dem Verbrennungsmotorabgassystem 3 ist eine Turbine 8a eines Turboladers zwischen dem Verbindungsabschnitt des Abgasrückführkanals 7 und dem Partikelfilter 6 vorgesehen. Bei dem Verbrennungsmotoransaugsystem 2 ist ein Kompressor 8b des Turboladers zwischen dem Drosselventil 4 und dem Luftströmungsmessgerät vorgesehen. Zudem ist bei dem Verbrennungsmotoransaugsystem 2 ein Ansaugluftkühler 2b zum Kühlen der Ansaugfrischluft so angeordnet, dass eine große Menge von Ansaugfrischluft in die Zylinder eingeführt werden kann.
Der Partikelfilter 6 ist beispielsweise ein poröser Partikelfilter, der aus einem porösen Material wie beispielsweise Keramik gemacht ist. Der Partikelfilter hat eine Vielzahl von länglichen Räumen, die durch eine Vielzahl von Trennwänden unterteilt sind, die sich in Längsrichtung erstrecken. In je zwei zueinander benachbarten länglichen Räumen verschließen Verschlusselemente aus Keramik einen länglichen Raum an der stromaufwärtigen Seite des Abgases und den anderen länglichen Raum an der stromabwärtigen Seite des Abgases. Somit bilden die zwei zueinander benachbarten länglichen Räume einen Einfangkanal, in den das Abgas von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite durch die Trennwände strömt, und die aus einem porösen Material gemachten Trennwände fungieren als eine Einfangwand, so dass die Partikel eingefangen werden, wenn das Abgas dort hindurch läuft.
Zudem kann der Partikelfilter 6 beispielsweise ein Metallfaserpartikelfilter sein, der hitzebeständige Metallfaserflieslagen und hitzebeständige Metallriffelplatten besitzt. Der Partikelfilter ist aus zwei Flieslagen und zwei Platten gebildet, die abwechselnd miteinander in der Dickenrichtung spiralartig überlagert sind, und besitzt längliche Räume zwischen den Flieslagen und den Riffelplatten. Die hitzebeständigen Metallfasern, die die Flieslagen bilden, und das hitzebeständige Metall, das die Riffelplatten ausbildet, können zum Beispiel aus einer Legierung von Fe-Cr-Al oder Ni-Cr-Al sein. Bei den zwei Flieslagen befinden sich eine Oberfläche einer Flieslage und eine Oberfläche der anderen Lage in direktem Kontakt miteinander und sind spiralartig durchgehend miteinander entlang ihrer stromaufwärtigen Kanten verschweißt und die andere Oberfläche einer Flieslage und die andere Oberfläche der anderen Flieslage sind in dichtem Kontakt miteinander und spiralartig durchgehend miteinander entlang ihrer stromabwärtigen Kanten verschweißt. Somit bilden die zwei länglichen Räume, die radial benachbart zueinander sind, einen Einfangkanal, in dem das Abgas von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite durch beide Flieslagen strömt, und die Flieslagen fungieren als eine Einfangwand, so dass die Partikel eingefangen werden, wenn das Abgas dort hindurch läuft.
Wenn eine Menge von Partikeln, die durch solch einen Partikelfilter 6 eingefangen wurden, groß wird, erhöht sich der Widerstand gegenüber dem Abgas und die Verbrennungsmotorleistung fällt stark ab. Es wird daher notwendig, dass sich der Partikelfilter selbst regeneriert, indem die Partikel verbrannt werden, wenn eine angemessene Menge von Partikeln eingefangen ist.
Aus diesem Grund ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Heizvorrichtung in dem Partikelfilter angeordnet und es wird notwendig, den Zeitpunkt für die Regenerierung zu bestimmen, so dass die Heizvorrichtung mit Energie versorgt wird. Als Einrichtung zur Regenerierung des Partikelfilters kann ein Oxidationskatalysator oder desgleichen in dem Partikelfilter angeordnet werden und der nicht verbrannte Kraftstoff kann zu dem Zeitpunkt der Regenerierung dem Oxidationskatalysator zugeführt werden.
Es ist nicht wünschenswert, dass der Zeitpunkt für die Regenerierung entweder zu früh oder zu spät bestimmt wird, das heißt es ist erforderlich, korrekt zu bestimmen, dass eine angemessene Menge von Partikeln eingefangen wurde. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Zeitpunkt für die Regenerierung durch eine Steuereinheit 20 gemäß einem Ablaufdiagramm bestimmt, das in 2 gezeigt ist.
Bei dem Schritt 101 wird zunächst bestimmt, ob ein Niederdrückungsbetrag (L) des Gaspedals, der durch den Gaspedalhubsensor (nicht gezeigt) erfasst wird, den Wert (0) annimmt. Wenn diese Bestimmung negativ ausfällt, wurde das Gaspedal niedergedrückt, das heißt der Verbrennungsmotor ist in Betrieb, und somit ist es nicht möglich, den Zeitpunkt für die Regenerierung zu bestimmen. Daher werden die Vorgänge von dem Schritt 114 bis zu dem Schritt 116, die im Folgenden im Detail erklärt sind, ausgeführt und dann endet die Routine.
Wenn diese Bestimmung andererseits positiv ausfällt, wenn das Gaspedal nicht niedergedrückt ist, geht die Routine weiter zu dem Schritt 102, bei dem bestimmt wird, ob die derzeitige Menge an eingespritztem Kraftstoff (Q) den Wert (0) annimmt. Wenn diese Bestimmung negativ ausfällt, wird der Kraftstoff eingespritzt und der Verbrennungsmotor befindet sich in Betrieb, und somit ist es nicht möglich, den Zeitpunkt für die Regenerierung zu bestimmen. Daher werden die Vorgänge von dem Schritt 114 bis zu dem Schritt 116 durchgeführt und dann endet die Routine.
Wenn die Bestimmung bei dem Schritt 102 allerdings positiv ausfällt, geht die Routine weiter zu dem Schritt 103, bei dem bestimmt wird, ob ein Druck (P) unmittelbar stromabwärtig des Kompressors 8b in dem Verbrennungsmotoransaugsystem 2 größer als ein eingestellter Druck (PN) entsprechend der derzeitigen Verbrennungsmotordrehzahl ist. Der eingestellte Druck (PN) ist ein Ladedruck, wenn in den Zylindern keine Verbrennung durchgeführt wird, und ist nahe dem atmosphärischen Druck. Wenn eine Kraftstoffabschaltung durchgeführt wird, bei der kein Kraftstoff eingespritzt wird, fällt diese Bestimmung negativ aus und die Routine geht weiter zu dem Schritt 104.
Bei dem Schritt 104 wird bestimmt, ob sich die derzeitige Verbrennungsmotordrehzahl (N) in einem vorbestimmten Bereich befindet. Dieser vorbestimmte Bereich geht zum Beispiel von 1000 U/min bis 2000 U/min. Wenn die derzeitige Verbrennungsmotordrehzahl gleich wie oder kleiner als 1000 U/min ist, ist es wahrscheinlich, dass die Leerlaufdrehzahl bald angenommen wird, so dass die Kraftstoffeinspritzung wieder gestartet wird. Wenn die Verbrennungsmotordrehzahl 2000 U/min oder mehr beträgt, das heißt wenn sich der Kolben bei hoher Geschwindigkeit nach unten bewegt, wird die in jedem Zylinder aufgenommene Menge von Ansaugluft gering. Wenn sich die derzeitige Verbrennungsmotordrehzahl (N) nicht in dem vorbestimmten Bereich befindet, ist der Zustand nicht für die korrekte Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung geeignet. Daher werden die Vorgänge von dem Schritt 114 bis zu dem Schritt 115 ausgeführt und anschließend endet die Routine.
Wenn sich allerdings bei dem Schritt 104 die derzeitige Verbrennungsmotordrehzahl (N) in dem vorbestimmten Bereich befindet, geht die Routine weiter zu Schritt 105, so dass der Zeitpunkt für die Regenerierung bestimmt wird. Bei dem Schritt 105 wird das Drosselventil 4 auf einen Öffnungsgrad eingestellt, der vollständig geöffnet ist oder beinahe vollständig geöffnet ist, und bei dem Schritt 106 wird das Steuerventil 7a auf einen Öffnungsgrad eingestellt, der vollständig geöffnet ist oder fast vollständig geöffnet ist. Als Nächstes wird bei dem Schritt 107 ein Referenzwert (Gn') einer Menge von Ansaugluft, die in jeden Zylinder aufgenommen werden soll, auf der Basis der derzeitigen Verbrennungsmotordrehzahl (N) berechnet. Selbstverständlich ist es zulässig, den Referenzwert (Gn') für jede Verbrennungsmotordrehzahl (N) in der Form eines Kennfelds zu speichern.
Als Nächstes wird bei dem Schritt 108 bestimmt, ob eine Differenz zwischen dem Referenzwert (Gn'), der bei Schritt 107 berechnet wurde, und einer tatsächlichen Menge von Ansaugfrischluft (Gn), die durch das Luftströmungsmessgerät 5 bestimmt wird, größer als ein vorbestimmter Wert (A) ist. Wenn diese Bestimmung negativ ausfällt, ist es nicht der Zeitpunkt für eine Regenerierung und ein erster Zählwert (n1) wird auf den Wert (0) zurückgesetzt und anschließend endet die Routine. Andererseits ist es, wenn die Bestimmung bei dem Schritt 108 positiv ausfällt, der Zeitpunkt für die Regenerierung und die Heizvorrichtung, die in dem Partikelfilter 6 angeordnet ist, wird so mit Energie versorgt, dass die Regenerierungsbehandlung ausgeführt wird. Während der Regenerierung des Partikelfilters steigt die Temperatur des Abgases unmittelbar stromabwärtig des Partikelfilters 6 aufgrund der Verbrennung der Partikel an. Dementsprechend wird diese Abgastemperatur erfasst, und wenn sie für einen vorbestimmten Zeitraum bei einer relativ hohen Temperatur gehalten wird, kann bestimmt werden, dass die Regenerierung des Partikelfilters beendet ist. Bei dem Schritt 110 werden der erste Zählwert (n1) und ein zweiter Zählwert (n2) auf den Wert (0) zurückgesetzt, nachdem die Regenerierung beendet ist, und die Routine endet.
Auf der Basis der Tatsache, dass die Menge der Ansaugfrischluft mit einem Anstieg der Menge der eingefangenen Partikel abfällt, wenn die tatsächliche Menge der Ansaugfrischluft zum Beispiel auf 80 % des Referenzwerts der Menge von Ansaugfrischluft fällt, wenn überhaupt keine Partikel eingefangen wurden, kann bestimmt werden, dass eine tatsächliche Menge von Partikeln an dem Partikelfilter eingefangen wurden und es ist der Zeitpunkt für die Regenerierung.
Bei solch einer Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung des Partikelfilters auf der Basis einer Menge von Ansaugfrischluft ist es erforderlich, dass eine Menge von Ansaugfrischluft stabil ist. Aus diesem Grund kann, falls die Bestimmung für jeden beständigen Verbrennungsmotorbetriebszustand durchgeführt wird, die Bestimmung in urbanen Gebieten nicht für einen langen Zeitraum ausgeführt werden. Des Weiteren muss in dem Fall, dass der Verbrennungsmotor einen Abgasrückführkanal wie beispielsweise bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt, die Abgasrückführung bei der Bestimmung gestoppt werden, und somit erhöht sich die Menge von erzeugtem NO_x. Falls die Bestimmung durchgeführt wird, wenn eine Kraftstoffabschaltung durchgeführt wird, bei der die Verbrennung gestoppt wird, wird die Bestimmung in urbanen Gebieten unabhängig von der Menge von produziertem NO_x häufig ausgeführt. Daher kann, wenn eine Kraftstoffabschaltung durchgeführt wird, der Zeitpunkt für die Regenerierung theoretisch bestimmt werden. Allerdings ist der Referenzwert selbst so klein, und somit wird, falls eine tatsächliche Menge von Ansaugfrischluft 80 % des Referenzwerts wird, nur ein kleiner Unterschied verursacht. Daher wird nicht berücksichtigt, dass der Zeitpunkt für die Regenerierung korrekt bestimmt werden kann, falls ein Messfehler in Betracht gezogen wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Drosselventil nahezu vollständig geöffnet, wenn die Kraftstoffabschaltung durchgeführt wird, und somit ist eine Menge von Ansaugfrischluft erhöht und der Referenzwert ist erhöht. Wenn die Kraftstoffabschaltung durchgeführt wird, kann eine Menge von Ansaugfrischluft ohne Problem erhöht werden. Daher kann der Zeitpunkt für die Regenerierung in urbanen Gebieten häufig unabhängig von der Menge des produzierten NO_x korrekt bestimmt werden.
Zudem ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die Kraftstoffabschaltung ausgeführt wird, das Steuerventil in dem Abgasrückrührkanal 7 vollständig geöffnet. Falls keine Partikel an dem Partikelfilter 6 gefangen wurden, ist der Druck zwischen dem stromabwärtigen Bereich des Drosselventils 4 in dem Verbrennungsmotoransaugsystem 2 und dem stromaufwärtigen Bereich des Partikelfilters 6 in dem Verbrennungsmotorabgassystem 3 nahezu gleich und nur eine kleine Menge des Gases läuft durch den Abgasrückführkanal 7, falls überhaupt Gas dort hindurch läuft. Dementsprechend wird der Referenzwert (Gn') nahezu gleich zu der tatsächlichen Menge von Ansaugfrischluft (Gn), und somit fällt die Bestimmung bei dem Schritt 108 negativ aus.
Wenn die Partikel allerdings an dem Partikelfilter 6 eingefangen sind und sein Abgaswiderstand ansteigt, erhöht sich der Druck an der stromaufwärtigen Seite des Partikelfilters 6 in dem Verbrennungsmotorabgassystem 3, das Gas beginnt, durch den Abgasrückführkanal 7 in das Verbrennungsmotoransaugsystem zu zirkulieren, und je mehr die Menge des Gases ansteigt, desto mehr steigt die Menge der eingefangenen Partikel an. Daher verringert sich die tatsächliche Menge von Ansaugfrischluft mit einem Anstieg des Abgaswiderstands durch den Partikelfilter 6 und verringert sich mit einem Anstieg der Menge des Rückführgases.
Wenn die tatsächliche Menge von Partikeln an dem Partikelfilter 6 eingefangen ist, tritt somit ein deutlicher Unterschied zwischen dem Referenzwert (Gn') und der tatsächlichen Menge von Ansaugfrischluft (Gn) auf. Daher ist es bei dem Schritt 108 möglich, einen relativ großen Wert (A) zu verwenden, und der Zeitpunkt für die Regenerierung kann sogar dann korrekt bestimmt werden, wenn ein gewisser Fehler in den Messungen enthalten ist. Hier spiegelt die Differenz zwischen dem Referenzwert (Gn') und der tatsächlichen Menge von Ansaugfrischluft (Gn) die Menge von Partikeln wider, die an dem Partikelfilter 6 eingefangen sind.
Bei der Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung auf der Basis der Menge von eingefangenen Partikeln gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Drosselventil 4 vollständig geöffnet und die Verbrennungsmotordrehzahl (N) befindet sich in dem vorbestimmten Bereich an der Seite der niedrigen Verbrennungsmotordrehzahlen. Obwohl dies die vorliegende Erfindung nicht beschränkt, macht dieses es möglich, den Referenzwert (Gn') der Menge von Ansaugfrischluft so einzustellen, dass er einen hohen Wert annimmt, wenn keine Partikel an dem Partikelfilter 6 eingefangen wurden, wodurch ein Vorteil bei der korrekten Erfassung der Menge von eingefangenen Partikeln oder bei der korrekten Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung geboten wird. Um den Zeitpunkt für die Regenerierung zudem noch korrekter zu bestimmen, kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorbestimmte Wert (A) gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl verändert werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Differenz zwischen dem Referenzwert (Gn') und der tatsächlichen Menge von Ansaugfrischluft (Gn) als die Menge von eingefangenen Partikeln verwendet und es wird bestimmt, dass es der Zeitpunkt für die Regenerierung ist, wenn die Differenz den vorbestimmten Wert (A) überschritten hat. Natürlich spiegelt auch das Verhältnis (Gn/Gn') der tatsächlichen Menge von Ansaugfrischluft (Gn) zu dem Referenzwert (Gn') die Menge von eingefangenen Partikeln wider. Der Verhältniswert nimmt den Wert (1) an, wenn die Menge der eingefangenen Partikel (0) ist, und nimmt mit einem Anstieg der Menge von eingefangenen Partikeln ab. Wenn der Verhältniswert einen vorbestimmten Wert (zum Beispiel 0,6) annimmt, das heißt wenn die tatsächliche Menge von Ansaugfrischluft (Gn) 60 % des Referenzwerts (Gn') wird, kann bestimmt werden, dass es der Zeitpunkt für die Regenerierung ist. Hier wird der vorbestimmte Wert 60 % verwendet und dies hat sich aus der Rückführung des Gases durch den Abgasrückführkanal 7 ergeben, was allerdings nicht bedeutet, dass der Partikelfilter den Kanal des Abgases zu 40 % versperrt, sondern bedeutet, dass die Menge der eingesaugten Frischluft verglichen mit dem Stand der Technik dramatisch abgenommen hat, wenn eine geeignete Menge von Partikeln eingefangen wurde.
Wenn somit die Kraftstoffabschaltung ausgeführt wird, bei der kein Kraftstoff in den Zylinder zugeführt wird, falls das Drosselventil 4 wie beispielsweise bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nahezu vollständig geöffnet ist, kann der Zeitpunkt für die Regenerierung relativ korrekt bestimmt werden. Eine größere Menge von Kraftstoff als die vorgesehene Menge kann in den Zylinder aufgrund einer Anormalität des Kraftstoffeinspritzsystems oder aufgrund von Öl, das in das Verbrennungsmotoransaugsystem entwichen ist, in den Zylinder eingeführt werden, und somit ist der Fall zu betrachten, dass eine Verbrennungsmotorleistung erzeugt wird, die größer als die vorgesehene ist. In solch einem Fall, in dem die Verbrennungsmotorleistung anormal ist, nimmt ein Fahrer das Gaspedal für eine Verlangsamung des Fahrzeugs zurück, und somit wird ein Kraftstoffabschaltbefehl ausgegeben. Falls das Drosselventil 4 auf der Basis des Kraftstoffabschaltbefehls geöffnet ist, wird eine Menge von Ansaugfrischluft nicht verringert, und somit kann die anormal erhöhe Verbrennungsmotorleistung nicht vorteilhaft verringert werden.
Allerdings wird bei dem vorliegenden Ablaufdiagramm, um dies zu verhindern, bei dem Schritt 103 der Ladedruck (P) bestimmt. Sogar wenn eine Menge des eingespritzten Kraftstoffs (Q) auf der Basis des Befehls an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung (0) ist, falls der Ladedruck (P) höher als der atmosphärische Druck ist, wird eine Verbrennung in dem Zylinder ausgeführt, und somit wird die Drehzahl der Turbine 8a durch ein unter hohem Druck stehendes Abgas relativ hoch gehalten. Wenn die Bestimmung bei dem Schritt 103 daher positiv ausfällt, ist zu berücksichtigen, dass die Verbrennungsmotorleistung anormal ist, und somit die Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung, die die Öffnung des Drosselventil mit einbezieht, gestoppt wird. Dementsprechend wird bei dem Schritt 112 das Drosselventil vollständig geschlossen, und bei dem Schritt 113 wird das Steuerventil 7a vollständig geschlossen.
Sogar wenn der Kraftstoff oder das Öl in den Zylinder eingeführt wurde, wird daher eine Menge von Ansaugfrischluft gedrosselt und somit eine Menge von Sauerstoff verringert, der in den Zylinder eingeführt wird. Zudem wird der Sauerstoff, der nicht bei der Verbrennung verwendet wurde, nicht mit dem Abgas durch den Abgasrückführkanal 7 in den Zylinder zugeführt. Somit geht die Verbrennung in dem Zylinder nicht weiter und somit kann die anormal erhöhte Verbrennungsmotorleistung vorteilhafter Weise verringert werden. Bei dem Schritt 103 in dem vorliegenden Ablaufdiagramm ist die Verbrennung in dem Zylinder zu bestimmen. Natürlich kann anstelle der Ermittlung des Ladedrucks der Verbrennungsdruck in dem Zylinder direkt erfasst werden oder ein Abgasdruck unmittelbar stromabwärtig des Abgaskrümmers 3 erfasst werden.
Übrigens wird bei dem vorliegenden Ablaufdiagramm nur dann, wenn sich die Verbrennungsmotordrehzahl (N) während der Kraftstoffabschaltung in dem vorbestimmten Bereich befindet, der Zeitpunkt für die Regenerierung des Partikelfilters 6 bestimmt. Daher ist die Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung korrekt. Wenn ein Fahrer andererseits das Gaspedal zurück nimmt und die Kraftstoffabschaltung ausgeführt wird, kann der Fahrer das Kupplungspedal niederdrücken, kann die Position des Schalthebels zur Seite der geringeren Geschwindigkeit ändern oder kann das Bremspedal leicht drücken, und somit kann der Fahrer häufig einen Vorgang ausführen, durch den sich die Verbrennungsmotordrehzahl stark verändert. In diesem Fall wird die Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung des Partikelfilters 6 nicht für eine lange Zeit ausgeführt, und somit wird, obwohl eine große Menge von Partikeln eingefangen ist, die Regenerierung des Partikelfilters nicht durchgeführt. Daher tritt das Problem auf, bei dem das Fortbewegungsvermögen plötzlich abnimmt.
Bei dem vorliegenden Ablaufdiagramm wird, um dies zu verhindern, wenn die Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung nicht während der Ausführung des Ablaufdiagramms durchgeführt wird, wird der erste Zählwert (n1) bei dem Schritt 114 um den Wert (1) erhöht, wird der zweite Zählwert (n2) bei dem Schritt 115 um den Wert (1) erhöht, und bei dem Schritt 116 wird bestimmt, ob der erste Zählwert (n1) gleich wie oder größer als ein erster eingestellter Wert (BG) und der zweite Zählwert (n2) gleich wie oder größer als der zweite eingestellte Wert (C) ist. Nur wenn diese Bestimmung negativ ausfällt, endet die Routine.
Der erste Zählwert (n1) wird bei den vorgenannten Schritten 110 und 111 auf den Wert (0) zurückgesetzt, das heißt, wenn die Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung durchgeführt wird, wird er auf den Wert (0) zurückgesetzt. Wenn der erste Zählwert (n1) bei dem Schritt 116 gleich wie oder größer als der erste eingestellte Wert (BG) wird, wird davon ausgegangen, dass die Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung für einen langen Zeitraum nicht ausgeführt wurde, seitdem die letzte Bestimmung des Zeitpunkts für die Regenerierung ausgeführt wurde.
Dementsprechend kann der jetzige Zeitpunkt zu dem Zeitpunkt für die Regenerierung des Partikelfilters 6 werden. Der erste festgelegte Wert (BG) kann eine Konstante sein. Allerdings ist es vorzuziehen, dass je größer die Menge von eingefangenen Partikeln ist, die das letzte Mal erfasst wurde (Gn'-Gn), desto geringer der erste festgelegte Wert gemacht wird. Daher kann die Möglichkeit, bei der der jetzige Zeitpunkt zu dem Zeitpunkt für die Regenerierung des Partikelfilters 6 geworden ist, korrekter bestimmt werden.
Natürlich kann berücksichtigt werden, dass der jetzige Zeitpunkt zu dem Zeitpunkt für die Regenerierung des Partikelfilters 6 geworden ist, indem nur der erste Zählwert (n1) bestimmt wird. Allerdings wird, um diese Bestimmung korrekter zu machen, auch die Bestimmung des zweiten Zählwerts (n2) ausgeführt. Der zweite Zählwert (n2) wird nur bei dem voranstehend beschriebenen Schritt 110 auf den Wert (0) zurückgesetzt, das heißt nur wenn die Regenerierungsbehandlung beendet ist, wird er auf den Wert (0) zurückgesetzt. Wenn der zweite Zählwert (n2) bei dem Schritt 116 gleich wie oder größer als der zweite eingestellte Wert (C) wird, wird angenommen, dass die Regenerierungsbehandlung für einen langen Zeitraum nicht durchgeführt wurde, seitdem die letzte Regenerierungsbehandlung durchgeführt wurde, und falls zusätzlich dazu der erste Zählwert (n1) gleich wie oder größer als der erste eingestellte Wert (BG) ist, bekommt der Partikelfilter 6 natürlich den Zeitpunkt für die Regenerierung. Daher fällt die Bestimmung bei dem Schritt 116 positiv aus und die Regenerierungsbehandlung wird bei dem Schritt 109 zwangsläufig ausgeführt.
Die 3 ist eine Draufsicht, die den Aufbau um einen weiteren Partikelfilter 6' herum zeigt, der sich von dem voranstehend beschriebenen Partikelfilter unterscheidet, der die Regenerationseinrichtung wie beispielsweise eine Heizvorrichtung oder desgleichen hat. Die 4 ist eine Seitenansicht davon. Bei diesem Aufbau ist ein Umschaltabschnitt 9 mit der stromabwärtigen Seite des Abgaskrümmers 3a über eine Abgasleitung 3b, den Partikelfilter 6', einen ersten Verbindungsabschnitt 3d zum Verbinden einer Seite des Partikelfilters 6' mit dem Umschaltabschnitt 9, einem zweiten Verbindungsabschnitt 3e zum Verbinden der anderen Seite des Partikelfilters 6' mit dem Umschaltabschnitt 9 und einem Abgaskanal 3c stromabwärtig des Umschaltabschnitts 9 versehen. Der Umschaltabschnitt 9 besitzt einen Ventilkörper 9a, der die Abgasströmung in dem Umschaltabschnitt 9 versperren kann. In einer Absperrposition des Ventilkörpers 9a ist die stromaufwärtige Seite des Umschaltabschnitts 9 mit dem ersten Verbindungsabschnitt 3d und die stromabwärtige Seite des Umschaltabschnitts 9 mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 3e in Verbindung, und somit strömt das Abgas von einer Seite des Partikelfilters 6' zu seiner anderen Seite, wie dies durch die Pfeile in der 3 gezeigt ist.
Die 5 veranschaulicht die anderen Absperrposition des Ventilkörpers 9a. In dieser Absperrposition ist die stromaufwärtige Seite des Umschaltabschnitts 5 mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 3e in Verbindung und die stromabwärtige Seite des Umschaltabschnitts 9 ist mit dem ersten Verbindungsabschnitt 3d in Verbindung, und somit strömt das Abgas von der anderen Seite des Partikelfilters 6' zu einer Seite von diesem, wie dies durch Pfeile in der 5 gezeigt ist. Somit kann durch Umschalten des Ventilkörpers 9a die Richtung des Abgases, das in den Partikelfilter 6' strömt, umgekehrt werden, das heißt die stromaufwärtige Seite des Abgases und die stromabwärtige Seite des Abgases des Partikelfilters 6 können umgekehrt werden.
Somit ist der vorhandene Aufbau um den Partikelfilter herum sehr einfach und kann die stromaufwärtige Seite des Abgases und die stromabwärtige Seite des Abgases des Partikelfilters umkehren. Zudem benötigt der Partikelfilter eine große Öffnungsfläche, um das Einführen des Abgases zu vereinfachen. Bei dem vorliegenden Aufbau um den Partikelfilter herum kann der Partikelfilter verwendet werden, der eine große Öffnungsfläche besitzt, ohne dass es schwierig wird, ihn an dem Fahrzeug zu montieren, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist.
Die 6(A) und 6(B) zeigen den Aufbau des Partikelfilters 6'. Die 6(A) ist eine Vorderansicht des Partikelfilters 6' und die 6(B) ist eine seitliche Schnittansicht von diesem. Wie dies in diesen Figuren gezeigt ist, hat der Partikelfilter 6' eine ovale Form und ist zum Beispiel von der Art einer Bienenwabenstruktur, die aus einem porösen Material wie beispielsweise Cordierit ausgebildet ist, und hat viele Räume in der axialen Richtung, die durch zahlreiche Trennwände 54 unterteilt sind, die sich in der axialen Richtung erstrecken. Einer von je zwei benachbarten Räumen ist durch einen Stöpsel 53 an der stromabwärtigen Seite des Abgases verschlossen und der andere ist durch einen Stöpsel 52 an der stromaufwärtigen Seite des Abgases verschlossen. Somit dient einer der beiden benachbarten Räume als ein Abgaseinströmungskanal 50 und der andere dient als ein Abgasausströmungskanal 51, was das Abgas dazu bringt, zwangsweise durch die Trennwand 54 zu laufen, wie dies durch die Pfeile in der 6(B) angedeutet ist. Die in dem Abgas enthaltenen Partikel sind wesentlich kleiner als die Poren der Trennwände 54, kollidieren aber mit der stromaufwärtsseitigen Fläche der Trennwände 54 des Abgases und den Porenoberflächen der Trennwände 54 und werden durch diese eingefangen. Somit dient jede Trennwand 54 als eine Einfangwand zum Einfangen der Partikel. Bei dem vorliegenden Partikelfilter 6' werden, um die eingefangenen Partikel zu oxidieren und zu entfernen, ein Aktivsauerstoff-Freisetzmittel und ein Edelmetallkatalysator, der im Folgenden erklärt ist, unter Verwendung von Aluminium an beiden Seitenflächen der Trennwände 54 und vorzugsweise auch an den Porenflächen in der Trennwand 54 gehalten.
Das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel setzt Aktivsauerstoff frei, so dass die Oxidation der Partikel unterstützt wird, und nimmt Sauerstoff auf und hält ihn, wenn überschüssiger Sauerstoff in der Umgebung vorhanden ist, und gibt den festgehaltenen Sauerstoff als Aktivsauerstoff frei, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung abfällt.
Als der Edelmetallkatalysator wird üblicherweise Platin Pt verwendet. Als das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel wird mindestens ein Mittel verwendet, das aus Alkalimetallen wie beispielsweise Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs und Rubidium Rb, Erdalkalimetallen wie beispielsweise Barium Ba, Kalzium Ca und Strontium Sr, seltenen Erdelementen wie beispielsweise Lanthan La und Yttrium Y und Übergangsmetallen ausgewählt wird.
Als ein Aktivsauerstoff-Freisetzmittel ist es vorzuziehen, ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall zu verwenden, das eine Ionisationsneigung hat, die stärker als die von Kalzium Ca ist, das heißt Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba oder Strontium Sr zu verwenden.
Im Folgenden ist unter Bezugnahme auf den Fall, in dem Platin Pt und Kalium K verwendet wird, erklärt, wie die an dem Partikelfilter gefangenen Partikel durch den Partikelfilter, der solch ein Aktivsauerstoff-Freisetzmittel trägt, oxidiert und entfernt werden. Die Partikel werden in der selben Weise sogar bei der Verwendung anderer Edelmetalle und anderer Alkalimetalle, eines Erdalkalimetalls, eines seltenen Erdelements oder eines Übergangsmetalls oxidiert und entfernt.
Bei einem Dieselmotor findet die Verbrennung üblicherweise unter der Bedingung statt, dass überschüssige Luft vorhanden ist, und somit enthält das Abgas eine große Menge von überschüssiger Luft. Das heißt, falls das Verhältnis der Luft zu dem Kraftstoff, der dem Ansaugsystem und der Verbrennungskammer zugeführt wird, als ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bezeichnet wird, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager. Des Weiteren bildet sich NO in der Verbrennungskammer und somit enthält das Abgas NO. Zudem enthält der Kraftstoff Schwefel S, und Schwefel S reagiert mit Sauerstoff in der Verbrennungskammer so, dass SO₂ gebildet wird. Dementsprechend enthält das Abgas SO₂. Daher strömt das Abgas, das den überschüssigen Sauerstoff, das NO und das SO₂ enthält, in die stromaufwärtige Seite des Abgases des Partikelfilters 6'.
Die 7(A) und 7(B) sind vergrößerte Ansichten, die schematisch die Oberfläche des Partikelfilters 6' zeigen, mit der das Abgas in Kontakt kommt. In den 7(A) und 7(B) bezeichnet das Bezugszeichen 60 einen Partikel aus Platin Pt und das Bezugszeichen 61 das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel, das Kalium K enthält.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, enthält das Abgas eine große Menge von überschüssigem Sauerstoff. Wenn das Abgas in Kontakt mit der Abgaskontaktfläche des Partikelfilters kommt, haftet der Sauerstof O₂ an der Oberfläche des Platins Pt in der Form von O₂ ^- oder O^2- an, wie dies in 7(A) gezeigt ist. Andererseits reagiert das NO in dem Abgas mit O₂ ^- oder O^2- an der Oberfläche des Platins Pt, um NO₂ zu produzieren (2NO + O₂ → 2NO₂). Dann wird ein Teil des erzeugten NO₂ in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 absorbiert, während es an dem Platin Pt oxidiert wird, und diffundiert in das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 in der Form von Salpetersäureionen NO₃ ^- während es mit Kalium K so kombiniert wird, dass Kaliumnitrat KNO₃ gebildet wird, wie dies in der 7(A) gezeigt ist. Somit wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das schädliche NO_x, das in dem Abgas enthalten ist, in dem Partikelfilter 6' absorbiert, und die in die Atmosphäre freigesetzte Menge dessen kann verringert werden.
Zudem enthält das Abgas SO₂, wie dies vorstehend beschrieben ist, und das SO₂ wird ebenfalls in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 infolge eines Mechanismus, der dem des Falles von NO ähnlich ist, absorbiert. Das heißt, wie dies vorstehend beschrieben ist, dass der Sauerstoff O₂ an der Oberfläche des Platins Pt in der Form von O₂ ^- oder O^2- anhaftet und das SO₂ in dem Abgas mit O₂ ^- oder O^2- an der Oberfläche des Platins Pt so reagiert, dass SO₃ gebildet wird. Als Nächstes wird ein Teil des erzeugten SO₃ in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 absorbiert, während es an dem Platin Pt oxidiert wird, und diffundiert in das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 in der Form von Schwefelsäureionen SO₄ ^2-, während es mit dem Kalium K so kombiniert wird, dass Kaliumsulfat K₂SO₄ gebildet wird. Somit werden Kaliumnitrat KNO₃ und Kaliumsulfat K₂SO₄ in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 produziert.
Die in dem Abgas enthaltenen Partikel haften an der Oberfläche des Aktivsauerstoff-Freisetzmittels 61 an, das durch den Partikelfilter getragen wird, wie dies in der 7(B) mit dem Bezugszeichen 62 bezeichnet ist. Zu diesem Zeitpunkt fällt die Sauerstoffkonzentration an der Oberfläche des Aktivsauerstoff-Freisetzmittels 61, mit dem die Partikel 62 in Kontakt sind. Sobald die Sauerstoffkonzentration abfällt, tritt eine Differenz der Konzentration des Aktivsauerstoff-Freisetzmittels 61 auf, das eine hohe Sauerstoffkonzentration hat, und somit neigt der in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 befindliche Sauerstoff dazu, durch die Oberfläche des Aktivsauerstoff-Freisetzmittels 61, mit dem die Partikel 62 in Kontakt sind, zu wandern. Folglich wird das in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 erzeugte Kaliumnitrat KNO₃ in Kalium K, Sauerstoff O und NO zerlegt, wodurch der Sauerstoff O in Richtung der Oberfläche des Aktivsauerstoff-Freisetzmittels 61 wandert, mit dem die Partikel 62 in Kontakt sind, und das NO aus dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 nach außen emittiert wird. Das nach außen emittierte NO oxidiert an dem Platin Pt an der stromabwärtigen Seite und wird wieder in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 absorbiert.
Zu diesem Zeitpunkt wird auch das Kaliumsulfat K₂SO₄, das in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 erzeugt wird, ebenfalls in Kalium K, Sauerstoff O und SO₂ zerlegt, wodurch der Sauerstoff O in Richtung der Oberfläche des Aktivsauerstoff-Freisetzmittels 61 wandert, mit dem die Partikel 62 in Kontakt sind, und das SO₂ wird aus dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 nach außen emittiert. Das freigesetzte SO₂ wird an dem Platin Pt an der stromabwärtigen Seite oxidiert und wiederum in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 absorbiert. Hier ist allerdings das Kaliumsulfat K₂SO₄ stabil und setzt weniger Aktivsauerstoff als das Kaliumnitrat KNO₃ frei.
Andererseits ist der Sauerstoff O, der in Richtung der Oberfläche des Aktivsauerstoff-Freisetzmittels 61 wandert, mit dem die Partikel 62 in Kontakt sind, der Sauerstoff, der von Verbindungen wie beispielsweise dem Kaliumnitrat KNO₃ oder dem Kaliumsulfat K₂SO₄ abgespalten wurde. Der von solchen Verbindungen abgespaltene Sauerstoff O besitzt ein hohes Energieniveau und zeigt sehr hohe Aktivität. Daher ist der Sauerstoff, der in die Richtung der Oberfläche des Aktivsauerstoff-Freisetzmittels 61 wandert, mit dem die Partikel 62 in Kontakt sind, ein Aktivsauerstoff O. Infolge der Berührung mit dem Aktivsauerstoff O werden die Partikel 62 in kurzer Zeit, zum Beispiel in wenigen Minuten oder in wenigen 10 Minuten oxidiert, ohne dass sie eine leuchtende Flamme erzeugen. Zudem wird der Aktivsauerstoff zum Oxidieren der Partikel 62 auch freigesetzt, wenn das NO und das SO₂ in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 absorbiert wurden. Das heißt es kann in Betracht kommen, dass das NO_x in das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 in der Form von Salpetersäureionen NO₃ ^- diffundiert, während es sich mit Sauerstoffatomen verbindet und während es von Sauerstoffatomen getrennt wird, und während dieser Zeit wird Aktivsauerstoff erzeugt. Die Partikel 62 werden auch durch diesen Aktivsauerstoff oxidiert. Zudem werden die an dem Partikelfilter 70 anhaftenden Partikel 62 nicht nur durch den Aktivsauerstoff, sondern auch durch den in dem Abgas enthaltenen Sauerstoff oxidiert.
Je höher die Temperatur des Partikelfilters wird, desto mehr Platin Pt und Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 werden aktiviert. Je höher die Temperatur des Partikelfilters wird, desto größer wird daher die Menge von Aktivsauerstoff O pro Zeiteinheit, die von dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 freigesetzt wird. Je höher die Temperatur der Partikel ist, desto einfacher werden natürlich die Partikel oxidiert. Daher erhöht sich die Menge der Partikel, die ohne eine leuchtende Flamme zu erzeugen an dem Partikelfilter oxidiert und von diesem entfernt werden pro Zeiteinheit einhergehend mit einem Anstieg der Temperatur des Partikelfilters.
Die durchgezogene Linie in der 8 zeigt die Menge von Partikeln (G), die ohne eine leuchtende Flamme zu erzeugen pro Zeiteinheit oxidiert und entfernt werden können. In der 8 repräsentiert die Abszisse die Temperatur (TF) des Partikelfilters. Die 8 zeigt den Fall, dass die Zeiteinheit 1 Sekunde ist, das heißt die Menge der Partikel (G), die in 1 Sekunde oxidiert und entfernt werden können. Allerdings kann jede Zeiteinheit wie beispielsweise 1 Minute, 10 Minuten oder desgleichen als Zeiteinheit verwendet werden. Zum Beispiel kann in dem Fall, in dem 10 Minuten als Einheitszeit verwendet wird, die Menge von Partikeln (G), die pro Zeiteinheit oxidiert und entfernt werden kann, die Menge von Partikeln (G) repräsentieren, die pro 10 Minuten oxidiert und entfernt werden kann. In diesem Fall erhöht sich die Menge der Partikel (G), die ohne eine leuchtende Flamme zu erzeugen oxidiert und entfernt werden können, einhergehend mit einem Anstieg der Temperatur des Partikelfilters 70, wie dies in der 8 gezeigt ist.
Die Menge von Partikeln, die von der Verbrennungskammer pro Zeiteinheit emittiert werden, wird als Menge der emittierten Partikel (M) bezeichnet. Wenn die Menge der emittierten Partikel (M) kleiner als die Menge von Partikeln (G) ist, die oxidiert und entfernt werden kann, zum Beispiel die Menge von emittierten Partikeln (M) in 1 Sekunde geringer als die Menge von Partikeln (G) ist, die in 1 Sekunde oxidiert und entfernt werden kann, oder die Menge von emittierten Partikeln (M) in 10 Minuten geringer als die Menge von Partikeln (G) ist, die in 10 Minuten oxidiert und entfernt werden kann, das heißt in dem Bereich (I) der 8, werden alle die Partikel, die von der Verbrennungskammer emittiert werden, ohne eine leuchtende Flamme zu erzeugen nach und nach an dem Partikelfilter 70 in der kurzen Zeit oxidiert und entfernt.
Wenn die Menge der emittierten Partikel (M) andererseits größer als die Menge von Partikeln (G) ist, die oxidiert und entfernt werden kann, das heißt in dem Bereich (II) der 8, ist die Menge des Aktivsauerstoffs nicht ausreichend dafür, dass nach und nach alle Partikel oxidiert und entfernt werden können. Die 9(A) bis (C) zeigen die Art der Oxidation der Partikel in solch einem Fall.
Das heißt, in dem Fall, dass die Menge von Aktivsauerstoff nicht ausreichend für das Oxidieren aller Partikel ist, werden, wenn die Partikel 62 an einem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 anhaften, nur ein Teil der Partikel oxidiert, wie dies in der 9(A) gezeigt ist, und der restliche Teil der Partikel, die nicht ausreichend oxidiert wurden, verbleibt an der stromaufwärtigen Oberfläche des Abgases des Partikelfilters. Wenn der Zustand fortgeführt wird, in dem eine Menge von Aktivsauerstoff fehlt, verbleibt nach und nach ein Teil der Partikel, die nicht oxidiert wurden, an der stromaufwärtigen Oberfläche des Abgases des Partikelfilters. Folglich wird die stromaufwärtige Seite des Abgases des Partikelfilters mit den verbleibenden Partikeln 63 überzogen, wie dies in der 9(B) gezeigt ist.
Die zurückbleibenden Partikel 63 werden allmählich in kohleartige Materie transformiert, die nur schwer oxidiert werden kann. Wenn zudem die stromaufwärtige Seite des Abgases mit den verbleibenden Partikeln 63 bedeckt ist, werden die Funktion des Platins Pt zum Oxidieren von NO und SO₂ und die Funktion des Aktivsauerstoff-Freisetzmittels 61 zum Freisetzen von Aktivsauerstoff unterdrückt. Die zurückbleibenden Partikel 63 können allmählich über einen relativ langen Zeitraum oxidiert werden. Allerdings lagern sich, wie dies in der 9(C) gezeigt ist, andere Partikel 64 nacheinander an den zurückbleibenden Partikeln 63 an, und wenn die Partikel so angelagert sind, dass sie Schichten bilden, können die Partikel sogar dann nicht oxidiert werden, wenn sie leicht zu oxidierende Partikel sind, da die Partikel von dem Platin Pt oder von dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel getrennt sind. Dementsprechend lagern sich andere Partikel sukzessiv an diesen Partikeln 64 an. Das heißt, wenn der Zustand andauert, in dem die Menge von emittierten Partikeln (M) größer als die Menge von Partikeln (G) ist, die oxidiert und entfernt werden können, lagern sich die Partikel an dem Partikelfilter an und bilden eine Schicht.
Somit werden in dem Bereich (I) der 8 die Partikel in kurzer Zeit oxidiert und entfernt, ohne eine leuchtende Flamme zu erzeugen, und in dem Bereich (II) der 8 werden die Partikel an dem Partikelfilter so angelagert, dass sie eine Schicht bilden. Daher kann die Anlagerung der Partikel an dem Partikelfilter verhindert werden, falls sich das Verhältnis zwischen der Menge der emittierten Partikel (M) und der Menge der Partikel (G), die oxidiert und entfernt werden kann, in dem Bereich (I) befindet. Folglich ändert sich ein Druckverlust des Abgases in dem Partikelfilter kaum und wird bei einem minimalen Druckverlustwert gehalten, der annähernd konstant ist. Somit kann der Abfall der Verbrennungsmotorleistung so niedrig wie möglich gehalten werden. Allerdings wird dies nicht immer verwirklicht und die Partikel können sich an dem Partikelfilter anlagern, falls nichts unternommen wird.
Bevor sich solch eine Anlagerung so erhöht, dass sie einen negativen Einfluss auf die Fortbewegung des Fahrzeugs hat, wenn sich zum Beispiel die Partikel in einem Maße anlagern, das in 10(A) gezeigt ist, bestimmt das vorstehend beschriebene Ablaufdiagramm, dass der Partikelfilter den Zeitpunkt für die Regenerierung erreicht hat, und dass der Ventilkörper 9a als Regenerierungsbehandlung von einer Absperrposition in die andere gewechselt werden kann. Bei dem Wandströmungs-Partikelfilter kollidieren die Partikel mit der stromaufwärtigen Oberfläche des Abgases der Trennwand 54 und der dem Abgas gegenüberstehenden Oberfläche in den in ihnen enthaltenen Poren und werden in diesen gefangen, das heißt in einer der Einfangflächen der Trennwände 54.
Falls der Aktivsauerstoff, der von einer der Einfangflächen freigesetzt wird, nicht ausreichend für die eingefangenen Partikel ist, werden keine gefangenen Partikel oxidiert und entfernt und ein Teil der gefangenen Partikel bleibt zurück. Daher lagern sich nacheinander weitere Partikel an den zurückbleibenden Partikeln an.
Falls die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite des Partikelfilters durch Umschalten des Ventilkörpers 9a umkehren, lagern sich keine weiteren zurückbleibenden Partikel an der einen der Einfangflächen der Trennwände an, und somit können die zurückbleibenden Partikel durch den Aktivsauerstoff, der von einer der Einfangflächen freigesetzt wird, oxidiert und entfernt werden. Zudem werden insbesondere die zurückbleibenden Partikel in den Poren in der Trennwand durch den Abgasstrom in der umgekehrten Richtung, wie dies in der 10(B) gezeigt ist, leicht in feine Stücke zerschlagen, und sie bewegen sich im Wesentlichen durch die Poren in Richtung zu der stromabwärtigen Seite.
Dementsprechend diffundieren viele der Partikel, die in feine Stücke zerschlagen wurden, in die in der Trennwand vorhandenen Poren, das heißt die Partikel strömen in die Poren. Daher kommen sie direkt in Kontakt mit dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel, das an den Porenoberflächen getragen wird, und somit haben sie viele Chancen, oxidiert und entfernt zu werden. Falls das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel auch an der Porenoberfläche in der Trennwand gehalten wird, können die zurückbleibenden Partikel sehr einfach oxidiert und entfernt werden. An der anderen Einfangfläche, die sich nun an der stromaufwärtigen Seite befindet, da die Strömung des Abgases, das heißt die stromaufwärtige Oberfläche des Abgases der Trennwand 54 und die dem Abgas gegenüberliegende Oberfläche in den Poren, umgekehrt ist, in die das Abgas hauptsächlich eindringt (der gegenüberliegenden Seite von einer der Einfangflächen), haften die Partikel in dem Abgas erneut an dieser an und werden durch den Aktivsauerstoff, der von dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel freigesetzt wird, oxidiert und entfernt. Bei dieser Oxidation bewegt sich ein Teil des Aktivsauerstoffs, der von dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel an der anderen Einfangfläche freigesetzt wird, mit dem Abgas zu der stromabwärtigen Seite und es wird dazu gebracht, die Partikel zu oxidieren und zu entfernen, die trotz der umgekehrten Strömung des Abgases noch an einer der Einfangflächen zurückgeblieben sind.
Das heißt, die zurückbleibenden Partikel an einer der Einfangflächen sind nicht nur dem Aktivsauerstoff ausgesetzt, der von dieser Einfangfläche freigesetzt wird, sondern auch dem Rest des Aktivsauerstoffs, der für die Oxidation und die Entfernung der Partikel an der anderen Einfangfläche verwendet wird, indem die Strömung des Abgases umgekehrt wird. Sogar wenn sich einige Partikel an einer der Einfangflächen der Trennwände des Partikelfilters anlagern und Schichten bilden, wenn der Abgasstrom umgekehrt wird, gelangt der Aktivsauerstoff zu den angelagerten Partikeln und es lagern sich aufgrund der umgekehrten Strömung des Abgases keine weiteren Partikel an den angelagerten Partikeln an, und somit werden daher die angelagerten Partikel allmählich oxidiert und entfernt und können ausreichend oxidiert und entfernt werden, bis der Ventilkörper zum Zeitpunkt der Regenerierung wieder umgeschaltet wird, wobei sich die Partikel nun an der anderen der Einfangflächen anlagern, die die Partikel einfangen. Zudem werden die zwei Einfangflächen der Trennwände des Partikelfilters wechselweise verwendet, um die Partikel einzufangen, und somit kann die Menge von Partikeln, die an jeder Einfangfläche eingefangen werden, so verringert werden, dass es weniger sind, als in dem Fall, in dem eine Einfangfläche die Partikel ständig einfängt. Dies stellt einen Vorteil bei der Oxidierung und der Entfernung der Partikel dar.
Wenn zudem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist, das heißt wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas verringert ist, wird zu einem gegebenen Zeitpunkt der Aktivsauerstoff O von dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 nach außen abgegeben. Daher werden die angelagerten Partikel zu Partikeln, die durch den Aktivsauerstoff O, der zu einem gegebenen Zeitpunkt freigelassen wurde, leicht oxidiert werden können, und somit können sie leicht oxidiert und entfernt werden.
Andererseits ist, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager belassen wird, die Oberfläche des Platins Pt mit Sauerstoff bedeckt, das heißt, dass Sauerstoffkontaminierung verursacht wird. Wenn solch eine Sauerstoffkontaminierung verursacht wird, fällt der Oxidierungsvorgang zu NO_x des Platins Pt ab, und somit fällt die Absorptionseffizienz des NO_x ab. Daher verringert sich die Menge des Aktivsauerstoffs, der von dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 freigesetzt wird. Wenn allerdings das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett wird, wird der Sauerstoff an der Oberfläche des Platins Pt verbraucht und die Sauerstoffkontamination wird rückgängig gemacht. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dementsprechend von einem fetten wieder in einen mageren Zustand umgeschaltet wird, wird der Oxidationsvorgang zu NO_x stark, und somit steigt die Absorptionseffizienz an.
Daher steigt die Menge des Aktivsauerstoffs an, der von dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 freigesetzt wird.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager belassen wird, wird somit, falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einer gewissen Zeit von mager zu fett umgeschaltet wird, die Sauerstoffkontaminierung des Platins Pt zu jedem dieser Zeitpunkte rückgängig gemacht, und somit erhöht sich die Menge des freigesetzten Aktivsauerstoffs, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Somit kann der Oxidationsvorgang der Partikel an dem Partikelfilter unterstützt werden.
Das Ergebnis der Rückgängigmachung der Sauerstoffkontamination ist, dass das Reduktionsmittel verbrennt und seine Verbrennungswärme die Temperatur des Partikelfilters ansteigen lässt. Somit steigt die Menge der Partikel an, die oxidiert und von dem Partikelfilter entfernt werden können, und somit können die zurückbleibenden und angelagerten Partikel leichter oxidiert und entfernt werden. Falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas fett gemacht wird, gleich nachdem die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite des Partikelfilters durch den Ventilkörper 9a umgeschaltet werden, setzt die andere Einfangfläche, an der die Partikel nicht zurückbleiben, leichter Aktivsauerstoff frei als die erste Einfangfläche. Somit kann die größere Menge von freigesetztem Aktivsauerstoff die zurückbleibenden Partikel an der ersten Einfangfläche zuverlässiger oxidieren und entfernen. Sicherlich wird, unabhängig von dem Umschalten des Ventilkörpers 9a, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zuweilen fett gemacht werden. Damit verbleiben die Partikel kaum an dem Partikelfilter oder lagern sich dort an.
Als ein Verfahren, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett zu machen, kann zusätzlich zu der Hauptkraftstoffeinspritzung im Kompressionstakt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung den Kraftstoff im Auslasstakt oder im Expansionstakt (Nach-Einspritzung) in den Zylinder einspritzen oder kann den Kraftstoff im Einlasstakt (Vor-Einspritzung) in den Zylinder einspritzen. Natürlich darf keine Zeitdauer zwischen der Nach-Einspritzung oder der Vor-Einspritzung und der Hauptkraftstoffeinspritzung vorgesehen sein. Des Weiteren kann der Kraftstoff dem Abgassystem zugeführt werden.
Auf diese Weise bildet, wenn das SO₃ vorhanden ist, das Kalzium Ca in dem Abgas Kalziumsulfat CaSO₄. Das Kalziumsulfat CaSO₄ ist schwer zu oxidieren und zu entfernen, und somit verbleibt es als Asche an dem Partikelfilter. Um ein Versperren der Maschen des Partikelfilters zu verhindern, das durch das verbliebene Kalziumsulfat CaSO₄ verursacht wird, ist es vorzuziehen, dass ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer Ionisationsneigung, die stärker als die von Kalzium Ca ist, wie beispielsweise Kalium K, als das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 verwendet wird. Daher wird das in dem Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 diffundierte SO₃ mit dem Kalium K so verbunden, dass Kaliumsulfat K₂SO₄ gebildet wird, und somit wird Kalzium Ca nicht mit dem SO₃ verbunden, sondern geht durch die Trennwände des Partikelfilters. Dementsprechend werden die Maschen des Partikelfilters nicht durch die Asche versperrt. Somit ist es vorzuziehen, ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer größeren Ionisationsneigung als von Kalzium Ca, wie beispielsweise Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba oder Strontium Sr als das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel 61 zu verwenden.
Sogar wenn nur ein Edelmetall wie beispielsweise Platin Pt an dem Partikelfilter als das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel gehalten wird, kann der Aktivsauerstoff von dem NO₂ oder dem SO₃ freigesetzt werden, das an der Oberfläche des Platins Pt gehalten wird. In diesem Fall ist allerdings eine Kurve, die die Menge von Partikeln (G) darstellt, die oxidiert und entfernt werden können, im Vergleich zu der durchgezogenen Linie, die in der 8 gezeigt ist, leicht nach rechts versetzt. Zudem kann Zerdioxid als das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel verwendet werden. Zerdioxid absorbiert den Sauerstoff, wenn die Sauerstoffkonzentration hoch ist (Ce₂O₃ → 2CeO₂) und gibt Aktivsauerstoff frei, wenn die Sauerstoffkonzentration abfällt (2CeO₂ → Ce₂O₃). Um die Partikel zu oxidieren und zu entfernen, muss das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in regelmäßigen Abständen oder unregelmäßigen Abständen fett gemacht werden. Anstelle des Zerdioxids kann Eisen Fe oder Zinn Sn als das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel verwendet werden.
Es ist auch zulässig, ein NO_x-Absorptionsmittel zur Reinigung von NO_x als das Aktivsauerstoff-Freisetzmittel zu verwenden. In diesem Fall muss das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zumindest vorübergehend fett gemacht werden, um das absorbierte NO_x und SO_x freizusetzen und zu reduzieren. Es ist vorzuziehen, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett zu machen, nachdem die stromaufwärtige Seite des Abgases und die stromabwärtige Seite des Abgases des Partikelfilters umgekehrt wurden.

1: Verbrennungsmotorkörper
2: Verbrennungsmotoransaugsystem
3: Verbrennungsmotorabgassystem
4: Drosselventil
5: Luftströmungsmessgerät
6: Partikelfilter
7: Abgasrückführungskanal
7a: Steuerventil
20: Steuereinheit

Claims

Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors mit: einem Partikelfilter (6), der in einem Verbrennungsmotorabgassystem (3) angeordnet ist; einer Frischluftansaug-Erfassungseinrichtung (5) zum Erfassen einer Menge von Ansaugfrischluft, die in das Verbrennungsmotoransaugsystem (2) eingeführt wird; einer Drosselventilsteuereinrichtung zum Erhöhen eines Öffnungsgrades eines Drosselventils (4) auf einen festgelegten Öffnungsgrad gemäß einem Kraftstoffabschaltbefehl; und einer Partikeleinfangmenge-Abschätzeinrichtung (20) zum Abschätzen einer Menge von Partikeln, die an dem Partikelfilter (6) eingefangen sind, durch einen Vergleich der Menge von Ansaugfrischluft, die durch die Frischluftansaug-Erfassungseinrichtung (5) erfasst wird, nachdem das Drosselventil (4) zu dem festgelegten Öffnungsgrad durch die Drosselventilsteuereinrichtung gebracht wurde, und einem Referenzwert dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Anormalitäts-Verbrennungsmotorleistungs-Erfassungseinrichtung (S103) hat, um eine anormale Verbrennungsmotorleistung zu Erfassen, bei der die Verbrennungsmotorleistung anormal ansteigt, und wenn die Anormalitäts-Verbrennungsmotorleistungs-Erfassungseinrichtung (S103) die anormale Verbrennungsmotorleistung erfasst, verhindert wird, dass die Drosselventilsteuereinrichtung einen Öffnungsgrad des Drosselventils (4) erhöht.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung des weiteren einen Abgasrezirkulationskanal (7) hat, der die stromaufwärtige Seite des Partikelfilters (6) in dem Verbrennungsmotorabgassystem (3) mit der stromabwärtigen Seite des Drosselventils (4) in dem Verbrennungsmotoransaugsystem (2) in Verbindung bringt, und ein Steuerventil (7a) hat, um eine Menge von Abgas, die durch den Abgasrezirkulationskanal (7) rezirkuliert wird, gemäß einem Verbrennungsmotorbetriebszustand auf eine optimale Menge zu steuern, und bei der, wenn die Partikeleinfangmenge-Abschätzeinrichtung (20) die Menge von eingefangenen Partikeln abschätzt, ein Öffnungsgrad des Steuerventils (7a) auf einen eingestellten Öffnungsgrad erhöht wird, bevor die Frischluftansaug-Erfassungseinrichtung (5) die Menge von Ansaugfrischluft erfasst.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anormalitäts-Verbrennungsmotorleistungs-Erfassungseinrichtung (S103) die Verbrennung in dem Zylinder, unmittelbar nachdem der Kraftstoffabschaltbefehl ausgegeben wird, als die anormale Verbrennungsmotorleistung erfasst.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung des weiteren einen Turbolader (8a, 8b) zum Aufladen der Ansaugluft hat, und die Anormalitäts-Verbrennungsmotorleistungs-Erfassungseinrichtung (S103) die Verbrennung auf der Basis des Ladedrucks des Turboladers (8a, 8b) erfasst.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anormalitäts-Verbrennungsmotorleistungs-Erfassungseinrichtung (S103) die Verbrennung auf der Basis des Drucks in dem Zylinder erfasst.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anormalitäts-Verbrennungsmotorleistungs-Erfassungseinrichtung (S103) die Verbrennung auf der Basis des Abgasdrucks des Gases erfasst, das von dem Zylinder ausgestoßen wird.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass lediglich dann, wenn die Verbrennungsmotordrehzahl unmittelbar nach der Ausgabe des Kraftstoffabschaltbefehls in einem vorbestimmten Bereich ist, die Partikeleinfangmenge-Abschätzeinrichtung (20) die Menge von eingefangenen Partikeln abschätzt.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenn eine Differenz zwischen dem Referenzwert auf der Basis einer derzeitigen Verbrennungsmotordrehzahl und der Menge von Ansaugfrischluft größer als ein vorbestimmter Wert wird, die Partikeleinfangmenge- Abschätzeinrichtung (20) abschätzt, dass eine derzeitige Menge von eingefangenen Partikeln eine Menge von eingefangenen Partikeln ist, bei der der Partikelfilter (6) regeneriert werden soll.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenn ein Verhältnis der Menge von Ansaugfrischluft zu dem Referenzwert auf der Basis einer derzeitigen Verbrennungsmotordrehzahl kleiner als ein vorbestimmter Wert wird, die Partikeleinfangmenge-Abschätzeinrichtung (20) abschätzt, dass eine derzeitige Menge von eingefangenen Partikeln eine Menge von eingefangenen Partikeln ist, bei der der Partikelfilter (6) regeneriert werden soll.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wert gemäß der Verbrennungsmotordrehzahl variiert.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Anormalitäts-Verbrennungsmotorleistungs-Erfassungseinrichtung (S103) die anormale Verbrennungsmotorleistung erfasst, das Drosselventil (4) und das Steuerventil (7a) vollständig geschlossen sind.
Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung des weiteren eine Regenerierungseinrichtung zur Regenerierung des Partikelfilters (6) hat, und wenn die Partikeleinfangmenge-Abschätzeinrichtung (20) die Menge von eingefangenen Partikeln für einen festgesetzten Zeitraum nicht abgeschätzt hat, die Regenerierungseinrichtung den Partikelfilter (6) zwangsweise regeneriert.