DE60205540T2

DE60205540T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Abgasemissionssteuerung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60205540T2
Application number: DE60205540T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Toyota-shi Shiratani; Naohisa Nishio-shi Oyama; Yoshitada Nishio-shi Kodama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-06-26
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2022-06-26
Also published as: JP2003003831A; DE60205540D1; JP4623869B2; EP1270884A1; US6729128B2; EP1270884B1; US20020194844A1

Description

1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung oder Beseitigung von Schwebteilchen in dem von einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgas.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Das Abgas von Verbrennungsmotoren und insbesondere von Dieselmotoren enthält Schwebteilchen wie zum Beispiel schwarzen Rauch (Ruß) und ähnliche Stoffe. Es wird nachdrücklich gefordert, die Gesamtmenge der in die Atmosphäre emittierten kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen zu verringern, um eine weitere Luftverschmutzung zu verhindern. Eine ähnliche Forderung besteht allgemein auch für Benzinmotoren mit Direkteinspritzung, bei denen das Benzin direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, da je nach den Betriebsbedingungen des Motors zusammen mit dem Abgas kohlenstoffhaltige Schwebteilchen emittiert werden können.
Ein vorgeschlagenes Verfahren zur Verringerung der von einem Verbrennungsmotor, insbesondere von einem Dieselmotor, emittierten kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen besteht darin, die Schwebteilchen mittels eines hitzebeständigen Filters zu entfernen, das mit einem Oxidationskatalysator beschichtet ist (geprüfte Japanische Patentanmeldung Nr. 7-106290). Bei die sem Verfahren werden die im Abgas befindlichen Schwebteilchen durch das Filter gesammelt und die gesammelten Partikel bei relativ niedriger Temperatur (normalerweise 350°C bis 400°C) vermittels des Oxidationskatalysators im Abgas verbrannt. Somit kann die Menge der in die Atmosphäre abgegebenen Schwebteilchen durch Auffangen und Verbrennen der kohlenstoffhaltigen Partikel im Abgas beträchtlich verringert werden.
In bestimmten Fällen sinkt die Temperatur des Abgases jedoch unter die zur Verbrennung der gesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel erforderliche Temperatur (350°C bis 400°C). Bei Verwendung eines Filters lagern sich dann die Partikel im Filter ab, was zu dem Problem führt, dass das Filter verstopft wird. Insbesondere wenn die Abgastemperatur niedriger ist als die zur Verbrennung der aufgefangenen kohlenstoffhaltigen Partikel erforderliche Temperatur, sammeln sich die im Abgas befindlichen Schwebteilchen im Filter an. Wenn die Abgastemperatur stark genug ansteigt, werden die kohlenstoffhaltigen Partikel wieder verbrannt. Wenn sich jedoch eine große Menge an Partikeln angesammelt hat, können im Filter einige unverbrannte Partikel zurückbleiben, deren vollständige Verbrennung deshalb einen längeren Zeitraum in Anspruch nimmt. Ferner ist bekannt, dass sich die im Filter angesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel immer schwerer verbrennen lassen. Da die unverbrennbaren Partikel den Oxidationskatalysator bedecken, wird es immer schwieriger, die kohlenstoffhaltigen Partikel im Filter zu verbrennen. Da die angesammelten Partikel nicht in geeigneter weise verarbeitet werden können, wird das Filter in bestimmten Fällen verstopft.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem kohlenstoffhaltige Schwebteilchen im Abgas wirksam verringert werden können, ohne dass ein Filter verstopft wird.
Die Aufgabe wird durch eine Emissionssteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 beziehungsweise ein Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 2 gelöst.
Ein erster Aspekt der Erfindung besteht in einer Emissionssteuerungsvorrichtung zum Verringern der in einem Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen kohlenstoffhaltigen Partikel. Die Emissionssteuerungsvorrichtung beinhaltet ein in einer Abgasleitung angeordnetes hitzebeständiges Filter zum Auffangen der kohlenstoffhaltigen Partikel und zur Steuerung der Abgaszusammensetzung durch Verbrennen der gesammelten Partikel, ein Temperaturerhöhungsbedarfsermittlungsmittel zur Ermittlung, ob eine Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss, und ein Staudruckerhöhungsmittel zum Erhöhen eines Staudrucks des Abgases in dem hitzebeständigen Filter, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss.
Das Emissionssteuerungsverfahren der Erfindung für die oben beschriebene Emissionssteuerungsvorrichtung ist eine Emissionssteuerungsvorrichtung zur Verringerung der in einem Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen kohlenstoffhaltigen Partikel. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte: Auffangen und Verbrennen der kohlenstoffhaltigen Partikel mittels eines in einer Abgasleitung angeordneten hitzebeständigen Filters; Ermitteln, ob eine Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss; und Erhöhen eines Staudrucks des Abgases in dem hitzebeständigen Filter, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss.
Die Erfindung geht von einer durch die Erfinder beobachteten Erscheinung aus, dass die Temperatur eines in einer Abgasleitung angeordneten hitzebeständigen Filters ansteigt, wenn der Staudruck des von einem Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgases auf das hitzebeständige Filter einwirkt. Einleitend soll zur Beschreibung der Wirkungsweise und der Vorteile der Erfindung diese kürzlich beobachtete Erscheinung kurz beschrieben werden.
Die 19A und 19B zeigen in vereinfachter Darstellung diese Erscheinung, bei der die Filtertemperatur beim Einwirken des Staudrucks auf das hitzebeständige Filter ansteigt. 19A zeigt vereinfacht eine Laboranlage, in welcher ein hitzebeständiges Filter E in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors A (beispielsweise eines Dieselmotors) angeordnet ist. Der Verbrennungsmotor A saugt durch eine Ansaugleitung B Luft an, verbrennt Kraftstoff in einer Verbrennungskammer C und stößt über eine Abgasleitung D Abgas aus. Im Abgas enthaltene kohlenstoffhaltige Schwebteilchen, zum Beispiel Ruß oder ähnliche Stoffe, werden durch das in der Abgasleitung D angeordnete hitzebeständige Filter E aufgefangen. Die Temperatur Tg des in das hitzebeständige Filter E strömenden Abgases und die Temperatur Tf des hitzebeständigen Filters können gemessen werden.
Die Temperatur Tg des in das hitzebeständige Filter strömenden Abgases und die Filtertemperatur Tf wurden mittels dieser Laboranlage gemessen, während die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors A geändert wurden. Es wurde gefunden, dass die Filtertemperatur Tf immer höher war als die Eintrittstemperatur Tg des Abgases. Deshalb wurden die Abgaseintrittstem peratur Tg und die Differenz der Filtertemperatur Tf gegenüber der Abgaseintrittstemperatur Tg (dT = Tf – Tg) in Abhängigkeit von der Änderung der Abgastemperatur ermittelt, während andere Einflussgrößen so weit wie möglich konstant gehalten wurden, zum Beispiel die Strömungsmenge des Abgases und Ähnliches. Die Ergebnisse sind in 19B zu sehen.
19B zeigt, dass der Steigerungsbetrag dT der Filtertemperatur mit steigender Eintrittstemperatur Tg des Abgases im Wesentlichen linear zunimmt. Deshalb wird angenommen, dass diese Erhöhung der Filtertemperatur Tf gegenüber der Eintrittstemperatur Tg des Abgases auf einen im Folgenden beschriebenen Mechanismus zurückzuführen ist.
Das hitzebeständige Filter E weist gegenüber dem Gas einen bestimmten Strömungswiderstand auf. Wenn das Abgas mit hoher Geschwindigkeit durch das hitzebeständige Filter E strömt, wird es somit durch das hitzebeständige Filter E abgebremst, sodass ein Teil der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in Druck umgesetzt wird. Diese Druckerhöhung wird mit dP bezeichnet. Gemäß den Lehren der Thermodynamik genügen die drei Variablen Druck P, Temperatur T und spezifisches Volumen v der folgenden Beziehung: p·v = R·T, (1)wobei R die Gaskonstante ist. Wenn also der Druck P durch das Abbremsen des Abgases im hitzebeständigen Filter um den Betrag dP ansteigt, steigt ebenfalls die Abgastemperatur um den Betrag dT, damit die Gleichung (1) erfüllt ist. Somit beruht die Tatsache, dass die Filtertemperatur Tf immer höher als die Eintrittstemperatur Tg des Abgases ist, auf dem folgenden Mechanismus. Das Abgas wird im hitzebeständigen Filter infolge des Staudrucks komprimiert, sodass die Gastemperatur ent sprechend ansteigt und das Abgas mit der erhöhten Temperatur das Filter erwärmt. Deshalb ist die Filtertemperatur Tf immer höher als die Eintrittstemperatur Tg des Abgases.
Zum Nachweis der Gültigkeit dieses Mechanismus wurde anhand der in 19B dargestellten Messergebnisse die folgende Analyse durchgeführt. Ein Abgasdruck Pg am Eingang des hitzebeständigen Filters E und die Eintrittstemperatur Tg des Abgases genügen gemäß Gleichung (1) der folgenden Gleichung: Pg·v = R·Tg. (2)
Wenn der Druck und die Temperatur durch das Abbremsen des Abgasstroms im hitzebeständigen Filter E um den Betrag dP bzw. dT ansteigen, ergibt sich ausgehend von Gleichung (1) die folgende Gleichung: (Pg + dP)·v = R·(Tg + dT). (3)
Durch Kombination der Gleichungen (2) und (3) ergibt sich die folgende Gleichung: dT = (Tg·dP)/Pg. (4)
Nach Gleichung (4) müsste der Temperaturanstieg dT der Temperatur des in das Filter strömenden Abgases (Eintrittstemperatur Tg des Abgases) proportional sein, was mit den in 19 dargestellten Messergebnissen übereinstimmt. Die Messergebnisse in 19B stützen somit die Vermutung zum oben beschriebenen Mechanismus. Dass die Filtertemperatur Tf immer höher ist als die am Eingang des hitzebeständigen Filters gemessene Eintrittstemperatur Tg des Abgases, rührt von einem Temperaturanstieg durch Komprimierung des Abgases her, wenn dieses vom Verbrennungsmotor kommend durch das hitzebeständige Filter strömt.
Gleichung (4) zeigt, dass der Temperaturanstieg dT bei Erhöhung der Abgastemperatur Tg zunimmt. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des in das hitzebeständige Filter strömenden Abgases zunimmt, erhöht sich der Druck entsprechend um dP und daraufhin die Temperatur des Filters um dT. Im Allgemeinen sinkt die Temperatur des vom Verbrennungsmotor kommenden Abgases, wenn dieses durch die Abgasleitung strömt. Zur Strömungsgeschwindigkeit ist bekannt, dass das Abgas plötzlich aus der Verbrennungskammer austritt und eine impulsförmige Strömung mit hoher Strömungsgeschwindigkeit bildet. Im Verlauf der Strömung durch die Abgasleitung gleichen sich jedoch die Geschwindigkeitsspitzen aus, und die Strömungsgeschwindigkeit nimmt ab. Wenn sich das hitzebeständige Filter näher am Verbrennungsmotor befindet (zum Beispiel am Abgaskrümmer) steigen die Temperatur und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases deshalb an, sodass die Filtertemperatur dT zunimmt. Daher sollte das hitzebeständige Filter vorzugsweise näher am Motor platziert werden.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser oben beschriebenen neuen Beobachtung und den daraus zu ziehenden Schlussfolgerungen. Bei der Erfindung werden die im Abgas enthaltenen kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen durch ein hitzebeständiges Filter aufgefangen. Es wird ermittelt, ob die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. wenn ermittelt wird, dass die Filtertemperatur erhöht werden muss, wird der Staudruck des hitzebeständigen Filters erhöht. Wenn dann der Staudruck erhöht wird, steigt die durch den höheren Staudruck bewirkte Filtertemperatur des hitzebeständigen Filters an.
Bei der oben beschriebenen Emissionssteuerungsvorrichtung kann eine Temperatur des Abgases gemessen werden, und das Temperaturerhöhungsbedarfsermittlungsmittel kann anhand der gemessenen Abgastemperatur ermitteln, ob eine Notwendigkeit besteht, die Temperatur des hitzebeständigen Filters zu erhöhen. Wenn die Abgastemperatur vor oder nach dem hitzebeständigen Filter gemessen wird, kann anhand der aus der gemessenen Abgastemperatur geschätzten Filtertemperatur in geeigneter Weise ermittelt werden, ob eine Notwendigkeit besteht, die Filtertemperatur zu erhöhen. Deshalb ist die vorliegende Konstruktion ebenfalls von Vorteil.
Bei der Emissionssteuerungsvorrichtung kann eine Eintrittstemperatur des in das hitzebeständige Filter strömenden Abgases gemessen werden, und das Temperaturerhöhungsbedarfsermittlungsmittel kann ermitteln, ob die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss, wenn die Eintrittstemperatur einen vorgegebenen Temperaturwert unterschreitet. Wenn die Temperatur des in das hitzebeständige Filter strömenden Abgases niedrig ist, ist auch die Filtertemperatur entsprechend niedrig. Wenn in der oben erwähnten Weise die Filtertemperatur anhand der Eintrittstemperatur des Abgases ermittelt wird, kann so auf geeignete Weise ermittelt werden, ob die Filtertemperatur erhöht werden muss. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
Alternativ kann eine Austrittstemperatur des aus dem hitzebeständigen Filter strömenden Abgases gemessen werden, und das Temperaturerhöhungsbedarfsermittlungsmittel kann ermitteln, ob die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss, wenn die Austrittstemperatur einen vorgegebenen Temperaturwert unterschreitet. Wenn die Temperatur des hitzebeständigen Filters abnimmt, nimmt auch die Temperatur des aus dem Filter strömenden Abgases ab. wenn die Filtertemperatur anhand der Austrittstemperatur des Abgases ermittelt wird, kann so auf geeignete Weise ermittelt werden, ob die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss.
Bei der Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann außerdem ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors erkannt werden, und das Temperaturerhöhungsbedarfsermittlungsmittel kann anhand des erkannten Betriebszustands ermitteln, ob die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. Zur Ermittlung des Betriebszustands des Verbrennungsmotors wird im Wesentlichen die Abgastemperatur gemessen, sodass die Temperatur des hitzebeständigen Filters abgeschätzt werden kann. Wenn die Temperatur des hitzebeständigen Filters anhand des Betriebszustands des Verbrennungsmotors ermittelt wird, kann so auf geeignete Weise ermittelt werden, ob die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
Bei der Emissionssteuerungsvorrichtung, in welcher anhand des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors ermittelt wird, ob die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss, kann das Temperaturerhöhungsbedarfsermittlungsmittel ermitteln, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss, wenn der Verbrennungsmotor mindestens eine bestimmte Zeit lang ununterbrochen in einem vorgegebenen Arbeitsbereich betrieben wird, in welchem die Abgastemperatur niedriger als oder gleich einem vorgegebenen Temperaturwert ist. Beim Sinken der Abgastemperatur nimmt die Temperatur des hitzebeständigen Filters jedoch oft nicht sofort ab, sondern erst nach einer gewissen Zeit. Wenn der Verbrennungsmotor mindestens eine bestimmte Zeit lang ununterbrochen in diesem vorgegebenen Arbeitsbereich betrieben wird und dabei ermittelt wird, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss, kann diese Entscheidung mit größerer Sicherheit gefällt werden. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
Bei der Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann ein Gasströmungswiderstand des hitzebeständigen Filters ermittelt werden, und das Temperaturerhöhungsbedarfsermittlungsmittel kann ermitteln, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss, wenn der ermittelte Strömungswiderstand einen vorgegebenen Wert überschreitet. Wenn die kohlenstoffhaltigen Partikel durch das hitzebeständige Filter langsamer verbrannt als aufgefangen werden, nimmt der Strömungswiderstand des hitzebeständigen Filters infolge der abgeschiedenen Partikel allmählich zu. wenn die Temperatur des hitzebeständigen Filters durch Erhöhung des Staudrucks ansteigt, wenn der Strömungswiderstand einen vorgegebenen Wert überschreitet, werden die kohlenstoffhaltigen Partikel schneller entfernt, sodass die im Filter abgeschiedenen kohlenstoffhaltigen Partikel entfernt werden können. Dadurch kann der Strömungswiderstand des Filters wieder auf einen geeigneten Wert zurückgebracht werden. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
Bei der Emissionssteuerungsvorrichtung, bei welcher der Strömungswiderstand ermittelt wird, kann dieser Strömungswiderstand durch Messung einer Druckdifferenz zwischen einem Druck in der Abgasleitung vor dem hitzebeständigen Filter und einem Druck in der Abgasleitung danach ermittelt werden. Wenn der Strömungswiderstand anhand der Druckdifferenz durch das Filter gemessen wird, kann dieser Strömungswiderstand genau gemessen werden. Auf diese Weise kann in geeigneter Weise ermittelt werden, ob die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
Alternativ kann mit der Emissionssteuerungsvorrichtung ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors und durch Druckmessung vor dem hitzebeständigen Filter der Strömungswiderstand ermittelt werden, wenn der Motor in einem vorgegebenen Betriebszustand arbeitet. Wenn der Strömungswiderstand des hitzebeständigen Filters in einem geeigneten Bereich liegt, liegt der Druck in der Abgasleitung vor dem hitzebeständigen Filter automatisch in einem vorgegebenen Bereich, welcher dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors entspricht. Wenn also der Verbrennungsmotor in diesem vorgegebenen Betriebszustand betrieben und der Druck in der Abgasleitung vor dem hitzebeständigen Filter ermittelt wird, kann durch ein einfaches und brauchbares Verfahren in geeigneter Weise ermittelt werden, ob die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
Bei der Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann der Staudruck im hitzebeständigen Filter durch Vorverlegen des Öffnungszeitpunktes eines Auslassventils einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors erhöht werden, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. Wenn der Öffnungszeitpunkt des Auslassventils vorverlegt wird, strömt das Abgas unter hohem Druck plötzlich durch das Auslassventil aus der Verbrennungskammer heraus. Dadurch nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases entsprechend zu. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases auf diese Weise zunimmt, steigt der Staudruck im hitzebeständigen Filter entsprechend an, sodass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden kann. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
Alternativ kann bei der Emissionssteuerungsvorrichtung auch der Öffnungszeitpunkt eines Auslassventils an einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors nicht vorverlegt, sondern mindestens um einen vorgegebenen Wert verzögert werden, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. Wenn der Öffnungszeitpunkt des Auslassventils mindestens um diesen vorgegebenen Wert verzögert wird, strömt das Abgas unter hohem Druck plötzlich durch die Verzögerung des Öffnungszeitpunktes des Auslassventils aus der Verbrennungskammer heraus, sodass die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zunimmt. Mit der dadurch bedingten Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases steigt auch der Staudruck im hitzebeständigen Filter entsprechend an, sodass die Filtertemperatur ansteigt. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
Wenn der Verbrennungsmotor durch Einspritzen eines Kraftstoffs in eine Verbrennungskammer dieses Verbrennungsmotors und Verbrennen des Kraftstoffs betrieben wird, kann bei der Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung während eines Arbeitstaktes des Verbrennungsmotors eine zusätzliche Kraftstoffmenge eingespritzt werden, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. Wenn während des Arbeitstakts des Verbrennungsmotors eine zusätzliche Kraftstoffmenge in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, steigt der Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes des Auslassventils durch die Verbrennung des zusätzlich eingespritzten Kraftstoffs an. Dadurch nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu, sodass der Staudruck im hitzebeständigen Filter erhöht werden kann. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil. Die während des Arbeitstaktes des Motors zusätzlich eingespritzte Kraftstoffmenge wirkt sich darüber hinaus nur unwesentlich auf die Motorleistung aus. Somit kann durch Einspritzen einer geringfügig größeren Kraftstoffmenge der Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes des Auslassventils wirksam erhöht werden. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
Wenn die Emissionssteuerungsvorrichtung bei einem Verbrennungsmotor angewendet wird, bei dem Kraftstoff in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, kann ein Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs verzögert werden, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. Wenn der Einspritzzeitpunkt des Kraftstoffs verzögert wird, kann der in der Verbrennungskammer herrschende Druck nicht vollständig in die Leistung des Verbrennungsmotors umgewandelt werden. Das bedeutet, dass die bei der Verbrennung des Kraftstoffs erzeugte Wärmemenge in der Verbrennungskammer bleibt und nicht in Motorleistung umgewandelt wird. Somit wird durch die Verzögerung des Einspritzzeitpunktes des Kraftstoffs der Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes des Auslassventils erhöht. Wenn der Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes des Auslassventils ansteigt, strömt das Abgas unter hohem Druck plötzlich mit entsprechend höherer Geschwindigkeit durch das Auslassventil aus der Verbrennungskammer heraus, sodass auf diese Weise der Staudruck im hitzebeständigen Filter erhöht werden kann.
Wenn die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf einen Verbrennungsmotor angewendet wird, der mit einem Turbolader zum Verdichten von Luft und zum Einleiten dieser verdichteten Luft in eine Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors ausgestattet ist, kann ein Ladedruck des Turboladers erhöht werden, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. Wenn der Ladedruck des Turboladers erhöht wird, nimmt die Menge der in die Verbrennungskammer eingeleiteten Luft und somit die Abgasmenge entsprechend zu. Dadurch kann der Staudruck im hitzebeständigen Filter erhöht werden. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
Wenn der Verbrennungsmotor eine Vielzahl von Verbrennungskammern aufweist und diese Verbrennungskammern jeweils mit eigenen Abgasleitungen zum Ableiten des Abgases aus den Verbrennungskammern ausgestattet sind und die Abgasleitungen durch Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind, können alternativ für die einzelnen Verbindungsleitungen Absperrventile (Auf-zu-Ventile) vorgesehen werden, welche geschlossen werden können, wenn ermittelt wird, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters erhöht werden muss. Wenn die in die Verbindungsleitungen eingebauten Absperrventile geschlossen sind, strömt die gesamte Abgasmenge aus einer Verbrennungskammer nur durch die Abgasleitung dieser Verbrennungskammer, und das Abgas kann auch nicht teilweise über eine Verbindungsleitung in eine andere Abgasleitung strömen. Dadurch nimmt die Menge des durch das hitzebeständige Filter strömenden Abgases zu, sodass der Staudruck im hitzebeständigen Filter entsprechend erhöht werden kann.
Das hitzebeständige Filter in der oben erwähnten Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann wie folgt beschrieben werden. Bei dem hitzebeständigen Filter kann es sich um ein Filter handeln, welches die im Abgas in verteilter Form enthaltenen kohlenstoffhaltigen Partikel und Kohlenwasserstoffverbindungen auffängt, damit die durch das Filter gesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel und Kohlenwasserstoffverbindungen mit dem im Abgas vorhandenen Sauerstoff in Verbindung treten können, sodass diese aufgefangenen kohlenstoffhaltigen Partikel und Kohlenwasserstoffverbindungen durch ein Abgas verbrannt werden können, dessen Eintrittstemperatur niedriger ist als eine Verbrennungstemperatur der kohlenstoffhaltigen Partikel.
Wenn die im Abgas enthaltenen kohlenstoffhaltigen Partikel in verteilter Form durch das oben beschriebene Filter aufgefangen werden, können diese aufgefangenen Partikel leicht verbrannt werden. Da die Partikel mittels dieses Filters leicht verbrannt werden können, kann die Verbrennung der aufgefangenen kohlenstoffhaltigen Partikel durch die Erhöhung des Staudrucks im Filter und die entsprechende Erhöhung der Filtertemperatur wirksamer beschleunigt werden. Somit ist die vorliegende Erfindung von Vorteil.
Bei der Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann das hitzebeständige Filter mit einem Oxidationskatalysator beschichtet sein. Auf der Oberfläche des hitzebeständigen Filters abgeschiedene Oxidationskatalysatoren umfassen vorzugsweise Edelmetallkatalysatoren mit einer hohen Oxidationsaktivität und Standzeit, zum Beispiel Platin, Palladium, Rhodium usw. Auch wenn das mit dem Oxidationskatalysator beschichtete hitzebeständige Filter verwendet wird, führt eine Erhöhung der Filtertemperatur durch einen erhöhten Staudruck im Filter zu einer beschleunigten Verbrennung der im Filter angesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel. Somit ist die vorliegende Konstruktion von Vorteil.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsarten unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Bezugsnummern zur Bezeichnung gleicher Elemente verwendet werden, und in denen:
1 eine Abbildung ist, welche den Aufbau eines Dieselmotors zeigt, auf den eine Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsart angewendet wird;
2 eine Abbildung ist, welche den äußeren Aufbau und die Struktur eines Partikelfilters gemäß der Ausführungsart zeigt;
3 eine Abbildung ist, welche veranschaulicht, wie die im Abgas enthaltenen Partikel durch das Partikelfilter gemäß der Ausführungsart aufgefangen werden;
4 eine Abbildung ist, welche veranschaulicht, wie die im Abgas enthaltenen Partikel durch ein Partikelfilter gemäß einer Variante der Ausführungsart aufgefangen werden;
5 eine Abbildung ist, welche die Anteile der kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen, der Kohlenwasserstoffverbindungen usw. im Abgas eines Dieselmotors zeigt;
6A bis 6C Abbildungen sind, welche in vereinfachter Form veranschaulichen, wie die durch das Partikelfilter gemäß der vorliegenden Ausführungsart aufgefangenen Partikel verbrannt werden;
7A bis 7C Abbildungen sind, welche einen Mechanismus zeigen, durch den das Partikelfilter gemäß der vorliegenden Ausführungsart im Abgas enthaltene kohlenstoffhaltige Schwebteilchen in verteilter Form auffängt;
8 ein Flussdiagramm ist, welche eine Motorsteuerroutine eines Dieselmotors zeigt, auf den die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsart angewendet wird;
9A und 9B Abbildungen sind, welche eine vereinfachte Übersicht über einen Ventilsteuerungsmechanismus zeigen;
10 eine Abbildung ist, welche in vereinfachter Form veranschaulicht, wie durch eine Vorverschiebung des Öffnungszeitpunktes des Auslassventils der Staudruck im Abgasfilter der Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsart erhöht wird;
11 eine Abbildung ist, welche in vereinfachter Form veranschaulicht, wie die Einspritzung von Kraftstoff nach der Zündung den Staudruck im Abgasfilter der Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsart erhöht;
12 eine Abbildung ist, welche in vereinfachter Form veranschaulicht, wie eine Verzögerung des Öffnungszeitpunktes des Auslassventils den Staudruck im Abgasfilter der Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einer Variante der vorliegenden Ausführungsart erhöht;
13 eine Abbildung ist, welche veranschaulicht, wie die Ermittlung, ob die Temperatur des Abgasfilters erhöht werden muss, unter Berücksichtigung des Betriebszustandes des Motors in der Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß dieser Variante erfolgt;
14 eine Abbildung ist, welche den Aufbau eines Dieselmotors veranschaulicht, auf den eine Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsart angewendet wird;
15 ein Flussdiagramm ist, welches eine Motorsteuerungsroutine des Dieselmotors veranschaulicht, auf den die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsart angewendet wird;
16 eine Abbildung ist, welche den Aufbau einer Variante der Emissionssteuerungsvorrichtung veranschaulicht, in welcher der Staudruck im Abgasreinigungsfilter durch das Öffnen und Schließen von Verbindungsleitungen erhöht wird;
17A und 17B Abbildungen sind, welche in vereinfachter Form den Aufbau eines mit einem Oxidationskatalysator Abgasreinigungsfilters veranschaulicht;
18 eine Abbildung ist, welche eine Anordnung einer Variante einer Emissionssteuerungsvorrichtung veranschaulicht, bei welcher je zwei oder mehr Zylinder mit einem Abgasreinigungsfilter ausgestattet sind;
19A und 19B Abbildungen sind, welche in vereinfachter Form die Erhöhung der Filtertemperatur durch Einwirken des Staudrucks auf ein Abgasreinigungsfilter zeigen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTEN
Zur Verdeutlichung der Wirkungsweise und der Vorteile der Erfindung werden die Ausführungsarten der Erfindung in der folgenden Reihenfolge beschrieben.

A. ÜBERBLICK ÜBER DIE AUSFÜHRUNGSARTEN
B. ERSTE AUSFÜHRUNGSART
B-1. AUFBAU DER VORRICHTUNG
B-1-1. AUFBAU DES MOTORS
B-1-2. AUFBAU DES ABGASREINIGUNGSFILTERS
B-1-3. MECHANISMUS ZUM ENTFERNEN KOHLENSTOFFHALTIGER SCHWEBTEILCHEN
B-2. ÜBERBLICK ÜBER DIE MOTORSTEUERUNG
B-3. STEUERUNG DER STAUDRUCKERHÖHUNG GEMÄSS DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSART
B-4. VARIANTEN
B-4-1. ERSTE VARIANTE
B-4-2. ZWEITE VARIANTE
C. ZWEITE AUSFÜHRUNGSART
C-1. AUFBAU DER VORRICHTUNG
C-2. ÜBERBLICK ÜBER DIE MOTORSTEUERUNG
C-3. STEUERUNG DER STAUDRUCKERHÖHUNG GEMÄSS DER ZWEITEN AUSFÜHRUNGSART
C-4. VARIANTEN

A. ÜBERBLICK ÜBER DIE AUSFÜHRUNGSARTEN
1 ist eine Abbildung, welche den Aufbau eines Dieselmotors veranschaulicht, auf den eine Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsart angewendet wird. Zum besseren Verständnis der Erfindung wird vor der detaillierten Beschreibung der Ausführungsarten zuerst unter Bezug auf 1 ein Überblick über die Ausführungsarten der Erfindung gegeben.
1 zeigt einen Verbrennungsmotor, zum Beispiel einen Dieselmotor, einen Benzinmotor oder ähnlichen Motor, der während des Betriebs erzeugtes Abgas über eine Abgasleitung 16 in die Atmosphäre abgibt. Das Abgas enthält kohlenstoffhaltige Schwebteilchen, bei denen es sich im Allgemeinen um Ruß oder ähnliche Stoffe handelt. Um zu verhindern, dass solche kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen in die Atmosphäre gelangen, werden diese durch hitzebeständige Filter 100 in den Abgasleitungen aufgefangen. Wenn die Abgastemperatur hoch genug ist, können die angesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel in den hitzebeständigen Filtern verbrannt werden. Ist die Abgastemperatur hingegen relativ niedrig, lassen sich die angesam melten Partikel wegen der niedrigeren Filtertemperatur manchmal nur schwer verbrennen.
Aus diesem Grund ermittelt die Emissionssteuerungsvorrichtung, ob die Filtertemperatur erhöht werden muss. Wenn die Filtertemperatur erhöht werden muss, bewirkt die Emissionssteuerungsvorrichtung, dass der Staudruck in den Filtern ansteigt. Zur Ermittlung, ob die Temperatur eines Filters erhöht werden muss, können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, die im Folgenden beschrieben werden. Wenn der Staudruck in den Filtern erhöht wird, kann die Filtertemperatur durch den oben beschriebenen Mechanismus erhöht werden, sodass die Verbrennung der angesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel beschleunigt wird und die Verstopfung der Filter verhindert werden kann. Dieses Verfahren ist nicht nur wirksam, wenn die Abgastemperatur niedrig ist, sondern auch, wenn ein Filter zu verstopfen droht, zum Beispiel wenn eine große Menge kohlenstoffhaltiger Schwebteilchen aus dem Motor austritt. Wenn also der Staudruck in den Filtern und somit die Filtertemperatur erhöht wird, wird die Verbrennung der angesammelten Partikel beschleunigt, sodass die Verstopfung der Filter beseitigt werden kann. Die oben beschriebene Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist in verschiedenen Ausführungsarten möglich. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben.
B. ERSTE AUSFÜHRÜNGSART
B-1. AUFBAU DER VORRICHTUNG
B-1-1. AUFBAU DES MOTORS
Der Aufbau eines mit einer Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsart ausgestatteten Dieselmotors 10 wird unter Bezug auf 1 beschrieben. Obwohl 1 eine Ausführungsart zeigt, bei welcher die Emissionssteuerungsvor richtung auf einen Dieselmotor angewendet wird, kann diese nicht nur auf einen Dieselmotor, sondern auch auf andere Verbrennungsmotoren wie beispielsweise Benzinmotoren mit Direkteinspritzung und ähnliche Motoren angewendet werden. Darüber hinaus kann die Emissionssteuerungsvorrichtung auf Verbrennungsmotoren für die unterschiedlichsten Verwendungszwecke angewendet werden, zum Beispiel auf Kfz-Motoren, Schiffmotoren, Stationärmotoren usw.
Der Dieselmotor 10 ist ein Vierzylindermotor mit vier Verbrennungskammern Nr. 1 bis Nr. 4. Über eine Ansaugleitung 12 wird Luft in die Verbrennungskammern geleitet und Kraftstoff durch ein an jeder Verbrennungskammer angebrachtes Kraftstoffeinspritzventil 14 eingespritzt. Das entstehende Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt dann in den Verbrennungskammern. Das durch die Verbrennung erzeugte Abgas wird über die Abgasleitung 16 in die Atmosphäre abgegeben. Das aus dem Dieselmotor 10 austretende Abgas enthält kohlenstoffhaltige Schwebteilchen, zum Beispiel Ruß oder Ähnliches. Die Partikel werden zum größten Teil durch die in der Abgasleitung 16 eingebauten hitzebeständigen Filter 100 aufgefangen, sodass praktisch keine kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen in die Atmosphäre abgegeben werden. Die in den Filtern 100 angesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel können durch einen im Folgenden beschriebenen Mechanismus in den Filtern verbrannt werden. Vor den Filtern 100 ist ein Temperatursensor 76 angebracht, damit die Temperatur des in die Filter 100 strömenden Abgases gemessen werden kann.
In einen mittleren Bereich der Abgasleitung 16 ist ein Turbolader 20 eingebaut. Der Turbolader 20 besteht aus einer in die Abgasleitung 16 eingebauten Turbine 21, einem in die Ansaugleitung 12 eingebauten Verdichter 22 und einer Welle 23, welche die Turbine 21 mit dem Verdichter 22 verbindet. Ein aus den Verbrennungskammern austretendes Abgas versetzt die Turbine 21 des Turboladers 20 und über die Welle 23 den Verdichter 22 in Drehung, sodass die Luft verdichtet und die verdichtete Luft in jede Verbrennungskammer eingeleitet wird. Vor dem Verdichter 22 ist ein Luftfilter 26 angebracht. Der Verdichter 22 saugt die Luft über das Luftfilter 26 an, verdichtet die Luft und leitet sie in jede Verbrennungskammer ein. Durch die Verdichtung im Verdichter 22 steigt die Temperatur der Luft an. Aus diesem Grund ist in Strömungsrichtung nach dem Verdichter 22 ein Zwischenkühler 24 angebracht. Somit kann die verdichtete Luft vor dem Einleiten in die Verbrennungskammern durch den Zwischenkühler 24 abgekühlt werden.
Als Motorsteuerungseinheit ECU 30 dient ein in der Technik bekannter Mikrocomputer, in welchem eine CPU, ein RAM, ein ROM, ein Taktgeber, mehrere Eingabe-/Ausgabeanschlüsse usw. zum Datenaustausch über einen Bus miteinander verbunden sind. Die Motorsteuerungseinheit ECU 30 erkennt unterschiedliche Betriebsbedingungen des Motors, zum Beispiel die Motordrehzahl Ne, den Auslenkungswinkel θac des Gaspedals usw. und berechnet die eingespritzte Kraftstoffmenge, den Einspritzzeitpunkt usw. entsprechend den Betriebsbedingungen des Motors. Die Motordrehzahl Ne kann anhand des Ausgangssignals eines Kurbelwellensensors 32 ermittelt werden. Der Auslenkungswinkel θac des Gaspedals wird durch einen am Gaspedal angebrachten Gaspedalsensor 34 gemessen. Die Motorsteuerungseinheit ECU 30 steuert ausgehend von der Motordrehzahl Ne und dem Auslenkungswinkel θac des Gaspedals, die in der oben beschriebenen Weise ermittelt wurden, eine Kraftstoffpumpe 18, die Kraftstoffeinspritzventile 14 usw., sodass in jede Verbrennungskammer zum richtigen Zeitpunkt eine geeignete Kraftstoffmenge eingespritzt wird. Der in die Verbrennungskammer eingespritzte Kraftstoff wird dann verbrannt, und der Druck in der Verbrennungskammer steigt an. Dadurch erzeugt der Dieselmotor 10 ein Antriebsmoment. Der oben beschriebene Dieselmotor 10 gemäß der obigen Ausführungsart weist auf der Seite der Auslassventile einen Ventilsteuerungsmechanismus zur Steuerung der Ventilöffnungszeitpunkte auf. Der Öffnungszeitpunkt der Auslassventile wird in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors durch die Motorsteuerungseinheit ECU 30 festgelegt. Der Ventilsteuerungsmechanismus wird später ausführlich erläutert.
B-1-2. AUFBAU DES ABGASREINIGUNGSFILTERS
2 ist eine perspektivische Ansicht eines in die Abgasleitung 16 eingebauten Abgasreinigungsfilters 100 und zeigt dessen äußeres Aussehen. Zur besseren Verständlichkeit wird ein Teil des inneren Aufbaus des Filters als vergrößerte Teilquerschnittsansicht dargestellt. Das Abgasreinigungsfilter 100 besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 102 und einem darin befindlichen Filterelement 104, das am Außenrand mit dem Gehäuse verschweißt ist. Das Filterelement 104 weist eine Zylinderform auf, in welcher ein hitzebeständiges metallisches Vliesgewebe 106 und ein hitzebeständiges Wellblech 108 übereinander geschichtet und zylindrisch um einen Mittelstab gewickelt sind. Das im Abgasreinigungsfilter 100 eingesetzte Filterelement 104 gemäß der vorliegenden Ausführungsart weist einen Außendurchmesser von etwa 5 mm und eine Länge von etwa 40 mm auf. Diese Abmessungen des Filterelements 104 können je nach Hubraum des Dieselmotors, Innendurchmesser der Abgasleitung 16 usw. variieren.
Da das Vliesgewebe 106 und das Wellblech 108 zusammen gewickelt sind, wird durch das Wellblech 108 zwischen angrenzenden Schichten des Vliesgewebes 106 ein bestimmter Zwischenraum freigehalten. Parallel zur Achse des Mittelstabes 110 entstehen so zwischen dem Vliesgewebe 106 und dem Wellblech 108 eine Vielzahl von Kanälen. Auf die beiden Stirnseiten des Filterelements 104 sind Deckplatten 112 aufgeschweißt. Die Deckplatten 112 verschließen die Kanäle zwischen dem Vliesgewebe 106 und dem Wellblech 108 abwechselnd an der Eintrittsseite bzw. an der Austrittsseite und bilden so eine Struktur, in welcher das Abgas durch das Vliesgewebe 106 strömt. Im Folgenden wird unter Bezug auf 3 beschrieben, wie durch die Deckplatten 112 eine Struktur gebildet wird, in welcher das Abgas durch das Vliesgewebe 106 strömt.
3 ist eine Abbildung, welche in vereinfachter Form den Querschnitt durch das Abgasreinigungsfilter 100 zeigt. Zur vereinfachten Darstellung ist in 3 das Wellblech 108 weggelassen worden. 3 zeigt, dass die Deckplatten 112 die zwischen angrenzenden Vliesgewebeplatten 106, welche durch einen bestimmten Abstand voneinander getrennt sind, gebildeten Kanäle abwechselnd verschließen. Dadurch kann das in 3 von links (siehe Pfeile) zum Abgasreinigungsfilter 100 strömende Abgas in die nicht durch die Deckplatten 112 verschlossenen Kanäle eintreten. Diese Kanäle sind jedoch wiederum an der Austrittsseite durch Deckplatten 112 verschlossen. Dadurch gelangt das Abgas entlang der fett gezeichneten Pfeile in 3 durch die Vliesgewebeplatten 106 und strömt weiter durch die an der Austrittsseite offenen Kanäle. Während das Abgas auf diese Weise durch das Vliesgewebe 106 strömt, können die im Abgas enthaltenen kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen, zum Beispiel Ruß oder Ähnliches, im Vliesgewebe 106 festgehalten werden.
Das Vliesgewebe 106 ist ein eisenhaltiges hitzebeständiges Metallvlies. Für den Faserdurchmesser des Vliesgewebes und die Größe der darin gebildeten Poren werden geeignete Werte gewählt. Dadurch ist das Abgasreinigungsfilter 100 in der La ge, kohlenstoffhaltige Schwebteilchen und Kohlenwasserstoffverbindungen so in verteilter Form zu sammeln, dass diese angesammelten Partikel und Kohlenwasserstoffverbindungen mit Sauerstoff in Berührung kommen. Wenn Schwebteilchen in dreidimensionaler Form verteilt sind, entzünden sich diese spontan, wenn die Menge dieser angesammelten Partikel einen bestimmten Wert erreicht. Ein Mechanismus, nach dem kohlenstoffhaltige Schwebteilchen und Kohlenwasserstoffverbindungen in verteilter Form aufgefangen werden, sowie ein Mechanismus der spontanen Entzündung dieser in verteilter Form angesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel werden später beschrieben.
Der in diesem Zusammenhang gebrauchte Begriff „Faserdurchmesser" betrifft einen mittleren Durchmesser der Metallfasern des Vliesgewebes. In diesem Metallvlies sind eine große Anzahl Metallfasern auf komplizierte Weise miteinander verwickelt, und zwischen den Metallfasern verlaufen dreidimensionale Kanäle, die sich auf komplizierte Weise verzweigen. Die „Porengröße" ist eine Kennzahl, welche für die Querschnittsgröße eines zwischen den Metallfasern gebildeten Kanals steht und als Innendurchmesser eines kreisrunden Kanals angegeben wird, dessen Querschnittsfläche dem oben erwähnten Kanalquerschnitt entspricht. Bei einer einfachen und praktischen Ausführungsart kann der Wert der „Porengröße" anhand eines Fotos eines Querschnitts oder einer Oberfläche des Metallvlieses im Rasterelektronenmikroskop durch visuelle Auswertung ermittelt werden.
Obwohl das Filterelement 104 bei der vorangehenden Ausführungsart mit Deckplatten 112 versehen ist, die auf Stirnseiten des Elements 104 aufgeschweißt sind, ist auch eine im Folgenden beschriebene Struktur denkbar, die ohne Deckplatten 112 auskommt.
4 ist eine Querschnittsansicht eines Abgasreinigungsfilters 100, welches mit einem Filterelement ohne Deckplatten ausgerüstet ist. Zur besseren Anschaulichkeit ist in 4 das Wellblech 108 weggelassen worden. Während in 3 die Deckplatten 112 abwechselnd auf die Stirnseiten des Vliesgewebes 106 aufgeschweißt sind, können stattdessen Abschlussteile 113 aus Vliesgewebe gemäß 4 aufgeschweißt werden. Wenn die Deckplatten 112 entfallen, ermöglicht dieser Aufbau eine einfachere Herstellung des Abgasreinigungsfilters 100.
Gemäß der obigen Beschreibung ist das Vliesgewebe 106 des Abgasreinigungsfilters 100 in der Lage, kohlenstoffhaltige Partikel des Abgases in dreidimensional verteilter Form im Vliesgewebe 106 festzuhalten. Wenn sich nun eine bestimmte Menge dieser Partikel angesammelt hat, entzünden sich diese spontan und verbrennen. Deshalb ist das Abgasreinigungsfilter 100 der vorliegenden Ausführungsart in der Lage, das Filter ohne besondere Behandlung, zum Beispiel durch gezielte Erhöhung der Abgastemperatur, automatisch zu regenerieren. In der vorliegenden Beschreibung wird diese Funktion des Abgasreinigungsfilters 100 der vorliegenden Ausführungsart als „spontane Regenerierungsfunktion" bezeichnet. Obwohl der Mechanismus der „spontanen Regenerierungsfunktion" noch nicht vollständig aufgeklärt ist, soll ein zur Zeit mutmaßlicher Mechanismus kurz beschrieben werden.
B-1-3. MECHANISMUS ZUM ENTFERNEN KOHLENSTOFFHALTIGER SCHWEBTEILCHEN
Bekanntlich enthält das Abgas aus Dieselmotoren kohlenstoffhaltige Schwebteilchen, Kohlenwasserstoffverbindungen usw. in den in 5 gezeigten Anteilen. Grob gesagt enthält das Abgas kohlenstoffhaltige Schwebteilchen wie beispielsweise Ruß und Ähnliches, vom Kraftstoff herrührende Kohlenwasserstoffverbindungen und vom Schmieröl herrührende Kohlenwasserstoffverbindungen etwa zu gleichen Anteilen. Es heißt, dass die kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen wie beispielsweise Ruß und ähnliche Stoffe bei Temperaturen unterhalb 550°C auch in einem sauerstoffhaltigen Abgas normalerweise nicht verbrennen. Die vom Kraftstoff oder vom Schmieröl herrührenden Kohlenwasserstoffverbindungen hingegen können auch bei Temperaturen unterhalb 550°C oxidiert werden, solange Sauerstoff zugeführt wird.
Das Abgasreinigungsfilter 100 der vorliegenden Ausführungsart fängt die Schwebteilchen und Kohlenwasserstoffverbindungen aus dem Abgas so auf, dass diese Schwebteilchen und Kohlenwasserstoffverbindungen im Vliesgewebe dreidimensional verteilt sind. Die aufgefangenen Kohlenwasserstoffverbindungen befinden sich somit in einer Form, in der ihnen mit dem Abgas ausreichend Sauerstoff zugeführt werden kann. Je nach Abgastemperatur beginnt die Oxidation (exotherme Reaktion) der Kohlenwasserstoffverbindungen langsam, sodass die Filtertemperatur allmählich ansteigt und sich hochreaktive Zwischenprodukte ansammeln. Dadurch steigt die Filtertemperatur bis auf 550°C oder darüber an, wenn sich im Filter eine bestimmte Menge von Schwebteilchen und Kohlenwasserstoffverbindungen angesammelt hat. Nun können die Partikel und Kohlenwasserstoffverbindungen im Filter vollständig verbrannt werden.
Die 6A bis 6C sind Abbildungen, welche in vereinfachter Form die spontane Regenerierung des Abgasreinigungsfilters 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsart veranschaulichen. 6A zeigt schematisch das in die Abgasleitung 16 des Dieselmotors 10 eingebaute Abgasreinigungsfilter 100. 6B ist eine Abbildung, welche in vereinfachter Form die durch Messung der Filtertemperatur Tf, der Abgastemperatur Tg des in das Filter einströmenden Abgases und des Druckabfalls dP im Filter erhaltenen Ergebnisse zeigt, die beim Betrieb des Dieselmotors 10 unter bestimmten Bedingungen gewonnen wurden.
Wenn der Dieselmotor 10 gestartet wird, steigen die Abgastemperatur Tg und die Filtertemperatur Tf sofort an und erreichen konstante Werte. Aufgrund des oben erwähnten Staudrucks des Abgases im Abgasreinigungsfilter 100 ist die Filtertemperatur Tf höher als die Abgastemperatur Tg. Die Differenz zwischen der Filtertemperatur Tf und der Abgastemperatur Tg ändert sich in Abhängigkeit von den Bedingungen, zum Beispiel vom Betriebszustand des Motors und Ähnlichen. Unter normalen Betriebsbedingungen übersteigt die Abgasfiltertemperatur Tf in vielen Fällen die Abgastemperatur Tg um etwa 50°C bis 100°C.
Wenn das Abgasreinigungsfilter 100 neu ist, nimmt der Druckabfall dP im Filter während der Anfangszeit allmählich zu und pegelt sich auf einen konstanten Wert ein. Der Druckabfall im Filter pegelt sich auf einen konstanten Wert ein, da das Abgasreinigungsfilter 100 der vorliegenden Ausgabeprozess die Schwebteilchen des Abgases nicht an der Filteroberfläche, sondern in dreidimensionaler Form auch im Innern des Filters festhält. Der Wert, den der Druckabfall schließlich erreicht, hängt von den konstruktiven Merkmalen des Filters ab. In zahlreichen repräsentativen Fällen ist dieses Druckabfall drei- bis viermal so groß wie bei einem neuen Filter. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird der Zeitraum vom Betriebsbeginn des Dieselmotors 10 bis zur Stabilisierung des Druckabfalls im Filter als „erste Periode" bezeichnet.
Wenn der Dieselmotor 10 eine bestimmte Zeit lang nach der Stabilisierung des Druckabfalls im Filter weiterläuft, beginnt die Filtertemperatur Tf gemäß 6B langsam anzustei gen, obwohl sich die Abgastemperatur Tg nicht ändert. Die Filtertemperatur Tf weicht immer stärker von der Abgastemperatur Tg ab und erreicht schließlich einen Wert von etwa 550°C. Während dieser Zeit nimmt der Druckabfall dP im Filter infolge der im Filter angesammelten Schwebteilchen wie beispielsweise Ruß oder ähnlichen Stoffen sowie der Kohlenwasserstoffverbindungen ein wenig zu. Manchmal kann jedoch kein deutlicher Anstieg des Druckabfalls dP im Filter gemessen werden.
Wenn die Filtertemperatur Tf über 550°C hinweg ansteigt, beginnen die im Filter angesammelten Partikel, zum Beispiel Ruß oder ähnliche Stoffe, zu verbrennen. Nach der vollständigen Verbrennung der angesammelten Partikel fällt die Filtertemperatur Tf wieder schnell bis zur Anfangstemperatur ab, das heißt, bis zu einer Temperatur, die sich durch Addition eines durch den Staudruck im Filter verursachten Temperaturanstiegs zur Abgastemperatur Tg ergibt. Wenn sich eine durch das Auffangen von Ruß oder Ähnlichem aus dem Abgas verursachte Erhöhung des Druckabfalls dP im Filter nachweisen lässt, kann während der Verbrennung des Rußes oder ähnlicher Stoffe im Filter auch eine Verringerung des Druckabfalls dP nachgewiesen werden. In 6B sind die Schwankungen des Druckabfalls vergrößert dargestellt, damit die Abbildung verständlicher wird. Die Figur zeigt, dass die Filtertemperatur Tf während einer Zeit nach dem Ende der ersten Periode allmählich von der Abgastemperatur Tg abweicht und bis zu der Temperatur absinkt, die sich aus der Addition des durch den Staudruck verursachten Temperaturanstiegs zur Abgastemperatur Tg ergibt. Diese Periode nach der ersten Periode wird als „zweite Periode" bezeichnet. In Wirklichkeit ist die erste Periode wesentlich kürzer als die zweite Periode. Der besseren Anschaulichkeit halber wurde die erste Periode jedoch in den 6B und 6C im Verhältnis zur zweiten Periode etwas verlängert dargestellt.
Obwohl die Filtertemperatur Tf nach dem Ende der Verbrennung des Rußes und ähnlicher im Abgasreinigungsfilter 100 angesammelter Stoffe wieder auf die Anfangstemperatur abfällt, beginnt die Filtertemperatur Tf wieder anzusteigen, wenn der Motor weiterläuft. Dann erreicht die Filtertemperatur Tf wieder einen Wert von 550°C, sodass der Ruß und ähnliche im Filter angesammelte Stoffe verbrennen. Somit verbleibt das Abgasreinigungsfilter in einem Zustand der zweiten Periode, in welchem das Filter Ruß und ähnliche Stoffe aus dem Abgas abwechselnd auffängt und verbrennt. Die obige Beschreibung betrifft eine erste Form der spontanen Verbrennung des Abgasreinigungsfilters 100.
Bei einer hohen Abgastemperatur Tg kommt es zu einer zweiten Form der spontanen Regenerierungsfunktion. 6C ist eine Abbildung, welche in vereinfachter Form die Änderungen der Filtertemperatur Tf und des Druckabfalls dP im Filter zeigt, wenn der Dieselmotor 10 unter Bedingungen läuft, in denen die Abgastemperatur etwas höher (üblicherweise 50°C höher) als bei 6B ist. Ähnliche Ergebnisse wie in 6C lassen sich auch erhalten, wenn nicht die Abgastemperatur, sondern die Kohlenwasserstoff- oder Rußkonzentration im Abgas etwas höher als bei 6B ist.
Bei einer höheren Abgastemperatur Tg fällt die Filtertemperatur Tf nach der zweiten Periode nicht etwa bis zur Abgastemperatur Tg ab, sondern stabilisiert sich gemäß 6C bei einem relativ hohen Temperaturwert. Eine auf das Ende der zweiten Periode folgende Periode, während der sich die Filtertemperatur Tf bei einer Temperatur stabilisiert, die höher ist als die Abgastemperatur Tg, wird als „dritte Periode" be zeichnet. Während der dritten Periode wird davon ausgegangen, dass das Auffangen des Rußes oder ähnlicher Stoffe und deren Verbrennung entweder örtlich wechseln oder gleichzeitig ablaufen. Somit werden bei der zweiten Form der spontanen Regenerierungsfunktion die Schwebteilchen gleichzeitig aufgefangen und verbrannt.
Das Abgasreinigungsfilter 100 ist gemäß der obigen Beschreibung in der Lage, kohlenstoffhaltige Schwebteilchen und Kohlenwasserstoffverbindungen aus dem Abgas in verteilter Form aufzufangen, sodass die aufgefangenen Partikel ohne spezielle Behandlung spontan verbrannt werden können. Es wird angenommen, dass das Abgasreinigungsfilter 100 deshalb in der Lage ist, solche Partikel wie Ruß und andere Stoffe aufzufangen, weil das Abgasreinigungsfilter 100 die Partikel nach dem oben beschriebenen Mechanismus aktiv in das Vliesgewebe aufnimmt. Im Folgenden wird kurz ein Mechanismus beschrieben, nach dem aus heutiger Sicht das Auffangen der Partikel durch das Filter erfolgt.
Die 7A bis 7C sind Abbildungen, welche in vereinfachter Form einen Querschnitt eines hitzebeständigen Vliesgewebes veranschaulichen. In den Zeichnungen stellt jeder schraffierte Kreis den Querschnitt einer Faser des Vliesgewebes dar. Das Vliesgewebe wird durch ein kompliziertes Geflecht einer großen Anzahl von Fasern gebildet und weist in seinem Innern eine große Anzahl dreidimensionaler Kanäle auf, die auf komplizierte Weise miteinander verbunden sind.
7A ist eine vereinfachte Darstellung des Querschnitts eines neuen Vliesgewebes. Das Abgas strömt in dieser Abbildung von oben nach unten. Aufgrund der statistischen Verteilung der Fasern weist das Vliesgewebe an seiner Oberfläche Öffnungen unterschiedlicher Größe auf. Selbst die kleinen Öffnungen sind für die Gasmoleküle des Abgases groß genug. Deshalb wird davon ausgegangen, dass das Abgas im Wesentlichen gleichmäßig die gesamte Oberfläche des Vliesgewebes durchströmt. In 7A ist das zwischen den Fasern des Vliesgewebes strömende Abgas schematisch durch fett gezeichnete Pfeile dargestellt.
Während das Abgas durch das Vliesgewebe strömt, werden die im Abgas enthaltenen Partikel, zum Beispiel Ruß und andere Stoffe, zwischen den Fasern festgehalten. Dadurch werden die Öffnungen in der Oberfläche des Vliesgewebes allmählich verschlossen. Deshalb werden gemäß 7B die kleinen Öffnungen in der Oberfläche des Vliesgewebes durch solche Partikel wie Ruß verschlossen, und die Abgasströme konzentrieren sich auf die relativ großen Öffnungen, die noch offen sind. Dadurch bleiben die Abgasströme durch das Vliesgewebe auf diejenigen Abgasströme beschränkt, die von den großen, noch unverschlossenen Öffnungen an der Oberfläche ausgehen. In 7B stellen die kleinen schwarzen Kreise schematisch solche Partikel wie beispielsweise Ruß dar.
Wenn nun das Abgas vorwiegend durch die oben beschriebenen übrig gebliebenen Kanäle strömt, nimmt deren Strömungsgeschwindigkeit zu, sodass es in diesen Kanälen zu einem starken Druckabfall kommt. Das passiert dann, wenn ein Abgasstrom auf eine Faser des Vliesgewebes auftrifft und einen hohen Druck erzeugt. Die im Vliesgewebe gebildeten Kanäle sind wie oben beschrieben auf komplizierte Weise miteinander verbunden. Wenn also der Druck in einem dieser übrig gebliebenen Kanäle ansteigt, öffnet sich dieser Kanal sofort zu einem anderen Kanal hin. Dadurch steigt der Druckabfall im Filter nicht bis zu einem vorgegebenen Wert oder darüber hinaus an und bleibt innerhalb eines bestimmten Bereichs konstant.
7C veranschaulicht in vereinfachter Form, wie sich die Abgasströme zu anderen Kanälen hin verzweigen. Durch dieses Verzweigen der Abgasströme innerhalb des Vliesgewebes werden die im Abgas enthaltenen kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen, zum Beispiel Ruß und andere Stoffe, im gesamten Innenraum des Vliesgewebes aufgefangen. Sobald eine Stelle im Innern des Vliesgewebes durch Ruß verschlossen ist, wird sofort eine Verzweigung durch einen anderen Kanal gebildet, weil die Kanäle auf komplizierte Weise dreidimensional miteinander verbunden sind. Wenn also eine Stelle im Innern des Vliesgewebes durch Ruß oder ähnliche Stoffe verschlossen ist, ändern sich automatisch die Strömungskanäle, sodass das Abgas durch einen neuen Kanal strömt. Somit hält das Filter den Ruß und die ähnlichen Stoffe in verteilter Form fest.
Das Abgasreinigungsfilter 100 weist gemäß der obigen Beschreibung die spontane Regenerierungsfunktion auf und ist in der Lage, eine spontane Verbrennung der aus dem Abgas aufgefangenen Schwebteilchen und Kohlenwasserstoffverbindungen auszulösen, ohne dass eine spezielle Behandlung erforderlich ist. Obwohl das Abgasreinigungsfilter 100 zum Auffangen der Schwebteilchen aus dem Abgas das Metallvlies 106 verwendet, braucht dieses Vliesgewebe nicht aus Metall zu bestehen. Zum Beispiel wird mit einem Keramikfilter, beispielsweise mit einem Bienenwabenfilter aus Cordierit oder einem ähnlichen Filter, im Wesentlichen dieselbe spontane Regenerierungsfunktion erreicht wie mit dem Filter der vorliegenden Ausführungsart, wenn die Porengrößenverteilung des Keramikfilters der des Filters der Ausführungsart entspricht.
B-2. ÜBERBLICK ÜBER DIE MOTORSTEUERUNG
8 ist ein Flussdiagramm einer Motorsteuerungsroutine, die von der Motorsteuerungseinheit ECU 30 ausgeführt wird.
Diese Steuerroutine wird gestartet, sobald der Zündschlüssel in das Zündschloss gesteckt wird, um die Stromversorgung einzuschalten.
Sobald die Motorsteuerungseinheit ECU 30 feststellt, dass der Zündschlüssel in die Startstellung gedreht wurde, beginnt sie mit der Steuerung des Motorstarts (Schritt S100). In diesem Schritt startet die Motorsteuerungseinheit 30 den Motor durch Einspritzen von Kraftstoff zu bestimmten Zeitpunkten, während der Motor durch einen Anlasser gestartet wird. Während des Motorstarts ermittelt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 die Ansauglufttemperatur und die Kühlwassertemperatur. Wenn die Temperatur so niedrig ist, dass der Motorstart erschwert ist, werden die Ansaugluft und die Verbrennungskammern durch eine Heizvorrichtung entsprechend erwärmt. Wenn der Kraftstoff in den Verbrennungskammern verbrannt wird, wird ein großes Drehmoment erzeugt, sodass die Motordrehzahl ansteigt. Dann ermittelt die Motorsteuerungseinheit ECU 30, dass die Motordrehzahl einen vorgegebenen Wert erreicht hat, und beendet die Steuerung des Motorstarts.
Nach Beendigung der Steuerung des Motorstarts ermittelt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 einen Betriebszustand des Motors (Schritt S102). Die wichtigsten Parameter, welche den Betriebszustand des Motors kennzeichnen, sind die Motordrehzahl Ne und der Auslenkungswinkel θac des Gaspedals. Zu den untergeordneten Parametern gehören die Ansauglufttemperatur, die Kühlwassertemperatur, die Kraftstofftemperatur, der Ansaugdruck usw. Diese Parameter werden in Schritt S102 ermittelt. Wenn die Temperatur des in das Abgasreinigungsfilter 100 einströmenden Abgases sinkt, wird bei der vorliegenden Ausführungsart eine im Folgenden beschriebene Steuerung zur Staudruckerhöhung durchgeführt, um die Filtertemperatur zu erhöhen. In Schritt S102 wird die Temperatur des Abgases vor dem Abgasreinigungsfilter 100 gemessen.
Nach der Ermittlung des Betriebszustandes des Motors ermittelt die Motorsteuerungseinheit ECU 30, ob die Abgastemperatur vor dem Abgasreinigungsfilter 100 größer als oder gleich einem vorgegebenen Temperaturwert ist (Schritt S104). Dieser vorgegebene Temperaturwert wird für jeden Dieselmotor 10 in geeigneter Weise experimentell ermittelt. Üblicherweise kann dieser vorgegebene Temperaturwert bei 150°C bis 350°C liegen. Vorzugsweise kann der Temperaturwert bei etwa 200°C liegen.
Wenn die Abgastemperatur unterhalb des vorgegebenen Temperaturwerts liegt („NEIN" in Schritt S104), setzt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 für die Steuerung der Staudruckerhöhung eine Markierung F, welche anzeigt, dass die Staudruckerhöhung gesteuert wird, auf „EIN" (Schritt S106). Die Steuerung der Staudruckerhöhung steuert die Erhöhung der Filtertemperatur durch Erhöhung des Staudrucks des Abgases im Abgasreinigungsfilter 100. Später wird ein spezielles Verfahren zur Erhöhung des Staudrucks des Abgases beschrieben. Im RAM der Motorsteuerungseinheit ECU 30 ist eine vorbestimmte Adresse für einen Datenwert reserviert, der den Stand der Motorsteuerung anzeigt. In dieser Adresse ist ein Bit an einer vorgegebenen Position für die Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung reserviert. In Schritt S106 wird dieses Bit auf „EIN" gesetzt. Wenn die Abgastemperatur hingegen gleich dem vorgegebenen Temperaturwert ist oder diesen überschreitet („JA" in Schritt S104), wird die Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung auf „AUS" gesetzt (Schritt S108). Insbesondere wird ein Bit an einer vorgegebenen Position dieses Datenwertes auf „AUS" gesetzt, der den Stand der Motorsteuerung anzeigt.
Nach dem Setzen der Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung auf einen bestimmten wert beginnt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 mit der Steuerung des Ventilöffnungszeitpunktes (Schritt S110). Der Dieselmotor 10 der vorliegenden Ausführungsart ist gemäß der obigen Beschreibung mit einem Ventilsteuerungsmechanismus ausgestattet, mit dessen Hilfe der Öffnungszeitpunkt und der Schließzeitpunkt der Auslassventile verändert werden kann. Insbesondere kann die Kombination von Öffnungszeitpunkt und Schließzeitpunkt der Auslassventile in Abhängigkeit davon geändert werden, ob die Steuerung der Staudruckerhöhung aktiv ist oder keine Steuerung der Staudruckerhöhung erfolgt (d.h., wenn Normalbetrieb vorliegt). Deshalb führt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 in Schritt S110 einen Prozess aus, in welchem der Öffnungszeitpunkt und der Schließzeitpunkt der Auslassventile eingestellt werden. Der Ventilsteuerungsmechanismus und die Einzelheiten zur Steuerung des Ventilöffnungszeitpunktes werden später beschrieben.
Nach der Steuerung des Ventilöffnungszeitpunktes beginnt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 mit Steuerung der Kraftstoffeinspritzung (Schritt S112). Bei der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung wird die Einspritzung einer geeigneten Kraftstoffmenge zum richtigen Zeitpunkt in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors gesteuert. Diese Steuerung wird im Folgenden kurz beschrieben. Zuerst werden ausgehend von der Motordrehzahl Ne und dem Auslenkungswinkel θac des Gaspedals eine Kraftstoffgrundeinspritzmenge und ein Kraftstoffgrundeinspritzzeitpunkt berechnet. Insbesondere werden die Kraftstoffgrundeinspritzmenge und der Kraftstoffgrundeinspritzzeitpunkt in Form einer Tabelle als Funktion von der Motordrehzahl Ne und dem Auslenkungswinkel θac des Gaspedals im ROM der Motorsteuerungseinheit ECU 30 gespeichert. Ausgehend von dieser Tabelle werden in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors geeignete Werte ermittelt. Anschließend werden diese Werte durch Korrekturfaktoren korrigiert, welche die Auswirkungen der Ansauglufttemperatur, der Kühlwassertemperatur, der Kraftstofftemperatur usw. berücksichtigen, um so in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors eine optimale Kraftstoffeinspritzmenge und einen optimalen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt zu ermitteln. Auch diese unterschiedlichen Korrekturfaktoren einschließlich der Ansauglufttemperatur, der Kühlwassertemperatur usw. werden in Tabellenform im ROM der Motorsteuerungseinheit ECU 30 gespeichert. Ausgehend von diesen Tabellen ermittelt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 eine Kraftstoffgrundeinspritzmenge, einen Kraftstoffgrundeinspritzzeitpunkt und diverse Korrekturfaktoren. Die Motorsteuerungseinheit ECU 30 berechnet die optimale Kraftstoffeinspritzmenge und den optimalen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt aus der Kraftstoffgrundeinspritzmenge, dem Kraftstoffgrundeinspritzzeitpunkt und den diversen Korrekturfaktoren und steuert anhand dieser Werte die Kraftstoffpumpe 18 und das Kraftstoffeinspritzventil 14.
Die optimale Kraftstoffeinspritzmenge und der optimale Kraftstoffeinspritzzeitpunkt sind unterschiedlich, je nachdem, ob die Steuerung der Staudruckerhöhung erfolgt oder ob keine Steuerung der Staudruckerhöhung durchgeführt wird. Deshalb werden vorher in der Motorsteuerungseinheit ECU 30 zwei Tabellengruppen gespeichert, eine Tabellengruppe für den Fall, dass die Steuerung der Staudruckerhöhung erfolgt, und eine andere Tabellengruppe für den Fall, dass keine Steuerung der Staudruckerhöhung durchgeführt wird, das heißt, für den Normalbetrieb. In Abhängigkeit von der Steuerungsmarkierung F für die Staudruckerhöhung kann die Motorsteuerungseinheit ECU 30 ausgehend von den entsprechenden Tabellen die optimale Kraftstoffeinspritzmenge und den optimalen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt berechnen.
Nach Beendigung der obigen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung erkennt die Motorsteuerungseinheit ECU 30, ob der eingesteckte Zündschlüssel in die Stellung „AUS" zurückgedreht worden ist (Schritt S114). Wenn der Zündschlüssel nicht in die Stellung „AUS" zurückgedreht worden ist, springt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 wieder zurück zu Schritt S102 und führt alle Schritte noch einmal aus. Auf diese Weise wird der Motor ständig in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedingungen optimal gesteuert. Wenn die Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung auf „EIN" steht, wird die gesamte Steuerung der Staudruckerhöhung durch die Ausführung der Steuerung des Ventilöffnungszeitpunktes und der Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, welche durch die Stellung „EIN" der Steuerungsmarkierung F für die Staudruckerhöhung vorgegeben ist. Dadurch wird der Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 erhöht, und die Filtertemperatur steigt an. Somit wird die Verbrennung der im Abgasreinigungsfilter 100 festgehaltenen kohlenstoffhaltigen Partikel beschleunigt. Die Steuerung der Staudruckerhöhung wird im Folgenden beschrieben.
B-3. STEUERUNG DER STAUDRUCKERHÖHUNG GEMÄSS DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSART
Der gemäß der obigen Beschreibung mit der Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsart ausgestattete Dieselmotor 10 erhöht den Staudruck im Abgasreinigungsfilter durch die Steuerung des Ventilöffnungszeitpunktes und der Kraftstoffeinspritzung. Zuerst werden für die Erhöhung des Staudrucks die Steuerung des Ventilöffnungszeitpunktes und anschließend die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung beschrieben.
Die 9A und 9B sind Abbildungen, welche einen Überblick über einen Ventilsteuerungsmechanismus 80 bietet, der in den Dieselmotor 10 der vorliegenden Ausführungsart eingebaut ist. 9A veranschaulicht die Gesamtstruktur des Mechanismus. 9B ist eine Abbildung, welche in vereinfachter Form die Arbeitsweise des Ventilsteuerungsmechanismus zeigt. Zuerst wird unter Bezug auf die 9A und 9B der Ventilsteuerungsmechanismus 80 kurz beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsart ist der Ventilsteuerungsmechanismus 80 Teil eines Ventilbetätigungsmechanismus (Mechanismus zur Betätigung der Einlassventile und der Auslassventile in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel). Deshalb wird zuerst der Ventilbetätigungsmechanismus des Dieselmotors 10 kurz beschrieben.
Der Dieselmotor 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsart weist eine Einlassnockenwelle 81 zum Betätigen der Einlassventile und eine Auslassnockenwelle 82 zum Betätigen der Auslassventile auf. Ein äußeres Ende jeder Nockenwelle ist mit einem Zahnkranz 83 versehen. Über den Zahnkranz 83 verläuft eine Kette 84. Die Kette 84 ist mit einer (nicht gezeigten) Kurbelwelle des Dieselmotors 10 verbunden. Die Drehung der Kurbelwelle wird auf die Einlassnockenwelle 81 und auf die Auslassnockenwelle 82 übertragen, die somit die Einlassventile und die Auslassventile betätigen. Wenn die Kurbelwelle, die Einlassnockenwelle 81 und die Auslassnockenwelle 82 so eingestellt sind, dass sie sich in der richtigen Phase befinden, können die Einlassventile und die Auslassventile so gesteuert werden, dass sie in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Kurbelwelle zum richtigen Zeitpunkt betätigt werden.
Der Ventilsteuerungsmechanismus 80 beinhaltet eine Steuerungseinheit 85 und ein Ölsteuerventil 86. Die Steuerungsein heit 85 ist am Zahnkranz 83 der Auslassnockenwelle 82 angebracht. In die Steuerungseinheit 85 ist ein Hydraulikmechanismus integriert, durch den die Phasendifferenz zwischen der Auslassnockenwelle 82 und dem Zahnkranz 83 verändert werden kann. Insbesondere sind im Innern der Steuerungseinheit 85 zwei Öldruckkammern zum Vorverschieben und zum Verzögern der Phase gebildet. Durch Einwirken eines Öldrucks auf die Öldruckkammer zur Phasenvorverschiebung kann die Phase der Auslassnockenwelle 82 gegenüber dem Zahnkranz 83 vorverschoben werden. Umgekehrt kann durch Einwirken eines Öldrucks auf die Öldruckkammer zur Phasenverzögerung die Phase der Auslassnockenwelle 82 gegenüber dem Zahnkranz 83 verzögert werden. Das Ölsteuerventil 86 ändert seinen Öldruck als Reaktion auf das Steuersignal von der Motorsteuerungseinheit ECU 30. Die gerade eingestellte Phasendifferenz kann durch Schließen des Ölsteuerventils 86 beibehalten werden, so dass aus den beiden Öldruckkammern kein Öl abfließen kann.
9B zeigt in vereinfachter Form, wie durch Änderung des Öldrucks der Öffnungszeitpunkt der Auslassventile gesteuert wird. Da der Zahnkranz 83 und die Kurbelwelle über die Kette 84 miteinander gekoppelt sind, ist die Phasendifferenz zwischen beiden fest eingestellt. Wenn also die Phase der Auslassnockenwelle 82 gegenüber dem Zahnkranz 83 vorverschoben wird, wird sie somit auch gegenüber der Kurbelwelle vorverschoben. Auf diese Weise kann der Öffnungszeitpunkt der Auslassventile gemäß der gestrichelten Linie in 9B vorverschoben werden. Umgekehrt wird auch der Öffnungszeitpunkt der Auslassventile gemäß der einfach punktierten Linie in 9B verzögert, wenn die Phase der Auslassnockenwelle 82 gegenüber der Kurbelwelle verzögert wird.
Obwohl der Ventilsteuerungsmechanismus 80 bei der vorliegenden Ausführungsart nur an der Auslassseite angebracht ist, kann auch an der Einlassseite ein Ventilsteuerungsmechanismus vorgesehen werden. Durch die optimale Steuerung des Öffnungszeitpunktes und des Schließzeitpunktes der Einlassventile in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors kann somit die Motorleistung und der Kraftstoffverbrauch verbessert und gleichzeitig die Schadstoffkonzentration im Abgas verringert werden.
Die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsart erhöht den Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 in der oben beschriebenen Weise durch Vorverlagern des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile mittels des Ventilsteuerungsmechanismus 80. Das Wirkprinzip, welches der Erhöhung des Staudrucks durch Vorverschieben des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile zugrunde liegt, wird unter Bezug auf 10 beschrieben.
10 ist eine Abbildung, welche in vereinfachter Form Druckänderungen in der Verbrennungskammer im Bereich des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile darstellt. In der Abbildung zeigt die Abszisse den Kurbelwellenwinkel, wobei der Wert θTDC den Kurbelwellenwinkel für den oberen Totpunkt eines Kolbens im Verdichtungstakt darstellt. Wenn sich der Kurbelwellenwinkel dem Wert θTDC nähert, bewegt sich der Kolben nach oben, sodass der Druck in der Verbrennungskammer ansteigt. Nach Überschreiten des Punktes θTDC bewegt sich der Kolben wieder nach unten. Der Druck in der Verbrennungskammer steigt jedoch weiter an, da der in der Nähe des Kurbelwellenwinkels θTDC eingespritzte Kraftstoff verbrannt wird. Nachdem die Verbrennung beendet ist, beginnt der Druck in der Verbrennungskammer zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder abzunehmen. Nach diesem Zeitpunkt nimmt der Druck in der Verbrennungskammer mit fortschreitendem Kurbelwellenwinkel ab. Bei Verbrennungsmotoren entstehen durch die Verbrennung des Kraftstoffs hohe Drücke in der Verbrennungskammer sowie Kräfte, die den Kolben antreiben und als Drehmoment abgegeben werden. Während sich der Kolben nach unten bewegt und das Drehmoment freigesetzt wird, nimmt der Druck in der Verbrennungskammer ab. Zu einem Zeitpunkt in der Nähe des unteren Totpunktes des Kolbens werden die Auslassventile geöffnet. In 10 werden die Auslassventile bei einem Kurbelwellenwinkel θa geöffnet. Dann dehnt sich das in der Verbrennungskammer befindliche Abgas augenblicklich aus und wird durch die Auslassventile ausgestoßen. Dabei sinkt der Druck in der Verbrennungskammer augenblicklich bis auf einen Druck in der Abgasleitung ab, der in 10 durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist.
Wenn der Öffnungszeitpunkt der Auslassventile vom Winkel θa auf den Winkel θb vorverlegt wird, werden die Auslassventile zu einem Zeitpunkt geöffnet, an welchem der Druck in der Verbrennungskammer noch hoch ist, sodass das Abgas mit einem stärkeren Schub durch die Auslassventile ausgestoßen wird. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases wird dadurch erhöht, sodass auch der Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 entsprechend ansteigt. Die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsart ist entsprechend der obigen Beschreibung in der Lage, den Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 bei Bedarf durch Vorverlegen des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile zu erhöhen. In 10 ist der Betrag, um welchen der Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile durch Vorverlegen des Öffnungszeitpunktes erhöht wird, durch einen umrandeten Pfeil markiert.
Die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsart ist entsprechend der obigen Beschreibung in der Lage, den Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 nicht nur durch die Steuerung des Öffnungszeitpunktes der Ventile, sondern außerdem auch durch die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung zu erhöhen. Im Folgenden wird beschrieben, wie der Staudruck durch die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung erhöht wird.
11 ist eine Abbildung, welche die Druckänderungen in der Verbrennungskammer wiedergibt, wobei die Abszisse den Kurbelwellenwinkel zeigt. In 11 ist der Öffnungszeitpunkt der Auslassventile vorverschoben. Die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsart führt eine Nacheinspritzung durch, um den Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 zu erhöhen. Bei der Nacheinspritzung wird während des Arbeitstaktes des Motors außer der normalen Kraftstoffmenge noch eine zusätzliche Kraftstoffmenge eingespritzt. Bei der in 11 gezeigten Ausführungsart wird zu einem dem Kurbelwellenwinkel θc entsprechenden Zeitpunkt eine zusätzliche Kraftstoffmenge eingespritzt. Durch die Verbrennung dieser zusätzlichen Kraftstoffmenge steigt der in 11 durch eine gestrichelte Linie dargestellte Druck in der Verbrennungskammer an. Dadurch steigt auch der Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile an, sodass der Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 entsprechend ansteigt. In 11 ist der Betrag, um welchen durch die Nacheinspritzung der Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes der Ventile ansteigt, durch einen umrandeten Pfeil markiert.
Wenn die Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung in der oben beschriebenen Weise auf „EIN" gesetzt wird, verlegt die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsart den Öffnungszeitpunkt der Auslassventile vor und führt die Nacheinspritzung durch, um den Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes der Aus lassventile und damit den Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 stark zu erhöhen. Dadurch wird auch unter Betriebsbedingungen eines Motors, bei denen die Temperatur des aus dem Dieselmotor 10 ausgestoßenen Abgases so niedrig ist, dass die im Abgasreinigungsfilter 100 aufgefangenen kohlenstoffhaltigen Partikel nur schwierig verbrannt werden können, durch die Erhöhung des Staudrucks in der oben beschriebenen Weise die Filtertemperatur so weit erhöht, dass die Verbrennung der Partikel beschleunigt wird. Dadurch kann ein Verstopfen des Filters verhindert werden.
Obwohl bei der oben beschriebenen Steuerung der Kraftstoffeinspritzung der Staudruck durch die Nacheinspritzung einer zusätzlichen Kraftstoffmenge nach der Kraftstoffeinspritzung zum normalen Einspritzzeitpunkt erhöht wird, kann auch auf die Nacheinspritzung verzichtet und der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung verzögert werden. Wenn der Einspritzzeitpunkt der Haupteinspritzung verzögert wird, sinkt der thermische Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors, sodass der Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile ansteigt. Da infolge des verringerten Wirkungsgrades eine entsprechend größere Kraftstoffmenge eingespritzt werden muss, steigt in diesem Fall der Druck in der Verbrennungskammer weiter an. Wenn der Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile auf diese Weise erhöht wird, wird das Abgas mit starkem Schub durch die Auslassventile ausgestoßen und der Staudruck im Abgasreinigungsfilter erhöht.
B-4. VARIANTEN
Für die Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsart sind mehrere Varianten möglich.
B-4-1. ERSTE VARIANTE
Obwohl bei der Ventilsteuerung gemäß der ersten Ausführungsart der Öffnungszeitpunkt der Ventile vorverlegt wird, um den Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 zu erhöhen, kann der Staudruck auch durch Verzögern des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile um einen bestimmten Mindestbetrag erhöht werden. Dies wird unter Bezug auf 12 beschrieben.
12 ist eine Abbildung, welche in vereinfachter Form zeigt, wie sich die Strömungsgeschwindigkeit des über die Auslassventile ausgestoßenen Abgases in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel ändert. Zur besseren Verständlichkeit zeigt der obere Teil von 12, wie sich der Druck in der Verbrennungskammer in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel ändert. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases weist gemäß 12 zwei Maximalwerte auf, das heißt ein erstes Maximum unmittelbar nach dem Öffnen der Auslassventile (Pfeil A in 12) und ein zweites Maximum während einer mittleren Zeitspanne innerhalb des Ausstoßtaktes (Pfeil B in 12).
Das erste Maximum ist darauf zurückzuführen, dass der Druck in der Verbrennungskammer während des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile höher ist als der Druck in der Abgasleitung, sodass sich das in der Verbrennungskammer unter hohem Druck stehende Abgas augenblicklich ausdehnt und über die Auslassventile ausgestoßen wird. Der durch die Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs erhöhte Druck in der Verbrennungskammer bleibt auch dann höher als der Druck in der Abgasleitung, wenn sich der Kolben nach unten bewegt und die Auslassventile geöffnet werden, was im oberen Teil von 12 zu sehen ist. Deshalb wird das in der Verbrennungskammer unter hohem Druck stehende Abgas beim Öffnen der Auslassventile augenblicklich über diese Auslassventile ausgestoßen. Dadurch entsteht das erste Maximum.
Das zweite Maximum entsteht durch die Verdrängung des Abgases aus dem Zylinder durch den nach oben gleitenden Kolben. Das liegt daran, dass der Zylinder auch nach dem Öffnen der Auslassventile und dem Ausstoßen des Abgases aus der Verbrennungskammer immer noch mit Abgas gefüllt ist. Deshalb strömt das Abgas während der Aufwärtsbewegung des Kolbens über die Auslassventile nach außen. Da diese Aufwärtsgeschwindigkeit des Kolbens während einer mittleren Zeitspanne des Ausstoßtaktes am größten ist, weist die Strömungsgeschwindigkeit des ausgestoßenen Abgases in der Mitte des Ausstoßtaktes ein Maximum auf.
Im Folgenden wird der Fall erörtert, dass der Öffnungszeitpunkt der Auslassventile gegenüber dem Kurbelwellenwinkel θa, welcher dem normalen Öffnungszeitpunkt der Ventile entspricht, bis zum Kurbelwellenwinkel θd verzögert wird. In diesem Fall wird die dem ersten Maximum entsprechende Abgasmenge nicht ausgestoßen, sondern verbleibt im Zylinder, da die Auslassventile nicht geöffnet sind. Eine schraffierte Fläche in 12 entspricht dieser im Zylinder zurückbleibenden Abgasmenge. Da die Menge des Abgases im Zylinder dadurch zunimmt, steigt das zweite Maximum infolge der Aufwärtsbewegung des Kolbens entsprechend an. Die durch die Verzögerung des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile bewirkte Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ist in 12 durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
Wenn bei der ersten Variante die Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung auf „EIN" gesetzt ist, kann der Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 auch in der oben bei der Steuerung des Öffnungszeitpunktes der Ventile (Schritt S110 in 8) beschriebenen Weise durch Verzögerung des Öffnungszeitpunktes der Auslassventile erhöht werden.
B-4-2. ZWEITE VARIANTE
Bei der vorangehenden ersten Ausführungsart wird die Temperatur des Abgases vor dem Abgasreinigungsfilter 100 mit einem vorgegebenen Temperaturwert verglichen. Wenn die Abgastemperatur vor dem Filter diesen vorgegebenen Temperaturwert unterschreitet, wird der Staudruck so eingestellt, dass die Filtertemperatur ansteigt. Diese Ermittlung, bei der festgestellt wird, ob die Filtertemperatur erhöht werden muss, kann auch ausgehend von der Abgastemperatur nach einem anderen vom vorangehenden Verfahren verschiedenen Verfahren erfolgen.
Wenn der Motor zum Beispiel unter stabilen Bedingungen betrieben wird, wird die Abgastemperatur automatisch aus den Betriebsbedingungen des Motors ermittelt. Wenn also die Abgastemperatur niedrig ist und der Motor mindestens eine vorgegebene Zeit lang durchgehend betrieben worden ist, kann daraus geschlossen werden, dass die Temperatur des Abgasreinigungsfilters erhöht werden muss. Insbesondere wird ein Arbeitsbereich, in welchem die Motorlast niedrig ist und die Abgastemperatur einen vorgegebenen Temperaturwert unterschreitet oder erreicht, zuvor experimentell ermittelt und im RAM der Motorsteuerungseinheit ECU 30 gespeichert. Dieser zuvor experimentell ermittelte Bereich ist in 13 durch Schraffur schematisch dargestellt.
Wenn die Motorsteuerungsroutine diesen Betriebszustand des Motors erkennt (Schritt S102 in 8), der innerhalb des in 13 gezeigten Bereichs liegt, wird in der Motorsteuerungseinheit ECU 30 eine Zeitspanne festgelegt. Wenn der Motor mindestens eine vorgegebene Zeit lang in diesem Bereich durchgehend gelaufen ist, kann ermittelt werden, dass die Temperatur des in das Abgasreinigungsfilter 100 strömenden Abgases gesunken ist und die Temperatur des Abgasreinigungsfilters 100 erhöht werden muss.
Wenn der Motor eine bestimmte Zeit lang in dem Arbeitsbereich von 13 betrieben wird und die Abgastemperatur absinkt, bleibt die Temperatur des Abgasreinigungsfilters 100 eine bestimmte Zeit lang hoch. Wenn der Motor ununterbrochen in dem durch 13 dargestellten Bereich so lange betrieben wurde, dass die Temperatur des Abgasreinigungsfilters 100 zu sinken beginnt, kann ermittelt werden, dass die Temperatur des Abgasreinigungsfilters 100 erhöht werden und die Steuerung der Staudruckerhöhung gestartet werden muss.
Außerdem kann mit Hilfe des Temperatursensors 76 die Temperatur des in das Abgasreinigungsfilter 100 strömenden Abgases gemessen und so ermittelt werden, dass die Temperatur des Abgasreinigungsfilters 100 erhöht werden muss, wenn der Motor ununterbrochen bei einer Abgastemperatur betrieben wurde, die unter einem Schwellenwert lag oder gleich diesem war.
C. ZWEITE AUSFÜHRUNGSART
Bei der obigen Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß der ersten Anspruch erfolgt die Ermittlung, ob die Filtertemperatur erhöht werden muss, anhand der Temperatur des in das Abgasreinigungsfilter 100 strömenden Abgases oder anhand der Filtertemperatur. Außer der Abgastemperatur kann zur Ermittlung, ob die Filtertemperatur erhöht werden muss, aber auch noch der Druckabfall im Abgasreinigungsfilter berücksichtigt werden. Eine solche Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsart wird im Folgenden beschrieben.
C-1. AUFBAU DER VORRICHTUNG
14 ist eine Abbildung, welche den Aufbau eines Dieselmotors 10 veranschaulicht, auf den die Emissionssteuerungsvorrichtung der zweiten Ausführungsart angewendet wird. Der Dieselmotor der zweiten Ausführungsart unterscheidet sich insofern deutlich vom Dieselmotor der ersten Ausführungsart, als der Druckabfall im Abgasreinigungsfilter 100 sowie die Abgastemperatur nach dem Abgasreinigungsfilter gemessen werden können und ein Turbolader 20 mit einem Düsensteuermechanismus und einem Ladedruckregelventil ausgestattet ist. Im Folgenden werden vor allem die Unterschiede zur ersten Ausführungsart beschrieben.
Ebenso wie bei der ersten Ausführungsart ist der Turbolader 20 in einem Mittelteil einer Abgasleitung 16 des Dieselmotors der zweiten Ausführungsart installiert. Bei der zweiten Ausführungsart ist der Turbolader 20 jedoch mit einem Stellglied 70 ausgestattet, das die Querschnittsfläche ändert, durch welche das Abgas in eine Turbine 21 des Turboladers 20 strömt (im Folgenden als „Turbinenquerschnitt" bezeichnet). Durch geeignete Steuerung des Turbinenquerschnitts in Abhängigkeit von der Strömungsmenge des Abgases kann eine passende Leistung des Turboladers 20 eingestellt werden.
Vor der Turbine 21 ist als Ladedruckregelventil 72 bezeichnetes Nebenleitungsventil angebracht. Mittels eines Ladedruckreglers 74 wird der Öffnungsgrad des Ladedruckregelventils 72 so eingestellt, dass ein bestimmter Teil des Abgases an der Turbine 21 vorbeigeleitet wird. Auf diese Weise kann die Leistung des Turboladers 20 eingestellt werden.
Vor und nach dem Abgasreinigungsfilter 100 sind Drucksensoren 64 bzw. 66 angebracht. Die Ausgangssignale der Drucksensoren 64, 66 werden in die Motorsteuerungseinheit ECU 30 eingegeben. Aus den durch die beiden Sensoren gemessenen Werten kann die Motorsteuerungseinheit ECU 30 den Druckabfall im Abgasreinigungsfilter 100 berechnen. Darüber hinaus ist bei der zweiten Ausführungsart zusätzlich zu dem Temperatursensor 76 vor dem Abgasreinigungsfilter 100 ein Temperatursensor 78 nach dem Abgasreinigungsfilter 100 angebracht. Dadurch kann die Temperaturdifferenz des Abgases im Abgasreinigungsfilter 100 ermittelt werden.
C-2. ÜBERBLICK ÜBER DIE MOTORSTEUERUNG
15 ist ein Flussdiagramm, welches den Ablauf einer Motorsteuerungsroutine gemäß der zweiten Ausführungsart darstellt. Die Motorsteuerungsroutine der zweiten Ausführungsart unterscheidet sich deutlich von der in 8 dargestellten Routine der ersten Ausführungsart dadurch, dass der Druckabfall im Abgasreinigungsfilter berücksichtigt und der Turbolader gesteuert wird. Im Folgenden wird die Motorsteuerungsroutine der zweiten Ausführungsart unter besonderer Berücksichtigung der oben erwähnten Differenzen beschrieben.
Ebenso wie bei der ersten Ausführungsart beginnt die Motorsteuerungsroutine der zweiten Ausführungsart, wenn der Zündschlüssel in das Zündschloss gesteckt wird, um die Stromversorgung einzuschalten. Wenn ermittelt wird, dass der eingesteckte Zündschlüssel in eine Startstellung gedreht wurde, beginnt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 mit der Motorstartsteuerung, um den Motor zu starten (Schritt S200).
Anschließend wird ein Betriebszustand des Motors ermittelt (Schritt S200). Bei der Motorsteuerungsroutine der zweiten Ausführungsart werden außer der Motordrehzahl Ne, dem Auslenkungswinkel θac des Gaspedals, der Ansauglufttemperatur, der Kühlwassertemperatur, der Kraftstofftemperatur, dem Ansaugdruck usw., die auch bei der Steuerroutine der ersten Ausführungsart ermittelt werden, die Temperatur des in das Abgasreinigungsfilter 100 strömenden Abgases und die Abgasdrücke in der Abgasleitung vor und nach dem Abgasreinigungsfilter 100 gemessen. Die Abgastemperatur vor dem Abgasreinigungsfilter 100 wird durch den Temperatursensor 76 gemessen. Der Druck in der Abgasleitung vor dem Abgasreinigungsfilter 100 wird durch den Drucksensor 64 gemessen. Der Druck in der Abgasleitung nach dem Abgasreinigungsfilter 100 wird durch den Drucksensor 66 gemessen.
Nach der Ermittlung der Betriebsbedingungen des Motors berechnet die Motorsteuerungseinheit ECU 30 aus den Drücken in der Abgasleitung vor und nach dem Abgasreinigungsfilter 100 einen Druckabfall und ermittelt, ob der Druckabfall einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet oder erreicht (Schritt S204). Ebenso wie unter Bezug auf 6 beschrieben, ist damit zu rechnen, dass der Wert des Druckabfalls im Abgasreinigungsfilter 100 durch den Wechsel zwischen Auffangen und Verbrennen der kohlenstoffhaltigen Partikel im Abgasreinigungsfilter 100 gewissen Schwankungen unterliegt. Der in Schritt S204 zugrunde gelegte Schwellenwert wird so gewählt, dass er größer ist als der im Normalbetrieb auftretende Druckabfall.
Obwohl der Schwellenwert des Druckabfalls in der vorliegenden Beschreibung ein fest vorgegebener Wert ist, ist auch eine Konstruktion denkbar, bei welcher für bestimmte Betriebszustände des Motors geeignete Schwellenwerte in Form einer Tabelle gespeichert werden und für jeden ermittelten Betriebszustand des Motors der Tabelle ein entsprechender Schwellenwert entnommen und mit dem ermittelten Druckabfall verglichen wird.
Wenn der Druckabfall im Filter kleiner als der Schwellenwert ist („NEIN" in Schritt S204), bedeutet dies, dass die spontane Regenerierungsfunktion des Abgasreinigungsfilters 100 normal ist und die Steuerung für die Staudruckerhöhung nicht ausgeführt werden muss. Dann ist die Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung auf „AUS" gesetzt (Schritt S206).
Wenn der Druckabfall im Filter größer als der Schwellenwert ist („JA" in Schritt S204), bedeutet dies, dass die Abgasreinigungsfilter 100 zum Teil verstopft sind. Deshalb ermittelt die Motorsteuerungseinheit ECU 30, ob die Temperatur des in das Abgasreinigungsfilter 100 strömenden Abgases über einer vorgegebenen Schwellentemperatur liegt oder gleich dieser ist (Schritt S208). Wenn die Abgastemperatur niedriger als die Schwellentemperatur ist („NEIN" in Schritt S208), wird die Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung auf „EIN" gesetzt (Schritt S210), damit die Temperatur des Abgasreinigungsfilters erhöht und somit die Verbrennung der in den Filtern aufgefangenen kohlenstoffhaltigen Partikel beschleunigt wird.
Wenn die Abgastemperatur höher als die Schwellentemperatur ist („JA" in Schritt S208), bedeutet dies, dass die spontane Regenerierungsfunktion der Abgasreinigungsfilter 100 nicht normal verläuft, da die kohlenstoffhaltigen Partikel in den Filtern trotzt der hohen Abgastemperatur nicht verbrannt wurden. Deshalb wird die Warnmarkierung Fe auf „EIN" gesetzt (Schritt S212). Als Reaktion auf diese gesetzte Warnmarke Fe wird eine (nicht gezeigte) Warnlampe eingeschaltet, um dem Betreiber des Motors anzuzeigen, dass der Motor gewartet werden muss. Der Schwellenwert für die oben erwähnte Ermittlung wird experimentell ermittelt. Üblicherweise kann die Schwellentemperatur im Bereich zwischen 350°C und 450°C liegen.
Ein bevorzugter Wert des Schwellenwertes kann bei etwa 400°C liegen.
Nachdem die Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung auf einen geeigneten Wert gesetzt wurde, beginnt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 mit der Ventilsteuerung und der Kraftstoffeinspritzsteuerung (Schritte S214 und S216). Diese beiden Steuerungen erfolgen im Wesentlichen genauso wie bei der ersten Ausführungsart, wobei bei der zweiten Ausführungsart lediglich keine Steuerung der Staudruckerhöhung erfolgt. Daher werden diese Steuerungen nicht noch einmal beschrieben.
Nach der Ventilöffnungssteuerung und der Kraftstoffeinspritzsteuerung führt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 eine Ladedrucksteuerung aus (Schritt S218). 14 zeigt, dass der Dieselmotor 10 mit dem Turbolader 20 ausgestattet ist, wodurch der Druck in der Ansaugleitung 12 über den Atmosphärendruck hinaus erhöht wird, sodass in jede Verbrennungskammer eine große Luftmenge eingeleitet werden kann. Die Druckerhöhung in der Ansaugleitung über den Atmosphärendruck hinaus wird als „Druckladen" und die Druckerhöhung in der Ansaugleitung gegenüber dem Druck ohne Druckladen als „Ladedruck" bezeichnet. wenn der Ladedruck erhöht wird, nimmt die für die Verbrennung zur Verfügung stehende Luftmenge entsprechend zu, was insofern von Vorteil ist, als die maximale Motorleistung erhöht und die Freisetzung kohlenstoffhaltiger Schwebteilchen, zum Beispiel Ruß oder ähnlicher Stoffe, auch bei konstanter Leistung verringert werden kann, usw. Der Dieselmotor 10 der vorliegenden Ausführungsart steuert die Querschnittsfläche der Turbine (diejenige Querschnittsfläche, durch welche das Abgas in die Turbine 21 des Turboladers 20 strömt), durch Betätigung des Stellgliedes 70. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors ein geeigneter Ladedruck eingestellt werden. wenn die Strömungsmenge des Ab gases groß ist und der Ladedruck zu hoch zu werden droht, wird durch Öffnen des Ladedruckregelventils 72 ein Teil des Abgases abgeleitet und so ein übermäßiger Anstieg des Ladedrucks vermieden.
Die Querschnittsfläche der Turbine liegt zwischen den beiden Grenzfällen mit oder ohne Steuerung der Staudruckerhöhung. Deshalb werden zuvor zwei Tabellengruppen in der Motorsteuerungseinheit ECU 30 gespeichert, eine für die Querschnittsfläche der Turbine mit Steuerung der Staudruckerhöhung und eine für die Querschnittsfläche der Turbine ohne Steuerung der Staudruckerhöhung, also für den Normalfall. Die Motorsteuerungseinheit ECU 30 kann je nach Stellung der Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung auf eine geeignete Tabelle zugreifen und so eine optimale Querschnittsfläche der Turbine einstellen.
Nach Beendigung der oben beschriebenen Kraftstoffeinspritzsteuerung ermittelt die Motorsteuerungseinheit ECU 30, ob der eingesteckte Zündschlüssel in eine Stellung „AUS" zurückgedreht worden ist (Schritt S220). wenn der Zündschlüssel nicht in die Stellung „AUS" zurückgedreht worden ist, springt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 wieder zurück zu Schritt S202 und führt alle Schritte noch einmal aus. Somit wiederholt die Motorsteuerungseinheit ECU 30 den oben beschriebenen Prozess so lange, bis der Zündschlüssel wieder in die Stellung „AUS" zurückgedreht worden ist. Somit wird der Motor in Abhängigkeit vom Betriebszustand immer optimal gesteuert. Wenn die Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung auf „EIN" steht, wird eine geeignete Querschnittsfläche der Turbine eingestellt und somit der Staudruck entsprechend erhöht.
C-3. STEUERUNG DER STAUDRUCKERHÖHUNG GEMÄSS DER ZWEITEN AUSFÜHRUNGSART
Die Steuerung der Staudruckerhöhung der zweiten Ausführungsart wird wie oben beschrieben durch Steuerung des Ladedrucks unter Bezug auf eine der beiden Tabellen zur Steuerung der Staudruckerhöhung durchgeführt, in denen die Querschnittsflächen der Turbine gespeichert sind. Durch eine Änderung der Querschnittsfläche der Turbine kann der Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 aus folgenden Gründen ansteigen.
Unter normalen Betriebsbedingungen, also ohne Steuerung der Staudruckerhöhung, wird für die Querschnittsfläche der Turbine ein Wert gewählt, bei dem Faktoren wie das Reaktionsverhalten des Ladedrucks, der Motorverschleiß, der Kraftstoffverbrauch usw. ausgewogen sind. Das heißt, unter normalen Betriebsbedingungen wird die Querschnittsfläche der Turbine nicht so gewählt, dass ein möglichst hoher Ladedruck erreicht wird. Deshalb wird, wenn die Steuermarkierung F für die Staudruckerhöhung auf „EIN" gesetzt wird, für die Querschnittsfläche der Turbine ein Wert gewählt, der den höchstmöglichen Ladedruck bewirkt. Wenn der Ladedruck ansteigt, nehmen die in die Verbrennungskammern eingeleitete Luftmenge und somit auch die Abgasmenge zu. Infolge der erhöhten Abgasmenge steigt der Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 an.
Wenn das Ladedruckregelventil 72 geöffnet ist, sodass ein Teil des Abgases am Turbolader 20 vorbeigeleitet wird, kann anstelle der Änderung der Querschnittsfläche der Turbine das Ladedruckregelventil 72 geschlossen werden. Wenn das Ladedruckregelventil geschlossen ist, steigt der Ladedruck an, sodass die Abgasmenge zunimmt und somit auch der Staudruck in den Abgasreinigungsfiltern 100 erhöht werden kann.
C-4. VARIANTEN
C-4-1. ERSTE VARIANTE
Bei einer Konstruktion, in der die von jedem Zylinder des Motors kommende Abgasleitung über Verbindungsleitungen mit den Abgasleitungen der anderen Zylinder verbunden ist, ist auch eine Anordnung denkbar, bei der diese Verbindungsleitungen mit Absperrventilen versehen sind und zur Steuerung der Staudruckerhöhung nicht der Ladedruck erhöht wird, sondern die Verbindungsleitungen geschlossen werden. Diese Anordnung, bei der die Abgasleitungen von verschiedenen Zylindern über Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind, zielt darauf ab, die Phase der in den Abgasleitungen hin- und herlaufenden Stoßwellen auf die Öffnungs- und Schließzeitpunkte der Auslassventile abzustimmen und dadurch die Abgasableitung zu verbessern bzw. das Abgas eines Zylinder zusätzlich über die Abgasleitung eines benachbarten Zylinders schnell abzuleiten und dadurch den Widerstand der Abgasanlage zu verringern.
16 ist eine Abbildung, welche einen Dieselmotor darstellt, bei dem die Steuerung der Staudruckerhöhung mittels der Verbindungsleitungen erfolgt, die mit den Abgasleitungen der Zylinder verbunden sind. 16 zeigt, dass die Abgasleitung jedes Zylinders über eine Verbindungsleitung 90 mit der Abgasleitung eines benachbarten Zylinders verbunden ist. In jeder Verbindungsleitung 90 befindet sich ein Absperrventil 92, das mit einem Stellglied 94 verbunden ist. Unter Normalbedingungen, also wenn keine Steuerung der Staudruckerhöhung erfolgt, befinden sich die Absperrventile 92 in der Stellung „OFFEN". Wenn die Steuerung der Staudruckerhöhung erfolgt, werden die Absperrventile 92 durch die Stellglieder 94 in die Stellung „GESCHLOSSEN" gebracht. Wenn die Absperrventile 92 geschlossen sind, strömt die gesamte Abgasmenge eines Zylinders ausschließlich durch die Abgasleitung des betreffenden Zylinders, sodass das Abgas auch nicht teilweise durch die Abgasleitung eines anderen Zylinders strömt. Dadurch steigt die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases durch die Abgasleitung zu, sodass der Staudruck im Abgasreinigungsfilter 100 zunimmt.
C-4-2. ZWEITE VARIANTE
Obwohl bei den vorangehenden Ausführungsarten die Abgasreinigungsfilter 100 die oben unter Bezug auf 2 beschriebene spontane Regenerierungsfunktion aufweisen, kann auch ein normales Abgasreinigungsfilter verwendet werden, das mit einem üblichen Oxidationskatalysator beschichtet ist.
17A und 17B sind Abbildungen, welche die Struktur eines mit einem Oxidationskatalysator beschichteten Abgasreinigungsfilters 200 veranschaulicht. 17A ist eine Draufsicht auf ein Abgasreinigungsfilter 200 in Strömungsrichtung des Abgases. 17B ist eine Querschnittsansicht des Filters. Die Abbildungen zeigen, dass das Abgasreinigungsfilter 200 eine Struktur aufweist, in der ein aus Cordierit bestehendes Keramikfilter mit einer üblichen Wabenstruktur mit einem Edelmetallkatalysator beschichtet ist, zum Beispiel mit Platin oder Ähnlichem. Für das Material des Keramikfilters kann nicht nur Cordierit gewählt werden, sondern auch andere wohlbekannte keramische Materialien wie beispielsweise Siliciumcarbid, Siliciumnitrid usw. sind möglich. Im Innern des wabenförmigen Abgasreinigungsfilters 200 befinden sich viele Kanäle 202, durch welche das Abgas strömt. Abwechselnd ist jeweils die Einström- bzw. die Ausströmseite der Kanäle 202 mit einer Deckplatte 204 versehen, sodass die in den 17A und 17B dargestellte versetzte Anordnung entsteht. In 17A sind die Deckplatten 204 schraffiert dargestellt.
Wenn das Abgas mit den kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen in 17B von links in das Abgasreinigungsfilter 200 eintritt, strömt es durch diejenigen Kanäle 202 in das Abgasreinigungsfilter 200, die an der Einströmseite nicht durch die Deckplatten 204 verschlossen sind. Da diese Kanäle an der Ausströmseite durch die Deckplatten 204 verschlossen sind, strömt das Abgas aus den ersteren Kanälen über Trennwände 206 zwischen den Kanälen 202 in diejenigen Kanäle 202, die an der Ausströmseite nicht durch Deckplatten 204 verschlossen sind. Das Cordierit weist eine beim Sintern gebildete innere Porenstruktur auf. Wenn also das Abgas durch die Porenstruktur in den Trennwänden 206 tritt, können die im Abgas befindlichen kohlenstoffhaltigen Schwebteilchen und ähnliche Stoffe festgehalten werden.
Auch bei dem oben beschriebenen Abgasreinigungsfilter wird die Verbrennung der im Filter angesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel durch niedrige Abgastemperaturen erschwert. Darüber hinaus kann das Abgasreinigungsfilter auch bis zu einem gewissen Grad verstopft werden, wenn plötzlich eine große Menge kohlenstoffhaltiger Schwebteilchen den Motor verlässt. In diesem Fall kann die Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Partikel auch bei dem mit dem Oxidationskatalysator beschichteten Abgasreinigungsfilter durch Erhöhung der Filtertemperatur beschleunigt werden.
Aus dem unter Bezug auf die 19A und 19B beschriebenen Wirkprinzip der Umwandlung des Staudrucks in eine Temperatur des Abgasreinigungsfilters wird klar, dass die Filtertemperatur auch bei dem Abgasreinigungsfilter 200 gemäß 17A und 17B durch Erhöhung des Staudrucks erhöht werden kann. Wenn also die Abgastemperatur niedrig oder der Druckabfall im Filter groß ist, kann die Verbrennung der im Filter angesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel durch Erhöhung der Filter temperatur mittels der Steuerung der Staudruckerhöhung im Filter beschleunigt werden. Somit kann ein Verstopfen des Filters wirksam verhindert werden.
C-4.3. DRITTE VARIANTE
Obwohl die Abgasreinigungsfilter bei den vorangehenden Ausführungsarten jeweils für die einzelnen Zylinder vorgesehen sind, kann ein Abgasreinigungsfilter auch für je zwei oder mehr Zylinder vorgesehen werden. 18 ist eine Abbildung, welche eine Anordnung veranschaulicht, bei der je zwei Zylinder mit einem Abgasreinigungsfilter 300 ausgestattet sind. Wenn das Abgas aus einer Vielzahl von Zylindern in ein einziges Abgasreinigungsfilter gemäß 18 geleitet wird, steht für jedes Abgasreinigungsfilter ein größeres Einbauvolumen zur Verfügung, als wenn für jeden einzelnen Zylinder ein extra Abgasreinigungsfilter 100 vorgesehen wird. Durch die in 18 gezeigte Anordnung ist somit eine optimale Anordnung der Abgasreinigungsfilter denkbar, die daher vorzuziehen ist.
Obwohl die Erfindung unter Bezug auf Ausführungsarten beschrieben wurde, die gegenwärtig als bevorzugt anzusehen sind, ist klar, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsarten oder Konstruktionen beschränkt ist. Die Erfindung kann ganz im Gegenteil auch in unterschiedlichen anderen Formen ausgeführt werden, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen.
Zum Beispiel können die unterschiedlichen anderen Verfahren zur Ermittlung, ob die Temperatur der Abgasreinigungsfilter erhöht werden muss, und die unterschiedlichen Verfahren zur Erhöhung des Staudrucks in den Abgasreinigungsfiltern einzeln oder in einer beliebigen Kombination angewendet werden.
Wenn der Staudruck des Abgases erhöht wird, führt dies zu einer wirksamen Temperaturerhöhung eines Abgasreinigungsfilters. Deshalb ist es vorzuziehen, ein Abgasreinigungsfilter in Strömungsrichtung vor einem Verbindungsteil des Abgaskrümmers anzubringen, der die einzelnen Abgasleitungen zusammenführt.

Claims

Emissionssteuerungsvorrichtung zum Verringern des Gehalts an kohlenstoffhaltigen Partikeln in einem Abgas aus einem Verbrennungsmotor (10), welche Folgendes umfasst: einen in einer Abgasleitung (16) angebrachten hitzebeständigen Filter (100, 200, 300) zum Sammeln der kohlenstoffhaltigen Partikel und zum Steuern des Abgases durch Verbrennung der gesammelten Partikel, ein Temperaturermittlungsmittel (76, 78) zum Ermitteln einer Temperatur des Abgases, ein Mittel (30) zur Ermittlung der Notwendigkeit der Temperaturerhöhung, um zu ermitteln, ob eine Temperatur des hitzebeständigen Filters (100, 200, 300) erhöht werden muss, wenn die durch das Temperaturermittlungsmittel (76, 78) ermittelte Temperatur einen vorgegebenen Temperaturwert unterschreitet, und ein dynamisches Druckerhöhungsmittel (30, 80) zum Steuern des Öffnungszeitpunktes eines Abgasventils in der Weise, dass ein dynamischer Druck des Abgases im hitzebeständigen Filter (100, 200, 300) erhöht wird, wenn festgestellt wurde, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters (100, 200, 300) erhöht werden muss.
Emissionssteuerungsverfahren zur Verringerung des Gehalts an kohlenstoffhaltigen Partikeln in einem Abgas aus einem Verbrennungsmotor (10), bei welchem ein in einer Abgasleitung (16) angebrachter hitzebeständiger Filter (100, 200, 300) die kohlenstoffhaltigen Partikel sammelt und das Abgas durch Verbrennung der gesammelten Partikel steuert, das Temperaturermittlungsmittel (76, 78) eine Temperatur des Abgases ermittelt, und bei welchem, wenn das Mittel zur Ermittlung der Notwendigkeit der Temperaturerhöhung feststellt, dass eine Temperatur des hitzebeständigen Filters (100, 200, 300), in welchem die kohlenstoffhaltigen Partikel gesammelt und verbrannt werden, erhöht werden muss, das dynamische Druckerhöhungsmittel einen dynamischen Druck des Abgases im hitzebeständigen Filter (100, 200) durch Steuern des Öffnungszeitpunktes eines Auslassventils erhöht, wenn die durch das Temperaturermittlungsmittel (76, 78) ermittelte Temperatur einen vorgegebenen Temperaturwert unterschreitet.
Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturermittlungsmittel (76) eine Eintrittstemperatur des in den hitzebeständigen Filter (100, 200, 300) strömenden Abgases ermittelt.
Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturermittlungsmittel (78) eine Austrittstemperatur des aus dem hitzebeständigen Filter (100, 200, 300) strömenden Abgases ermittelt.
Emissionssteuerungsverfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (30) zur Ermittlung der Notwendigkeit der Temperaturerhöhung feststellt, dass die Temperatur des hitzebeständigen Filters (100, 200, 300) erhöht werden muss, wenn der Verbrennungsmotor (10) mindestens eine vorgegebene Zeit lang ständig in einem vorgegebenen Arbeitsbereich betrieben wird, in welchem die Temperatur des Abgases höchstens den vorgegebenen Temperaturwert erreicht.
Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dynamische Druckerhöhungsmittel (30, 80) den dynamischen Druck durch Vorverlegen eines Öffnungszeitpunktes eines in einer Verbrennungskammer (Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4) des Verbrennungsmotors (10) angebrachten Auslassventils erhöht.
Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dynamische Druckerhöhungsmittel (30, 80) den dynamischen Druck durch Verzögern eines Öffnungszeitpunktes eines in einer Verbrennungskammer (Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4) des Verbrennungsmotors (10) angebrachten Auslassventils mindestens um einen vorgegebenen Wert erhöht.
Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) durch Einspritzen eines Kraftstoffs in eine Verbrennungskammer (Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4) des Verbrennungsmotors (10) und Verbrennen des Kraftstoffs betrieben wird und das dynamische Druckerhöhungsmittel (30) den dynamischen Druck durch Einspritzen einer zusätzlichen Kraftstoff menge während eines Arbeitstaktes des Verbrennungsmotors (10) erhöht.
Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) durch Einspritzen eines Kraftstoffs in eine Verbrennungskammer (Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4) des Verbrennungsmotors (10) und Verbrennen des Kraftstoffs betrieben wird und das dynamische Druckerhöhungsmittel (30) den dynamischen Druck durch Verzögern eines Kraftstoffeinspritzzeitpunktes erhöht.
Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner einen Turbolader (20) zum Verdichten einer Luft und zum Einleiten einer verdichteten Luft in eine Verbrennungskammer (Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4) des Verbrennungsmotors (10) umfasst, wobei das dynamische Druckerhöhungsmittel (30) den dynamischen Druck durch Erhöhen eines Ladedrucks des Turboladers (20) erhöht.
Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (10) Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Verbrennungskammern (Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4); eine Vielzahl von für die Verbrennungskammern (Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4) einzeln vorgesehenen Abgasleitungen (16) zum Ableiten des Abgases aus den Verbrennungskammern (Nr. 1, Nr. 2, Nr. 3, Nr. 4); eine Vielzahl von Verbindungsleitungen (90) zum Verbinden der Abgasleitungen; und für die Verbindungsleitungen (90) einzeln vorgesehene Öffnungs-/Schließventile (92), wobei das dynamische Druckerhöhungsmittel (30) den dynamischen Druck durch Schließen der Öffnungs-/Schließventile (92) erhöht.
Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hitzebeständige Filter (100, 200, 300) die im Abgas enthaltenen kohlenstoffhaltigen Partikel und Kohlenwasserstoffverbindungen in fein verteiltem Zustand sammelt, so dass die durch den Filter gesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel und Kohlenwasserstoffverbindungen mit dem im Abgas vorhandenen Sauerstoff in Kontakt kommen, und dass der Filter das Verbrennen der gesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel und Kohlenwasserstoffverbindungen mittels eines Abgases ermöglicht, dessen Eintrittstemperatur niedriger als eine Verbrennungstemperatur der kohlenstoffhaltigen Partikel ist.
Emissionssteuerungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hitzebeständige Filter (100, 200, 300) das Verbrennen der durch den Filter gesammelten kohlenstoffhaltigen Partikel mit Hilfe eines auf den Filter aufgebrachten Oxidationskatalysators ermöglicht.