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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Abgasreinigungsverfahren
für eine
Brennkraftmaschine.
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In
dem Dieselmotor wird, wenn die Einspritzung von Kraftstoff in einen
Zylinder gestartet wird, der eingespritzte Kraftstoff verdampft
und in ein Gemisch gebildet. Das Gemisch, das innerhalb des Zylinders
vorhanden ist, wenn die Temperatur und der Druck innerhalb des Zylinders
die vorbestimmten Werte erreichen, führen eine Anfangsverbrennung (Vormischungs-)
aus. Durch diese Verbrennung werden die Temperatur und der Druck
innerhalb des Zylinders hoch, so dass nach der Anfangsverbrennung der
eingespritzte Kraftstoff verdampft und gleichzeitig mit der Einspritzung
verbrannt wird (Diffusionsverbrennung). Da der Zeitraum (Zündverzögerungszeitraum)
von dem Start der Kraftstoffeinspritzung bis zu dem Auftreten der
Vormischungsverbrennung im Wesentlichen in Bezug auf den gesamten
Verbrennungszeitraum kurz ist, ist die Diffusionsverbrennung eine
Hauptverbrennung.
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Im
Gegensatz dazu zeigt das Japanische Patent
2864896 eine
Technologie für
das Niedrighalten der Verbrennungstemperatur auf einen Tiefstand durch
ein beträchtliches
Erhöhen
der Abgasrückführungsrate
während
des Verzögerns
des Kraftstoffeinspritzungszeitpunktes auf einen Punkt nach dem oberen
Totpunkt, um dadurch den Zündverzögerungszeitraum
beträchtlich
länger
zu machen und um der gesamten Menge des Kraftstoffes, der innerhalb des
Zündverzögerungszeitraums
eingespritzt werden soll, eine Vormischungsverbrennung zu gestatten,
um als eine Hauptverbrennung zu dienen, um dadurch das NOx und den
Rauch in dem Abgas zu reduzieren.
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In
der Zwischenzeit werden eine Verbrennungsbedingung, wobei eine Hauptverbrennung
eine Diffusionsverbrennung ist (diese wird hierin zur Vereinfachung
auf eine Diffusionsverbrennung oder einen Diffusionsverbrennungsmodus
bezogen) und ein Verbrennungsmodus, wobei eine Hauptverbrennung eine
Vormischungsverbrennung ist (diese wird hierin zur Vereinfachung
auf eine Vormischungsverbrennung oder einen Vormischungsverbrennungsmodus bezogen),
in Abhängigkeit
von einer Antriebsbedingung (z. B. entspricht in der 8 eine
Zone mit der Abgasrückführung einer
Vormischungsverbrennungszone und eine Zone ohne Abgasrückführung entspricht
einer Diffusionsverbrennungszone), im Wesentlichen von einer zu
der anderen geschaltet.
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Andererseits
zeigt das Japanische Patent
3079933 ,
dass in einem Fall ein Abgaskanal mit einem NOx-Speicherkatalysator
versehen ist und zu der Zeit für
das Reinigen des gespeicherten NOx der Verbrennungsmodus des Dieselmotors
von dem Diffusionsverbrennungsmodus auf den Vormischungsverbrennungsmodus
geschaltet wird, um dadurch die Überschussluftrate
zu vermindern und das gespeichert NOx zu reinigen und zu reduzieren.
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Insbesondere
zeigt das Japanische Patent
3079933
B2 eine Abgasreinigungsvorrichtung, wobei ein NOx-Absorptionsmittel
in dem Abgaskanal eines Dieselmotors angeordnet ist. Zu der Zeit,
wenn das NOx aus dem NOx-Absorptionsmittel freigegeben werden sollte,
reduziert ein Steuerschaltkreis des Motors das Überschussluftverhältnis des
Motors und schaltet den Verbrennungsmodus des Motors von der normalen
Dieselverbrennung, in der die Diffusionsverbrennung in der Brennkammer
des Motors dominant ist, in den Verbrennungsmodus, in dem die Vormischungsverbrennungsmodus
dominant ist. Durch solch eine Vorgehensweise ist es sogar in einem
Dieselmotor möglich,
das Überschussluftverhältnis in
der Verbrennung zu reduzieren, um dadurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis niedriger
als oder gleich zu dem stöchiometrischen
Verhältnis
zu machen.
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Die
durch das Japanische Patent
3079933 gezeigte
Technologie ist vorgesehen, eine fette Spitzensteuerung während der
Vormischungsverbrennung zu der Zeit der Reinigung von in dem NOx-Speicherkatalysator
gespeichertem NOx auszuführen. Jedoch
hat diese Technologie ein Problem, dass selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett
gemacht ist, wenn das Fahrzeug in einem Niedriglast-Fahrzustand
ist, eine ausreichende Auslassreinigungswirkung durch die fette
Spitzensteuerung nicht erhalten werden kann, da die Abgastemperatur niedrig
verbleibt und die niedrige Abgastemperatur die NOx-Reinigungseffektivität veranlasst,
niedrig zu bleiben, d. h., der Katalysator wird nicht ausreichend aktiviert.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungssystem
für eine
Brennkraftmaschine und ein Abgasreinigungssystem zu schaffen, die
eine verbesserte Abgasreinigungsfähigkeit erreichen kann.
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Entsprechend
eines Vorrichtungsaspektes wird diese Aufgabe durch ein Abgasreinigungssystem
für eine
Brennkraftmaschine gelöst,
das die Merkmale von dem unabhängigen
Anspruch 1 haben.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Ansprüchen
niedergelegt.
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Entsprechend
des Verfahrensaspektes wird diese Aufgabe durch ein Abgasreinigungsverfahren für eine Brennkraftmaschine
gelöst,
das die Merkmale des unabhängigen
Anspruchs 10 hat.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
sind in den abhängigen
Ansprüchen
niedergelegt.
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Nachstehend
wird die vorliegende Erfindung mittels bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen dargestellt und erläutert.
In den Zeichnungen, wobei:
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1 ein
Blockdiagramm eines Dieselmotors ist, der ein Abgasreinigungssystem
entsprechend eines Ausführungsbeispieles
hat;
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2 ein
Ablaufdiagramm einer Abgasreinigungssteuerung ist, ausgeführt durch
ein Abgasreinigungssystem der 1;
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3 ein
Ablaufdiagramm einer Abgasreinigungssteuerung, fortgesetzt von 2,
ist;
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4 ein
Ablaufdiagramm einer Abgasreinigungssteuerung, fortgesetzt von 2,
ist;
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5 ein
Diagramm ist, das die Leistungsmerkmale eines Motors zeigt, wenn
die Verbrennung in einer fetten Bedingung in einer Diffusionsverbrennung
und in einer fetten Bedingung in einer Vormischungsverbrennung erfolgt;
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6 ein
Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Abgastemperatur und
dem NOx-Reinigungsverhältnis
zeigt;
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7 ein
Diagramm ist, das die Ziel-Einlassluftmenge bei einem fetten Betrieb
in einer Vormischungsverbrennung zeigt;
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8 ein
Diagramm ist, das die Abgasrückführungsrate
bei einem fetten Betrieb in der Vormischungsverbrennung zeigt;
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9 ein
Diagramm ist, das eine Ziel-Einlassluftmenge bei fettem Betrieb
in einer Diffusionsverbrennung zeigt; und
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10 ein
Diagramm ist, das einen Ziel-DPF-Einlass λ für die PM-Verbrennung zeigt.
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Bezugnehmend
auf die 1 wird eine in den Dieselmotor 1 mittels
des Einlassrohres 2 zugeführte Einlassluft durch einen
Einlassluftkompressor von dem Turbolader 3 vom variablen
Düsentyp überverdichtet.
Die Einlassluft wird durch den Zwischenkühler 4 gekühlt und
strömt
dann durch das Einlassdrosselventil 5 und den Sammler 6 in
eine Brennkammer jedes Zylinders. Der Kraftstoff wird dann durch die
Hochdruck-Kraftstoffpumpe 7 verdichtet und zu einer gemeinsamen
Schiene 8 befördert.
Dann wird der Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzer 9 bei
jedem Zylinder in die Brennkammer eingespritzt. Ein somit in die
Brennkammer zugeführtes
Gemisch aus Luft und Kraftstoff wird durch die Verdichtungszündung verbrannt
und das Abgas wird durch den Auslasskanal 10 emittiert.
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Ein
Abschnitt des Abgases, das in den Auslasskanal 10 geströmt worden
ist, wird veranlasst zu einer Einlassseite durch das EGR-Rohr 11 und
mittels des EGR-Steuerventils 12 zurück zu strömen. Der verbleibende Rest
des Abgases wird veranlasst durch eine Auslassturbine eines Turboladers 3 vom veränderbaren
Düsentyp
hindurchzugehen, um die Auslassturbine anzutreiben.
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In
diesem Beispiel ist stromab der Auslassturbine für das Reinigen des Abgases
der NOx-Speicherkatalysator 13 angeordnet, der das NOx
in dem Abgas speichert, wenn das Auslass-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager
ist und NOx ausgibt oder reduziert, wenn das Auslass-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett
ist. Außerdem
führt der NOx-Speicherkatalysator 13 darin
eine Oxidations-Katalysation aus, um eine Oxidierungsfunktion von
HC und CO in dem Abgas zu haben, um somit vorgesehen zu sein, als
ein NOx-Speicherkatalysator mit
einer Oxidationsfunktion zu dienen.
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Außerdem ist
stromab des NOx-Speicherkatalysators 13 der Dieselpartikelfilter
(DPF) 14 für
das Spülen
der Partikelmaterie (PM) in dem Abgas angeordnet. Außerdem trägt der DPF 14 darin
den Dreiwegekatalysator, um eine Oxidationsfunktion von HC und CO
in dem Abgas und eine NOx-Reduzierungsfunktion in dem Abgas zu haben,
um somit vorgesehen zu sein einen DPF mit einer Dreiwegefunktion
zu bilden.
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Eingegeben
in die Signaleinheit 20 werden die Signale von dem Motordrehzahlsensor 21 für das Erfassen
der Motordrehzahl Ne, von dem Beschleunigergradsensor 22 für das Erfassen
des Beschleunigeröffnungsgrades
APO, etc. für
das Steuern des Motors 1.
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Weiterhin
sind in diesem Ausführungsbeispiel
der Katalysator-Temperatursensor 23 für das Erfassen der Temperatur
(Katalysatortemperatur) des NOx-Speicherkatalysators 13 vorgesehen,
ein Abgasdrucksensor 24 für das Erfassen des Abgasdruckes
auf einer Einlassseite des DPF 14 in dem Auslasskanal 10,
ein DPF-Temperatursensor 25 für das erfassen der Temperatur
(DPF-Temperatur) vom DPF- 14 und Sauerstoffkon zentrationssensor 26,
um eine Sauerstoffkonzentration an einer Auslassseite des DPF 14 in
dem Auslasskanal 10 zu erfassen. Die Signale von diesen
Sensoren werden auch in die Steuereinheit 20 eingegeben.
Jedoch können
die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 13 und die
Temperatur des DPF 14 durch das Erfassen der Temperatur
des Abgases, das in dem benachbarten NOx-Speicherkatalysator 13 und
dem DPF 14 vorhanden ist, erfasst werden.
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Auf
der Grundlage dieser Signale gibt aus die Steuereinheit 20 zu
dem Kraftstoffeinspritzer 9 ein Kraftstoffeinspritzungs-Befehlssignal
für das Steuern
einer Kraftstoffeinspritzmenge für
eine Haupteinspritzung und für
eine Piloteinspritzung vor der Haupteinspritzung und den Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt
des Kraftstoffeinspritzers 9, zu dem Einlassdrosselventil 5 ein Öffnungsgrad-Befehlssignal,
zu dem EGR-Steuerventil 12 ein Öffnungsgrad-Befehlssignal,
etc.
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Das
Abgasreinigungssystem dieses Ausführungsbeispieles ist vorgesehen,
um eine Abgasreinigungssteuerung auszuführen für das Freigeben von durch und
in dem NOx-Speicherkatalysator 13 gespeicherten NOx, ein
Verbrennen, um dadurch den Schwefel (S), der in dem NOx-Speicherkatalysator 13 gespeichert
ist, infolge der S-Vergiftung
(Entfernen der S-Vergiftung) zu entfernen, und ein Verbrennen, um
dadurch die PM, die durch den DPF 14 ausgespült werden,
zu entfernen (Wiederherstellung des DPF). Die Abgasreinigungssteuerung
wird später ausführlich beschrieben.
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Die 2 bis 4 zeigen
ein Ablaufdiagramm einer Abgasreinigungssteuerung, die in der Steuereinheit 20 ausgeführt wird.
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In
dem Schritt S1 wird ein Motorbetriebszustand (Motordrehzahl Ne und
Beschleunigeröffnungsgrad
APO) von dem Motordrehzahlsensor 21 und dem Beschleunigeröffnungsgradsensor 22 gelesen.
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In
dem Schritt S2 wird die durch und in dem NOx-Speicherkatalysator 13 gespeichert
Menge von NOx erfasst. Da es jedoch schwierig ist, die gespeicherte
Menge von NOx direkt zu erfassen, wird die gespeicherte Menge von
NOx indirekt durch das Abschätzen
der erzeugten Menge von NOx pro Zeiteinheit auf der Grundlage der
Motordrehzahl Ne und der Kraftstoffeinspritzmenge Q erfasst, um
die gespeicherte Menge von NOx pro Zeiteinheit unter Berücksichtigung
der NOx-Speicherrate und des Aufsummierens der gespeicherten Menge
von NOx pro Zeiteinheit zu erhalten. Selbstverständlich wird in dem Fall die
aufgespeicherte Menge von NOx durch Aufsummieren in der vorbeschriebenen
Weise erhalten, wobei der aufsummierte Wert zurückgesetzt wird oder auf Null
gesetzt wird, wenn der NOx-Reinigungsvorgang ausgeführt wird,
was nachstehend beschrieben wird.
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In
dem Schritt S4 wird die gespeicherte Menge von Schwefel im NOx-Speicherkatalysator 13 infolge
der S-Vergiftung erfasst. Es ist jedoch schwierig die gespeicherte
Menge von Schwefel direkt zu erfassen, so dass die gespeicherte
Menge von Schwefel in der folgenden Weise indirekt erfasst wird.
Die gespeicherte Menge von Schwefel wird in Abhängigkeit von der Konzentration
von Schwefel in dem Abgas bestimmt. Somit wird es in Betracht gezogen, dass
die gespeicherte Menge von Schwefel in Abhängigkeit von dem Kraftstoffverbrauch,
unter der Voraussetzung, dass der Kraftstoff derselbe ist, bestimmt
werden kann. Demzufolge kann die gespeicherte Menge von Schwefel
auf der Grundlage des Kraftstoffverbrauchs abgeschätzt werden.
Da sich außerdem
der Fahrstrecke mit der Erhöhung
der verbrauchten Kraftstoffmenge erhöht, können die verbrauchte Kraftstoffmenge
und die Fahrstrecke zueinander äquivalent
in die Überlegung
einbezogen werden. Demzufolge wird hierin die gespeicherte Menge von
Schwefel in Abhängigkeit
von der Fahrstrecke abgeschätzt.
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In
dem Schritt S5 wird die Menge von PM, ausgespült durch und in dem DPF 14 gespeichert,
erfasst. Da es jedoch schwierig ist die gespeicherte Menge direkt
zu erfassen, wird die gespeicherte Menge von PM indirekt in der
folgenden Weise erfasst. Das Erhöhen
der gespeicherten Menge von PM in dem DPF 14 verursacht
selbstverständlich
den Druck auf der stromaufwärtigen
Seite des DPF 14 höher
zu werden. Demzufolge wird der Druck auf der stromaufwärtigen Seite
des DPF 14 durch den Auslassdrucksensor 24 erfasst
und mit dem Referenz-Auslassdruck bei der momentanen Betriebsbedingung
(Motordrehzahl Ne und Kraftstoffeinspritzmenge Q) verglichen, um
dadurch die gespeicherte Menge von PM abzuschätzen.
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In
dem Schritt S6 wird es bestimmt, ob das fette Vormischungs-Spitzenbedingungszeichen
SP1 für
die NOx-Reinigung des NOx-Speicherkatalysators 13 auf 1
gesetzt ist. Falls SP1 = 1 ist, geht das Programm zu dem Schritt
S7.
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In
dem Schritt S7 wird es bestimmt, ob das fette Diffusions-Spitzenbedingungszeichen
SP2 für die
NOx-Reinigung des NOx-Speicherkatalysators 13 auf 1 festgelegt
ist. Wenn SP2 = 0 ist, geht das Programm zu dem Schritt S8 weiter.
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In
dem Schritt S8 wird es bestimmt, ob das Wiederherstellungstemperatur-Anstiegszeichen
reg1 für
die Wiederherstellung des DPF 14 (oder die Entlastung des
NOx-Speicherkatalysators 13 von
der S-Vergiftung) auf 1 festgelegt ist. Falls reg1 = 0 ist, geht
das Programm zu dem Schritt S9 weiter.
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In
dem Schritt S9 wird es bestimmt, ob das Wiederherstellungs-Verbrennungszeichen
reg1 für die
Wiederherstellung des DPF 14 (oder die Entlastung von der
S-Vergiftung des NOx-Speicherkatalysators 13) auf 1 festgelegt
ist. Falls reg1 = 0 ist, geht das Programm zu dem Schritt 10.
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In
dem Schritt S10 wird es bestimmt, ob die gespeicherte Menge von
NOx des NOx-Speicherkatalysators 13 gleich zu oder größer als
ein vorbestimmter Wert NOx1 ist. Wenn die gespeicherte Menge von
NOx des NOx-Speicherkatalysators 13 kleiner als der vorbestimmte
Wert NOx1 ist, geht das Programm zu dem Schritt S17 weiter.
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In
dem Schritt S17 wird es bestimmt, ob die gespeicherte Menge von
Schwefel des NOx-Speicherkatalysators 13, die in dem Schritt
S4 erfasst wird, gleich zu oder größer als ein vorbestimmter Wert
S1 wird (ob das Fahrzeug eine vorbestimmte Strecke gefahren ist).
Falls die gespeicherte Menge von Schwefel des NOx-Speicherkatalysators 13 kleiner
als ein vorbestimmter Wert S1 ist, geht das Programm zu dem Schritt
S18 weiter.
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In
dem Schritt S18 wird es bestimmt, ob die gespeicherte Menge von
PM von dem DPF 14, d. h. erfasst in dem Schritt S5, gleich
zu einem vorbestimmten Wert PM1 wird (ob der Druck auf der stromaufwärtigen Seite
von dem DPF 14 einen Auslassdruck-Grenzwert überschreitet, der der momentanen Betriebsbedingung
entspricht, überschreitet).
Wenn der gespeicherte Wert von PM von dem DPF 14 kleiner
als der vorbestimmte Wert PM1 ist, wird dieses Flussdiagramm beendet.
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In
der Zwischenzeit, falls durch dieses Flussdiagramm keine besondere
Steuerung ausgeführt wird,
wird das Umschalten zwischen einem Diffusionsverbrennungsmodus und
einem Vormischungsverbrennungsmodus in Übereinstimmung mit einer Betriebsbedingung
von Motor 1 ausgeführt.
Insbesondere wird, wie in der 8 gezeigt,
eine Vormischungsverbrennung, wenn der Motor 1 in dem niedrigen
bis mittleren Drehzahlbereich und dem niedrigen bis mittleren Belastungsbereich
ist, wo die EGR ausgeführt
wird, und eine Diffusionsverbrennung in dem Hoch-Drehzahl – Hoch-Last-Bereich,
wo die EGR nicht ausgeführt
wird, ausgeführt.
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Dann
wird die Beschreibung für
den Fall vorgenommen, wo es in dem Schritt S10 bestimmt wird, dass
die gespeicherte Menge von NOx des NOx-Speicherkatalysators 13 gleich
zu oder größer als
der vorbestimmte Wert NOx1 geworden ist (d. h., die Zeit für die Reinigung
von NOx des NOx-Speicherkatalysators 13 ist gekommen),
der Fall, wo es in dem Schritt S17 bestimmt wird, dass die gespeicherte
Menge von Schwefel von dem NOx-Speicherkatalysator 13 gleich
zu oder größer als
der vorbestimmte Wert S1 geworden ist (d. h., die Zeit für das Entlasten von
der S-Vergiftung ist gekommen), und der Fall, wo es in dem Schritt
S18 bestimmt wird, dass die gespeicherte Menge von PM von dem DPF 14 gleich
zu oder größer als
der vorbestimmte Wert PM1 geworden ist (d. h., die Zeit für die Wiederherstellung
von dem DPF 14 ist gekommen).
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(In
dem Fall ist es die Zeit für
die NOx-Reinigung des NOx-Speicherkatalysators 13).
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Wenn
es in dem Schritt S10 bestimmt wird, dass der gespeicherte Wert
von NOx von dem NOx-Speicherkatalysator 13 gleich zu oder
größer als
der vorbestimmte Wert NOx1 ist, geht das Programm zu dem Schritt
S11 für
das NOx-Reinigen von dem NOx-Speicherkatalysator 13 weiter.
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Hierin
wird zuerst die Beschreibung als die Reinigung von NOx des NOx-Speicherkatalysators 13 vorgenommen.
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Für die Reinigung
des NOx-Speicherkatalysators 13 wird ein fetter Betrieb
von dem Motor 1 ausgeführt,
um NOx, das durch und in dem NOx-Speicherkatalysator 13 gespeichert
wird, freizusetzen.
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Falls
ein fetter Betrieb des Motors 1 während der Vormischungsverbrennung
(eine große
Menge von EGR und eine hohe Verwirbelung) ausgeführt wird, ist die Abgastemperatur
niedriger, wenn mit der bei einem fetten Betrieb während der
Diffusionsverbrennung, wo der Zündverzögerungszeitraum
kurz ist, wie in der 5 gezeigt, verglichen wird.
Umgekehrt ausgedrückt,
wenn die fette Bedingung in der Diffusionsverbrennung realisiert
wird, kann die Abgastemperatur höher
gemacht werden, wenn mit jener in der fetten Bedingung in der Vormischungsverbrennung
verglichen wird.
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Jedoch
erhöht
der fette Zustand in der Diffusionsverbrennung den Kraftstoffverbrauch,
und verschlechtert somit den Kraftstoffverbrauch. Außerdem kann
der NOx-Speicherkatalysator 13,
sofern er übermäßig erwärmt wird,
zerbersten, um folglich in der Speicher- und in der Reinigungsfähigkeit
verschlechtert zu werden.
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Demzufolge
wird für
die Reinigung von durch den NOx-Speicherkatalysator 13 gespeichertes
NOx, wenn die Aktivität
des Katalysators 13 ausreichend hoch ist, ein fetter Spitzenbetrieb
in der Vormischungsverbrennung bevorzugt, da sie eine Verschlechterung
des Kraftstoffverbrauchs und des Katalysators 13 unterdrücken kann.
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Im
Gegensatz zu diesem wird, falls es einen fetten Spitzenbefehl gibt,
wenn die Aktivität
des Katalysators 13 gering ist, ein fetter Spitzenbetrieb
in der Diffusionsverbrennung, die eine höhere Auslasstemperatur erhalten
kann, ausgeführt.
Dies macht es möglich,
das NOx-Reinigungsverhältnis
zu verbessern. Jedoch gibt es die Befürchtung, das eine fette Spitze
in der Diffusionsverbrennung das Verbrennungsgeräusch verschlechtert. Das Verbrennungsgeräusch kann
durch das ausführen
der Piloteinspritzung unterdrückt
werden.
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Im
Gegensatz zu dem Vorerwähnten
wird eine Steuerung in dem Schritt S11 aufwärts ausgeführt.
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In
dem Schritt S11 wird die Katalysatortemperatur, die durch den Katalysatortemperatursensor 23 erfasst
wird, gelesen und es wird bestimmt, ob die Katalysatortempera tur
gleich zu oder höher
als eine vorbestimmte Temperatur Tlow ist, die auf einen Wert festgelegt
wird, der niedriger als eine Aktivierungstemperatur des Katalysators 13 ist.
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In
dem Schritt S12 wird es außerdem
bestimmt, wenn die Katalysatortemperatur gleich zu oder höher als
die vorbestimmte Temperatur Tlow ist, ob die Katalysatortemperatur
gleich zu oder höher
als eine vorbestimmte Temperatur Tdif ist, die der Aktivierungstemperatur
des NOx-Speicherkatalysators 13 ist.
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Dadurch
werden die Fälle
in drei Fälle
geteilt, d. h. in einen Fall, wo die Katalysatortemperatur ≥ Tdif ist,
in einen Fall Tlow ≤ der
Katalysatortemperatur < Tdif
ist und in einen Fall, wo die Katalysatortemperatur < Tlow ist.
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In
diesem Beispiel ist, wie in der 6 gezeigt,
das Reinigungsverhältnis
von NOx von dem NOx-Speicherkatalysator 13 ausreichend
groß,
wenn die Katalysatortemperatur in dem Bereich höher als Tdif ist. Jedoch wird
das Reinigungsverhältnis
von NOx geringer, wenn die Katalysatortemperatur niedriger als Tdif
wird und wird außerdem
auf solch eine Größe niedriger,
dass die Reinigung von NOx nicht erwartet werden kann, wenn die
Katalysatortemperatur niedriger als Tlow ist.
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Demzufolge,
wenn die Katalysatortemperatur ≥ Tdif
ist (d. h., wenn die Bestimmung in dem Schritt S12 zustimmend ist),
wird es bestimmt, dass der NOx-Speicherkatalysator 13 in
einem ausreichenden aktivierten Zustand ist und das Programm geht
zu dem Schritt S13 weiter. In dem Schritt S13 wir ein fetter Betrieb
in der Vormischungsverbrennung ausgeführt, um dadurch von NOx zu
reinigen, während
eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und des Katalysators
verhindert wird.
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In
diesem Beispiel werden in einem Schritt S13 eine Ziel-Einlassluftmenge
und ein Ziel-EGR-Verhältnis
für das
Realisieren eines fetten Betriebs in der Vormischungsverbrennung
durch Verwenden der Motordrehzahl und der Kraftstoffeinspritzmenge
Q als Parameter einer Motorbetriebsbedingung und durch Bezugnahme
auf den Plan für
die Ziel-Einlassluftmenge der 7 und den
EGR-Plan der 8 festgelegt. Auf der Grundlage
der so festgelegten Ziel-Einlassluftmenge und des Ziel-EGR-Verhältnisses
das Einlassdrosselventil 5 und das EGR-Steuerventil 12 gesteuert,
um dadurch einen fetten Betrieb in der Vormischungsverbrennung zu
realisieren. In dem Schritt S14 wird das fette Spitzenbedingungszeichen
SP1 auf 1 festgelegt und dieses Flussdiagramm wird beendet.
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Außerdem,
wenn Tlow ≤ Katalysatortemperatur < Tdif ist (d. h.,
wenn die Bestimmung in dem Schritt S12 negativ ist), wird es bestimmt,
dass der NOx-Speicherkatalysator 13 nicht in einem ausreichend
aktivierten Zustand ist und das Programm geht zu dem Schritt S15
weiter. In dem Schritt S15 wird ein fetter Betrieb in der Diffusionsverbrennung
ausgeführt,
der in der Abgastemperatur höher
als die Vormischungs verbrennung ist. Dies veranlasst die Abgastemperatur
auf einen Wert gleich zu oder höher als
Tdif anzusteigen, um es somit die Ausführung zu ermöglichen,
einen fetten Spitzenbetrieb auszuführen, um dadurch das NOx-Reinigungsverhältnis zu verbessern.
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In
diesem Beispiel wird in dem Schritt S15 die Einlassluftmenge unter
Bezug auf den Plan für die
die Ziel-Einlassluftmenge der 9 festgelegt, um
einen fetten betrieb in der Diffusionsverbrennung zu realisieren.
Auf der Grundlage der so festgelegten Ziel-Einlassluftmenge wird das Einlassdrosselventil 5 gesteuert,
während
zu derselben Zeit eine Piloteinspritzung durch den Kraftstoffeinspritzer 9 ausgeführt wird,
um dadurch einen fetten Betrieb in der Diffusionsverbrennung zu
realisieren. In dem schritt S16 wird das fette Spitzenbedingungszeichen
SP2 auf 1 festgelegt, und dieses Flussdiagramm wird beendet.
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Außerdem wird,
wenn die Katalysatortemperatur < Tlow
ist (d. h., wenn die Bestimmung in dem Schritt S11 negativ ist),
dieses Flussdiagramm beendet. In diesem Beispiel wird, da die Aktivierungsbedingung
des NOx-Speicherkatalysators 13 so schlecht ist, dass es
schwierig ist, die Katalysatortemperatur über Tdif sogar dann zu befördern, wenn ein
fetter Betrieb in der Diffusionsverbrennung ausgeführt wird,
d. h., eine fetter Spitzenbetrieb unter der Bedingung von Tlow ≤ Katalysatortemperatur < Tdif eine geringe
Wirkung auf die Reinigung von NOx hat, wird ein fetter Spitzenbetrieb
nicht ausgeführt
und die Emission von NOx wird nur bei der Vormischungsverbrennung
unterdrückt.
Die Abgastemperatur zu der Zeit der Vormischungsverbrennung reicht
mit Ausnahmen von Tlow bis Tdif, so dass während der Zeit, in der die
Vormischungsverbrennung ausgeführt wird,
die Katalysatortemperatur höher
wird, um Tlow zu überschreiten.
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In
dem Fall, dass ein fetter Betrieb in der Vormischungsverbrennung
gestartet wird (S13), wird das fette Spitzenbedingungszeichen SP1
auf 1 in dem Schritt S14 festgelegt. Somit geht das nächste Mal,
nach der Bestimmung in dem Schritt S6, das Programm zu dem Schritt
S21 aufwärts
weiter (3), wo ein fetter Betrieb in
der Vormischungsverbrennung für
eine vorbestimmte Zeit fortgesetzt wird.
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In
dem Schritt S21 wird es bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit tsp1,
die für
die NOx-Reinigung notwendig ist, verstrichen ist, oder nicht. Falls
die vorbestimmte Zeit tsp1 noch nicht verstrichen ist, wird dieses
Flussdiagramm zugleich beendet. Falls die vorbestimmte Zeit tsp1
verstrichen ist, wird der fette Betrieb in dem Schritt S23 in dem
fetten Spitzenbedingungszeichen SP1 auf 0 festgelegt. Danach wird dieses
Flussdiagramm beendet.
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Außerdem wird
in dem Fall eines fetten Betriebs, bei dem die Diffusionsverbrennung
gestartet ist (S15), das fette Spitzenbedingungszeichen SP2 in dem
Schritt S16 auf 1 festgelegt. Somit geht von dem nächsten Mal,
nach der Bestimmung in dem Schritt S7, das Programm zu dem Schritt
S24 aufwärts
weiter (3), wo der fette Betrieb in
der Diffusionsverbrennung für
eine vorbestimmte Zeit fortgesetzt wird.
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In
dem Schritt S24 wird es bestimmt, ob die vorbestimmte Zeit tsp2,
die für
die NOx-Reinigung notwendig ist, vergangen ist. Wenn die vorbestimmte Zeit
tsp2 noch nicht vergangen ist, wird dieser Programmablauf zugleich
beendet. Falls die vorbestimmte Zeit tsp2 verstrichen ist, wird
der fette Betrieb in der Diffusionsverbrennung in dem Schritt S25 aufgehoben
und das fette Spitzenbedingungszeichen SP2 wird in dem Schritt S26
auf 0 festgelegt. Danach wird dieser Programmablauf beendet. Wenn es
die Zeit für
die Wiederherstellung aus der S-Vergiftung ist) und (wenn es Zeit
für die
Wiederherstellung von dem DPF ist).
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Wenn
es in dem Schritt S17 bestimmt wird, dass die gespeicherte Menge
von Schwefel von dem NOx-Speicherkatalysator 13 gleich
zu oder größer als
ein vorbestimmter Wert S1 ist, geht das Programm zu dem Schritt
S19 und zu dem Schritt S20 für
die Wiederherstellung aus der S-Vergiftung.
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Falls
es in dem Schritt S18 bestimmt wird, dass die gespeicherte Menge
von PM von dem DPF 14 gleich zu oder größer als ein vorbestimmter Wert PM1
ist, geht das Programm zu dem Schritt S19 und dem Schritt S20 für die Wiederherstellung
von dem DPF 14 weiter.
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Hierin
wird zuerst eine Beschreibung bezüglich der Wiederherstellung
von dem DPF 14 und der Wiederherstellung von dem NOx-Speicherkatalysator 13 von
der S-Vergiftung
zuerst vorgenommen.
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Für die Wiederherstellung
von dem DPF und für
die Wiederherstellung aus der S-Vergiftung
wird ein fetter Betrieb ausgeführt,
um die Abgastemperatur anzuheben, um dadurch die Temperatur von
dem DPF 14 über
eine Verbrennungstemperatur der PM anzuheben. In der Zwischenzeit
ist eine Verbrennungstemperatur von Schwefel niedriger als die Verbrennungstemperatur
der PM. Da außerdem
in diesem Ausführungsbeispiel
der NOx-Speicherkatalysator 13, in dem Schwefel gesammelt
wird, stromauf von dem DPF 14 angeordnet ist, kann die
Wiederherstellung des NOx-Speicherkatalysators 13 von der S-Vergiftung
durch das Anheben der Temperatur von dem DPF 14 oberhalb
der Verbrennungstemperatur von dem PM erreicht werden.
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Wenn
ein fetter Betrieb in der Vormischungsverbrennung ausgeführt wird
(eine große
Menge von EGR + eine hohe Verwirbelung), ist die resultierende Abgastemperatur
niedriger, wenn mit der in einer fetten Bedingungen in der Diffusionsverbrennung
verglichen wird, deren Zündverzögerungszeitdauer
infolge der spezifischen Wärme
etc. des Arbeitsgases, das durch die EGR vorgesehen wird, kurz ist.
Mit anderen Worten, falls ein fetter Betrieb während der Diffusionsverbrennung
realisiert wird, kann eine höhere
Ab gastemperatur erhalten werden, wenn mit jener in der fetten Bedingung
in der Vormischungsverbrennung verglichen wird.
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Da
eine hohe Abgastemperatur (z. B. > 600°C) für die Wiederherstellung
von dem DPF 14 und für
die Wiederherstellung von dem NOx-Speicherkatalysator 13 von
der S-Vergiftung erforderlich ist, ist es wünschenswert, die Temperatur
von dem DPF 14 durch eine fette Bedingung in der Vormischungsverbrennung
zu erhöhen,
durch die eine höhere
Abgastemperatur erwartet werden kann. Wenn jedoch eine fette Spitzensteuerung
während
der Diffusionsverbrennung ausgeführt
wird, gibt es eine Befürchtung,
dass ein Verbrennungsgeräusch
verschlechtert wird. Das Verbrennungsgeräusch kann durch das Ausführen einer
Piloteinspritzung unterdrückt
werden.
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Demzufolge
wird in dem Schritt S19, da es bereits bestimmt worden ist, dass
es für
die Wiederherstellung von dem DPF 14 oder für die Wiederherstellung
von dem NOx-Speicherkatalysator 13 Zeit ist,
ein fetter Betrieb in der Diffusionsverbrennung, durch den eine
höhere
Abgastemperatur erwartet werden kann, mit einem Hinblick auf das
Anheben der Temperatur von dem DPF 14 oberhalb der Verbrennungstemperatur
von der PM ausgeführt.
Auch in diesem Beispiel wird die Piloteinspritzung ausgeführt.
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Dann
wird in dem Schritt S20 das Wiederherstellungstemperatur-Anstiegszeichen
reg1 auf 1 festgelegt und der Programmablauf wird beendet.
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Dadurch
geht bei dem nächsten
Mal, da es in dem Schritt S8 bestimmt ist, dass reg = 1 ist, das
Programm zu dem Schritt S27 aufwärts
weiter.
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In
dem Schritt S27 wird, wenn die Temperatur von dem DPF 14 durch
eine fette Bedingung in die Diffusionsverbrennung angehoben ist,
die Sauerstoffkonzentration an dem Auslass von dem DPF 14, d.
h., das Auslass-Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (DPF-Auslass λ) durch den Sauerstoffkonzentrationssensor 26 erfasst
und das Drosselventil 5 wird so gesteuert, dass das Auslass-Luft-/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch
wird. In diesem Beispiel kann, wenn der DPF 14 darin einen
Dreiwegekatalysator ausführt,
eine katalytische Dreiwege-Funktion durch das Steuern realisiert
werden, so dass der DPF-Auslass λ stöchiometrisch
wird, um es folglich möglich
zu machen, die Reinigung des Abgases sogar während der Anhebung der Temperatur
von dem DPF 14 fortzusetzen.
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In
dem Schritt S28 wird die Temperatur von dem DPF 14, erfasst
durch den DPF-Temperatursensor 25,
gelesen und es wird bestimmt, ob die Temperatur von dem DPF 14 eine
Verbrennungstemperatur T2 der PM überschreitet.
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Falls
die Temperatur des DPF 14 noch nicht T2 überschritten
hat, wird dieser Programmablauf zugleich beendet und der fette Betrieb
in der Diffusionsverbrennung unter der DPF-Auslass-λ-steuerung wird
fortgesetzt. wenn die Temperatur von dem DPF 14 T2 überschreitet,
geht das Programm zu dem Schritt S29.
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In
dem Schritt S29 wird, da die Temperatur von dem DPF 14 die
Temperatur T2 erreicht hat, um der PM zu gestatten, brennbar zu
sein, die DPF-Auslass-λ-steuerung
beendet.
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In
dem Schritt S30 wird das Auslass-Luft-/Kraftstoff-Verhältnis an
dem Einlass von dem DPF 14 (DPF-Einlass λ) gestartet.
Wie nämlich in
Bezug auf einen Plan, der die Motordrehzahl Ne und die Kraftstoffeinspritzmenge
Q als die Parameter einer Motorbetriebsbedingung verwendet und den DPF-Einlass λ für das Verbrennen
bestimmt, um dadurch die PM zu entfernen, gezeigt, wird das Drosselventil 5 gesteuert,
um den Ziel-DPF-Einlass λ zu erhalten,
um dadurch eine vorbestimmte Menge von Sauerstoff in den DPF 14 zuzuführen und
um die in dem DPF 14 gespeichert PM zu verbrennen. Da die Temperatur
des DPF 14 bereits die Verbrennungstemperatur der PM erreicht
hat, verursacht die Zuführung
von Sauerstoff in den DPF 14 die in dem DPF 14 gespeicherte
PM alles auf einmal zu verbrennen. In der Zwischenzeit ist es, da
durch das Steuern des DPF-Einlass λ die Verbrennungsgeschwindigkeit
der PM gesteuert werden kann, möglich,
das Schmelzen und Verbrennen von dem DPF 14 zu verhindern.
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In
dem Schritt S31, da der DPF 14 außerhalb der Wiederherstellungstemperatur-Anstiegsbedingung
gekommen ist, das Wiederherstellungstemperatur-Anstiegszeichen reg1
auf 0 festgelegt.
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In
dem Schritt S32 wird, da der DPF 14 in einer Wiederherstellungsverbrennungsbedingung
gewesen ist, das Wiederherstellungs-Verbrennungszeichen reg2 auf
1 festgelegt und dieser Programmablauf wird beendet.
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Dadurch
geht von dem nächsten
Mal, da es in dem Schritt S9 bestimmt worden ist, dass reg2 = 1 ist,
das Programm zu dem Schritt S33 (4) weiter.
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In
dem Schritt s33 wird die Temperatur von dem DPF 14, die
durch den DPF-Temperatursensor 25 erfasst
worden ist, gelesen und es wird bestimmt, ob die Temperatur von
dem DPF 14 niedriger als die Temperatur T1 ist, was keine
abnormale Verbrennung veranlasst, da die Verbrennung von der PM
bei dem DPF 14 nahezu abgeschlossen worden ist.
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Falls
die Temperatur von dem DPF 14 noch nicht bis T1 gefallen
ist, wird dieser Programmablauf zugleich beendet und die DPF-Einlass λ-steuerung wird
fortgesetzt. Dies kommt daher, weil infolge der Möglichkeit
der abnormalen Verbrennung es notwendig ist, die DPF-Einlass-λ-steuerung
fortzusetzen, um dadurch den DPF-Einlass λ bei einem vorbestimmten Wert
zu halten, bis die Temperatur von dem DPF 14 unter die
Temperatur t1 erniedrigt ist.
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Falls
die Temperatur von DPF 14 unter T1 gefallen ist, geht das
Programm zu dem Schritt S34 weiter.
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In
dem Schritt S34 wird die DPF-Einlass-λ-steuerung beendet.
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In
dem Schritt S35, da der DPF 14 außerhalb der Wiederherstellungsverbrennungsbedingung
gewesen ist, das Wiederherstellungs-Verbrennungszeichen reg2 auf
0 festgelegt und dieser Programmablauf wird beendet.
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In
dem Vorhergehenden ist es zu beachten, dass der Schritt S11 des
Programms, das in der Steuereinheit 20 gespeichert ist,
einem Reinigungszeit-Bestimmungsabschnitt für das Bestimmen entspricht,
ob es Zeit für
die Reinigung des durch den NOx-Speicherkatalysator 13 gespeicherte
NOx ist.
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Es
ist außerdem
zu beachten, dass der Schritt S12 des Programms, das in der Speichereinheit 20 gespeichert
ist, einem aktivierten Bedingungs-Bestimmungsabschnitt für das Bestimmen
einer aktivierten Bedingung von dem NOx-Speicherkatalysator 13 entspricht.
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Es
ist außerdem
zu beachten, dass die Schritte S13 und S15 von dem in der Speichereinheit gespeicherten
Programm einen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerabschnitt für das Steuern
eines Auslass-Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses für das Reinigen des von dem
NOx-Speicherkatalysator 13 gespeicherten NOx und einen
Verbrennungsmodus-Umschaltabschnitt für das Umschalten eines Verbrennungsmodus
des Motors 1 bilden.
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Es
ist weiterhin zu beachten, dass der Schritt S18 des Programms, das
in der Speichereinheit 20 gespeichert ist, einen Wiederherstellungszeit-Bestimmungsabschnitt
für das
Bestimmen bildet, ob es die Zeit für das Ausführen der Wiederherstellung
von dem DPF 14 ist.
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Es
ist außerdem
zu beachten, dass der Schritt S17 des Programms, das in der Steuereinheit 20 gespeichert
ist, einer Wiederherstellungszeitbestimmung bei der S-Vergiftung für das bestimmen entspricht,
ob es die Zeit für
das Ausführen
der Wiederherstellung des NOx-Speicherkatalysator 13 von der
S-Vergiftung ist.
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Es
ist außerdem
zu beachten, dass der Schritt S19 des Programms, das in der Steuereinheit 20 gespeichert
ist, einem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerabschnitt
für das
Steuern eines Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses für die Wiederherstellung des NOx-Speicherkatalysators 13 von
der S-Vergiftung entspricht.
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Aus
dem Vorhergehenden wird es verstanden werden, dass wenn das durch
den NOx-Speicherkatalysator 13 gespeicherte NOx infolge
der niedrigen Abgastemperatur gering ist, ein fetter Betrieb in
einem Diffusionsverbrennungsmodus ausgeführt wird, um dadurch eine Auslasstemperatur
zu veranlassen, steil anzusteigen und den Katalysator 13 zu
aktivieren, um es somit möglich
zu machen, das in dem NOx-Speicherkatalysator 13 gespeicherte
NOx zu reinigen, d. h., das gespeicherte NOx aus dem NOx-Speicher katalysator 13 freizusetzen.
Außerdem
wird unter der Bedingung, bei der die Katalysatortemperatur hoch
ist und der NOx-Speicherkatalysator 13 in einem ausreichend
aktivierten Zustand ist, ein fetter Betrieb in einem NOx-Speicherkatalysator 13 Vormischungsverbrennungsmodus
ausgeführt.
Dies macht es möglich
eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zu verhindern und
den NOx-Speicherkatalysator 13 am übermäßigen Erwärmen zu schützen, um dadurch eine Verschlechterung
des NOx-Speicherkatalysators 13 zu unterdrücken.
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Es
wird außerdem
verstanden, dass in einem Vormischungsverbrennungsmodus, der durch
das Vermindern der Auslasstemperatur und durch das Längermachen
der Zündverzögerungszeitdauer
erhalten wird, eine fette Bedingung durch das Verstärken des
Grades der Vormischungsverbrennung festgelegt werden kann, um es
somit möglich
zu machen, eine fette Bedingung festzulegen, ohne dass eine Verschlechterung
von Rauch nach sich gezogen wird. Da dort zusätzlich keine Veränderung
der Verbrennung zwischen der Zeit, wenn die Vormischungsverbrennung
fett ist, und der Zeit, wenn die Vormischungsverbrennung mager ist,
verursacht wird, ist es möglich,
eine fette Bedingung der Vormischungsverbrennung festzulegen, während eine
Veränderung
des Verbrennungsgeräuschs,
das aus der Zeit des Umschaltens von der fetten Bedingung zu einer
mageren Bedingung oder umgekehrt auftritt, unterdrückt wird.
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Es
wird außerdem
verstanden, dass für
die Wiederherstellung des Filters 14 für das Spülen der PM in dem Abgas, d.
h., für
das Verbrennen und dadurch für
das Entfernen der PM des Abgases, gespült und gespeichert durch den
DPF 14, eine hohe Abgastemperatur unter einer Bedingung
der niedrigen Sauerstoffkonzentration erforderlich ist. Folglich
wird die Temperatur des DPF 14 unter einer fetten Bedingung
in dem Diffusionsverbrennungsmodus angehoben. Dies macht es möglich, die
Temperatur des DPF 14 auf einen Zielwert innerhalb einer
kurzen Zeit anzuheben und eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs
auf ein Minimum zu reduzieren.