DE60207064T2

DE60207064T2 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60207064T2
Application number: DE60207064T
Authority: DE
Inventors: Koichiro Nakatani; Toshiaki Tanaka; Shinya Hirota; Kazuhiro Itoh; Takamitsu Asanuma
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2022-02-21
Also published as: EP1382811A4; HUP0301462A2; JP2002322908A; WO2002090731A1; CN1254605C; EP1382811B1; CZ298168B6; CA2415296A1; KR20030013458A; KR100517191B1; CN1462332A; US6820418B2; ES2250610T3; PL358130A1; CA2415296C; US20030172642A1; CZ20024051A3; DE60207064D1; EP1382811A1; AU2002233656B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bislang wurden in einem Dieselmotor die in dem Abgas enthaltenen Partikel entfernt, indem man in der Motorabgasleitung einen Partikelfilter anordnete, wobei dieser Partikelfilter verwendet wurde, um die Partikelfilter in dem Abgas einmalig aufzufangen und die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel zu entzünden und zu verbrennen, um den Partikelfilter zu regenerieren. Um in diesem Fall zu bewirken, daß sich die abgeschiedenen Partikel entzünden und verbrennen, ist eine beträchtlich hohe Temperatur und längere Zeit erforderlich.
Demgegenüber ist ein Verbrennungsmotor bekannt, der auf dem Partikelfilter ein NO_x-Absorptionsmittel trägt, das NO_x absorbiert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis mager ist, und das absorbierte NO_x freisetzt, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis angefettet wird (siehe ungeprüfte japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) 6-159037). Bei diesem Verbrennungsmotor wird der Motor normalerweise bei einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis betrieben. Wenn die in dem NO_x-Absorptionsmittel absorbierte NO_x-Menge einen zulässigen Wert übersteigt, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis vorübergehend angefettet, um zu bewirken, daß das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel freigesetzt wird.
Wenn aus dem NO_x-Absorptionsmittel NO_x freigesetzt und verringert wird, bewirkt die zum Zeitpunkt der Reduktion des NO_x auftretende Wärme, daß die Temperatur des Partikelfilters ansteigt. Bei einem Beispiel dieses Verbrennungsmotors wird daher das Kraftstoff-Luftverhältnis, wenn die Freisetzung des NO_x beendet ist, das Kraftstoff-Luftverhältnis wieder in den mageren Zustand zurückversetzt. Angesichts der Tat sache, daß die Temperatur des Partikelfilters zu diesem Zeitpunkt ansteigt, wird bewirkt, daß die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel verbrennen. In einem anderen Beispiel wird ferner, wenn NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel freigesetzt werden soll, wenn der Abgasdruck stromauf des Partikelfilters keinen vorbestimmten Druck übersteigt, das Kraftstoff-Luftverhältnis nur angefettet, während, wenn der Abgasdruck stromauf des Partikelfilters den vorbestimmten Druck übersteigt, das Kraftstoff-Luftverhältnis angefettet wird, um zu bewirken, daß das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel freigesetzt wird, und dann das Kraftstoff-Luftverhältnis mager gemacht wird, um zu bewirken, daß die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel verbrennen.
Wie vorstehend erörtert, ist eine beträchtlich hohe Temperatur und lange Zeit erforderlich, um zu bewirken, daß sich die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel entzünden und verbrennen. In diesem Fall ist es erforderlich, daß Energie von außen zugeführt wird, um zu bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters auf die Temperatur ansteigt, bei der die abgeschiedenen Partikel sich entzünden und verbrennen. Daher wird üblicherweise zusätzlicher Kraftstoff zugeführt oder eine elektrische Heizeinrichtung verwendet, um zu bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters ansteigt. Wenn daher das Verbrennen des des Partikelfilters Zeit in Anspruch nimmt, ist um soviel mehr zusätzliche Energie erforderlich. Die Verringerung dieses zusätzlichen Verbrauchs an Energie setzt voraus, daß die zum Verbrennen der Partikel erforderliche Zeit so weit wie möglich gekürzt wird.
Die Erfinder haben die Eigenschaften der abgeschiedenen Partikel von diesem Standpunkt aus untersucht, und dabei wurden die Eigenschaften der abgeschiedenen Partikel allmählich verständlich. Einzelheiten dazu werden an späterer Stelle erläutert, kurzum wurde jedoch festgestellt, daß, je länger die Zeit der Abscheidung der Partikel auf dem Partikelfilter andauerte, die abgeschiedenen Partikel um so schwieriger zu oxidieren waren, und infolgedessen eine Entzündung und Verbrennung der abgeschiedenen Partikel eine beträchtlich hohe Temperatur und erheblichen Zeitaufwand forderte. Mit anderen Worten stellt sich heraus, daß, wenn es möglich wäre, die Partikel bezüglich ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft einer leichten Oxidation umzuändern, wenn die abgeschiedenen Partikel schwer zu oxidieren sind, kann die zum Verbrennen der Partikel erforderliche Zeit verkürzt werden.
Daher setzten die Erfinder an diesem Punkt ihre Forschungsarbeit fort, und fanden dabei heraus, daß durch vorübergehendes Anfetten des Kraftstoff-Luftverhältnisses die abgeschiedenen Partikel bezüglich ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft einer einfachen Oxidation umgeändert werden konnten. Das heißt, daß festgestellt wurde, daß, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis vorübergehend angefettet wird, wenn es schwierig geworden ist, die abgeschiedenen Partikel zu oxidieren, sich dadurch die Oxidation der Partikel einfach gestaltet, und daher die zum Verbrennen der Partikel erforderliche Zeit gekürzt werden kann.
Bei dem vorstehend erwähnten, bekannten Verbrennungsmotor wird NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel durch gelegentliches vorübergehendes Anfetten des Kraftstoff-Luftverhältnis freigesetzt. Daher ähnelt das Muster der Änderung des Kraftstoff-Luftverhältnisses dem der vorliegenden Erfindung. Bei diesem bekannten Verbrennungsmotor wird jedoch das Kraftstoff-Luftverhältnis vorübergehend angefettet, wenn das Ausmaß der NO_x-Absorption einen zulässigen Betrag übersteigt, während bei der vorliegenden Erfindung das Kraftstoff-Luftverhältnis vorübergehend angefettet wird, wenn es schwierig wird, die abgeschiedenen Partikel zu oxidieren. Die Aufgaben mit dem Ziel der Anfettung des Kraftstoff-Luftverhältnisses sind nicht nur unterschiedlich, sondern es unterscheiden sich auch die Steuerzeitpunkte für deren Anfettung. Das heißt, selbst wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis zum Zeitpunkt der Freisetzung von NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel angefettet wird, ist es nicht notwendigerweise möglich, die abgeschiedenen Partikel anhaltend in einen einfachen Oxidationszustand zu ändern.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, auf einem Partikelfilter abgeschiedene Partikel in kurzer Zeit zur Verbrennung zu bringen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, in dem ein Partikelfilter zum Abfangen und Entfernen von Partikeln in einem Abgas in einer Motorabgasleitung angeordnet ist und in dem ein Verbrennen unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis fortgesetzt wird, wobei die Vorrichtung eine Prognoseeinrichtung zum Prognostizieren aufweist, ob die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft geändert haben, mit der im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung eine Oxidation schwieriger ist, eine Kraftstoff-Luftverhältnis-Schalteinrichtung zum vorübergehenden Umschalten des Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases, das in den Partikelfilter einströmt, von mager auf fett, um zu bewirken, daß die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel, sich in ihrer Eigenschaft in eine einfache Oxidationseigenschaft umändern, wenn prognostiziert wird, daß die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft geändert haben, mit der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwieriger ist, eine Beurteilungseinrichtung, zum Beurteilen, ob die Menge der auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, und eine Temperatursteuereinrichtung zum Bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis ansteigt, um so durch Oxidation die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel zu entfernen, wenn die Menge der auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, bei dem ein Partikelfilter zum Abfangen und Entfernen von Partikeln in einem Abgas in einer Motorabgasleitung angeordnet ist und bei dem ein Verbrennen unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis fortgesetzt wird, wobei die Vorrichtung eine erste Beurteilungseinrichtung aufweist zum Beurteilen, ob die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft geändert haben, mit der eine Oxidation schwieriger ist im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung, eine Kraftstoff-Luft verhältnis-Schalteinrichtung zum vorübergehenden Umschalten des Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases, das in den Partikelfilter einströmt, von mager auf fett, um zu bewirken, daß die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel, sich in ihrer Eigenschaft in eine einfache Oxidationseigenschaft umändern, wenn prognostiziert wird, daß die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft geändert haben, mit der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwieriger ist, eine zweite Beurteilungseinrichtung, zum Beurteilen, ob die Menge der auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, und eine Temperatursteuereinrichtung zum Bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis ansteigt, um so durch Oxidation die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel zu entfernen, wenn die Menge der auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, bei dem bei dem ein Partikelfilter zum Abfangen und Entfernen von Partikeln in einem Abgas in einer Motorabgasleitung angeordnet ist und bei dem ein Verbrennen unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis fortgesetzt wird, wobei die Vorrichtung eine Kraftstoff-Luftverhältnis-Schalteinrichtung aufweist, die in der Lage ist, das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases, das in den Partikelfilter einströmt, vorübergehend von mager auf fett umzuschalten, eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen, ob die Menge der auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, und eine Temperatursteuereinrichtung zum Bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis ansteigt, um so durch Oxidation die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel zu entfernen, nachdem das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases, das in den Partikelfilter einströmt, vorübergehend von mager auf fett umgeschaltet worden ist, um zu bewirken, daß die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine einfache Oxidationseigenschaft ändern, wenn die Menge der auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Gesamtansicht eines Verbrennungsmotors; 2A und 2B sind Ansichten eines Partikelfilters; 3A und 3B sind Ansichten einer Veränderung der Oxidation der Partikel; 4 ist eine Ansicht eines Beispiels für eine Betriebssteuerung; 5 ist eine Ansicht eines weiteren Beispiels für eine Betriebssteuerung; 6 ist eine Ansicht zur Erläuterung einer Einspritzungssteuerung; 7 ist eine Ansicht eines Rückgangs einer Partikeloxidation; 8 ist ein Flußdiagramm einer Steuerung des Betriebs eines Motors; 9 ist eine Ansicht der Beziehung zwischen der Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel und der Temperatur des Partikelfilters; 10 ist eine Ansicht zur Erläuterung des Zustands der abgeschiedenen Partikel; 11A und 11B sind Ansichten zur Erläuterung des Zustands der abgeschiedenen Partikel; 12A und 12B sind Ansichten zur Erläuterung des Zustands der abgeschiedenen Partikel; 13 ist eine Ansicht einer Zeit Δt; 14A und 14B sind Ansichten der Menge der ausgestoßenen Partikel; 15 und 16 sind Flußdiagramme der Steuerung des Motors; 17A, 17B und 17C sind Ansichten zur Erläuterung einer Veränderung des Druckabfalls; 18 ist ein Flußdiagramm einer Betriebssteuerung des Motors, 19A, 19B und 19C sind Ansichten zur Erläuterung einer Änderung des Druckabfalls; 20 ist ein Flußdiagramm zur Betriebssteuerung des Motors; 21 ist ein Flußdiagramm zur Betriebssteuerung des Motors; 22 ist eine Ansicht der Raucherzeugungsmenge; 23A und 23B sind Ansichten der Motorbetriebsbereiche etc.; 24 ist eine Ansicht der Veränderungen des Drosselöffnungsgrads etc.; 25 ist eine Ansicht der Beziehung zwischen der durch Oxidation entfernbaren Partikelmenge und der Temperatur des Partikelfilters, 26 ist eine Ansicht der abgeschiedenen Partikelmenge; 27 ist ein Flußdiagramm der Betriebssteuerung des Motors; 28 ist ein Flußdiagramm der Betriebssteuerung des Motors; 29A und 29B sind Ansichten von Kennfeldern der Einstellungen etc.; und 30 ist ein Flußdiagramm der Steuerung des Betriebs des Motors.
BESTE ART UND WEISE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
1 zeigt einen Fall der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen Verbrennungsmotor mit Selbstzündung. Es ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung auch auf einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung angewendet werden kann.
Unter Bezugnahme auf 1 steht das Bezugszeichen 1 für einen Motorkörper, 2 für einen Zylinderblock, 3 für einen Zylinderkopf, 4 für einen Kolben, 5 für einen Verbrennungsraum, 6 für eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüse, 7 für ein Einlaßventil, 8 für einen Ansaugkanal, 9 für ein Auslaßventil und 10 für einen Auslaßkanal. Der Ansaugkanal 8 ist durch ein entsprechendes Saugrohr 11 mit einem Druckluftbehälter 12 verbunden, wohingegen der Druckluftbehälter 12 durch einen Einlaßkanal 13 mit einem Verdichter 15 des Abgasturboladers 14 verbunden ist. Innerhalb des Einlaßkanals 13 ist ein Drosselventil 17 angeordnet, das durch einen Schrittmotor 16 angesteuert wird. Ferner ist eine Kühlvorrichtung 18 um den Einlaßkanal 13 herum angeordnet, um die Ansaugluft, die durch den Einlaßkanal 13 strömt, zu kühlen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Motorkühlwasser innerhalb der Kühlvorrichtung 18 geführt, und die Ansaugluft wird durch das Motorkühlwasser gekühlt. Der Auslaßkanal 10 ist hingegen durch einen Abgaskrümmer 19 und ein Auspuffrohr 10 mit einer Abgasturbine 21 eines Abgasturboladers 14 verbunden. Der Auslaß der Abgasturbine 21 ist mit einem Filtergehäuse 23, in dem ein Partikelfilter 22 untergebracht ist, verbunden.
Der Abgaskrümmer 19 und der Druckluftbehälter 12 sind miteinander durch einen Abgasrückführungskanal 24 (AGR-Kanal) verbunden. Innerhalb des AGR-Kanals 24 ist ein elektrisch gesteuertes AGR-Steuerventil 25 angeordnet. Eine Kühlvorrichtung 26 ist um den AGR-Kanal 24 herum angeordnet, um das AGR-Gas, das innerhalb des AGR-Kanals 24 zirkuliert, zu kühlen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Kühlwasser innerhalb der Kühlvorrichtung 26 geführt, und das AGR-Gas wird durch das Motorkühlwasser gekühlt. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 6 sind hingegen durch Kraftstoffzuführleitungen 6a mit einem Kraftstoffreservoir, einer sogenannten Com mon-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung 27, verbunden. Der Kraftstoff wird der Common-Rail 27 von einer elektrisch gesteuerten variablen, Abführkraftstoffpumpe 28 zugeführt. Der der Common-Rail 27 zugeführte Kraftstoff wird den Kraftstoffeinspritzdüsen 6 durch die Kraftstoffzuführleitungen 6a zugeführt. Die Common-Rail 27 weist einen Kraftstoffdrucksensor 29 auf, der an ihr zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in der Common-Rail 27 angebracht ist. Der Austrag der Kraftstoffpumpe 28 wird basierend auf dem Ausgangssignal des Kraftstoffdrucksensors 29 gesteuert, so daß der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 27 einen Soll-Kraftstoffdruck erreicht.
Eine elektronische Steuereinheit 30 besteht aus einem digitalen Computer, der mit einem ROM (Nur-Lese-Speicher) 32, einem RAM (Direktzugriffsspeicher) 33, einer CPU (Mikroprozessor) 34, einem Eingangsport 35 und einem Ausgangsport 35 versehen ist, die miteinander durch einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind. Das Ausgangssignal des Kraftstoffdrucksensors 29 wird durch einen entsprechenden A/D-Wandler 37 in den Eingangsport 35 eingegeben. Ferner ist an dem Partikelfilter 22 ein Temperatursensor 39 zum Erfassen der Temperatur des Partikelfilters 22 angebracht. Das Ausgangssignal dieses Temperatursensors 39 wird in den Einangsport 35 durch den entsprechenden AD-Wandler 37 eingegeben. Ferner ist an dem Partikelfilter 22 ein Drucksensor 43 zum Erfassen der Druckdifferenz zwischen dem Druck des Abgases stromauf des Partikelfilters 22 und dem Druck des Abgases stromabwärts desselben, d. h. des Druckabfalls an dem Partikelfilter 22, angebracht. Das Ausgangssignal des Drucksensors 43 wird durch einen entsprechenden AD-Wandler 37 in den Eingangsport 35 eingegeben.
Mit einem Fahrpedal 40 ist hingegen ein Lastsensor 41 zum Erzeugen einer Ausgangsspannung proportional zu dem Verstellweg L des Fahrpedals verbunden. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird in den Eingangsport 35 durch den entsprechenden AD-Wandler 37 eingegeben. Ferner ist der Eingangsport 35 mit einem Kurbelwinkelsensor 42 verbunden, der jedesmal einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn sich die Kurbelwelle um beispielsweise 30 Grad dreht. Der Ausgangsport 36 ist hingegen durch eine entsprechenden Ansteuerkreis 38 mit der Kraftstoffeinspritzdüse 6, dem Schritt motor 16 zum Ansteuern des Drosselventils, dem AGR-Steuerverventil 25 und der Kraftstoffpumpe 28 verbunden.
2A und 2b zeigen den Aufbau des Partikelfilters 22. Es ist zu beachten, daß 2A eine Vorderansicht des Partikelfilters 22 ist, wohingegen 2B eine seitliche Schnittansicht des Partikelfilters 22 ist. Wie in 2A und 2B gezeigt ist, bildet der Partikelfilter 22 eine Honigwabenstruktur aus und ist mit einer Mehrzahl von Abgasströmungskanälen 50, 51 versehen, die sich parallel zu einander erstrecken. Diese Abgasströmungskanäle bestehen aus Abgaseinströmkanälen 50 mit stromabwärtigen Enden, die durch Stopfen 52 abgedichtet sind, und Abgasausströmkanälen 51 mit stromauf befindlichen Enden, die durch Stopfen 52 abgedichtet sind. Es ist zu beachten, daß die schraffierten Abschnitte in 2A die Stopfen 53 darstellen. Daher sind Abgaseinströmkanäle 50 und die Abgasausströmkanäle 51 abwechselnd durch dünne Wandabschnitte 54 angeordnet. In anderen Worten sind die Abgaseinströmkanäle 50 und die Abgasausströmkanäle 51 so angeordnet, daß jeder Abgaseinströmkanal 50 von vier Abgasausströmkanälen 51 umgeben ist, und jeder Abgasausströmkanal 51 von vier Abgaseinströmkanälen 50 umgeben ist.
Der Partikelfilter 22 ist aus einem porösen Material, wie z. B. Cordierit, gebildet. Daher strömt das Abgas, das in die Abgaseinströmkanäle 50 strömt, heraus in die angrenzenden Abgasausströmkanäle 51 durch die umgebenden Trennwände 54, wie durch die Pfeile in 2B gezeigt ist.
Bei der ersten bis fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Trägerschicht, die z. B. aus Aluminiumoxid besteht, auf den Umfangsoberflächen der Abgaseinströmkanäle 50 und der Abgasausströmkanäle 51, d. h. den beiden Seitenoberflächen der Trennwände 54 und den Innenwänden der feinen Löcher in den Trennwänden 54, ausgebildet. Auf dem Träger werden ein Edelmetallkatalysator, wie z. B. Platin, oder ein Seltenerdkatalysator, wie z. B. Cer Ce, getragen. Es ist zu beachten, daß der Partikelfilter 22, der in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kein NO_x-Absorpti onsmittel trägt, das NO_x bei einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis absorbiert und NO_x bei einem fetten Kraftstoff-Luftverhältnis freisetzt.
Partikel, die in der Hauptsache aus im Abgas enthaltenen, festem Kohlenstoff bestehen, werden abgefangen und auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden. Die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel werden innerhalb eines Zeitraums zwischen 30 Sekunden bis zu einer Stunde aufeinanderfolgend zur Oxidation gebracht. Daher werden auf dem Partikelfilter 22 konstant Partikel abgeschieden. Wenn die Temperatur des Partikelfilters 22 auf einem Temperaturwert gehalten wird, bei dem die Partikel oxidiert werden können, beispielsweise bei zumindest 250°C, wenn die Menge der pro Zeiteinheit in den Partikelfilter 22 gesendeten Partikel nicht so groß ist, können die Partikel zum einen oder anderen Zeitpunkt oxidiert werden. Daher können in diesem Fall alle Partikel kontinuierlich oxidiert werden.
Wenn hingegen die Menge der pro Zeiteinheit in den Partikelfilter 22 geschickten Partikel einen großen Wert erreicht, oder wenn die Temperatur des Partikelfilters 22 abnimmt, steigt die Menge der nicht ausreichend oxidierten Partikel an, so daß die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel zunimmt. Im Ist-Betriebszustand erreicht die Menge der pro Zeiteinheit in den Partikelfilter 22 geschickten Partikel manchmal einen großen Wert, und die Temperatur des Partikelfilters 22 nimmt manchmal ab, so daß die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel allmählich ansteigt.
Anschließend wird das Ausmaß der Einfachheit der Oxidation der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel, d. h. die Partikeloxidation, unter Bezugnahme auf 3A und 3B erläutert. Es ist zu beachten, daß in 3A und 3B die Buchstaben A/F das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases darstellen, das in den Partikelfilter 22 einströmt. Bei der vorliegenden Erfindung wird das Verhältnis zwischen der Luft und dem Kraftstoff, die der Saugleitung, dem Verbrennungsraum 5 und dem Abgaskanal stromauf des Partikelfilters 22 zugeführt werden, als das „Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases" bezeichnet.
In 3A stellt die durchgehende Linie X₁ den Fall dar, wenn die Temperatur des Partikelfilters 22 verhältnismäßig niedrig ist, während die unterbrochene Linie X₂ den Fall darstellt, wo die Temperatur des Partikelfilters 22 hoch ist. Wenn sich auf dem Partikelfilter 22 Partikel abscheiden, bildet sich innerhalb der Masse von abgeschiedenen Partikeln eine große Anzahl von feinen Löchern oder Hohlräumen. Daher erreicht das Verhältnis zwischen dem Flächeninhalt S der Partikel innerhalb der Masse und dem Volumen V der Masse der Partikel, d. h. das Flächeninhalts-Volumenverhältnis S/V, einen beträchtlich hohen Wert. Daß das Flächeninhalts-Volumenverhältnis S/V groß ist, bedeutet, daß die Kontaktfläche zwischen den Partikeln und dem Sauerstoff groß ist und zeigt daher, daß die Oxidation der Partikel gut abläuft.
Wenn hingegen der Zustand, in dem das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F mager wird, kontinuierlich anhält, nachdem die Partikel abgefangen worden sind, häufen sich die Partikel an und die Größenabmessungen der Partikel nehmen allmählich zu. Folglich wird die Anzahl der feinen Löcher oder Hohlräume in der Masse der Partikel allmählich reduziert. Somit nimmt das Flächeninhalts-Volumenverhältnis S/V der Masse der Partikel allmählich ab, und folglich fällt die Oxidation der Partikel ab, wie durch X₁ und X₂ in 3A gezeigt ist. Die anhäufende Wirkung der Partikel verstärkt sich um so mehr, je höher die Temperatur ist. Wie in 3A gezeigt ist, fällt daher die Oxidation der Partikel in dem durch X₂ gezeigten Fall einer hohen Temperatur frühzeitiger ab als der Fall einer niedrigen Temperatur, der durch X₁ gezeigt ist. Wenn sich dieser Oxidationsrückgang der Partikel fortsetzen darf, wird es extrem schwierig für die Partikel, zu oxidieren, und folglich ist ein längerer Zeitraum erforderlich, um die abgeschiedenen Partikel zu verbrennen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, daß, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F angefettet wird, wie in 3A gezeigt ist, wenn die Oxidation der Partikel auf diese Weise zurückgeht, wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Die Gründe dafür sind zwar nicht klar, aber man nimmt an, daß die Anfettung des Kraftstoff-Luftverhältnisses A/F ähnlich der Aktivierungswirkung bei der Erzeugung von Koks ist. Das heißt, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F angefettet wird, ist der Sauerstoffanteil sehr gering, so daß das CO₂ oder H₂O in dem Abgas die Kohlenstoffverbindungen spaltet und dabei erneut eine große Anzahl von feinen Löchern und Hohlräumen gebildet wird. Versucht man tatsächlich, das Flächeninhalts-/Volumenverhältnis S/V der Masse der Partikel nach der Anfettung des Kraftstoff-Luftverhältnisses zu messen, ist das Flächeninhalts-/Volumenverhältnis S/V deutlich erhöht.
Es ist zu beachten, daß auch in diesem Fall der Angriff durch das CO₂ oder H₂O aggressiver ausfällt, wenn die Temperatur des Partikelfilters 22 hoch ist. Daher nimmt die Oxidation der Partikel zu, wenn die Temperatur des Partikelfilters 22, die durch die unterbrochene Linie Y₂ in 3B gezeigt ist, hoch ist verglichen zu dem Fall, wo die Temperatur des Partikelfilters 22, die durch die durchgehende Linie Y₁ gezeigt ist, niedrig ist.
Wird das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F auf diese Weise angefettet, wird die Oxidation der Partikel verbessert. Wenn die Partikel unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis kontinuierlich verbrennen, wird es daher möglich, einen Zustand einer einfachen Oxidation der Partikel beizubehalten, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis gelegentlich angefettet wird.
4 und 5 zeigen den grundsätzlichen Gedanken der Betriebssteuerung der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, daß bei 4 und 5 TF die Temperatur des Partikelfilters 22 darstellt.
Bei dem in 4 gezeigten Beispiel wird das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend auf fett geschaltet, wenn die Oxidation der Partikel auf die zulässige Grenzwert LL abfällt. Jedesmal, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis angefettet wird, steigt die Oxidation der Partikelfilter an. Wenn die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge UL überschreitet, wird eine Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt, um zu bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters 22 auf zumindest 600°C ansteigt und dann bei zumindest 600°C beibehalten wird, während der Zustand des mageren Kraftstoff-Luftverhältnisses beibehalten wird. Wenn die Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt wird, wird bewirkt, daß die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel sich entzünden und verbrennen.
Das heißt, daß bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Kraftstoff-Luftverhältnis-Schalteinrichtung zum vorübergehenden Schalten des Kraftstoff-Luftverhältnisses A/F des in den Partikelfilter 22 einströmenden Abgases von mager auf fett vorgesehen ist, um zu bewirken, daß die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel sich in bezug auf ihre Eigenschaft verändern in eine Eigenschaft mit leichter Oxidation, wenn die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft ändern, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen, ob die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge UL überschritten hat, und eine Temperatursteuereinrichtung, um einen Anstieg der Temperatur des Partikelfilters 22 unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis zu bewirken, so daß die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel durch Oxidation entfernt werden, wenn die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel die vorbestimmte Menge UL übersteigt.
Es ist zu beachten, daß es verschiedene Verfahren zum vorübergehenden Umschalten des Kraftstoff-Luftverhältnisses A/F von mager auf fett gibt. Zum Beispiel gibt es das Verfahren zum Anfetten des durchschnittlichen Kraftstoff-Luftverhältnisses in dem Verbrennungsraum 5, das Verfahren zum Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff in den Verbrennungsraum 5 nach dem Arbeitshub oder während des Auslaßhubs und das Verfahren zum Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff in den Abgaskanal stromauf des Partikelfilters 22.
Es gibt andererseits aber auch verschieden Verfahren, um zu bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters 22 ansteigt. Es gibt z. B. das Verfahren des Anordnens einer elektrischen Heizung am Ende stromauf des Partikelfilters 22 und des Verwendens der elektrischen Heizung zum Erwärmen des Partikelfilters 22 oder des Abgases, das in den Partikelfilter 22 strömt, das Verfahren des Einspritzens von Kraftstoff in den Abgaskanal stromauf des Partikelfilters 22 und des Bewirkens, daß der Kraftstoff verbrennt, um den Partikelfilter 22 zu erwärmen, und das Verfahren des Erhöhens der Temperatur des Abgases, um zu bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters 22 ansteigt.
Hier wird das letzte Verfahren, d. h. das Verfahren zum Bewirken, daß die Temperatur des Abgase ansteigt, kurz unter Bezugnahme auf 6 erläutert.
Ein Verfahren, das wirksam ist, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen, ist das Verfahren der Verzögerung des Kraftstoffeinspritzsteuerzeitpunkts auf nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungshubs. Das heißt, daß normalerweise der Hauptkraftstoff Q_m nahe des oberen Totpunkts des Verdichtungshubs eingespritzt wird, wie durch (I) in 6 gezeigt ist. In diesem Fall, wie durch (II) in 6 gezeigt ist, wenn der Einspritzsteuerzeitpunkt des Hauptkraftstoffs Q_m nach spät verstellt worden ist, wird die Nachbrenndauer länger, und die Temperatur des Abgases steigt daher an. Wenn die Temperatur des Abgases höher wird, steigt die Temperatur TF des Partikelfilters 22 zusammen mit derselben an.
Um zu bewirken, daß die Temperatur des Abgases ansteigt, wie durch (III) in 6 gezeigt ist, ist es ferner ebenso möglich, einen Zusatzkraftstoff Q_v nahe des oberen Totpunkts des Einlaßhubs zusätzlich zu dem Hauptkraftstoff Qm einzuspritzen. Wenn auf diese Weise ein Zusatzkraftstoff Q_v zusätzlich eingespritzt wird, nimmt der Kraftstoff, der verbrannt werden kann, um exakt die Menge des Zusatzkraftstoffs Q_v an, so daß die Temperatur des Abgases ansteigt und demzufolge die Temperatur TF des Partikelfilters 22 ansteigt.
Wenn hingegen auf diese Weise ein Zusatzkraftstoff Q_v nahe des oberen Totpunkts des Ansaughubs eingespritzt wird, bewirkt die Verdichtungswärme während des Verdichtungshubs die Erzeugung von Aldehyden, Ketonen, Peroxiden, Kohlenmonoxiden und anderen Zwischenprodukten. Diese Zwischenprodukte bewirken, daß die Reak tion des Hauptkraftstoffs Q_m beschleunigt wird. Daher wird in diesem Fall, wie durch (III) in 6 gezeigt ist, selbst wenn der Einspritzsteuerzeitpunkt des Hauptkraftstoffs Q_m deutlich nach spät verstellt wird, eine gute Verbrennung ohne Erzeugung von Fehlzündungen erreicht. Das heißt, da es möglich ist, den Einspritzsteuerzeitpunkt des Hauptkraftstoffs Q_m auf diese Weise deutlich nach spät zu verstellen, steigt die Temperatur des Abgases deutlich an, und daher kann bewirkt werden, daß die Temperatur TF des Partikelfilters 22 rasch ansteigt.
Wie durch (IV) von 6 gezeigt ist, ist es ferner ebenso möglich, einen Zusatzkraftstoff Q_p während des Arbeitshubs oder Auslaßhubs zusätzlich zu dem Hauptkraftstoff Q_m einzuspritzen. Das heißt, daß in diesem Fall der Hauptteil des Zusatzkraftstoffs Q_p nicht verbrannt wird, sondern in der Abgasleitung in Form von unverbranntem HC ausgestoßen wird. Dieser unverbrannte HC wird durch den Sauerstoffüberschuß auf dem Partikelfilter 22 oxidiert. Die zu diesem Zeitpunkt bei der Oxidationsreaktion entstandene Wärme bewirkt, daß die Temperatur des Partikelfilters 22 ansteigt.
Unter Verwendung des Verfahrens von (IV) von 6 wird in 4 bewirkt, daß die Temperatur des Partikelfilters 22 zum Verbrennen der abgeschiedenen Partikel ansteigt. Wie in 4 gezeigt ist, nimmt daher das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F nur geringfügig ab, wenn die Temperatur des Partikelfilters 22 erhöht werden soll, wie in 4 gezeigt ist.
Auch bei dem in 5 gezeigten Beispiel wird hingegen das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend auf fett geschaltet, wenn die Oxidation der Partikel auf eine zulässige Grenze LL abfällt. Jedesmal, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis angefettet wird, wird die Oxidation der Partikel verbessert. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel wird jedoch das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend von mager auf fett geschaltet, um die Oxidation der Partikel zu verbessern, wenn die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel die vorbestimmte Menge UL überschreitet. Anschließend wird die Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt, um die Temperatur des Partikelfilters 22 auf zumindest 600°C ansteigen zu lassen und dann dieselbe bei zumindest 600°C beizubehalten, während der Zustand des mageren Kraftstoff-Luftverhältnisses anhält. Auf diese Weise wird in dem Beispiel, das in 5 gezeigt ist, die Zeit zum Verbrennen er abgeschiedenen Partikel weiter verkürzt, da die abgeschiedenen Partikel beginnen, in dem Zustand mit der gesteigerten Oxidation der abgeschiedenen Partikel verbrannt zu werden.
Als Betriebssteuerung besteht die Möglichkeit, ein beliebiges der in 4 gezeigten Verfahren und das in 5 gezeigte Verfahren zu verwenden. Bei den nachstehend erwähnten Ausführungsformen erfolgt eine Erklärung, bei der der Fall der Verwendung des Verfahrens in 5 als Beispiel angeführt wird. Anschließend werden die Ausführungsformen aufeinanderfolgend erläutert.
7 und 8 zeigen eine erste Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird der Rückgang oder Anstieg der Oxidation der pro Zeiteinheit auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel berechnet, und es wird beurteilt, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung basierend auf diesem Abfall oder Anstieg der Oxidation in eine Eigenschaft geändert hat, bei der die Oxidation schwieriger ist.
Das heißt, wie unter Bezugnahme auf 3A und 3B erläutert wurde, daß, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F mager beibehalten wird, daß, je höher die Temperatur TF des Partikelfilters 22 ist, desto niedriger die Oxidation der Partikel ist. Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F fett ist, ist die Oxidation der Partikel um so größer, je höher die Temperatur TF des Partikelfilters 22 ist. Daher kann kurzum der Rückgang ΔDEO bei der Oxidation der Partikel pro Zeiteinheit wie in 7 gezeigt ausgedrückt werden. Das heißt, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F mager ist, wie durch die durchgehende Linie L gezeigt ist, daß der Rückgang ΔDEO der Oxidation der Partikel größer wird, je höher die Temperatur TF des Partikelfilters 22 wird. Wenn hingegen das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F fett ist, wie durch die durchgehende Linie R gezeigt ist, wird der Rückgang ΔDEO der Oxidation der Partikel negativ und der absolute Wert des Rückgangs ΔDEO, d. h. der Anstieg pro Zeiteinheit der Oxidation des Partikelfilters, wird stärker, je höher die Temperatur TF des Partikelfilters 22 ist.
Wenn daher der Rückgang ΔDEO der Oxidation der Partikel, wie in 7 gezeigt ist, pro Zeiteinheit berechnet wird und die berechneten Rückgänge ΔDEO kumulativ addiert werden, entsteht die Möglichkeit, den Rückgang der Oxidation der Partikel zu beurteilen. Wenn bei dieser Ausführungsform dieser Rückgang der Oxidation der Partikel eine zulässige Grenze XO entsprechend LL in 5 überschreitet, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend angefettet.
8 zeigt ein Flußdiagramm zur Ausführung der ersten Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 8 wird zunächst bei Schritt 100 der Rückgang ΔDEO bei der Oxidation der Partikel, der basierend auf 7 berechnet wurde, zu DEO addiert. Daher drückt dieser DEO den Rückgang der Oxidation der Partikel aus. Anschließend wird bei Schritt 101 beurteilt, ob der Rückgang DEO bei der Oxidation der Partikelfilter eine zulässige Grenze XO überschritten hat und ob die Temperatur TF des Partikelfilters 22 höher ist als die Temperatur T₀, bei der die Partikel oxidiert werden können, beispielsweise bei 250°C. Wenn DEO < XO oder TF ≤ T0, wird die Routine bei Schritt 102 fortgesetzt, wenn ein normaler Betrieb ausgeführt wird. Dabei werden die Partikel kontinuierlich bei einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis verbrannt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 105 fortgesetzt.
Wenn hingegen bei Schritt 101 beurteilt wird, daß DEO ≥ XO und TF > T0, wird die Routine bei Schritt 103 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Es ist zu beachten, daß, selbst wenn DEO ≥ XO, wenn TF ≤ T0, die Anfettungsverarbeitung nicht ausgeführt wird. Dann wird DEO bei Schritt 104 gelöscht. Anschließend wird die Routine bei Schritt 105 fortgesetzt.
Bei Schritt 105 wird beurteilt, ob die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, d. h. wenn der Druckabfall PD bei dem Partikelfilter 22, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, die zulässige Grenze PDX entsprechend der Obergrenze UL von 5 überschritten hat. Wenn PD > PDX wird die Routine bei Schritt 106 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Wenn diese Anfettungsverarbeitung endet, wird die Routine bei Schritt 107 fortgesetzt, wo eine Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt wird, um die Temperatur TF des Partikelfilters 22 auf zumindest 600°C steigen zu lassen und unter dem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis auf zumindest 600°C beizubehalten. Aufgrund dessen kann bewirkt werden, daß die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel verbrennen. Wenn die Regenerierung des Partikelfilters 22 abgeschlossen ist, wird die Temperaturanstiegssteuerung angehalten, und es wird wieder ein Normalbetrieb ausgeführt.
9 bis 16 zeigen eine zweite Ausführungsform. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Partikelmenge, bei der die Oxidation bei den auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikeln am meisten zurückgeht, unter Verwendung eines Modells berechnet. Wenn die Partikelmenge, bei der die Oxidation am stärksten zurückgeht, eine vorbestimmte Menge überschreitet, wird beurteilt, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel im Vergleich zum Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung in eine Eigenschaft geändert hat, bei der die Oxidation schwieriger ist.
Zunächst wird auf 9 Bezug genommen, wobei die durchgehende Linie Z in 9 die Beziehung zwischen der Oxidationsrate der Partikel auf dem Partikelfilter 22 zeigt, d. h. z. B. die Menge G der pro Minute durch Oxidation entfernbaren Partikel (g/min) und die Temperatur TF des Partikelfilters 22. Das heißt, daß in 9 die Kurve Z den Ausgleichspunkt zeigt, wo die Menge der zum Partikelfilter 22 strömenden Partikel mit der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel übereinstimmt. Zu diesem Zeitpunkt sind die Menge der einströmenden Partikel und die Menge der durch Oxidation entfernten Partikel gleich, so daß die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel konstant gehalten wird. Im Bereich I von 9 ist hingegen die Menge der einströmenden Partikel geringer als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel, so daß die Menge der abgeschiedenen Partikel geringer wird, während im Bereich II von 9 die Menge der einströmenden Partikel größer wird als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel, so daß die Menge der abgeschiedenen Partikel zunimmt.
10 ist eine schematische Darstellung, die den Zustand der abgeschiedenen Partikel modelliert, wenn die Menge der einströmenden Partikel mit der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel übereinstimmt. In 10 verweisen die entlang der Abszisse entlang verlaufenden Zahlen 1 bis 5 auf die Oxidation der abgeschiedenen Partikel. Die Oxidation wird bei der Zahl 1 angefangen bis zur Zahl 5 immer schlechter. Ferner zeigen in 10, W1, W2, W3, W4 und W5 die Mengen der zu bestimmten Zeitpunkten abscheidenden Partikel mit den Oxidationen 1, 2, 3, 4 und 5 an. WO1, WO2, WO3, WO4 und WO5 zeigen die Mengen der durch Oxidation entfernten Partikel nach einem bestimmten Zeitpunkt. WR1, WR2, WR3, WR4 und WR5 zeigen die Mengen der verbleibenden Partikel an, die bereits zu diesem Zeitpunkt abgeschiedenen worden sind.
Bei diesem Modell wird berücksichtigt, daß die in den Partikelfilter 22 einströmenden Partikel W1 durch Oxidation in dem Maße entfernt werden, das exakt WO1 im Verlauf einer bestimmten Zeit entspricht, so daß nur die Partikel WR1 verbleiben und diese Partikel WR1 in bezug auf die Oxidation von 1 auf 2 abfallen, dann werden die verbleibenden Partikel W2 durch Oxidation in dem Maße entfernt, das exakt WO2 im Verlauf einer bestimmten Zeit entspricht, so daß nur die Partikel WR2 verbleiben, und diese Partikel WR2 in bezug auf die Oxidation von 2 auf 3 abfallen. Wie aus 10 hervorgeht, stimmt daher dieses Modell W2 mit WR1 überein, W3 mit WR2, W4 mit WR3 und W5 stimmt mit WR4 überein.
Ferner werden bei diesem Modell die Verhältnisse WO1/W1, WO2/W2, WO3/W3, WO4/W4 und WO5/W5 der Mengen WO1, WO2, WO3, WO4 und WO5 der durch Oxidation im Verlauf einer bestimmten Zeit entfernbaren Partikel aus den Mengen der abgeschiedenen Partikel W1, W2, W3, W4 und W5 festgelegt. In diesem Fall gilt, daß, je mehr die Oxidation der Partikel abnimmt, um so kleiner sollen diese Verhältnisse angeblich werden. Bei diesem Modell wird WO1/W1 auf 60 Prozent eingestellt, WO2/W2 auf 57 Prozent, WO3/W3 auf 54 Prozent, WO4/W4 auf 52 Prozent und WO5/W5 auf 50 Prozent.
Da WO5/W5 50 Prozent beträgt, wird WR5/W5 ferner zu 50 Prozent. Die verbleibenden Partikel WR5 werden weiterhin über eine bestimmte Zeit durch Oxidation entfernt. In Anbetracht dessen wurde das in 10 gezeigte Modell erstellt.
Wenn hingegen die Menge der einströmenden Partikel größer wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wie in 11A gezeigt ist, werden das Verhältnis von WO1 zu W1, das Verhältnis von WO2 zu W2, das Verhältnis von WO3 zu W3, das Verhältnis von WO4 zu W4 und das Verhältnis von WO5 zu W5 im Vergleich zu dem Fall, der in 10 gezeigt ist, geringer. Infolgedessen steigen die Mengen der verbleibenden Partikel WR1, WR2, WR3, WR4 und WR5 im Vergleich zu dem Fall an, der in 10 gezeigt ist. Dauert diese Situation an, wie in 11B gezeigt ist, steigt die Menge der Partikel W5 mit der Oxidation 5 stark an.
Das heißt, daß es unter Berücksichtigung eines solchen Modells möglich wird, die Menge W5 der Partikel mit der schlechtesten Oxidation zu finden.
Anschließend wird das Verfahren zur Berechnung der Menge W5 der Partikel mit der schlechtesten Oxidation kurz erläutert.
12A und 12B zeigen die Fälle, wo der Ausgleichspunkt zwischen der Menge der einströmenden Partikel und der durch Oxidation entfernbaren Partikelmenge der Punkt A und der Punkt B in 9 sind. Die 12A und 12B zeigen die Zustände der Partikel genauso wie in 10, aber in 12A und 12B zeigt die Abszisse die Zeit an. Das heißt, daß in 12A die Abszisse 5 Minuten, 10 Minuten, 15 Minuten, 20 Minuten und 25 Minuten nach Einströmen der Partikel anzeigt. In 12B zeigt die Abszisse 2 Minuten, 4 Minuten, 6 Minuten, 8 Minuten und 10 Minuten nach Einströmen der Partikel an.
Im Vergleich zu Punkt A ist der Punkt B von 9 größer als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, d. h. die Menge der einströmenden Partikel, so daß die Menge W1 der Partikel in 12B größer wird als die Menge W1 der Partikel in 12A. Der Punkt B von 9 weist im Vergleich zu Punkt A hingegen eine höhere Temperatur TF des Partikelfilters 22 auf, so daß die Oxidation der Partikel frühzeitig abfällt. Trotzdem bedeutet die Tatsache, daß bewirkt wird, daß die Partikel durch Oxidation entfernt werden, bevor die Oxidation 5 erreicht, daß bewirkt wird, daß die Partikel frühzeitig durch Oxidation entfernt werden, wie durch 12B gezeigt ist.
Die Zeit Δt, die erforderlich ist, damit 60% der Partikel W1 durch Oxidation entfernt werden können, oder die Zeit Δt, die erforderlich ist, damit 57% der Partikel W2 durch Oxidation entfernt werden können, beträgt in 12A 5 Minuten und in 12B 2 Minuten. Auf diese Weise wird die Zeit Δt kürzer, je höher die Temperatur TF des Partikelfilters 22 ist, wie in 13 gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform werden die Mengen WR1, WR2, WR3, WR4 und WR5 der verbleibenden Partikel, jedesmal, wenn die Zeit Δt verstreicht, berechnet. Wenn die Menge WR5 der verbleibenden Partikel die zulässige Grenze WRX entsprechend der Untergrenze LL in 5 überschreitet, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend angefettet.
Ferner setzt die Berechnung der verbleibenden Partikel voraus, daß die Menge der einströmenden Partikel, d. h. die Menge der ausgestoßenen Partikel, die von dem Motor ausgestoßen werden, ermittelt werden soll. Diese Menge der ausgestoßenen Partikel ändert sich abhängig von dem Modell des Motors, wenn aber das Modell der Motors bestimmt wird, wird sie zu einer Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N. 14A zeigt die Menge der ausgestoßenen Partikel des Verbrennungsmotors, der in 1 gezeigt ist. Die Kurven M1, M2, M3, M4 und M5 zeigen die Mengen der ausgestoßenen Partikel (M1 < M2 < M3 < M4 < M5). In dem in 14A gezeigten Beispiel ist das Soll-Drehmoment TQ um so höher, je größer die Menge M der ausgestoßenen Partikel ist. Es ist zu beachten, daß die Menge M der ausgestoßenen Partikel, die in 14A gezeigt ist, in dem ROM 32 in Form des in 14B gezeigten Kennfelds im voraus als eine Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N gespeichert ist.
15 und 16 zeigen Flußdiagramme zur Ausführung der zweiten Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 15 und 16 wird zunächst bei Schritt 200 die Zeit Δt anhand der in 13 gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 201 die gesamte Menge ΣM der Menge M der ausgestoßenen Partikel zum Zeitpunkt Δt, wie in 14B gezeigt ist, berechnet. Anschließend wird bei Schritt 202 die gesamte Menge ΣG der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel zum Zeitpunkt Δt, die in 9 gezeigt ist, berechnet. Anschließend wird bei Schritt 203 beurteilt, ob die Zeit Δt verstrichen ist. Wenn die Zeit Δt verstrichen ist, wird die Routine bei Schritt 204 fortgesetzt.
Bei Schritt 204 werden die Mengen der durch Oxidation entfernbaren Partikel WO1 (= ΣG × 0,6), WO2 (= WR1 × 0,57), WO3 (= WR2 × 0,54), WO4 (= WR3 × 0,52) und WO5 (= WR4 × 0,5) berechnet. Anschließend werden bei Schritt 205 die verbleibenden Mengen der Partikel WR5, WR4, WR3, WR2 und WR1 basierend auf folgenden Beziehungen berechnet:
WR5 ← WR4 – WO5
WR4 ← WR3 – WO4
WR3 ← WR2 – WO3
WR2 ← WR1 – WO2
WR1 ← ΣM – WO1
Man nimmt an, daß die Bedeutungen dieser Beziehungen aus 10 deutlich werden, so daß auf einer Erläuterung derselben verzichtet wird.
Anschließend wird bei Schritt 206 beurteilt, ob die verbleibende Menge der Partikel WR5 eine zulässige Grenze WRX überschritten hat, und ob die Temperatur TR des Partikelfilters 22 höher ist als die Temperatur T₀, bei der die Partikel oxidiert werden können, beispielsweise 250°C. Wenn WR5 ≤ WRX oder TF ≤ T₀, wird die Routine bei Schritt 207 fortgesetzt, wo ein Normalbetrieb ausgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Partikel kontinuierlich unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis verbrannt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 210 fortgesetzt.
Wenn hingegen bei Schritt 206 beurteilt wird, ob WR5 > WRX und TR > T₀, wird die Routine bei Schritt 208 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung durchgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Es ist zu beachten, daß, selbst wenn WR5 > WRX, wenn TF ≤ T₀, die Anfettungsverarbeitung nicht durchgeführt wird. Anschließend wird bei Schritt 209 eine Initialisierung ausgeführt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 210 fortgesetzt.
Bei Schritt 210 wird beurteilt, ob die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, das heißt, ob der Druckabfall PD am Partikelfilter 22, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, die zulässige Grenze PDX entsprechend der UL von 5 überschritten hat. Wenn PD > PDX, wird die Routine bei Schritt 211 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Wenn diese Anfettungsverarbeitung abgeschlossen ist, wird die Routine bei Schritt 212 fortgesetzt, wo eine Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt wird, um die Temperatur TF des Partikelfilters 22 auf zumindest 600°C zu erhöhen auf zumindest 600°C bei dem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis beizubehalten. Aufgrund dessen kann bewirkt werden, daß die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel verbrennen. Wenn die Regeneration des Partikelfilters 22 abgeschlossen ist, wird die Temperaturanstiegssteuerung gestoppt und ein Normalbetrieb erneut ausgeführt.
17A, 17B und 17C und 18 zeigen eine dritte Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird einerseits der Druckabfall am Partikelfilter 22 geschätzt, während andererseits der Ist-Druckabfall am Partikelfilter 22 erfaßt wird und die Druckdifferenz zwischen dem geschätzten Druckabfall und dem Ist-Druckabfall verwendet wird, um zu beurteilen, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel in eine Eigenschaft geändert hat, mit der die Oxidation im Vergleich zum Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwieriger ist. Das heißt, wenn die Oxidation der Partikel abnimmt, werden die Partikel abgeschieden, ohne vollständig oxidiert zu werden, so daß der Druckabfall am Partikelfilter 22 ansteigt. Somit ist es möglich, zu beurteilen, ob die Oxidation der Partikel zurückgegangen ist.
Daher erfolgt zunächst eine Erläuterung des Verfahrens zum Abschätzen des Druckabfalls an dem Partikelfilter 22. Bei dieser Ausführungsform wird die gesamte Menge ΣWR der Partikel anhand der Menge M der ausgestoßenen Partikel und der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel berechnet. 17A zeigt die Beziehung zwischen der gesamten Menge ΣWR der Partikel und dem Druckabfall ΔPD im Standardzustand. Wenn daher die gesamte Menge ΣWR der Partikel ermittelt wird, wird der Druckabfall ΔPD bei Standardzustand anhand der in 17A gezeigten Beziehung ermittelt.
Selbst wenn hingegen die gesamte Menge ΣWR der Partikel identisch ist, wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 22 und die Menge GE des Abgases sich ändern, ändert sich der Druckabfall zusammen mit denselben. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Korrekturkoeffizient K für den Druckabfall ΔPD im Standardzustand im voraus im ROM 32 in Form eines Kennfelds gespeichert, wie in 17B gezeigt ist. Durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten K mit dem Druckabfall ΔPD werden der Druckabfall PDD entsprechend der Temperatur TF des Partikelfilters 22 und die Menge GE des Abgases berechnet.
Wenn die Oxidation der Partikel zurückgeht, wie in 17C gezeigt ist, wird der Ist-Druckabfall PD, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, höher als der berechnete Druckabfall PDD. Wenn bei der dritten Ausführungsform die Differenz dieser Druckabfälle (PD – PDD) eine Einstellung PX übersteigt, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend angefettet.
18 zeigt ein Flußdiagramm zum Ausführen der dritten Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 18 wird zunächst bei Schritt 300 die Menge M der ausgestoßenen Partikel anhand des in 14b gezeigten Kennfelds berechnet, und die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel wird anhand der in 9 gezeigten Beziehung berechnet. Anschließend wird bei Schritt 301 die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel von der Summe (M + WR) der Menge WR der zum Zeitpunkt des vorausgegangenen Verarbeitungszyklus abgeschiedenen Partikel und der Menge M der ausgestoßenen Partikel subtrahiert, um die aktuelle gesamte Menge ΣWR der abgeschiedenen Partikel zu berechnen (= M + WR) – G). Anschließend wird bei Schritt 302 ΣWR zu WR gemacht.
Anschließend wird bei Schritt 303 bestimmt, ob eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist. Wenn die vorbestimmte Zeit nicht verstrichen ist, springt die Routine auf Schritt 306, während, wenn die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, die Routine bei Schritt 304 fortgesetzt wird. Bei Schritt 304 wird der Druckabfall ΔPD anhand der in 17A gezeigten Beziehung basierend auf der Menge ΣWR der abgeschiedenen Partikel berechnet. Ein geschätzter Wert PDD des Druckabfalls wird anhand dieses Druckabfalls ΔPD und des in 17B gezeigten Korrekturkoeffizienten K berechnet. Anschließend wird bei Schritt 305 beurteilt, ob die Druckdifferenz (PD – PDD) zwischen dem Ist-Druckabfall PD, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, und dem geschätzten Wert PDD des Druckabfalls größer geworden ist als eine Einstellung PX, und ob die Temperatur TF des Partikelfilters 22 höher ist als die Temperatur T₀, bei der die Partikel oxidiert werden können, beispielsweise 250°C.
Wenn PD – PDD ≤ PX oder TF ≤ T₀, wird die Routine bei Schritt 306 fortgesetzt, wo ein Normalbetrieb ausgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Partikel kontinuierlich unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis verbrannt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 308 fortgesetzt.
Wenn hingegen bei Schritt 305 beurteilt wird, ob PD – PDD > PX und TF > T₀, wird die Routine bei Schritt 307 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Es ist zu beachten, daß selbst wenn PD – PDD > PX, wenn TF ≤ T₀, die Anfettungsverarbeitung nicht ausgeführt wird. Anschließend wird die Routine bei Schritt 308 fortgesetzt.
Bei Schritt 308 wird beurteilt, ob die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, das heißt, ob der Druckabfall PD am Partikelfilter 22, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, die zulässige Grenze PDX, die der Obergrenze UL von 5 entspricht, überschritten hat. Wenn PD > PDX, wird die Routine bei Schritt 309 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Wenn diese Anfettungsverarbeitung beendet ist, wird die Routine bei Schritt 310 fortgesetzt, wo eine Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt wird, um die Temperatur TF des Partikelfilters 22 auf zumindest 600°C steigen zu lassen und auf zumindest 600°C unter dem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis beizubehalten. Aufgrund dessen kann bewirkt werden, daß die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel verbrennen. Wenn die Regeneration des Partikelfilters 22 abgeschlossen ist, wird die Temperaturanstiegssteuerung gestoppt und erneut ein Normalbetrieb ausgeführt.
Die 19A, 19B und 19C und 20 zeigen eine vierte Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform wird die Temperatur TF des Partikelfilters 22 vorübergehend auf 450°C erhöht, um einen Teil der abgeschiedenen Partikel oxidieren zu lassen, und anhand des anschließenden Ausmaßes des Druckabfalls wird beurteilt, ob die Oxidation der Partikel zurückgegangen ist. Das heißt, wenn bewirkt wird, daß die Temperatur TF des Partikelfilters 22 ansteigt, wenn die Oxidation der Partikel hoch, oxidiert eine große Menge der abgeschiedenen Partikeln, aber wenn die Oxidation der Partikel niedrig ist, wird fast keines der abgeschiedenen Partikel oxidieren. Nachdem bewirkt worden ist, daß die Temperatur TF des Partikelfilters 22 ansteigt, wird daher der Druckabfall niedriger, wie durch PDD in 19A gezeigt ist, wenn die Oxidation der Partikel hoch ist, während höher wird, wie durch PD in 19A gezeigt ist, wenn die Oxidation der Partikel niedrig ist. Daher entsteht die Möglichkeit anhand der Differenz zwischen den Druckabfällen PD und PDD zu beurteilen, ob die Oxidation der Partikel zurückgegangen ist.
Insbesondere wird bei dieser Ausführungsform die Temperaturanstiegssteuerung des Partikelfilters 22 ausgeführt, wenn der Ist-Druckabfall PD, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, einen vorbestimmten Sollwert PDT erreicht. Dieser Sollwert PDT wird im voraus im ROM 32 als eine Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 19B gezeigt ist. Nachdem anschließend die Temperaturanstiegssteuerung beendet wird, wenn die Beurteilungs-Steuerzeitpunkt TK, der in 19A gezeigt ist, erreicht ist, werden der Ist-Druckabfall PD und der Druckabfall PDD verglichen, wenn die Oxidation der Partikel hoch ist. Dieser Druckabfall PDD wird als eine Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N im voraus im ROM 32 gespeichert, wie in 19C gezeigt ist. Wenn die Druckdifferenz (PD – PDD) eine Einstellung PXX übersteigt, wird bei dieser Ausführungsform bewirkt, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend angefettet wird
20 zeigt ein Flußdiagramm zur Ausführung der vierten Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 20 wird zunächst bei Schritt 400 beurteilt, ob der Ist-Druckabfall PD, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, einen Sollwert PDT erreicht hat, der in 19B gezeigt ist. Wenn PD nicht PDT ist, springt die Routine auf Schritt 404, während, wenn PD = PDT, die Routine bei Schritt 401 fortgesetzt wird. Bei Schritt 401 wird eine Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt, um zu bewirken, daß die Temperatur TF des Partikelfilters 22 vorübergehend ansteigt. Wenn die Temperaturanstiegssteuerung beendet ist, wird die Routine bei Schritt 402 fortgesetzt, wo beurteilt wird, ob der Beurteilungs-Steuerzeitpunkt TK, die in 19A gezeigt ist, erreicht worden ist. Wenn der Beurteilungs-Steuerzeitpunkt TK erreicht worden ist, wird die Routine bei Schritt 403 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob die Druckdifferenz (PD – PDD) zwischen dem Ist-Druck PD, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, und dem Druckabfall PDD, der anhand des Kennfelds, das in 19C gezeigt ist, ermittelt wird, größer geworden ist als eine Einstellung PXX, und ob die Temperatur TF des Partikelfilters 22 höher ist als die Temperatur T₀, bei der die Partikel oxidiert werden können, beispielsweise 250°C.
Wenn PP – PPD ≤ PXX oder TF ≤ T₀, wird die Routine bei Schritt 404 fortgesetzt, wenn ein Normalbetrieb ausgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Partikel kontinuierlich unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis verbrannt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 406 fortgesetzt.
Wenn bei Schritt 403 hingegen beurteilt wird, daß PP – PPD > PXX und TF > T₀, wird die Routine bei Schritt 405 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um zu bewirken, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Es ist zu beachten, daß selbst PP – PPD > PXX, wenn TF ≤ T₀, die Anfettungsverarbeitung nicht ausgeführt wird. Anschließend wird die Routine bei Schritt 406 fortgesetzt.
Bei Schritt 406 wird beurteilt, ob die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, d. h. ob der Druckabfall PD am Partikelfilter 22, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, die zulässige Grenze PDX, die der Obergrenze UL von 5 entspricht, überschritten hat. Wenn PD > PDX, wird die Routine bei Schritt 407 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um zu bewirken, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend angefettet wird. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Wenn diese Anfettungsverarbeitung beendet ist, wird die Routine bei Schritt 408 fortgesetzt, wo die Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt wird, um zu bewirken, daß die Temperatur TF des Partikelfilters 22 auf zumindest 600°C ansteigt und dort bei zumindest 600°C unter dem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis beibehalten wird. Aufgrund dessen kann bewirkt werden, daß die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel verbrennen. Wenn die Regeneration des Partikelfilters 22 abgeschlossen ist, wird die Temperaturanstiegssteuerung gestoppt und erneut ein Normalbetrieb ausgeführt.
Anschließend wird eine fünfte Ausführungsform erläutert. Es besteht die Möglichkeit, bis zu einem gewissen Grad vorherzusagen bzw. zu prognostizieren, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel in eine Eigenschaft geändert hat, mit der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwieriger ist. Zum Zeitpunkt des Motorstarts ist die Temperatur TF des Partikelfilters 22 niedrig, so daß eine große Menge von Partikeln auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen wird, ohne oxidiert zu werden. Diese Partikel oxidieren nicht sofort, selbst wenn die Temperatur des Partikelfilters 22 hoch wird. Daher wird weiterhin eine große Partikelmenge auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden. Während dieser Zeit tritt letzten Endes ein Rückgang der Oxidation der Partikel ein. Wenn ferner eine Hochgeschwindigkeitsbetriebsweise beibehalten wird, werden die Partikel über eine lange Zeit hinweg unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis einer hohen Temperatur ausgesetzt, und somit wird die Oxidation der Partikel zurückgehen. Zum Zeitpunkt des Motorstarts oder wenn die Hochgeschwindigkeitsbetriebsweise über eine vorbestimmte Zeit hinaus anhält, kann prognostiziert werden, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel in eine Eigenschaft verändert hat, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwieriger ist.
Wenn der Motor weiterhin mehr als eine bestimmte Zeit lang arbeitet, kann davon ausgegangen werden, daß die Oxidation der Partikel während dieser Zeit zurückgeht. Somit besteht auch die Möglichkeit, vorherzusagen, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel in eine Eigenschaft geändert hat, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwieriger ist, wenn auch die Motorbetriebszeit, der Gesamtwert der Motorumdrehungen oder die Fahrzeugreisedistanz vorbestimmte Werte überschreiten.
Wenn daher bei dieser Ausführungsform prognostiziert wird, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel in eine Eigenschaft verändert hat, bei der im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung die Oxidation schwieriger ist, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend angefettet.
21 zeigt ein Flußdiagramm zum Ausführen der fünften Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 21 wird zunächst bei Schritt 500 beurteilt, ob prognostiziert werden kann, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel 22 in eine Eigenschaft verändert hat, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwieriger ist, und ob die Temperatur TF des Partikelfilters 22 höher ist als die Temperatur T₀, bei der die Partikel oxidiert werden können, beispielsweise 250°C. Wenn nicht prognostiziert werden kann, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel in eine Eigenschaft verändert hat, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwieriger ist, oder ob TF ≤ T₀, wird die Routine bei Schritt 501 fortgesetzt, wo ein Normalbetrieb ausgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die Partikel unter eine mageren Kraftstoff-Luftverhältnis kontinuierlich verbrannt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 503 fortgesetzt.
Wenn hingegen prognostiziert werden kann, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel in eine Eigenschaft verändert hat, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwieriger ist, und ob TF > T₀, wird die Routine bei Schritt 502 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Es ist zu beachten, daß selbst wenn prognostiziert werden kann, ob sich die Eigenschaft der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel in eine Eigenschaft verändert hat, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwieriger ist, wenn TF ≤ T₀, wird die Anfettungsverarbeitung nicht ausgeführt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 503 fortgesetzt.
Bei Schritt 503 wird beurteilt, ob die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, d. h. ob der Druckabfall PD am Partikelfilter 22, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, die zulässige Grenze PDX, die der Obergrenze UL von 5 entspricht, überschritten hat. Wenn PD > PDX wird die Routine bei Schritt 504 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung A/F ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Wenn diese Anfettungsverarbeitung abgeschlossen ist, wird die Routine bei Schritt 505 fortgesetzt, wo eine Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt wird, um die Temperatur TF des Partikelfilters 22 auf zumindest 600°C zu erhöhen und bei zumindest 600°C unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis beizubehalten. Aufgrund dessen kann bewirkt werden, daß die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel verbrennen. Wenn die Regeneration des Partikelfilters 22 abgeschlossen ist, wird die Temperaturanstiegssteuerung gestoppt und erneut ein Normalbetrieb ausgeführt.
Anschließend wird das Verfahren einer Niedertemperaturverbrennung, die für die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung geeignet ist, kurz unter Bezugnahme auf 22 bis 24 beschrieben.
Wenn die AGR-Rate (Menge des AGR-Gases/Menge des AGR-Gases + Menge der Ansaugluft) bei dem in 1 gezeigten Verbrennungsmotor erhöht wird, nimmt die Raucherzeugungsmenge allmählich zu und erreicht einen Spitzenwert. Wenn die AGR-Rate weiter erhöht wird, fällt dieses Mal die Raucherzeugungsmenge rasch ab. Dies wird unter Bezugnahme auf 22 erläutert, die die Beziehung zwischen der AGR-Rate und dem Rauch beim Ändern des Grads der Abkühlung des AGR-Gases darstellt. Es ist zu beachten, daß in 22 die Kurve A den Fall der Zwangskühlung des AGR-Gases darstellt, um die Temperatur des AGR-Gases bei etwa 90°C zu halten, die Kurve B den Fall der Kühlung des AGR-Gases durch eine kleindimensionale Kühlvorrichtung zeigt und die Kurve C den Fall einer nicht erfolgenden Zwangskühlung des AGR-Gases zeigt.
Wie durch die Kurve A von 22 gezeigt ist, erreicht die Raucherzeugungsmenge bei der Zwangskühlung des AGR-Gases einen Spitzenwert, wobei die AGR-Rate auf etwas unter 50 Prozent abfällt. In diesem Fall wird nahezu kein Rauch mehr erzeugt, wenn die AGR-Rate auf mehr als etwa 55 Prozent eingestellt wird. Wie hingegen durch die Kurve B von 22 gezeigt ist, erreicht die Raucherzeugungsmenge, wenn das AGR-Gas leicht abgekühlt wird, einen Spitzenwert, wobei die AGR-Rate etwas höher als 50 Prozent liegt. Wird in diesem Fall die AGR-Rate bei zumindest etwa 65 Prozent eingestellt, wird fast kein Rauch mehr erzeugt. Wie ferner durch die Kurve C in 22 gezeigt ist, wenn das AGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird, erreicht die Raucherzeugungsmenge nahe einer AGR-Rate von 55 Prozent einen Spitzenwert. In diesem Fall wird nahezu kein Rauch mehr erzeugt, wenn die AGR-Rate auf zumindest etwa 70 Prozent eingestellt wird.
Der Grund, warum die auf diese Weise erfolgende Einstellung der AGR-Gasrate auf zumindest 55 Prozent zur Folge hat, daß kein Rauch mehr erzeugt wird, ist der, daß die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung aufgrund der endothermen Wirkung des AGR-Gases nicht so hoch wird, d. h. eine Niedertemperaturverbrennung ausgeführt wird, und dabei der Kohlenwasserstoff nicht zu Ruß wird.
Diese Niedertemperaturverbrennung weist die Besonderheit auf, daß sie es möglich macht, die Erzeugungsmenge von NOx zu verringern, während die Raucherzeugung ungeachtet des Kraftstoff-Luftverhältnisses unterdrückt wird. Das heißt, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis angefettet wird, liegt Kraftstoff im Überschuß vor, jedoch wird die Verbrennungstemperatur auf eine niedrige Temperatur unterdrückt, so daß der überschüssige Kraftstoff nicht zu Ruß wird, und somit wird kein Rauch erzeugt. Ferner wird dabei zudem eine extrem geringe Menge NO_x erzeugt. Wenn das Durchschnitts-Kraftstoff-Luftverhältnis hingegen mager ist oder es sich bei dem Kraftstoff-Luftverhältnis um das stöchiometrische Verhältnis handelt, wird eine geringe Rußmenge erzeugt, wenn die Verbrennungstemperatur hoch ansteigt. Unter einer Niedertemperaturverbrennung wird aber die Verbrennungstemperatur auf eine niedrige Temperatur unterdrückt, so daß überhaupt kein Rauch erzeugt wird und nur eine sehr geringe Menge von NO_x erzeugt wird.
Wenn das Soll-Drehmoment TQ des Motors jedoch höher wird, d. h., wenn die Menge der Kraftstoffeinspritzung zunimmt, wird die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung ansteigen, so daß sich eine Niedertemperaturverbrennung schwierig gestaltet. Das heißt, daß die Niedertemperaturverbrennung nur zum Zeitpunkt des mittleren und unteren Teillastbetriebs möglich ist, wo die Menge der durch die Verbrennung erzeugten Wärme relativ gering ist. In 23A zeigt der Bereich I den Betriebsbereich, wo eine erste Verbrennung, bei der die Menge an inertem Gas des Verbrennungsraums 5 größer ist als die Menge des inerten Gases, wobei die Rußerzeugung einen Spitzenwert erreicht, d. h. eine Niedertemperaturverbrennung, ausgeführt werden kann, während der Bereich II den Betriebsbereich zeigt, wo nur eine zweite Verbrennung, bei der die Menge des inerten Gases des Verbrennungsraums 5 geringer ist als die Menge des inerten Gases, wo die Rußerzeugungsmenge einen Spitzenwert erreicht, d. h. daß eine normale Verbrennung, ausgeführt werden kann.
23B zeigt das Soll-Kraftstoff-Luftverhältnis A/F in dem Fall einer Niedertemperaturverbrennung in dem Betriebsbereich I. 24 zeigt den Öffnungsgrad des Drosselventils 17, den Öffnungsgrad des AGR-Steuerungsventils 25, die AGR-Rate, das Kraftstoff-Luftverhältnis, den Einspritz-Startsteuerzeitpunkt θS, den Einspritzende-Steuerzeitpunkt θE und die Einspritzmenge, die dem Soll-Drehmoment TQ entspricht, in dem Fall der Niedertemperaturverbrennung in dem Betriebsbereich I. Es ist zu beachten, daß 24 den Öffnungsgrad des Drosselventils 17 etc. zum Zeitpunkt der Normalverbrennung, die in dem Betriebsbereich II ausgeführt wird, zeigt.
Anhand von 23B und 24 ist zu ersehen, daß, wenn eine Niedertemperaturverbrennung in dem Betriebsbereich I ausgeführt wird, die AGR-Rate bei zumindest 55 Prozent eingestellt wird und das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F von 15,5 auf ein mageres Kraftstoff-Luftverhältnis von etwa 18 umgeändert wird. Wie vorstehend beschrieben, wird nahezu kein Rauch, d. h. keine Partikel, ausgestoßen, wenn eine Niedertemperaturverbrennung ausgeführt wird. Daher besteht der Vorteil, daß es möglich ist, ein Aufbauen einer großen Partikelmenge auf dem Partikelfilter 22 zu vermeiden.
Wird ferner eine Niedertemperaturverbrennung angewendet, kann das Kraftstoff-Luftverhältnis in dem Verbrennungsraum 5 angefettet werden, ohne eine große Rußmenge, d. h. eine große Partikelmenge, zu erzeugen. Wenn es sich daher bei dem Motorbetriebszustand um den zweiten Betriebsbereich II handelt, der in 23A gezeigt ist, wenn beurteilt oder prognostiziert wird, ob das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend angefettet werden soll, um die Oxidation der Partikel zu erhöhen, ist es zu bevorzugen, daß das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F erst angefettet werden soll, wenn der Motorbetriebsbereich in den ersten Betriebsbereich I verschoben worden ist, sondern daß das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F angefettet wird, nachdem der Motorbetriebszustand sich in den ersten Betriebsbereich I verschoben worden ist.
25 bis 30 zeigen verschiedene Ausführungsformen des Falls, wo der Partikelfilter 22 keinen Katalysator trägt. Wenn der Partikelfilter 22 keinen Katalysator trägt, wie in 25 gezeigt ist, steigt die Oxdiationsrate der Partikel an, d. h. die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel steigt bei einer Temperatur TF des Partikelfilters 22 nahe 600°C rasch an. Wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 22 weniger als 600°C beträgt, werden die Partikel auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden, ohne durch Oxidation entfernt zu werden. Bei einem selbstzündenden Verbrennungsmotor ist die Temperatur TF des Partikelfilters 22 normalerweise erheblich geringer als 600°C. Wenn daher ein Partikelfilter 22 verwendet wird, der keinen Katalysator trägt, werden die Partikel weiterhin auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden.
Wenn daher ein Partikelfilter 22, der keinen Katalysator trägt, verwendet wird, nimmt die Oxidation der abgeschiedenen Partikel leichter ab. Auch in diesem Fall muß daher das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F gelegentlich vorübergehend angefettet werden, um die Oxidation der abgeschiedenen Partikel zu steigern.
26 und 27 zeigen eine sechste Ausführungsform, die dem Fall angepaßt ist, wo der Partikelfilter 22 keinen Katalysator zeigt. 26 zeigt die Menge W der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel. Die Bezugszeichen und Symbole in 26 sind identisch mit jenen in 10. Wenn der Partikelfilter 22 keinen Katalysator trägt, werden die einströmenden Partikel W1 allesamt zu den verbleibenden Partikeln WR1. Diese verbleibenden Partikel WR1 werden mit dem jeweiligen Verstreichen der Zeiteinheit sukzessive in die Partikel WR2, WR3, WR4 und WR5 mit der schlechten Oxidation geändert. Daher nimmt die Menge WR5 der Partikel mit der schlechtesten Oxidation allmählich zu. Bei dieser Ausführungsform wird das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F allmählich angefettet, um die Oxidation der Partikel zu erhöhen, wenn die Menge WR5 der verbleibenden Partikel eine zulässige Grenze WRXX überschreitet.
27 zeigt ein Flußdiagramm zum Ausführen der sechsten Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 27 werden zunächst bei Schritt 600 die verbleibenden Partikelmengen WR5, WR4, WR3, WR2 und WR1 basierend auf den folgenden Beziehungen berechnet:
WR5 ← WR5 + WR4
WR4 ← WR3
WR3 ← WR2
WR2 ← WR1
WR1 ← M
Hier handelt es sich bei der vorstehenden Menge M um die Menge der ausgestoßenen Partikel, die anhand des Kennfelds von 14B berechnet wurden.
Anschließend wird bei Schritt 601 beurteilt, ob die verbleibende Menge der Partikel WR5 mit der geringsten Oxidation eine zulässige Grenze WRXXX überschritten hat, und ob die Temperatur TF des Partikelfilters 22 höher ist als die Temperatur T₀, bei der die Partikel oxidiert werden können, beispielsweise 250°C. Wenn WR5 ≤ WRXX oder TF ≤ T₀, wird die Routine bei Schritt 602 fortgesetzt, wo ein normaler Betrieb ausgeführt wird. Dabei werden die Partikel kontinuierlich unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis verbrannt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 605 fortgesetzt.
Wenn bei Schritt 601 hingegen beurteilt wird, ob WR5 > WRXX und TF > T₀, wird die Routine bei Schritt 603 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um da Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Es ist zu beachten, daß, wenn WR5 > WRXX, wenn TF ≤ T₀, die Anfettungsverarbeitung nicht ausgeführt wird. Dann wird bei Schritt 604 eine Initialisierung ausgeführt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 605 ausgeführt.
Bei Schritt 605 wird beurteilt, ob die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedene Partikelmenge eine vorbestimmte Menge überschritten hat, d. h. ob der Druckabfall PD am Partikelfilter 22, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, die zulässige Grenze PDX, die der Obergrenze UL von 5 entspricht, überschritten hat. Wenn PD > PDX wird die Routine bei Schritt 606 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederhergestellt. Wenn diese Anfettungsverarbeitung endet, wird die Routine bei Schritt 607 fortgesetzt, wo eine Temperaturanstiegssteuerung aus geführt wird, um die Temperatur TF des Partikelfilters 22 auf zumindest 600°C ansteigen zu lassen und dort bei zumindest 600°C unter dem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis zu halten. Aufgrund dessen können die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel zum Brennen gebracht werden. Wenn die Regeneration des Partikelfilters 22 abgeschlossen ist, wird die Temperaturanstiegssteuerung gestoppt und erneut ein normaler Betrieb ausgeführt.
Anschließend erfolgt eine Erläuterung einer siebten Ausführungsform. Wenn die Partikel in den Partikelfilter 22 einströmen, werden diese Partikel früher oder später zu den verbleibenden WR5 mit der geringsten Oxidation. Daher ist es möglich, die Menge WR5 der verbleibenden Partikel mit der geringsten Oxidation anhand der Menge der Partikel, die in den Partikelfilter 22 einströmen, auf ein bestimmtes Maß zu schätzen. Wenn daher bei dieser Ausführungsform die Gesamtmenge der Partikelmengen, die in den Partikelfilter 22 einströmen, eine Einstelllung MX übersteigt, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend angefettet.
28 zeigt ein Flußdiagramm zum Ausführen der siebten Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf 28 wird zunächst bei Schritt 700 die Menge M der ausgestoßenen Partikel, die anhand des in 14B gezeigten Kennfelds berechnet wird, zu ΣM hinzuaddiert. Daher drückt ΣM den Gesamtwert der Partikelmengen aus, die in den Partikelfilter 22 strömen. Anschließend wird bei Schritt 701 beurteilt, ob der Gesamtwert ΣM der Mengen der Partikel, die in den Partikelfilter 22 einströmen, die Einstellung MX überschritten hat, und ob die Temperatur TF des Partikelfilters 22 höher ist als die Temperatur T₀, bei der die Partikel oxidiert werden können, beispielsweise 250°C. Wenn ΣM ≤ MX oder TF ≤ T₀, wird die Routine bei Schritt 702 fortgesetzt, wo ein Normalbetrieb ausgeführt wird. Dabei werden die Partikel kontinuierlich unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis verbrannt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 705 fortgesetzt.
Wenn hingegen bei Schritt 701 beurteilt wird, ob ΣM > MX und TF > T₀, wird die Routine bei Schritt 703 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Es ist zu beachten, daß, selbst wenn ΣM > MX, wenn TF ≤ T₀, die Anfettungsverarbeitung nicht ausgeführt wird. Dann wird bei Schritt 704 ΣM gelöscht. Anschließend wird die Routine bei Schritt 705 fortgesetzt.
Bei Schritt 705 wird beurteilt, ob die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedene Partikelmenge eine vorbestimmte Menge überschritten hat, d. h. ob der Druckabfall PD am Partikelfilter 22, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, die zulässige Grenze PDX, die der Obergrenze UL von 5 entspricht, überschritten hat. Wenn PD > PDX wird die Routine bei Schritt 706 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Wenn diese Anfettungsverarbeitung endet, wird die Routine bei Schritt 707 fortgesetzt, wo eine Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt wird, um die Temperatur TF des Partikelfilters 22 auf zumindest 600°C ansteigen zu lassen und sie unter dem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis auf zumindest 600°C beizubehalten. Aufgrund dessen kann bewirkt werden, daß die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel verbrennen. Wenn die Regeneration des Partikelfilters 22 abgeschlossen ist, wird die Temperaturanstiegssteuerung gestoppt und erneut ein Normalbetrieb ausgeführt.
29 und 30 zeigen ein achtes Ausführungsbeispiel. Wenn Partikel in den Partikelfilter 22 strömen, werden die Partikel, wie vorstehend erläutert, früher oder später zu den verbleibenden Partikeln WR5 mit der geringsten Oxidation. Daher ist es möglich, die Menge WR5 der verbleibenden Partikel mit der geringsten Oxidation anhand des Gesamtwerts der in den Partikelfilter 22 einströmenden Partikelmengen abzuschätzen. In anderen Worten besteht die Möglichkeit, die Menge WR5 der verbleibenden Partikel mit der geringsten Oxidation anhand des Anstiegs des Druckabfalls am Partikelfilter 22 abzuschätzen. Daher wird bei dieser Ausführungsform das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend angefettet, wenn der Ist-Druckabfall PD am Partikel filter 22 eine Einstellung DPTT überschreitet. Wenn die Anfettungsverarbeitung des Kraftstoff-Luftverhältnisses A/F in diesem Fall beendet wird, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F vorübergehend erneut angefettet, indem bewirkt wird, daß die Einstellung DPTT um exakt ΔD ansteigt.
Die anfängliche Einstellung DPTT wird im voraus im ROM 32 in der Form eines Kennfelds als eine Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 29A gezeigt ist. Der Anstieg ΔD in der Einstellung DPTT wird ebenso im voraus im ROM 32 in der Form eines Kennfelds als eine Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N gespeichert, wie in 29B gezeigt ist.
30 zeigt ein Flußdiagramm zum Ausführen des achten Ausführungsbeispiels.
Unter Bezugnahme auf 30 wird zunächst bei Schritt 800 beurteilt, ob der Ist-Druckabfall PD, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, größer ist als die Einstellung DPTT, die anhand des Kennfelds von 29A berechnet wird, und ob die Temperatur TF des Partikelfilters 22 höher ist als die Temperatur T₀, bei der die Partikel oxidiert werden können, beispielsweise 250°C. Wenn DP ≤ DPTT oder TF ≤ T₀, wird die Routine bei Schritt 801 fortgesetzt, wo ein Normalbetrieb ausgeführt wird. Dabei werden die Partikel kontinuierlich unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis verbrannt. Anschließend wird die Routine bei Schritt 804 fortgesetzt.
Wenn hingegen bei Schritt 800 beurteilt wird, ob DP > DPTt und TF > T₀, wird die Routine bei Schritt 802 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Es ist zu beachten, daß, selbst wenn DP > DPTT, wenn TF ≤ T₀, die Anfettungsverarbeitung nicht ausgeführt wird. Anschließend wird bei Schritt 803 der Anstieg ΔD, der anhand des Kennfelds von 29B berechnet wird, der Einstellung DPTT hinzuaddiert, und das addierte Ergebnis wird zur neuen Einstellung DPTT gemacht. Anschließend wird die Routine bei Schritt 804 fortgesetzt.
Bei Schritt 804 wird beurteilt, ob die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedene Partikelmenge eine vorbestimmte Menge überschritten hat, d. h., ob der Druckabfall PD am Partikelfilter 22, der durch den Drucksensor 43 erfaßt wird, ein zulässige Grenze PDX, die der Obergrenze UL in 5 entspricht, überschritten hat. Wenn PD > PDX, wird die Routine bei Schritt 805 fortgesetzt, wo eine Anfettungsverarbeitung ausgeführt wird, um das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F anzufetten. Aufgrund dessen wird die Oxidation der Partikel wiederaufgenommen. Wenn diese Anfettungsverarbeitung beendet ist, wird die Routine bei Schritt 806 fortgesetzt, wo eine Temperaturanstiegssteuerung ausgeführt wird, um die Temperatur TF des Partikelfilters 22 auf zumindest 600°C ansteigen zu lassen und sie auf zumindest 600°C unter dem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis beizubehalten. Aufgrund dessen kann bewirkt werden, daß die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel verbrennen. Wenn die Regeneration des Partikelfilters 22 abgeschlossen ist, wird die Temperaturanstiegssteuerung gestoppt und erneut ein Normalbetrieb ausgeführt.
Wie vorstehend erörtert, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, zu bewirken, daß die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel in kurzer Zeit verbrannt werden können.

4: Kolben
5: Verbrennungsraum
6: Kraftstoffeinspritzdüse
7: Einlaßventil
9: Auslaßventil
12: Druckluftbehälter
14: Abgasturbolader
17: Drosselventil
20: Abgasleitung
22: Partikelfilter
25: AGR-Steuerventil
43: Drucksensor

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, bei dem ein Partikelfilter (22) zum Abfangen und Entfernen von Partikeln in einem Abgas in einer Motorabgasleitung (20) angeordnet ist und bei dem ein Verbrennen unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis fortgesetzt wird, wobei die Vorrichtung eine Prognoseeinrichtung zum Prognostizieren, ob sich die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, eine Kraftstoff-Luftverhältnis-Schalteinrichtung zum vorübergehenden Schalten des Kraftstoff-Luftverhältnisses des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases von mager auf fett, um zu bewirken, daß die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändern, mit der die Oxidation leicht ist, wenn prognostiziert wird, daß die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft geändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen, ob die Menge der auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, und eine Temperatursteuereinrichtung aufweist zum Bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters (22) unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis ansteigt, um die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel durch Oxidation zu entfernen, wenn die Menge der auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedene Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoff-Luftverhältnis-Schalteinrichtung das Kraftstoff-Luftverhältnis nicht von mager auf fett schaltet, wenn die Temperatur des Partikelfilters (22) niedriger ist als eine vorbestimmte Temperatur, selbst wenn prognostiziert wird, daß die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Prognoseeinrichtung prognostiziert, daß die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung, zum Zeitpunkt des Motorstarts, oder wenn ein Hochdrehzahlbetrieb für zumindest eine vorbestimmte Zeit fortgesetzt worden ist, schwerer ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Prognoseeinrichtung prognostiziert, daß die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, wenn eine Betriebszeit eines Motors, ein Gesamtwert der Motorumdrehungen oder eine Fahrzeuglaufdistanz einen vorbestimmten Wert überschritten hat.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Katalysator auf dem Partikelfilter getragen wird.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, bei der ein Partikelfilter (22) zum Abfangen und Entfernen von Partikeln in einem Abgas in einer Motorabgasleitung (20) angeordnet ist, und bei der ein Verbrennen unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis fortgesetzt wird, wobei die Vorrichtung eine erste Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen, ob die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft geändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, eine Kraftstoff-Luftverhältnis-Schalteinrichtung zum vorübergehenden Schalten des Kraftstoff-Luftverhältnisses des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases von mager auf fett, um zu bewirken, daß die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändern, mit der die Oxidation leicht ist, wenn beurteilt wird, daß die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, eine zweite Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen, ob die Menge der auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, und eine Temperatursteuereinrichtung aufweist zum Bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters (22) unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis ansteigt, um die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel durch Oxidation zu entfernen, wenn die Menge der auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschreitet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Kraftstoff-Luftverhältnis-Schalteinrichtung das Kraftstoff-Luftverhältnis nicht von mager auf fett schaltet, wenn die Temperatur des Partikelfilters niedriger ist als eine vorbestimmte Temperatur, selbst wenn beurteilt wird, daß die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung ferner mit einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Rückgangs und einer Zunahme der Oxidation pro Zeiteinheit der auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel versehen ist, und wobei die erste Beurteilungseinrichtung beurteilt, ob die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, basierend auf dem Rückgang und dem Anstieg der Oxidation.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung ferner mit einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Menge von Partikeln mit dem größten Oxidationsrückgang bei den auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikeln durch Verwendung eines Modells versehen ist, und wobei die erste Beurteilungseinrichtung beurteilt, ob die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, wenn die Partikelmenge mit dem größten Rückgang bei der Oxidation eine vorbestimmte Menge überschreitet.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Vorrichtung ferner mit einer Abschätzeinrichtung zum Abschätzen eines Druckabfalls in dem Partikelfilter und einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Istdruckabfalls in dem Partikelfilter versehen ist, und wobei die erste Beurteilungseinrichtung beurteilt, ob die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändern, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, anhand der Druckdifferenz zwischen dem Druckabfall, der durch die Abschätzeinrichtung abgeschätzt wurde, und dem Ist-Druckabfall, der durch die Erfassungseinrichtung erfaßt wurde.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Abschätzeinrichtung die Menge der auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel anhand der in den Partikelfilter (22) einströmenden Partikel und die Temperatur des Partikelfiltes (22) abschätzt, und den Druckabfall in dem Partikelfilter (22) anhand der Menge der abgeschiedenen Partikel abschätzt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung ferner mit einer Temperaturerhöhungseinrichtung zum Bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters (22) vorübergehend ansteigt, versehen ist, um die Partikel auf dem Partikelfilter (22) teilweise durch Oxidation zu entfernen, und wobei die erste Beurteilungseinrichtung beurteilt, ob die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft geändert haben, bei der die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, anhand der Druckdifferenz nach der Beendung des Temperaturerhöhungsvorgangs durch die Temperaturerhöhungseinrichtung.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei die erste Beurteilungseinrichtung bewirkt, daß die Temperatur des Partikelfilters (22) durch die Temperaturerhöhungseinrichtung vorübergehend ansteigt, wenn der Ist-Druckabfall, der durch die Erfassungseinrichtung erfaßt wird, einen Sollwert erreicht, der im voraus gespeichert wird, und beurteilt, ob die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändert haben, beider die Oxidation im Vergleich zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Abscheidung schwerer ist, anhand der Druckdifferenz zwischen dem Druckabfall nach der Beendung des im voraus gespeicherten Temperaturerhöhungvorgangs und dem Ist-Druckabfall, der durch die Erfassungseinrichtung erfaßt wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Katalysator auf dem Partikelfilter (22) getragen wird.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, bei der ein Partikelfilter (22) zum Abfangen und Entfernen von Partikeln in einem Abgas in einer Motorabgasleitung (20) angeordnet ist, und bei der ein Verbrennen unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis fortgesetzt wird, wobei die Vorrichtung eine Kraftstoff-Luftverhältnis-Schalteinrichtung zum vorübergehenden Schalten des Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases von mager auf fett, eine Beurteilungseinrichtung zum Beurteilen, ob die Menge der auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten hat, und eine Temperatursteuereinrichtung aufweist zum Bewirken, daß die Temperatur des Partikelfilters (22) unter einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis ansteigt, um die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel durch Oxidation zu entfernen, nachdem das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases vorübergehend von mager auf fett umgeschaltet wurde, um zu bewirken, daß die auf dem Partikelfilter (22) abgeschie denen Partikel sich in ihrer Eigenschaft in eine Eigenschaft verändern, bei der die Oxidation leicht ist, wenn die auf dem Partikelfilter (22) abgeschiedenen Partikel eine vorbestimmte Menge überschritten haben.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 15, wobei ein Katalysator auf dem Partikelfilter (22) getragen wird.