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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungseinrichtung für einen
Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Steuern dieser Einrichtung.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Als
eine Abgasreinigungseinrichtung zur Reinigung eines Abgases in einem
Verbrennungsmotor ist eine Art bekannt, in welcher mehrere Katalysatoren
zur Reinigung des Abgases parallel in Abgaskanälen angeordnet sind. Bei solch
einer Abgasreinigungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor können Katalysatoren
mit einer oxidativen Funktion wie Stickoxid(NOx)-Katalysatoren parallel
angeordnet sein.
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Der
NOx-Katalysator kann das Abgas reinigen, das von einem Verbrennungsmotor
wie einem Dieselmotor und einem Ottomotor in einem Mager-Betrieb
abgelassen wird, die in einem mageren Betriebszustand betrieben
werden können.
Der NOx-Katalysator enthält
zum Beispiel einen selektiv reduzierenden NOx-Katalysator und einen
NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ.
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Der
NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ führt eine Absorptions- und Emissionstätigkeit
durch. Das heißt,
der NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ absorbiert Stickoxide
(NOx) bei einer hohen Sauerstoffkonzentration des einströmenden Abgases
und emittiert das absorbierte NOx und reduziert das NOx zu Stickstoff
(N2) bei einer niedrigen Sauerstoffkonzentration
des einströmenden
Abgases.
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Bei
dem NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases in dem Verbrennungsmotor bei einem Normalbetrieb mager, sodass
das NOx in dem Abgas in dem NOx-Katalysator absorbiert wird. Allerdings, wenn
das Abgas bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis kontinuierlich dem NOx-Katalysator zugeführt wird,
reicht die in dem NOx-Katalysator
absorbierte NOx-Menge eine Sättigungsmenge
und somit kann der Katalysator das NOx nicht mehr absorbieren und
strömt
das NOx durch den Katalysator. Deshalb ist es erforderlich, dass
in dem NOx-Katalysator die Sauerstoffkonzentration des Abgases zu
einem vorbestimmten Zeitpunkt verringert werden soll, bevor die
in dem NOx-Katalysator absorbierte NOx-Menge eine Sättigungsmenge
reicht, und eine Komponentenmenge an Kohlenwasserstoff (HC) in dem
Abgas erhöht
werden soll, wodurch das in dem NOx-Katalysator absorbierte NOx
emittiert und das NOx zu Stickstoff (N2)
reduziert wird, um die NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators
wiederzuerlangen.
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Somit
ist es notwendig, das die Sauerstoffkonzentration des Abgases bei
der Abgasreinigungseinrichtung mittels eines mageren NOx-Katalysators intermittierend
verringert wird, um das NOx zu behandeln. Als ein Beispiel eines
Verfahrens zum intermittierenden Verringern der Sauerstoffkonzentration des
Abgases kann eine Zufuhr von Kraftstoff in das Abgas angewendet
werden.
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Schwefeloxide
(SOx), die durch Verbrennung einer Schwefelkomponente hergestellt
werden, die in dem Kraftstoff enthalten ist, werden auch nach dem
gleichen Mechanismus wie beim Fall des NOx in dem NOx-Katalysator
Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ absorbiert. Das SOx, das
auf diese Weise in dem Katalysator absorbiert wird, wird im Vergleich
zu NOx nicht leicht emittiert und wird in dem NOx-Katalysator gespeichert.
Dies wird Schwefelvergiftung (SOx-Vergiftung) genannt. Bei der SOx- Vergiftung ist die
NOx-Reinigungsleistung verringert. Ein Prozess zur Wiederherstellung
des Katalysators von der SOx-Vergiftung (Wiederherstellungsprozess
bei SOx-Vergiftung)
sollte daher bei einem entsprechendem Zeitpunkt durchgeführt werden.
Der Wiederherstellungsprozess bei SOx-Vergiftung wird durch Einsetzung
des NOx-Katalysators bei einer hohen Temperatur (zum Beispiel 600
bis 650 Grad), während
das Abgas mit einer verringerten Sauerstoffkonzentration durch den
NOx-Katalysator geleitet wird, durchgeführt.
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Da
die Temperatur des Abgases im mageren Verbrennungsbetrieb des Motors
niedrig ist, ist es jedoch schwierig, die Temperatur des Katalysators
auf einen Temperaturbereich zu erhöhen, in welchem der Katalysator
von der SOx-Vergiftung wiederhergestellt werden kann.
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Um
ein solches Problem zu lösen,
veröffentlicht
zum Beispiel das japanisches Patent Nr. 2727906 eine Abgasreinigungseinrichtung
für einen Verbrennungsmotor,
in welchem zwei Partikelfilter, die ein NOx-Absorptionsmittel tragen, in einem Abgaskanal
parallel angeordnet sind. Bei der Einrichtung wird das Abgas blockiert,
das in das NOx-Absorptionsmittel einer von beiden Partikelfiltern
einströmt,
d.h., die Partikelfilter einer nach dem anderen blockiert werden,
sodass das NOx aus dem blockierten NOx-Absorptionsmittel emittiert
wird. Gemäß der Abgasreinigungseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor kann, wenn eines der NOx-Absorptionsmitteln einen Regenerationsbetrieb
durchführt,
der Verbrennungsmotor durch Durchleiten des Abgases durch das andere
der NOx-Absorptionsmittel betrieben werden. Somit braucht die Gesamtdurchflussmenge des
Abgases nicht gedrosselt zu werden und nimmt die Leistung des Verbrennungsmotors
nicht nimmt. Daher kann der Regenerationsbetrieb des NOx-Absorptionsmittels unabhängig von
der Betriebsbedingung des Motors zu einem entsprechendem Zeitpunkt
durchgeführt
werden. Ferner ist es möglich,
die Temperatur des Filters auf eine Temperatur zu erhöhen, die
notwendig ist zur Wiederherstellung bei SOx-Vergiftung durch Verbrennung
der Partikel, wenn das Reduktionsmittel zugeführt wird.
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Jeder
Katalysator hat seinen Temperaturbereich, in welchem das Abgas wirksam
gereinigt wird (Temperaturfenster). Somit ist es wichtig, so schnell wie
möglich
die Temperatur auf jedes Temperaturfenster zu erhöhen.
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Bei
der Einrichtung, die im japanischen Patent Nr. 2727906 offenbart
ist, strömt
fast kein Abgas in das NOx-Absorptionsmittel
ein, wenn das Reduktionsmittel zugeführt wird, sodass das NOx-Absorptionsmittel
Energie aus dem Abgas kaum erhalten kann. Wenn das NOx-Absorptionsmittel
viel Energie aus dem Abgas erhalten kann, kann zu diesem Zeitpunkt
die Temperatur des NOx-Absorptionsmittels sofort
erhöht
werden.
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Indessen,
wenn die Temperatur des NOx-Absorptionsmittels
durch Erhöhung
der Temperatur des Abgases erhöht
wird, kann Rauch oder eine Verschlechterung des Betriebszustands
des Motors entstehen. Außerdem,
wenn die Temperatur des NOx-Absorptionsmittels
durch Zuführen
des Reduktionsmittels zu dem Abgas erhöht wird, kann der Sauerstoff
abhängig
von der Reduktionsmittelzuführmenge
unzureichend sein. In diesem Fall kann ein Teil des Reduktionsmittels
nicht oxidiert werden, und kann demgemäß die Temperatur nicht genügend erhöht werden.
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Die
oben genannte Heizsteuerung für
den Katalysator (Heizsteuerung) wird auch in dem Fall durchgeführt, wo
die in dem NOx-Absorptionsmittel gespeicherten Partikel oxidiert
werden und es notwendig ist, die Temperatur des Katalysators sofort
zu erhöhen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird gemacht, um das oben genannte Problem zu lösen. Demgemäß ist es
ein Ziel der Erfindung, eine Technik zur sofortigen Erhöhung der
Temperatur mehrerer Katalysatoren in einer Abgasreinigungseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor, die mehrerer Katalysatoren mit einer oxidativen
Funktion einschließt,
anzubieten.
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Nach
einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst eine Abgasreinigungseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor mehrere Abgaskanäle des Verbrennungsmotors,
welche parallel angeordnet sind, Katalysatoren (ein erster Katalysator
und ein zweiter Katalysator), welche eine oxidative Funktion haben
und jeweils in den mehreren Abgaskanälen angeordnet sind, ein Reduktionsmittelzuführmittel
zum Zuführen eines
Reduktionsmittels für
die Katalysatoren, ein Katalysatorheizmittel zum Erhöhen der
Temperaturen der Katalysatoren unabhängig von dem Versorgungsmittel
des Reduktionsmittels, ein Durchflussmengeneinstellmittel zum Einstellen
einer Abgasmenge, die in die Abgaskanäle fließt, und ein Temperaturabschätzmittel
zum Abschätzen
der Temperaturen der Katalysatoren. Ferner umfasst die Abgasreinigungseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor nach dem ersten Aspekt der Erfindung ein Steuermittel.
In einem Fall, wo die Temperaturen der Katalysatoren erhöht werden
müssen,
wählt das
Steuermittel einen Katalysator (den ersten Katalysator), in welchen
das Abgas fließt,
und gestattet mittels des Durchflussmengeneinstellmittels, dass
eine größere Abgasmenge
in den gewählten
Katalysator fließt
als in die anderen Katalysatoren (z.B. den zweiten Katalysator).
Außerdem
erhöht
das Steuermittel die Temperatur des gewählten Katalysators durch das
Katalysatorheizmittel, wenn die Temperaturen der Katalysatoren niedriger
als ein Temperaturbereich sind, in welchem das Reduktionsmittel
behandelt werden kann, und versorgt den gewählten Katalysator mit dem Reduktionsmittel,
um die Temperatur des gewählten
Katalysators durch das Reduktionsmittelzuführmittel zu erhöhen, wenn
die Temperaturen der Katalysatoren in dem Temperaturbereich sind,
in welchem das Reduktionsmittel behandelt werden kann.
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Nach
dem ersten Aspekt der Erfindung kann sich die Energie des Abgases
auf den gewählten
Katalysator (den ersten Katalysator) konzentriert werden, und der
Reinigungsgrad kann in kurzer Zeit gesteigert werden, indem das
Abgas gestattet wird, dass es nur in den gewählten Katalysator fließt. Außerdem kann
der gewählte
Katalysator sofort geheizt werden und dann können die anderen Katalysatoren (z.B.
der zweite Katalysator) einfach geheizt werden.
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Nach
dem ersten Aspekt wird durch das Durchflussmengeneinstellmittel
dem Abgas gestattet, in den gewählten
Katalysator zu fließen,
wird die Temperatur des gewählten
Katalysators durch das Katalysatorheizmittel erhöht, wenn die Temperatur der
Katalysatoren niedriger als der Temperaturbereich ist, in welchem
das Reduktionsmittel behandelt werden kann. In diesem Fall erhöht das Katalysatorheizmittel
zum Beispiel die Temperatur des Abgases. Wenn die Temperatur der
Katalysatoren den Temperaturbereich erreicht, in welchem das Reduktionsmittel
behandelt werden kann, wird der gewählte Katalysator durch das
Reduktionsmittelzuführmittel
mit dem Reduktionsmittel zum Heizen des gewählten Katalysators auf eine
erforderliche Temperatur (Temperatur, bei welcher zum Beispiel das
NOx behandelt werden kann) versorgt. Daher kann der gewählte Katalysator
sofort geheizt werden.
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Das
Temperaturabschätzmittel
kann die Temperatur des Katalysators direkt messen oder die Temperatur
des Katalysators durch Messung der Temperatur des Abgases stromauf
des Katalysators abschätzen.
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Nach
dem ersten Aspekt kann das Steuermittel dem gesamten Abgas gestatten,
in den gewählten
Katalysator zu fließen
und den Fluss des Abgases in die Katalysatoren, die nicht gewählt sind, abzusperren.
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Darüber hinaus
kann nach dem ersten Aspekt, wenn die Temperatur des gewählten Katalysators
auf einem Temperaturbereich erhöht
wird, in welchem Stickoxide behandelt werden kann, ein neuer Katalysator
aus den Katalysatoren gewählt
werden, die nicht gewählt
worden sind, so dass das Abgas in den neu gewählten Katalysator fließt. Durch
abwechselndes Heizen der Katalysatoren wie oben beschrieben, kann
mindestens einer der Katalysatoren sofort aktiviert werden.
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Ferner
können
nach dem ersten Aspekt die Katalysatoren auf einem Partikelfilter
getragen werden, der zeitweise partikuläre Materialien in dem Abgas
zurückhalten
kann, und wenn die Temperatur des gewählten Katalysators auf einem
Temperaturbereich geheizt wird, in welchem das partikuläre Material
entfernt werden kann, kann ein neuer Katalysator aus den Katalysatoren
gewählt
werden, die nicht gewählt
worden sind, so dass das Abgas in den neu gewählten Katalysator fließt. Durch
abwechselndes Heizen der Katalysatoren wie oben beschrieben, kann
mindestens einer der Katalysatoren auf dem Temperaturbereich sofort
aktiviert werden, in welchem das partikuläre Material entfernt werden
kann.
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Ferner
kann nach dem ersten Aspekt die Menge des Abgases, das in die nicht
gewählten
Katalysatoren fließt,
erhöht
werden, wenn ein Druck des Abgases stromauf der Katalysatoren gleich
oder höher
als ein vorbestimmter Wert ist.
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Das
Abgas fließt
in all die Katalysatoren während
des Normalbetriebs des Motors in alle Katalysatoren, so dass eine
Kapazität
jedes Katalysators klein gemacht werden kann. Wenn jedoch in der
Abgasreinigungseinrichtung für
einen Verbrennungsmotor das Abgas konzentriert in den gewählten Katalysator
geleitet wird, wird eine Menge des erzeugten Abgases größer als
die Abgasmenge, welche in den Katalysator fließen kann. Demzufolge kann der
Druck des Abgases stromauf der Katalysatoren erhöht sein. Deshalb kann in diesem
Fall der Druck des Abgases stromauf der Katalysatoren verringert
werden, indem dem Abgas gestattet wird, in die anderen Katalysatoren
zu fließen.
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Nach
einem zweiten Aspekt der Erfindung sind bei der Abgasreinigungseinrichtung
für einen Verbrennungsmotor
die Katalysatoren NOx-Katalysatoren, welche eine oxidative Funktion
haben und in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet
sind. Ferner gestattet nach dem zweiten Aspekt der Erfindung, wenn
die Temperatur des NOx-Katalysators niedriger als ein Temperaturbereich
ist, in welchem das Reduktionsmittel behandelt werden kann, das
Durchflussmengeneinstellmittel, dass eine größere Abgasmenge in den NOx-Katalysator
fließt,
als wenn das NOx in dem NOx-Katalysator reduziert wird, und erhöht das NOx-Katalysatorheizmittel
die Temperatur des NOx-Katalysators. Wenn
die Temperaturen des NOx-Katalysators in dem Temperaturbereich liegen,
in welchem das Reduktionsmittel behandelt werden kann, führt das
Reduktionsmittelzuführmittel
das Reduktionsmittel zu, so dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases größer als
ein stöchiometrisches
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
wird, um die Temperatur des NOx-Katalysators zu erhöhen.
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Nach
dem zweiten Aspekt der Erfindung kann der zu erwärmende NOx-Katalysator in einen Zustand
gebracht werden, der für
das Erwärmen
des NOx-Katalysators geeignet ist, indem einer größeren Abgasmenge
gestattet wird, in den NOx-Katalysator zu fließen als bei dem reduzierten
NOx, und indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Katalysator
fließenden
Abgases ein bisschen größer als das
stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht
wird.
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Angesichts
der Verhinderung einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs
bei der Emission des NOx aus dem NOx-Katalysator, wird die in den
NOx-Katalysator fließende
Abgasmenge vorzugsweise verringert und wird ferner das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases kleiner als das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
gemacht. Angesichts der sofortigen Heizung des NOx-Katalysators wird
andererseits vorzugsweise das in den NOx-Katalysator fließende Abgas
erhöht
und wird ferner das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer als
das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
gemacht.
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Nach
dem zweiten Aspekt der Erfindung ist es möglich den NOx-Katalysator sofort
zu heizen, indem dem Heizen des NOx-Katalysators Vorrang gegeben
wird.
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Das
Temperaturabschätzmittel
kann direkt die Temperatur des Katalysators messen oder die Temperatur
des Katalysators durch Messung der Temperatur des Abgases stromauf
des Katalysators abschätzen.
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Nach
einem dritten Aspekt der Erfindung wird in einem Steuerverfahren
eines Verbrennungsmotors, in einem Fall, wo die Temperaturen der
Katalysatoren erhöht
werden muss, ein Katalysator (ein erster Katalysator) gewählt, in
welchen ein Abgas fließt,
und wird gestattet, dass eine größere Menge des
Abgases in den gewählten
Katalysator fließt
als in die anderen Katalysatoren (z.B. ein zweiter Katalysator).
Wenn darüber
hinaus die Temperaturen der Katalysatoren niedriger als ein Temperaturbereich sind,
in welchem ein Reduktionsmittel behandelt werden kann, wird die
Temperatur des gewählten
Katalysators erhöht.
Wenn die Temperaturen der Katalysatoren in dem Temperaturbereich
liegen, in welchem das Reduktionsmittel behandelt werden kann, wird der
gewählte
Katalysator mit dem Reduktionsmittel versorgt, um dessen Temperatur
zu erhöhen.
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Nach
dem dritten Aspekt kann die Energie des Abgases auf den gewählten Katalysator
(den ersten Katalysator) konzentriert werden und kann das Reinigungsgrad
in kurzer Zeit erhöht
werden, indem dem Abgas gestattet wird, in nur den gewählten Katalysator
zu fließen.
Außerdem
kann der gewählte Katalysator
sofort erwärmt
werden und können
dann die anderen Katalysatoren (z.B. der zweite Katalysator) auf
einfache Weise erwärmt
werden.
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Nach
einem vierten Aspekt der Erfindung in dem Verfahren zur Reinigung
eines Abgases eines Verbrennungsmotors wird, wenn die Temperatur
des NOx-Katalysators
niedriger als ein Temperaturbereich ist, in welchem das Reduktionsmittel
behandelt werden kann, einer größeren Menge
des Abgases gestattet, in den NOx-Katalysator zu fließen als bei dem oxidierten
NOx in dem NOx-Katalysator, um die Temperatur des NOx-Katalysators
zu erhöhen.
Wenn die Temperatur des Katalysators in dem Temperaturbereich liegt,
in welchem das Reduktionsmittel behandelt werden kann, wird das
Reduktionsmittel zugeführt,
so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases größer als
das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff- Verhältnis wird,
wodurch die Temperatur des NOx-Katalysators
erhöht
wird.
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Nach
dem vierten Aspekt der Erfindung kann der zu erwärmende NOx-Katalysator in einen
Zustand gebracht werden, der für
ein Erwärmen
des NOx-Katalysators geeignet ist, indem einer größeren Abgasmenge
gestattet wird, in den NOx-Katalysator zu fließen als bei wenn das NOx reduziert
wird, und indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
des in den NOx-Katalysator fließenden
Abgases ein bisschen größer als
das stöchiometrische
Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht
wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorhergehende und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden durch die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen verdeutlicht, wobei
gleiche Bezugsnummern zur Bezeichnung gleicher Elemente dienen und
wobei:
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1 eine
Zeichnung einer schematischen Struktur eines Motors, bei welchem
eine Abgasreinigungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einer
Ausführungsform
der Erfindung angewendet wird, und dessen Einlass- und Auslasssystem
ist;
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2A eine
Querschnittzeichnung eines Partikelfilters ist und 2B eine
vertikale Schnittzeichnung des Partikelfilters ist;
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3 ein
Blockdiagramm einer internen Struktur einer ECU ist;
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4 ein
Ablaufdiagramm eines Ablaufs eines Filterheizbetriebs nach einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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5 ein
Ablaufdiagramm eines Ablaufs zur Verringerung eines Abgasdrucks
stromauf eines Katalysators ist; und
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6 ein Ablaufdiagramm eines Ablaufs einer
Filterheizsteuerung nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend
wird unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen eine Abgasreinigungseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor nach Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben. In den Ausführungsformen wird die Abgasreinigungseinrichtung für einen
Verbrennungsmotor nach der Erfindung auf einen Dieselmotor zum Betrieb
eines Fahrzeugs angewendet.
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(Erste Ausführungsform)
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1 zeigt
eine schematische Struktur eines Motors 1, bei welchem
eine Abgasreinigungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor nach
der Erfindung angewendet wird, und dessen Einlass- und Auslasssystem.
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Der
Motor 1 in 1 ist ein wassergekühlter-4-Takt-Dieselmotor
mit vier Zylindern 2.
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Der
Motor 1 enthält
Kraftstoffeinspritzventile 3 zur direkten Einspritzung
eines Kraftstoffs in Brennkammern der jeweiligen Zylinder 2.
Jedes Kraftstoffeinspritzventil 3 ist mit jedem Akkumulator
(Common-Rail) 4 zur Speicherung des Kraftstoffs bei einem
vorbestimmten Druck verbunden. Das Common-Rail 4 ist mit
einem Common-Rail-Drucksensor 4a zur Ausgabe eines elektrischen
Signals als Antwort auf den Kraftstoffdruck in dem Common-Rail 4 versehen.
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Das
Common-Rail 4 kommuniziert mit einer Kraftstoffpumpe 6 über eine
Kraftstoffversorgungsleitung 5. Die Kraftstoffpumpe 6 wird
durch ein Drehmoment einer Abtriebswelle (Kurbelwelle) des Motors 1 als
Antriebsquelle betätigt.
Eine Pumpenriemenscheibe 6a, die an einer Antriebswelle
der Kraftstoffpumpe 6 angeordnet ist, wird über einen
Riemen 7 mit einer Kurbelriemenscheibe 1a verbunden.
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In
dem so aufgebauten Kraftstoffeinspritzsystem gibt die Kraftstoffpumpe 6,
wenn das Drehmoment der Kurbelwelle auf der Antriebswelle der Kraftstoffpumpe 6 übertragen
wird, den Kraftstoff mit einem Druck entsprechend dem Drehmoment
ab, das auf der Antriebswelle der Kraftstoffpumpe 6 von der
Kurbelwelle übertragen
wird.
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Der
von der Kraftstoffpumpe 6 abgegebenen Kraftstoff wird dem
Common-Rail 4 über
die Kraftstoffversorgungsleitung 5 zugeführt, wird
dann bei einem vorbestimmten Druck in dem Common-Rail 4 gespeichert,
und wird auf jedes Kraftstoffeinspritzventil 3 jedes Zylinders 2 verteilt.
Wenn dann ein Antriebsstrom auf jedes Kraftstoffeinspritzventil 3 angewendet
wird, wird jedes Kraftstoffeinspritzventil 3 geöffnet und
wird demzufolge der Kraftstoff daraus in jeden Zylinder 2 eingespritzt.
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Eine
Einlasszweigleitung 8 wird mit dem Motor 1 verbunden.
Jede Zweigleitung der Einlasszweigleitung 8 wird mit jeder
Brennkammer in jedem Zylinder 2 über eine Einlassöffnung (nicht
gezeigt) verbunden.
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Die
Einlasszweigleitung 8 wird auch mit einer Einlassleitung 9 verbunden.
Ein Kompressorgehäuse 15a eines
Schleuderladers (Turbolader) 15, der durch thermische Energie
des Abgases als Antriebsquelle betrieben wird, ist an einem bestimmten
Punkt der Einlassleitung 9 angeordnet. Ferner ist ein interner
Kühler 16 in
der Einlassleitung 9 auf der Seite stromabwärts des
Kompressorgehäuses 15a zum Kühlen der
Einlassluft angeordnet, deren Temperatur durch Kompression in dem
Kompressorgehäuse 15a erhöht wurde.
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In
dem so aufgebauten Einlasssystem fließt die Einlassluft über die
Einlassleitung 9 in das Kompressorgehäuse 15a.
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Die
in das Kompressorgehäuse 15a fließende Einlassluft
wird durch die Drehung eines Kompressorrads komprimiert, das im
Inneren des Kompressorgehäuses 15a angeordnet
ist. Die Einlassluft, deren Temperatur durch Kompression in dem
Kompressorgehäuse 15a erhöht wurde,
wird in dem internen Kühler 16 abgekühlt und
fließt
dann in die Einlasszweigleitung 8. Die in die Einlasszweigleitung 8 fließende Einlassluft
wird über
jeden Zweig auf jede Brennkammer jedes Zylinders 2 verteilt,
und wird durch den Kraftstoff verbrannt, der von jedem Kraftstoffeinspritzventil 3 jedes
Zylinders 2 als einer Einspritzquelle eingespritzt wird.
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Eine
Auslasszweigleitung 18 wird indessen mit dem Motor 1 verbunden.
Jede Zweigleitung der Auslasszweigleitung 18 steht über eine
Auslassöffnung
(nicht gezeigt) in Verbindung mit jeweils der Brennkammer jedes
Zylinders 2.
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Die
Auslasszweigleitung 18 wird mit einem Turbinengehäuse 15b des
Turboladers 15 verbunden. Ein Ende einer Auslassleitung 19 wird
mit dem Turbinengehäuse 15b verbunden
und das andere Ende der Auslassleitung 19 wird mit einem
Schalldämpfer
(nicht gezeigt) verbunden.
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Die
Auslassleitung 19 ist an einem Abschnitt stromabwärts des
Turboladers 15 in eine erste Auslassleitung 19a und
eine zweite Auslassleitung 19b aufgespalten. Ein erster
Filter 20a ist an einem gewissen Punkt der ersten Auslassleitung 19a angeordnet
und ein zweiter Filter 20b ist an einem gewissen Punkt
der zweiten Auslassleitung 19b angeordnet. Der erste Filter 20a und
der zweite Filter 20b sind Partikelfilter (nachfolgend
werden sie einfach als Filter bezeichnet), die die NOx-Katalysatoren
vom Okklusions-Reduktions-Typ tragen. In der Ausführungsform
der Erfindung bezeichnet "Filter 20" sowohl den ersten
Filter 20a als auch den zweiten Filter 20b. Filtertemperatursensoren 24a und 24b sind
jeweils an dem ersten Filter 20a und dem zweiten Filter 20b zur Ausgabe
eines Signals entsprechend der Temperaturen der Filter 20 angeordnet.
Ferner ist ein Auslassdrucksensor 37 zur Ausgabe des Signals
gemäß dem Druck
des Abgases in der Auslassleitung 19 auf der Seite stromabwärts des
Turboladers 15 angeordnet.
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Ein
Durchflussschaltventil 22a, welches als Antwort auf das
Signal von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 35 geöffnet und
geschlossen wird, ist in der ersten Auslassleitung 19a stromabwärts des
ersten Filters 20a angeordnet. Außerdem ist ein Durchflussschaltventil 22b,
welches als Antwort auf das Signal von der ECU 35 geöffnet und
geschlossen wird, in der zweiten Auslassleitung 19b stromabwärts des
zweiten Filters 20b angeordnet. Die erste Auslassleitung 19a und
die zweite Auslassleitung 19b sind an einem Abschnitt stromabwärts der
Durchflussschaltventile 22a und 22b miteinander verbunden,
und dann mit dem Schalldämpfer
verbunden. Reduktionsmittel-Einspritzventile 28a und 28b, welche
als Antwort auf ein Signal von der ECU 35 geöffnet werden
und den Kraftstoff als ein Reduktionsmittel einspritzen, sind jeweils
stromauf des ersten Filters 20a und des zweiten Filters 20b angeordnet. In
der Ausführungsform
der Erfindung bezeichnet "Durchflussschaltventile 22" sowohl das Durchflussschaltventil 22a als
auch das Durchflussschaltventil 22b.
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Der
Dieselmotor ist im Hinblick auf eine Kraftstoffeinsparung ausgezeichnet.
Anderseits ist es eine wichtige Sache, partikuläre Materialien (nachstehend
werden sie als PM bezeichnet) wie Ruß, welcher ein in dem Abgas
enthaltenes, schwebendes partikuläres Material ist, zu entfernen.
Somit wird in der Ausführungsform
der Erfindung der Partikelfilter (nachstehend wird er einfach als
ein Filter bezeichnet) zur Zurückhaltung
des PM in dem Abgassystem des Dieselmotors angeordnet, um zu verhindern,
dass das PM in die Atmosphäre
emittiert wird.
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Als
nächstes
werden die Filter 20 beschrieben.
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2A und 2B zeigen
einen Aufbau der Filter 20. 2A zeigt
einen Querschnitt der Filter 20 und 2B zeigt
einen vertikalen Schnitt der Filter 20. Die Filter 20 sind
vom Wand-Fluss-Typ mit mehreren Abgasströmungskanälen, die sich parallel zueinander
erstrecken. Diese Abgasströmungskanäle enthalten
Abgas-Zuflusskanäle 50,
deren Enden auf der stromabwärts
liegenden Seite mit Verschlüssen 52 blockiert
sind, und Abgas-Abflusskanäle 51,
deren Enden auf der stromaufwärts
liegenden Seite mit Verschlüssen 53 blockiert
sind. In 2A zeigen schraffierte Teile
die Verschlüsse 53.
Die Abgas-Zuflusskanäle 50 und
die Abgas-Abflusskanäle 51 sind über dünne Trennwände 54 getrennt
abwechselnd angeordnet. Mit anderen Worten ist jeder Abgas-Zuflusskanal 50 von
vier Abgas-Abflusskanäle 51 umgeben und
ist jeder Abgas-Abflusskanal 51 von vier Abgas-Zuflusskanäle 50 umgeben.
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Die
Filter 20 sind aus einem porösen Material wie Cordierit
geformt. Somit fließt
das in die Abgas-Zuflusskanäle 50 fließende Abgas
durch die Trennwände 54 in
die benachbarten Abgas-Abflusskanäle 51, wie mit Pfeilen
in 2B angezeigt.
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Nach
der Ausführungsform
der Erfindung ist auf einer Oberfläche einer Umfangswand jedes
Abgas-Zuflusskanals 50 und jedes Abgas-Abflusskanals 51 eine
Trägerschicht
aus Aluminiumoxid ausgebildet, d.h., auf beiden Seiten einer Oberfläche jeder
Trennwand 54 und auf einer Innenwand mit Poren jeder Trennwand 54.
Der NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ wird auf dem Träger getragen.
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Als
nächstes
wird der Betrieb des NOx-Katalysators vom Okklusions-Reduktions-Typ
beschrieben, der von den Filtern 20 getragen wird.
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Die
Filter 20 werden bereitgestellt mit Aluminiumoxid als dem
Träger,
und der Träger
trägt mindestens
eines, ausgewählt
aus Alkalimetall wie Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) oder
Cäsium
(Cs), Erdalkali wie Barium (Ba) oder Calcium (Ca), und seltenen
Erden wie Lanthan (La) oder Yttrium (Y), und ein Edelmetall wie
Platin (Pt).
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Der
so aufgebaute NOx-Katalysator absorbiert die Stickoxide (NOx) in
dem Abgas, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in
den NOx-Katalysator
fließt,
hoch ist.
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Indessen,
wenn die Sauerstoffkonzentration des in den NOx-Katalysator fließenden Abgases
abnimmt, emittiert der NOx-Katalysator die absorbierten Stickoxide
(NOx). Zu diesem Zeitpunkt kann der NOx-Katalysator die Stickoxide
(NOx), die aus dem NOx-Katalysator emittiert werden, zu Stickstoff
(N2) reduzieren, wenn die reduzierende Komponente
wie Kohlenwasserstoff (HC) oder Kohlenmonoxid (CO) in dem Abgas
existiert.
-
In
dem so aufgebauten Auslasssystem wird ein Luft-Kraftstoff-Gemisch (verbranntes Gas),
das in jedem Zylinder 2 des Motors 1 verbrannt
wurde, über die
Auslassöffnung
in die Auslasszweigleitung 18 abgelassen und fließt in das
Turbinengehäuse 15b des Turboladers 15. Das
in das Turbinengehäuse 15b fließende Abgas
dreht das Turbinenrad, das drehbar innerhalb des Turbinengehäuses 15b getragen
wird, durch Verwendung der thermischen Energie des Abgases. Zu diesem
Zeitpunkt wird das Drehmoment des Turbinenrads zu dem Kompressorrad
des Kompressorgehäuses 15a übertragen.
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Das
von dem Turbinengehäuse 15b abgelassene
Abgas fließt über die
erste Auslassleitung 19a und die zweite Auslassleitung 19b in
die Filter 20. Dann wird das PM in dem Abgas zurückgehalten und
giftige Gaskomponenten werden entfernt oder behandelt. Das Abgas,
in welchem in den Filtern 20 das PM zurückgehalten und die giftigen
Gaskomponenten entfernt oder behandelt wurden, fließt in die Auslassleitung 19 und
dann wird über
den Schalldämpfer
(nicht gezeigt) in die Atmosphäre
emittiert. In diesem Fall werden beide Durchflussschaltventile 22 geöffnet.
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Die
Auslasszweigleitung 18 und die Einlasszweigleitung 8 kommunizieren
miteinander über
einen Auslassrückführkanal
(EGR-Kanal) 25 zum Rückführen eines
Teils des in die Auslasszweigleitung 18 fließenden Abgases
in die Einlasszweigleitung 8. An einem bestimmten Punkt
des EGR-Kanals 25 ist ein Durchflussmengensteuerventil
(EGR-Ventil) 26 vorgesehen, welches aus einem elektromagnetischen
Ventil oder dergleichen besteht und die Durchflussmenge des in den
EGR-Kanal 25 fließenden
Abgases gemäß einem
Spannungsniveau, das auf das EGR-Ventil angewendet wird, ändert.
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An
einem gewissen Punkt des EGR-Kanals 25 stromauf des EGR-Ventils 26 ist
hier ein EGR-Kühler 27 vorgesehen,
welcher ein in den EGR-Kanal 25 fließendes EGR-Gas kühlt. Ein
Kühlwasserkanal
(nicht gezeigt) ist in dem EGR-Kühler 27 vorgesehen,
und es wird ein Teil des Kühlwassers
zur Kühlung
des Motors 1 in dem Kühlwasserkanal
im Kreislauf geführt.
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In
dem so aufgebauten Auslassrückführmechanismus
wird es möglich,
wenn das EGR-Ventil 26 geöffnet wird, dass das Abgas
in den EGR-Kanal 25 fließt. Dann fließt ein Teil
des in die Auslasszweigleitung 18 fließenden Abgases in den EGR-Kanal 25 und
wird durch den EGR-Kühler 27 zu
der Einlasszweigleitung 8 geführt.
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Zu
diesem Zeitpunkt wird in dem EGR-Kühler 27 ein Wärmeaustausch
zwischen dem in den EGR-Kanal 25 fließenden EGR-Gas und dem Kühlwasser
des Motors 1 durchgeführt.
Dann wird das EGR-Gas abgekühlt.
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Das
EGR-Gas, das von der Auslasszweigleitung 18 über den
EGR-Kanal 25 in die Einlasszweigleitung 8 zurückfließt, wird
zu jeder Brennkammer jedes Zylinders 2 während es
mit einem neuen Abgas vermischt wird, das von stromaufwärts der
Einlasszweigleitung 8 zuströmt.
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Das
EGR-Gas enthält
eine inerte Gaskomponente wie Wasser (H2O)
und Kohlendioxide (CO2), welches nicht selbst
brennt und eine endotherme Eigenschaft hat. Wenn das EGR-Gas in dem Luft-Kraftstoff-Gemisch
enthalten ist, wird deshalb die Verbrennungstemperatur des Kraftstoff-Luftgemischs abgesenkt
und kann daher eine Erzeugungsmenge der Stickoxide (NOx) reduziert
werden.
-
Wie
oben beschrieben, ist die ECU 35 entlang dem Motor 1 angeordnet.
Diese ECU 35 ist eine Einheit zur Steuerung eines Betriebszustands
des Motors 1 gemäß der Betriebsbedingung
des Motors 1 und einer Anforderung eines Fahrers.
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Die
ECU 35 ist über
elektrische Kabel mit verschiedenen Sensoren wie dem Common-Rail-Drucksensor 4a,
den Filtertemperatursensoren 24a und 24b, einem
Kurbelpositionssensor 33, einem Wassertemperatursensor 34,
einem Gaspedalöffnungssensor 36,
dem Auslassdrucksensor 37 verbunden. Ausgabesignale von
solchen oben erwähnten
Sensoren werden in die ECU 35 eingegeben.
-
Außerdem ist
die ECU 35 über
die elektrische Kabel mit den Kraftstoffeinspritzventilen 3,
den Durchflussschaltventilen 22, dem EGR-Ventil 26, oder
dergleichen verbunden. Daher kann die ECU 35 diese Ventile
steuern.
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Wie
in 3 gezeigt, enthält die ECU 35 eine
CPU 351, ein ROM 352, ein RAM 353, ein Back-Up-RAM 354,
einen Eingabe-Anschluss 356 und einen Ausgabe-Anschluss 357,
welche über
einen bidirektionalen Bus 350 miteinander verbunden sind.
Außerdem
enthält
die ECU 35 einen A/D-Wandler 355,
der mit dem Eingabe-Anschluss 356 verbunden ist.
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Der
Eingabe-Anschluss 356 empfängt die Ausgabesignale der
Sensoren wie des Kurbelpositionssensors 33, der ein Signal
in einer digitalen Form ausgibt, und überträgt dann die Ausgabesignale
zum Beispiel zu der CPU 351 und dem RAM 353.
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Ferner
empfängt
der Eingabe-Anschluss 356 über den A/D 355 die
Ausgabesignale der Sensoren wie des Common-Rail-Drucksensors 4a, der Filtertemperatursensoren 24a und 24b,
des Wassertemperatursensors 34, des Auslassdrucksensors 37, welche
die Signale in einer analogen Form ausgeben, und überträgt dann
die Ausgabesignale zum Beispiel zu der CPU 351 und dem
RAM 353.
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Der
Ausgabe-Anschluss 357 ist über die elektrische Kabel mit
den Kraftstoffeinspritzventilen 3, den Schaltventilen für Flusskanäle 22,
dem EGR-Ventil 26, einem Absperrventil 31 und
dergleichen verbunden. Der Ausgabe-Anschluss 357 überträgt auch
Steuersignale, die aus der CPU 351 zu den Kraftstoffeinspritzventilen 3,
den Schaltventilen für
Flusskanäle 22,
dem EGR-Ventil 26, dem Absperrventil 31 und dergleichen
ausgegeben werden.
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Das
ROM 352 speichert verschiedenen Anwendungsprogramme.
-
Das
ROM 352 speichert auch verschiedene Steuerkennfelder neben
den verschiedenen oben erwähnten
Anwendungsprogrammen.
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Das
RAM 353 speichert das Ausgabesignal von jedem Sensor, ein
Berechnungsergebnis der CPU 351 und dergleichen. Das Berechnungsergebnis
ist zum Beispiel eine Motordrehzahl, die basierend auf Zeitintervalle
berechnet wird, zu welchen der Kurbelpositionssensor 33 das
Impulssignal ausgibt. Die Daten der Motordrehzahl werden jedes Mal
aktualisiert, wenn der Kurbelpositionssensor 33 das Impulssignal
ausgibt.
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Das
Back-Up-RAM 354 ist ein nichtflüchtiger Speicher, der Daten
nach der Beendigung des Betriebs des Motors 1 speichern
kann.
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Die
CPU 351 arbeitet entsprechend den Anwendungsprogrammen,
die in dem ROM 352 gespeichert sind, um verschiedenen Steuerungen
abzuarbeiten.
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Wenn
der Motor 1 in dem mageren Verbrennungszustand betrieben
wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das aus
dem Motor 1 abgelassen wird, mager, so dass die Sauerstoffkonzentration
des Abgases hoch wird. Daher werden die in dem Abgas enthaltenen
Stickoxide (NOx) in dem NOx-Katalysator absorbiert. Wenn jedoch
der Motor 1 über
einen langen Zeitraum in dem mageren Verbrennungszustand betrieben
wird, erreicht die NOx-Menge,
die in dem NOx-Katalysator absorbiert wird, die Sättigungsmenge.
Daher können
die Stickoxide (NOx) im Abgas nicht mehr in dem NOx-Katalysator
absorbiert werden und werden dann in die Atmosphäre abgelassen.
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Insbesondere
bei einem Dieselmotor wie dem Motor 1 wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch
in einem großen
Teil des Betriebsbereichs des Motors 1 bei dem mageren
Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbrannt und
wird somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases innerhalb des großen
Teils des Betriebsbereichs mager. Deshalb erreicht das in dem NOx-Katalysator
absorbierte NOx leicht die Sättigungsmenge.
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Wenn
demgemäß der Motor 1 in
dem mageren Verbrennungszustand betrieben wird, muss die Sauerstoffkonzentration
des in den NOx-Katalysator fließenden
Abgases abgesenkt werden, bevor das in dem NOx-Katalysator absorbierte
NOx die Sättigungsmenge
erreicht. Darüber
hinaus muss die Konzentration des Reduktionsmittels erhöht werden,
um die in dem NOx-Katalysator
absorbierten Stickoxide (NOx) zu emittieren und zu reduzieren.
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Demgemäß enthält die Abgasreinigungseinrichtung
für einen
Verbrennungsmotor nach der Ausführungsform
der Erfindung stromauf der Filter 20 einen Reduktionsmittelzuführmechanismus
zum Zuführen
des Kraftstoffs (Dieselöl)
als dem Reduktionsmittel für
das Abgas. Daher wird die Sauerstoffkonzentration des in die Filter 20 fließenden Abgases verringert
und wird die Konzentration des Reduktionsmittels erhöht, weil
das Abgas durch den Reduktionsmittelzuführmechanismus mit dem Kraftstoff versorgt
wird.
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Bei
dem wie in 1 gezeigten Reduktionsmittelzuführmechanismus
sind Einspritzöffnungen
so angeordnet, dass sie der Innenseite der ersten Auslassleitung 19a und
der zweiten Auslassleitung 19b gegenüberstehen. Der Reduktionsmittelzuführmechanismus
enthält
die Reduktionsmittel-Einspritzventile 28a und 28b,
welche als Antwort auf das Signal von der ECU 35 zur Einspritzung
des Kraftstoffs geöffnet
werden, eine Reduktionsmittelzuführleitung 29 zum
Leiten des Kraftstoffs, der aus der Kraftstoffpumpe 6 abgelassen
wird, zu den Reduktionsmittel-Einspritzventilen 28a und 28b,
und das Absperrventil 31, welches in der Reduktionsmittelzuführleitung 29 angeordnet
ist und welches den Fluss des Kraftstoffs in der Reduktionsmittelzuführleitung 29 abschaltet.
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Bei
dem Reduktionsmittelzuführmechanismus
wird der Kraftstoff, der aus der Kraftstoffpumpe 6 abgelassen
wird, mit einem hohen Druck den Reduktionsmittel-Einspritzventilen 28a und 28b über den
Versorgungskanal für
Reduktionsmittel 29 zugeführt. Dann werden die Reduktionsmittel-Einspritzventile 28a und 28b als
Antwort auf das Signal von der ECU 35 geöffnet und
wird der Kraftstoff als das Reduktionsmittel in die erste Auslassleitung 19a und die
zweite Auslassleitung 19b eingespritzt.
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Durch
das Reduktionsmittel, das von den Reduktionsmittel-Einspritzventilen 28a und 28b in
die erste Auslassleitung 19a bzw. die zweite Auslassleitung 19b eingespritzt
wird, wird das Abgas mit niedriger Sauerstoffkonzentration erzeugt.
Wenn das Abgas mit der niedrigen Sauerstoffkonzentration in den Filter 20a oder 20b fließt, werden
die in dem Filter 20a oder 20b absorbierten Stickoxide
(NOx) emittiert und zu Stickstoff (N2) reduziert.
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Anschließend werden
das Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a oder 28b als
Antwort auf das Signal von der ECU 35 geschlossen und wird
dann die Zufuhr des Reduktionsmittels in die erste Auslassleitung 19a oder
die zweite Auslassleitung 19b gestoppt.
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Als
nächstes
wird eine NOx-Reinigungssteuerung zur NOx-Reduzierung in dem NOx-Katalysator vom
Okklusions- Reduktions-Typ,
der in den Filtern 20 getragen wird, und zum Emittieren
des NOx im Detail beschrieben.
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Nach
der NOx-Reinigungssteuerung führt die
CPU 351 eine so genannte "rich spike"-Steuerung durch. Bei der "rich spike"-Steuerung wird die Sauerstoffkonzentration
des in die Filter 20 fließenden Abgases in relativ kurzen
Intervallen und in einer impulsartigen Weise (zu einer kurzen Zeit)
verringert.
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Wenn
beide Durchflussschaltventile 22a und 22b geöffnet sind,
fließt
im wesentlich die gleiche Menge des Abgases in die Filter 20.
Wenn in diesem Fall das Abgas mit dem Reduktionsmittel versorgt wird,
ist eine große
Menge des Reduktionsmittels erforderlich, um die Sauerstoffkonzentration
auf ein Niveau zu bringen, das für
Reinigung benötigt
wird. Daher wird die Kraftstoffeinsparung verschlechtert. In der
Ausführungsform
der Erfindung wird demgemäß eines
der Kanal-Schaltventile geschlossen, so dass das in einem von den
Filtern fließenden
Abgas verringert wird. Außerdem
wird der Filter, in welchem eine verringerte Menge des Abgases fließt, mit
dem Reduktionsmittel versorgt. Daher kann die erforderliche Sauerstoffkonzentration
durch eine geringe Menge des Reduktionsmittels durch Verringern
der in den Filter fließenden
Abgasmenge erhalten werden.
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In
der Ausführungsform
der Erfindung werden die Emission und Reduzierung des in dem ersten Filter 20a absorbierten
NOx beschrieben. Derselbe Prozess kann jedoch auch in dem zweiten
Filter 20b durchgeführt
werden.
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Bei
der oben erwähnten "rich spike"-Steuerung bestimmt
die CPU 351, ob eine Ausführungsbedingung der "rich spike"-Steuerung bei vorbestimmten
Intervallen erfüllt
wird. Beispiele der Ausführungsbedingung
der "rich spike"-Steuerung umfassen
eine Bedingung, bei der der erste Filter 20a in einem Aktivierungszustand
ist, eine Bedingung, bei der der Ausgabesignalwert des Abgastemperatursensors
(Abgastemperatur) gleich oder kleiner als ein vorbestimmter oberer
Grenzwert ist, und eine Bedingung, bei der eine Vergiftungswiederherstellungssteuerung
nicht abgearbeitet wird.
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Wenn
bestimmt wird, dass die oben erwähnte
Ausführungsbedingung
der "rich spike"-Steuerung erfüllt ist,
schließt
die CPU 351 das Durchflussschaltventil 22a. Durch
Steuerung des Reduktionsmittel-Einspritzventils 28a, so
dass der Kraftstoff als das Reduktionsmittel in der impulsartigen
Weise von dem Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a eingespritzt wird,
wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
in den ersten Filter 20a fließenden Abgases zeitweise gleich einem
vorbestimmten fetten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht.
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Im
Speziellen liest die CPU 351 die Motordrehzahl, das Ausgabesignal
(eine Gaspedalöffnung)
des Gaspedalöffnungssensors 36,
den Ausgabesignalwert (Einlassluftmenge) eines Luftmengenmessers
(nicht gezeigt), das Ausgabesignal des Sensors des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses,
die Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen aus, welche in dem RAM 353 gespeichert
werden.
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Die
CPU 351 greift unter Verwendung der Motordrehzahl, der
Gaspedalöffnung,
der Einlassluftmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge als Parameter
auf ein Reduktionsmittelzuführmenge-Steuerkennfeld
in dem ROM 352 zu und berechnet die Reduktionsmittelzuführmenge
(Sollzuführmenge),
die erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich einem
Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu
machen, welches vorher festgesetzt wurde.
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Als
nächstes
greift die CPU 351 unter Verwendung der Sollzuführmenge
als einem Parameter auf ein Reduktionsmittel-Einspritzventil-Steuerkennfeld
in dem ROM 352 zu und berechnet eine Ventilöffnungszeitspanne
(Soll-Ventilöffnungszeitspanne) des
Reduktionsmittel-Einspritzventils 28,
die erforderlich ist, um die Soll-Reduktionsmittelzuführmenge von dem Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a einzuspritzen.
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Wenn
die Soll-Ventilöffnungszeitspanne
des Reduktionsmittel-Einspritzventils 28a berechnet wird, öffnet die
CPU 351 das Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a.
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Wenn
dann die Soll-Ventilöffnungszeitspanne
abgelaufen ist, nachdem das Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a geöffnet wurde,
schließt
die CPU 35a das Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a.
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Wenn
demgemäß das Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a in
der Soll-Ventilöffnungszeitspanne geöffnet wird,
wird die Soll-Zuführmenge
des Kraftstoffs von dem Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a in
die erste Auslassleitung 19a eingespritzt. Das von dem
Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a eingespritzte Reduktionsmittel
wird mit dem von stromaufwärts
der ersten Auslassleitung 19a zufließenden Abgas gemischt, um das
Luft Kraftstoff-Gemisch mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu
erzeugen. Dann fließt
dieses Abgas mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den ersten Filter 20a.
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Demzufolge ändert sich
die Sauerstoff konzentration des in den ersten Filter 20a fließenden Abgases
in relativ kurzen Intervallen, und wiederholt daher der erste Filter 20a das
Absorbieren und Reduzieren der Stickoxide (NOx) abwechselnd in kurzen Intervallen.
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Indessen
wird das in dem Filter zurückgehaltene
PM verbrannt und durch das Abgas bei einer hohen Temperatur entfernt
und ausgebracht, wenn der Motor in einem Bereich hoher Drehzahl
und hoher Last betrieben wird. Da es jedoch eine gewisse Zeit benötigt, das
PM zu verbrennen, kann das PM unverbrannt verbleiben, wenn der Betriebsbereich
des Motors von den hohen Drehzahl- und hohen Lastbereichen abweicht,
bevor das PM völlig
verbrannt und entfernt ist. Außerdem
wird das PM nicht verbrannt und wird in dem Filter gespeichert,
wenn der Motor lange unter niedrige Last betrieben wird. Da es schwierig
ist, den Motor in einem Betriebszustand zu halten, der für Verbrennung
des PM geeignet ist, wird das unverbrannte PM allmählich in
dem Filter gespeichert, was ein Verstopfen des Filters verursacht.
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Die
Kraftstoffversorgung für
das Abgas ist auch wirksam als ein Verfahren zur wirksamen Entfernung
des unverbrannten PM.
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Wenn
das Abgas mit dem Kraftstoff versorgt wird, werden die Temperaturen
der Filter 20 nach der katalytischen Reaktion (oxidativen
Reaktion) erhöht. Zu
diesem Zeitpunkt ändert
sich das PM hinsichtlich der Qualität, um einfach oxidiert zu werden,
da aktiver Sauerstoff aufgrund des in den Filter fließenden Kraftstoffs
abgegeben wird. Deshalb wird die Menge an PM, welche pro Einheitszeit
oxidiert und entfernt werden kann, erhöht. Außerdem wird durch die Zufuhr
des Kraftstoffs die Sauerstoffvergiftung des Katalysators entfernt
und die Aktivität
des Katalysators verbessert, so dass der aktive Sauerstoff leicht
abgegeben wird. Dann wird das PM durch den aktiven Sauerstoff oxidiert,
verbrannt und entfernt.
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Nach
der Ausführungsform
der Erfindung sind während
dem Normalbetrieb beide Durchflussschaltventile 22a und 22b geöffnet und
fließt
somit das Abgas in die erste Auslassleitung 19a und die zweite
Auslassleitung 19b, so dass das Abgas gleichzeitig durch
zwei Filter gereinigt wird. Demzufolge kann die Durchflussmenge
des Abgases in jedem Filter auf die Hälfte verringert werden und
kann somit die Filterkapazität
verringert werden. Wenn jedoch die Temperatur des Abgases niedrig
ist, werden die Temperaturen der beiden Filter gleichzeitig verringert
und wird der Reinigungsgrad verringert. Bei dem NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ, der
in den Filtern 20 getragen wird, ändert sich der Wirkungsgrad
der Behandlung von NOx, HC, und dergleichen in Abhängigkeit
von der Temperatur des NOx-Katalysators. Daher ist es wichtig, die
Temperatur des NOx-Katalysators vom Okklusions-Reduktions-Typ auf
einem Niveau zu halten, auf welchem der Wirkungsgrad der Behandlung
von NOx, HC, und dergleichen hoch ist.
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Wenn
der Durchflussschaltventil von einem der Filtern geschlossen wird,
um die Durchflussmenge des Abgases zu verringern, um eine Verschlechterung
des Kraftstoffverbrauchs zu unterdrücken, und wenn der Kraftstoff
für eine
Heizsteuerung zugeführt
wird, kann die Energie des Abgases kaum erhalten werden. Dies ist
für eine
sofortige Erhöhung
der Temperatur nachteilig. Demzufolge braucht es längere Zeit,
die Temperatur des Abgases auf einen Temperaturbereich zu erhöhen, in
welchem das Abgas gereinigt werden kann, und kann somit die Abgasemission
während
der Zeitspanne verschlechtert sein.
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In
der Ausführungsform
der Erfindung wird demgemäß dem Abgas
gestattet, in einen von den Filtern zu fließen, und wird die Temperatur
des Filters erhöht,
wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist. Deshalb wird die Zeit
verkürzt,
bis mindestens einer der Filtern zu funktionieren beginnt.
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In
dem NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ nach der Ausführungsform
der Erfindung sind der Temperaturbereich (Temperaturfenster), in
welchem NOx behandelt werden kann, und der Temperaturbereich, in
welchem HC behandelt werden kann, verschieden. Im Speziellen kann HC
im Vergleich zu NOx bei einer niedrigeren Temperatur behandelt werden.
Somit existiert der Temperaturbereich, in welchem das HC behandelt
werden kann aber das NOx nicht ausreichend behandelt werden kann.
Außerdem
kann in dem Temperaturbereich, in welchem das HC nicht ausreichend
behandelt werden kann, die Temperatur des NOx-Katalysators vom Okklusions-Reduktions-Typ durch
die oxidative Reaktionswärme
nicht erhöht
werden, selbst wenn der NOx-Katalysator mit dem Kraftstoff versorgt
wird.
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Wenn
in der Ausführungsform
der Erfindung, die Temperatur des NOx-Katalysators vom Okklusions-Reduktions-Typ in
dem Temperaturbereich liegt, in welchem das HC nicht ausreichend
behandelt werden kann, wird demgemäß die Temperatur des Abgases
erhöht,
um die Temperatur des NOx-Katalysators vom Okklusions-Reduktions-Typ durch
das später beschriebene
Verfahren zu erhöhen.
Wenn andererseits die Temperatur des NOx-Katalysators vom Okklusions-Reduktions-Typ
in dem Temperaturbereich liegt, in welchem das HC behandelt werden
kann, wird die Temperatur des NOx-Katalysators vom Okklusions-Reduktions-Typ
durch Zufuhr des Kraftstoffs für
den NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ erhöht. Wenn
die Temperatur des NOx-Katalysators vom Okklusions-Reduktions-Typ
in dem Temperaturbereich liegt, in welchem HC behandelt werden kann,
wird die Temperatur des NOx-Katalysators vom Okklusions-Reduktions-Typ
nicht durch Erhöhung
der Temperatur des Abgases erhöht.
Die Ursache dafür
ist, wenn die Temperatur des NOx- Katalysators
vom Okklusions-Reduktions-Typ ein solches Temperaturbereich ist,
ist die erforderliche Kraftstoffmenge geringer, kann die Verschlechterung des
Kraftstoffverbrauchs unterdrückt
werden und kann die Erzeugung von Rauch unterdrückt werden, wenn der NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ
direkt mit dem Kraftstoff versorgt wird. In der Ausführungsform
der Erfindung haben die Temperatur des Filters und die Temperatur
des NOx-Katalysators vom Okklusions-Reduktions-Typ die gleiche Bedeutung.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zur Erhöhung
der Temperatur des Abgases für
eine Erhöhung der
Temperaturen der Filter 20 beschrieben.
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Nach
der Ausführungsform
der Erfindung, kann zur Erhöhung
der Temperatur des Abgases eine sekundäre Einspritzung angewendet
werden zur erneuten Einspritzung des Kraftstoffs zu einem Zeitpunkt,
zu welchem der Kraftstoff für
die Leistungsabgabe des Motors nicht eingespritzt wird, nach einer Haupteinspritzung
zum Einspritzen des Kraftstoffs in den Motor 1 für die Leistungsabgabe
des Motors.
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Wenn
die durch die Haupteinspritzung eingespritzte Kraftstoffeinspritzmenge
erhöht
wird, kann der Betriebszustand des Motors wegen der erhöhten Leistungsabgabe
des Motors verschlechtert sein. Somit wird, wie oben angegeben,
der Kraftstoff während eines
Expansionshubs zweitrangig eingespritzt. Der durch die sekundäre Einspritzung
eingespritzte Kraftstoff wird in jedem Zylinder 2 verbrannt,
um die Gastemperatur in jedem Zylinder zu erhöhen. Das Gas, dessen Temperatur
erhöht
wird, erreicht die Filter 20 in der Form von Abgas, um
die Temperatur des Filters zu erhöhen.
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Wenn
eine Beziehung zwischen der Gaspedalöffnung, der Motordrehzahl,
und der sekundären Einspritzungsmenge oder
dem sekundären
Einspritzungszeitpunkt vorher abgebildet und in dem ROM 352 gespeichert
wird, können
basierend auf dem Kennfeld die Einspritzungsmenge und der Einspritzungszeitpunkt
der sekundären
Einspritzung, die Gaspedalöffnung
und die Motordrehzahl berechnet werden.
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Die
Temperatur des Abgases kann auch durch Verzögerung des Zeitpunkts der Haupteinspritzung
durch die Kraftstoffeinspritzventile 3 erhöht werden
(nachstehend wird dies als Verzögerung
der Einspritzung bezeichnet). Wenn der Kraftstoff-Einspritzungszeitpunkt
bezüglich
des normalen Zeitpunkts verzögert
wird, wird die für
eine Kolbenbewegung verbrauchte Energie verringert und wird daher
die Temperatur des Abgases erhöht
Wenn allerdings der Motor 1 mit der verzögerten Kraftstoffeinspritzung
betrieben wird, wird der Verbrennungszustand instabil. Daher wird
eine Zeitspanne, um welche die Kraftstoffeinspritzung verzögert werden
kann, abhängig
von dem Betriebszustand des Motors 1 beschränkt. Demgemäß wird in
der Ausführungsform
der Erfindung der Kraftstoff vor der Verzögerung der Einspritzung eingespritzt,
wenn der Kolben, welcher einen Auslasshub beendet hat, sich in der
Nähe eines
oberen Totpunkts befindet. Dann wird der Kraftstoff verdampft und
wird damit während
eines nachfolgenden Einlasshubs und eines Kompressionshubs einfach zünden. Deshalb
kann die Verbrennung stabilisiert werden. Deshalb wird der Kraftstoff-Einspritzungszeitpunkt
weiter verzögert,
so dass die Temperatur des Abgases weiter erhöht werden kann.
-
Ferner
kann die EGR-Menge in der Ausführungsform
der Erfindung erhöht
werden. Da die Temperatur des EGR-Gases hoch ist, wird die Temperatur
der Einlassluft durch das EGR-Gas erhöht, welches zu einer Erhöhung der
Temperatur des Abgases führt.
Um die Menge des EGR-Gases zu erhöhen, ist es zum Beispiel möglich ein
Verfahren anzuwenden, in welchem der Druck in der Einlasszweigleitung 8 durch
Schließen
eines Einlassluft-Drosselventils 13 verringert wird, wodurch
eine Differenz zwischen einem Druck in der Einlasszweigleitung 8 und
einem Druck in der Auslasszweigleitung 18 erhöht wird.
Außerdem
ist es möglich
ein Verfahren anzuwenden, in welchem der Druck in der Auslasszweigleitung 18 durch
Schließen
des Durchflussschaltventils 22a und 22b erhöht wird,
wodurch die Differenz zwischen dem Druck in der Einlasszweigleitung 8 und
dem Druck in der Auslasszweigleitung 18 erhöht wird.
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Wie
oben beschrieben, kann die Temperatur des Abgases durch die Verzögerung des
Kraftstoff-Einspritzungszeitpunkts,
die sekundäre
Einspritzung nach der Haupteinspritzung (sekundäre Einspritzung) oder die Erhöhung der
EGR-Menge erhöht
werden. Dann können
die Temperaturen der Filter 20 erhöht werden. Demzufolge können die
Temperaturen der Filter 20 auf einem Temperaturbereich erhöht werden,
in welchem das HC behandelt werden kann.
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Als
nächstes
wird eine Filterheizsteuerung nach der Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Die Filterheizsteuerung wird durchgeführt, wenn die Temperatur des
Filters niedrig ist, zum Beispiel wenn der Motor 1 gestartet
wird oder wenn der Motor 1 fortlaufend unter niedriger
Last betrieben wird.
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4 ist
ein Ablaufdiagramm eines Ablaufs der Filterheizsteuerung.
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In
Schritt S101 wird das Durchflussschaltventil 22a geöffnet und
wird das Durchflussschaltventil 22b geschlossen.
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In
Schritt S102 wird die Temperatur des von dem Motor 1 abgegebenen
Abgases erhöht.
Als ein Verfahren zur Erhöhung
der Temperatur des Abgases können
zum Beispiel die sekundäre
Einspritzung, die Einspritzverzögerung
oder die Erhöhung der
EGR-Menge angewendet werden.
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In
Schritt S103 wird bestimmt, ob die Betttemperatur des ersten Filters 20a in
einem Temperaturbereich liegt, in welchem HC ausreichend behandelt
werden kann. Die CPU 351 liest das Ausgabesignal von dem
Filtertemperatursensor 24a aus und bestimmt die Temperatur
des ersten Filters 20a. Wenn der erste Filter 20a in
einem Fall, wo dessen Temperatur niedriger als ein Temperaturbereich
ist, in welchem das HC ausreichend behandelt werden kann, mit dem
Kraftstoff von dem Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a versorgt
wird läuft
der Kraftstoff, der in dem NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ
nicht behandelt werden kann, durch den ersten Filter 20a ab
und wird in die Atmosphäre
abgegeben. Somit wird in dem Temperaturbereich, in welchem das HC
nicht behandelt werden kann, die Temperatur des ersten Filters 20a durch
Erhöhung
der Temperatur des Abgases erhöht,
wodurch die Verschlechterung der Abgasemission unterdrückt wird.
Wenn andererseits die Betttemperatur des ersten Filters 20a das
Temperaturfenster erreicht, in welchem das HC ausreichend behandelt werden
kann, kann die Temperatur des ersten Filters 20a erhöht werden,
indem er von dem Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a mit
dem Reduktionsmittel versorgt wird.
-
Wenn
eine positive Bestimmung in Schritt S103 gemacht wird, macht der
Prozess mit Schritt S104 weiter. Wenn andererseits eine negative
Bestimmung in Schritt S103 gemacht wird, kehrt der Prozess zu Schritt
S102 zurück.
-
In
Schritt S104 wird die Erhöhung
der Temperatur des Abgases beendet, welche in Schritt S102 gestartet
wurde.
-
In
Schritt S105 wird die Heizsteuerung für den ersten Filter 20a durch
Einspritzung des Kraftstoffs von dem Reduktionsmittel-Einspritzventil 28a durchgeführt. Bei
dieser Kraftstoffeinspritzung wird das Einspritzintervall kurz gemacht
und wird die Einspritzungsmenge für jede Einspritzung im Vergleich zu
der Kraftstoffeinspritzung zur Emission des NOx klein gemacht. Demzufolge
kann die Kraftstoffmenge zugeführt
werden, die in den Filtern 20 behandelt werden kann. Außerdem wird
die Menge des Kraftstoffs, der durch die Filter 20 abläuft, ohne
dass er in den Filtern 20 behandelt wird, verringert und
kann damit die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs unterdrückt werden.
Eine Öffnungszeitspanne
und ein Öffnungszeitpunkt
des Reduktionsmittel-Einspritzventils 28a können zusammen
mit der Motordrehzahl und der Motorlast vorher abgebildet werden und
in dem ROM 352 gespeichert werden.
-
In
Schritt S106 wird bestimmt, ob die Betttemperatur des ersten Filters 20a in
einem Temperaturbereich liegt, in welchem das NOx ausreichend behandelt
werden kann. Die CPU 351 liest das Ausgabesignal von dem
Filtertemperatursensor 24a aus und bestimmt die Temperatur
des ersten Filters 20a.
-
Wenn
eine positive Bestimmung in Schritt S106 gemacht wird, macht der
Prozess mit Schritt S107 weiter. Wenn andererseits eine negative
Bestimmung in Schritt S106 gemacht wird, kehrt der Prozess zu Schritt
S105 zurück.
-
In
Schritt S107 wird bestimmt, ob die Temperatur des Kühlwassers
eine Soll-Temperatur (zum Beispiel 75 Grad) erreicht.
-
Wenn
die Temperatur des Kühlwassers
bei dem Motorstart oder dergleichen niedrig ist, kann die Abgasemission
verschlechtert sein. Wenn in diesem Fall dem Abgas gestattet wird
in den zweiten Filter 20b in einem inaktiven Zustand zu
fließen,
wird eine schädliche
Komponente in dem Abgas ohne behandelt zu werden in die Atmosphäre emittiert.
Somit wird die Heizung des zweiten Filters 20b gestartet, wenn
die Temperatur des Kühlwassers
die Soll-Temperatur (zum Beispiel 75 Grad) erreicht, d.h., wenn ein
Aufwärmen
beendet ist.
-
Wenn
eine positive Bestimmung in Schritt S107 gemacht wird, macht der
Prozess mit Schritt S108 weiter. Wenn andererseits eine negative
Bestimmung in Schritt S107 gemacht wird, kehrt der Prozess zu Schritt
S107 zurück.
-
In
Schritt S108 wird der Durchfluss des Abgases umgeschaltet. Die CPU 351 öffnet das
Durchflussschaltventil 22b und schließt dann das Durchflussschaltventil 22a.
-
In
Schritt S109 wird die Temperatur des von dem Motor 1 abgegebenen
Abgases erhöht.
Als ein Verfahren zur Erhöhung
der Temperatur des Abgases können
zum Beispiel die oben genannte sekundäre Einspritzung, die Einspritzverzögerung oder
die Erhöhung
der EGR-Menge angewendet werden.
-
In
Schritt S110 wird bestimmt, ob die Betttemperatur des zweiten Filters 20b in
einem Temperaturbereich liegt, in welchem das HC ausreichend behandelt
werden kann. Die CPU 351 liest das Ausgabesignal von dem
Filtertemperatursensor 24b aus und bestimmt die Betttemperatur
des zweiten Filters 20b. Wenn in einem Fall, wo die Temperatur
des zweiten Filters 20b niedriger als der Temperaturbereich
ist, in welchem das HC behandelt werden kann, der Kraftstoff von
dem Reduktionsmittel-Einspritzventil 28b zugeführt wird,
läuft der
Kraftstoff, der in dem NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ
nicht behandelt werden kann, durch den zweiten Filter 20b ab
und wird in die Atmosphäre emittiert.
Somit wird in dem Temperaturbereich, in welchem das HC nicht behandelt
werden kann, die Temperatur des zweiten Filters 20b durch
Erhöhung der
Temperatur des Abgases erhöht,
wodurch die Verschlechterung der Abgasemission unterdrückt wird.
Wenn andererseits die Temperatur des zweiten Filters 20b das
Temperaturfenster erreicht, in welchem das HC ausreichend behandelt
werden kann, kann die Temperatur des zweiten Filters 20b durch Zufuhr
des Reduktionsmittels von dem Reduktionsmittel-Einspritzventil 28b erhöht werden.
-
Wenn
eine positive Bestimmung in Schritt S110 gemacht wird, macht der
Prozess mit Schritt S111 weiter. Wenn andererseits eine negative
Bestimmung in Schritt S110 gemacht wird, kehrt der Prozess zu Schritt
S109 zurück.
-
In
Schritt S111 wird die Erhöhung
der Temperatur des Abgases beendet, welche in Schritt S109 gestartet
wurde.
-
In
Schritt S112 wird die Heizsteuerung für den zweiten Filter 20b durch
Einspritzung des Kraftstoffs von dem Reduktionsmittel-Einspritzventil 28b durchgeführt.
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In
Schritt S113 wird bestimmt, ob die Betttemperatur des zweiten Filters 20b in
einem Temperaturbereich liegt, in welchem das NOx ausreichend behandelt
werden kann. Die CPU 351 liest das Ausgabesignal von dem
zweiten Temperatursensor 24b aus und bestimmt die Temperatur
des zweiten Filters 20b.
-
Wenn
eine positive Bestimmung in Schritt S113 gemacht wird, macht der
Prozess mit Schritt S114 weiter. Wenn andererseits eine negative
Bestimmung in Schritt S113 gemacht wird, kehrt der Prozess zu Schritt
S112 zurück.
-
In
Schritt S114 werden beide Durchflussschaltventil 22a und 22b geöffnet, so
dass dem Abgas gestattet wird, in die Filter 20a und 20b zu
fließen.
-
Wenn
in diesem Fall eines der beiden Durchflussschaltventile geschlossen
wird, wird die Fläche des
Durchflusses verringert, so dass der Druck des Abgases erhöht wird.
In diesem Zustand kann die Leistungsabgabe des Motors 1 abnehmen
oder kann der Filter zerbrechen. Wenn das Ausgabesignal des Auslassdrucksensors 37 während der
Heizsteuerung gleich oder größer als
ein vorbestimmter Wert wird, werden demgemäß die Durchflussschaltventile 22a und 22b völlig geöffnet, um
den Druck des Abgases zu verringern. 5 ist ein
Ablaufdiagramm einer Druckabnahmesteuerung für den Abgasdruck. In Schritt
S201 wird das Ausgabesignal von dem Auslassdrucksensor 37 eingelesen.
In Schritt S202 wird bestimmt, ob das Ausgabesignal von dem Auslassdrucksensor 37 gleich
oder größer als
ein vorbestimmter Wert ist. Wenn bestimmt wird, dass das Ausgabesignal
in Schritt S202 gleich oder größer als der
vorbestimmte Wert ist, wird abgeschätzt, dass der Druck des Abgases
stromaufwärts
der Filter 20a und 20b gleich oder höher als
der vorbestimmte Wert wird. Dann werden in Schritt S203 die Durchflussschaltventile 22a und 22b völlig geöffnet, um
den Druck des Abgases zu verringern. Als der vorbestimmte Wert,
der für
die Bestimmung verwendet wird, wird vorher ein Wert erhalten, bei
dem die Leistungsabgabe des Motors 1 nicht zunimmt und
die Filter 20 nicht zerbrechen. Dann wird der vorbestimmte Wert
in dem ROM 352 gespeichert.
-
In
der Ausführungsform
der Erfindung ist es möglich
zu ermöglichen,
dass das Abgas in einen Filter 20a fließt und dessen Temperatur erhöht. Deshalb ist
es möglich
die Temperatur eines Filters auf einen Temperaturbereich zu erhöhen, in
welchem das NOx behandelt werden kann. De außerdem die Heizung des anderen
Filters 20b gestartet wird, nachdem das Aufwärmen des
Motors 1 beendet ist, kann die Verschlechterung der Abgasemission
unterdrückt
werden, während
der andere Filter 20b geheizt wird.
-
In
der Ausführungsform
der Erfindung wird die Soll-Temperatur
der Filter 20 auf einem Temperaturbereich festgelegt, in
welchem das NOx behandelt werden kann. Stattdessen kann jedoch die
Soll-Temperatur auf eine Temperatur gesetzt werden, bei welcher
das PM oxidiert werden kann. Indem die Temperatur so gesetzt wird,
kann das PM entfernt werden, ohne in den Filtern 20 gespeichert
zu werden.
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<Zweite Ausführungsform>
-
Es
werden nun die Unterschiede zwischen der ersten Ausführungsform
und der zweiten Ausführungsform
beschrieben.
-
In
der ersten Ausführungsform
wird, während
ein Filter geheizt wird, dem Abgas nicht ermöglicht, in den anderen Filter
zu fließen.
Anderseits wird in der zweiten Ausführungsform einer kleinen Menge des
Abgases ermöglicht,
in den anderen Filter zu fließen.
-
Das
heißt,
in der zweiten Ausführungsform wird
das Durchflussschaltventil 22b ein bisschen geöffnet, während das
Durchflussschaltventil 22a in Schritt S101 völlig geöffnet ist,
wie in der ersten Ausführungsform
in 4 gezeigt wird. Somit kann der zweite Filter 20b allmählich geheizt
werden, während der
erste Filter 20a geheizt wird. Nachdem das Heizen des ersten
Filters 20a beendet ist, kann demgemäß die Temperatur des zweiten
Filters 20b sofort auf die aktive Temperatur erhöht werden.
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In
Schritt S108 wird das Durchflussschaltventil 22a ein bisschen
geöffnet,
während
das Durchflussschaltventil 22b völlig geöffnet ist. Somit kann der erste
Filter 20a die Energie des Abgases erhalten, während der
zweite Filter 20b geheizt wird, so dass die Abnahme der
Temperatur des ersten Filters 20a unterdrückt werden
kann. Somit gibt es einen Vorteil, dass der Druck des Abgases während der Heizsteuerung
im wesentlich nicht gesteigert wird.
-
Da
der grundsätzliche
Hardwareaufbau derselbe wie in der ersten Ausführungsform ist, wird auf dessen
Beschreibung verzichtet.
-
In
der zweiten Ausführungsform
wird die Soll-Temperatur
des Filters 20 auf eine Temperatur gesetzt, bei welcher
das NOx behandelt werden kann. Allerdings kann die Soll-Temperatur
des Filters 20 auf eine Temperatur gesetzt werden, bei
welcher das PM oxidiert werden kann. Dadurch kann das PM entfernt
werden, ohne es in den Filtern 20 zu speichern.
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<Dritte Ausführungsform>
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Es
werden nun die Unterschiede zwischen der ersten Ausführungsform
und der dritten Ausführungsform
beschrieben.
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In
der ersten Ausführungsform
wird, während
ein Filter geheizt wird, dem Abgas nicht ermöglicht, in den anderen Filter
zu fließen.
Anderseits wird in der zweiten Ausführungsform der gleichen Menge des
Abgases erlaubt, in beide Filter zu fließen, um die Filter zu heizen.
-
Wenn
die Filter geheizt werden, indem sie mit dem Kraftstoff versorgt
werden, wird durch Anpassen der Kraftstoffzuführmenge außerdem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases ein bisschen höher
als ein stöchiometrisches
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
gemacht.
-
Wenn
die Durchflussmenge des Abgases durch Schließen des Durchflussschaltventils 22 verringert
wird, um das NOx zu emittieren, das in dem NOx-Katalysator vom Okklusions-Reduktions-Typ gesammelt
ist, kann durch Zuführen
nur einer kleinen Menge des Kraftstoffs das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases auf einem Niveau nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gebracht
werden. Deshalb kann die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs
unterdrückt
werden. Wenn allerdings die Durchflussmenge des Abgases durch Schließen des Durchflussschaltventils
verringert wird, kann die Energie des Abgases nicht erhalten werden.
Demzufolge braucht es Zeit, den Filter zu heizen. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases fett gemacht wird, kann ferner ein Teil von des zugeführten Kraftstoff
wegen eines Mangels an Sauerstoffs nicht oxidiert werden. Demzufolge
wird die Erhöhung
der Temperatur bezüglich
der Kraftstoffzuführmenge
gering.
-
Um
somit die Temperaturen der Filter sofort zu erhöhen, ist es wünschenswert,
einer größeren Menge
des Abgases zu gestatten, in die Filter zu fließen, als wenn das NOx in dem
NOx-Katalysator reduziert wird, und dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases fett gemacht wird.
-
Demgemäß werden
in der dritten Ausführungsform,
in einem Fall, wo die Temperaturen der Filter 20 erhöht werden
muss und die Temperaturen der Filter 20 niedriger als der
Temperaturbereich ist, in welchem das HC behandelt werden kann,
Durchflussschaltventile 22a und 22b völlig geöffnet und wird
die Temperatur des Abgases erhöht.
Wenn die Temperaturen der Filter 20 in dem Temperaturbereich
sind, in welchem das HC behandelt werden kann, wird der Kraftstoff
von den Reduktionsmittel-Einspritzventilen 28a und 28b durch
Einstellen der Zuführmenge
so zugeführt,
dass das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases ein bisschen mager wird.
-
Da
der grundsätzliche
Hardwareaufbau gleich wie in der ersten Ausführungsform ist, wird auf dessen
Beschreibung verzichtet.
-
Als
nächstes
wird die Filterheizsteuerung gemäß der dritten
Ausführungsform
beschrieben.
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6 ist ein Ablaufdiagramm eines Ablaufs der
Filterheizsteuerung nach der dritten Ausführungsform.
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In
Schritt S301 werden die Durchflussschaltventile 22a und 22b völlig geöffnet. Somit
wird dem Abgas ermöglicht,
in beide Filter 20a und 20b zu fließen, so
dass sie gleichzeitig beheizt werden. Die Durchflussschaltventile 22a und 22b können ein
bisschen geschlossen werden.
-
In
Schritt S302 wird die Temperatur des von dem Motor 1 abgegebenen
Abgases erhöht.
Es wird die gleiche Betätigung
wie in Schritt S102 in 4 in der ersten Ausführungsform
durchgeführt.
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In
Schritt S303 wird bestimmt, ob die Temperaturen der Filter 20a und 20b in
einem Temperaturbereich sind, in welchem das HC ausreichend behandelt
werden kann. Die CPU 351 liest die Ausgabesignale von den
Filtertemperatursensoren 24a und 24b aus und bestimmt
die Temperaturen der Filter 20.
-
Wenn
eine positive Bestimmung in Schritt S303 gemacht wird, macht der
Prozess mit Schritt S304 weiter. Wenn eine negative Bestimmung in Schritt
S303 gemacht wird, kehrt der Prozess zu Schritt S302 zurück.
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In
Schritt S304 wird die Heizsteuerung für die Filter 20 durch
Einspritzen des Kraftstoffs von den Reduktionsmittel-Einspritzventilen 28 durchgeführt. Das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis
wird durch Einstellen der Kraftstoffzuführmenge ein bisschen mager
gemacht.
-
Im
Speziellen liest die CPU 351 die Motordrehzahl, das Ausgabesignal
(Gaspedalöffnung)
des Gaspedalöffnungssensors 36,
den Ausgabesignalwert (Einlassluftmenge) eines Luftmengenmessers (nicht
gezeigt), das Ausgabesignal des Luft-Kraftstoff-Sensors, die Kraftstoffeinspritzmenge
und dergleichen aus, welche in dem RAM 353 gespeichert werden.
-
Die
CPU 351 greift unter Verwendung der Motordrehzahl, der
Gaspedalöffnung,
der Einlassluftmenge und der Kraftstoffeinspritzmenge als Parameter
auf das Reduktionsmittelzuführmengen-Steuerkennfeld
in dem ROM 352 zu und berechnet die Reduktionsmittelzuführmenge
(Sollzuführmenge),
die erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich wie
ein Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu
machen, welches vorher festgelegt wurde.
-
Als
nächstes
greift die CPU 351 unter Verwendung der Sollzuführmenge
als einem Parameter auf ein Reduktionsmittel-Einspritzventil-Steuerkennfeld
in dem ROM 352 zu und berechnet eine Ventilöffnungszeitspanne
(Soll-Ventilöffnungszeitspanne)
der Reduktionsmittel-Einspritzventile 28,
die erforderlich ist, um die Soll-Reduktionsmittelzuführmenge von den Reduktionsmittel-Einspritzventilen 28 einzuspritzen.
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Wenn
die Soll-Ventilöffnungszeitspanne
der Reduktionsmittel-Einspritzventile 28 berechnet ist, öffnet die
CPU 351 die Reduktionsmittel-Einspritzventile 28.
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Wenn
die Soll-Ventilöffnungszeitspanne
verstrichen ist, nachdem die Reduktionsmittel-Einspritzventile 28 geöffnet werden,
schließt
die CPU 351 dann die Reduktionsmittel-Einspritzventile 28.
-
Wenn
die Reduktionsmittel-Einspritzventile 28 in der Soll-Ventilöffnungszeitspanne
geöffnet
werden, wird die Soll-Kraftstoffzuführmenge in die erste Auslassleitung 19a und
die zweite Auslassleitung 19b der Reduktionsmittel-Einspritzventilen 28 eingespritzt.
Das von den Reduktionsmittel-Einspritzventilen 28 eingespritzte
Reduktionsmittel wird mit dem Abgas gemischt, das von stromaufwärts der
ersten Auslassleitung 19a und der zweiten Auslassleitung 19b zufließt, um das
Kraftstoff-Luftgemisch mit dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu
erzeugen. Dann fließt
das Abgas in die Filter 20.
-
Demzufolge
kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis
des in die Filter 20 fließenden Abgases ein bisschen
mager gemacht werden. Der Druck des von den Reduktionsmittel-Einspritzventilen 28 eingespritzten Kraftstoffs
kann durch einen Regulator (nicht gezeigt) verringert werden, um
die Kraftstoffmenge für
Einspritzung zu verringern. Darüber
hinaus kann die Einspritzzeitspanne für jede Einspritzung verkürzt werden,
um so die Kraftstoffmenge für
die Einspritzung zu verringern.
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In
Schritt S305 wird bestimmt, ob die Temperaturen der Filter 20 in
einem Temperaturbereich sind, in welchem das NOx ausreichend behandelt werden
kann. Die CPU 351 liest die Ausgabesignale von den Filtertemperatursensoren 24a und 24b aus und
bestimmt die Temperaturen der Filter 20.
-
Wenn
eine positive Bestimmung in Schritt S305 gemacht wird, wird die
Filterheizsteuerung beendet. Wenn eine negative Bestimmung in Schritt S305
gemacht wird, kehrt der Prozess zu Schritt S304 zurück.
-
Somit
können
in der dritten Ausführungsform die
Temperaturen der Filter 20 sofort erhöht werden, indem dem Abgas
ermöglicht
wird, in beide Filter 20 zu fließen und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases ein bisschen mager gemacht wird.
-
In
der dritten Ausführungsform
wird die Soll-Temperatur
der Filter 20 auf einen Temperatur festgelegt, bei welchem
das NOx behandelt werden kann. Stattdessen kann die Soll-Temperatur
jedoch auf eine Temperatur gesetzt werden, bei welcher das PM oxidiert
werden kann. Indem die Temperatur so eingestellt wird, kann das
PM entfernt werden, ohne es in den Filtern 20 zu speichern.