DE60110155T2

DE60110155T2 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen von abgasen

Info

Publication number: DE60110155T2
Application number: DE60110155T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Toyota-shi ITOH; Toshiaki Toyota-shi Tanaka; Shinya Toyota-shi Hirota; Koichi Toyota-shi KIMURA; Koichiro Toyota-shi NAKATANI
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-02-16
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: AU3231301A; KR20020002429A; DE60111689T2; ES2240402T3; WO2001061159A1; KR20020002428A; EP1172532A1; ES2240403T3; CA2369651C; JP3702847B2; US6769245B2; AU751248B2; CA2369661C; DE60111689D1; WO2001061160A1; KR100478739B1; CN100398789C; EP1172531B1; CA2369651A1; AU753460B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungsverfahren und eine Abgasreinigungsvorrichtung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bisher sind in einem Dieselmotor die im Abgas enthaltenen Partikel durch Anordnen eines Partikelfilters in dem Motorabgaskanal unter Verwendung dieses Partikelfilters zum Abscheiden bzw. Abfangen der Partikel im Abgas und durch Zünden und Verbrennen dieser auf dem Partikelfilter abgeschiedenen bzw. abgefangenen Partikel entfernt worden, um den Partikelfilter zu regenerieren. Die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen bzw. abgefangenen Partikel entzünden sich jedoch erst, wenn die Temperatur einen hohen Wert von zumindest etwa 600 °C erreicht. Im Gegensatz dazu ist die Temperatur des Abgases eines Dieselmotors normalerweise beträchtlich geringer als 600 °C. Daher ist es schwierig, die Wärme des Abgases zu verwenden, um zu bewirken, daß sich die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen bzw. abgefangenen Partikel entzünden. Um die Wärme des Abgases zu nutzen, um zu bewirken, daß die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen bzw. abgefangenen Partikel sich entzünden, besteht die Notwendigkeit, die Zündtemperatur der Partikel senken.
Bisher war jedoch bekannt, daß die Zündtemperatur der Partikel reduziert werden kann, wenn der Partikelfilter einen Katalysator trägt. Daher sind in der Technik verschiedenen Partikelfilter bekannt, die Katalysatoren zum Reduzieren der Zündtemperatur der Partikel tragen.
In der geprüften japanischen Offenlegungsschrift (Kokoku) 7-106290 ist beispielsweise ein Partikelfilter offenbart, der einen Partikelfilter aufweist, der eine Mi schung aus einem Metall der Platingruppe und einem Erdalkalimetalloxid trägt. In diesem Partikelfilter werden die Partikel durch eine relativ niedrige Temperatur von etwa 350 °C bis 400 °C entzündet und dann kontinuierlich verbrannt.
Steigt in einem Dieselmotor die Last an, reicht die Temperatur des Abgases von 350 °C bis 400 °C Temperatur. Daher würde es bei dem vorstehenden Partikelfilter zunächst den Anschein haben, daß die Partikel durch die Wärme des Abgases zur Entzündung und Verbrennung gebracht werden können, wenn die Motorlast ansteigt. Tatsächlich entzünden sich die Partikel aber manchmal nicht, selbst wenn die Temperatur des Abgases von 350 °C bis 400 °C reicht. Selbst wenn sich die Partikel entzünden, verbrennt ferner nur ein Teil der Partikel und eine große Menge bzw. ein großer Anteil der Partikel verbleibt unverbrannt.
Das heißt, wenn der im Abgas enthaltene Anteil an Partikeln gering ist, ist der Anteil der auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel gering. Falls die Temperatur des Abgases zu diesem Zeitpunkt von 350 °C bis 400 °C reicht, entzünden sich die Partikel auf dem Partikelfilter und werden dann kontinuierlich verbrannt.
Falls der in dem Abgas enthaltene Anteil der Partikel größer wird, jedoch bevor die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel vollständig verbrennen, werden weitere Partikel auf diesem Partikel abgeschieden. Folglich werden die Partikel in Lagen auf dem Partikelfilter abgeschieden. Wenn die Partikel lagenweise auf dem Partikelfilter abgeschieden werden, wird der Teil der Partikel, der mit Sauerstoff leicht in Kontakt gelangt, verbrannt, jedoch verbrennen die verbleibenden Partikel, die den Sauerstoff nur schwer kontaktieren, nicht, und daher bleibt ein großer Anteil der Partikel unverbrannt. Wenn daher der Anteil der in dem Abgas enthaltenen Partikel zunimmt, setzt weiterhin eine große Menge von Partikeln auf dem Partikelfilter ab.
Wenn andererseits eine große Partikelmenge auf dem Partikelfilter abgeschieden wird, wird es immer schwerer, die abgeschiedenen Partikel zu entzünden und zu verbrennen. Es wird wahrscheinlich schwieriger, sie auf diese Weise zu verbrennen, weil der Kohlenstoff in den Partikeln sich beim Abscheiden in schwer zu verbrennendes Graphit etc. umwandelt. Wenn tatsächlich weiterhin eine große Partikelmenge auf dem Partikelfilter abgeschieden wird, entzünden sich die abgeschiedenen Partikel bei einer niedrigen Temperatur von 350 °C bis 400 °C nicht. Es ist eine hohe Temperatur von über 600 °C erforderlich, um die Entzündung der abgeschiedenen Partikel zu bewirken. In einem Dieselmotor erreicht jedoch die Temperatur des Abgases normalerweise nie eine hohe Temperatur von über 600 °C. Wenn eine große Partikelmenge anhaltend auf dem Partikelfilter abgeschieden wird, ist es schwierig, durch die Abgaswärme eine Entzündung der abgeschiedenen Partikel zu bewirken.
Wenn es andererseits zu diesem Zeitpunkt möglich wäre, die Temperatur des Abgases auf eine hohe Temperatur von über 600 °C zu erhöhen, würden die abgeschiedenen Partikel entzündet werden, jedoch in diesem Fall ein anderes Problem auftreten. Das heißt, daß in diesem Fall, wenn die abgeschiedenen Partikel zur Entzündung gebracht werden würden, daß diese unter Erzeugung einer leuchtenden Flamme verbrennen würden. Dabei würde die Temperatur des Partikelfilters für lange Zeit auf über 800 °C gehalten werden, bis die abgeschiedenen Partikel fertig verbrannt sind. Wenn der Partikelfilter auf diese Weise lange Zeit einer hohen Temperatur von über 800 °C ausgesetzt ist, wird die Qualität des Partikelfilters jedoch schnell abnehmen, und somit entsteht das Problem, daß der Partikelfilter frühzeitig durch einen neuen Filter ersetzt werden muß.
Wenn die abgeschiedenen Partikel verbrannt werden, kommt es ferner zu einer Kondensation von Asche und Entstehung großer Aschemassen. Diese Aschemassen verstopfen die feinen Löcher des Partikelfilters. Die Anzahl der verstopften feinen Löcher steigt im Verlauf der Zeit an, und daher wird der Druckverlust der Abgasströmung in dem Partikelfilter immer größer. Wird der Druckverlust der Abgasströmung größer, sinkt die Leistungsabgabe des Motors ab, und aufgrund dessen entsteht wiederum dahingehend ein Problem, daß der Partikelfilter rasch durch einen neuen Filter ersetzt werden muß.
Wird auf diese Weise eine große Partikelmenge auf einmal in Lagen abgeschieden, entstehen Probleme verschiedener Art, wie vorstehend beschrieben. Daher gilt es zu verhindern, daß eine große Partikelmenge in Lagen abgeschieden wird, während gleichzeitig das Gleichgewicht zwischen der in dem Abgas enthaltenen Partikelmenge und der Partikelmenge, die auf dem Partikelfilter verbrannt werden kann, berücksichtigt wird. Bei dem in der vorstehenden Veröffentlichungsschrift offenbarten Partikelfilter, wird jedoch dem Gleichgewicht zwischen der in dem Abgas enthaltenen Partikelmenge und der Partikelmenge, die auf dem Partikelfilter verbrannt werden kann, keine Beachtung geschenkt, und daher kommt es zu verschiedenen Problemen, wie vorstehend beschrieben.
Ferner kommt es bei dem in der vorstehenden Veröffentlichungsschrift offenbarten Partikelfilter, wenn die Temperatur des Abgases 350 °C unterschreitet, nicht zu einer Entzündung der Partikel, und somit werden die Partikel auf dem Partikelfilter abgeschieden. Falls die Abscheidungsmenge gering ist, wenn die Temperatur des Abgases von 350 °C bis 400 °C reicht, werden in diesem Fall die abgeschiedenen Partikel verbrannt, wenn jedoch eine große Partikelmenge in Lagen abgeschieden wird, entzünden sich die abgeschiedenen Partikel nicht, wenn die Temperatur des Abgases von 350 °C bis 400 °C reicht. Selbst wenn sie sich aber entzündet, verbrennt ein Teil der Partikel nicht, und verbleibt daher unverbrannt.
Falls die Temperatur des Abgases erhöht wird, bevor es zu einer lagenweisen Abscheidung der großen Partikelmenge kommt, besteht in diesem Fall die Möglichkeit, die abgeschiedenen Partikel zur Verbrennung zu bringen, ohne welche zu hinterlassen, jedoch wird dies bei dem in der vorstehenden Veröffentlichungsschrift offenbarten Partikelfilter nicht berücksichtigt. Wenn daher eine große Partikelmenge lagenweise abgeschieden wird, insofern die Temperatur des Abgases nicht über 600 °C erhöht wird, können nicht alle abgeschiedenen Partikel zur Verbrennung gebracht werden.
Die US 4,881,369 beschreibt eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Verwendung in einem Verbrennungsmotor, in den ein Kraftstoff zu angemessenen Steuerzeitpunkten eingespritzt wird. Die Vorrichtung weist einen katalytischen Abscheider auf, der in dem Abgassystem zum Aufsammeln der Abgaspartikel angeordnet ist, um die darin von dem Motor abgegebenen Abgaspartikel zu sammeln und die gesammelten Abgaspartikel unter einer katalytischen Wirkung zu verbrennen. Eine Steuerungseinheit steuert die Kraftstoffeinspritzsteuerzeit gemäß den Motorbetriebsbedingungen. Die Steuerungseinheit verzögert die Kraftstoffeinspritzsteuerzeit, wenn die Motorabgastemperatur sich in einem vorbestimmten Bereich befindet und das Druckdifferential über dem katalytischen Abscheider einen Bezugswert übersteigt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungsverfahren und eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die die Partikel in einem Abgas auf einem Partikelfilter kontinuierlich durch Oxidation entfernen können.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abgasreinigungsverfahren und eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die die Partikel in einem Abgas auf einem Partikelfilter kontinuierlich durch Oxidation entfernen und gleichzeitig NOx im Abgas entfernen können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abgasreinigungsverfahren geschaffen, wobei als ein Partikelfilters zum Entfernen von Partikeln in einem Abgas, das von einem Verbrennungsraum abgegeben wird, ein Partikelfilter verwendet wird, der beliebige Partikel in einem Abgas, das in den Partikelfilter strömt, entfernen kann, ohne eine leuchte Flamme abzugeben, wenn eine Menge von abgeführten Partikeln, die von dem Verbrennungsraum pro Zeiteinheit abgeführt wird, geringer ist als eine Partikelmenge, die durch Oxidation entfernbar ist, die durch Oxidation auf dem Partikelfilter pro Zeiteinheit entfernt werden kann, ohne eine leuchte Flamme abzugeben, und wobei zumindest entweder die Menge von abgeführten Partikeln oder die durch Oxidation entfernbare Partikelmenge so gesteuert wird, daß die Menge der abgeführten Partikel geringer wird als die Menge der Partikel, die durch Oxidation entfernbar ist, wenn die Menge der abgeführten Partikel die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel übersteigt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Abgasreinigungsvorrichtung geschaffen, bei der in einem Motorabgaskanal ein Partikelfilter zum Entfernen von Partikeln in einem Abgas, das von einem Verbrennungsraum abgeführt wird, angeordnet ist, wobei als der Partikelfilter ein Partikelfilter verwendet wird, der beliebige Partikel in einem in den Partikelfilter strömenden Abgas durch Oxidation entfernen kann, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, wenn eine Menge der abgeführten Partikel, die von dem Verbrennungsraum pro Zeiteinheit abgeführt werden, geringer ist als eine durch Oxidation entfernbare Partikelmenge, die durch Oxidation auf dem Partikelfilter pro Zeiteinheit entfernt werden kann, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, und die mit einer Steuereinrichtung zum Steuern von zumindest entweder der Menge von abgeführten Partikeln oder der durch Oxidation entfernbaren Menge von Partikeln versehen ist, so daß die Menge der abgeführten Partikel geringer wird als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Menge der abgeführten Partikel die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel übersteigt.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungsverfahren geschaffen, wobei als ein Partikelfilter zum Entfernen von Partikeln in einem von einem Verbrennungsraum abgeführten Abgas ein Partikelfilter verwendet wird, der beliebige Partikel in einem in den Partikelfilter strömenden Abgas durch Oxidation entfernen kann, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, wenn eine Menge der abgeführten Partikel, die aus dem Verbrennungsraum pro Zeiteinheit abgeführt wird, geringer ist als eine durch Oxidation entfernbare Partikelmenge, die durch Oxidation auf dem Partikelfilter pro Zeiteinheit entfernt werden kann, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, und wobei das Verfahren eine Funktion zum Absorbieren von NO_x in dem Abgas aufweist, wenn ein Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases, das in den Partikelfilter strömt, mager ist, und zum Freisetzen des absorbierten NO_x, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter strömenden Abgases zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis oder fett wird, und zum Steuern von zumindest der Menge der abgeführ ten Partikel oder der durch Oxidation entfernbaren Partikelmenge, so daß die Menge der abgeführten Partikel geringer wird als die durch Oxidation entfernbare Partikelmenge, wenn die Menge der abgeführten Partikel die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel übersteigt.
Ferner wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung geschaffen, bei der ein Partikelfilter zum Entfernen von Partikeln in einem aus einem Verbrennungsraum abgeführten Abgas in einem Motorabgaskanal angeordnet ist, wobei als der Partikelfilter ein Partikelfilter verwendet wird, der beliebige Partikel in einem Abgas, das in den Partikelfilter strömt, durch Oxidation entfernen kann, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, wenn eine Menge der abgeführten Partikel, die aus dem Verbrennungsraum pro Zeiteinheit abgeführt wird, geringer ist als eine Menge von Partikeln, die durch Oxidation entfernbar ist, die durch Oxidation auf dem Partikelfilter pro Zeiteinheit entfernt werden kann, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, und wobei die Vorrichtung eine Funktion zum Absorbieren von NO_x in dem Abgas aufweist, wenn ein Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases, das in den Partikelfilter strömt, mager ist und zum Freisetzen der absorbierten NO_x, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter strömenden Abgases zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis oder fett wird, und die mit einer Steuereinrichtung zum Steuern von zumindest entweder der Menge der abgeführten Partikel oder der Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel versehen ist, so daß die Menge der abgeführten Partikel geringer wird als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Menge der abgeführten Partikel der Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel übersteigt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Gesamtansicht eines Verbrennungsmotors; 2A und 2B sind Ansichten eines Soll-Drehmoments eines Motors; 3A und 3B sind Ansichten eines Partikelfilters; 4A und 4B sind Ansichten zur Erläuterung eines Oxidationsvorgangs der Partikel; 5A bis 5C sind Ansichten zur Erörterung eines Abscheidungsvorgangs der Partikel; 6 ist eine Ansicht der Beziehung zwischen der durch Oxida tion entfernbaren Partikelmenge und der Temperatur des Partikelfilters; 7A und 7B sind Ansichten einer durch Oxidation entfernbaren Partikelmenge; 8A bis 8F sind Ansichten von Kennfeldern der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel; 9A und 9B sind Ansichten von Kennfeldern über die Sauerstoffkonzentration und die NO_x-Konzentration in dem Abgas; 10A und 10B sind Ansichten über die Menge der abgeführten Partikel; 11 ist ein Flußdiagramm über die Steuerung des Motorbetriebs; 12 ist eine Ansicht zur Erörterung einer Einspritzungssteuerung; 13 ist eine Ansicht über die Raucherzeugungsmenge; 14A und 14B sind Ansichten über die Temperatur des Gases im Verbrennungsraum; 15 ist eine Gesamtansicht einer weiteren Ausführungsform eines Motors; 16 ist eine Gesamtansicht von noch einer weiteren Ausführungsform eines Motors; 17 ist eine Gesamtansicht von noch einer weiteren Ausführungsform eines Motors; 18 ist eine Gesamtansicht von noch einer weiteren Ausführungsform eines Motors; 19 ist eine Gesamtansicht von noch einer weiteren Ausführungsform eines Motors; 20A bis 20C sind Ansichten der Abscheidungskonzentration von Partikeln etc.; und 21 ist ein Flußdiagramm zur Steuerung des Motorbetriebs.
BESTE ART UND WEISE DES AUSFÜHRENS DER ERFINDUNG
1 zeigt den Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung auf einen Verbrennungsmotor mit Eigenzündung. Es ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung auch auf einen Verbrennungsmotor mit Eigenzündung angewendet werden kann.
Unter Bezugnahme auf 1 steht 1 für einen Motorkörper, 2 für einen Zylinderblock, 3 für einen Zylinderkopf, 4 für einen Kolben, 5 für einen Verbrennungsraum, 6 für eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffeinspritzdüse, 7 für ein Einlaßventil, 8 für einen Ansaugkanal, 9 für ein Auslaßventil und 10 für einen Auslaßkanal. Der Ansaugkanal 8 ist mit einem Druckluftbehälter 12 durch ein entsprechendes Saugrohr 11 verbunden, während der Druckluftbehälter 12 mit einem Kompressor 15 eines Abgasturboladers 14 durch einen Einlaßkanal 13 verbunden ist. Im Inneren des Einlaßkanals 13 ist ein Drosselventil 17 angeordnet, das durch einen Schrittmotor 16 angesteuert wird. Fer ner ist eine Kühlvorrichtung 18 um den Einlaßkanal 13 herum zum Kühlen der durch den Einlaßkanal 13 strömenden Ansaugluft angeordnet. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Motorkühlwasser im Inneren der Kühlvorrichtung 18 geführt, und die Ansaugluft wird durch das Motorkühlwasser gekühlt. Der Auslaßkanal 10 ist hingegen mit einer Abgasturbine 21 eines Abgasturboladers 14 durch einen Auspuffkrümmer 19 und ein Auspuffrohr 20 verbunden. Der Auslaß der Abgasturbine 21 ist mit einem Gehäuse 23 verbunden, das einen Partikelfilter 22 umgibt.
Der Abgaskrümmer 19 und der Druckluftbehälter 12 sind durch einen Abgasrückführungskanal (AGR-Kanal) 24 miteinander verbunden. Im AGR-Kanal 24 ist ein elektronisch gesteuertes AGR-Steuerventil 25 angeordnet. Eine Kühlvorrichtung 26 ist um den AGR-Kanal 24 herum angeordnet, um das innerhalb des AGR-Kanals 24 zirkulierende AGR-Gas zu kühlen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Motorkühlwasser innerhalb der Kühlvorrichtung 26 geführt, und das AGR-Gas wird durch das Motorkühlwasser gekühlt. Die Einspritzdüsen 26 sind hingegen durch Kraftstoffzuführleitungen 6a mit einem Kraftstoffreservoir, einer sogenannten Common-Rail 27 (bzw. gemeinsamen Druckleitung), verbunden. Der Kraftstoff wird der Common-Rail 27 von einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffpumpe 28 mit variabler Abgabe zugeführt. Der in die Common-Rail 27 geführte Kraftstoff wird den Kraftstoffeinspritzdüsen 6 durch die Kraftstoffzuführleitungen 6a zugeführt. Die Common-Rail 27 weist einen an ihr befestigten Kraftstoffdrucksensor 29 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in der Common-Rail 27 auf. Die Abgabe 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 36, die durch einen bidirektionalen Bus 31 miteinander verbunden sind, versehen ist. Das Ausgangssignal des Kraftstoffdrucksensors 29 wird durch einen entsprechenden Analog-Digital-Wandler 37 in den Eingangsport 35 eingegeben. Ferner weist der Partikelfil ter 22 einen an ihm befestigten Temperatursensor 39 zum Erfassen des Partikelfilters 22 auf. Das Ausgangssignal dieses Temperatursensors 39 wird durch den entsprechenden Analog-Digital-Wandler 37 in den Eingangsport 35 eingegeben. Ein Fahrpedal 40 weist einen mit ihm verbundenen Lastsensor 41 auf, der eine Ausgangsspannung proportional zu dem Verstellweg L des Fahrpedals 40 erzeugt. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird durch den entsprechenden Analog-Digital-Wandler 37 in den Eingangsport 35 eingegeben. Ferner weist der Eingangsport 35 einen mit ihm verbundenen Kurbelwinkelsensor 42 auf, der jedesmal einen Ausgangspuls erzeugt, wenn sich eine Kurbelwelle um beispielsweise 30 Grad dreht. Der Ausgangsport 36 hingegen ist durch entsprechende Ansteuerkreise 38 mit den Kraftstoffeinspritzdüsen 6, dem Schrittmotor 16 zum Ansteuern des Drosselventils, dem AGR-Steuerventil 25 und der Kraftstoffpumpe 28 verbunden.
2A zeigt die Beziehung zwischen dem Soll-Drehmoment TQ, dem Verstellweg L des Fahrpedals 40 und der Motordrehzahl N. Es ist zu beachten, daß in 2A die Kurven die entsprechenden Drehmomentkurven darstellen. Die durch TQ = 0 angezeigte Kurve zeigt, daß das Drehmoment null beträgt, während die verbleibenden Kurven allmählich ansteigende Soll-Drehmomente in der Ordnung von TQ=a, TQ=b, TQ=c und TQ=d darstellen. Das in 2A gezeigte Soll-Drehmoment TQ, das in 2B gezeigt ist, wird im ROM 32 als eine Funktion des Verstellwegs L des Fahrpedals 40 und der Motordrehzahl N im voraus gespeichert. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Soll-Drehmoment TQ gemäß dem Verstellweg L des Fahrpedals 40 und der Motordrehzahl N zunächst anhand des in 2B gezeigten Kennfelds berechnet, anschließend wird die Kraftstoffeinspritzmenge etc. basierend auf dem Soll-Drehmoment TQ berechnet.
3A und 3B zeigen den Aufbau des Partikelfilters 22. Es ist zu beachten, daß 3A eine Vorderansicht des Partikelfilters 22 ist, während 3B eine Seitenschnittansicht des Partikelfilters 22 ist. Wie in 3A und 3B gezeigt, bildet der Partikelfilter 22 eine Bienenwabenstruktur aus und ist mit einer Mehrzahl von Abgaszirkulationskanälen 50, 51 verbunden, die sich parallel zueinander erstrecken. Diese Abgaszir kulationskanäle 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 3A Stopfen 53 darstellen. Daher sind die Abgaseinströmkanäle 50 und die Abgasaunströmkanäle 51 durch dünnwandige Trennwände 54 alternierend 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 in die Abgaseinströmkanäle 50 einströmende Abgas durch die umgebenden Trennwände 54 heraus in die angrenzenden Abgasaunströmkanäle 51, wie durch die Pfeile in 3B angezeigt ist.
In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Schicht eines Trägers, die beispielsweise aus Aluminiumoxid besteht, auf den Umfangsoberflächen der Abgaseinströmkanäle 50 und der Abgasaunströmkanäle 51, d. h. den beiden Seitenoberflächen der Trennwände 54 und den Innenwänden der feinen Löcher in den Trennwänden, ausgebildet. Auf dem Träger werden ein Edelmetallkatalysator und ein Aktivsauerstofffreisetzungsmittel getragen, das den Sauerstoff absorbiert und den Sauerstoff hält, wenn in der Umgebung ein Sauerstoffüberschuß vorliegt, und den einbehaltenen Sauerstoff in der Form von aktivem Sauerstoff freisetzt, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung abfällt.
In diesem Fall wird in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Platin Pt als der Edelmetallkatalysator verwendet. Als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel wird zumindest entweder ein Alkalimetall, wie z. B. Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs und Rubidium Rb, ein Erdalkalimetall, wie z. B. Barium Ba, Calcium Ca und Strontium Sr, eine Seltenerde, wie z. B. Lanthan La, Yttrium Y und Cäsium, oder ein Übergangsmetall, wie z. B. Zinn Sn und Eisen Fe, verwendet.
In diesem Fall ist zu beachten, daß als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel bevorzugt ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer höheren Tendenz zur Ionisierung als Calcium Ca, d. h. Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba und Strontium Sr, oder Cer verwendet wird.
Anschließend folgt eine Erläuterung des Vorgangs des Entfernens der Partikel im Abgas durch den Partikelfilter 22, wobei als Beispiel der Fall herangezogen wird, in dem Platin Pt und Kalium K auf einem Träger getragen werden, jedoch wird der gleiche Vorgang des Entfernens der Partikel ausgeführt, selbst wenn ein anderes Edelmetall, Alkalimetall, Erdalkalimetall, eine andere Seltenerde oder ein anderes Übergangsmetall verwendet wird.
In einem Verbrennungsmotor mit Eigenzündung, wie er z. B. in 1 gezeigt ist, erfolgt die Verbrennung bei einem Luftüberschuß. Daher enthält das Abgas eine große Menge an überschüssiger Luft. Das heißt, wenn das Verhältnis von Luft und Kraftstoff, die der Saugleitung, dem Verbrennungsraum 5 und dem Abgaskanal zugeführt werden, als Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases bezeichnet wird, dann wird das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases in einem Verbrennungsmotor mit Eigenzündung, wie er in 1 gezeigt ist, mager. Ferner wird in dem Verbrennungsraum 5 NO erzeugt, so daß das Abgas NO enthält. Ferner enthält der Kraftstoff Schwefel S. Dieser Schwefel S reagiert mit dem Sauerstoff im Verbrennungsraum 5, um zu SO₂ zu werden. Somit enthält das Abgas SO₂. Dementsprechend strömt ein überschüssigen Sauerstoff, NO und SO₂ und enthaltendes Abgas in die Abgaseinströmkanäle 50 des Partikelfilters 22.
4A und 4B sind vergrößerte Ansichten der Oberfläche der Trägerschicht, die auf den Innenumfangsoberflächen der Abgaseinströmkanäle 50 und den Innenwänden der feinen Löcher in den Trennwänden 54 ausgebildet sind. Es ist zu beachten, daß in 4A und 4B das Bezugszeichen 60 für Partikel aus Pt steht, während 61 für das Kalium K enthaltende Aktivsauerstofffreisetzungsmittel steht.
Da eine große Menge überschüssigen Sauerstoffs in dem Abgas enthalten ist, wenn das Abgas in die Abgaseinströmkanäle 50 des Partikelfilters 22 einströmt, wie in 4A gezeigt ist, haftet auf diese Weise der Sauerstoff O₂ an der Oberfläche des Platins Pt in der Form von O₂ ^– oder O^2–. Das NO im Abgas hingegen reagiert mit dem O₂ ^– oder O^2– auf der Oberfläche des Platins Pt, um zu NO₂ (2NO + O₂ → –2NO₂) zu werden. Anschließend wird ein Teil des erzeugten NO₂ in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert, während es auf dem Platin Pt oxidiert wird und in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 in der Form von Nitrationen NO₃ ^– diffundiert, wie in 4A gezeigt ist. Ein Teil der Nitrationen NO₃ ^– erzeugt Kaliumnitrat KNO₃.
Wie vorstehend erläutert wurde, enthält das Abgas hingegen auch SO₂. Dieses SO₂ wird in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 durch einen dem von NO ähnlichen Mechanismus absorbiert. Das heißt, daß sich der Sauerstoff O₂ in vorstehender Weise in Form von O₂ ^– oder O^2– an die Oberfläche des Platins Pt haftet. Das SO₂ im Abgas reagiert mit dem O₂ ^– oder O^2– auf der Oberfläche des Platins Pt, um zu SO₃ zu werden. Anschließend wird ein Teil des erzeugten SO₃ in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert, während es auf dem Platin Pt oxidiert und in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 in Form von Sulfationen SO₄ ^2– diffundiert, während es mit dem Kalium Pt eine Bindung eingeht, um Kaliumsulfat K₂SO₄ zu erzeugen. Auf diese Weise werden Kaliumsulfat KNO₃ und Kaliumsulfat K₂SO₄ in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 erzeugt.
Im Verbrennungsraum 5 werden hingegen Partikel erzeugt, die hauptsächlich aus Kohlenstoff bestehen. Somit sind diese Partikel im Abgas enthalten. Die in dem Abgas enthaltenen Partikel kontaktieren die und haften an der Oberfläche der Trägerschicht, beispielsweise der Oberfläche des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61, wie in 4B gezeigt ist, wenn das Abgas durch die Abgaseinströmkanäle 50 des Partikelfilters 22 strömt oder wenn es sich auf dem Weg von den Abgaseinströmkanälen 50 zu den Abgasausströmkanälen 51 befindet.
Wenn die Partikel 62 auf diese Weise an der Oberfläche des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61 haften, fällt die Sauerstoffkonzentration an der Kontaktoberfläche der Partikel 62 und des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61 ab. Wenn die Sauerstoffkonzentration abfällt, tritt ein Konzentrationsunterschied im Inneren des eine hohe Sauerstoffkonzentration aufweisenden Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61 ein, und somit bewegt sich der Sauerstoff in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 zur Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61. Folglich wird das in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 gebildete Kaliumsulfat KNO₃ zu Kalium K, Sauerstoff O und NO aufgespalten. Der Sauerstoff O bewegt sich in Richtung der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61, während das NO aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 nach außen freigesetzt wird. Das nach außen freigesetzte NO wird auf dem an der stromabwärtigen Seite befindlichen Platin Pt oxidiert und erneut im Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert.
Wenn hingegen die Temperatur des Partikelfilters 22 zu diesem Zeitpunkt hoch ist, wird das in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 gebildete Kaliumsulfat K₂SO₄ ebenfalls zu Kalium K, Sauerstoff O und SO₂ aufgespalten. Der Sauerstoff O bewegt sich in Richtung der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61, während das SO₂ von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 nach außen freigesetzt wird. Das nach außen freigesetzte SO₂ wird auf dem an der stromabwärtigen Seite befindlichen Platin Pt oxidiert und erneut in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert.
Bei dem sich zu der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 hinbewegenden Sauerstoff O handelt es sich hingegen um den Sauerstoff, der aus Verbindungen, wie z. B. Kaliumsulfat KNO₃ oder Kaliumsulfat K₂SO₄ aufgespalten worden ist. Der aus diesen Verbindungen aufgespaltene Sauerstoff O weist eine hohe Energie sowie eine extrem hohe Aktivität auf. Somit wird der sich zu der Kontaktoberfläche zwischen den Partikeln 62 und dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 hinbewegende Sauerstoff zu aktivem Sauerstoff O. Wenn dieser akti ve Sauerstoff O die Partikel 62 kontaktiert, wird der Oxidationsvorgang der Partikel 62 gefördert, und die Partikel 62 werden oxidiert, ohne für eine kurze Zeitdauer von wenigen bis einigen mehren Minuten eine leuchtende Flamme abzugeben. Während die Partikel 62 auf diese Weise oxidiert werden, werden andere Partikel sukzessive auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden. Somit wird in der Praxis stets eine bestimmte Menge von Partikeln auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden. Ein Teil dieser abscheidenden Partikel wird durch Oxidation entfernt. Auf diese Weise werden die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel 62 kontinuierlich verbrannt, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben.
Es ist zu beachten, daß davon ausgegangen wird, daß die NO_x in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 in der Form von Nitrationen NO₃ ^– diffundieren, während sie mit den Sauerstoffatomen immer wieder Bindungen eingehen und sich von diesen trennen. Auch während dieser Zeit wird aktiver Sauerstoff erzeugt. Die Partikel 62 werden ebenfalls durch diesen aktiven Sauerstoff oxidiert. Ferner werden die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel 62 durch den aktiven Sauerstoff O oxidiert, aber die Partikel 62 werden auch durch den Sauerstoff im Abgas oxidiert.
Wenn die lagenweise auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel verbrannt werden, wird der Partikelfilter 22 glühend heiß und brennt unter Entstehung einer Flamme. Das Brennen unter Entstehung einer Flamme setzt sich nicht fort, es sei denn, die Temperatur ist hoch. Somit muß zur Fortsetzung des Brennens unter Entstehung einer Flamme die Temperatur des Partikelfilters 22 auf hoher Temperatur gehalten werden.
Im Gegensatz dazu werden bei der vorliegenden Erfindung die Partikel 62 oxidiert, ohne dabei, wie vorstehend erörtert, eine leuchtende Flamme abzugeben. Dabei wird die Oberfläche des Partikelfilters 22 nicht glühend heiß. Das heißt in anderen Worten, daß bei der vorliegenden Erfindung die Partikel 62 bei einer erheblich niedrigen Temperatur durch Oxidation entfernt werden. Dementsprechend unterscheidet sich der Vorgang des Entfernens der Partikel 62 durch Oxidation gemäß der vorliegenden Erfin dung, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, völlig von dem Vorgang des Entfernens der Partikel durch Verbrennen begleitet von einer Flamme.
Das Platin Pt und das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 werden aktiver, je höher die Temperatur des Partikelfilters 22 ist, so daß die Menge des aktiven Sauerstoffs O, der durch das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 pro Zeiteinheit freigesetzt werden kann, ansteigt, je höher die Temperatur des Partikelfilters 22 ist. Ferner ist es nur natürlich, daß die Partikel viel einfacher durch Oxidation entfernt werden können, je höher die Temperatur der Partikel an sich ist. Somit nimmt die Menge der auf dem Partikelfilters 22 pro Zeiteinheit durch Oxidation entfernbaren Partikel ohne Abgabe einer leuchtenden Flamme zu, je höher die Temperatur des Partikelfilters 22 ist.
Die durchgehende Linie in 6 zeigt die Menge G der pro Zeiteinheit durch Oxidation entfernbaren Partikel ohne Abgabe einer leuchtenden Flamme an. Die Abszisse von 6 zeigt die Temperatur TF des Partikelfilters 22 an. Es ist zu beachten, daß 6 die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel in dem Fall darstellt, wo die Zeiteinheit 1 Sekunde beträgt, d. h. pro Sekunde, es kann aber auch 1 Minute, 10 Minuten oder eine beliebige andere Zeit als Zeiteinheit angewendet werden. Wenn beispielsweise 10 Minuten als Zeiteinheit verwendet werden, drückt die Menge G der pro Zeiteinheit durch Oxidation entfernbaren Partikel die Menge G der pro 10 Minuten durch Oxidation entfernbaren Partikel aus. Auch in diesem Fall steigt die Menge G der auf dem Partikelfilter 22 pro Zeiteinheit durch Oxidation entfernbaren Partikel ohne Abgabe einer leuchtenden Flamme, wie in 6 gezeigt, an, je höher die Temperatur des Partikelfilters 22 ist.
Wenn nun die Menge der aus dem Verbrennungsraum 5 pro Zeiteinheit abgeführten Partikel als die Menge M der abgeführten Partikel bezeichnet wird, werden, wenn die Menge M der abgeführten Partikel kleiner ist als die Menge G der für die gleiche Zeiteinheit durch Oxidation entfernbaren Partikel, oder wenn die Menge M der pro 10 Minuten abgeführten Partikel kleiner ist als die Menge G der pro 10 Minuten durch Oxidation entfernbaren Partikel, d. h. in dem Bereich I von 6, alle aus dem Ver brennungsraum 5 abgeführten Partikel in kurzer Zeit sukzessive durch Oxidation auf dem Partikelfilter 22 ohne Abgabe einer leuchtenden Flamme entfernt.
Wenn im Gegensatz dazu die Menge M der abgeführten Partikel größer ist als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, d. h. in dem Bereich II in 6, ist die Menge an aktivem Sauerstoff für eine sukzessive Oxidation aller Partikel nicht ausreichend. 5A bis 5C zeigen den Zustand der Oxidation der Partikel in diesem Fall.
Das heißt, wenn die Menge an aktivem Sauerstoff für eine sukzessive Oxidation aller Partikel nicht ausreichend ist, wenn die Partikel 62 an dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 haften, wie in 5A gezeigt ist, wird nur ein Teil der Partikel 62 oxidiert. Der Anteil der nicht ausreichend oxidierten Partikel verbleibt auf der Trägerschicht. Wenn der Zustand einer unzureichenden Menge an aktivem Sauerstoff anhält, bleiben die Anteile der nicht sukzessive oxidierten Partikel auf der Trägerschicht zurück. Folglich ist die Oberfläche der Trägerschicht durch den restlichen Partikelanteil 63 bedeckt, wie in 5B gezeigt ist.
Dieser restliche Partikelanteil 63, der die Oberfläche der Trägerschicht bedeckt, verwandelt sich allmählich in ein schwer zu oxidierendes Graphit, und somit verbleibt der restliche Partikelanteil 63 einfach unverändert bestehen. Wenn die Oberfläche der Trägerschicht ferner durch den restlichen Partikelanteil 63 bedeckt ist, werden der Oxidationsvorgang des NO und des SO₂ durch das Platin Pt und der Freisetzungsvorgang des aktiven Sauerstoffs aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 unterdrückt. Wie in 5C gezeigt ist, werden als Ergebnis weitere Partikel 64 sukzessive auf dem restlichen Partikelanteil 63 abgeschieden. Das heißt, daß die Partikel lagenweise abgeschieden werden. Wenn sich die Partikel auf diese Weise lagenweise abscheiden, werden die Partikel in einem Abstand vom Platin Pt oder dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 getrennt, so daß, selbst wenn es sich um leicht oxidierbare Partikel handelt, diese nicht durch den aktiven Sauerstoff O oxidiert werden. Somit werden weitere Partikel sukzessive auf den Partikeln 64 abgeschieden. Das heißt, wenn der Zustand anhält, in dem die Menge M der abgeführten Partikel größer ist als die Menge G der durch Oxidation ent fernbaren Partikel, werden die Partikel lagenweise auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden, und somit ist es nicht mehr möglich, zu bewirken, daß die abgeschiedenen Partikel sich entzünden und verbrennen, es sei denn die Temperatur des Abgases oder die Temperatur des Partikelfilters 22 wird erhöht.
Auf diese Weise werden im Bereich I von 6 die Partikel in kurzer Zeit auf dem Partikelfilter 22 ohne Abgabe einer leuchtenden Flamme verbrannt. Im Bereich II von 6 werden die Partikel lagenweise auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden. Um zu verhindern, daß die Partikel lagenweise auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden werden, muß daher die Menge M der abgeführten Partikel stets geringer gehalten werden als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel.
Wie aus 6 hervorgeht, können die Partikel mit dem in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendeten Partikelfilters 22 oxidiert werden, selbst wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 22 beträchtlich gering ist. In einem in 1 gezeigten Verbrennungsmotor mit Eigenzündung ist es daher möglich, die Menge M der abgeführten Partikel und die Temperatur TF des Partikelfilters 22 beizubehalten, so daß die Menge M der abgeführten Partikel normalerweise geringer wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden daher die Menge M der abgeführten Partikel und die Temperatur TF des Partikelfilters 22 beibehalten, so daß die Menge M der abgeführten Partikel normalerweise geringer wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel.
Wenn die Menge M der abgeführten Partikel so beibehalten wird, daß sie normalerweise geringer ist als die Menge G der auf diese Weise durch Oxidation entfernbaren Partikel, werden die Partikel nicht mehr lagenweise auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden. Folglich wird der Druckverlust der Abgasströmung in dem Partikelfilter 22 auf einem im wesentlichen konstanten Mindestdruckverlust beibehalten – und zwar in dem Maß, daß man sagen kann, daß er nicht wesentlich verändert wird. Somit ist es möglich, den Leistungsabfall des Motors auf einem Minimum zu halten.
Ferner findet der Vorgang des Entfernens der Partikel durch Oxidation der Partikel der Partikel selbst bei einer beträchtlich niedrigen Temperatur statt. Somit steigt die Temperatur des Partikelfilters 22 nicht allzu sehr an, und folglich besteht nahezu keine Gefahr, daß sich die Qualität des der Partikelfilters verschlechtert. Da die Partikel nicht lagenweise auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden werden, besteht ferner keine Gefahr, daß die Asche sich verfestigt, und somit eine verringerte Gefahr der Verstopfung des Partikelfilters 22.
Diese Verstopfung tritt jedoch hauptsächlich aufgrund des Calciumsulfats CaSO₄ auf. Das heißt, daß ein Kraftstoff oder Schmieröl Calcium Ca enthält. Somit enthält das Abgas Calcium Ca. Dieses Calcium Ca erzeugt in Gegenwart von SO₃ ein Calciumsulfat CaSO₄. Bei diesem Calciumsulfat CaSO₄ handelt es sich um einen Feststoff, und er läßt sich selbst bei hoher Temperatur nicht aufspalten. Wenn Calciumsulfat CaSO₄ erzeugt wird und die feinen Löcher des Partikelfilters 22 durch dieses Calciumsulfat CaSO₄ verstopft werden, tritt somit eine Verstopfung ein.
Wenn jedoch in diesem Fall ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer höheren Tendenz zur Ionisierung als Calcium Ca, beispielsweise Kalium K, als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 verwendet wird, geht das in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 diffundierte SO₃ mit dem Kalium K eine Bindung ein, um Kaliumsulfat K₂SO₄ zu bilden. Das Calcium Ca gelangt durch die Trennwände 54 des Partikelfilters 22 und strömt hinaus in den Abgasausströmkanal 51, ohne mit dem SO₃ eine Bindung einzugehen. Somit findet keine Verstopfung der feinen Löcher des Partikelfilters 22 mehr statt. Wie vorstehend beschrieben, ist es dementsprechend zu bevorzugen, als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer höheren Tendenz zur Ionisierung als Calcium Ca, d. h. Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba und Strontium Sr, zu verwenden.
Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun im Grunde die Absicht verfolgt, in allen Betriebszuständen die Menge M der abgeführten Partikel geringer zu halten als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel. Selbst wenn jedoch in der Praxis versucht wird, auf diese Weise in allen Betriebszuständen die Menge M der abgeführten Partikel geringer zu halten als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wird in manchen Fällen die Menge M der abgeführten Partikel größer als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel aufgrund einer raschen Veränderung des Betriebszustands des Motors oder aus irgendeinem anderen Grund. Wenn, wie vorstehend erläutert, die Menge M der abgeführten Partikel größer wird als die Menge G der auf diese Weise durch Oxidation entfernbaren Partikel, beginnt zunächst der Anteil der Partikel zurückzubleiben, die auf dem Partikelfilter 22 nicht oxidiert werden konnten.
Wenn wie vorstehend erläutert zu diesem Zeitpunkt der Zustand anhält, wo die Menge M der abgeführten Partikel größer ist als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, werden die Partikel schließlich lagenweise auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden. Wenn dieser Anteil der Partikel, der nicht auf diese Weise oxidiert werden konnte, beginnt, zurückzubleiben, d. h. wenn die Partikel lediglich unter einem bestimmten Grenzwert abgeschieden werden, wenn die Menge M der abgeführten Partikel geringer wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wird der Anteil der verbleibenden Partikel durch den aktiven Sauerstoff O ohne Abgabe einer leuchtenden Flamme durch Oxidation entfernt. Selbst wenn die Menge M der abgeführten Partikel größer wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, werden somit, wenn die Menge M der abgeführten Partikel geringer gemacht wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, bevor die Partikel lagenweise abgeschieden werden, keine Partikel mehr lagenweise abgeschieden.
In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird somit die Menge M der abgeführten Partikel kleiner gemacht als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Menge M der abgeführten Partikel größer wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel.
Es ist zu beachten, daß es manchmal Fälle gibt, wo die Partikel aus dem einen oder anderen Grund lagenweise auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden werden, selbst wenn die Menge M der abgeführten Partikel kleiner gemacht wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Menge M der abgeführten Partikel größer wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel. Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis eines Teils oder des gesamten Abgases vorübergehend angefettet wird, werden selbst in diesem Fall die auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel oxidiert, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben. Das heißt, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases angefettet wird, d. h. wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas gesenkt wird, wird der aktive Sauerstoff O aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 auf einmal nach außen freigesetzt. Die durch den auf einmal freigesetzten, aktiven Sauerstoff O abgeschiedenen Partikel werden in kurzer Zeit durch Oxidation entfernt, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben.
Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis hingegen mager gehalten wird, wird die Oberfläche des Platins Pt mit Sauerstoff bedeckt, und eine sogenannte Sauerstoffvergiftung des Platins Pt tritt ein. Wenn eine solche Sauerstoffvergiftung eintritt, geht der Oxidationsvorgang des NO_x zurück, so daß die Effizienz der NO_x-Absorption abnimmt und somit die Freisetzungsmenge an aktivem Sauerstoff aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 abnimmt. Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis angefettet wird, wird jedoch der Sauerstoff auf der Oberfläche des Platins Pt aufgebraucht, so daß die Sauerstoffvergiftung aufgehoben wird. Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis somit von fett auf mager geändert wird, wird der Oxidationsvorgang des NO_x verstärkt, so daß die Effizienz der NO_x-Absorption erhöht wird und somit die Freisetzungsmenge des aktiven Sauerstoffs aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 ansteigt.
Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis daher gelegentlich von mager auf fett geschaltet wird, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis mager gehalten wird, wird dadurch jedesmal die Sauerstoffvergiftung des Platins Pt aufgehoben. Somit nimmt die Freisetzungsmenge des aktiven Sauerstoffs zu, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis mager ist, und daher kann der Oxidationsvorgang der Partikel 22 auf dem Partikelfilter 22 gefördert werden.
Ferner weist das Cer die Funktion auf, Sauerstoff aufzunehmen, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis mager ist (CE₂O₃ → 2CeO₂), und aktiven Sauerstoff freizusetzen, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis (2CeO₂ → CeO₃) angefettet wird. Wenn somit Cer Ce als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel verwendet wird, wenn Partikel auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden werden, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis mager ist, werden die Partikel durch den aktiven Sauerstoff aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel oxidiert, während, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis fett wird, eine große Menge an aktivem Sauerstoff aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 freigesetzt wird und somit die Partikel oxidiert werden. Selbst wenn folglich Cer Ce als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 verwendet wird, wenn gelegentlich von mager auf fett geschaltet wird, ist es möglich, die Oxidationsreaktion der Partikel auf dem Partikelfilter 22 zu fördern.
In 6 ist zunächst die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel als eine Funktion von lediglich der Temperatur TF des Partikelfilters 22 dargestellt, jedoch ist die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel tatsächlich eine Funktion der Sauerstoffkonzentration im Abgas, der Konzentration von NO_x im Abgas, der Konzentration von unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas, dem Grad der Leichtigkeit, mit der die Partikel oxidiert werden, der Raumgeschwindigkeit der Abgasströmung in dem Partikelfilter 22, dem Druck des Abgases etc. Daher wird die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel bevorzugt unter Berücksichtigung der Auswirkung aller vorstehenden Faktoren einschließlich der Temperatur TF des Partikelfilters 22 berechnet.
Davon ist der Faktor mit der größten Auswirkung auf die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel die Temperatur TF des Partikelfilters 22. Die Faktoren mit relativ großen Auswirkungen sind die Sauerstoffkonzentration im Abgas und die Konzentration von NO_x. 7A zeigt die Veränderung der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 22 und die Sauerstoffkonzentration im Abgas sich ändern. 7B zeigt die Änderung der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 22 und die Konzentration von NO_x im Abgas sich ändern. Es ist zu beachten, daß in 7A und 7B die gestrichelten Linien die Fälle darstellen, wenn es sich bei der Sauerstoffkonzentration und der NO_x-Konzentration im Abgas um Referenzwerte handelt. In 7A stellt [O2]₁ den Fall dar, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas höher ist als der Referenzwert, während [O2]₂ den Fall zeigt, wo die Sauerstoffkonzentration ferner höher ist als [O2]₁. In 7B zeigt [NO]₁ den Fall, wenn die NO_x-Konzentration im Abgas höher ist als der Referenzwert, während [NO]₂ den Fall darstellt, wo die Konzentration von NO_x ferner höher ist als [NO]₁.
Wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas einen hohen Wert erreicht, nimmt die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel gerade um diesen Wert zu. Da die in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbierte Sauerstoffmenge weiter ansteigt, nimmt jedoch auch der aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 freigesetzte aktive Sauerstoff zu. Wie in 7A gezeigt nimmt die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel um so mehr zu, je höher die Konzentration von Sauerstoff im Abgas ist.
Das NO im Abgas wird hingegen, wie zuvor erläutert, auf der Oberfläche des Platins Pt oxidiert und wird zu NO₂. Ein Teil des so erzeugten NO₂ wird in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert, während das verbleibende NO₂ sich von der Oberfläche des Platins Pt nach außen absetzt. Wenn dabei das Platin Pt das NO₂ kontaktiert, wird eine Oxidationsreaktion gefördert. Je höher also die NOx-Konzentration im Abgas ist, wie in 7B gezeigt ist, desto mehr nimmt die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel zu. Die Wirkung der Förderung der Oxidation der Partikel durch das NO₂ tritt jedoch nur ein, während die Temperatur des Abgases zwischen etwas 250 °C und etwa 450 °C liegt, so daß, wie in 7B gezeigt, wenn die Konzentration von NO_x im Abgas höher wird, die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel ansteigt, während die Temperatur TF des Partikelfilters 22 zwischen etwa 250°C und 450 °C liegt.
Wie vorstehend erläutert wurde, wird die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel bevorzugt unter Berücksichtigung aller Faktoren mit Auswirkung auf die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel berechnet. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel basierend auf nur der Temperatur TF des Partikelfilters 22 berechnet, die von den Faktoren die größte Auswirkung auf die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel hat, wobei die Sauerstoffkonzentration und die Konzentration von NO_x im Abgas relative große Auswirkungen haben.
Das heißt, daß in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 8A bis 8F gezeigt ist, die Mengen G der durch Oxidation entfernbaren Partikel bei verschiedenen Temperaturen TF (200 °C, 250 °C, 300 °C, 350 °C, 400 °C und 450 °C) im voraus im ROM 32 in der Form eines Kennfeldes als eine Funktion der Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas und der NO_x-Konzentration [NO] im Abgas gespeichert sind. Die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel gemäß der Temperatur TF des Partikelfilters 22, der Sauerstoffkonzentration [O2] und der NO_x-Konzentration [NO] wird durch proportionale Verteilung von den Kennfeldern, die in 8A bis 8F gezeigt sind, berechnet wird.
Es ist zu beachten, daß die Sauerstoffkonzentration [O₂] und die NO_x-Konzentration [NO] im Abgas unter Verwendung eines Sauerstoffkonzentrationssensors und eines NO_x-Konzentrationssensors erfaßt werden kann. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas im voraus im ROM 32 in der Form eines in 9A gezeigten Kennfeldes als eine Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N gespeichert. Die Konzentration von NO_x [NO] im Abgas wird im voraus im ROM 32 in der Form eines in 9B gezeigten Kennfeldes als eine Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N gespeichert. Die Sauerstoffkonzentration [O₂] und die NO_x-Konzentration [NO] im Abgas werden anhand dieser Kennfelder berechnet.
Die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel verändert sich hingegen gemäß dem Motortyp, sobald aber der Motortyp bestimmt ist, wird sie zu einer Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N. 10A zeigt die Menge M der abgeführten Partikel des in 1 gezeigten Verbrennungsmotors. Die Kurven M₁, M₂, M₃, M₄ und M₅ zeigen die Mengen der entsprechenden abgeführten Partikel (M₁<M₂<M₃<M₄<M₅). In dem in 10A gezeigten Beispiel ist das Soll-Drehmoment TQ um so höher, desto mehr die Menge M der abgeführten Partikel zunimmt. Es ist zu beachten, daß die Menge M der abgeführten Partikel, die in 10A gezeigt ist, im voraus im ROM 32 in Form eines in 10B gezeigten Kennfeldes als eine Funktion des Soll-Drehmoments TQ und der Motordrehzahl N gespeichert wird.
Wie vorstehend erörtert, wird in der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn die Menge M der abgeführten Partikel die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel übersteigt, zumindest entweder die Menge M der abgeführten Partikel oder die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel so gesteuert, daß die Menge M der abgeführten Partikel geringer wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel,.
Es ist zu beachten, daß, selbst wenn die Menge M der abgeführten Partikel etwas größer wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel nicht so groß wird. Somit besteht die Möglichkeit, zumindest entweder die Menge M der abgeführten Partikel oder die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel zu steuern, so daß die Menge M der abgeführten Partikel kleiner wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Menge M der abgeführten Partikel größer wird als eine zulässige Menge (G+α) der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel plus einen kleinen Wert α.
Anschließend folgt eine Erörterung des Steuerverfahrens des Betriebs unter Bezugnahme auf 11.
Unter Bezugnahme auf 11 wird zunächst bei Schritt 100 der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 gesteuert. Anschließend wird bei Schritt 101 der Öffnungsgrad des AGR-Steuerventils 25 gesteuert. Anschließend wird bei Schritt 102 die Einspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 6 gesteuert. Anschließend wird bei Schritt 103 die Menge M der abgeführten Partikel anhand des Kennfeldes, das in 10B gezeigt ist, berechnet. Anschließend wird bei Schritt 104 die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel gemäß der Temperatur TF des Partikelfilters 22, der Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas und der NO_x-Konzentration [NO] im Abgas anhand der in 8A bis 8F gezeigten Kennfelder berechnet.
Anschließend wird bei Schritt 105 bestimmt, ob ein Flag, das die Menge M der abgeführten Partikel anzeigt, größer geworden ist als eine Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel. Wenn das Flag nicht gesetzt worden ist, wird die Routine bei Schritt 106 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob die Menge M der abgeführten Partikel größer geworden ist als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel. Wenn M = G, das heißt, wenn die Menge M der abgeführten Partikel mit der Menge M der durch Oxidation entfernbaren Partikel identisch ist oder kleiner ist als die Menge M der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wird der Verarbeitungszyklus beendet.
Wenn im Gegensatz dazu bestimmt wird, daß bei Schritt 106 M>G, d. h. wenn die Menge M der abgeführten Partikel größer geworden ist als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wird die Routine bei Schritt 107 fortgesetzt, wo das Flag gesetzt wird, dann wird die Routine bei Schritt 108 fortgesetzt. Wenn das Flag gesetzt ist, springt die Routine im nächsten Verarbeitungszyklus von Schritt 105 zu Schritt 108.
Bei Schritt 108 werden die Menge M der abgeführten Partikel und ein Steuerungsfreigabewert (G-β), der durch Subtrahieren eines bestimmten Wertes β von der Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel erhalten wird, miteinander verglichen. Wenn M ≥ G – β, d. h. wenn die Menge M der abgeführten Partikel größer ist als der Steuerungsfreigabewert (G-β), wird die Routine bei Schritt 109 fortgesetzt, wo die Steuerung ausgeführt wird, um den Vorgang der kontinuierlichen Oxidation der Partikel am Partikelfilter 22 fortzusetzen. Das heißt, daß zumindest entweder die Menge M der abgeführten Partikel oder die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel so gesteuert wird, daß die Menge M der abgeführten Partikel kleiner wird als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel.
Wenn anschließend bei Schritt 108 bestimmt wird, daß M<G-β, d. h. wenn die Menge M der abgeführten Partikel kleiner wird als der Steuerungsfreigabewert (G-β), wird die Routine anschließend bei Schritt 110 fortgesetzt, wo die Steuerung ausgeführt wird, um den Betriebszustand wieder allmählich in den ursprünglichen Betriebszustand zurückzuversetzen, und das Flag zurückgesetzt wird.
Bezüglich der Steuerung zur Fortsetzung der Oxidation, die bei Schritt 109 in 11 ausgeführt wird, und der Steuerung zur Wiederherstellung, die bei Schritt 110 in 11 ausgeführt wird, gibt es verschiedene Verfahren. Anschließend werden diese verschiedenen Verfahren zur Steuerung der Fortsetzung der Oxidation und zur Steuerung der Wiederherstellung nacheinander erklärt.
Ein Verfahren, um die Menge M der abgeführten Partikel kleiner als die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel zu machen, wenn M>G, ist die Erhöhung der Temperatur TF des Partikelfilters 22. Daher folgt zunächst eine Erörterung des Verfahrens zur Erhöhung der Temperatur TF des Partikelfilters 22.
Ein zur Erhöhung der Temperatur TF des Partikelfilters 22 wirksames Verfahren ist die Spätverstellung des Steuerzeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung auf nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts. Das heißt, daß der Hauptkraftstoff Q_m normalerweise nahe des oberen Totpunkts des Verdichtungstakts eingespritzt wird, wie durch (I) in 12 gezeigt ist. Wenn in diesem Fall der Steuerzeitpunkt der Einspritzung des Hauptkraftstoffs Q_m auf spät verstellt wird, wie in (II) von 12 gezeigt ist, verlängert sich die Verbrennungszeit und somit steigt die Abgastemperatur an. Wenn die Abgastemperatur ansteigt, wird dabei die Temperatur TF des Partikelfilters 22 höher und im Ergebnis der Zustand, in dem M<G erreicht wird.
Ferner ist es zur Erhöhung der Temperatur TF des Partikelfilters 22 auch möglich, einen Zusatzkraftstoff Q_v neben dem Hauptkraftstoff Q_m nahe dem oberen Totpunkt des Einlaßhubs einzuspritzen, wie in (III) von 12 gezeigt ist. Wenn der Zusatzkraftstoff Q_v auf diese Weise zusätzlich eingespritzt wird, wird der Kraftstoff, der verbrannt wird, um exakt die Menge des Zusatzkraftstoffs Q_v erhöht, und somit steigt die Temperatur TF des Partikelfilters 22 an.
Wird hingegen der Zusatzkraftstoff Q_v auf diese Weise nahe dem oberen Totpunkt des Einlaßhubs eingespritzt, werden aufgrund der Verbrennungswärme während des Verdichtungstakts Aldehyde, Ketone, Peroxide, Kohlenmonoxide oder andere Zwischenprodukte anhand dieses Zusatzkraftstoffs Q_v erzeugt. Die Reaktion des Hauptkraftstoffs Q_m wird durch diese Zwischenprodukte beschleunigt. In diesem Fall wird somit eine gute Verbrennung ohne Bewirkung von Fehlzündungen erreicht, selbst wenn der Steuerzeitpunkt der Einspritzung des Hauptkraftstoffs Q_m um deutliches Maß auf spät verstellt wird, wie in (III) von 12 gezeigt ist. Das heißt, daß, da es möglich ist, den Steuerzeitpunkt der Einspritzung des Hauptkraftstoffs Q_m auf diese Weise deutlich auf spät zu verstellen, die Abgastemperatur deutlich erhöht wird und somit bewirkt werden kann, daß die Temperatur TF des Partikelfilters 22 rasch ansteigt.
Ferner besteht zur Erhöhung der Temperatur TF des Partikelfilters 22 auch die Möglichkeit, den Zusatzkraftstoff Q_p zusätzlich zu dem Hauptkraftstoff Qm in den Arbeitshub oder Auslaßhub einzuspritzen, wie durch (IV) in 12 gezeigt ist. Das heißt, daß in diesem Fall der Großteil des Zusatzkraftstoffs Q_p in Form von unverbranntem HC in den Abgaskanal abgeführt wird, ohne verbrannt zu werden. Dieser unverbrannte HC wird durch den überschüssigen Sauerstoff in dem Partikelfilter 22 oxidiert. Die Temperatur TF des Partikelfilters 22 wird dazu gebracht, durch die Wärme der zu diesem Zeitpunkt stattfindenden Oxidationsreaktion anzusteigen.
In dem bis zu dieser Stelle erläuterten Beispiel, das beispielsweise in (I) von 12 gezeigt ist, wenn der Hauptkraftstoff Q_m eingespritzt wird, wenn bei Schritt 106 von 11 bestimmt wird, daß M>G, wird die Einspritzung gesteuert, wie in (II) oder (III) oder (IV) von 12 bei Schritt 109 von 11 gezeigt ist. Wenn bei Schritt 108 von 11 anschließend bestimmt wird, daß M<G-β, wird eine Steuerung ausgeführt, um aus dem Einspritzverfahren wieder das Einspritzverfahren zu machen, daß in (I) von 12 bei Schritt 110 gezeigt ist.
Anschließend wird das Verfahren der Verwendung einer Niedrigtemperaturverbrennung, um zu bewirken, daß M < G, erläutert.
Genauer gesagt, ist es nämlich bekannt, daß, wenn die AGR-Rate erhöht wird, die Menge des erzeugten Rauchs allmählich ansteigt, um einen Spitzenwert zu erreichen, und daß, wenn die AGR-Rate weiter erhöht wird, die Raucherzeugungsmenge rasch abfällt. Dies wird unter Bezugnahme auf 13 erläutert, die die Beziehung zwischen der AGR-Rate und dem Rauch darstellt, wenn der Grad der Kühlung des AGR-Gases geändert wird. Es ist zu beachten, daß in 13 die Kurve A den Fall darstellt, wo das AGR-Gas zwangsgekühlt wird, um die AGR-Gastemperatur auf etwa 90 °C zu halten, die Kurve B den Fall darstellt, in dem eine kleine Kühlvorrichtung zur Kühlung des AGR-Gases verwendet wird, und die Kurve C den Fall darstellt, in dem das AGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird.
Bei der Zwangskühlung des AGR-Gases, wie durch die Kurve A von 13 dargestellt ist, erreicht die Raucherzeugungsmenge einen Spitzenwert, wenn die AGR-Rate etwas unter 50 Prozent ist. Wird in diesem Fall die AGR-Rate auf etwa mehr als 55 Prozent eingestellt, wird kaum mehr Rauch erzeugt. Wenn das AGR-Gas hingegen geringfügig gekühlt wird, wie durch die Kurve B von 13 gezeigt ist, erreicht die Raucherzeugungsmenge einen Spitzenwert, wenn die AGR-Rate etwas höher als 50 Prozent ist. Wird in diesem Fall die AGR-Rate auf mehr als etwa 65 Prozent eingestellt, wird kaum mehr Rauch erzeugt. Wie durch die Kurve C von 13 gezeigt ist, erreicht ferner die Raucherzeugungsmenge bei nahezu 55 Prozent ihren Spitzenwert, wenn das AGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird. Wird in diesem Fall die AGR-Rate auf mehr als etwa 70 Prozent eingestellt, wird kaum mehr Rauch erzeugt.
Der Grund, warum kein Rauch mehr erzeugt wird, wenn die AGR-Gasrate auf diese Weise auf mehr als 55 Prozent eingestellt wird, ist, daß die Temperatur des Kraftstoffs und des umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung aufgrund der Wärmeabsorptionswirkung des AGR-Gases nicht so hoch wird, d. h., daß eine Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt wird und folglich die Kohlenwasserstoffen nicht zu Ruß werden.
Diese Niedrigtemperaturverbrennung ist dadurch gekennzeichnet, daß es möglich ist, die NO_x-Erzeugungsmenge zu reduzieren, während die Raucherzeugungsmenge ungeachtet des Kraftstoff-Luftverhältnisses unterdrückt wird. Das heißt, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis angefettet wird, liegt Kraftstoff im Überschuß vor, da aber die Verbrennungstemperatur auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird, wird aus dem überschüssigen Kraftstoff kein Ruß und daher kein Rauch erzeugt. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt nur eine sehr geringe Menge NO_x erzeugt. Wenn das mittlere Kraftstoff-Luftverhältnis hingegen mager ist oder das Kraftstoff-Luftverhältnis das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis erreicht, wenn die Verbrennungstemperatur ansteigt, wird eine geringe Menge Ruß erzeugt, jedoch wird die Verbrennungstemperatur bei einer Niedrigtemperaturverbrennung auf einer niedrigen Temperatur gehalten, so daß überhaupt kein Rauch erzeugt wird und auch nur eine sehr geringe NO_x-Menge erzeugt wird.
Wird hingegen eine Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt, fällt die Temperatur des Kraftstoffs und dessen umgebenden Gases hingegen ab, doch die Temperatur des Abgases steigt an. Dies wird unter Bezugnahme auf 14A und 14B erläutert.
Die durchgehende Linie in 14A stellt die Beziehung zwischen der mittleren Gastemperatur Tg im Verbrennungsraum 5 und dem Kurbelwinkel zum Zeitpunkt der Niedrigtemperaturverbrennung dar, während die gestrichelte Linie in 14A die Beziehung zwischen der mittleren Gastemperatur Tg im Verbrennungsraum 5 und dem Kurbelwinkel zum Zeitpunkt einer gewöhnlichen Verbrennung darstellt. Ferner stellt die durchgehende Linie in 14B die Beziehung zwischen der Temperatur Tf des Kraftstoffs und seines umgebenden Gases und dem Kurbelwinkel zum Zeitpunkt einer Nied rigtemperaturverbrennung dar, während die gestrichelte Linie in 14B die Beziehung zwischen der Temperatur Tf des Kraftstoffs und seines umgebenden Gases und dem Kurbelwinkel zum Zeitpunkt einer gewöhnlichen Verbrennung darstellt.
Die AGR-Gasmenge ist zum Zeitpunkt einer Niedrigtemperaturverbrennung verglichen mit dem Zeitpunkt einer gewöhnlichen Verbrennung größer. Daher wird, wie in 14A gezeigt ist, vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts, d. h. während des Verdichtungstakts, die mittlere Gastemperatur Tg zum Zeitpunkt der Niedrigtemperaturverbrennung, die durch die durchgehende Linie dargestellt ist, höher als die mittlere Gastemperatur Tg zum Zeitpunkt der gewöhnlichen Verbrennung, die durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Es ist zu beachten, daß, wie in 14B gezeigt ist, zu diesem Zeitpunkt die Temperatur Tf des Kraftstoffs und dessen umgebenden Gases im wesentlichen mit der Temperatur der mittleren Gastemperatur Tg identisch wird.
Anschließend wird eine Verbrennung nahe dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts gestartet. In diesem Fall wird zum Zeitpunkt einer Niedrigtemperaturverbrennung die Temperatur Tf des Kraftstoffs und dessen umgebenden Gases nicht so hoch, wie durch die durchgehende Linie von 14B gezeigt ist. Im Gegensatz dazu liegt zum Zeitpunkt einer gewöhnlichen Verbrennung um den Kraftstoff herum eine große Menge Sauerstoff vor, so daß, wie dies durch die gestrichelte Linie in 14B gezeigt ist, die Temperatur Tf des Kraftstoffs und dessen umgebenden Gases extrem hoch wird. Beim Ausführen einer gewöhnlichen Verbrennung in dieser Weise, wird die Temperatur Tf des Kraftstoffs und dessen umgebenden Gases beträchtlich höher als zum Zeitpunkt der Niedrigtemperaturverbrennung, doch wird die Temperatur des restlichen Gases, das die Mehrheit bildet, zum Zeitpunkt einer normalen Verbrennung im Vergleich zum Zeitpunkt einer Niedrigtemperaturverbrennung niedriger. Wie in 14A gezeigt ist, wird somit die mittlere Gastemperatur Tg im Verbrennungsraum 5 nahe des oberen Totpunkts des Verdichtungstakts höher zum Zeitpunkt der Niedrigtemperaturverbrennung als bei der gewöhnlichen Verbrennung. Wie in 14A gezeigt ist, wird dabei die Temperatur des verbrannten Gases im Verbrennungsraum 5 nach dem Ende der Verbrennung zum Zeitpunkt der Niedrigtemperaturverbrennung höher als bei der gewöhnlichen Verbrennung. Wenn daher die Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt wird, wird die Abgastemperatur hoch.
Wird auf diese Weise eine Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt, wird die Raucherzeugungsmenge, d. h. die Menge M der abgeführten Partikel, kleiner, und die Temperatur des Abgases steigt an. Wenn somit von der gewöhnlichen Verbrennung auf eine Niedrigtemperaturverbrennung geschaltet wird, wenn M>G, die Menge M der abgeführten Partikel abnimmt, die Temperatur TF des Partikelfilters 22 ansteigt und die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel ansteigt, ist es möglich, einen Zustand zu erreichen, wo M<G. Wird diese Niedrigtemperaturverbrennung verwendet, wenn bei Schritt 106 von 11 bestimmt wird, daß M>G, wird bei Schritt 109 auf die Niedrigtemperaturverbrennung geschaltet. Wenn anschließend bei Schritt 108 bestimmt wird, daß M<G-β, wird bei Schritt 110 auf die gewöhnliche Verbrennung geschaltet.
Anschließend folgt eine Erläuterung eines weiteren Verfahrens zur Erhöhung der Temperatur TF des Partikelfilters 22, um einen Zustand zu realisieren, wo M<G. 15 zeigt einen Motor, der für die Ausführung dieses Verfahrens geeignet ist. Unter Bezugnahme auf 15 ist in diesem Motor eine Kohlenwasserstoffzuführvorrichtung 70 in der Abgasleitung 20 angeordnet. Wenn bei diesem Verfahren bei Schritt 106 von 11 bestimmt wird, daß M>G, wird bei Schritt 109 von der Kohlenwasserstoffzuführvorrichtung 70 Kohlenwasserstoff in das Innere der Abgasleitung 20 geführt. Der Kohlenwasserstoff wird durch den überschüssigen Sauerstoff auf dem Partikelfilter 22 oxidiert. Aufgrund der zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Oxidationsreaktionwärme, wird die Temperatur TF des Partikelfilters 22 erhöht. Wenn anschließend bei Schritt 108 von 11 bestimmt wird, daß M<G-β, wird bei Schritt 110 die Versorgung von Kohlenwasserstoff aus der Kohlenwasserstoffzuführvorrichtung 170 gestoppt. Es ist zu beachten, daß diese Kohlenwasserstoffzuführvorrichtung 70 an einer beliebigen Stelle zwischen dem Partikelfilter 22 und dem Auslaßkanal 10 angeordnet sein kann.
Anschließend folgt eine Erläuterung von noch einem weiteren Verfahren zur Erhöhung der Temperatur TF des Partikelfilters 22, um zu bewirken, daß M < G. 16 zeigt einen Motor, der für die Ausführung dieses Verfahrens geeignet ist. Unter Bezugnahme auf 16 ist bei diesem Motor ein Abgassteuerventil 73, das durch ein Stellglied 72 angesteuert wird, in der stromabwärtig vom Partikelfilter 22 befindlichen Abgasleitung 71 angeordnet.
Bei diesem Verfahren wird das Abgassteuerventil 73 bei Schritt 109 dazu gebracht, sich im wesentlichen vollständig zu schließen, wenn bei Schritt 106 von 11 bestimmt wird, daß M>G. Um eine Verringerung des Motor-Ausgangsdrehmoments aufgrund dessen, daß das Abgassteuerventil 73 im wesentlichen vollständig geschlossen ist, zu verhindern, wird die Menge der Einspritzung des Hauptkraftstoffs Qm erhöht. Ist das Abgassteuerventil 73 im wesentlichen vollständig geschlossen, steigt der Druck in der Abgasleitung stromauf des Abgassteuerventils 73, d. h. der Gegendruck steigt an. Steigt der Gegendruck an, wenn ein Abgas aus dem Inneren des Verbrennungsraums 5 in das Innere des Abgaskanals 10 abgeführt wird, fällt der Druck des Abgases nicht so stark ab. Daher fällt die Temperatur auch nicht mehr so stark ab. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt, da die Einspritzmenge des Hauptkraftstoffs Q_m erhöht wird, die Temperatur des bereits verbrannten Gases im Verbrennungsraum 5 hoch. Somit wird die Temperatur des in den Abgaskanal 10 ausgestoßenen Abgases beträchtlich hoch. Folglich wird bewirkt, daß die Temperatur des Partikelfilters 22 rasch ansteigt.
Wenn anschließend bei Schritt 108 von 11 bestimmt wird, daß M<G-β, wird bewirkt, daß das Abgassteuerventil 73 sich vollständig öffnet, und der Vorgang der Erhöhung der Einspritzmenge des Hauptkraftstoffs Q_m wird bei Schritt 110 gestoppt.
Anschließend folgt eine Erläuterung von noch einem weiteren Verfahren zur Erhöhung der Temperatur TF des Partikelfilters 22, um zu bewirken, daß M<G. 17 stellt einen Motor dar, der zum Ausführen dieses Verfahrens geeignet ist. Unter Bezugnahme auf 17, ist bei diesem Motor ein Wastegate-Ventil (bzw. Abgas-Bypassventil) 76, das durch ein Stellglied 75 gesteuert wird, im Inneren der Abgas-Bypassleitung 74, die die Abgasturbine 21 umgeht, angeordnet. Dieses Stellglied 75 wird normalerweise als Reaktion auf den Druck im Inneren des Druckluftbehälters 21, d. h. den Ladedruck, betätigt, und steuert den Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils 76, so daß der Ladedruck einen bestimmten Wert nicht überschreitet.
Wenn bei diesem Verfahren bei Schritt 106 von 11 bestimmt wird, daß M>G, wird das Wastegate-Ventil 76 bei Schritt 109 vollständig geöffnet. Wenn das Abgas durch die Abgasturbine 21 gelangt, fällt die Temperatur ab, wenn jedoch das Wastegate-Ventil 76 vollständig geöffnet ist, strömt der Großteil des Abgas durch die Abgas-Bypassleitung 74, so daß die Temperatur nicht weiter abfällt. Somit steigt die Temperatur des Partikelfilters 22 an. Wird anschließend bei Schritt 108 von 11 bestimmt, daß M<G-β, wird bewirkt, daß sich das Wastegate-Ventil 76 öffnet, und der Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils 76 wird so gesteuert, daß der Ladedruck bei Schritt 110 einen bestimmten Druck nicht übersteigt.
Anschließend folgt eine Erläuterung des Verfahrens zum Reduzieren der Menge M der abgeführten Partikel, um zu bewirken, daß M<G. Das heißt, je ausreichender der eingespritzte Kraftstoff und die Luft vermischt werden, d. h. je größer die Luftmenge um den eingespritzten Kraftstoff ist, desto besser wird der eingespritzte Kraftstoff verbrannt, so daß um so weniger Partikel erzeugt werden. Somit ist es zum Reduzieren der Menge M der abgeführten Partikel M ausreichend, den eingespritzten Kraftstoff und Luft ausreichender zu vermischen. Wenn der eingespritzte Kraftstoff und die Luft gut vermischt sind, steigt jedoch die NO_x-Erzeugungsmenge an, da die Verbrennung aktiv wird. In anderen Worten kann man somit von dem Verfahren zum Reduzieren der Menge M der abgeführten Partikel sagen, daß es sich dabei um ein Verfahren zum Erhöhen der NO_x-Erzeugungsmenge handelt.
Was auch immer der Fall sein mag, so gibt es verschiedene Verfahren zum Reduzieren der Menge PM der abgeführten Partikel. Daher werden diese Verfahren nacheinander erläutert.
Es ist zudem möglich, die vorstehende Niedrigtemperaturverbrennung als ein Verfahren zum Reduzieren der Menge PM der abgeführten Partikel zu verwenden, doch kann auch das Verfahren zum Steuern der Kraftstoffeinspritzung als ein weiteres wirksames Verfahren Erwähnung finden. Wird die Menge der Kraftstoffeinspritzung beispielsweise reduziert, liegt um den eingespritzten Kraftstoff herum ausreichend Luft vor, und somit wird die Menge M der abgeführten Partikel reduziert.
Wird ferner der Steuerzeitpunkt der Einspritzung nach früh verstellt, liegt um den eingespritzten Kraftstoff herum genügend Luft vor, und somit wird die Menge M der abgeführten Partikel reduziert. Wird ferner der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 27, d. h. der Einspritzdruck erhöht, wird der eingespritzte Kraftstoff verteilt, so daß die Mischung zwischen dem eingespritzten Kraftstoff und der Luft gut wird, und daher wird die Menge M der abgeführten Partikel reduziert. Wenn ferner ein Zusatzkraftstoff am Ende des Verdichtungstakts unmittelbar vor der Einspritzung des Hauptkraftstoffs Q_m eingespritzt wird, wenn also eine sogenannte Piloteinspritzung ausgeführt wird, wird die Luft um den Kraftstoff Q_m unzureichend, da der Sauerstoff durch die Verbrennung des Zusatzkraftstoffs verbraucht wird. Daher wird in diesem Fall die Menge M der abgeführten Partikel durch Stoppen der Piloteinspritzung reduziert.
Wenn genauer gesagt beim Steuern der Kraftstoffeinspritzung zum Reduzieren der Menge M der abgeführten Partikel bei Schritt 106 von 11 bestimmt wird, daß M>G, wird bei Schritt 109 entweder die Kraftstoffeinspritzmenge reduziert, der Steuerzeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung nach früh verstellt, der Einspritzdruck erhöht oder die Piloteinspritzung gestoppt, um so die Menge M der abgeführten Partikel zu reduzieren. Wenn anschließend bei Schritt 108 von 11 bestimmt wird, daß M<G-β, wird bei Schritt 110 der ursprüngliche Zustand der Kraftstoffeinspritzung wiederhergestellt.
Anschließend folgt eine Erläuterung eines weiteren Verfahrens zum Reduzieren der Menge M der abgeführten Partikel, um zu bewirken, daß M<G. Wenn bei diesem Verfahren bei Schritt 106 von 11 bestimmt wird, daß M>G, wird der Öffnungsgrad des AGR-Steuerventils 25 reduziert, um die AGR-Rate zu reduzieren. Wenn die AGR-Rate abfällt, nimmt die Luftmenge um den eingespritzten Kraftstoff herum zu, und somit sinkt die Menge M der abgeführten Partikel. Wenn anschließend bei 108 von 11 bestimmt wird, daß M<G-β, wird bei Schritt 110 die AGR-Rate auf die ursprüngliche AGR-Rate erhöht.
Anschließend folgt eine Erläuterung von noch einem weiteren Verfahren zum Reduzieren der Menge M der abgeführten Partikel, um zu bewirken, daß M<G. Wenn bei diesem Verfahren bei Schritt 106 von 11 bestimmt wird, daß M>G, wird der Öffnungsgrad des Wastegate-Ventils 76 (17) reduziert, um den Ladedruck zu erhöhen. Wenn der Ladedruck ansteigt, steigt die Luftmenge um den eingespritzten Kraftstoff herum an, und somit fällt die Menge M der abgeführten Partikel ab. Wenn anschließend bei Schritt 108 von 11 bestimmt wird, daß M<G-β, wird bei Schritt 110 wieder der ursprüngliche Ladedruck hergestellt.
Anschließend folgt eine Erläuterung des Verfahrens zum Erhöhen der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, um zu bewirken, daß M<G. Wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas ansteigt, wird die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel alleine dadurch erhöht, doch da die in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbierte Sauerstoffmenge zunimmt, nimmt die Menge des aktiven Sauerstoffs, der aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 freigesetzt wird, zu und somit nimmt die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel zu.
Als ein Verfahren zum Ausführen dieses Verfahrens kann das Verfahren zum Steuern der AGR-Rate erwähnt werden. Wenn also bei Schritt 106 von 11 bestimmt wird, daß M>G, wird der Öffnungsgrad des AGR-Steuerventils 25 reduziert, so daß die AGR-Rate bei Schritt 109 abfällt. Die Abnahme der AGR-Rate bedeutet, daß das Verhältnis der Ansaugluftmenge in der Ansaugluft ansteigt. Wenn daher die AGR-Rate abfällt, steigt die Sauerstoffkonzentration im Abgas an. Folglich steigt die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel an. Wenn die AGR-Rate wie vorstehend erwähnt abfällt, fällt ferner die Menge M der abgeführten Partikel ab. Wenn daher die AGR-Rate abfällt, wird der Zustand, bei dem M<G ist, rasch erreicht. Wenn anschließend bei Schritt 108 von 11 bestimmt wird, daß M<G-β, wird bei Schritt 110 die ursprüngliche AGR-Rate wiederhergestellt.
Anschließend folgt eine Erläuterung des Verfahrens zum Verwenden von Sekundärluft zum Erhöhen der Sauerstoffkonzentration in einem Abgas. Bei dem in 18 gezeigten Beispiel ist die Abgasleitung 77 zwischen der Abgasturbine 21 und dem Partikelfilter 22 mit den Einlaßkanal 13 durch eine Sekundärluft-Versorgungsleitung 78 verbunden, während ein Zuführsteuerventil 79 in der Sekundärluft-Versorgungsleitung 78 angeordnet ist. Bei dem in 19 gezeigten Beispiel ist die Sekundärluft-Versorgungsleitung 78 ferner mit einer von dem Motor angetriebenen Luftpumpe 80 verbunden. Es ist zu beachten, daß die Position zum Versorgen der Abgasleitung mit Sekundärluft an einer beliebigen Stelle zwischen dem Partikelfilter 22 und dem Auslaßkanal 10 sein kann.
Wenn bei Schritt 106 von 11 bestimmt wird, daß M>G, wird bei dem in 18 oder 19 gezeigten Motor bewirkt, daß sich das Zuführsteuerventil 79 bei Schritt 109 öffnet. Folglich wird von der Sekundärluft-Versorgungsleitung 78 Sekundärluft 77 zur Abgasleitung 77 geführt. Somit wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas erhöht. Wenn anschließend bei Schritt 108 von 11 bestimmt wird, daß M<G-β, wird bewirkt, daß sich das Zuführsteuerventil 79 bei Schritt 110 schließt.
Anschließend folgt eine Erläuterung einer Ausführungsform, wo die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel, die pro Zeiteinheit auf dem Partikelfilter 22 oxidiert werden können, sukzessive berechnet wird und zumindest entweder die Menge M der abgeführten Partikel oder die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel so gesteuert wird, daß M<GG, wenn die Menge M der abgeführten Partikel die berechnete Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel übersteigt.
Wenn sich die Partikel auf dem Partikelfilter 22 abscheiden, können sie wie vorstehend erwähnt in kurzer Zeit oxidiert werden, doch bevor diese Partikel durch Oxidation vollständig entfernt werden, werden andere Partikel sukzessive auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden. Daher wird in Wirklichkeit stets eine bestimmte Menge von Partikeln auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden, und ein Teil der Partikel dieser abschei denden Partikel wird durch Oxidation entfernt. Wenn in diesem Fall die Partikel GG, die pro Zeiteinheit durch Oxidation entfernt werden können, mit der Menge M der abgeführten Partikel identisch sind, können alle Partikel in dem Abgas durch Oxidation auf dem Partikelfilter 22 entfernt werden. Wenn jedoch die Menge M der abgeführten Partikel größer wird als die Menge GG der pro Zeiteinheit durch Oxidation entfernten Partikel, nimmt die Menge der auf dem Partikelfilter 22 abgeschiedenen Partikel allmählich zu, und schließlich werden die Partikel lagenweise abgeschieden, und eine Zündung bei niedriger Temperatur ist nicht mehr möglich.
Wenn die Menge M der abgeführten Partikel auf diese Weise mit der Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel identisch wird oder kleiner als die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel, ist es möglich, alle Partikel in dem Abgas auf dem Partikelfilter 22 durch Oxidation zu entfernen. Somit wird bei dieser Ausführungsform die Temperatur TF des Partikelfilters 22 oder die Menge M der abgeführten Partikel etc. so gesteuert, daß M<GG, wenn die Menge M der abgeführten Partikel die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel übersteigt.
Es ist zu beachten, daß die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel wie folgt ausgedrückt werden kann: GG (g/sec) = C·EXP(-E/RT)·[PM]1·([O2]m + [NO]n)
Hier ist C eine Konstante, E die Aktivierungsenergie, R eine Gaskonstante, T die Temperatur Tf des Partikelfilters 22, [PM] die Konzentration der Abscheidung (mol/cm²) der Partikel auf dem Partikelfilter 22, [O₂] die Sauerstoffkonzentration im Abgas und [NO] die NO_x-Konzentration im Abgas.
Es ist zu beachten, daß die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel eigentlich eine Funktion der Konzentration von unverbranntem HC im Abgas, des Grads der Leichtigkeit der Oxidation der Partikel, der Raumgeschwindigkeit der Abgasströ mung im Partikelfilter 22, des Abgasdrucks etc. ist, jedoch werden an dieser Stelle diese Auswirkungen nicht berücksichtigt.
Wie aus vorstehendem zu ersehen ist, steigt die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel exponentiell an, wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 22 ansteigt. Wenn die Konzentration der Abscheidung [PM] der Partikel ansteigt, nehmen ferner die durch Oxidation entfernten Partikel zu, so daß die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel um so größer ist, desto höher [PM] ist. Je höher jedoch die Konzentration der Abscheidung [PM] der Partikel ist, desto größer ist die Menge der Partikel, die an schwer zu oxidierenden Stellen abgeschieden werden, so daß die Anstiegsrate der Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel allmählich abfällt. Somit entwickelt sich die Beziehung zwischen der Konzentration der Abscheidung [PM] der Partikel und [PM]¹ in der vorstehenden Formel wie in 20A gezeigt ist.
Wenn die Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas hingegen wie vorstehend erläutert zunimmt, nimmt alleine dadurch die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel zu, doch steigt zusätzlich die Menge des aktiven Sauerstoffs an, der von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 freigesetzt wird. Wenn daher die Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas ansteigt, steigt auch die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel im Verhältnis dazu an, und daher entwickelt sich die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration [O₂] in dem Abgas und [O₂]^m in der vorstehenden Formel wie in 20B gezeigt ist.
Wenn hingegen die Konzentration [NO] von NO_x in dem Abgas wie vorstehend erläutert höher wird, steigt die NO₂-Erzeugungsmenge an, so daß die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel ansteigt. Die Umwandlung von NO zu NO₂ tritt jedoch nur ein, wenn die Temperatur des Abgases zwischen etwa 250 °C und etwa 450 °C ist. Somit entwickelt sich die Beziehung zwischen der Konzentration [NO] von NO_x im Abgas und [NO]ⁿ in der vorstehenden Formel zu einer Beziehung, wo [NO]ⁿ zusammen mit einem Anstieg bei [NO] zunimmt, wie durch die durchgehende Linie [NO]ⁿ ₁ von 20C gezeigt ist, wenn die Temperatur des Abgases zwischen etwa 250 °C und etwa 450 °C ist, während [NO]ⁿ ₀ ungeachtet des [NO], das durch die durchgehende Linie [NO]ⁿ ₀ von 20C gezeigt ist, etwa null erreicht, wenn die Temperatur des Abgases weniger ist als etwa 250 °C oder mehr als etwa 450 °C.
In dieser Ausführungsform wird die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel basierend auf der vorstehenden Formel mit dem Verstreichen eines jeden bestimmten Zeitintervalls berechnet. Wenn die Menge der zu dieser Zeit abgeschiedenen Partikel zu PM(g) gemacht wird, werden die der Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel entsprechenden Partikel in diesen Partikeln PM entfernt, und die Partikel, die der Menge M der abgeführten Partikel entsprechen, werden neu auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden. Daher wird die endgültige Abscheidungsmenge der Partikel wie folgt ausgedrückt: PM+M-GG
Anschließend folgte eine Erläuterung des Verfahrens zur Steuerung des Betriebs unter Bezugnahme auf 21.
Unter Bezugnahme auf 21 wird zunächst bei Schritt 200 der Öffnungsgrad des Drosselventils 17 gesteuert. Anschließend wird bei Schritt 201 der Öffnungsgrad des AGR-Steuerventils 25 gesteuert. Dann wird bei Schritt 202 die Einspritzung von der Kraftstoffeinspritzdüse 6 gesteuert. Anschließend wird bei Schritt 203 die Menge M der abgeführten Partikel anhand des Kennfelds, das in 10B gezeigt ist, berechnet. Dann wird bei Schritt 204 die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel basierend auf folgender Formel berechnet: GG = C·EXP(-E/RT)·[PM]1·([O2]m + [NO]n)
Anschließend wird bei Schritt 205 die endgültige Menge PM der Abscheidung der Partikel wie folgt berechnet: PM ← PM+M-GC
Anschließend wird bei Schritt 206 bestimmt, ob ein Flag, das anzeigt, daß die Menge M der abgeführten Partikel größer geworden ist als die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel, gesetzt worden ist. Wenn das Flag nicht gesetzt worden ist, kehrt die Routine zu Schritt 207 zurück, wo bestimmt wird, ob die Menge M der abgeführten Partikel größer geworden ist als die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel. Wenn M ≤ GG, d. h., wenn die Menge M der abgeführten Partikel kleiner ist als die Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel, wird der Verarbeitungszyklus beendet.
Wenn im Gegensatz dazu bei Schritt 207 bestimmt wird, daß M>GG, d. h., wenn die Menge M der abgeführten Partikel größer wird als die Menge GG Partikel, die durch Oxidation entfernt werden können, wird die Routine bei Schritt 208 fortgesetzt, wo das Flag gesetzt wird, und wird dann bei Schritt 209 fortgesetzt. Ist das Flag gesetzt, springt die Routine beim nächsten Verarbeitungszyklus von Schritt 206 auf Schritt 209.
Bei Schritt 209 werden die Menge M der abgeführten Partikel und ein Steuerungsfreigabewert (GG-β), der durch Subtrahieren eines bestimmten Wertes β von der Menge GG der durch Oxidation entfernten Partikel erhalten wird, miteinander verglichen. Wenn M≥GG-β, d. h., wenn die Menge M der abgeführten Partikel größer ist als der Steuerungsfreigabewert (GG-β), wird die Routine bei Schritt 210 fortgeführt, wo eine Steuerung zur Fortsetzung des Oxidationsvorgangs der Partikel auf dem Partikelfilter 22, d. h. eine Steuerung zum Erhöhen der Temperatur TF des Partikelfilters 22, eine Steuerung zum Reduzieren der Menge M der abgeführten Partikel oder eine Steuerung zum Erhöhen der Sauerstoffkonzentration im Abgas ausgeführt wird.
Wenn anschließend bei Schritt 209 bestimmt wird, daß M<GG-β, d. h., wenn die Menge M der abgeführten Partikel den Steuerungsfreigabewert (GG-β) unterschreitet, wird die Routine bei Schritt 211 fortgesetzt, wo eine Steuerung ausgeführt wird, um den ursprünglichen Betriebszustand allmählich wiederherzustellen, und wo das Flag erneut gesetzt wird.
Es ist zu beachten, daß in den vorstehend erläuterten Ausführungsformen eine aus Aluminiumoxid bestehende Trägerschicht beispielsweise auf den zwei seitlichen Oberflächen der Trennwände 54 des Partikelfilters 22 und den Innenwänden der feinen Löcher in den Trennwänden 54 ausgebildet ist. Ein Edelmetallkatalysator und ein Aktivsauerstofffreisetzungsmittel werden auf dem Träger getragen. Ferner kann der Träger ein NO_x-Absorptionsmittel tragen, das das im Abgas enthaltenen NO_x absorbiert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 strömenden Abgases mager ist, und das absorbierte NO_x freisetzt, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 strömenden Abgases das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis erreicht oder fett wird.
Wie vorstehend erwähnt, wird in diesem Fall gemäß der vorliegenden Erfindung Platin Pt als der Edelmetallkatalysator verwendet. Als das NO_x-Absorptionsmittel wird zumindest entweder ein Alkalimetall, wie z. B. Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs und Rubidium Rb, ein Erdalkalimetall, wie z. B. Barium Ba, Calcium Ca und Strontium Sr, oder eine Seltenerde, wie z. B. Lanthan La und Yttrium Y, verwendet. Es ist zu beachten, daß, wie durch einen Vergleich mit dem das vorstehende Aktivsauerstofffreisetzungsmittel aufweisenden Metall deutlich wird, das das NO_x-Absorptionsmittel aufweisende Metall und das das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel aufweisende Metall im großen und ganzen übereinstimmen.
In diesem Fall besteht die Möglichkeit, unterschiedliche Metalle oder das gleiche Metall wie das NO_x-Absorptionsmittel und das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel zu verwenden. Beim Verwenden des gleichen Metalls wie das NO_x-Absorptionsmittel und das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel, treten die Funktion als ein NO_x-Absorptionsmittel und die Funktion eines Aktivsauerstofffreisetzungsmittels gleichzeitig zu Tage.
Anschließend folgt eine Erläuterung des Vorgangs der Absorption und der Freisetzung von NO_x, wobei der Fall der Verwendung von Platin als der Edelmetallkatalysator und der Verwendung von Kalium K als das NO_x-Absorptionsmittel als Beispiel herangezogen wird.
Zunächst wird unter Berücksichtigung Vorgangs der Absorption von NO_x, das NO_x in dem NO_x-Absorptionsmittel durch den selben Mechanismus wie den in 4A gezeigten Mechanismus absorbiert. Doch in diesem Fall steht in 4A das Bezugszeichen 61 für das NO_x-Absorptionsmittel.
Wenn also das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 einströmenden Abgases mager ist, da eine große Menge an überschüssigem Sauerstoff im Abgas enthalten ist, wenn das Abas in die Abgaseinströmkanäle 50 des Partikelfilters 22 einströmt, wie in 4A gezeigt ist, haftet der Sauerstoff O₂ in Form von O₂ ^– oder O^2– an der Oberfläche des Platins Pt. Das NO im Abgas reagiert hingegen mit dem O₂ ^– oder O^2– auf der Oberfläche des Platins Pt, um zu NO₂(2NO + O₂ → 2NO₂) zu werden. Anschließend wird ein Teil des erzeugten NO₂ in dem NO_x-Absorptionsmittel 61 absorbiert, während es auf dem Platin Pt oxidiert wird und in das NO_x-Absorptionsmittel 61 in der Form von Nitrationen NO₃ ^– diffundiert, wie in 4A gezeigt ist, während es mit dem Kalium K eine Bindung eingeht. Ein Teil der Nitrationen NO₃ ^– erzeugt Kaliumnitrat KNO₃. Auf diese Weise wird NO in dem NO_x-Absorptionsmittel 61 absorbiert.
Wenn das in den Partikelfilter 22 einströmende Abgas hingegen fett wird, werden die Nitrationen NO₃ ^– zu Sauerstoff O und NO aufgespalten, und dann wird da NO sukzessive aus dem NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzt. Wenn somit das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 einströmenden Abgases fett wird, wird das NO aus dem NO_x-Absorptionsmittel 61 in kurzer Zeit freigesetzt. Ferner wird das freigesetzte NO reduziert, so daß kein NO in den Atmosphäre abgegeben wird.
Es ist zu beachten, daß in diesem Fall, selbst wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 einströmenden Abgases das stöchiometrische Kraftstoff- Luftverhältnis erreicht, NO aus dem NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzt wird. In diesem Fall dauert es jedoch eine eher lange Zeit, bis das gesamte in dem NO_x-Absorptionsmittel absorbierte NO_x freigesetzt ist, da das NO nur allmählich aus dem NO_x-Absorptionsmittel freigesetzt wird.
Wie vorstehend erläutert ist es jedoch möglich, unterschiedliche Metalle für das NO_x-Absorptionsmittel und das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel zu verwenden, oder es besteht die Möglichkeit, das gleiche Metall für das NO_x-Absorptionsmittel und das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel zu verwenden. Wird das gleiche Metall für das NO_x-Absorptionsmittel und das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel verwendet, wie vorstehend erläutert wurde, werden die Funktion des NO_x-Absorptionsmittels und die Funktion des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels zeitgleich ausgeführt. Ein Mittel, das diese beiden Funktionen gleichzeitig ausführt, wird von dieser Stelle an als ein Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel bezeichnet. In diesem Fall zeigt das Bezugszeichen 61 in 4A ein Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel.
Wenn ein solches Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 verwendet wird, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 einströmenden Abgases mager ist, wird das in dem Abgas enthaltene Abgas in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 absorbiert. Wenn die in dem Abgas enthaltenden Partikel an dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 haften, werden die Partikel in kurzer Zeit durch den in dem Abgas enthaltenen aktiven Sauerstoff und den aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzten aktiven Sauerstoff durch Oxidation entfernt. Somit ist es dabei möglich zu verhindern, daß sowohl Partikel als auch NO_x im Abgas in die Atmosphäre abgegeben werden.
Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 einströmenden Abgases hingegen fett wird, wird NO aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzt. Dieses NO wird durch die unverbrannten Kohlenwasserstoffe und CO reduziert, und daher wird dabei auch kein NO in die Atmosphäre ab gegeben. Wenn die Partikel auf dem Partikelfilter 22 abgeschieden werden, werden sie ferner durch Oxidation durch den aktiven Sauerstoff aus dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 entfernt.
Es ist zu beachten, daß, wenn ein NO_x-Absorptionsmittel oder Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 verwendet wird, das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter 22 einströmenden Abgases vorübergehend angefettet wird, so daß das NO_x aus dem NO_x-Absorptionsmittel oder dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittel 61 freigesetzt wird, bevor die Absorptionsfähigkeit des NO_x-Absorptionsmittels oder des Aktivsauerstofffreisetzungsmittel/NO_x-Absorptionsmittels gesättigt ist.
Ferner kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Fall angewendet werden, wo nur ein Edelmetall, wie z. B. Platin, auf der Trägerschicht, die aus zwei Oberflächen des Partikelfilters 22 gebildet ist, getragen wird. In diesem Fall verschiebt sich jedoch die durchgehende Linie, die die Menge G der durch Oxidation entfernbaren Partikel darstellt, im Vergleich zu der durchgehenden Linie, die in 5 gezeigt ist, etwas nach rechts. In diesem Fall wird aktiver Sauerstoff aus dem NO₂ oder SO₃, die auf der Oberfläche des Platins gehalten werden, freigesetzt.
Ferner besteht zudem die Möglichkeit, als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel einen Katalysator zu verwenden, der NO₂ oder SO₃ adsorbieren und halten und aktiven Sauerstoff aus diesem adsorbierten NO₂ oder SO₃ freisetzen kann.
Es ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung auch auf eine Abgasreinigungsvorrichtung angewendet werden kann, die so ausgelegt ist, daß ein Oxidationskatalysator in dem Abgaskanal stromauf des Partikelfilters angeordnet ist, das NO im Abgas durch diesen Oxidationskatalysator in NO₂ umgewandelt wird, bewirkt wird, daß das NO₂ und die auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel miteinander reagieren, und dieses NO₂ verwendet wird, um die Partikel zu oxidieren.

1: Motorkörper
5: Verbrennungsraum
6: Kraftstoffeinspritzdüse
12: Druckluftbehälter
14: Abgasturbolader
17: Drosselventil
19: Abgaskrümmer
22: Partikelfilter
25: AGR-Steuerventil

Claims

Abgasreinigungsverfahren, das als einen Partikelfilter (22) zum Entfernen von Partikeln in einem von einem Verbrennungsraum (5) abgeführten Abgas einen Partikelfilter (22) verwendet, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Partikelfilter (22) beliebige Partikel in einem in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgas entfernen kann, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, wenn eine Menge der abgeführten Partikel, die von dem Verbrennungsraum (5) pro Zeiteinheit abgeführt werden, geringer ist als eine Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel, die durch Oxidation auf dem Partikelfilter (22) pro Zeiteinheit entfernt werden können, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, und zumindest entweder die Menge der abgeführten Partikel oder die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel steuert, so daß die Menge der abgeführten Partikel geringer wird als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Menge der abgeführten Partikel die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel übersteigt.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 1, wobei ein Edelmetallkatalysator auf dem Partikelfilter (22) getragen wird.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 2, wobei ein Aktivsauerstofffreisetzungsmittel (61), das Sauerstoff aufnimmt und den Sauerstoff einbehält, wenn in der Umgebung ein Sauerstoffüberschuß vorliegt, und den einbehaltenen Sauerstoff in der Form von aktivem Sauerstoff freisetzt, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung abfällt, auf dem Partikelfilter (22) getragen wird, und wobei ein aktiver Sauerstoff von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel (61) freigesetzt wird und die auf dem Partikel filter (22) haftenden Partikel durch den freigesetzten aktiven Sauerstoff oxidiert werden, wenn die Partikel auf dem Partikelfilter (22) haften.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 3, wobei das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel (61) aus einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall, einer Seltenerde oder einem Übergangsmetall besteht.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 4, wobei das Alkalimetall und das Erdalkalimetall aus Metallen bestehen, die eine höhere Tendenz zur Ionisierung aufweisen als Calcium.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 3, wobei das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel (61) eine Funktion des Absorbierens von NO_x im Abgas, wenn ein Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases mager ist, und des Freisetzens des absorbierten NO_x aufweist, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis oder fett wird, auf dem Partikelfilter (22) getragen wird.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel eine Funktion einer Temperatur des Partikelfilters (22) ist.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel eine Funktion von zumindest entweder einer Sauerstoffkonzentration oder einer NO_x-Konzentration in dem Abgas zusätzlich zu der Temperatur des Partikelfilters (22) ist.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 7, wobei die Menge der abgeführten Partikel, die durch Oxidation entfernbar sind, im voraus als eine Funktion von zumindest der Temperatur des Partikelfilters (22) gespeichert wird.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 1, das zumindest entweder die Menge der abgeführten Partikel oder die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel steuert, so daß die Menge der abgeführten Partikel geringer wird als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Menge der abgeführten Partikel die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel um zumindest eine vorbestimmte Menge übersteigt.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 1, das die Menge der abgeführten Partikel durch Erhöhen einer Temperatur des Partikelfilters (22) geringer macht als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 1, das die Menge der abgeführten Partikel durch Reduzieren einer Menge der abgeführten Partikel geringer macht als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 1, das die Menge der abgeführten Partikel durch Erhöhen einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas geringer macht als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge der durch Oxidation entfernten Partikel, die durch Oxidation auf dem Partikelfilter (22) pro Zeiteinheit entfernt werden können, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, berechnet wird.
Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 1, das eine Funktion des Absorbierens von NO_x in dem Abgas, wenn ein Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases mager ist, und des Freisetzens von absorbiertem NO_x, aufweist, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis oder fett wird.
Abgasreinigungsvorrichtung, die in einem Motorabgaskanal einen Partikelfilter (22) zum Entfernen von Partikeln in einem Abgas anordnet, die von einem Verbrennungsraum (5) abgeführt werden, die als den Partikelfilter (22) einen Partikelfilter (22) verwendet, dadurch gekennzeichnet, daß der Partikelfilter (22) beliebige Partikel in einem in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgas entfernen kann, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, wenn eine Menge der abgeführten Partikel, die von dem Verbrennungsraum (5) pro Zeiteinheit abgeführt werden, geringer ist als eine Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel, die durch Oxidation auf dem Partikelfilter (22) pro Zeiteinheit entfernt werden können, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben, und mit einer Steuereinrichtung (30) zum Steuern von zumindest entweder der Menge der abgeführten Partikel oder der Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel versehen ist, so daß die Menge der abgeführten Partikel geringer wird als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Menge der abgeführten Partikel die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel übersteigt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei ein Edelmetallkatalysator auf dem Partikelfilter (22) getragen wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 17, wobei ein Aktivsauerstofffreisetzungsmittel (61), das Sauerstoff aufnimmt und den Sauerstoff einbehält, wenn in der Umgebung ein Sauerstoffüberschuß vorliegt, und den einbehaltenen Sauerstoff in der Form von aktivem Sauerstoff freisetzt, wenn eine Sauerstoffkonzentration in der Umgebung abfällt, auf dem Partikelfilter (22) getragen wird, und wobei ein aktiver Sauerstoff von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel freigesetzt wird und die auf dem Partikelfilter (22) haftenden Partikel durch den freigesetzten aktiven Sauerstoff oxidiert werden, wenn die Partikel auf Partikelfilter (22) haften.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel (61) aus einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall, einer Seltenerde oder einem Übergangsmetall besteht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Alkalimetall und das Erdalkalimetall aus Metallen bestehen, die eine höhere Tendenz zur Ionisierung aufweisen als Calcium.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel (61) eine Funktion des Absorbierens von NO_x in dem Abgas, wenn ein Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases mager ist, und des Freisetzens des absorbierten NO_x aufweist, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luftverhältnis oder fett wird, auf dem Partikelfilter getragen wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel eine Funktion einer Temperatur des Partikelfilters (22) ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel eine Funktion von zumindest entweder einer Sauerstoffkonzentration oder einer NO_x-Konzentration in dem Abgas zusätzlich zu der Temperatur des Partikelfilters (22) ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Menge der abgeführten Partikel, die durch Oxidation entfernbar sind, im voraus als eine Funktion von zumindest der Temperatur des Partikelfilters (22) gespeichert wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Steuereinrichtung (30) zumindest entweder die Menge der abgeführten Partikel oder die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel steuert, so daß die Menge der abgeführten Partikel geringer wird als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel, wenn die Menge der abgeführten Partikel die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel um zumindest eine vorbestimmte Menge übersteigt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Steuereinrichtung die Menge der abgeführten Partikel durch Erhöhen einer Temperatur des Partikelfilters (22) geringer macht als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Steuereinrichtung die Temperatur des Partikelfilter (22) durch Steuern von zumindest entweder einer Kraftstoffeinspritzmenge oder eines Kraftstoffeinspritz-Steuerzeitpunkts erhöht, so daß die Temperatur des Abgases ansteigt.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Steuereinrichtung (30) die Temperatur des Partikelfilter (22) durch Spätverstellen eines Einspritz-Steuerzeitpunkts eines Hauptkraftstoffs oder Einspritzen von Zusatzkraftstoff zusätzlich zu dem Hauptkraftstoff erhöht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei es sich bei dem Motor (1) um einen Motor handelt, bei dem eine Rußerzeugungsmenge allmählich ansteigt und einen Spitzenwert erreicht, wenn eine Abgasrückführungsmenge ansteigt, und bei dem nahezu kein Ruß mehr erzeugt wird, wenn die Abgasrückführungsmenge weiter ansteigt, und wobei die Steuereinrichtung (30) die Temperatur des Abgases erhöht und dadurch die Temperatur des Partikelfilter (22) erhöht, indem die Abgasrückführungsmenge größer gemacht wird als die Abgasrückführungsmenge, bei der die Rußerzeugungsmenge einen Spitzenwert erreicht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei eine Kohlenwasserstoffzufuhr-Einrichtung (70) in dem Abgaskanal stromauf des Partikelfilters (22) angeordnet ist und wobei die Temperatur des Partikelfilters (22) durch Zuführen von Kohlenwasserstoff von der Kohlenwasserstoffzufuhr-Einrichtung in den Abgaskanal erhöht wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei ein Abgassteuerventil (73) in dem Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters (22) angeordnet ist und wobei die Temperatur des Partikelfilters (22) durch Schließen des Abgassteuerventils erhöht wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 26, die ferner einen Abgasturbolader (14) aufweist, der mit einem Wastegate-Ventil (bzw. Abgasumleitungsventil) (76) zum Steuern einer Abgasmenge versehen ist, die in bezug auf die Abgasturbine (21) umgeleitet wird, und wobei das Wastegate-Ventil (76) geöffnet wird, um die Temperatur des Partikelfilters (22) zu erhöhen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Steuereinrichtung (30) die Menge der abgeführten Partikel durch Reduzieren der Menge der abgeführten Partikel geringer macht als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel,.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 33, wobei die Steuereinrichtung (30) eine Kraftstoffeinspritzmenge, einen Kraftstoffeinspritz-Steuerzeitpunkt, einen Kraftstoffeinspritzdruck, oder eine Einspritzung von Zusatzkraftstoff steuert, so daß die Menge der abgeführten Partikel reduziert wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 33, die ferner eine Abgasaufladeeinrichtung zum Aufladen einer Einlaßluft und wobei die Steuereinrichtung (30) die Menge der abgeführten Partikel durch Erhöhen eines Aufladedrucks reduziert.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 33, die ferner eine Abgasrückführungseinrichtung (24, 25) zum Rückführen von Abgas in eine Saugleitung (8) aufweist, und wobei die Steuereinrichtung (30) die Menge der abgeführten Partikel durch Erhöhen einer Abgasrückführungsrate erhöht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Steuereinrichtung (30) die Menge der abgeführten Partikel durch Erhöhen einer Sauerstoffkonzentration in dem Abgas geringer macht als die Menge der durch Oxidation entfernbaren Partikel.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 37, die ferner eine Abgasrückführungseinrichtung (24, 25) zum Rückführen von Abgas in eine Saugleitung (8) aufweist, und wobei die Steuereinrichtung (30) die Sauerstoffkonzentration im Abgas durch Reduzieren einer Abgasrückführungsrate erhöht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 37, die ferner eine Sekundärluft-Zufuhrreinrichtung (78, 79) zum Zuführen von Sekundärluft in den Abgaskanal (77) stromauf des Partikelfilter (22) aufweist, und wobei die Steuereinrichtung (30) die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas durch Zuführen von Sekundärluft in den Abgaskanal (77) stromauf des Partikelfilter (22) erhöht.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 16, die mit einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer Menge von durch Oxidation entfernbaren Partikeln versehen ist, die auf dem Partikelfilter (22) pro Zeiteinheit durch Oxidation entfernt werden können, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 16, die eine Funktion des Absorbierens von NO_x in dem Abgas, wenn ein Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases mager ist, und des Freisetzens des absorbierten NO_x aufweist, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Partikelfilter (22) einströmenden Abgases das stöchiometrische Kraftstoff-Luftverhältnis wird oder fett wird.