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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Abgasreiniger für einen Verbrennungsmotor und
ein Verfahren zum Reinigen von Abgas.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Partikel,
die hauptsächlich
aus Ruß bestehen,
sind im Abgas eines Verbrennungsmotors enthalten, insbesondere bei
einem Dieselmotor. Da die Partikel schädlich sind, wurde vorgeschlagen,
ein Filter, das die Partikel einfängt, bevor sie in die Atmosphäre abgegeben
werden, im Abgassystem des Motors anzuordnen. Um einen Anstieg des
Abgaswiderstands infolge von Verstopfungen zu vermeiden, muss ein
solches Filter die darin eingefangenen Teilchen verbrennen.
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Während dieser
Regeneration des Filters verbrennen die Partikel durch Entzündung, sobald sie
etwa 600 °C
erreicht haben. Da die Temperatur des Abgases in einem Dieselmotor
in der Regel jedoch viel niedriger als 600 °C ist, sind in der Regel einige
Maßnahmen
erforderlich, um das Filter selbst aufzuheizen.
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Das
Dokument JP-A-7-189,655 offenbart ein Abgasreinigungssystem und
ein Verfahren zum Reinigen von Abgas, in dem zwei Partikelfilter
im Abgassystem eines Verbrennungsmotors angeordnet sind, um Partikel,
die im Abgas mitgerissen werden, aufzufangen und zu oxidieren. Mittels
einer Umkehreinrichtung kann der Abgasstrom aufgeteilt werden, so dass
er zum ersten der beiden Filter in zwei entgegengesetzten Richtungen
strömt,
so dass die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des ersten Filters umgekehrt werden, während der Abgasstrom das andere
Filter immer in der gleichen Richtung passiert. somit kann der Abgasstrom
die beiden Filter entweder parallel oder nacheinander passieren.
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Das
Dokument EP-A-0 984 142 offenbart ein Emissionsbegrenzungssystem
für Verbrennungsmotoren,
das ein Partikelfilter einschließt, das in der Abgasleitung
des Motors angeordnet ist. Das Partikelfilter schließt am stromaufwärtigen Ende
offene Zellen und am stromabwärtigen
Ende offene Zellen ein, die an zwei Seiten einer porösen (d.h.
keramischen) Wand angeordnet sind. Nur die Innenwandfläche der am
stromabwärtigen
Ende offenen Zellen des Partikelfilters sind mit einem NOx-Adsorptionsmittel
bedeckt, während
nur die Innenwandfläche
der am stromaufwärtigen
Ende offenen Zellen mit einem Adsorptionsmittel für Kohlenwasserstoff
(HC) bedeckt ist. Partikel im Abgas werden vom HC-Adsorptionsmittel
oder den keramischen Wänden
eingefangen und dadurch daran gehindert, das NOx-Adsorptionsmittel
zu erreichen. Bei einer niedrigen Filtertemperatur wird NOx im Abgas
am NOx-Adsorptionsmittel
adsorbiert und Kohlenwasserstoffe werden im HC-Adsorptionsmittel
adsorbiert. Mit einem Anstieg der Filtertemperatur werden die adsorbierten
Materialien aus ihren jeweiligen Adsorptionsmitteln desorbiert, und
die bzw. die desorbierte(n) Kohlenwasserstoff(e) reduziert bzw.
reduzieren das NOx, das aus dem NOx-Adsorptionsmittel desorbiert
wurde.
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Das
Dokument JP-A 7-189656 offenbart einen Abgasreiniger für einen
Verbrennungsmotor, in dem ein Ventil in eine erste Position geschaltet
wird, wenn eine Last T0 eines Motors eine
vorgegebene Last T0 erreicht oder übertrifft,
und in eine zweite Position geschaltet wird, wenn die Last T unter
der vorgegebenen Last T0 liegt. Partikel,
die ausgestoßen werden,
wenn der Motor im Niedriglastzustand läuft (T < T0) können leicht
verbrannt werden, auch wenn die Temperatur der Atmosphäre niedrig
ist. Dagegen ist es schwierig, partikelförmige Substanzen zu verbrennen,
wenn diese ausgestoßen
werden, während der
Motor im Hochlastzustand läuft
(T > T0),
falls die Atmosphäre
keine hohe Temperatur aufweist. Gemäß dieser Offenbarung werden
partikelförmige
Substanzen unter der letztgenannten Bedingung auf beiden Oberflächen des
Filters (110) separat eingefangen. Wenn eine Gesamtmenge
m der eingefangenen partikelförmigen
Substanzen eine vorgegebene Menge m0 erreicht
oder übertrifft,
wird das Ventil in die zweite Position geschaltet. Dann wird eine
Drosselklappe nach Bedarf teilweise geschlossen, und die eingefangenen
partikelförmigen
Substanzen werden verbrannt. Im Anschluss daran endet die Regeneration
der Fangvorrichtung, wenn die Menge der partikelförmigen Substanzen
kleiner wird als eine vorgegebene Menge m1.
Laut diesem Dokument wird ein häufiges
Schalten des Ventils und ein fliegendes Schalten verhindert, da
das Ventil geschaltet wird, wenn der Zustand, in dem die Last T
eines Motors eine vorgegebene Last T0 erreicht
oder übertrifft, oder
der Zustand, in dem die Last T niedriger ist als eine vorgegebene
Last T0 über
einen vorgegebenen Zeitraum anhält.
Ferner bildet der Zeitpunkt des Ventilschaltens nicht den Ausgangspunkt
für weitere Schaltungen
des Ventils.
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Das
Dokument JP-A 60-135613 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung,
die es ermöglicht, dass
ein Strömungswahlventil
den Abgasstrom de Abgases unter bestimmten Bedingungen verändert, so
dass dieser die beiden Filter für
partikelförmige Substanzen,
die in der Abgasreinigungsvorrichtung vorgesehen sind, umgeht.
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Die
japanische Patent-Offenlegungsschrift HEI 7-106290 offenbart, dass
die Partikel auf einem Filter bei etwa 400 °C kontinuierlich verbrennen,
d.h. bei der Temperatur des Abgases während eines normalen Betrieb
des Dieselmotors, falls das Filter ein Metall der Platinfamilie
und ein Erdalkalimetalloxid trägt.
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Die
Verwendung dieses Filters stellt jedoch nicht sicher, dass die Temperatur
des Abgases immer bei etwa 400 °C
liegt. In einigen Betriebszuständen kann
eine große
Menge an Partikeln aus dem Dieselmotor ausgestoßen werden, und die Partikel,
die während
der einzelnen Zyklen nicht verbrannt wurden, können sich allmählich übereinander
auf dem Filter anlagern.
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Falls
eine bestimmte Menge an Partikeln sich übereinander auf dem Filter
angelagert hat, verschlechtert sich die Fähigkeit des Filters, die Partikel zu
verbrennen, erheblich bis zu dem Maß, dass das Filter nicht mehr
regeneriert werden kann. Selbst wenn solch ein Filter einfach im
Abgassystem eines Motors angeordnet wird, kann das Filter somit
bald verstopft sein.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der Erfindung ist die Bereitstellung eines Abgasreinigers für einen
Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Reinigen von Abgas, die
in der Lage sind, das Verstopfen eines Partikelfilters durch Umkehren
von dessen Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
mit einer einfachen Konstruktion zu verhindern und die Menge an
Partikeln, die während
des Umkehrens in die Atmosphäre
abgegeben werden, zu verringern.
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Die
vorliegende Erfindung umfaßt
einen Abgasreiniger für
einen Verbrennungsmotor, wobei
der Reiniger ein Partikelfilter
einschließt,
das im Abgassystem des Motors angeordnet ist, um Partikel zu sammeln
und zu oxidieren, sowie eine Umkehreinrichtung zum Umkehren der
Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseite
des Partikelfilters,
das Partikelfilter eine Sammelwand zum
Sammeln der Partikel aufweist, die Sammelwand erste und zweite Sammeloberflächen aufweist,
und die ersten und zweiten Sammeloberflächen der Sammelwand durch Umkehren
der Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters durch die Umkehreinrichtung abwechselnd verwendet
werden, um Partikel zu sammeln,
die Umkehrvorrichtung einen
Ventilkörper
aufweist und die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters durch Schalten des Ventilkörpers aus einer Position in
eine andere Position umkehrt, und mindestens ein Teil des Abgases
das Partikelfilter umgeht, während
der Ventilkörper
aus einer Position in die andere Position geschaltet wird, und
die
Umkehrvorrichtung die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters umkehrt, wenn die Menge an Partikeln, die aus
einer Brennkammer des Motors ausgestoßen werden, eine festgesetzte
Abgabemenge erreichen oder unterschreiten, und/oder
die Umkehrvorrichtung
die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters bei einer Schaltgeschwindigkeit umkehrt, welche
dem Betriebszustand des Motors entspricht;
wobei, wenn der
Ventilkörper
sich in einer vorgegebenen Position zwischen der einen Position
und der anderen Position befindet, das Abgas nicht durch das Partikelfilter
strömt,
und die Umkehrvorrichtung die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters nicht umkehrt, selbst wenn die Menge der ausgestoßenen Partikel
gleich oder kleiner als die eingestellte Ausstoßmenge geworden ist, solange nach
der Umkehr der Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters eine vorgegebene Zeit noch nicht vergangen ist
oder eine vorgegebene Fahrstrecke noch nicht zurückgelegt wurde, und wobei ein
aktiven Sauerstoff freisetzendes Mittel auf der Sammelwand getragen
wird, und aktiver Sauerstoff, der vom aktiven Sauerstoff freisetzenden
Mittel freigesetzt wird, die Partikel oxidiert.
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Die
Erfindung betrifft auch ein verfahren zum Reinigen des Abgases eines
Verbrennungsmotors, wobei
der Reiniger ein Partikelfilter einschließt, das
im Abgassystem des Motors angeordnet ist, um Partikel zu sammeln
und zu oxidieren, sowie eine Umkehrvorrichtung zum Umkehren der
Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseite
des Partikelfilters,
das Partikelfilter eine Sammelwand zum
Sammeln der Partikel aufweist, die Sammelwand erste und zweite Sammeloberflächen aufweist,
und die ersten und zweiten Sammeloberflächen der Sammelwand durch Umkehren
der Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters durch die Umkehrvorrichtung abwechselnd verwendet
werden, um Partikel zu sammeln, und
die Umkehrvorrichtung einen
Ventilkörper
aufweist und die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters durch Schalten des Ventilkörpers aus einer Position in
eine andere Position umkehrt, und mindestens ein Teil des Abgases
das Partikelfilter umgeht, während
der Ventilkörper
aus einer Position in die andere Position geschaltet wird,
wobei
das Verfahren einschließt:
Umkehren
der Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters durch die Umkehrvorrichtung, falls die Menge
der Partikel, die aus der Brennkammer des Motors ausgestoßen werden,
gleich oder kleiner als eine voreingestellte Freisetzungsmenge geworden
ist, und/oder
Umkehren der Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters durch die Umkehrvorrichtung bei einer Schaltgeschwindigkeit,
die dem Betriebszustand des Motors entspricht;
wobei, wenn
der Ventilkörper
(71a) eine vorgegebene Position zwischen der einen Position
und der anderen Position einnimmt, das Abgas nicht durch das Partikelfilter
strömt
und die Umkehrvorrichtung (71) die Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters (70) nicht umkehrt, selbst wenn die
Menge der ausgestoßenen
Partikel gleich oder kleiner geworden ist als die vorgegebene Abgabemenge,
solange nicht eine vorgegebene Zeit nach dem Umkehren der Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters (70) vergangen ist oder eine vorgegebene
Fahrstrecke nicht zurückgelegt
wurde, und wobei ein aktiven Sauerstoff freisetzendes Mittel (61) auf
der Sammelwand (54) getragen wird, und aktiver Sauerstoff,
der vom aktiven Sauerstoff freisetzenden Mittel (61) freigesetzt
wird, die Partikel oxidiert.
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Ein
Abgasreiniger für
einen Verbrennungsmotor nach einem ersten und einem zweiten Aspekt der
Erfindung schließt
ein Partikelfilter ein, das im Abgassystem des Motors angeordnet
ist, um Partikel einzufangen und zu oxidieren, sowie eine Umkehreinrichtung
zum Umkehren der Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters. Das Partikelfilter weist eine Sammelwand auf,
um die Partikel einzufangen. Die Sammelwand weist eine erste und eine
zweite Sammelfläche
auf. Die erste und die zweite Sammelfläche der Sammelwand werden abwechselnd
verwendet, um Partikel durch Umkehren der Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters durch die Umkehreinrichtung einzufangen. Die
Umkehreinrichtung weist einen Ventilkörper auf und kehrt die Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters durch Schalten des Ventilkörpers aus einer Position in
eine andere Position um. Zumindest ein Teil des Abgases umgeht das
Partikelfilter, während
der Ventilkörper
aus einer Position in eine andere Position geschaltet wird. Die
Umkehreinrichtung kehrt die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters gemäß einem
Aspekt der Erfindung um, wenn die Menge der Partikel, die aus einer
Brennkammer des Motors ausgestoßen werden,
bei oder unter einer festgesetzten Abgabemenge liegt, oder gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung mit einer Schaltgeschwindigkeit, die
dem Betriebszustand des Motors entspricht.
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In
einigen Betriebszuständen
bleibt eine bestimmte Menge an Partikeln aufgrund einer ungenügenden Oxidation
der Partikel auf der ersten Sammelfläche der Sammelwand zurück. Da die
Umkehreinrichtung die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters umkehrt, werden gemäß der genannten Konstruktion
jedoch keine Partikel mehr übereinander
an der ersten Sammelfläche
der Sammelwand abgeschieden, und die zurückgebliebenen Partikel können allmählich durch
Oxidation beseitigt werden. Gleichzeitig beginnt die zweite Sammelfläche der
Sammelwand mit dem Einfangen und Oxidieren der Partikel. Da die
ersten und zweiten Sammelflächen
der Sammelwand aufgrund des Umkehrens der Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters abwechselnd genutzt werden, kann ein Verstopfen
des Partikelfilters vermieden werden. Da der Ventilkörper geschaltet
wird, um die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters umzukehren, wenn die Menge an Partikeln, die
aus der Brennkammer des Motors ausgestoßen werden, bei oder unter
einer festgesetzten Abgabemenge liegt, besteht außerdem keine
Gefahr, dass eine große
Menge an Partikeln im Abgas enthalten ist. Selbst wenn ein Teil
des Abgases das Partikelfilter während des
Schalten des Ventilkörpers
umgangen hat, ist es möglich,
die Menge an Partikeln, die in die Atmosphäre abgeben werden, zu reduzieren.
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In
den vorgenannten Aspekten kann die Sammelwand ein aktiven Sauerstoff
abgebendes Mittel tragen, so dass aktiver Sauerstoff, der von dem aktiven
Sauerstoff abgebenden Mittel freigesetzt wird, die Partikel oxidiert.
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In
den vorgenannten Aspekten kann das aktiven Sauerstoff abgebende
Mittel Sauerstoff absorbieren und zurückhalten, falls ein Sauerstoffüberschuss
in der Um gebung vorliegt, und den zurückgehaltenen Sauerstoff in
Form von aktivem Sauerstoff freisetzen, falls die Sauerstoffkonzentration
in der Umgebung sinkt.
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In
den vorgenannten Aspekten kann bestimmt werden, dass die Menge an
abgegebenen Partikeln die festgesetzte Abgabemenge erreicht oder
unterschritten hat, sobald entschieden wird, dass der Motor verlangsamt
wird, und die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters können
umgekehrt werden.
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In
den vorgenannten Aspekten kann entschieden werden, dass der Motor
verlangsamt wird, nachdem das Niedertreten eines Gaspedals erfasst wurde.
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In
den vorgenannten Aspekten kann entschieden werden, dass der Motor
verlangsamt wird, nachdem erfasst wurde, dass der Verstellweg eines Gaspedals
verringert wird.
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In
den vorgenannten Aspekten ist es möglich, dass die Umkehreinrichtung
die Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters auch dann nicht umkehrt, wenn die Abgabemenge
der Partikel die festgesetzte Abgabemenge erreicht oder unterschritten
hat, solange ein festgesetzter Zeitraum nicht vergangen ist oder
eine festgesetzte Fahrstrecke nach der Umkehr der Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters nicht zurückgelegt wurde.
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In
den vorgenannten Aspekten kann die Umkehreinrichtung die Schaltgeschwindigkeit
des Ventilkörpers
erhöhen,
falls während
des Schaltens des Ventilkörpers
entschieden wird, dass der Motor beschleunigt wird.
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In
den vorgenannten Aspekten kann bestimmt werden, dass die Menge an
abgegebenen Partikeln die festgesetzte Abgabemenge erreicht oder
unterschritten hat, sobald entschieden wird, dass die Kraftstoff-Einspritzmenge
bei oder unter einer gesetzten Einspritzmenge liegt, und die Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseite
können
umgekehrt werden.
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In
den vorgenannten Aspekten kann bestimmt werden, dass die Menge an
abgegebenen Partikeln die gesetzte Abgabemenge erreicht oder unterschritten
hat, sobald entschieden wird, dass der Verstellweg eines Gaspedals
bei oder unter einem gesetzten Verstellweg liegt, und die Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters können umgekehrt
werden.
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In
den vorgenannten Aspekten kann bestimmt werden, dass die Menge an
abgegebenen Partikeln die gesetzte Abgabemenge erreicht oder unterschritten
hat, sobald entschieden wird, dass ein Kupplungspedal niedergetreten
wird, und die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten
können
umgekehrt werden.
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Wie
oben beschrieben, ermöglicht
es die vorgenannte Konstruktion, durch Umkehren der Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters ein Verstopfen des Partikelfilters zu verhindern.
Darüber
hinaus wird der Ventilkörper
mit einer Schaltgeschwindigkeit, die dem Betriebszustand des Motors entspricht,
geschaltet, um die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters umzukehren. Wenn die Schaltgeschwindigkeit gesenkt
wird, wenn fast keine Partikel im Niedertemperatur-Abgas enthalten sind,
z.B. wenn der Motor verlangsamt wird, ist es daher möglich, ein
Absinken der Temperatur des Partikelfilters zu unterdrücken, ohne
Partikel in die Atmosphäre
abzugeben. Wenn die Schaltgeschwindigkeit erhöht wird, wenn Partikel im Abgas
enthalten sind, ist es möglich,
die Menge der Partikel, die in die Atmosphäre abgegeben werden, zu senken.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine schematische Längsschnittansicht
eines Dieselmotors mit einem Abgasreiniger gemäß der Erfindung.
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
einer in 1 dargestellten Brennkammer.
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3 ist
eine Ansicht eines in 1 dargestellten Zylinderkopfs
von unten.
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4 ist
eine Seitenschnittansicht einer Brennkammer.
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5 zeigt
die Hübe
von Einlass- und Auslassventilen und die Kraftstoffeinspritzung.
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6 zeigt
in erster Linie die Mengen an erzeugtem Rauch und NOx.
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7 zeigt Verbrennungsdrücke.
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8 zeigt
Kraftstoffmoleküle.
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9 zeigt
die Beziehung zwischen den Mengen an erzeugtem Rauch und AGR-Raten.
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10 zeigt
die Beziehung zwischen Kraftstoff-Einspritzmengen und Mengen an
Mischgas.
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11 zeigt
einen ersten Betriebsbereich I und einen zweiten Betriebsbereich
II
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12 zeigt
die Ausgabesignale eines Luft/Kraftstoff-Sensors.
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13 zeigt
in erster Linie die Öffnungsgrade
einer Drosselklappe.
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14 zeigt
die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse im
ersten Betriebsbereich I.
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15 zeigt unter anderem Kennfelder eines
Ziel-Öffnungsgrads
der Drosselklappe.
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16 zeigt
die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse im
zweiten Betriebsbereich II.
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17 zeigt unter anderem den Ziel-Öffnungsgrad
der Drosselklappe.
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18 ist
eine Draufsicht der nahen Umgebung des Partikelfilters und eines
Wechselabschnitt in einem Motor-Abgassystem.
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19 ist
eine Seitenansicht von 18.
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20 zeigt
eine andere Sperrposition eines Ventilkörpers im Wechselabschnitt,
wobei die Sperrposition sich von, der in 18 dargestellten
Position unterscheidet.
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21 zeigt
eine Öffnungsposition
des Ventilkörpers
im Wechselabschnitt.
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22 zeigt den Aufbau eines Partikelfilters.
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23 ist eine erklärende Darstellung der Oxidationswirkung
auf die Partikel.
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24 zeigt
die Beziehung zwischen den Partikelmengen, die durch Oxidation entfernt
werden können,
und den Temperaturen des Partikelfilters.
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25 ist eine erklärende Darstellung der Anlagerungswirkung
auf das Partikelfilter.
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26 ist
ein erstes Ablaufschema für
das Verhindern der Abscheidung von Partikeln auf dem Partikelfilter.
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27 ist eine vergrößerte Querschnittsdarstellung
einer Trennwand des Partikelfilters.
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28 ist
ein zweites Ablaufschema für
das Verhindern der Abscheidung von Partikeln auf dem Partikelfilter.
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29 ist
ein drittes Ablaufschema für
das Verhindern der Abscheidung von Partikeln auf dem Partikelfilter.
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30 ist
ein viertes Ablaufdiagramm für das
Verhindern der Abscheidung von Partikeln auf dem Partikelfilter.
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31 ist
ein fünftes
Ablaufschema für
das Verhindern der Abscheidung von Partikeln auf dem Partikelfilter.
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32 ist
ein sechstes Ablaufschema für das
Verhindern der Abscheidung von Partikeln auf dem Partikelfilter.
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33 ist
ein siebtes Ablaufschema für
das Verhindern der Abscheidung von Partikeln auf dem Partikelfilter.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine schematische Längsschnittansicht
eines Vierzylinder-Dieselmotors mit einem Abgasreiniger gemäß der Erfindung. 2 ist
eine vergrößerte Längsschnittansicht
einer Brennkammer des in Fig. dargestellten Dieselmotors. 3 ist
eine Ansicht eines Zylinderkopfs des in 1 dargestellten
Dieselmotors von unten. In den 1 bis 3 ist
ein Einlasskanal 8 gezeigt, der über ein zugehöriges Einlasszweigrohr 11 mit
einem Schwalltopf 12 verbunden ist, und der Schwalltopf 12 ist über einen Ansaugkanal 13 mit
einem Luftreiniger 14 verbunden. Eine Drosselklappe 16,
die von einem Elektromotor 15 angetrieben wird, ist in
einem Ansaugkanal 18 angeordnet. Auf der anderen Seite
ist ein Auslasskanal 10 mit einem Abgaskrümmer 17 verbunden.
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Wie
in 1 dargestellt, ist ein Luft/Kraftstoff-Sensor 21 im
Abgaskrümmer 17 angeordnet. Der
Abgaskrümmer 17 und
der Schwalltank 12 sind über eine AGR-Leitung 22 miteinander
gekoppelt, und ein elektrisch gesteuertes AGR-Steuerventil 23 ist
in der AGR-Leitung 22 angeordnet. Eine Kühleinheit 24 ist
um die AGR-Leitung 22 herum angeordnet, um das AGR-Gas,
das durch die AGR-Gasleitung 22 strömt, abzukühlen. In einer in 1 dargestellten Ausführungsform
wird Motorkühlmittel
in die Kühleinheit 24 eingeführt, so
dass das AGR-Gas durch das Motorkühlmittel gekühlt wird.
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Dagegen
ist jedes Kraftstoff-Einspritzventil 6 über eine Kraftstoff-Zufuhrleitung 25 mit
einem Kraftstofftank, d.h. einer sogenannten Common Rail 26 gekoppelt.
Kraftstoff wird der Common Rail 26 von einer elektrisch
gesteuerten Kraftstoffpumpe 27 zugeführt, deren Abgabemenge variabel
ist. Der Kraftstoff, der der Common Rail 26 zugeführt wird,
wird dem Kraftstoff-Einspritzventil 6 jeweils durch ein
Kraftstoff-Zufuhrrohr 25 zugeführt. Ein
Kraftstoff-Drucksensor 28 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks
in der Common Rail 26 ist an der Common Rail 26 angebracht.
Aufgrund des Ausgabesignals vom Kraftstoff-Drucksensor 28 wird
die Abgabemenge der Kraftstoffpumpe 27 so gesteuert, dass
der Kraftstoffdruck in der Common Rail 26 einem Ziel-Kraftstoffdruck gleich
wird.
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Die
Ausgangssignale vom Luft/Kraftstoff-Sensor 21 und vom Kraftstoff-Drucksensor 28 werden
in eine elektronische Steuereinrichtung 30 eingegeben.
Ein Lastsensor 41, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die
proportional zum Verstellweg L eines Gaspedals 40 ist,
ist mit dem Gaspedal 40 verbunden. Das Ausgangssignal vom
Lastsensor 41 wird ebenfalls in die elektronische Steuereinheit 30 eingegeben.
Ferner wird das Ausgangssignal von einem Kurbelwinkelsensor 42,
das jedesmal einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn sich die Kurbelwelle beispielsweise
um 30 °CA
dreht, in die elektro nische Steuereinrichtung 30 eingegeben.
Somit betätigt
die elektronische Steuereinrichtung 30 das Kraftstoff-Einspritzventil 6,
den Elektromotor 14, das AGR-Steuerventil 23 und
die Kraftstoffpumpe 27 aufgrund von verschiedenen Signalen.
Ein ROM (in den Figuren nicht dargestellt) ist in die elektronische Steuereinheit 30 eingebaut.
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Wie
in den 2, 3 dargestellt, ist in der Ausführungsform
der Erfindung das Kraftstoff-Einspritzventil 6 aus einer
Lochdüse
konstruiert, die sechs Düsenöffnungen
aufweist. Kraftstoffspritzer F werden aus den Düsenöffnungen des Kraftstoff-Einspritzventils 6 in
regelmäßigen Intervallen
und in Bezug auf eine horizontale Ebene etwas abwärts gerichtet
eingespritzt. Wie in 3 dargestellt, fliegen zwei
der sechs Kraftstoffspritzer F entlang der Unterseite des Ventilkörpers jedes
Abgasventils 9. Die 2, 3 zeigen
die Kraftstoffeinspritzung im späten
Stadium eines Kompressionshubs. Zu diesem Zeitpunkt bewegen sich
die Kraftstoffspritzer F in Richtung auf den Innenumfang eines Hohlraums 5a und
werden dann entzündet
und verbrannt.
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4 zeigt
den Fall, dass zusätzlicher
Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Einspritzventil 6 eingespritzt wird,
wenn die Aufwärtsbewegung
des Abgasventils 9 im Auslasshub sein Maximum erreicht.
Das heißt, wie
in 5 dargestellt, wird die Haupteinspritzung Qm in
der Nähe
des oberen Kompressionstotpunkts durchgeführt, und dann wird zusätzlicher
Kraftstoff Qa in der Mitte des Auslasshubs eingespritzt. In diesem
Fall zielen die Kraftstoffspritzer F, die sich in Richtung des Ventilkörpers des
Abgasventils 9 bewegen, auf den Raum zwischen der Rückseite
der Schräge
des Abgasventils 9 und dem Auslasskanal. Anders ausgedrückt, zwei
der sechs Düsenöffnungen
des Kraftstoff-Einspritzventils 6 sind
so konstruiert, dass die Kraftstoffspritzer F auf den Raum zwischen
der Rückseite
der Schräge
des Auslassventils 9 und den Auslasskanal 10 zielen,
wenn zusätzlicher Kraftstoff
Qa bei geöffnetem
Auslassventil 9 eingespritzt wird. In der in 4 dargestellten
Ausführungsform
treffen die Kraftstoffspritzer F dann auf die Rückseite der Schräge des Auslassventils 9,
werden dadurch abgelenkt und zielen auf den Auslasskanal 10.
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Normalerweise
wird kein zusätzlicher
Kraftstoff Qa eingespritzt, und nur die Haupteinspritzung Qm wird
durchgeführt. 6 zeigt
ein Versuchsbeispiel, das die Änderungen
im Abtriebsmoment und die Änderungen
in den Abgabemengen an Ruß,
HC, CO und NOx zeigen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
(die Achse der Abszisse in 6) durch Ändern des Öffnungsgrades
der Drosselklappe 16 und der AGR-Rate geändert wird.
Wie aus 6 hervorgeht, zeigt dieses Versuchsbeispiel,
dass die AGR-Rate mit abnehmendem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
steigt, und dass die AGR-Rate gleich oder höher als 65 % ist, wenn das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich
oder kleiner ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (etwa
1,46).
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Falls
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/F durch Erhöhen
der AGR-Rate gesenkt wird, wie in 6 dargestellt,
beginnt die Menge an erzeugtem Rauch zu steigen, wenn die AGR-Rate
sich 40 % nähert
und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/F etwa 30 erreicht. Wenn die AGR-Rate weiter verbessert wird,
um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/F zu senken, steigt die Raucherzeugung dann abrupt an und erreicht
ihren Höhepunkt.
Wenn die AGR-Rate weiter verbessert wird, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
zu senken, nimmt die Menge an erzeugtem Rauch dann abrupt ab und
wird ungefähr
gleich null, wenn die AGR-Rate 65 % erreicht oder übertrifft
und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/F sich 15,0 nähert.
Anders ausgedrückt,
es wird praktisch kein Rauch erzeugt. In diesem Moment nimmt das
Hauptmoment des Verbrennungsmotors leicht ab und der Umfang der
NOx-Erzeugung wird beträchtlich
gering. Andererseits beginnen in diesem Moment die Mengen an erzeugtem HC
und CO zu steigen.
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7A zeigt Änderungen
des Verbrennungsdrucks in der Brennkammer 5, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
nahe bei 21 liegt und der Umfang der Raucherzeugung sein Maximum
erreicht hat. 7B zeigt Änderungen des Verbrennungsdrucks
in der Brennkammer 5, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F
nahe bei 18 liegt und die Rauchmenge etwa gleich null ist. Ein Vergleich
zwischen 7A und 7B zeigt,
dass der Verbrennungsdruck in dem Fall, dass der Umfang der Raucherzeugung
etwa gleich null ist, wie in 7B gezeigt,
niedriger ist als der Verbren nungsdruck in dem Fall, dass der Umfang
der Raucherzeugung hoch ist, wie in 7A dargestellt.
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Der
folgende Schluss kann aus den Versuchsergebnissen abgeleitet werden,
die in den 6, 7 dargestellt
sind. Zunächst
sinkt, wie in 6 dargestellt, die Menge an
erzeugtem NOx beträchtlich, wenn
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
A/F bei oder unter 15,0 liegt und der Umfang der Raucherzeugung
etwa gleich null ist. Die Abnahme der Menge an erzeugtem NOx bedeutet,
dass die Verbrennungstemperatur der Brennkammer 5 gesunken
ist. Somit kann geschlossen werden, dass die Verbrennungstemperatur
in der Brennkammer 5 niedrig ist, wenn fast kein Rauch
erzeugt wird. Der gleiche Schluss kann aus 7 gezogen
werden. Das heißt,
die Verbrennungstemperatur ist niedrig, wenn falls kein Ruß erzeugt
wird, wie in 7B dargestellt. Somit kann geschlossen
werden, dass die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 niedrig
ist.
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Zweitens
steigen, wie in 6 dargestellt, die Abgabemengen
an HC und CO, wenn die Menge an erzeugtem Rauch, d.h. die Rußmenge,
etwa gleich null wird. Dies bedeutet, dass Kohlenwasserstoffe abgegeben
werden, ohne zu Ruß anzuwachsen.
Das heißt,
wenn die Temperatur im Zustand eines Sauerstoffmangels angehoben
wird, werden die geradkettigen Kohlenwasserstoffe und aromatischen Kohlenwasserstoffe,
die im Kraftstoff enthalten sind, wie in 8 dargestellt,
thermisch abgebaut. Infolgedessen wird ein Rußvorläufer ausgebildet und Ruß, der in
erster Linie aus einer festen Zusammenballung von Kohlenstoffatomen
besteht, wird erzeugt. In diesem Fall ist der tatsächliche
Ablauf der Rußerzeugung
kompliziert und es ist unklar, welche Konfiguration der Rußvorläufer annimmt.
Auf jeden Fall wachsen Kohlenwasserstoffe, wie in 8 dargestellt, über ihren
Vorläufer
zu Ruß an.
Somit steigen, wenn wie oben beschrieben die Menge an erzeugtem
Ruß etwa
gleich null wird, die Abgabemengen an HC und CO, wie in 6 dargestellt.
In diesem Moment ist HC der Rußvorläufer oder
ein Kohlenwasserstoff, der noch nicht zu einem Rußvorläufer angewachsen
ist.
-
Die
Zusammenfassung dieser Überlegungen,
die auf den in 6, 7 dargestellten
Versuchsergebnissen beruhen, zeigt, dass die Menge an erzeugtem
Ruß etwa
gleich null ist, wenn die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 niedrig
ist und die Brennkammer 5 den Rußvorläufer oder den Kohlenwasserstoff,
der noch nicht zu einem Rußvorläufer angewachsen
ist, in diesem Moment abgibt. Äußerst detaillierte
Experimente und Untersuchungen dieses Themas haben gezeigt, dass
der Prozess der Rußbildung
vor seinem Abschluss unterbrochen wird, d.h. es wird kein Ruß erzeugt,
wenn die Temperatur des Kraftstoffs oder des ihn umgebenden Gases
in der Brennkammer 5 eine bestimmte Temperatur erreicht
oder unterschreitet, und dass Ruß erzeugt wird, wenn die Temperatur
des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases höher wird als die genannte bestimmte
Temperatur.
-
Wenn
der Prozess des Anwachsens von Kohlenwasserstoffen im Stadium des
Rußvorläufers unterbrochen
wird, ändern
sich die Temperatur des Kraftstoff und des ihn umgebenden Gases
und die genannte bestimmte Temperatur abhängig von verschiedenen Faktoren,
wie der Art des Kraftstoffs, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und
dem Kompressionsverhältnis,
und können
daher nicht exakt spezifiziert werden. Die bestimmte Temperatur
weist jedoch eine enge Beziehung zur Menge an erzeugtem NOx auf
und kann daher bis zu einem gewissen Grad anhand der Menge an erzeugtem
NOx geschätzt
werden. Anders ausgedrückt,
die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases zum
Zeitpunkt der Verbrennung sinkt und die Menge an erzeugtem NOx sinkt,
wenn die AGR-Rate steigt. Es wird kaum Ruß erzeugt, wenn die Menge an
erzeugtem NOx etwa 10 ppm erreicht oder unterschreitet. Somit fällt die
genannte bestimmte Temperatur im Wesentlichen mit der Temperatur
zu dem Zeitpunkt zusammen, wenn die Menge an erzeugtem NOx etwa
10 ppm erreicht oder unterschreitet.
-
Sobald
Ruß erzeugt
wurde, kann der Ruß durch
eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators mit Oxidationswirkung
nicht mehr beseitigt werden. Im Gegensatz dazu können der Rußvorläufer oder die Kohlenwasserstoffe,
die noch nicht zu einem Rußvorläufer angewachsen
sind, durch eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators
mit Oxidationswirkung leicht entfernt werden. Somit sind die Reduzierung
der Menge an erzeugtem NOx und das Abgeben von Kohlenwasserstoffen
aus der Brennkammer 5, die noch nicht zu einem Rußvorläufer angewachsen
sind, äußerst wirksam
für die Reinigung
von Abgas.
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Um
das Wachstum der Kohlenwasserstoffe zu unterbrechen, bevor Ruß erzeugt
wird, ist es notwendig, die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden
Gases in der Brennkammer während der
Verbrennung unter der Temperatur zu halten, bei der Ruß erzeugt
wird. Es hat sich gezeigt, dass in diesem Fall der endothermische
Effekt des Gases, das den Kraftstoff umgibt, während der Verbrennung die Senkung
der Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases kritisch
beeinflusst.
-
Das
heißt,
Kraftstoffdämpfe
reagieren unmittelbar mit dem Sauerstoff, der in der Luft enthalten sind,
und verbrennen, falls nichts als Luft um den Kraftstoff herum vorhanden
ist. In diesem Fall steigt die Temperatur der Luft abseits vom Kraftstoff
nicht wesentlich an, und nur die Temperatur um den Kraftstoff herum
steigt lokal in beträchtlichem
Umfang. Das heißt,
die Luft abseits vom Kraftstoff übt
zu diesem Moment kaum die endothermische Wirkung der Verbrennungswärme des
Kraftstoffs aus. Da die Verbrennungstemperatur lokal erheblich steigt,
erzeugen in diesem Fall die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, die
die Verbrennungswärme
aufgenommen haben, Ruß.
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Andererseits
sind die Umstände
etwas anders, wenn Kraftstoff in der Gasmischung vorhanden ist,
die aus einer großen
Menge an inaktivem Gas und Luft besteht. In diesem Fall werden Kraftstoffdämpfe verteilt,
reagieren mit dem Sauerstoff, der mit dem inaktiven Gas vermischt
ist, und verbrennen. Da das umgebende inaktive Gas die Verbrennungswärme absorbiert,
steigt die Verbrennungstemperatur in diesem Fall nicht wahrnehmbar.
Das heißt,
es ist möglich,
die Verbrennungstemperatur niedrig zu halten. Anders ausgedrückt, die
Anwesenheit von inaktivem Gas spielt eine wichtige Rolle bei der
Reduzierung der Verbrennungstemperatur, und die endothermische Wirkung
des inaktiven Gases macht es möglich,
die Verbrennungstemperatur niedrig zu halten.
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In
diesem Fall erfordert das Beibehalten einer Temperatur des Kraftstoffs
und des ihn umgebenden Gases, die niedriger ist als die Temperatur,
bei der Ruß erzeugt
wird, eine Menge an inaktivem Gas, die die Wärme ausreichend absorbieren
kann. Somit steigt die erforderliche Menge an inaktivem Gas, wenn
die Kraftstoffmenge zunimmt. In diesem Fall wird die endothermische
Wirkung proportional zur spezifischen Wärme des inaktiven Gases verstärkt. Somit
ist es bevorzugt, inaktives Gas mit einer hohen spezifischen Wärme zu verwenden.
In dieser Hinsicht kann geschlossen werden, dass AGR-Gas günstigerweise
als inaktives Gas verwendet wird, da CO2 und
AGR-Gas eine relativ hohe spezifische Wärme aufweisen.
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9 zeigt
die Beziehung zwischen AGR-Raten und den Mengen an erzeugtem Rauch, wenn
AGR-Gas als inaktives Gas verwendet wird und der Kühlgrad des
AGR-Gases verändert wird. 9 zeigt
Kurven A, B und C. Die Kurve A zeigt den Fall an, dass die Temperatur
des AGR-Gases durch intensives Kühlen
des AGR-Gases bei etwa 90 °C gehalten
wird. Die Kurve B zeigt den Fall an, dass AGR-Gas von einer kompakten
Kühleinrichtung
gekühlt
wird. Die Kurve C zeigt den Fall an, dass das AGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird.
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Wenn
AGR-Gas intensiv gekühlt
wird, wie durch die in 9 dargestellte Kurve A angezeigt,
erreicht die Menge an erzeugtem Ruß ihren Höhepunkt, wenn die AGR-Rate etwas unter
50 % liegt: In diesem Fall wird fast kein Ruß erzeugt, wenn die AGR-Rate etwa bei 55
% oder etwas darüber
eingestellt wird.
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Wenn
AGR-Gas leicht gekühlt
wird, wie von der Kurve B angezeigt, erreicht die Menge an erzeugtem
Ruß ihren
Höhepunkt,
wenn die AGR-Rate etwas über
50 % liegt. In diesem Fall wird fast kein Ruß erzeugt, wenn die AGR-Rate
etwa bei 65 % oder etwas darüber
eingestellt wird.
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Ferner
erreicht, wenn AGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird, wie von der in C dargestellten Kurve C angezeigt, die
Menge an erzeugtem Rauch ihren Höhepunkt, wenn
die AGR-Rate etwa bei 55 % liegt. In diesem Fall wird fast kein
Ruß erzeugt,
wenn die AGR-Rate bei etwa 70 % oder etwas darüber eingestellt wird.
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9 zeigt
die Mengen an erzeugtem Rauch, wenn die Motorlast relativ hoch ist.
Wenn die Motorlast abnimmt, sinkt die AGR-Rate, bei der die Menge
an erzeugtem Ruß ihren
Höhepunkt
erreicht, etwas, und der untere Grenzwert der AGR-Rate, mit der
fast kein Ruß erzeugt
wird, sinkt ebenfalls leicht. Der untere Grenzwert der AGR-Rate,
mit der fast kein Ruß erzeugt
wird, ändert
sich abhängig
vom Kühlgrad
des AGR-Gases und der Motorlast.
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10 zeigt
die Menge der Gasmischung, die aus AGR-Gas und Luft besteht, die
erforderlich ist, um die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden
Gases unter einer Temperatur zu halten, wo Ruß erzeugt wird, den Anteil
von Luft an der Gasmischung und den Anteil von AGR-Gas an der Gasmischung
für den
Fall, dass AGR-Gas
als inaktives Gas verwendet wird. In 10 stellt
die Achse der Ordinate die Gesamtmenge an Ansauggas dar, das in
die Brennkammer 5 gesaugt werden kann, und die Strichpunktlinie
Y stellt die Gesamtmenge des Ansauggases dar, das in die Brennkammer 5 gesaugt
werden kann, wenn keine Ladeoperation durchgeführt wird. Die Achse der Abszisse
stellt die benötigte
Last dar und Z1 stellt einen Niedriglastbetrieb dar.
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Wie
aus 10 ersichtlich, zeigt das Luftverhältnis, d.h.
der Anteil der Luft an der Gasmischung, die Luftmenge an, die für eine vollständige Verbrennung
des eingespritzten Kraftstoffs erforderlich ist. Das heißt, in dem
in 10 dargestellten Fall ist das Verhältnis von
Luftmenge zu Menge des eingespritzten Kraftstoffs dem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
gleich. Dagegen zeigt, wie in 10 dargestellt,
das AGR-Gasverhältnis,
d.h. die Menge an AGR-Gas in der Gasmischung, die minimale Menge
an AGR-Gas an, die erforderlich ist, um die Temperatur des Kraftstoffs
und des ihn umgebenden Gases während
der Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs unter einer Temperatur
zu halten, bei der Ruß gebildet
wird. Diese minimale erforderliche Menge an AGR-Gas entspricht der
AGR-Rate, die etwa bei 55 % oder etwas darüber liegt. In der in 10 dargestellten
Ausführungsform
liegt die AGR-Rate bei 70 % oder etwas darüber. Das heißt, selbst
wenn angenommen wird, dass die Gesamtmenge an Ansauggas, das in
die Brennkammer 5 eingesaugt wird, von einer in 10 dargestellten
durchgezogenen Linie X dargestellt wird und dass die Anteile der
Luftmenge und der AGR-Gasmenge an der Gesamtmenge X des Ansauggases
sind wie in 10 dargestellt, ist die Temperatur
des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases niedriger als die Temperatur,
bei der Ruß erzeugt
wird. Infolgedessen wird kein Ruß erzeugt. Die Menge an erzeugtem
NOx zu diesem Zeitpunkt liegt bei etwa 10 ppm oder darunter und
ist daher beträchtlich
klein.
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Da
der Wärmeabgabewert
während
der Verbrennung des Kraftstoffs steigt, wenn die Menge an eingespritztem
Kraftstoff steigt, muss der Umfang der vom AGR-Gas absorbierten
Wärme erhöht werden, um
die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases unter
einer Temperatur zu halten, bei der Ruß erzeugt wird. So muss, wie
in 10 dargestellt, die AGR-Gasmenge erhöht werden,
wenn die Menge an eingespritztem Kraftstoff steigt. Anders ausgedrückt, die
AGR-Gasmenge muss erhöht
werden, wenn die erforderliche Last steigt.
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In
einem in 10 dargestellten Lastbereich Z2 übersteigt
dagegen die Gesamtmenge X des Ansauggases, die erforderlich ist,
um die Erzeugung von Ruß zu
verhindern, die Gesamtmenge Y des Ansauggases, die angesaugt werden
kann. Somit ist es in diesem Fall notwendig, sowohl das AGR-Gas
als auch die eingelassene Luft oder nur das AGR-Gas zu überladen
oder zu komprimieren, um die Gesamtmenge X an Ansauggas, die erforderlich
ist, um die Erzeugung von Ruß zu
verhindern, in die Brennkammer 5 zu liefern. Falls AGR-Gas
usw. nicht überladen oder
komprimiert werden, stimmt die Gesamtmenge X des Ansauggases im
Lastbereich Z2 mit der Gesamtmenge Y des Ansauggases überein,
die angesaugt werden kann. Somit erfordert in diesem Fall die Verhinderung
einer Rußerzeugung
ein leichtes Senken der Luftmenge, ein Erhöhen der AGR-Gasmenge und ein
Verbrennen des Kraftstoffs bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis mit
einem Wert auf der fetten Seite.
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Wie
oben beschrieben, zeigt 10 den Fall,
dass Kraftstoff bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis verbrannt
wird. In einem in 10 dargestellten Niedriglastbetriebsbereich
Z1 ist es möglich,
die Menge an erzeugtem NOx bei etwa 10 ppm oder darunter zu halten,
während
die Erzeugung von Ruß verhindert
wird, selbst wenn die Luftmenge unter die in 10 dargestellte
sinkt. Im einem in 10 dargestellten Niedriglastbereich
Z1 ist es möglich,
die Menge an erzeugtem NOx bei etwa 10 ppm oder etwas niedriger
zu halten, während die
Erzeugung von Ruß verhindert
wird, selbst wenn die Luftmenge größer als in 10 wird,
d.h. selbst wenn das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
mit einem mageren Wert von 17 bis 18 erreicht.
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Das
heißt,
die Kraftstoffmenge wird überschüssig, wenn
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Wert
auf der fetten Seite erreicht. Da die Verbrennungstemperatur niedrig
gehalten wird, wächst
der überschüssige Kraftstoff
jedoch nicht zu Ruß an.
Infolgedessen wird kein Ruß erzeugt.
In diesem Moment ist auch die Menge an erzeugtem NOx beträchtlich
niedrig. Andererseits wird als Antwort auf einen Anstieg der Verbrennungstemperatur
eine geringe Menge Ruß erzeugt,
wenn das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Wert auf der mageren Seite
aufweist oder wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich
ist. Gemäß der Erfindung
wird, da die Verbrennungstemperatur niedrig ist, jedoch kein Ruß erzeugt.
Ferner ist auch die Menge an erzeugtem NOx beträchtlich niedrig.
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So
wird unabhängig
vom Luft/Kraftstoff-Verhältnis
im Niedriglastbetriebsbereich Z1 des Motors, d.h. unabhängig davon,
ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
einen Wert auf der fetten Seite aufweist oder dem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleich
ist, oder ob das durchschnittliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen
Wert auf der mageren Seite aufweist, kein Ruß erzeugt. Das heißt, die
Menge an erzeugtem NOx ist beträchtlich
niedrig. So ist es unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der
Kraftstoff-Verbrauchsrate bevorzugt, dass das durchschnittliche
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
einen Wert auf der mageren Seite behält.
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Die
Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases während der
Verbrennung in der Brennkammer kann so eingestellt werden, dass
sie nur dann, wenn der Wärmeabgabewert,
der aus der Verbrennung resultiert, klein ist, d.h. wenn die Motorlast
relativ niedrig ist, bei oder unter einer Temperatur liegt, die
ein Ende des Wachstums von Kohlenwasserstoffen mit sich bringt.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform
wird somit eine erste Verbrennung, d.h. eine Niedertemperaturverbrennung,
durchgeführt,
wenn die Motorlast relativ niedrig ist, indem man die Temperatur
des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases während der Verbrennung bei oder unter
einer Temperatur hält,
wo das Wachstum der Kohlenwasserstoffe allmählich unterbrochen wird, und
eine zweite Verbrennung, d.h. eine herkömmliche Verbrennung, wird durchgeführt, wenn
die Motorlast relativ hoch ist.
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Wie
aus der vorangehenden Beschreibung hervorgeht, bezeichnet die erste
Verbrennung, d.h. die Niedertemperaturverbrennung, eine Verbrennung der
An, bei der die Menge an inaktivem Gas in der Brennkammer größer ist
als die ungünstigste
Menge an inaktivem Gas, die der maximalen Rußerzeugungsmenge entspricht,
und wobei fast kein Ruß erzeugt
wird, und die zweite Verbrennung, d.h. die herkömmliche Verbrennung, bezeichnet
eine Verbrennung der An, bei der die Menge an inaktivem Gas in der
Brennkammer kleiner ist als die ungünstigste Menge an inaktivem
Gas, die der maximalen Rußerzeugungsmenge
entspricht.
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11 zeigt
einen ersten Betriebsbereich I, in dem die erste Verbrennung, d.h.
die Niedertemperaturverbrennung, durchgeführt wird, und einen zweiten
Betriebsbereich II, in dem die zweite Verbrennung, d.h. die herkömmliche
Verbrennung, durchgeführt
wird. In 11 stellt die Achse der Ordinate
L den Verstellweg eines Gaspedals 40 dar, d.h. die erforderlich
Last, und die Achse der Abszisse N stellt die Motordrehzahl dar.
In 11 stellt X(N) eine erste Grenze zwischen dem
ersten Betriebsbereich I und dem zweiten Betriebsbereich II dar,
und Y(N) stellt eine zweite Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich
I und dem zweiten Betriebsbereich II dar. Eine Verschiebung des
Betriebsbereichs vom ersten Betriebsbereich I zum zweiten Betriebsbereich 1 wird aufgrund
des ersten Grenzwerts X(N) entschieden, und eine Verschiebung des
Betriebs bereichs vom zweiten Betriebsbereich II zum ersten Betriebsbereich
I wird aufgrund des zweiten Grenzwerts (N) entschieden.
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Das
heißt,
wenn die erforderliche Last L den ersten Grenzwert X(N), der als
Funktion der Motordrehzahl N ausgedrückt wird, übersteigt, wenn eine Niedertemperaturverbrennung
durchgeführt
wird, bei der der Motor im ersten Betriebsbereich I arbeitet, wird
entschieden, dass der Betriebsbereich zum zweiten Betriebsbereich
II verschoben wurde, und es wird eine herkömmliche Verbrennung durchgeführt. Falls
die erforderliche Last L unter den zweiten Grenzwert Y(N) fällt, der
als Funktion der Motordrehzahl N ausgedrückt wird, wird entschieden,
dass der Betriebsbereich in den ersten Betriebsbereich I verschoben
wurde, und es wird eine Niedertemperaturverbrennung durchgeführt.
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12 zeigt
die Ausgangssignale des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 21. Wie
in 12 dargestellt, ändert sich der Ausgangsstrom
I des Luft/Kraftstoff-Sensors 21 entsprechend dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F.
So ist es möglich,
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus
dem Ausgangsstrom I des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 21 zu
erfassen. Mit Bezug auf 13 wird
der Ablauf der Betriebssteuerung im ersten Betriebsbereich I und
im zweiten Betriebsbereich II beschrieben.
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13 zeigt,
wie der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 16, der Öffnungsgrad des AGR-Steuerventils 23,
die AGR-Rate, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der Einspritzzeitpunkt
und die Einspritzmenge sich ändern,
wenn die erforderliche Last L sich ändert. Wie in 13 dargestellt,
erweitert sich im ersten Betriebsbereich I, wenn die erforderliche
Last L niedrig ist, der Öffnungsgrad
der Drosselklappe 16 ungefähr vom völlig geschlossenen Zustand
auf den halboffenen Zustand, wenn die erforderliche Last zunimmt,
und der Öffnungsgrad
des AGR-Steuerventils 23 erweitert sich allmählich ungefähr vom völlig geschlossenen
Zustand in den ganz geschlossenen Zustand, wenn die erforderliche
Last L zunimmt. In dem in 13 dargestellten
Beispiel ist im ersten Betriebsbereich I die AGR-Rate etwa gleich
70 %, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases weist einen
Wert auf, der etwas auf der mageren Seite liegt.
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Anders
ausgedrückt,
im ersten Betriebsbereich werden die Öffnungsgrade der Drosselklappe 16 und
des AGR-Steuerventils 23 so gesteuert, dass die AGR-Rate
etwa 70 % erreicht, und dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eine
Wert erreicht, der etwas auf der mageren Seite liegt. In diesem
Moment wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein angestrebtes
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
mit einem Wert auf der mageren Seite gesteuert, indem der Öffnungsgrad des
AGR-Steuerventils 23 aufgrund des Ausgangssignals vom Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 21 korrigiert
wird. Im ersten Betriebsbereich I wird die Kraftstoffeinspritzung
durchgeführt,
bevor ein oberer Kompressionstotpunkt TDC erreicht wird. In diesem Fall
wird der Zeitpunkt θS
des Einspritzbeginns spätverstellt,
wenn die erforderliche Last L steigt. Der Zeitpunkt des Einspritzendes θE wird ebenfalls
spätverstellt,
wenn der Zeitpunkt θS
für den
Einspritzbeginn spätverstellt
wird.
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Während des
Leerlaufs wird die Drosselklappe 16 ungefähr auf den
völlig
geöffneten
Zustand gesteuert, und das AGR-Steuerventil 23 wird ebenfalls ungefähr auf den
völlig
geschlossenen Zustand gesteuert. Wenn die Drosselklappe 16 etwa
auf den völlig
geschlossenen Zustand gesteuert wird, sinkt der Druck der Brennkammer 5 zu
Beginn der Kompression, und daher sinkt der Kompressionsdruck. Wenn der
Kompressionsdruck sinkt, nimmt die Kompressionsarbeit ab, die vom
Kolben 4 verrichtet wird, und daher nimmt die Schwingung
des Motorkörpers 1 ab. Das
heißt,
während
des Leerlaufs wird die Drosselklappe 16 ungefähr auf den
völlig
geschlossenen Zustand gesteuert, um die Schwingung des Motorkörpers 1 zu
dämpfen.
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Wenn
der Betriebsbereich des Motors dagegen vom ersten Betriebsbereich
I in den zweiten Betriebsbereich II gesteuert wird, wird der Öffnungsgrad der
Drosselklappe 16 schrittweise vom halbgeöffneten
Zustand in den völlig
geöffneten
Zustand erweitert. Währenddessen
wird in dem in 13 dargestellten Beispiel die
AGR-Rate schrittweise ungefähr von
70 % auf 40 % oder weniger gesenkt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird
schrittweise erhöht. Das
heißt
da die AGR-Rate einen AGR-Ratenbereich (9) übersteigt,
bei dem eine große
Menge an Rauch erzeugt wird, bewirkt eine Ver schiebung des Betriebsbereichs
des Motors vom ersten Betriebsbereich I in den zweiten Betriebsbereich
II nicht die Erzeugung einer großen Mengen an Rauch.
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Im
zweiten Betriebsbereich II wird eine herkömmliche Verbrennung durchgeführt. Die
herkömmliche
Verbrennung bewirkt die Erzeugung einer geringen Menge an Ruß und NOx,
ist aber hinsichtlich der Wärmewirkung
höher als
die Niedertemperaturverbrennung. Wenn der Betrieb des Motors vom
ersten Betriebsbereich I in den zweiten Betriebsbereich II verschoben
wird, wird somit die Einspritzmenge schrittweise reduziert wie in 13 dargestellt.
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Im
zweiten Betriebsbereich II wird die Drosselklappe 16 meistens
im völlig
geöffneten
Zustand gehalten, und der Öffnungsgrad
des AGR-Steuerventils 23 wird allmählich verringert, wenn die
erforderliche Last L zunimmt. Im Betriebsbereich II nimmt die AGR-Rate
ab, wenn die erforderliche Last L steigt, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nimmt
ab, wenn die erforderliche Last L zunimmt. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis behält jedoch
einen Wert auf der mageren Seite, auch wenn die erforderliche Last
gestiegen ist. Im zweiten Betriebsbereich II liegt der Zeitpunkt
des Einspritzbeginns θS
in der Nähe des
oberen Kompressionstotpunkts TDC.
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14 zeigt
die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse A/F
im ersten Betriebsbereich I. In 14 zeigen Kurven,
die mit A/F = 15,5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 bezeichnet sind,
dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
einen Wert von 15,5, 16, 17 bzw. 18 aufweist, und die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse
zwischen den Kurven sind durch proportionale Verteilung bestimmt. Wie
in 14 dargestellt, weist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im
ersten Betriebsbereich I einen Wert auf der mageren Seite auf, und
das Luft/Kraftstoffverhältnisses
A/F wird magerer, wenn die erforderliche Last 1 im ersten Betriebsbereich
I abnimmt.
-
Das
heißt,
der Wärmeabgabewert,
der aus der Verbrennung resultiert, nimmt ab, wenn die erforderliche
Last L abnimmt. Wenn die erforderliche Last L abnimmt, steigt die
Möglichkeit
der Durchführung einer
Niedertemperaturverbrennung, auch wenn die AGR-Rate gesenkt wurde.
Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
steigt, wenn die AGR-Rate sinkt. Somit steigt, wie in 14 dargestellt,
der Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses A/F, wenn die erforderliche
Last L sinkt. Die Kraftstoff-Verbrauchsrate wird verbessert, wenn
der Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses A/F steigt. Somit
steigt in dieser Ausführungsform
der Wert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses A/F, wenn die erforderliche
Last L sinkt, damit das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so mager wie möglich wird.
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Die
Soll-Öffnungsgrade
ST der Drosselklappe 16, die erforderlich sind, um das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
den in 14 dargestellten Luft/Kraftstoffverhältnissen
anzugleichen, sind vorab im ROM in Form eines Kennfelds als Funktion
der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N hinterlegt, wie
in 15A dargestellt. Die Soll-Öffnungsgrade
SE des AGR-Steuerventils 23, die erforderlich sind, um
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
den in 14 dargestellten Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnissen
anzugleichen, werden im Voraus im ROM in Form eines Kennfelds als
Funktion der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N hinterlegt,
wie in 15B dargestellt.
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16 zeigt
die Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisse
während
der zweiten Verbrennung, d.h. der herkömmlichen Verbrennung. In 16 zeigen
Kurven, die mit A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60 markiert
sind, an, dass die Luft/Kraftstoff-Verhältniswerte
bei 24, 35, 45 bzw. 60 liegen. Die Soll-Öffnungsgrade ST der Drosselklappe 16,
die erforderlich sind, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnissen
anzugleichen, werden vorab im ROM in Form eines Kennfelds als Funktion
der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N hinterlegt, wie
in 17A dargestellt. Die Soll-Öffnungsgrade SE des AGR-Steuerventils 23,
die erforderlich sind, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis den Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnissen
anzugleichen, werden vorab im ROM in Form eines Kennfelds als Funktion
der erforderlichen Last L und der Motordrehzahl N hinterlegt, wie
in 17B dargestellt.
-
Somit
wird der Betrieb des Dieselmotors gemäß dieser Ausführungsform
zwischen der ersten Verbrennung, d.h. der Niedertemperaturverbrennung,
und der zweiten Verbrennung, d.h. der herkömmlichen Verbrennung, aufgrund
des Verstellwegs L des Gaspedals 40 und der Motordrehzahl
N umgeschaltet. Sowohl während
der ersten Verbrennung als auch während der zweiten Verbrennung werden
die Öffnungsgrade
der Drosselklappe 16 und des AGR-Ventils aufgrund des Verstellwegs
des Gaspedals 40 und der Motordrehzahl N mit Bezug auf
das in 15 oder 17 dargestellte
Kennfeld gesteuert.
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18 ist
eine Draufsicht auf eine Abgasreiniger. 19 ist
eine Seitenansicht des Abgasreinigers. Der Abgasreiniger weist einen
Wechselabschnitt 71 auf, der über ein Abgasrohr 18,
ein Partikelfilter 70, einen ersten Verbindungsabschnitt 72a zum
Verbinden einer Seite des Partikelfilters 70 mit dem Wechselabschnitt 71,
einen zweiten Verbindungsabschnitt 72b zum Verbinden der
anderen Seite des Partikelfilters 70 mit dem Wechselabschnitt 71 und
eine Abgasleitung 73 stromabwärts vom Wechselabschnitt 71 mit
der Stromabwärtsseite
des Abgaskrümmers 17 verbunden
ist. Der Wechselabschnitt 71 weist einen Ventilkörper 71a auf,
der den Abgasstrom im Wechselabschnitt 71 blockieren kann.
Der Ventilkörper 71a wird
von einem Unterdruck-Stellglied, einem Schrittmotor oder dergleichen angetrieben.
Wenn der Ventilkörper 71a seine
erste Blockierposition annimmt, ist die Stromaufwärtsseite des
Wechselabschnitts 71 mit dem ersten Verbindungsabschnitt 72a verbunden
und die Stromabwärtsseite
des Wechselabschnitts 71 ist mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 72b verbunden.
In diesem Zustand strömt
Abgas von einer Seite zur anderen Seite des Partikelfilters 70,
wie von Pfeilen in 18 angezeigt.
-
20 zeigt
eine zweite Blockierposition des Ventilkörpers 71a. Wenn die
Stromaufwärtsseite des
Wechselabschnitts 71 mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 72b in
Verbindung steht und die Stromabwärtsseite des Wechselabschnitts 71 mit dem
ersten Verbindungsabschnitt 72a in Verbindung steht. In
diesem Zustand strömt
Abgas von der anderen Seite zu der einen Seite des Partikelfilters 70,
wie von Pfeilen in 20 angezeigt. Durch Schalten
des Ventilkörpers 71a aus
der ersten oder der zweiten Blockposition in die jeweils andere,
wird es möglich, die
Richtung des Abgases, das in das Partikelfilter 70 strömt, umzukehren,
d.h. die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters 70 umzukehren.
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Auf
diese Weise ermöglicht
es der Abgasreiniger gemäß der Erfindung,
die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters mit einer ziemlich einfachen Konstruktion umzukehren.
Das Partikelfilters erfordert eine große Öffnungsfläche, um sicherzustellen, dass
das Abgas leicht hinein strömen kann.
Im Abgasreiniger gemäß der Erfindung
ist es möglich,
einen Partikelfilter mit einer großen Öffnungsfläche, wie in 18, 19 dargestellt,
zu verwenden, ohne die Möglichkeiten
zum Einbau in dem Fahrzeug zu beeinträchtigen.
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Dagegen
wird im Abgasreiniger gemäß der Erfindung
Abgas in die Atmosphäre
abgegeben, ohne das Partikelfilter zu passieren, während der Ventilkörper 71a aus
der ersten Blockierstellung oder der zweiten Blockierstellung in
die jeweils andere gedreht wird, um die Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters umzukehren, wie in 21 dargestellt.
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Die 22A, 22B zeigen
den Aufbau des Partikelfilters 70. 22A ist
eine Vorderansicht des Partikelfilters 70, und 22B ist eine seitliche Schnittansicht des Partikelfilters 70.
Wie in den 22A, 22B dargestellt,
weist das Partikelfilter 70 eine elliptische Vorderseite
auf, ist als Wandströmungstyp
mit Wabenstruktur konstruiert, die aus porösem Material, wie Cordierit
aufgebaut ist, und weist eine Mehrzahl von axialen Räumen auf,
die von einer Vielzahl von Trennwänden 54 geteilt werden,
die in axialer Richtung verlaufen. Einer von zwei benachbarten axialen
Räumen
ist auf der Stromabwärtsseite mit
einem Stopfen 52 verschlossen, und der andere ist auf der
Stromaufwärtsseite
mit einem Stopfen 53 verschlossen. So dient einer der beiden
axialen Räume
als Zustromleitung 50 und der andere dient als Abstromleitung 51.
Wie von den Pfeilen in 22B dargestellt,
strömt
Abgas notwendig durch die Trennwände 54.
Die Partikel, die im Abgas enthalten sind, sind viel kleiner als
die Poren in den Trennwänden 54.
Diese Partikel treffen auf die stromaufwärtsseitigen Flächen der
Trennwände 54 und
die Flächen
der Poren in den Trennwänden 54 und
werden dann eingefangen. Die Trennwände 54 dienen als
Sammelwände
zum Einfangen der Partikel. Um die aufgefangenen Partikel durch
Oxidation zu beseitigen, wird für das
Partikelfilter 70 ein Material wie Aluminiumoxid auf den
Vorder- und Rückseiten
der Trennwände 54 und
vorzugsweise auf den Flächen
der Poren in den Trennwänden 54 verwendet,
und es trägt
ein aktiven Sauerstoff abgebendes Mittel und einen Edelmetallkatalysator,
der nachstehend beschrieben wird.
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Das
aktiven Sauerstoff abgebende Mittel fördert die Oxidation von Partikeln
durch Freisetzen von aktivem Sauerstoff. Das aktiven Sauerstoff
abgebende Mittel absorbiert vorzugsweise Sauerstoff und hält ihn zurück, wenn
ein Sauerstoffüberschuss
vorhanden ist, und gibt den zurückgehaltenen
Sauerstoff in Form von aktivem Sauerstoff ab, wenn die Sauerstoffkonzentration
in der Umgebung abnimmt.
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In
der Regel wird Platin Pt als Edelmetallkatalysator verwendet. Mindestens
ein Material, das ausgewählt
ist aus Alkalimetallen, wie Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs
und Rubidium Rb, Erdalkalimetallen, wie Barium Ba, Calcium Ca und Strontium
Sr, Seltenerdelementen, wie Lanthan La und Yttrium Y, und Übergangsmetallen
wird als aktiven Sauerstoff abgebendes Mittel verwendet.
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In
diesem Fall ist es bevorzugt, Alkalimetalle oder Erdalkalimetalle,
die eine höhere
Ionisierungstendenz aufweisen als Calcium Ca, d.h. Kalium K, Lithium
Li, Cäsium
Cs, Rubidium Rb, Barium Ba und Strontium Sr, als aktiven Sauerstoff
abgebendes Mittel zu verwenden.
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Nun
wird aufgrund eines Beispiels von Platin Pt und Kalium K beschrieben,
wie die aufgefangenen Partikel durch ein Partikelfilter beseitigt
werden, das ein solches aktiven Sauerstoff abgebendes Mittel trägt. Eine ähnliche
Partikel beseitigende Wirkung wird erreicht, wenn andere Edelmetalle,
Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Seltenerdelemente und Übergangsmetalle
verwendet werden.
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Da
in einem Dieselmotor eine Verbrennung in der Regel mit einem Luftüberschuss
durchgeführt wird,
enthält
das Abgas einen großen
Luftüberschuss.
Das heißt,
wenn das Verhältnis
von Luft zu Kraftstoff, die in eine Ansaugleitung und eine Brenn kammer
geliefert werden, als Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bezeichnet
werden, ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager. Da NO in der Brennkammer
erzeugt wird, enthält
das Abgas NO. Kraftstoff enthält
Schwefel S, der mit Sauerstoff in der Brennkammer reagiert und zu
SO2 wird. Daher enthält das Abgas SO2.
Somit strömt
Abgas, das überschüssigen Sauerstoff,
NO und SO2 enthält, in die Stromaufwärtsseite
des Partikelfilters 70.
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Die 23A, 23B zeigen
schematisch vergrößert eine
Abgaskontaktfläche
des Partikelfilters 70. Ein aktiven Sauerstoff abgebendes
Mittel 61 schließt
Kalium K ein.
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Abgas
enthält
einen großen
Sauerstoffüberschuss,
wie oben beschrieben. Wenn Abgas mit der Abgaskontaktfläche im Partikelfilter
in Kontakt kommt, haften Sauerstoffteilchen O2 an
der Oberfläche
des Platins Pt(60) in Form von O2 – oder
O2–,
wie in 23A dargestellt. Andererseits
reagiert das NO im Abgas mit O2 – oder
O2– an
der Oberfläche
des Platins Pt(60) und wird zu NO2 (2NO
+ O2 → 2NO2). Ein Teil des erzeugten NO2 wird
dann in das aktiven Sauerstoff abgebende Mittel 61 absorbiert,
während
es auf dem Platin Pt(60) oxidiert wird. Gekoppelt mit Kalium
K, diffundiert NO2 in Form von Nitration
NO3_ in das aktiven Sauerstoff abgebende
Mittel 61, wie in 23A dargestellt
und erzeugt Kaliumnitrat KNO3. Somit absorbiert
in dieser Ausführungsform
das Partikelfilter 70 das schädliche NOx, das im Abgas enthalten
ist und ermöglicht
es somit, die NOx-Menge, die in die Atmosphäre abgegeben wird, erheblich
zu reduzieren.
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Wie
oben beschrieben, enthält
das Abgas andererseits auch SO2, das anhand
eines Mechanismus, der dem von NO ähnlich ist, ebenfalls in das
aktiven Sauerstoff abgebende Mittel 61 absorbiert wird. Das
heißt,
wie oben beschrieben, haften Sauerstoffelemente O2 an
der Oberfläche
des Platins Pt(60) in Form von O2 – oder
O2–,
und das SO2 im Abgas reagiert mit O2 – oder O2– an
der Oberfläche
des Platins Pt(60) und wird zu SO3.
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Ein
Teil des erzeugten SO3 wird in das aktiven
Sauerstoff abgebende Mittel 61 absorbiert, während es
weiter auf Platin Pt(60) oxidiert wird. Gekoppelt an Kalium
K, diffundiert SO3 in Form von Sulfation
SO4 2– in das aktiven Sauerstoff
abgebende Mittel 61 und erzeugt Kaliumsulfat K2SO4. Auf diese Weise werden Kaliumnitrat KNO3 und Kaliumsulfat K2SO4 erzeugt.
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Wie
vom Bezugszeichen 62 in 23B angezeigt,
haftet ein Partikel im Abgas an der Oberfläche des aktiven Sauerstoff
abgebenden Mittels 61, das auf dem Partikelfilter getragen
wird. In diesem Moment nimmt die Sauerstoffkonzentration an der Kontaktfläche zwischen
dem Partikel 62 und dem aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 61 ab.
Wenn die Sauerstoffkonzentration abnimmt, wird ein Unterschied in
der Konzentration zwischen dem Partikel 62 und dem Inneren
des aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 61, das eine hohe
Sauerstoffkonzentration aufweist, erzeugt. Der Sauerstoff im aktiven
Sauerstoff abgebenden Mittel 61 wird daher zur Kontaktfläche zwischen
dem Partikel 62 und dem aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 61 getrieben.
Infolgedessen wird Kaliumnitrat KNO3, das
im aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 61 gebildet wird,
zu Kalium K, Sauerstoff O und NO abgebaut. Der Sauerstoff O wandert
zur Kontaktfläche
zwischen dem Partikel 62 und dem aktiven Sauerstoff abgebenden
Mittel 61, und NO wird vom aktiven Sauerstoff abgebenden
Mittel 61 an die Außenseite
abgegeben. Das an die Außenseite
abgegebene NO wird am stromabwärtsseitigen Platin
Pt(60) oxidiert und wieder in das aktiven Sauerstoff abgebende
Mittel 61 absorbiert.
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Andererseits
wird das Kaliumsulfat K2SO4, das
im aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 61 gebildet wird,
ebenfalls zu Kalium K, Sauerstoff O und SO2 abgebaut.
Der Sauerstoff O wandert zur Kontaktfläche zwischen dem Partikel 62 und
dem aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 61, und SO2 wird vom aktiven Sauerstoff abgebenden
Mittel 61 nach außen abgegeben.
Das nach außen
abgegebene SO2 wird am stromabwärtsseitigen
Platin Pt(60) oxidiert und wieder in dem aktiven Sauerstoff
abgebenden Mittel 61 absorbiert. Da Kaliumsulfat K2SO4 stabilisiert
ist, gibt es weniger wahrscheinlich aktiven Sauerstoff ab als Kaliumnitrat
KNO3.
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Andererseits
wird der Sauerstoff O, der zur Kontaktfläche zwischen dem Partikel 62 und
dem aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 62 wandert, aus Verbindungen
wie Kaliumnitrat KNO3 und Kaliumsulfat K2SO4 abgebaut. Der
Sauerstoff O, der aus einer Verbindung abgebaut wird, ist hochenergetisch
und zeigt einen extrem hohem Aktivitätsgrad. Somit handelt es sich
bei dem Sauerstoff, der zur Kontaktfläche zwischen dem Partikel 62 und
dem aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 61 wandert, um
aktiven Sauerstoff O. Falls die aktiven Sauerstoffelemente O mit dem
Partikel 62 in Kontakt kommt, wird das Partikel 62 oxidiert,
ohne eine leuchtende Flamme zu erzeugen. Die Zeit, die erforderlich
ist, damit die Partikel durch Oxidation auf dem Partikelfilter wandern,
liegt im Bereich von einigen Minuten bis einem Dutzend Minuten.
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Es
wird angenommen, dass NOx in Form von Nitration NO3 – in
das aktiven Sauerstoff abgebende Mittel diffundiert, während es
sich wiederholt mit Sauerstoffatomen verbindet und wieder von diesen trennt.
Während
dieser Zeit wird ebenfalls aktiver Sauerstoff erzeugt. Die Partikel 62 werden
auch von diesem aktiven Sauerstoff oxidiert. Ferner werden die Partikel 62,
die solchermaßen
auf dem Partikelfilter haften, durch aktiven Sauerstoff O, aber
auch vom Sauerstoff im Abgas oxidiert.
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Platin
Pt(60) und das aktiven Sauerstoff abgebende Mittel 61 werden
aktiviert, wenn die Temperatur des Partikelfilters steigt. Die Menge
an aktivem Sauerstoff O, der vom aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 61 pro
Zeiteinheit abgegeben wird, nimmt zu, wenn die Temperatur des Partikelfilters
steigt. Selbstverständlich
werden Partikel leichter durch Oxidation beseitigt, wenn die Temperatur
der Partikel selbst steigt. Somit steigt die Menge an Partikeln,
die durch Oxidation auf dem Partikelfilter pro Zeiteinheit ohne
die Erzeugung von leuchtenden Flammen beseitigt werden können, wenn
die Temperatur des Partikelfilters steigt.
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24 zeigt
mit einer durchgezogenen Linie die Partikelmengen G, die pro Zeiteinheit
durch Oxidation beseitigt werden können, ohne eine leuchtende
Flamme zu erzeugen. In 24 zeigt die Achse der Abszisse
die Temperaturen TF eines Partikelfilters. Obwohl 24 die
Partikelmenge G, die durch Oxidation beseitigt werden kann, für den Fall
zeigt, dass die Zeiteinheit eine Sekunde ist, d.h. pro eine Sekunde,
kann die Zeiteinheit eine beliebige Zeitdauer sein, wie eine Minute,
zehn Minuten, die Partikelmenge G, die pro Zeiteinheit durch Oxidation
entfernt werden kann, stellt die Partikelmenge G dar, die pro zehn
Minuten durch Oxidation entfernt werden kann. In diesem Fall wird
die Partikelmenge G, die pro Zeiteinheit auf dem Partikelfilter
ohne leuchtende Flamme entfernt werden kann, ebenfalls erhöht, wenn
die Temperatur des Partikelfilters steigt, wie in 24 dargestellt.
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Die
Menge an Partikeln, die pro Zeiteinheit aus einer Brennkammer abgegeben
werden, wird als Partikelabgabemenge M bezeichnet. Wenn die Partikelabgabemenge
M kleiner ist als die Menge G der Partikel, die durch Oxidation
entfernt werden können, wie
in dem in 24 gezeigten Bereich I, werden
die meisten Partikel, die aus der Brennkammer abgegeben werden,
innerhalb kurzer Zeit durch Oxidation im Partikelfilter beseitigt,
ohne leuchtende Flammen zu erzeugen, sobald sie vom Partikelfilter
aufgefangen wurden. Die Zeit, die erforderlich ist, damit die Partikel
durch Oxidation auf dem Partikelfilter beseitigt werden können, liegt
im Bereich von einigen Minuten bis zu einem Dutzend Minuten.
-
Wenn
dagegen die Menge M der abgegebenen Partikel größer ist als die Menge G der
Partikel, die durch Oxidation entfernt werden können, wie im in Fig. dargestellten
Bereich II, reicht die Menge an aktivem Sauerstoff nicht aus, um
alle Partikel zu beseitigen. Die 25A bis 25C zeigen, wie die Partikel in diesem Fall oxidiert
werden. Das heißt,
in dem Fall, dass die Menge an aktivem Sauerstoff nicht ausreicht,
um alle Partikel zu oxidieren, wird nur ein Teil der Partikel 62 oxidiert,
wenn die Partikel 62 am aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel
haften, wie in 25A dargestellt, und der Teil
der Partikel 62, der nicht ausreichend oxidiert worden
ist, bleibt an der stromaufwärtsseitigen
Oberfläche
des Partikelfilters zurück.
Falls die Menge an aktivem Sauerstoff weiterhin nicht ausreichend
ist, bleibt der Teil der Partikel, der nicht oxidiert worden ist,
allmählich
an der stromaufwärtsseitigen
Oberfläche
des Partikelfilters zurück.
Infolgedessen wird, wie in 25B dargestellt,
die stromaufwärtsseitige
Oberfläche
des Partikels mit dem zurückgebliebenen
Partikelanteil 63 bedeckt.
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Der
zurückgebliebene
Partikelanteil 63 wird allmählich in ein Kohlenstoffmaterial
umgewandelt, das kaum oxidiert werden kann. Falls die stromaufwärtsseitige
Oberfläche
des Partikelfilters mit dem zurückgebliebenen
Partikelanteil 63 bedeckt ist, werden die Oxidationswirkung
des Platins Pt(60) auf NO und SO2 und
die Abgabewirkung des aktiven Sauerstoff abgebenden Mittels 61 auf
aktiven Sauerstoff geschwächt.
Der zurückgebliebene
Partikelanteil 63 kann allmählich über einen längeren Zeitraum oxidiert werden.
Falls ein Partikel 64 nach dem anderen sich übereinander
auf dem zurückgebliebenen
Partikelanteil 63 anlagert, d.h. wenn die Partikel sich übereinander
und in Schichten anlagern, werden die Partikel nicht durch aktiven
Sauerstoff oxidiert. Selbst wenn die Partikel oxidiert werden könnten, werden sie
nicht durch aktiven Sauerstoff oxidiert, da sie vom Platin Pt(60)
und dem aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel entfernt sind. Somit
wird ein Partikel nach dem anderen übereinander auf dem Partikelfilter 64 abgeschieden.
Das heißt,
wenn die Partikelabgabemenge M größer bleibt als die Partikelmenge
G, die durch Oxidation entfernt werden kann, werden Partikel übereinander
und in Schichten auf dem Partikelfilter abgeschieden.
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Auf
diese Weise werden in dem in 24 dargestellten
Bereich I Partikel innerhalb kurzer Zeit auf dem Partikelfilter
oxidiert, ohne leuchtende Flammen zu erzeugen, und in dem in 24 dargestellten Bereich
II werden Partikel übereinander
und in Schichten abgeschieden. Wenn die Beziehung zwischen der Partikelabgabemenge
M und der Partikelmenge G, die durch Oxidation entfernt werden kann, im
Bereich I angesetzt wird, wird es daher möglich, zu verhindern, dass
Partikel sich übereinander
auf dem Partikelfilter abscheiden. Falls die Partikelabgabemenge
M somit kleiner gehalten wird als die Partikelmenge G, die durch
Oxidation entfernt werden kann, werden die Partikel nicht in Schichten
auf dem Partikelfilter abgeschieden. Infolgedessen ändert sich
der Druckverlust des Abgases, das im Partikelfilter strömt, kaum
und wird auf einem im Wesentlichen konstanten minimalen Druckverlustwert
gehalten. Somit kann die Abnahme der Motorleistung bei ihrem minimalen
Wert gehalten werden. Dies ist jedoch nicht immer sichergestellt,
und es kann passieren, dass Partikel übereinander auf dem Partikelfilter
abgeschieden werden, wenn keine Gegenmaßnahmen ergriffen werden.
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In
dieser Ausführungsform
führt die
elektronische Steuereinheit 30 eine Wechselsteuerung des Ventilkörpers 71a gemäß einem
ersten in 26 dargestellten Ablaufschema
durch und verhindert, dass Partikel sich übereinander auf dem Partikelfilter
anlagern. Dieses Ablaufschema wird in Intervallen mit einem vorbestimmten
Zeitraum durchgeführt.
Zunächst
wird in Schritt 101 entschieden, ob die kumulierte Zeit
t eine voreingestellte Zeit ts erreicht oder übertrifft. Die kumulierte Zeit
t stellt die Zeit dar, die nach Schalten des Ventilkörpers 71a vergangen
ist. Falls das Ergebnis der Entscheidung in Schritt 101 NEIN
ist, wird die kumulierte Zeit t in Schritt 105 addiert,
und die Routine wird beendet. Falls das Ergebnis der Entscheidung
in Schritt 101 JA ist, geht der Ablauf zu Schritt S102 über. In
Schritt 102 wird von einem Endschalter oder dergleichen
entschieden, ob das Gaspedal, an dem er angebracht ist, gelöst wurde
oder nicht, während
das Fahrzeug fährt.
Wenn das Ergebnis der Entscheidung in Schritt 102 NEIN ist,
wird die Kumulationszeit t in Schritt 105 kumuliert und
die Routine wird beendet.
-
Falls
das Ergebnis der Entscheidung in Schritt 102 JA ist, wird
der Ventilkörper 71a in
Schritt 103 geschaltet. Anders ausgedrückt, die Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters werden umgekehrt. Dann wird die kumulierte Zeit
t in Schritt 104 auf 0 zurückgesetzt. Die kumulierte Zeit
t wird in Schritt 105 erneut addiert und die Routine wird beendet.
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27 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht der
Trennwand 54 des Partikelfilters. Während das Fahrzeug fährt, kann
eine Operation in dem in 24 dargestellten
Bereich II durchgeführt
werden. Wie von den schraffierten Linien in 27A dargestellt,
dienen die stromaufwärtigen
Oberflächen
und die auf den Gasstrom gerichteten Oberflächen der Trennwand 54,
die in erster Linie von dem Abgas getroffen werden, von Partikeln
getroffen werden, als Sammelfläche
zum Auffangen von Partikeln und beseitigen diese durch Oxidation
unter Verwendung eines aktiven Sauerstoff ab gebenden Mittels. Die
Beseitigung der Partikel durch Oxidation ist häufig so unzureichend, dass
einige Partikel als Rückstände vorhanden
sein können.
Zu dieser Zeit beeinflusst der Abgaswiderstand des Partikelfilters
das Fahrverhalten des Fahrzeugs nicht negativ. Es kommt jedoch zu
einem Problem, wie einer erheblichen Abnahme der Motorleistung,
wenn mehr Partikel sich übereinander
anlagern. Falls die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters umgekehrt werden, wenn eine solche Menge an
Partikeln zurückbleibt, werden
keine Partikel mehr über
den Partikeln abgeschieden, die auf der Sammelfläche der Trennwand zurückbleiben.
Die zurückgebliebenen
Partikel werden allmählich
durch Oxidation durch den vom einer Sammelfläche abgegebenen aktiven Sauerstoff
beseitigt. Wie in 27B dargestellt, werden besonders
Partikel, die in den Poren der Trennwände 54 zurückbleiben,
durch den Abgasstrom in umgekehrter Richtung leicht zerstört und zerbrochen
und bewegen sich zur Stromabwärtsseite
hin.
-
Dadurch
diffundieren viele der zerbrochenen Partikel in die Poren in den
Trennwänden,
kommen in direkten Kontakt mit dem aktiven Sauerstoff abgebenden
Mittel, das auf den Oberflächen
der Poren in den Trennwänden
getragen wird, und können
so leicht durch Oxidation beseitigt werden. Falls das aktiven Sauerstoff
abgebende Mittel ebenfalls in den Poren in den Trennwänden getragen
wird, wird es somit viel leichter, die zurückgebliebenen Partikel durch Oxidation
zu beseitigen. Zusätzlich
zur Beseitigung der Partikel durch Oxidation haften mehr Partikel
im Abgas an der andern Sammelfläche
der Trennwand 54, die aufgrund des Rückstroms des Abgases zur Stromaufwärtsseite
gemacht wurde, d.h. an der Stromaufwärtsseite und den dem Gasstrom
zugewandten Seiten der Trennwand 54, die zu diesem Zeitpunkt
hauptsächlich
vom Abgas getroffen wird (an der anderen Seite einer Sammelfläche) und
werden durch Oxidation durch den aktiven Sauerstoff, der vom aktiven
Sauerstoff abgebenden Mittel abgegeben wird, beseitigt. Ein Teil
des aktiven Sauerstoffs, der während
der oxidativen Beseitigung vom aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel
abgegeben wird, wandert zusammen mit dem Abgas zur Stromabwärtsseite
und beseitigt durch Oxidation die Partikel, die auch nach dem Rückströmen des
Abgases noch zurückgeblieben
sind.
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Das
heißt,
die auf einer Sammelfläche
der Trennwand zurückgebliebenen
Partikel werden nicht nur von dem aktiven Sauerstoff erreicht, der
von der Sammelfläche
abgegeben wird, sondern aufgrund des zurückströmenden Abgases auch vom übrigen aktiven
Sauerstoff, der verwendet wurde, um zusammen mit dem Abgas die Partikel
an der anderen Wandfläche
der Sammelwand oxidativ zu beseitigen. Selbst wenn einige Partikel
sich übereinander
und in Schichten auf einer Sammelfläche der Trennwand anlagern,
wird, wenn der Ventilkörper
geschaltet wird, somit durch das Rückströmen des Abgases sichergestellt,
dass aktiver Sauerstoff auch die Partikel erreicht, die über den
zurückgebliebenen
Partikeln abgeschieden wurden, und dass nicht noch mehr Partikel
darüber
abgeschieden werden. Somit werden die übereinander abgeschiedenen
Partikel allmählich
durch Oxidation entfernt. Eine ausreichende Menge von ihnen kann
durch Oxidation entfernt werden, wenn eine bestimmte Zeitspanne
verbleibt, bis der Abgasstrom das nächste Mal umgekehrt wird.
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Im
ersten Ablaufschema wird der Ventilkörper jedesmal geschaltet, wenn
das Gaspedal losgelassen wird, während
das Fahrzeug fährt.
So wird beispielsweise auch dann, wenn das Fahrzeug für längere Zeit
einen Hang hinauffährt,
das Gaspedal häufig
in der Absicht losgelassen, das Fahrzeug zu verlangsamen. Anders
ausgedrückt,
der Ventilkörper wird
nicht für
längere
Zeit in Ruhe gelassen. Selbst wenn der Betrieb häufig im Bereich II durchgeführt wird,
wie in 24 dargestellt, besteht daher
keine Gefahr, dass eine große
Menge von Partikeln, die übereinander
auf dem Partikelfilter abgeschieden wurden, über längere Zeit in Ruhe gelassen
werden und zu einem Kohlenstoffmaterial umgewandelt werden, das
kaum oxidiert werden kann. Wie oben beschrieben, können die
zurückgebliebenen
Partikel und die übereinander
abgeschiedenen Partikel zuverlässig
durch Oxidation entfernt werden, indem einfach der Abgasstrom umgekehrt
wird. Da eine große
Menge an übereinander
abgeschiedenen Partikeln auf einmal verbrannt wird, besteht keine
Gefahr mehr, dass ein Problem entsteht wie eine Auflösung des
Partikelfilters aufgrund der Erzeugung eines großen Maßes an Verbrennungswärme.
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Somit
ist das Umkehren der Stromaufwärts- und
Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters hoch effizient, um die zurückgebliebenen Partikel und
die übereinander
abgeschiedenen Partikel durch Oxidation zu beseitigen. Gemäß der Struktur
des Wechselabschnitts 71 dieser Ausführungsform umgeht jedoch, wie
oben beschrieben, ein Teil des Abgases das Partikelfilter 70,
während
der Ventilkörper 71 von der
ersten oder von der zweiten Sperrposition in die jeweils andere
geschaltet wird. Falls die Menge an Partikeln, die aus der Brennkammer
des Motors abgegeben werden, in diesem Moment größer ist als die eingestellte
Abgabemenge, ist eine relativ große Menge an Partikeln im Abgas
enthalten. Diese Partikel werden in die Atmosphäre abgegeben. Im ersten Ablaufschema
wird der Ventilkörper
jedoch geschaltet, wenn das Gaspedal losgelassen wird, und in diesem
Moment wird die Kraftstoffzufuhr mit der Absicht unterbrochen, das
Fahrzeug zu verlangsamen, oder es wird nur eine geringe Menge an
Kraftstoff eingespritzt. Daher ist die Menge an Partikeln, die aus
der Brennkammer des Motors abgegeben wird, gleich oder kleiner als
die eingestellte Abgabemenge, und fast keine Partikel sind im Abgas
enthalten. Im ersten Ablaufschema wird, wenn die kumulierte Zeit
t seit dem letzten Loslassen des Gaspedals beim Loslassen des Gaspedals
nicht die eingestellte Zeit erreicht hat, der Ventilkörper nicht
geschaltet. Dies beschränkt
die Erfindung nicht, sondern macht es möglich, zu verhindern, dass
der Ventilkörper
unnötig
geschaltet wird, falls das Gaspedal häufig gelöst wird, verlängert die
Standzeit des Ventilkörpers
und eines Stellglieds zum Ansteuern des Ventilkörpers und verringern die Häufigkeit
der Erzeugung von Geräuschen,
wenn der Ventilkörper
angesteuert wird. In diesem Ablaufschema wird das Loslassen des
Gaspedals erfasst, um zu entscheiden, ob der Motor verlangsamt wird
oder nicht. Selbstverständlich
ist es jedoch möglich,
zu erfassen, dass das Ausmaß der
Abnahme oder die Abnahmegeschwindigkeit des Verstellwegs des Gaspedals über einen
festgesetzten Wert gestiegen ist, und damit zu entscheiden, ob der Motor
gerade verlangsamt wird oder nicht. Selbst wenn das Gaspedal in
diesem Fall nicht gelöst
wird, ist die Menge an eingespritztem Kraftstoff zu dieser Zeit
ausreichend gering, und die Menge an Partikeln, die aus der Brennkammer
des Motors abgegeben wird, liegt bei oder unter der festgesetzten
Abgabemenge. Daher steigt die Menge der Partikel, die in die Atmosphäre abgegeben
werden, während
des Schaltens des Ventilkörpers
nicht wesentlich, und es kommt zu keinen schweren Problemen.
-
28 zeigt
ein zweites Ablaufschema, das anstelle des ersten Ablaufschemas
verwendet wird. Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf den Unterschied
zwischen dem ersten und dem zweiten Ablaufschema. Im zweiten Ablaufschema
wird, wenn eine kumulative Fahrstrecke D gleich oder größer ist eine
festgesetzte Laufstrecke Ds, von einem Endschalter oder dergleichen
entschieden, ob ein Bremspedal, an dem dieser befestigt ist, niedergedrückt wurde
oder nicht, während
das Fahrzeug fährt.
Falls das Ergebnis der Entscheidung JA lautet, wird der Ventilkörper geschaltet
und die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters werden umgekehrt. Es besteht keine Notwendigkeit,
einen neuen Endschalter bereitzustellen. Das heißt, es ist möglich, einen
Schalter, der eine Bremslampe mit Strom versorgt, als Endschalter
zu verwenden.
-
Im
zweiten Ablaufschema wird der Ventilkörper jedesmal dann geschaltet,
wenn das Bremspedal niedergedrückt
wird. Daher wird der Ventilkörper nicht
für längere Zeit
in Ruhe gelassen. Somit können wie
im ersten Ablaufschema die zurückgebliebenen Partikel
und die über
den zurückgebliebenen
Partikeln abgeschieden Partikel lediglich durch den Rückstrom
des Abgases durch Oxidation beseitigt werden. Im zweiten Ablaufschema
wird der Ventilkörper geschaltet,
wenn das Bremspedal niedergedrückt wird.
In diesem Moment wird die Kraftstoffzufuhr mit der Absicht unterbrochen,
das Fahrzeug zu verlangsamen, oder es wird nur eine geringe Menge
an Kraftstoff eingespritzt. Daher liegt die Menge der von der Brennkammer
des Motors abgegebenen Partikel bei oder unter der eingestellten
Abgabemenge, und es sind fast keine Partikel im Abgas enthalten.
Selbst wenn Abgas das Partikelfilter umgangen hat, wenn der Ventilkörper geschaltet
wird, werden keine Partikel in die Atmosphäre abgegeben.
-
Im
zweiten Ablaufschema wird, wenn die kumulative Fahrstrecke D seit
dem letzten Niederdrücken
des Bremspedals beim Loslassen des Bremspedals noch nicht die festgesetzte
Fahrstrecke erreicht hat, der Ventilkörper nicht geschaltet. Dies
beschränkt die
Erfindung nicht, sondern macht es möglich, zu verhindern, dass
der Ventilkörper
unnötigerweise
geschaltet wird, falls das Bremspedal häufig niedergedrückt wird,
verlängert
die Standzeit des Ventilkörpers
und eines Stellglieds zum Ansteuern des Ventilkörpers und reduziert die Häufigkeit
der Geräuscherzeugung,
wenn der Ventilkörper
angesteuert wird. Selbstverständlich
kann die kumulative Fahrstrecke im zweiten Ablaufschema durch die
kumulative Zeit im ersten Ablaufschema ersetzt werden. Umgekehrt
kann die kumulative Zeit im ersten Ablaufschema durch die kumulative
Fahrstrecke ersetzt werden.
-
Im
ersten und im zweiten Ablaufschema wird der Ventilkörper durch
Lösen des
Gaspedals oder durch Niederdrücken
des Bremspedals geschaltet, während
das Fahrzeug fährt.
Jedoch kann der Ventilkörper
auch dann durch Niederdrücken
des Gaspedals oder durch Niederdrücken des Bremspedals geschaltet
werden, wenn das Fahrzeug steht. In diesem Moment ist, da das Fahrzeug
im Leerlauf ist, die Menge des eingespritzten Kraftstoffs klein
und fast keine Partikel sind im Abgas enthalten. Daher werden keine
Partikel an die Atmosphäre
abgegeben.
-
Wenn
das Fahrzeug verlangsamt wird oder im Leerlauf ist, wird keine Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, oder
die Höhe
der Kraftstoffeinspritzung ist gering. Daher ist die Temperatur
des Abgases beträchtlich
gering. Falls das Niedertemperatur-Abgas das Partikelfilter passiert,
fällt die
Temperatur des Partikelfilters, und die Menge der Partikel, die
durch Oxidation entfernt werden kann, nimmt ab. Somit kann im ersten
und im zweiten Ablaufschema selbst dann, wenn ein Teil des Niedertemperatur-Abgases
das Partikelfilter durch Schalten des Ventilkörpers umgangen hat, ein Abfallen
der Temperatur des Partikelfilters effizient verhindert werden.
Somit ist es bevorzugt, die Schaltgeschwindigkeit des Ventilkörpers. zu
reduzieren, um zu gewährleisten,
dass Niedertemperatur-Abgas im großen Umfang das Partikelfilter
umgeht.
-
Jedoch
ist es nicht angemessen, die Schaltgeschwindigkeit des Ventilkörpers immer
zu reduzieren. Vorzugsweise wird die Schaltgeschwindigkeit des Ventilkörpers gemäß einem
dritten Ablaufschema, das in 29 dargestellt
ist, geändert.
Das dritte Ablaufschema wird in Intervallen mit vorgegebener Dauer
wiederholt. Zunächst
wird in Schritt 301 entschieden, ob das Schalten des Ventilkörpers durch das
erste oder zweite Ablaufschema gestartet wurde oder nicht. Falls
das Ergebnis der Entscheidung NEIN lautet, wird die Routine sofort
beendet. Falls das Schalten des Ventilkörpers jedoch geschaltet wurde,
wird in Schritt 302 entschieden, ob das Gaspedal niedergedrückt wurde
oder nicht. Falls das Ergebnis der Entscheidung NEIN ist, bleibt
die Schaltgeschwindigkeit des Ventilkörpers niedrig, und das Schalten
des Ventilkörpers
wird fortgesetzt. Eine niedrige Schaltgeschwindigkeit des Ventilkörpers bedeutet
nicht nur, dass der Ventilkörper
kontinuierlich mit einem geringen Maß an Verschiebung pro Zeiteinheit
bewegt wird, sondern auch, dass der Ventilkörper sich mit Unterbrechungen
bewegt.
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Falls
das Ergebnis der Entscheidung in Schritt 302 dagegen JA
lautet, wird die Schaltgeschwindigkeit des Ventilkörpers in
Schritt 303 erhöht. Das
heißt,
falls das Fahrzeug während
des Schaltens des Ventilkörpers
beschleunigt wird, wird das Ausmaß der Verschiebung des Ventilkörpers pro
Zeiteinheit erhöht,
so dass der Ventilkörper
sich kontinuierlich bewegt und dass das Schalten des Ventilkörpers so
schnell wie möglich
beendet wird. Somit ist aufgrund der Beschleunigung eine große Menge
an Partikeln im Abgas enthalten. Wenn das Schalten des Ventilkörpers jedoch
schnell beendet wird, kann die Menge an Partikeln, die das Partikelfilter
umgehen und die an die Atmosphäre
abgegeben werden, reduziert werden.
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Falls
der Ventilkörper
gemäß dem ersten oder
dem zweiten Ablaufschema geschaltet wird, ist es kaum möglich, zu
verhindern, dass eine große Menge
an Partikeln auf dem Partikelfilter übereinander abgeschieden wird.
Falls das Gaspedal jedoch über
einen längeren
Zeitraum nicht losgelassen wird oder wenn das Bremspedal aus irgendeinem
Grund über
einen längeren
Zeitraum nicht niedergedrückt wird,
könnte
der Ventilkörper
auch dann nicht geschaltet werden, wenn eine bestimmte Menge an Partikeln übereinander
auf dem Partikelfilter abgeschieden wurden. Um zu verhindern, dass
noch mehr Partikel darüber
abgeschieden werden, wird vorzugsweise ein in 30 dargestelltes
viertes Ablaufschema in Kombination mit dem ersten oder zweiten Ablauf schema
verwendet. Das vierte Ablaufschema wird ebenfalls in Intervallen
mit einer bestimmten Zeitdauer wiederholt.
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Zunächst erfasst
in Schritt 401 ein Drucksensor, der in einem ersten Verbindungsabschnitt 72a angeordnet
ist, einen Abgasdruck P1 auf einer Seite des Partikelfilters 70,
d.h. einen Abgasdruck im ersten Verbindungsabschnitt 72a (siehe 18).
Dann erfasst in Schritt 402 ein Drucksensor, der im zweiten Verbindungsabschnitt 72b angeordnet
ist, einen Abgasdruck P2 auf der anderen Seite des Partikelfilters, d.h.
einen Abgasdruck im zweiten Verbindungsabschnitt 72b (siehe 18).
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In
Schritt 403 wird entschieden, ob der absolute Wert des
Unterschieds zwischen dem in Schritt 401 und dem im Schritt 402 erfassten
Abgasdruck einen eingestellten Differenzialdruck Ps erreicht oder übertroffen
hat oder nicht. Der absolute Wert des Differentialdrucks wird hierin
verwendet, um es möglich zu
machen, einen Anstieg des Differentialdrucks unabhängig davon
zu erkennen, ob der erste Verbindungsabschnitt 72a oder
der zweite Verbindungsabschnitt 72 sich an der Stromaufwärtsseite
befindet. Falls das Ergebnis der Entscheidung in Schritt 403 NEIN
ist, wird die Routine sofort beendet. Falls das Ergebnis der Entscheidung
JA ist, fährt
das Fahrzeug über
längere
Zeit, ohne verlangsamt zu werden, und eine bestimmte Menge an Partikeln
wird übereinander
auf dem Partikelfilter abgeschieden. Daher wird in Schritt 404 der
Ventilkörper
mit hoher Schaltgeschwindigkeit geschaltet.
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Daher
werden, wie oben beschrieben, die übereinander abgeschiedenen
Partikel durch Oxidation vom Partikelfilter beseitigt. In diesem
Moment wird das Fahrzeug nicht verlangsamt und eine relativ große Menge
an Partikeln kann im Abgas enthalten sein, da der Ventilkörper nicht
vom ersten oder zweiten Ablaufschema geschaltet wird. Daher wird
vorzugsweise die Menge der Partikel, die in die Atmosphäre abgegeben
werden, durch Schalten des Ventilkörpers mit einer höheren Schaltgeschwindigkeit
als im vierten Ablaufschema minimiert. Im vierten Ablaufschema wird
das übereinander
Abscheiden der Partikel auf dem Partikelfilter indirekt unter Verwendung des
Differentialdrucks zwischen beiden Seiten des Partikelfilters erfasst.
Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, Änderungen des elektrischen
Widerstandswerts auf einer bestimmten Trennwand des Partikelfilters
zu überwachen
und zu entscheiden, dass eine bestimmte Menge an Partikeln übereinander
auf dem Partikelfilter abgeschieden wurde, sobald der elektrische
Widerstandswert einen vorgegebenen Wert aufgrund des übereinander
Abscheidens der Partikel erreicht oder unterschreitet. Ferner ist
es auch möglich,
anhand der Tatsache, dass der Transmissionsfaktor oder der Reflektionsfaktor
von Licht aufgrund des übereinander
Abscheidens von Partikeln auf der bestimmten Partikelwand des Partikelfilters
abnimmt, zu entscheiden, dass eine bestimmte Menge an Partikeln übereinander
auf dem Partikelfilter abgeschieden wurde. Streng genommen ändert sich
der Unterschied zwischen den Drücken
auf beiden Seiten des Partikelfilters auch abhängig vom Druck des Abgases,
das vom Zylinder in jedem Betriebszustand des Motors abgegeben wird.
Wenn entschieden wird, ob eine bestimmte Menge an Partikeln übereinander
abgeschieden wurde oder nicht, wird daher vorzugsweise der Betriebszustand
des Motors bestimmt. Es ist auch möglich, den Unterschied zwischen
den Drücken
auf beiden Seiten des Partikelfilters oder den Druck des Abgases
stromaufwärts
vom Partikelfilter anhand der Änderungen
des Abgasdrucks für
jeden Betriebszustand des Motors konstant zu überwachen und zu entscheiden,
dass der Motor verlangsamt wird, sobald der Druckunterschied oder
der Druck des Abgases abrupt sinkt.
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Im
ersten und im zweiten Ablaufschema, liegt, wenn der Motor verlangsamt
wird, die Menge der Partikel, die aus der Brennkammer des Motors abgegeben
werden, bei oder unter der festgesetzten Abgabemenge. Falls der
Ventilkörper
in diesem Moment geschaltet wird, kann die Partikelmenge, die in die
Atmosphäre
abgegeben wird, reduziert werden. Die abgegebene Partikelmenge liegt
jedoch nicht nur dann, wenn der Motor verlangsamt wird, bei oder
unter der festgesetzten Abgabemenge.
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31 zeigt
ein fünftes
Ablaufschema, das anstelle des ersten Ablaufschemas verwendet wird. Die
folgende Beschreibung beschränkt
sich auf den Unterschied zwischen dem vierten und dem fünften Ablaufschema.
Im fünften
Ablaufschema wird in Schritt 502 durch einen Endschalter
oder dergleichen entschieden, ob ein Kupplungspedal, an dem dieser angebracht
ist, niedergedrückt
wurde oder nicht. Falls das Ergebnis der Entscheidung JA lautet,
wird der Ventilkörper
in Schritt 503 geschaltet. Wenn das Kupplungspedal niedergedrückt wird,
um eine Gangschaltung durchzuführen,
lässt ein
Fahrer normalerweise das Gaspedal los oder reduziert zumindest den
Verstellweg des Gaspedals erheblich. So ist selbst während eines
Gangschaltens die Menge des eingespritzten Kraftstoffs klein und
die Menge der aus der Brennkammer des Motors abgegebenen Partikel
liegt bei der festgesetzten Abgabemenge oder darunter. Aus diesem
Grund wird auch dann, wenn der Ventilkörper geschaltet wird, um zu
verhindern, dass Partikel übereinander
auf dem Partikelfilter abgeschieden werden, kein besonderes Problem bewirkt.
Um die Menge an Partikeln, die in die Atmosphäre abgegeben werden, auf null
zu bringen, kann die Kraftstoffzufuhr unabhängig vom Verstellweg des Gaspedals
unterbrochen werden, sobald das Kupplungspedal niedergedrückt wird,
und die Kraftstoffzufuhr kann unabhängig vom Verstellweg des Gaspedals
unterbrochen bleiben, während
der Ventilkörper geschaltet
wird.
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32 zeigt
ein sechstes Ablaufschema, das anstelle des ersten Ablaufschemas
verwendet wird. Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf den Unterschied
zwischen dem ersten und dem sechsten Ablaufschema. Im sechsten Ablaufschema wird
in Schritt 602 entschieden, ob die Menge TAU des eingespritzten
Kraftstoffs bei einer eingestellten Einspritzmenge TAU1 oder darunter
liegt. Falls das Ergebnis der Entscheidung JA lautet, wird der Ventilkörper in
Schritt 603 geschaltet. In jedem Betriebszustand, einschließlich der
Verlangsamung des Motors und des Gangschaltens, ist, falls die Menge
TAU des eingespritzten Kraftstoffs bei oder unter der festgesetzten
Einspritzmenge TAU1 liegt, die Menge an eingespritztem Kraftstoff
klein und die Menge der Partikel, die aus der Brennkammer des Motors
abgegeben wird, liegt bei der festgesetzten Abgabemenge oder darunter.
Aus diesem Grund wird kein besonderes Problem bewirkt, auch wenn
der Ventilkörper
geschaltet wurde, um zu verhindern, dass Partikel übereinander
auf dem Partikelfilter abgeschieden werden.
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33 zeigt
ein siebtes Ablaufschema, das anstelle des ersten Ablaufschemas
verwendet wird. Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf den Unterschied
zwischen dem ersten und dem siebten Ablaufschema. Im siebten Ablaufschema
wird in Schritt 702 entschieden, ob der Verstellweg A des Gaspedals
bei oder unter einem festgesetzten Verstellweg A1 liegt. Falls das
Ergebnis der Entscheidung JA lautet, wird der Ventilkörper in
Schritt 703 geschaltet. In jedem Betriebszustand einschließlich der
Verlangsamung des Motors und des Gangschaltens, ist, wenn der Verstellweg
A des Gaspedals bei oder unter dem festgesetzten Verstellweg liegt,
die eingespritzte Kraftstoffmenge klein und die Menge der Partikel,
die aus der Brennkammer des Motors abgegeben wird, liegt bei der
festgesetzten Abgabemenge oder darunter. Aus diesem Grund wird auch dann,
wenn der Ventilkörper
geschaltet wurde, um zu verhindern, dass Partikel übereinander
auf dem Partikelfilter abgeschieden werden, kein besonderes Problem
verursacht. Bei der Durchführung
der Verarbeitung des fünften,
des sechsten und des siebten Ablaufschemas wird vorzugsweise die
Verarbeitung des dritten und des vierten Ablaufschemas auf die gleiche
Weise durchgeführt
wie die des ersten und des zweiten Ablaufschemas.
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Wie
in 18 dargestellt, ist das Partikelfilter 70 dieser
Ausführungsform
durch den ersten Verbindungsabschnitt 72a und den zweiten
Verbindungsabschnitt 72b mit dem Wechselabschnitt 71 verbunden. Über eine
Strömungweglänge zeigen
der erste Verbindungsabschnitt 72a und der zweite Verbindungsabschnitt 72b die
gleichen Wärmerückhalteeigenschaften.
Gleichgültig,
welcher Verbindungsabschnitt sich auf der Stromaufwärtsseite
befindet, wird somit die Temperatur des Partikelfilters nicht beeinflusst. Jedoch
können
beispielsweise der erste und der zweite Verbindungsabschnitt unterschiedlich
lang gestaltet werden oder mit einem wärmerückhaltenden Material ausgestattet
werden, um wärmeabstrahlende
Eigenschaften pro Längeneinheit
zu zeigen. Die Temperatur des Kraftstofffilters kann erhöht werden, wenn
einer der Verbindungsabschnitte sich somit an der Stromaufwärtsseite
befindet, und die Temperatur des Partikelfilters kann gesenkt werden,
wenn der andere Verbindungsabschnitt sich somit an der Stromaufwärtsseite
befindet.
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Die
Wirkung der Partikelbeseitigung durch Oxidation durch das Partikelfilter
dieser Ausführungsform
wird verstärkt,
wenn die Temperatur steigt. Falls das Partikelfilter dagegen eine
extrem höhere Temperatur
aufweist, kann sich dessen katalytische Funktion jedoch aufgrund
des Versinterns des Platins verschlechtern. Um dies zu verhindern,
wird vorzugsweise der oben genannte Aufbau verwendet, um die Temperatur
des Partikelfilters zu reduzieren, während der andere Verbindungsabschnitt
sich an der Stromaufwärtsseite
befindet. Wenn der Ventilkörper geschaltet
wird, wird der Motor nicht verlangsamt und häufig ist eine relativ große Menge
an Partikeln im Abgas enthalten. Es ist günstig, die Schaltgeschwindigkeit
des Ventilkörpers
zu erhöhen.
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Falls
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases einen Wert auf der fetten Seite einnimmt d.h. falls die
Sauerstoffkonzentration im Abgas reduziert ist, wird aktiver Sauerstoff
O vom aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 61 auf einmal
an die Außenseite
abgegeben. Die übereinander
abgeschiedenen Partikel können
von dem aktiven Sauerstoff O, der auf einmal freigesetzt wurde,
auf einmal verbrannt und beseitigt werden, ohne leuchtende Flammen
zu erzeugen. Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases abwechselnd
fett und mager ist, steigt die aktive Menge des aktiven Sauerstoffs,
der vom aktiven Sauerstoff abgebenden Mittel 61 nach draußen abgegeben wird.
Die Partikel, die wie eine Kette miteinander verbunden sind, werden
durch den aktiven Sauerstoff O, der nach draußen abgegeben wird, zersetzt,
so dass die Partikel leicht oxidiert werden können. Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, sofort
nachdem die Stromaufwärts-
und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters vom Ventilkörper 71a gewechselt
wurden, fett wird, kann die andere Sammelfläche der Trennwand des Partikelfilters,
wo keine Partikel zurückbleiben
oder übereinander
abgeschieden sind, leichter aktiven Sauerstoff abgeben als die eine
Sammelfläche
des Partikelfilters. Somit können
zurückgebliebene
Partikel und übereinander
abgeschiedene Partikel leicht durch Oxidation entfernt werden, indem
die Menge des abgegebenen aktiven Sauerstoffs erhöht wird. Selbstverständlich kann
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases manchmal fett werden, unabhängig davon, ober der Ventilkörper 71a geschaltet
wurde oder nicht. Dies erschwert ein zurückbleiben und übereinander
Lagern der Partikel auf dem Partikelfilter.
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Das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases kann beispielsweise durch die oben genannte Niedertemperaturverbrennung
fett gemacht werden. Wie oben beschrieben, wird die Niedertemperaturverbrennung
sofort nach Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr aufgrund einer Verlangsamung
des Motors durchgeführt,
da die Niedertemperaturverbrennung auf der Niedriglastseite des
Motors durchgeführt wird.
Gemäß der Steuerung
aufgrund des ersten Ablaufschemas wird somit die Niedertemperaturverbrennung
sofort nach dem Schalten des Ventilkörpers 71a durchgeführt, und
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases wird häufig
fett.
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Falls
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
dagegen auf einem mageren Wert gehalten wird, wird die Oberfläche des
Platins Pt mit Sauerstoff bedeckt, und eine sogenannte Sauerstoffvergiftung
des Platins Pt wird bewirkt. Falls eine solche Vergiftung bewirkt wird,
verschlechtert sich der Wirkungsgrad der NOx-Oxidation, und somit
verschlechtert sich der Wirkungsgrad der NOx-Absorption. Somit nimmt
die Menge des aktiven Sauerstoffs, der aus dem aktiven Sauerstoff
abgebenden Mittel abgegeben wird, ab. Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis jedoch
zu einem Wert auf der fetten Seite verschoben wird, wird Sauerstoff
auf der Oberfläche
des Platins Pt verbraucht, und somit wird die Sauerstoffvergiftung
aufgehoben. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von einem Wert auf der
fetten Seite zu einem Wert auf der mageren Seite verschoben wird,
wird somit der Wirkungsgrad der NOx-Oxidation erhöht, und
somit wird der Wirkungsgrad der NOx-Absorption erhöht. Somit
steigt die Menge an aktivem Sauerstoff, der vom aktiven Sauerstoff
abgebenden mittel 61 freigesetzt wird.
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Während das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
bei einem Wert auf der mageren Seite gehalten wird, wird, wenn das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
vorübergehend von
einem Wert auf der mageren Seite zu einem Wert auf der fetten Seite
verschoben wird, jedesmal die Sauerstoffvergiftung des Platins Pt
aufgehoben. Daher wird die Menge an aktivem Sauerstoff, die freigesetzt
wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis einen Wert auf der mageren
Seite annimmt, erhöht.
Somit kann der Wirkungsgrad der Oxidation von Partikeln auf dem
Partikelfilter gefördert
werden.
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In
Anwesenheit von SO3 erzeugt das Calcium
im Abgas Calciumsulfat CaSO4 in Form von Asche,
wie oben beschrieben. Im Hinblick auf die Verhinderung des Ver stopfens
des Partikelfilters mit Calciumsulfat CaSO4 wird,
falls ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer höheren Ionisierungstendenz
als Calcium C, wie Kalium K, verwendet wird, das SO3,
das in das aktiven Sauerstoff abgebende Mittel 61 diffundiert
ist, mit Kalium K verbunden und bildet Kaliumnitrat K2SO4, und Calcium Ca passiert die Trennwände des
Partikelfilters, ohne sich an das SO3 zu
binden. Infolgedessen wird verhindert, dass das Partikelfilter mit
Asche verstopft wird. Somit ist es, wie oben beschrieben, bevorzugt,
ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall, dessen Ionisierungstendenz höher ist
als die von Calcium Ca, wie Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs
Rubidium Rb, Barium Ba und Strontium Sr, als aktiven Sauerstoff
abgebendes Mittel 61 zu verwenden.
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Selbst
wenn das Partikelfilter nur ein Edelmetall, wie Platin Pt, als aktiven
Sauerstoff abgebendes Mittel trägt,
ist es möglich,
aktiven Sauerstoff aus dem NO2 oder SO3, das auf dem Platin Pt zurückgehalten
wird, freizusetzen. In diesem Fall ist jedoch eine durchgezogene
Linie, die die Partikelmenge G darstellt, die durch Oxidation beseitigt
werden kann, in Bezug auf die in 24 dargestellte
durchgezogene Linie leicht nach rechts versetzt. Es ist auch möglich, Ceroxid
als aktiven Sauerstoff abgebendes Mittel zu verwenden. Ceroxid absorbiert
Sauerstoff, falls die Sauerstoffkonzentration im Abgas hoch ist,
und gibt aktiven Sauerstoff ab, falls die Sauerstoffkonzentration
im Abgas abnimmt. Daher muss das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
Abgases in regelmäßigen oder
unregelmäßigen Abständen auf
einen fetten Wert gebracht werden, um Partikel durch Oxidation zu
beseitigen. Es ist auch möglich,
einen NOx-Einschluss/Abgabe-Katalysator
zum Beseitigen von NOx im Abgas als aktiven Sauerstoff abgebendes
Mittel zu verwenden.
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In
diesem Fall muss das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zumindest
vorübergehend
auf einen fetten Wert gebracht werden, um das eingeschlossene NOx
und SOx freizusetzen. Vorzugsweise wird die Steuerung, mit der das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf
einen fetten Wert gebracht wird, sofort nach Umkehr der Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten
des Partikelfilters durchgeführt.
Selbst in dem Fall, dass die Steuerung, mit der das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf
einen fetten Wert gebracht wird, und das Schalten des Ventilkörpers gemäß dem vierten
Ablaufschema gleichzeitig durchgeführt werden, kann das Schalten
des Ventilkörpers
bei einer erhöhten
Schaltgeschwindigkeit wirksam verhindern, dass eine große Menge
an Abgas, das eine große
Menge an CO und HC enthält,
in die Atmosphäre
abgegeben wird. Obwohl diese Ausführungsform einen Dieselmotor
betrifft, in dem eine Niedertemperaturverbrennung und eine herkömmliche
Verbrennung abwechselnd durchgeführt
werden, ist die Erfindung dadurch nicht beschränkt. Selbstverständlich kann
die Erfindung auch auf einen Dieselmotor angewendet werden, in dem
nur eine herkömmliche
Verbrennung durchgeführt
wird, oder auf einen Ottomotor, der Partikel ausstößt.
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In
dieser Ausführungsform
trägt das
Partikelfilter selbst ein aktiven Sauerstoff abgebendes Mittel, das
Komponenten abgibt, die die Oxidation von Partikeln fördern, wie
aktiven Sauerstoff. Dies ist jedoch keine Einschränkung der
Erfindung. Beispielsweise wird, solange Komponenten, die die Partikeloxidation fördern, wie
aktiver Sauerstoff und Stickstoffdioxid, das auf die gleiche Weise
wirkt wie aktiver Sauerstoff, die auf dem Partikelfilter festgehaltenen
Partikel oxidieren, kein Problem verursacht, wenn die Komponenten,
die eine Partikeloxidation fördern,
aus dem Partikelfilter oder einem Material, das darauf getragen
wird, abgegeben werden, oder wenn die Komponenten, die eine Partikeloxidation
fördern,
von außen in
das Partikelfilter strömen.
Selbst in dem Fall, dass die Komponenten, die eine Partikeloxidation
fördern, von
außen
in das Partikelfilter strömen,
werden, falls die erste und die zweite Sammelfläche der Sammelwand abwechselnd
verwendet werden, um Partikel aufzufangen, keine Partikel übereinander
an einer der Sammelflächen,
die an der Stromabwärtsseite liegt,
abgeschieden. Die übereinander
abgeschiedenen Partikel können
allmählich
durch Oxidation durch Komponenten, die die Partikeloxidation fördern und die
von der anderen Sammelfläche
einströmen,
beseitigt werden. Das heißt,
eine ausreichende Menge an übereinander
abgeschiedenen Partikeln kann durch Oxidation innerhalb eines bestimmten
Zeitraums beseitigt werden. Da Partikel durch die Komponenten, die
eine Partikeloxidation fördern,
auf der anderen Sammelfläche
aufgefangen und oxidiert werden, kann damit fast die gleiche Wirkung
erzielt werden wie oben beschrieben.