DE10251686A1

DE10251686A1 - Abgasreinigungssystem und Verfahren für eine Bremskraftmaschine

Info

Publication number: DE10251686A1
Application number: DE10251686A
Authority: DE
Inventors: Tatsumasa Sugiyama; Hiroki Matsuoka; Taro Aoyama; Yasuhiko Ohtsubo; Takekazu Ito; Jun Tahara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-11-07
Filing date: 2002-11-06
Publication date: 2003-10-23
Anticipated expiration: 2022-11-07
Also published as: FR2831923A1; DE10251686B4; FR2831923B1; JP2003148132A; JP3770148B2

Abstract

Ein Abgasreinigungssystem und Verfahren für eine Brennkraftmaschine werden geschaffen, die eine Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung (13), die geeignet ist für die Zufuhr eines Teils eines Kraftstoffs, der in jeweilige Brennkammern (20) eingespritzt werden soll als ein sekundär eingespritzter Kraftstoff, und eine Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung (17) verwenden, die geeignet ist zum direkten Zuführen von Kraftstoff in einen Abgaskanal hinein. Die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung (13) wird verwendet, wenn eine sekundäre Kraftstoffeinspritzung durchgeführt werden kann und eine Betttemperatur eines Partikelfilters (42a) gleich oder höher als eine erste Temperatur ist. Die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung (17) wird verwendet, wenn eine Temperatur des Abgaskanals gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist und die Betttemperatur des Filters (42a) gleich oder höher als eine dritte Temperatur ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem und ein Verfahren für eine Brennkraftmaschine und insbesondere auf eine Kraftstofffördersteuerung beziehungsweise Regelung. Angesichts von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, ist es in den letzten Jahren erforderlich . geworden, die Abgasemissionen zu vermindern durch Beseitigen schädlicher Gasbestandteile wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx), die in dem Abgas enthalten sind, das von einer Brennkraftmaschine abgegeben wird, bevor das Abas in die Umgebungsluft freigegeben wird.
Bei einem Dieselmotor als ein selbstzündender Motor, der Leichtöl als Kraftstoff verwendet, ist es besonders wichtig, feine Partikel (Fremdstoffe) wie beispielsweise Ruß und SOF (lösliche organische Fraktion) zu beseitigen, die in dem Abgas enthalten sind, sowie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide (NOx) und so weiter.
Jeder Fremdstoff ist eine Mischung, die Ruß als ihren Hauptbestandteil enthält und eine Vielzahl anderer Substanzen. Der Ruß hat seinen Ursprung in dem Kraftstoff und bildet einen schwarzen Rauch. Diese Bestandteile werden in nicht lösliche Substanzen wie beispielsweise Ruß und Sulfate eingeteilt und lösliche Substanzen (SOF) wie beispielsweise unverbrannte Kraftstoffbestandteile und unverbrannte Ölbestandteile in Abhängigkeit dessen, ob sie in einem organischen Lösungsmittel löslich sind.
Es wird angenommen, dass Ruß als ein Ergebnis komplizierte Reaktionen erzeugt wird, die beim Verbrennen von Kraftstoff mit unzureichender Luftmenge auftreten. Insbesondere werden Kraftstoffmolekühle pyrolisiert, um dehydriert zu werden, wodurch Kerne von Fremdstoffen (Vorläufer von Ruß) erzeugt werden. Die Kerne kleben dann zusammen, um aneinander zu haften, wodurch Ruß erzeugt wird. Bei der Dieselverbrennung wird eine große Rußmenge erzeugt während einer Diffusionsverbrennung von Kraftstoff. Wenn Luft in eine Flamme bei einem späten Stadium der Verbrennung eingeführt wird, tritt jedoch eine Nachverbrennung auf und der erzeugte Ruß wird sofort vermindert. Sulfate werden in der Gestalt von Schwefelsäurenebel erzeugt, wenn Schwefelbestandteile oxidiert werden, um Wasser zu binden während der Verbrennung.
Bei einem bekannten Verfahren ist jedoch ein Partikelfilter in einem Abgaskanal eines Dieselmotors angeordnet. Der Partikelfilter ist gebildet aus einem Substrat einschließlich einer großen Anzahl an feinen Poren, die durch mitgerissene Luftblasen gebildet werden, um seine spezifische Oberfläche pro Volumeneinheit zu erhöhen. Wenn das Abgas durch die Poren des Filters hindurchströmt, werden in dem Abgas enthaltene Fremdstoffe adsorbiert und somit an den Oberflächen des Filters gefangen.
Wenn jedoch übermäßig viele Fremdstoffe an dem Partikelfilter gesammelt und akkumuliert sind, werden die Bahnen des Abgases in dem Filter verstopft, wodurch die Strömung des Abgases blockiert wird.
Wenn die Strömung des Abgases bei dem Partikelfilter wie vorstehend beschrieben blockiert ist, erhöht sich der Druck des Abgases in einem Abschnitt des Abgaskanals, der sich stromaufwärts des Partikelfilters befindet und der somit erhöhte Abgasdruck wirkt als ein Rückdruck auf die Brennkraftmaschine.
Somit ist es notwendig, das Partikelfilter wiederherzustellen durch Beseitigen der Fremdstoffe, die daran akkumuliert sind, bevor deren Menge übermäßig groß wird.
Ein Verfahren zum Wiederherstellen eines Partikelfilters besteht in dem Erzeugen einer Oxidationsatmosphäre in dem Partikelfilter, um daran gefangene Fremdstoffe zu oxidieren beziehungsweise zu verbrennen.
Die Fremdstoffe zünden jedoch bei einer hohen Temperatur von etwa 500 bis 700°C. Zum Oxidieren der gefangenen Fremdstoffe auf die vorstehende Weise ist es deshalb notwendig, die Temperatur der Atmosphäre in dem Partikelfilter auf 500 bis 700°C zu erhöhen und eine Sauerstoffüberschussatmosphäre in der Umgebung des Partikelfilters zu erzeugen.
Da jedoch ein Dieselmotor im Allgemeinen eine magere Verbrennung durchführt in seinen meisten Betriebsbereichen durch Erzeugen von Atmosphären mit Luftüberschuss, zeigt die Verbrennungstemperatur des Luftkraftstoffgemisches die Neigung niedrig zu sein und die Temperatur des Abgases zeigt demgemäß die Neigung niedrig zu sein. Demgemäß ist es bei Dieselmotoren schwierig, die Temperatur der Atmosphäre in dem Partikelfilter auf 500°C oder höher zu erhöhen bloß durch Anwenden der Wärme des Abgases.
Diesbezüglich wurde ein Dieselabgaspartikelfilter vorgeschlagen, wie er in der Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung Nr. 7-106290 offenbart ist, der in dieser Offenlegungsschrift offenbarte Abgaspartikelfilter kann eine Zündung der Fremdstoffe selbst bei einer relativ niedrigen Temperatur von etwa 350 bis 400°C veranlassen durch Tragen von katalytischen Substanzen einschließlich eines Gemisches aus einem Platingruppenmetall und einem Alkalierdemetalloxid.
Bei Dieselmotoren erhöht sich jedoch die Abgastemperatur kaum auf 350°C oder höher bei einem Niedriglastbetriebsbereich, obwohl sie sich bei 350°C oder höher erhöhen kann in einem Hochlastbetriebsbereich. Wenn der Dieselmotor bei einer niedrigen Last betrieben wird, insbesondere wenn die Kraftstoffeinspritzung unterbrochen oder angehalten wird wie beispielsweise bei der Verzögerung des Fahrzeugs, wird deshalb ein Abgas mit einer niedrigen Temperatur von dem Dieselmotor abgegeben. Dabei wird angenommen, dass das Partikelfilter durch das Abgas heruntergekühlt wird, was zu einer Verminderung der Oxidationskapazität des Partikelfilters bezüglich der Fremdstoffe führt.
Wenn die Fremdstoffe an dem Partikelfilter oxidiert werden, während der Motor bei einer niedrigen Last betrieben wird, ist es demgemäß notwendig, dass Partikelfilter auf zumindest eine Minimaltemperatur zu erwärmen zum Veranlassen der Oxidation der Fremdstoffe.
Ein Verfahren zum Erhöhen der Temperatur des Partikelfilters besteht im Aufbringen von Kraftstoff auf das Partikelfilter. Bei diesem Verfahren wird die Betttemperatur des Partikelfilters durch die Wärme erhöht, die erzeugt wird bei der Oxidation des aufgebrachten Kraftstoffs, um dadurch die Fremdstoffe an dem Filter zu verbrennen und zu oxidieren.
Für die Zufuhr des Kraftstoffes zum Erhöhen der Betttemperatur des Partikelfilters werden die folgenden Verfahren verwendet. Ein Verfahren besteht in dem Durchführen einer Sekundärkraftstoffeinspritzung. Bei diesem Verfahren wird ein Teil des in jeden Zylinder des Motors einzuspritzenden Kraftstoff als eine Kraftquelle sekundär eingespritzt nach dem der Verbrennungsprozess des Kraftstoffs beendet ist. Somit wird der Kraftstoff auf den Filter aufgebracht durch Abgeben des Abgases, dem unverbrannter Kraftstoff wie vorstehend beschrieben zugeführt wird, in den Abgaskanal hinein. Das andere Verfahren besteht in dem Vorsehen einer Kraftstoffeinspritzungsvorrichtung in dem Abgaskanal, um den Kraftstoff direkt in das Abgas hinein einzuspritzen.
Das erstgenannte Verfahren, wobei der Kraftstoff als unverbrannter Kraftstoff in die Zylinder hinein zugeführt wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der zugeführte Kraftstoff ausreichend zerstäubt werden kann. Insbesondere wird der Kraftstoff in der Gestalt eines Nebels in jede Brennkammer mit einer hohen Temperatur hinein eingespritzt. Dabei wird der Kraftstoff ausreichend zerstäubt durch Verdampfen in jeder Brennkammer. Somit ist die Verbrennungsreaktivität des Kraftstoffs an dem Partikelfilter verbessert, so dass der Kraftstoff reagieren kann, selbst wenn die Betttemperatur des Partikelfilters sich im Bereich der Minimaltemperatur zum Veranlassen einer Verbrennungsreaktion des Kraftstoffs befindet.
Gemäß diesem Verfahren tritt der zerstäubte Kraftstoff durch den stromaufwärtigen Abschnitt hindurch, um in dem stromabwärtigen Abschnitt zu reagieren, selbst wenn die Temperaturverteilung in dem Partikelfilter ungleichmäßig ist, wobei die Temperatur eines stromabwärtigen Abschnitts des Filters die Reaktionstemperatur erreicht, wohingegen die Temperatur eines stromaufwärtigen Abschnitts dieses nicht tut. Somit ist es möglich, dass Partikelfilter insgesamt auf eine Temperatur zu erwärmen, die erforderlich ist zum Veranlassen der Oxidation der Fremdstoffe.
Das vorstehende Verfahren, wobei der Kraftstoff in jeden Zylinder hinein als unverbrannter Kraftstoff zugeführt wird, beinhaltet jedoch die folgenden Probleme. Da erstens ein Teil des Kraftstoffs verwendet wird, der in Energie umgewandelt werden soll, ist die Absolutmenge des zuzuführenden Kraftstoffs beschränkt. Wenn zweitens der Motor bei einer hohen Last betrieben wird, kann es sein, dass die Zufuhr des Kraftstoffs nicht zugelassen wird, da eine resultierende Abnahme des Drehmoments befürchtet wird.
Gemäß dem anderen Verfahren, wobei Kraftstoff eingespritzt wird und somit in den Abgaskanal zugeführt wird, wird im Gegensatz der Kraftstoff über ein anderes System zugeführt, als jenes, das für die Zufuhr des Kraftstoffes in jedem Zylinder des Motors hinein verwendet wird. Deshalb ist es möglich, eine große Kraftstoffmenge zuzuführen und auf die Kraftstoffeinspritzung unabhängig von dem Betriebszustand des Motors auszuführen.
Dieses Verfahren, wobei der Kraftstoff in den Abgaskanal hinein eingespritzt wird, beinhaltet jedoch folgende Probleme. Da Kraftstoff in einem flüssigen Zustand in der Gestalt eines Nebels eingespritzt wird, muss die Abgastemperatur bei einem Kraftstoffeinspritzabschnitt, das heißt einem Abschnitt, bei dem der Kraftstoff eingespritzt wird, ausreichend hoch sein, um den Kraftstoff in einer kurzen Zeit zu zerstäuben. Des Weiteren kann der Kraftstoff nicht vollständig zerstäubt werden während der Zufuhr. Deshalb wird dem Partikelfilter bei der Reaktion des Kraftstoffs an diesem die Wärme als latente Wärme entzogen zum Umwandeln des Kraftstoffs in einem flüssigen Zustand zu einem Kraftstoffgas. Demgemäß muss die Betttemperatur des Partikelfilters höher sein als die Minimaltemperatur zum Veranlassen der Reaktion des Kraftstoffs. Beim Einspritzen des Kraftstoffs haftet auch ein Teil des Kraftstoffs an den Abgasleitungen. Wenn die Abgastemperatur dabei niedrig ist, kann sich der anhaftende Kraftstoff in einen flüssigen Zustand sammeln. Somit ist eine Gegenmaßnahme erforderlich insbesondere wenn der Kraftstoff bei einem Abschnitt mit einer Fallenform wie beispielsweise einem Krümmer eingespritzt wird.
Angesichts der vorstehenden Probleme wurde die Erfindung gemacht, um ein Abgasreinigungssystem und ein Verfahren für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das geeignet ist für die Auswahl eines effizienten Kraftstoffzufuhrverfahrens auf der Grundlage verschiedener Zustände einer Brennkraftmaschine und eines Abgassystems, um Fremdstoffe zu beseitigen, die an einem Partikelfilter akkumuliert sind.
Das Abgasreinigungssystem der Erfindung umfasst ein Filter, das in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist und dem Fangen von Fremdstoffen dient, die in dem Abgas enthalten sind, eine Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung zum Einspritzen eines Sekundärkraftstoffs zusätzlich zu einer Haupteinspritzung von Kraftstoff, der in Energie umgewandelt wird in jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine, und eine Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung, die in dem Abgaskanal angeordnet ist und dem Einspritzen von Kraftstoff in das Abgas hinein dient. Wenn die Sekundärkraftstoffeinspritzung durchgeführt werden kann und die Betttemperatur des Filters gleich oder höher als eine erste Temperatur ist, eine Temperatur, die eine Oxidation eines Kraftstoffgases veranlasst, spritzt das wie vorstehend beschrieben aufgebaute Abgasreinigungssystem Kraftstoff durch die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung ein. Wenn andererseits die Temperatur gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist, eine Temperatur die eine Kondensation des Kraftstoffs nicht veranlasst, der in den Abgaskanal hinein eingespritzt wird, und eine dritte Temperatur, eine Temperatur die eine Oxidation des Kraftstoffgases einschließlich Kraftstofftröpfchen veranlasst, spritzt das Abgasreinigungssystem Kraftstoff ein durch die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung.
Das Abgasreinigungssystem ist geeignet zum Aufbringen von Kraftstoff auf das Filter durch wahlweises Durchführen der Sekundärkraftstoffeinspritzung in jede Brennkammer hinein und der Kraftstoffeinspritzung in den Abgaskanal hinein in Übereinstimmung mit thermischen Zuständen der periferen Elemente, die sich jeweils in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine ändern.
Das heißt wenn der Zustand bezüglich der Brennkraftmaschine, der erfordert, dass die Brennkraftmaschine bei einer niedrigen Last läuft, so dass die Sekundärkraftstoffeinspritzung durchgeführt werden kann, und der Zustand bezüglich der Betttemperatur des Filters, der erfordert, dass die Betttemperatur gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist, beide erfüllt sind, führt das Abgasreinigungssystem die Zufuhr des Kraftstoffs durch Durchführen der Sekundärkraftstoffeinspritzung in jede Brennkammer hinein aus. Wenn andererseits der Zustand bezüglich dem Abgaskanal, der erfordert, dass die Temperatur des Abgaskanals gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist, und der Zustand bezüglich der Betttemperatur des Filters, der erfordert, dass die Betttemperatur des Filters gleich oder höher als die vorgegebene Temperatur ist, beide erfüllt sind, führt das Abgasreinigungssystem die Zufuhr des Kraftstoffs durch Einspritzen von Kraftstoff in den Abgaskanal hinein aus.
Es kann auch geschehen, dass die Zustände erlauben, dass die Zufuhr des Kraftstoffs durch jede der vorstehenden beiden Kraftstoffzufuhreinrichtungen ausgeführt wird. Dies ist nämlich dann der Fall, wenn die Sekundärkraftstoffeinspritzung in jede Brennkammer zulässig ist und die Betttemperatur des Filters gleich oder höher ist als sowohl die erste Temperatur, die eine Oxidation eines Kraftstoffgases veranlasst, und die dritte Temperatur, die eine Oxidation eines Kraftstoffgases einschließlich Kraftstofftröpfchen veranlasst und die Temperatur in der Abgaskanal gleich oder höher als die zweite Temperatur ist, die eine Kondensation des in den Abgaskanal einzuspritzenden Kraftstoffs nicht veranlasst. Dabei führt das Abgasreinigungssystem die Zufuhr des Kraftstoffs durch eine oder beide aus der Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung und der Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung aus.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Betttemperatur des Filters eingesetzt als ein Zustand zum Ausführen der Zufuhr des Kraftstoffs entweder durch die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung oder die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung. Die erste Temperatur, die erfüllt sein muss bei der Zufuhr des Kraftstoffs durch die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung, ist eine Minimaltemperatur zum Veranlassen der Oxidation des Kraftstoffs an dem Filter. Andererseits ist die dritte Temperatur, die erfüllt sein muss bei der Zufuhr des Kraftstoffs durch die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung, eine Minimaltemperatur zum Veranlassen der Oxidation des Kraftstoffs, selbst nach dem dem Filter die latente Wärme entzogen wurde zum vollständigen Zerstäuben eines Kraftstoffgases einschließlich der Kraftstofftröpfchen. Auf Grund der latenten Wärme, die erzeugt wird beim Umwandeln des Kraftstoffs in ein Kraftstoffgas, wie vorstehend beschrieben ist, muss somit die dritte Temperatur höher sein als die erste Temperatur.
Wenn der Kraftstoff durch die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung zugeführt wird, wird der Kraftstoff vollständig zerstäubt in jeder Brennkammer mit einer hohen Temperatur vor dem Aufbringen auf das Filter, wodurch eine wünschenswerte Brennreaktivität des Kraftstoffs erzielt wird. Somit kann eine Brennreaktion des Kraftstoffs veranlasst werden selbst bei der ersten Temperatur in einem Niedrigtemperaturbereich. Wenn andererseits der Kraftstoff durch Einspritzen in den Abgaskanal hinein zugeführt wird, wird der Kraftstoff in der Gestalt eines Nebels eingespritzt und dann zerstäubt durch die Atmosphäre in der Umgebung des Kraftstoffeinspritzabschnitts vor dem Aufbringen auf das Filter. In einigen Fällen wird jedoch der eingespritzte Kraftstoff nicht vollständig zerstäubt in Abhängigkeit von dem Zustand der umgebenden Atmosphäre. Deshalb wird die Zufuhr des Kraftstoffs nur dann zugelassen, wenn die Betttemperatur des Filters gleich oder höher als die dritte Temperatur in einem Hochtemperaturbereich ist.
In Zusammenhang mit der ersten und dritten Temperatur muss die zweite Temperatur eine Temperatur sein, die eine Kondensation des Kraftstoffs nicht veranlasst, der in den Abgaskanal hinein eingespritzt wird, nämlich eine Temperatur, bei der der Kraftstoff, der in den Abgaskanal hinein eingespritzt wird, gehalten werden kann ohne Sammeln als ein flüssiger Kraftstoff in dem Kanal.
Das Filter trägt einen Speicherreduktions-NOx-Katalysator. Dieser Katalysator kann Stickoxide speichern, die in dem Abgas enthalten sind, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, und die gespeicherten Stickoxide freigeben, wenn die Sauerstoffkonzentration abnimmt und Kraftstoff vorhanden ist, der als ein Reduktionsmittel dient.
Außer den vorstehend beschriebenen Eigenschaften dient der Speicherreduktions-NOx-Katalysator auch zum Aktivieren zum Sauerstoff in dem Abgas, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, und zum Reduzieren der Stickoxide und Erzeugen von aktivem Sauerstoff, wenn die Sauerstoffkonzentration abnimmt und Kraftstoff vorhanden ist, der als ein Reduktionsmittel dient. Der aktive Sauerstoff, der somit erzeugt wird, wird verwendet zum Beseitigen von Stickoxiden in dem Abgas und wirkt auch als ein Oxidationsmittel, das bei der Verbrennung der Fremdstoffe verwendet wird.
Bei der Erfindung können Fremdstoffe, die an dem Partikelfilter gesammelt werden, wirksam beseitigt werden in Übereinstimmung mit verschiedenen Zuständen, die sich auf die Brennkraftmaschine und das Abgassystem beziehen.
Das vorstehend erwähnte beispielhafte Ausführungsbeispiel oder andere beispielhafte Ausführungsbeispiele, Aufgaben, Merkmale, Vorteile, technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden besser verständlich durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung der beispielhaften Ausführungsbeispiele der Erfindung beim Betrachten im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Bauweise eines Dieselmotorsystems einschließlich eines Abgasreinigungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht einer Bauweise einer ECU des Abgasreinigungssystems gemäß dem Ausführungsbeispiel einer Erfindung und ihrer Periferiekonfiguration.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnitts eines Katalysatorgehäuses des Abgasreinigungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 4 zeigt schematische Querschnitte einer Brennkraftmaschine und eines Abgassystems, wenn eine Brennkammer-Kraftstoffeinspritzung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird.
Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht von Querschnitten der Brennkraftmaschine und des Abgassystems, wenn eine Abgaskanalkraftstoffeinspritzung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Fremdstoffbeseitigungssteuerroutine, die bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung angewandt wird.
Und Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht eines Querschnitts eines Katalysatorgehäuses einschließlich einer Filtervorrichtung gemäß einem abgewandelten Beispiel des Ausführungsbeispiels der Erfindung und stimmt mit Fig. 3 überein.
In der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung detaillierter beschrieben bezüglich der beispielhaften Ausführungsbeispiele.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf ihre Ausführungsbeispiele beschrieben. Bei den Ausführungsbeispielen sind das Abgasreinigungssystem und das Verfahren gemäß der Erfindung in einen Dieselmotorsystem eingebaut.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 (die nachfolgend als ein Motor bezeichnet wird) ein Reihenvierzylinderdieselmotorsystem. Der Motor 1 umfasst als seine Hauptbestandteile ein Kraftstoffzufuhrsystem 10, Brennkammern 20, ein Ansaugsystem 30, ein Abgassystem 40 etc. Das Kraftstoffzufuhrsystem 10 umfasst eine Zufuhrpumpe 11, eine Speicher 12 (Common-Rail), Kraftstoffeinspritzventile 13, ein Absperrventil 14, eine Kraftstoffzufuhrdüse 17, einen Motorkraftstoffkanal P1, einen Zufuhrkraftstoffkanal P2 und andere Bestandteile.
Die Zufuhrpumpe 11 ist geeignet, um von einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank gelieferten Kraftstoff mit hohem Druck zu beaufschlagen und diesen zu der Common-Rail 12 zuzuführen über den Motorkraftstoffkanal P1. Die Common-Rail 12 dient als ein Speicher zum Halten des Kraftstoffs mit hohem Druck, der von der Zufuhrpumpe 11 zugeführt wird mit einem vorgegebenen hohen Druck und verteilt den gespeicherten Kraftstoff auf die Kraftstoffeinspritzventile 13. Jedes der Kraftstoffeinspritzventile 13 ist ein elektromagnetisches Ventil mit einem (nicht gezeigten) elektromagnetischen Elektromagneten, der im Inneren vorgesehen ist und wird gesteuert zum Öffnen falls nötig, um Kraftstoff in eine entsprechende der Brennkammern 20 einzuspritzen.
Die Zufuhrpumpe 11 führt einen Teil des Kraftstoffs von dem Kraftstofftank zu der Kraftstoffzufuhrdüse 17 zu über den Zufuhrkraftstoffkanal P2. In dem Zufuhrkraftstoffkanal P2 ist das Absperrventil 14 zwischen der Zufuhrpumpe 11 und der Kraftstoffzufuhrdüse 17 angeordnet. Das Absperrventil 14 dient dem Absperren des Zufuhrkraftstoffkanals P2, um die Kraftstoffzufuhr bei einem Notfall anzuhalten. Wie die Kraftstoffeinspritzventile 13 ist die Kraftstoffzufuhrdüse 17 ein elektromagnetisches Ventil und geeignet zum Einspritzen des Kraftstoffs, der als ein Reduktionsmittel dient, in das Abgassystem 40 hinein.
Das Ansaugsystem 30 bildet einen Kanal (einen Ansaugkanal) der Ansaugluft, um zu jeder Brennkammer 20 zugeführt zu werden. Andererseits bildet das Abgassystem 40 einen Kanal (einen Abgaskanal) des Abgases, das von der Brennkammer 20 abgegeben wird.
Der Motor 1 ist übrigens mit einer bekannten Aufladeeinrichtung 50 (das heißt einem Turbolader) versehen. Der Turbolader 50 umfasst ein Turbinenrad 52 und einen Kompressor 53, die über eine Welle 51 miteinander gekoppelt sind. Der Kompressor 53 ist der Ansaugluft in dem Ansaugsystem 30 ausgesetzt, wohingegen das Turbinenrad 52 dem Abgas in dem Abgassystem 40 ausgesetzt ist. Der somit aufgebaute Turbolader 50 dient (eine Aufladefunktion) dem Erhöhen des Drucks der Ansaugluft durch Drehen des Kompressors 53, wobei die hydrodynamische Energie der Strömung des Abgases angewandt wird, der das Turbinenrad 52 ausgesetzt ist.
In dem Ansaugsystem 30 ist ein Zwischenkühler 31 in dem Turbolader 50 vorgesehen zum geeigneten zwangsweisen Kühlen der Ansaugluft, die bei der Aufladung erwärmt wird. Eine Drosselklappe 32 ist stromabwärts des Zwischenkühlers 31 vorgesehen. Die Drosselklappe 32 ist ein elektronisch gesteuertes Auf-Zu-Ventil, das seinen Öffnungsbetrag kontinuierlich ändern kann und dem Einstellen (Vermindern) der Zufuhrmenge der Ansaugluft dient zum Vermindern der Fläche einer Strömungsbahn der Ansaugluft bei vorgegebenen Zuständen.
In dem Motor 1 ist auch ein Abgasrückführkanal 60 (ein EGR-Kanal) vorgesehen. Der EGR-Kanal 60 dient als eine Umgehung zum Verbinden von Abschnitten stromaufwärts und stromabwärts der Brennkammern 20 (Abschnitte in dem Ansaugsystem 30 und dem Abgassystem 40). Insbesondere verbindet der EGR-Kanal 60 einen Abgaskrümmer 40a stromaufwärts des Turboladers 50 in dem Abgassystem 40 mit einem Abschnitt des Ansaugsystems 30 stromabwärts der Drosselklappe 32. Während dem Betrieb des Motors 1 wird ein Teil des Abgases durch den EGR-Kanal 60 zu dem Ansaugsystem 30 wie nötig zurückgeleitet. Der EGR-Kanal 60 ist mit einem EGR-Ventil 61 versehen, das elektronisch gesteuert wird, um kontinuierlich oder stufenlos geöffnet und geschlossen zu werden, und ist somit in der Lage, die Menge des Abgases flexibel einzustellen, die in dem EGR-Kanal 60 strömt. Der EGR-Kanal 60 ist auch mit einem EGR-Kühler 62 versehen, der dem Kühlen des Abgases dient, das durch den EGR-Kanal 60 hindurchströmt, während es zurückgeführt wird.
Des Weiteren sind auf der stromabwärtigen Seite eines Abschnitts des Abgassystems 40, in dem der Abgaskrümmer 40a, der mit den jeweiligen Brennkammern 20 verbunden ist, und das Turbinenrad 52 vorgesehen sind, ein Abgaskanal 40b, ein NOx- Katalysator-Gehäuse 2, und ein Abgaskanal 40c nacheinander entlang der Strömung des Abgases angeordnet. Das Katalysatorgehäuse 42 nimmt einen Speicherreduktions-NOx- Katalysator 42b auf zum Beseitigen von schädlichen Bestandteilen, die in dem Abgas enthalten sind, wie beispielsweise NOx, und ein Partikelfilter 42a zum Beseitigen von Fremdstoffen (PM), die in dem Abgas enthalten sind, wie beispielsweise Ruß zusammen mit schädlichen Bestandteilen wie NOx, wie später beschrieben wird (siehe Fig. 3). In dem Ausführungsbeispiel wird das Katalysatorgehäuse 42 auch als eine Filtervorrichtung 42 bezeichnet.
Des Weiteren sind verschiedene Sensoren in den jeweiligen Abschnitten des Motors 1 eingebaut. Jeder der Sensoren erzeugt ein Signal, das einen Umgebungszustand eines entsprechenden Abschnitts des Motors 1 oder dem Betriebszustand des Motors 1 andeutet.
Insbesondere erzeugt ein Common-Rail-Drucksensor 70 ein Erfassungssignal, das den Druck des Kraftstoffs anzeigt, der in der Common-Rail 12 gespeichert ist. Ein Kraftstoffdrucksensor 71 erzeugt ein Erfassungssignal, das einen Druck PG (einen Kraftstoffdruck) des Kraftstoffs anzeigt, der durch den Zufuhrkraftstoffkanal P2 hindurchtritt und in die Kraftstoffzufuhrdüse 17 eingeführt wird. Ein Luftmengenmesser 72 ist in einem Abschnitt des Ansaugsystems 30 vorgesehen stromaufwärts der Drosselklappe 32 und erzeugt ein Erfassungssignal, das eine Ansaugluftmenge GA anzeigt. Ein Luftkraftstoffsensor 73 ist in einem Abschnitt des Abgassystems 40 stromaufwärts des Katalysatorgehäuses 43 vorgesehen und erzeugt ein Erfassungssignal, das sich kontinuierlich ändert in Übereinstimmung mit der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas. Ein Abgastemperatursensor 74 ist auch in einem Abschnitt des Abgassystems 40 stromabwärts des Katalysatorgehäuses 42 vorgesehen und erzeugt ein Erfassungssignal, das eine Abgastemperatur TEX des Abgases anzeigt. Ein NOx-Sensor 75 ist auch in einem Abschnitt des Abgassystems 40 stromabwärts des Katalysatorgehäuses 42 vorgesehen und erzeugt ein Erfassungssignal, das sich kontinuierlich ändert in Übereinstimmung mit der NOx-Konzentration in dem Abgas. Ein Katalysatoreintrittabgastemperatursensor 78 ist in einem Abschnitt des Abgassystems 40 eines Einlasses des Katalysatorgehäuses 42 vorgesehen und erzeugt ein Erfassungssignal, das die Temperatur des Abgases anzeigt, das in das Katalysatorgehäuses 42 hineinströmt. Ein Filterbetttemperatursensor 79 ist in dem Katalysatorgehäuse 42 vorgesehen und erzeugt ein Erfassungssignal, das die Betttemperatur des Katalysators anzeigt. Ein Drucksensor 90 ist stromaufwärts des Katalysatorgehäuses 42 vorgesehen und erzeugt ein Erfassungssignal, das den Druck in dem Abgaskanal anzeigt.
Darüber hinaus ist ein Gaspedalöffnungssensor 76 an einem (nicht gezeigten) Gaspedal angebracht und erzeugt ein Erfassungssignal, das einen Niederdrückungsbetrag ACC des Gaspedals anzeigt, das als eine Basis zum Ermitteln der erforderlichen Betriebslast verwendet wird. Ein Kurbelwinkelsensor 77 ist geeignet zum Erzeugen eines Erfassungssignals (Impuls) jedes Mal, wenn eine Abtriebswelle (eine Kurbelwelle) des Motors 1 sich um einen vorgegebenen Winkel dreht. Jeder dieser Sensoren 70 bis 79 und 90 ist elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 80 verbunden.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfasst die ECU 80 eine zentrale Verarbeitungseinheit 81 (CPU), einen Nur-Lese-Speicher 82 (ROM), einen flüchtigen Zugriffsspeicher 83 (RAM), einen Sicherungs-RAM 84, der aufgezeichnete Informationen hält nach dem der Betrieb angehalten wird, einen Zeitzähler 85 und so weiter. Diese Komponenten 81 bis 85, eine externen Eingangsschaltkreis 86 einschließlich einem Analogdigitalumwandler und ein externer Ausgangsschaltkreis 87 sind durch einen bidirektionalen Bus 88 miteinander verbunden, wodurch ein logischer Berechnungsschaltkreis gebildet wird.
Die ECU 80 ist angeordnet zum Empfangen von Erfassungssignalen von den jeweiligen Sensoren über den externen Eingangsschaltkreis und Durchführen von Grundsteuerungen wie beispielsweise einer Kraftstoffeinspritzsteuerung bei dem Motor 1 durch Ausführen eines Programms, das in dem ROM 82 in der CPU 81 gespeichert ist. Bei der Zufuhr führt die ECU 80 verschiedene andere Steuerungen und Regelungen aus, die sich auf den Betriebszustand des Motors 1 beziehen, wie beispielsweise eine Reduktionszufuhrsteuerung (Kraftstoff), eine Steuerung, die durchgeführt wird bei der Zufuhr eines Reduktionsmittels (beispielsweise Kraftstoff, der als ein Reduktionsmittel dient) zum Bestimmen der Kraftstoffmenge, die eingespritzt werden soll, und einer Zeitgebung für die Zufuhr des Kraftstoffs.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist das Abgasreinigungssystem des Motors 1 durch das Kraftstoffzufuhrsystem 10 gebildet, das angeordnet ist für die Zufuhr des Kraftstoffs zu jedem Zylinder über ein entsprechendes der Kraftstoffeinspritzventile 13, den NOx- Katalysator und das Partikelfilter, das in dem Abgassystem 40 angeordnet ist, die ECU 80, die betreibbar ist zum Steuern und Regeln der Funktionen des Kraftstoffzufuhrsystems 10, den NOx- Katalysator, das Partikelfilter und andere Komponenten. Somit werden die Steuerungen einschließlich der vorstehend beschriebenen Kraftstoffzufuhrsteuerung durch die Betriebe der ECU 80 durchgeführt, die Anweisungssignale erzeugt, die sich auf die Steuerungen beziehen, und die anderen Komponenten, die das Abgasreinigungssystem bilden.
Als nächstes wird die Bauweise und Funktion des Katalysatorgehäuses 42, das in dem Abgassystem 40 als eine der Komponenten, die den Motor 1 bilden, vorgesehen ist, detailliert beschrieben.
Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht eines Abschnitts der internen Struktur des in Fig. 1 gezeigten Katalysatorgehäuses 42. Das Katalysatorgehäuse 42 nimmt das Partikelfilter 42a auf, das den Speicherreduktions-NOx- Katalysator 42b trägt.
Der NOx-Katalysator 42b umfasst einen Stütze, die beispielsweise aus Aluminium (Al2O3) als ihr Hauptmaterial gebildet ist, zumindest ein Element, das an der Oberfläche der Stütze getragen wird und ausgewählt ist aus Alkalimetallen wie beispielsweise Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Cäsium (Cs), Alkalierdemetalle, wie beispielsweise Barium (Ba), Calcium (Ca) und seltene Erdmetalle wie beispielsweise Ytrium (Y) und zumindest ein Edelmetall, das als ein Oxidationskatalysator (Edelmetallkatalysator dient), wie beispielsweise Platin (Pt) die auch auf der Stütze getragen werden.
Das Partikelfilter 42a ist aus einem porösem Material wie beispielsweise Kordierit gebildet. Da jedes Ende des Partikelfilters 42a geschlossen ist, tritt das Abgas, das eingeströmt ist in einen Einlassabgaskanal, durch eine Umgebungsteilung hindurch, die aus einem porösem Material gebildet ist, und tritt in einen benachbarten Ausgangsabgaskanal ein, wie durch Pfeile in Fig. 3 gezeigt ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist bei dem Partikelfilter 42a eine Schicht der Stütze, die aus Aluminium oder dergleichen ausgebildet ist, an einer Oberfläche der Teilung vorgesehen und an eine internen Fläche von jeder Pore der Teilung. An dieser Stütze wird der NOx-Katalysator 42b getragen, der aus dem Edelmetallkatalysator und einem NOx-Absorptionsmittel gebildet ist.
Das NOx-Absorptionsmittel hat eine Speichereigenschaft (Absorption) bezüglich NOx, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, und eine Freigabeeigenschaft bezüglich der NOx, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas niedrig ist. Wenn die NOx in das Abgas freigegeben werden, wobei Substanzen wie bespielsweise HC und CO vorhanden sind, fördert der Edelmetallkatalysator auch die Oxidation der HC und CO und veranlasst somit die Oxidationsreduktionsreaktionen zwischen NOx als eine Oxidationssubstanz und HC und CO als eine Reduktionssubstanz. In Folge dessen werden HC und CO jeweils zu CO2 und H2O oxidiert, wohingegen NOx zu N2 reduziert wird.
Bei der Oxidation von HC, die durch den Edelmetallkatalysator gefördert wird, der den NOx-Katalysator 42b wie vorstehend beschrieben bildet, wird hier eine Reaktionswärme erzeugt, um die Betttemperatur des NOx- Katalysators 42b zu erhöhen.
Wenn das NOx-Absorptionsmittel die NOx mit einer vorgegebenen Grenzmenge absorbiert hat, hält es übrigens die Speicherung weiterer NOx an, selbst wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist. In dem Motor 1 wird deshalb ein Reduktionsmittel zu einem Abschnitt des Abgaskanals stromaufwärts des Katalysatorgehäuses 42 zugeführt, um den NOx-Katalysator 42b zu reaktivieren durch eine Reduktion und somit die absorbierten NOx zu beseitigen. Diese Steuerung wird wiederholt durchgeführt bei vorgegebenen Intervallen, um eine NOx-Speicherkapazität (eine NOx-Absorptionskapazität) des NOx-Katalysators 42b wiederherzustellen bevor NOx mit der Grenzmenge gespeichert werden (absorbiert werden).
Der NOx-Katalysator 42b, der an dem Partikelfilter 42a getragen wird, wird erwärmt, während eine Reihe von den Prozessen zum Fangen, Vermindern und Beseitigen der NOx wie vorstehend beschrieben wiederholt durchgeführt wird. Dabei erzeugt der NOx-Katalysator auf sekundäre Weise aktiven Sauerstoff. Wenn das Abgas durch das Partikelfilter 42a hindurchtritt, werden Fremdstoffe, die in dem Abgas enthalten sind, wie beispielsweise Ruß durch das poröse Material gefangen. Die gefangenen Fremdstoffe reagieren sofort mit dem aktiven Sauerstoff, der als ein Oxidationsmittel mit einer äußerst hohen Reaktionsfähigkeit (Aktivität) wirkt. Somit werden die Fremdstoffe ohne Erzeugung von leuchtenden Flammen an dem NOx-Katalysator 42b beseitigt, der in Folge der Zufuhr des Kraftstoffs erwähnt wird.
Nachfolgend werden Prozesse und Verfahren der Beseitigung der NOx detailliert beschrieben.
Bei Dieselmotoren ist im Allgemeinen die Sauerstoffkonzentration in den Luftkraftstoffgemischen, die in den Brennkammern verbrannt werden sollen, bei den meisten Betriebsbereichen der Motoren hoch. Normalerweise wird die Sauerstoffkonzentration in einem Luftkraftstoffgemisch vor der Verbrennung in den Brennkammern direkt wiedergespiegelt durch die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas. Insbesondere vermindert sich die Sauerstoffkonzentration in dem Luftkraftstoffgemisch nach seiner Verbrennung um einen Grad in Übereinstimmung mit der Menge des Sauerstoffs, die bei der Verbrennung verwendet wird. Wenn die Sauerstoffkonzentration (Luftkraftstoffverhältnis) in dem Luftkraftstoffgemisch hoch ist, wird deshalb die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas grundsätzlich hoch auf eine ähnliche Weise.
Wie vorstehend beschrieben ist, hat der NOx-Katalysator 42b eine Speichereigenschaft bezüglich NOx, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, und eine Verminderungseigenschaft bezüglich NOx zu NO2 oder NO, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas niedrig ist. Somit setzt der NOx-Katalysator die Absorption von NOx fort so lange wie die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist. Die Menge der NOx, die in dem NOx-Katalysator gespeichert werden kann, ist jedoch wie vorstehend beschrieben begrenzt. Wenn der NOx- Katalysator 42b bereits NOx absorbiert hat mit der Grenzmenge, werden die NOx aus dem Abgas nicht gefangen deshalb durch den NOx-Katalysator, sondern treten wie sie sind durch das Katalysatorgehäuse 42 hindurch.
Bei dem vorstehenden Fall muss ein Reduktionsmittel auf das NOx-Absorptionsmittel aufgebracht werden zum Wiederherstellen der NOx-Speicherkapazität des NOx-Katalysators wie vorstehend beschrieben ist. Wenn der Kraftstoff auf eine normale Weise eingespritzt wird, ist es jedoch schwierig bezüglich der Motorbauweise, ein Abgas zu erzeugen, das viel Kraftstoff enthält, der als ein Reduktionsmittel dient.
Bei dem Ausführungsbeispiel wird deshalb der Kraftstoff in das Abgas zugeführt unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren. Ein Verfahren besteht in der Zufuhr von unverbrannten Kraftstoff durch Einspritzen eines Sekundärkraftstoffs zusätzlich zu einem Hauptkraftstoff für die Umwandlung in Energie in jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine und das andere Verfahren besteht in dem Einspritzen von Kraftstoff in das Abgas hinein unter Verwendung der Kraftstoffzufuhreinrichtung, die in dem Abgaskanal vorgesehen ist. Unter Verwendung eines oder beider dieser Verfahren wird die Menge des Reduktionsmittels in dem Abgas erhöht, um die NOx-Speicherkapazität des NOx-Katalysators wiederherzustellen.
Die ECU 80 des Motors 1 erfasst kontinuierlich die NOx- Konzentration in dem Abgas in einem Abschnitt des Abgassystems 40 stromabwärts des NOx-Katalysators 42b auf der Grundlage eines Ausgangssignals von dem NOx-Sensor 75. Die NOx- Speicherkapazität (die NOx-Speichereffizienz) des NOx- Katalysators 42b vermindert sich, wenn sich die Menge der in dem NOx-Katalysator 42b gespeicherten NOx erhöht, in anderen Worten wenn die in dem NOx-Katalysator 42b gespeicherte NOx- Menge näher einer Maximalmenge kommt (einer Sättigungsmenge) der NOx, die in dem NOx-Katalysator 42b gespeichert werden können. Das heißt, wenn die Menge der in dem NOx-Katalysator 42b gespeicherten NOx sich erhöht, tritt eine größere NOx-Menge durch das Katalysatorgehäuse 42 hindurch, wie sie abgegeben werden soll auf der stromabwärtigen Seite, wodurch die NOx- Konzentration in dem Abgas erhöht wird. Mit einer derartigen korrelativen Beziehung zwischen der NOx-Konzentration in dem Abgas und der in dem NOx-Katalysator 42b gespeicherten NOx- Menge ist es möglich, die Menge der NOx zu bestimmen, die in dem NOx-Katalysator 42b gespeichert ist auf der Grundlage der erfassten NOx-Konzentration.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist somit die ECU 80 angeordnet zum Bestimmen, dass die in dem NOx-Katalysator 42b gespeicherte NOx-Menge eine vorgegebene Menge erreicht hat, wenn die NOx- Konzentration in einem Abschnitt des Abgassystems 40 stromabwärts des Katalysatorgehäuses 42 einen vorgegebenen Wert überschreitet. Wenn ermittelt wird, dass NOx gespeichert sind mit der vorgegebenen Menge, wird Kraftstoff zu einem Abschnitt des Abgassystem 40 stromaufwärts des Katalysatorgehäuses 42 zugeführt. Insbesondere wird Kraftstoff in das Abgas hinein zugeführt als unverbrannter Kraftstoff unter Verwendung der Kraftstoffzufuhreinrichtung, wodurch die Menge des Reduktionsmittels in dem Abgas zeitweilig erhöht wird. Dabei vermindert sich das Luftkraftstoffverhältnis, um zu veranlassen, dass in dem Katalysator gespeicherte NOx mit dem Kraftstoff reagieren, der als ein Reduktionsmittel dient, um dadurch beseitigt zu werden.
Als nächstes werden die Prozesse und Verfahren zum Beseitigen von Fremdstoffen (die nachfolgend als PM bezeichnet werden) beschrieben, die in dem Abgas enthalten sind.
Wie NOx werden die Fremdstoffe unter Verwendung des Kraftstoffes beseitigt. Die Beseitigung der NOx wird bewirkt unter Anwendung chemischer Reaktionen zwischen HC als eine Hauptkomponente des Kraftstoffs und NOx, wie vorstehend beschrieben ist. Bei der Beseitigung der Fremdstoffe wird andererseits HC hauptsächlich als eine Wärmequelle angewandt, um die Betttemperatur des Katalysators zu erhöhen, so dass Fremdstoffe und Sauerstoff (O2) aktiviert werden, um eine Oxidation der Fremdstoffe zu veranlassen und diese somit zu beseitigen.
Das heißt, dass die Beseitigung der Fremdstoffe bewirkt wird unter Verwendung des Kraftstoffs als eine Wärmequelle in dem Partikelfilter 42a, nämlich durch Anwenden der Verbrennungsreaktivität des Kraftstoffs.
Bei einem Beispiel eines Steuerverfahrens zum Beseitigen von Fremdstoffen auf die vorstehende Weise führt die ECU 81 ein Programm aus, das in dem ROM 82 gespeichert ist, um eine Vergleichsbeurteilung durchzuführen an einer Betriebsgeschichte, die in dem Sicherungs-RAM 84 aufgezeichnet ist, einem Signal von dem Drucksensor 90, der in dem Abgaskanal angeordnet ist und so weiter. Die Betriebsgeschichte wird eingerichtet auf der Grundlage der Ausgangssignale von dem Gaspedalöffnungssensor 76, dem Kurbelwinkelsensor 77, dem Zeitzähler 85 und anderen Komponenten. Gemäß dem Ergebnis der Beurteilung wird ermittelt, ob die Zufuhr des Kraftstoffs als ein Prozess zum Beseitigen der Fremdstoffe durchgeführt werden soll.
Bei dem Beseitigen der Fremdstoffe wird der Kraftstoff auch bei dem selben Verfahren zugeführt, wie es zum Beseitigen von NOx eingesetzt wird. Das heißt ein Verfahren besteht im Durchführen einer Sekundärkraftstoffeinspritzung (Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung). Bei der Sekundärkraftstoffeinspritzung wird ein Teil des Hauptkraftstoffs, der zu Energie umgewandelt werden soll in jeder Brennkammer der Brennkraftmaschine, eingespritzt nach dem der Verbrennungsprozess des Hauptkraftstoffs beendet ist, wodurch unverbrannter Kraftstoff in das Abgas zugeführt wird, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Das andere Verfahren besteht in der Schaffung eines Kraftstoffeinspritzvorrichtung oder -Geräts in dem Abgaskanal (Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung). Bei diesem Verfahren wird der Kraftstoff direkt in das Abgas hinein eingespritzt, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Diese Verfahren haben unterschiedliche Eigenschaften und die Eigenschaft von jedem Verfahren ist einer von wiederzuspiegelten Faktoren bei der vorstehenden Beurteilung, ob die Zufuhr des Kraftstoffs ausgeführt werden soll.
Nachfolgend werden die Eigenschaften der Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung und der Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung jeweils beschrieben.
Zunächst hat die Verbrennungskammerkraftstoffzufuhreinrichtung die folgenden Eigenschaften:

1. Da der Kraftstoff in jede Brennkammer hinein eingespritzt wird, wird der Kraftstoff ausreichend zerstäubt.
2. Da der Kraftstoff zerstäubt wird und somit in aktiviertem Zustand in das Katalysatorgehäuse 42 eingeführt wird, tritt eine Verbrennungsreaktion des Kraftstoffs auf, selbst wenn die Betttemperatur des Katalysators bei einer ersten Temperatur liegt (die bei etwa 200°C angenommen wird), einer Minimaltemperatur, die erforderlich ist zum Veranlassen einer Verbrennungsreaktion des Kraftstoffs, der zerstäubt und somit aktiviert ist.
3. Die Kraftstoffeinspritzmenge kann nicht direkt gesteuert werden, da sie von der erforderlichen Kraftstoffmenge abhängig ist, die bestimmt wird auf der Grundlage des Niederdrückungsbetrags des Gaspedals. Eine große Kraftstoffmenge kann übrigens nicht verwendet werden.
4. Der Kraftstoff kann nicht zugeführt werden, wenn der Motor mit einer hohen Last betrieben wird oder wenn der Motor gestartet wird, um das Erzeugen einer Drehmomentabstufung oder dergleichen zu vermeiden.

Andererseits hat die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung die folgenden Eigenschaften:

1. Da der Kraftstoff in den Abgaskanal hinein eingespritzt wird, wird befürchtet, dass der Kraftstoff nicht zerstäubt wird, sondern an der Innenfläche des Abgaskanals anhaftet, um daran zu kondensieren, außer wenn die Temperatur des Abgases gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist (die bei etwa 300°C angenommen wird).
2. Es kann passieren, dass der Kraftstoff nicht vollständig zerstäubt wird und deshalb ein Teil des Kraftstoffs in das Katalysatorgehäuse 42 hineinfließt in der Gestalt von Kraftstofftröpfchen. Dabei wird dem Filter die Wärme als latente Wärme entzogen zum vollständigen Zerstäuben des Kraftstoffgases einschließlich der Kraftstofftröpfchen. Deshalb wird eine dritte Temperatur (die bei etwa 250°C angenommen wird), die höher als die erste Temperatur ist, als die Minimaltemperatur eingesetzt, die erforderlich ist zum Veranlassen einer Verbrennungsreaktion des Kraftstoffs an dem Filter.
3. Der Kraftstoff wird von einem separaten Kraftstoffzufuhrsystem zugeführt, gegenüber dem für die Zufuhr des Kraftstoffs, der bei der Motorverbrennung verwendet wird, deshalb ist es möglich, die Zufuhr des Kraftstoffs unabhängig von dem Betrieb des Motors auszuführen und die Einspritzmenge direkt zu steuern. Des Weiteren kann eine große Kraftstoffmenge verwendet werden.

Die Eigenschaften der Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung und der Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung werden folgendermaßen zusammengefasst. Zunächst kann gemäß der Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung der Kraftstoff zugeführt werden, selbst wenn die Betttemperatur des Katalysators niedrig ist, obwohl das Hinzufügen des Kraftstoffs angewandt wird in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors. Eine große Kraftstoffmenge kann jedoch nicht verwendet werden und die Einspritzmenge kann nicht einfach eingestellt werden. Gemäß der Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung kann andererseits der Kraftstoff unabhängig von dem Betriebszustand des Motors zugeführt werden und die Einspritzmenge kann einfach eingestellt werden. Die Betttemperatur des Katalysators muss jedoch hoch sein und die Temperatur des Abgaskanals ist beschränkt.
Als nächstes werden Steuerungen beschrieben, die ausgeführt werden zum Ermitteln, ob die Zufuhr des Kraftstoffs ausgeführt werden soll. Die Programme werden bestimmt auf der Grundlage der Eigenschaften der jeweiligen Kraftstoffzufuhrverfahren. Wenn bestimmt wird, dass es notwendig ist, die gespeicherten Fremdstoffe zu beseitigen, wird zunächst eine Katalysatorausgangsabgastemperatur, das heißt eine Temperatur des Abgases, das von dem Katalysator herausströmt, mittels des Abgastemperatursensors 74 gemessen. Wenn der Kraftstoff zugeführt wird, wenn die Temperatur in dem Katalysatorgehäuse 42 in einem Hochtemperaturbereich (≥ 700°C) liegt, erhöht sich die Temperatur weiter, was zu einer Wärmeverschlechterung des NOx-Katalysators 42b führen kann. Die vorstehende Messung wird hauptsächlich durchgeführt um die Zufuhr des Kraftstoffs zu verbieten, wenn die Temperatur in dem Katalysatorgehäuse 42 in dem Hochtemperaturbereich liegt.
Als nächstes wird eine Steuerung beschrieben zum Ermitteln, ob die Zufuhr des Kraftstoffs durch die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung ausgeführt werden soll. Nach dem die Katalysatorausgangsabgastemperatur wie vorstehend beschrieben gemessen ist, wird bestimmt, ob der Motor sich bei einem Hochlastzustand befindet, auf der Grundlage von Signalen von dem Gaspedalöffnungssensor 76 und dem Kurbelwinkelsensor 77 und die Temperatur eines Motorkühlmittels wird mittels eines (nicht gezeigten) Wassertemperaturmessgeräts gemessen. Die Motordrehzahl ist insbesondere instabil unmittelbar nach dem Start des Motors und deshalb wird dabei der Kraftstoff nicht zugeführt. Bei dem Ausführungsbeispiel wird demgemäß die gemessene Kühlmitteltemperatur verwendet als eines der Kriterien zum ermitteln, ob der Motor nach dem Start des Motors aufgewärmt wurde. Als nächstes wird die Betttemperatur des Katalysators mittels des Filterbetttemperatursensors 79 gemessen. Wenn ermittelt wird, dass die Betttemperatur gleich oder höher als die erste Temperatur (200°C) ist, wird der Kraftstoff in die Brennkammern hinein zugeführt.
Als nächstes wird eine Steuerung beschrieben zum Ermitteln, ob der Kraftstoff durch die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung zugeführt werden soll. Nach dem die Katalysatorausgangsabgastemperatur wie vorstehend beschrieben gemessen ist, wird eine Katalysatoreingangsabgastemperatur, das heißt eine Temperatur des Abgases, das in das Katalysatorgehäuse 42 hineinströmt, mittels des Katalysatoreingangsabgastemperatursensors 78 gemessen. Obwohl es tatsächlich zu bevorzugen ist, die Temperatur des Abgases bei dem Kraftstoffeinspritzabschnitt tatsächlich zu messen, ist es schwierig bezüglich der Anordnung der Sensoren. Bei dem Ausführungsbeispiel wird deshalb die Katalysatoreingangstemperatur gemessen und die Temperatur des Abgases bei dem Kraftstoffeinspritzabschnitt wird geschätzt aus der erfassten Katalysatoreingangsabgastemperatur. Wenn die Katalysatoreingangsabgastemperatur gleich oder höher als die zweite Temperatur (300°C) ist, dann wird die Betttemperatur des Katalysators mittels des Filterbetttemperatursensors 79 gemessen. Wenn die Betttemperatur gleich oder höher als die dritte Temperatur ist (250°C) ist, wird der Kraftstoff in den Abgaskanal hinein zugeführt und die Kraftstoffzufuhrsteuerung zum beseitigen der Fremdstoffe wird beendet.
Nachfolgend wird die Prozedur einer "Kraftstoffzufuhrsteuerung" detailliert unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm von Fig. 6 beschrieben, die durch die ECU 80 des Motors 1 bei dem Ausführungsbeispiel durchgeführt werden soll.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm von Prozessen einer "Partikelfilterbeseitigungsroutine", eine Routine, die angewandt werden soll zum Steuern des Kraftstoffzufuhrverfahrens und der Kraftstoffzufuhrmenge beim Durchführen einer Partikelbeseitigungssteuerung. Die ECU 80 startet die Anwendung einer Routine bei derselben Zeit wie der Start des Motors 1.
Wenn diese Routine gestartet wird, ermittelt die ECU 80 zunächst beim Schritt S101, ob es notwendig ist, die Partikelbeseitigungssteuerung auf der Grundlage der Betriebsgeschichte, eines Signals von dem Drucksensor 90 und anderer Komponenten durchzuführen. Die Betriebsgeschichte wird eingerichtet durch Akkumulieren von Betriebsdaten, die erhalten werden über den Gaspedalöffnungssensor 76, den Kurbelwinkelsensor 77, den Zeitzähler 85 und so weiter. Wenn ermittelt wird, dass es unnötig ist, die Partikelbeseitigungssteuerung durchzuführen, dann schreitet die ECU 80 zum Schritt S112 und zum Schritt S113 fort, um eine normale Verbrennung durchzuführen ohne Ausführen entweder der Brennkammerkraftstoffzufuhr oder der Abgaskraftstoffzufuhr und die ECU 80 beendet danach die Routine. Wenn im Gegensatz beim Schritt S101 ermittelt wird, dass die Partikelbeseitigungssteuerung durchgeführt werden muss, schreitet die ECU 80 zum Schritt S102 fort.
Beim Schritt S102 ermittelt die ECU 80 den Zustand des Katalysatorgehäuses 42 auf der Grundlage der Katalysatorausgangsabgastemperatur. Wenn die Katalysatorausgangsabgastemperatur gleich oder höher als 700°C ist, schreitet die ECU 80 zum Schritt S112 und zum Schritt S213 fort, um eine normale Verbrennung durchzuführen ohne Ausführen entweder der Brennkammerkraftstoffzufuhr oder der Abgaskanalkraftstoffzufuhr und die ECU 80 beendet danach die Routine. Wenn im Gegensatz beim Schritt S102 ermittelt wird, dass die Katalysatorausgangsabgastemperatur niedriger als 700°C ist, schreitet die ECU 80 zum Schritt S103 fort.
Bei den folgenden Schritten nach dem Schritt S102 werden Prozesse durchgeführt zum Ermitteln, ob die Brennkammerkraftstoffzufuhr ausgeführt werden kann. Zunächst wird die Kühlmitteltemperatur des Motors 1 beim Schritt S103 gemessen. Wenn die Kühlmitteltemperatur niedriger als 60°C ist, schreitet die ECU 80 zum Schritt S107 und zum Schritt S108 fort ohne Ausführen der Brennkammerkraftstoffzufuhr. Wenn im Gegensatz die Kühlmitteltemperatur gleich oder höher als 60°C ist, schreitet die ECU 80 zum Schritt S104 fort.
Beim Schritt S104 ermittelt die ECU 80 den Lastzustand des Motors. Wenn ermittelt wird, dass der Motor bei einer hohen Last betrieben wird, schreitet die ECU 80 zum Schritt S107 und zum Schritt S108 fort ohne Ausführen der Brennkammerkraftstoffzufuhr. Wenn im Gegensatz der Motor bei niedriger Last betrieben wird, schreitet die ECU 80 zum Schritt S105 fort.
Beim Schritt S105 wird die Betttemperatur des Katalysators gemessen. Wenn die Betttemperatur niedriger als 200°C ist, schreitet die ECU 80 zum Schritt S107 und zum Schritt S108 fort ohne Ausführen der Brennkammerkraftstoffzufuhr. Wenn im Gegensatz die Betttemperatur gleich oder höher als 200°C ist, schreitet die ECU 80 zum Schritt S106 fort, um die Brennkammerkraftstoffzufuhr auszuführen und schreitet danach zum Schritt S108 fort.
Von S108 werden Prozesse durchgeführt zum Ermitteln, ob die Abgaskanalkraftstoffzufuhr ausgeführt werden kann. Zunächst wird die Katalysatoreingangsabgastemperatur beim Schritt S108 gemessen. Wenn die Katalysatoreingangsabgastemperatur niedriger als 300°C ist, schreitet die ECU 80 zum Schritt S111 fort, um die Routine zu beenden ohne Ausführen der Abgaskanalkraftstoffzufuhr. Wenn im Gegensatz die Katalysatoreingangsabgastemperatur gleich oder höher als 300°C ist, schreitet die ECU 80 zum Schritt S109 fort.
Beim Schritt 109 wird die Betttemperatur des Katalysators gemessen. Wenn die Betttemperatur niedriger als 250°C ist, schreitet die ECU 80 zum Schritt S111 fort, um die Routine zu beenden ohne Ausführen der Abgaskanalkraftstoffzufuhr. Wenn im Gegensatz die Betttemperatur gleich oder höher als 250°C ist, schreitet die ECU 80 zum Schritt S110 fort, um die Abgaskanalkraftstoffzufuhr auszuführen und beendet danach die Routine.
Bei der vorstehend beschriebenen Routine ermittelt die ECU 80 zunächst, ob die Brennkammerkraftstoffzufuhr ausgeführt wird und ermittelt dann, ob die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung ausgeführt wird. Tatsächlich werden diese beiden Kraftstoffzufuhrsteuerungen vorzugsweise unabhängig voneinander durchgeführt und sind in separaten Steuerroutinen repräsentiert. In der Routine des Ausführungsbeispiels ermittelt die ECU 80 jedoch die Durchführung der Brennkammerkraftstoffzufuhr und danach der Abgaskanalkraftstoffzufuhr für eine Vereinfachung der Steuerung. Wenn im Gegensatz die ECU 80 angeordnet ist, um die Durchführung der Abgaskanalkraftstoffzufuhr durchzuführen und danach die Brennkammerkraftstoffzufuhr, macht diese somit keinen Unterschied bei der tatsächlichen Steuerung.
Nachfolgend wird ein abgewandeltes Beispiel des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels beschrieben, wobei ein Katalysatorgehäuse 110 einschließlich einer Filtervorrichtung 142, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, an Stelle des Katalysatorgehäuses 42 (Filtervorrichtung) verwendet wird. Fig. 7 stimmt übrigens mit Fig. 3 überein.
Dieses abgewandelte Beispiel unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Katalysator 120 mit einer Oxidationseigenschaft, wie bespielsweise ein sogenannter Oxidationskatalysator stromaufwärts des Filters 42a (142a in Fig. 7) der Filtervorrichtung 42 (142 in Fig. 7) angeordnet ist; ein Abgastemperatursensor 178 vorgesehen ist zwischen dem Katalysator 120 und dem Filter 142a; und der Filterbetttemperatursensor 79 nicht vorgesehen ist. Bei dem abgewandelten Beispiel wird somit das Katalysatorgehäuse 110 durch den Katalysator 120, das Filter 142a und den Abgastemperatursensor 178 gebildet.
Bei dem Katalysatorgehäuse 110 sind insbesondere das Filter 142a der Filtervorrichtung 142 und der Katalysator 120, der ein Katalysator einer Honigwabenstruktur ist mit einer Oxidationseigenschaft (beispielsweise ein Oxidationskatalysator, der Platin Pt trägt) und der stromaufwärts des Filters 142a angeordnet ist, in Reihe zueinander angeordnet, während sie voneinander beabstandet sind, und der Abgastemperatursensor 178 ist zwischen dem Katalysator 120 und dem Filter 142a vorgesehen.
Mit dieser Anordnung werden das Kraftstoffgas, das in das Abgas zugeführt wird bei der Sekundärkraftstoffeinspritzung und/oder das Kraftstoffgas einschließlich der Kraftstofftröpfchen, die in den Abgaskanal eingespritzt werden, verbrannt (oxidiert) an dem Oxidationskatalysator 120, wodurch die Temperatur des Abgases erhöht wird, das hindurchtritt. Wenn das somit erwärmte Abgas in das Filter 142a hinein strömt, veranlasst es, dass die gefangenen und gesammelten Fremdstoffe an dem Filter 142a oxidiert und somit davon beseitigt werden.
Es kann übrigens ein Katalysator mit einer Oxidationseigenschaft wie beispielsweise ein NOx-Katalysator, der Platin oder dergleichen trägt, als der Katalysator 120 verwendet werden, der stromaufwärts des Filters 142a angeordnet ist.
Der Oxidationskatalysator 120 ist stromaufwärts des Filters 142a bei dem abgewandelten Beispiel angeordnet, deshalb ist es unnötig, einen Katalysator an dem Filter 142a zu tragen. Ein Filter, der einen NOx-Katalysator trägt, der in Fig. 3 gezeigt ist, kann jedoch als das Filter 142a verwendet werden.
Nachfolgend wird eine Steuerprozedur beschrieben, die bei dem abgewandelten Beispiel eingesetzt wird.
Zunächst wird ermittelt, ob die Sekundärkraftstoffeinspritzung in die Brennkammer 20 der Brennkraftmaschine 1 hinein durchgeführt werden soll. Hier wird die Sekundärkraftstoffeinspritzung in der Brennkammer 20 der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt, wenn die Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor 178 erfasst wird, eine Temperatur erreicht, die veranlasst, dass Kraftstoffgas in dem Abgas oxidiert wird an dem Oxidationskatalysator 120 (beispielsweise 200°C oder höher).
Anschließend wird ermittelt, ob Kraftstoff in den Abgaskanal eingespritzt werden soll auf der Grundlage der folgenden beiden Bedingungen. Die erste Bedingung erfordert, dass die Abgastemperatur, die durch den Abgastemperatursensor 178 erfasst wird, hoch genug ist, um zu veranlassen, dass ein Kraftstoffgas einschließlich Kraftstofftröpfchen in dem Abgas an dem Oxidationskatalysator 120 oxidiert wird (beispielsweise 250°C oder höher). Die zweite Bedingung erfordert, dass die Temperatur (Abgastemperatur) in einem Abschnitt des Abgaskanals, in den Kraftstoff eingespritzt wird von der Kraftstoffzufuhrdüse 17, dessen Temperatur geschätzt wird auf der Grundlage der Betriebszustände des Motors 1 (das heißt Last- und Motordrehzahl), eine Temperatur ist, die eine Kondensation des Kraftstoffs nicht veranlasst, der in dem Abschnitt der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt wird (beispielsweise 300°C oder höher). Wenn diese beiden Bedingungen nicht erfüllt sind, wird Kraftstoff von der Kraftstoffzufuhrdüse 17 in den Abgaskanal hinein eingespritzt.
Des Weiteren ist es bei dem abgewandelten Beispiel mit dem Abgastemperatursensor 178, der zwischen dem Oxidationskatalysator 120 und dem Filter 142a angeordnet ist, möglich, die Temperatur des Abgases direkt zu erfassen, das erwärmt wird durch die Oxidation des Kraftstoffs, der darin enthalten ist, an dem Oxidationskondensator, der stromaufwärts des Abgastemperatursensors 178 angeordnet ist.
Übrigens sind die Temperaturen, die bei den jeweiligen Prozessen der Routine des Ausführungsbeispiels eingesetzt werden, nicht beschränkt, sondern können geändert werden in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschine und dem verwendeten Abgassystem. Beim Schritt S108 wird die Betttemperatur auch gemessen und verwendet zum Schätzen der Temperatur des Abgases bei dem Kraftstoffeinspritzabschnitt. Diese ist jedoch nur ein Verfahren zum Schätzen der Temperatur des Abgases bei dem Kraftstoffeinspritzabschnitt. Somit kann die Temperatur des Abgases bei dem Kraftstoffeinspritzabschnitt mit einem anderen Verfahren geschätzt werden beispielsweise auf der Grundlage der Kühlmitteltemperatur, der Ansauglufttemperatur, der Einspritzmenge, der Drehzahl und so weiter. Es kann nämlich jedes Verfahren eingesetzt werden so lange wie die Temperatur geschätzt werden kann. Dies gilt auch für die anderen Prozesse. Beispielsweise werden die Kühlmitteltemperatur und die Last des Motors jeweils bei den Schritten S103 und S104 der Routine ermittelt. Jeder dieser Prozesse stellt jedoch nur ein Beispiel der Prozesse zum Ermitteln dar, ob die Sekundärkraftstoffeinspritzung des Motors durchgeführt werden soll.
Wenn die Brennkammerkraftstoffzufuhr und die Abgaskanalkraftstoffzufuhr beide zulässig sind, kann auch eine oder beide durchgeführt werden. Wenn beispielsweise die vorgegebenen Temperaturen, die bei den jeweiligen thermischen Zuständen zum Durchführen der Abgaskanalkraftstoffzufuhr eingesetzt werden, ausreichend erfüllt sind wenn der Motor im Leerlauf läuft, ist es nicht notwendig, die Abgaskanalkraftstoffzufuhr auszuführen. Dabei können die in dem Katalysator gesammelten Fremdstoffe ausreichend beseitigt werden nur durch Durchführen der Brennkammerkraftstoffzufuhr. Wenn der Motor abwechselnd mit hoher Last und niedriger Last betrieben wird, können die Fremdstoffe auch ausreichend beseitigt werden nur durch Durchführen der Abgaskanalkraftstoffzufuhr während dem Betrieb des Motors mit niedriger Last ohne Durchführen der Brennkammerkraftstoffzufuhr.
Wie vorstehend beschrieben ist, führt das Abgasreinigungssystem der Erfindung die Zufuhr des Kraftstoffs durch in Abhängigkeit von den Zuständen der Brennkraftmaschine des Abgassystems, um die Temperatur des Partikelfilters zu erhöhen, was der Oxidation der Fremdstoffe dient, die in dem Abgas enthalten sind. Somit können die Fremdstoffe zuverlässig mit Effizienz beseitigt werden.
Insbesondere wählt das Abgasreinigungssystem der Erfindung ein geeignetes Kraftstoffzufuhrverfahren auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine und des thermischen Zustands des Abgassystems. Somit können die Fremdstoffe stabil an dem Filter verbrannt werden ohne Veranlassen einer Verschlechterung der Bestandteile des Abgases, das in das Katalysatorgehäuse einströmt, und wobei ein Verstopfen des Katalysatorgehäuses durch den zugeführten Kraftstoff verhindert wird.
Ein Abgasreinigungssystem und Verfahren für eine Brennkraftmaschine werden geschaffen, die eine Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung (13), die geeignet ist für die Zufuhr eines Teils eines Kraftstoffs, der in jeweilige Brennkammern (20) eingespritzt werden soll, als ein sekundär eingespritzter Kraftstoff, und eine Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung (17) verwenden, die geeignet ist zum direkten Zuführen von Kraftstoff in einen Abgaskanal hinein. Die Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung (13) wird verwendet, wenn eine sekundäre Kraftstoffeinspritzung durchgeführt werden kann und eine Betttemperatur eines Partikelfilters (42a) gleich oder höher als eine erste Temperatur ist. Die Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung (17) wird verwendet, wenn eine Temperatur des Abgaskanals gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist und die Betttemperatur des Filters (42a) gleich oder höher als eine dritte Temperatur ist.

Claims

1. Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine mit:
einer Partikelfiltervorrichtung (42, 142) zum Fangen von Fremdstoffen, die in dem Abgas der Brennkraftmaschine enthalten sind, wobei die Filtervorrichtung (42, 142) wiederhergestellt werden kann durch Verbrennen der Fremdstoffe, die durch das Filter gefangen werden, mittels der Zufuhr von Kraftstoff zu dem Abgas und Erhöhen der Temperatur des Filters durch Verbrennen des Kraftstoffs;
einer Brennkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung (13), die in einer Brennkammer des Motors vorgesehen ist, die nicht nur eine Hauptkraftstoffeinspritzung durchführen kann, die vorgesehen ist zum Erzeugen eines Drehmoments, sondern auch eine Sekundärkraftstoffeinspritzung, die vorgesehen ist zum Erhöhen der Temperatur der Filtervorrichtung (42, 142) durch Verbrennen dieses Kraftstoffes in dem Abgaskanal; und
einer Abgaskanalkraftstoffeinspritzvorrichtung (17), die in einem Abgaskanal des Motors stromaufwärts der Filtervorrichtung (42, 142) vorgesehen ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
wenn ein Wiederherstellprozess der Filtervorrichtung (42, 142) durchgeführt werden soll,
Kraftstoff zugeführt werden kann durch die Brennkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung (13), wenn eine Betttemperatur der Filtervorrichtung (42, 142) gleich oder höher als eine erste Temperatur ist, und
Kraftstoff zugeführt werden kann durch die Abgaskanalkraftstoffeinspritzvorrichtung (17), wenn eine Temperatur des Abgases gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist und die Betttemperatur der Filtervorrichtung (42, 142) gleich oder höher als eine dritte Temperatur ist.

2. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kraftstoff zugeführt wird durch eine oder beide aus der Brennkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung (13) und der Abgaskanalkraftstoffeinspritzvorrichtung (17), wenn die Betttemperatur der Filtervorrichtung (42, 142) gleich oder höher als die erste Temperatur ist, die eine Oxidation des Kraftstoffgases veranlasst, und die dritte Temperatur, die eine Oxidation des Kraftstoffgases einschließlich der Kraftstofftröpfchen veranlasst und eine Temperatur des Abgases in dem Abgaskanal gleich oder höher als die zweite Temperatur ist, die eine Kondensation des in den Abgaskanal eingespritzten Kraftstoffs nicht veranlasst.

3. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtervorrichtung (42, 142) ein Filter (42a, 142a) umfasst, das einen Katalysator trägt.

4. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur gleich oder höher als 200°C ist und die dritte Temperatur gleich oder höher als 250°C ist.

5. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Temperatur gleich oder höher als 300°C ist.

6. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter (42a, 142a) einen Speicherreduktions-NOx-Katalysator (42b) trägt, der geeignet ist zum Speichern von Stickoxiden, die in dem Abgas enthalten sind, wenn eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, und zum Reduzieren der gespeicherten Stickoxide, wenn die Sauerstoffkonzentration abnimmt und Kraftstoff vorhanden ist, der als ein Reduktionsmittel dient.

7. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, des Weiteren gekennzeichnet durch einen Filterbetttemperatursensor (79), der innerhalb der Filtervorrichtung (42) angeordnet ist zum Erfassen dessen Temperatur.

8. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, des Weiteren gekennzeichnet durch einen Abgastemperatursensor (78, 178), der stromaufwärts der Filtervorrichtung (42, 142) angeordnet ist zum Erfassen der Temperatur des Abgases.

9. Abgasreinigungssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 8, des Weiteren gekennzeichnet durch einen Abgassensor (74), der stromabwärts der Filtervorrichtung (42, 142) vorgesehen ist, der geeignet ist zum Erfassen einer Temperatur des Abgases, das aus dem Katalysator herausströmt.

10. Abgasreinigungsverfahren für eine Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine folgendes aufweist:
eine Partikelfiltervorrichtung (42, 142) zum Fangen von Fremdstoffen, die in dem Abgas der Brennkraftmaschine enthalten sind, wobei die Filtervorrichtung (42, 142) wiederhergestellt werden kann durch Verbrennen der Fremdstoffe, die durch das Filter gefangen werden, mittels der Zufuhr von Kraftstoff zu dem Filter und Erhöhen der Temperatur des Filters durch Verbrennen des Kraftstoffs;
eine Brennkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung (13), die in einer Brennkammer des Motors vorgesehen ist, die nicht nur eine Hauptkraftstoffeinspritzung durchführen kann, die vorgesehen ist zum Erzeugen eines Drehmoments, sondern auch eine Sekundärkraftstoffeinspritzung, die vorgesehen ist zum Erhöhen der Temperatur der Filtervorrichtung (42, 142) durch Verbrennen dieses Kraftstoffes in dem Abgaskanal; und
eine Abgaskanalkraftstoffeinspritzvorrichtung (17), die in einem Abgaskanal des Motors stromaufwärts der Filtervorrichtung (42, 142) vorgesehen ist;
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Ermitteln der Notwendigkeit für einen Wiederherstellprozess der Filtervorrichtung (42, 142) und wenn die Notwendigkeit eines Wiederherstellprozesses ermittelt wird:
Ermitteln einer Betttemperatur der Filtervorrichtung (42, 142);
Ermitteln einer Abgastemperatur;
Ermöglichen einer Kraftstoffeinspritzung durch die Brennkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung (13), wenn eine Betttemperatur der Filtervorrichtung (42, 142) gleich oder höher als eine erste Temperatur ist; und
Ermöglichen einer Kraftstoffeinspritzung durch die Abgaskanalkraftstoffeinspritzvorrichtung (17), wenn eine Temperatur des Abgases gleich oder höher als eine zweite Temperatur ist und die Betttemperatur der Filtervorrichtung (42, 142) gleich oder höher als eine dritte Temperatur ist.

11. Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 10, des Weiteren gekennzeichnet durch den folgenden Schritt:
Einspritzen von Kraftstoff durch eine oder beide aus der Brennkammerkraftstoffeinspritzvorrichtung (13) und der Abgaskanalkraftstoffeinspritzvorrichtung (17), wenn die Betttemperatur des Filters (42, 142) gleich oder höher als die erste Temperatur ist, die eine Oxidation des Kraftstoffgases veranlasst, und die dritte Temperatur, die eine Oxidation des Kraftstoffgases einschließlich der Kraftstofftröpfchen veranlasst, und eine Temperatur des Abgases in dem Abgaskanal gleich oder höher als die zweite Temperatur ist, die eine Kondensation des in den Abgaskanal hinein eingespritzten Kraftstoffs nicht veranlasst.

12. Abgasreinigungsverfahren nach Anspruch 10 oder 11, des Weiteren gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Erfassen einer Temperatur des Abgases, das aus der Filtervorrichtung (42, 142) herausströmt; und
Verbieten der Zufuhr des Kraftstoffs von der Brennkammerkraftstoffzufuhreinrichtung (13) und der Abgaskanalkraftstoffzufuhreinrichtung (17), wenn die erfasste Temperatur des Abgases gleich oder höher als eine vorgegebene Temperatur ist, eine obere Grenztemperatur zum Gewährleisten, das eine Wärmeverschlechterung des Katalysators nicht veranlasst wird.