DE60208478T2

DE60208478T2 - Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60208478T2
Application number: DE60208478T
Authority: DE
Inventors: Shinya Toyota-shi Aichi-ken Hirota; Toshiaki Toyota-shi Aichi-ken Tanaka; Shunsuke Toyota-shi Aichi-ken Toshioka
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-10-04
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: EP1300554A2; EP1300554B1; EP1300554A3; DE60208478D1; JP2003113710A; US6708486B2; US20030066287A1; JP3899884B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Ein Partikelfilter, der ein aktivsauerstoff-freisetzendes Agens zur Freisetzung von Aktivsauerstoff und einen NO_x-Katalysator zum Reinigen von NO_x trägt, ist bereits angemeldet worden (japanische ungeprüfte Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2002-4837). Ein aktivsauerstoff-freisetzendes Agens oxidiert und entfernt die Partikel, die auf einem Partikelfilter abgeschieden worden sind, fortlaufend in einer kurzen Zeit durch Aktivsauerstoff. Andererseits absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, der Katalysator das NO_x im Abgas, während es, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Gases fett wird, das absorbierte NO_x freisetzt und das NO_x durch die Kohlenwasserstoffe im Abgas reduziert und reinigt.
Der in der oberen Patentanmeldung beschriebene Partikelfilter oxidiert nun fortlaufend eine um so größere Menge an Partikeln pro Zeiteinheit, je höher die Temperatur (nachfolgend als „die Filtertemperatur" bezeichnet) ist. D.h., die Menge an Partikeln (nachfolgend als „die Einheitsmenge der fortlaufenden Partikeloxidation" bezeichnet), die fortlaufend durch den in der oberen Patentanmeldung beschriebenen Partikelfilter oxidiert und entfernt werden kann, wird größer, je höher die Filtertemperatur ist. Daher gibt es eine Temperatur (nachfolgend als „die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation" bezeichnet), bei der die Partikel im einströmenden Gas kontinuierlich durch Oxidation entsprechend der Einheitsmenge der einströmenden Partikel für den Partikelfilter in der oberen Patentanmeldung entfernt werden.
Daher erfordert die obere Patentanmeldung, daß die Filtertemperatur derart gesteuert wird, daß die Filtertemperatur höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation wird, so daß die Einheitsmenge der fortlaufenden Oxidation an Partikeln größer als die Menge an Partikeln wird, die in den Partikelfilter pro Zeiteinheit einströmt (nachfolgend als „die Einheitsmenge an einströmenden Partikeln" bezeichnet).
Andererseits absorbiert der in der oberen Patentanmeldung beschriebene NO_x-Katalysator das NO_x einmal im voraus, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und reduziert, reinigt und setzt das absorbierte NO_x frei, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird. Um die NO_x-Reinigungsrate des NO_x-Katalysators insgesamt hoch zu halten, ist es daher erforderlich, die NO_x-Absorptionsrate des NO_x-Katalysators hoch zu halten. Hierbei kann der NO_x-Katalysator das NO_x bei einer hohen NO_x-Absorptionsrate absorbieren, wenn seine Temperatur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs ist (nachfolgend als der „NO_x-Absorptions-Temperaturbereich" bezeichnet). Daher ist es erforderlich, um die NO_x-Reinigungsrate des NO_x-Katalysators hoch zu halten, die Filtertemperatur im NO_x-Absorptions-Temperaturbereich zu halten.
Daher erfordert die obere Patentanmeldung, daß die Filtertemperatur derart gesteuert wird, daß die Temperatur des NO_x-Katalysators innerhalb des oberen NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs gehalten wird, wenn die Filtertemperatur derart gesteuert wird, daß die Einheitsmenge der fortlaufenden Oxidation der Partikel größer als die Einheitsmenge der einströmenden Partikel wird.
D.h., die obere Patentanmeldung erfordert, daß die Filtertemperatur derart gesteuert wird, daß die Filtertemperatur höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Absorptions-Temperaturbereich wird, um das Partikeloxidations-Ent fernungsniveau und das NO_x-Reinigungsniveau des Partikelfilters auf hohen Niveaus zu halten.
Ferner erfordert die obere Patentanmeldung, daß die Temperatur des Abgases, das vom Verbrennungsmotor abgegeben wird, angehoben wird und daß der Partikelfilter durch dieses Hochtemperatur-Abgas erwärmt wird, so daß die Filtertemperatur höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Absorptions-Temperaturbereich wird, wenn die Filtertemperatur geringer als die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs wird oder geringer als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation wird.
In der oberen Patentanmeldung wird jedoch, wenn das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert und gereinigt werden soll, Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter zugeführt, wodurch NO_x vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird, und das freigesetzte NO_x wird durch die Kohlenwasserstoffe (HC) im Abgas reduziert und gereinigt. Der in der oberen Patentanmeldung beschriebene NO_x-Katalysator kann jedoch das NO_x reduzieren und reinigen, wenn seine Temperatur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs (nachfolgend als der „NO_x-Reduktions-Temperaturbereich" bezeichnet) ist.
Um daher das NO_x mit einer hohen Reduktionsrate zu reduzieren, wenn dem Partikelfilter Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeführt wird, ist es erforderlich, daß die Filtertemperatur in diesem NO_x-Reduktions-Temperaturbereich gehalten wird. Ferner ist selbst während des Reduzierens und Reinigens des NO_x eine fortlaufende Oxidations- und Entfernungswirkung der auf dem Partikelfilter abgeschiedenen Partikel zu bevorzugen, um das Partikeloxidations-Entfernungsniveau hoch zu halten.
Im in der oberen Patentanmeldung beschriebenen Partikelfilter wird jedoch nichts beschrieben, was den Punkt der Steuerung der Filtertemperatur während der NO_x-Reduktion und -Reinigung betrifft. Daher bleibt Raum zur Anhebung des Partikeloxidations-Entfernungsniveaus und des NO_x-Reinigungsniveaus, ferner selbst für den in der oberen Patentanmeldung beschriebenen Partikelfilter.
EP 1 055 806 A2 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors wie im Oberbegriff nach Anspruch 1 offenbart.
Daher ist es ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die mit Partikelfiltern bereitgestellt wird bzw. ausgestattet ist, die fortlaufend Partikel oxidieren und entfernen können und NO_x reinigen können, wobei das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und das NO_x-Reinigungsniveau verbessert sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Aspekt der Erfindung zur Lösung der oberen Probleme stellt eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß dem beigefügten Anspruch 1 bereit.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung stellt den ersten Aspekt der Erfindung bereit, der gekennzeichnet ist durch Unterdrücken des Einströmens des Motorabgases zum Partikelfilter durch eine Abgasstrom-Umschaltvorrichtung, wenn durch eine Reduktions-Beurteilungsvorrichtung beurteilt wird, daß das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert werden sollte, und wenn die Temperatur des einen der Partikelfilter, der den NO_x-Katalysator trägt, für den beurteilt wird, daß das NO_x reduziert werden sollte, geringer ist als eine untere Temperatur des NO_x-Reduktions-Temperaturbereichs, durch Zuführen eines Abgases mit einem fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das eine Konzentration von Sauerstoff aufweist, die höher als eine vorbestimmte Konzentration ist, von der Verbrennungsvorrichtung zum Partikelfilter, um die Temperatur des Partikelfilters auf eine innerhalb des NO_x-Reduktions-Temperaturbereichs zu erhöhen, wenn die Temperatur der Verbrennungsvorrichtung geringer als die vorbestimmte Konzentration ist, und durch Zuführen eines Abgases mit einem fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das eine Konzentration von Sauerstoff aufweist, die geringer als die vorbestimmte Konzentration ist, von der Verbrennungsvorrichtung zum Partikelfilter, wenn die Temperatur des Partikelfilters eine im NO_x-Reduktions-Temperaturbereich wird. Demgemäß wird das Abgas mit einem fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter zum Reduzieren des NO_x nur zugeführt, wenn die Temperatur des Partikelfilters im NO_x-Reduktions-Temperaturbereich ist.
Ein dritter Aspekt der Erfindung stellt den ersten Aspekt der Erfindung bereit, der, wenn von der Reduktions-Beurteilungsvorrichtung beurteilt wird, daß das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert werden sollte, gekennzeichnet ist durch Unterdrücken des Einströmens des Motor-Abgases zu dem einen mit NO_x versorgten Partikelfilter, für den beurteilt wird, daß das NO_x reduziert werden sollte, und durch Zuführen eines Abgases mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungsvorrichtung zum Partikelfilter, um die Temperatur des Partikelfilters derart zu steigern, daß sie im NO_x-Reduktions-Temperaturbereich ist, wenn die Temperatur des einen Partikelfilters geringer ist als die untere Temperatur des NO_x-Reduktions-Temperaturbereichs, und durch Zuführen eines Abgases mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungsvorrichtung zum Partikelfilter, wenn die Temperatur des Partikelfilters derart wird, daß sie im NO_x-Reduktions-Temperaturbereich ist. Demgemäß wird das Abgas mit einem fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Reduzieren des NO_x dem Partikelfilter nur zugeführt, wenn die Temperatur des Partikelfilters im NO_x-Reduktions-Temperaturbereich ist.
Ein vierter Aspekt der Erfindung stellt den ersten Aspekt der Erfindung bereit, der durch Zuführen eines Abgases mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungsvorrichtung zum Partikelfilter gekennzeichnet wird, wenn die Reduktion des im NO_x-Katalysator absorbierten NO_x abgeschlossen ist. Demgemäß werden, wenn die Reduktion des im NO_x-Katalysator absorbierten NO_x abgeschlossen ist, die auf einem Partikelfilter abgesetzten Kohlenwasserstoffe durch das Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis abgebrannt, das von der Verbrennungsvorrichtung zum Partikelfilter zugeführt wird.
Ein fünfter Aspekt der Erfindung stellt einen des ersten bis vierten Aspekts der Erfindung bereit, der durch Bereitstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors, der geeignet ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das von einem Partikelfilter ausströmt, zu erfassen, und durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases gekennzeichnet ist, das von der Verbrennungsvorrichtung zum Partikelfilter auf Basis des Ausgangs (output) des Luft-Kraftstoff-Verhältnissensors zugeführt wird.
Ein sechster Aspekt der Erfindung stellt den ersten Aspekt der Erfindung bereit, der durch Unterdrücken des Einströmens des Motor-Abgases zu einem der Partikelfilter durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung zum Zeitpunkt des Motoranlassens und durch Zuführen von Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung zu einem Partikelfilter gekennzeichnet ist, um die Temperatur des einen Partikelfilters anzuheben. Demgemäß wird Abgas von der Verbrennungsvorrichtung einem Partikelfilter in einer Phase zugeführt, bei der die Menge an Motorabgas, die in den Partikelfilter strömt, verringert ist.
Ein siebter Aspekt der Erfindung stellt den sechsten Aspekt der Erfindung bereit, der gekennzeichnet ist durch Bereitstellen einer Motorbetriebs-Steuervorrichtung zum wahlweisen Ausführen eines ersten Motorbetriebs, bei dem der Motorbetrieb auf Basis eines erforderlichen Drehmoments und einer Motordrehzahl gesteuert wird, und eines zweiten Motorbetriebs, bei dem eine Abgabe eines Motorabgases, das eine Temperatur aufweist, die höher als die Temperatur des Motorabgases ist, das vom Motor abgegeben wird, wenn der erste Motorbetrieb ausgeführt wird, vom Motor bewirkt wird, und durch Ausführen der zweiten Motorbetriebsteuerung durch die Motorbetriebs-Steuervorrichtung, um einen Anstieg der Temperatur des anderen Partikelfilters zum Zeitpunkt des Motoranlassens zu bewirken. D.h., demgemäß wird einem der Partikelfilter Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung zugeführt, während dem anderen der Partikelfilter Motorabgas vom Motor zugeführt wird.
Ein achter Aspekt der Erfindung stellt den ersten Aspekt der Erfindung bereit, der gekennzeichnet ist durch Aufweisen des NO_x-Katalysators, der geeignet ist, einen Schwefel-Bestandteil im Abgas zu absorbieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und den absorbierten Schwefel-Bestandteil freizusetzen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird und seine Temperatur höher als eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur ist, bei welcher der absorbierte Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden kann; durch Bereitstellen einer Beurteilungsvorrichtung für die Schwefel-Bestandteil-Freisetzung zum Beurteilen, ob der im NO_x-Katalysator absorbierte Schwefel-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt werden sollte; durch Verursachen eines Anstiegs der Temperatur des Partikelfilters auf eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur, wenn durch die Beurteilungsvorrichtung für die Schwefel-Bestandteil-Freisetzung beurteilt wird, daß der im NO_x-Katalysator absorbierte Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden sollte, und die Temperatur eines der Partikelfilter, für den beurteilt wird, daß der Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden sollte, geringer als eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur ist und durch Unterdrücken des Einströmens des Motorabgases zum Partikelfilter durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung und Zuführen eines Abgases mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungsvorrichtung zum Partikelfilter, wenn die Temperatur des Partikelfilters die Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur erreicht.
Ein neunter Aspekt der Erfindung stellt den ersten Aspekt der Erfindung bereit, der gekennzeichnet ist durch Aufweisen des NO_x-Katalysators, der geeignet ist, einen Schwefel-Bestandteil im Abgas zu absorbieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und den absorbierten Schwefel-Bestandteil freizusetzen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird und seine Temperatur höher als eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur wird, bei welcher der absorbierte Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden kann; durch Bereitstellen einer Beurteilungsvorrichtung (judge means) für die Schwefel-Bestandteil-Freisetzung zur Beurteilung, ob der im NO_x-Katalysator absorbierte Schwefel-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt werden sollte; durch Verursachen eines Anstiegs der Temperatur des Partikelfilters auf eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur, wenn durch die Beurteilungsvorrichtung für die Schwefel-Bestandteil-Freisetzung beurteilt wird, daß der im NO_x-Katalysator absorbierte Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden sollte und die Temperatur des einen der Partikelfilter, für den beurteilt wird, daß der Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden sollte, geringer als eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur ist, und durch Unterdrücken des Einströmens des Motorabgases in den Partikelfilter durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung und durch abwechselndes Zuführen von Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und von Abgas mit einem magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungsvorrichtung zum Partikelfilter, wenn die Temperatur des Partikelfilters die Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur erreicht. Demgemäß wird, nachdem die Temperatur des Partikelfilters die Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur erreicht, der Schwefel-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt, obwohl der Anstieg dieser Temperatur unterdrückt wird.
Ein zehnter Aspekt der Erfindung stellt den neunten Aspekt der Erfindung bereit, der durch Magerhalten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases gekennzeichnet ist, das von der Verbrennungsvorrichtung dem Partikelfilter zugeführt wird, wenn der Schwefel-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird und die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
Ein elfter Aspekt der Erfindung stellt den achten oder neunten Aspekt der Erfindung bereit, der gekennzeichnet ist durch Bereitstellen einer Motorbetriebs-Steuervorrichtung zum wahlweisen Ausführen eines ersten Motorbetriebs, bei dem der Motorbetrieb auf Basis eines erforderlichen Drehmoments und einer Motordrehzahl gesteuert wird, und eines zweiten Motorbetriebs, um eine Abgabe eines Motorabgases durch den Motor zu bewirken, das eine Temperatur aufweist, die höher als die Temperatur des Motorabgases ist, die vom Motor abgegeben wird, wenn der erste Motorbetrieb ausgeführt wird, und durch Ausführen des zweiten Motorbetriebs durch die Motorbetriebs-Steuervorrichtung, um ein Anheben der Temperatur des einen der Partikelfilter, für den beurteilt wird, daß der Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden sollte, auf die Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur zu bewirken, wenn durch die Beurteilungsvorrichtung für die Schwefel-Bestandteil-Freisetzung beurteilt wird, daß der im NO_x-Katalysator absorbierte Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden sollte.
Ein zwölfter Aspekt der Erfindung stellt jeden des ersten bis elften Aspekts der Erfindung bereit, der durch Aufweisen der Verbrennungsvorrichtung gekennzeichnet ist, die das Motorabgas ansaugt und ein Verbrennen des Kraftstoffs durch den Sauerstoff im Motorabgas verursacht.
Ein 13. Aspekt der Erfindung stellt den zwölften Aspekt der Erfindung bereit, der durch Aufweisen einer Luft-Zufuhrvorrichtung zum Zuführen von Luft in das Motorabgas, das die Verbrennungsvorrichtung ansaugt, gekennzeichnet ist.
Ein 14. Aspekt der Erfindung stellt jeden des ersten bis elften Aspekts der Erfindung bereit, der durch Aufweisen der Verbrennungsvorrichtung gekennzeichnet ist, die Luft ansaugt und Abgas ansaugt.
Ein 15. Aspekt der Erfindung stellt den 14. Aspekt der Erfindung bereit, der durch Aufweisen der Verbrennungsvorrichtung gekennzeichnet ist, die das von einem Partikelfilter ausströmende Abgas ansaugt.
Ein 16. Aspekt der Erfindung stellt jeden des ersten bis elften Aspekts der Erfindung bereit, der durch Bereitstellen einer Ausström-Unterdrückungsvorrichtung zum Unterdrücken des Ausströmens des Abgases von stromabwärtsseitig eines Partikelfilters und durch Unterdrücken der Abgabe des Abgases stromabwärtsseitig zu einem der Partikelfilter durch die Ausström-Unterdrückungsvorrichtung gekennzeichnet ist, wenn das Einströmen des Motorabgases in einen der Partikelfilter durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung unterdrückt wird.
Ein 17. Aspekt der Erfindung stellt den 16. Aspekt der Erfindung bereit, der gekennzeichnet ist durch Bereitstellen eines Drucksensors zum Erfassen eines Drucks in Partikelfilter, durch Erfassen des Drucks in einem der Partikelfilter durch einen Drucksensor, wenn das Einströmen des Motorabgases in einen der Partikelfilter durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung unterdrückt wird und das Ausströmen des Abgases von stromabwärtsseitig des einen der Partikelfilter durch die Ausström-Unterdrückungsvorrichtung unterdrückt wird, und durch Steuern des Grads der Unterdrückung des Ausströmens durch die Ausström-Unterdrückungsvorrichtung, so daß der Druck in dem einen der Partikelfilter einen Druck nicht überschreitet, der so hoch ist, daß er den Betrieb der Verbrennungsvorrichtung behindert.
Ein 18. Aspekt der Erfindung stellt den ersten Aspekt der Erfindung bereit, der gekennzeichnet ist durch getrenntes Erstrecken der Motorabgasdurchlässe von einer Stromabwärtsseite der Partikelfilter über wenigstens vorbestimmte Strecken von den Partikelfiltern und durch Einstellen der vorbestimmten Strecken auf Strecken, bei denen das vom anderen der Partikelfilter ausströmende Motorabgas nicht zu einem der Partikelfilter stromabwärtsseitig strömt, wenn das Einströmen des Motorabgases in einen der Partikelfilter durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung unterdrückt wird, um zu verursachen, daß fast das gesamte Motorabgas in den anderen der Partikelfilter strömt.
Der 19. Aspekt der Erfindung stellt den ersten Aspekt der Erfindung bereit, der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Steuerventil zum Verhindern des Rückströmens eines Abgases von einem Partikelfilter zur Verbrennungsvorrichtung in einem Abgas-Zufuhrdurchlaß angeordnet ist, der das Abgas von der Verbrennungsvorrichtung dem Partikelfilter zuführt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird aus der Beschreibung der unten dargelegten bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit der beigefügten Zeichnung umfassender verständlich, in welcher:
1 eine Ansicht eines Verbrennungsmotors ist.
2 eine Ansicht einer Abgas-Reinigungsvorrichtung ist.
3 ein Flußdiagramm zur Ausführung des NO_x-Reinigungsverfahrens ist.
4 ein Flußdiagramm zur Ausführung des NO_x-Reduktionsverfahrens I ist.
5 ein Flußdiagramm zur Ausführung des NO_x-Reduktionsverfahrens II ist.
6 ein Flußdiagramm zur Ausführung der Filtertemperatur-Steuerung ist.
7 ein Flußdiagramm zur Ausführung des Temperatur-Anhebeverfahrens I ist.
8 ein Flußdiagramm zur Ausführung der Temperatur-Beurteilung ist.
9 ein Flußdiagramm zur Ausführung des S-Bestandteil-Freisetzungs-Verfahrens ist.
10 ein Flußdiagramm zur Ausführung des S-Bestandteil-Freisetzungs-Verfahrens I ist.
11 ein Flußdiagramm zur Ausführung der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung ist.
12 eine Ansicht ist, welche die Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform darstellt.
13 eine Ansicht ist, welche die Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform darstellt.
14 eine Ansicht ist, welche die Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform darstellt.
15 ein Flußdiagramm zur Ausführung der Abgas-Ventilsteuerung ist.
16 eine Ansicht ist, die eine Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform darstellt.
17 ein Flußdiagramm zur Ausführung des NO_x-Reduktionsverfahrens I ist.
18 ein Flußdiagramm zur Ausführung der Steuerventil-Steuerung ist.
19 eine Ansicht einer Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform ist.
20 eine Ansicht einer Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform ist.
21 eine Ansicht einer Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform ist.
22 eine Ansicht einer Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform ist.
23 ein Flußdiagramm zur Ausführung des NO_x-Reduktionsverfahrens I ist.
24 eine Ansicht einer Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform ist.
25 eine Ansicht einer Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform ist.
26 eine Ansicht einer Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform ist.
27 ein Flußdiagramm zur Ausführung der Luft-Steuerventil-Steuerung ist.
28A bis 28D Zeitdiagramme sind, welche die Veränderung der Sauerstoffkonzentration darstellen.
29 eine Ansicht einer Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform ist.
30A bis 30C Zeitdiagramme sind, welche die Veränderung der Sauerstoffkonzentration darstellen.
31 ein Flußdiagramm zur Ausführung des NO_x-Reduktionsverfahrens I ist.
32 ein Flußdiagramm zur Ausführung des NO_x-Reduktionsverfahrens I ist, das ein HC-Entfernungsverfahren enthält.
34 ein Flußdiagramm zur Ausführung des HC-Entfernungsverfahrens ist.
35 eine Ansicht einer Abgas-Reinigungsvorrichtung einer weiteren Ausführungsform ist.
36 ein Teil eines Flußdiagramms zur Ausführung der Motoranlaß-Steuerung ist.
37 ein Teil eines Flußdiagramms zur Ausführung der Motoranlaß-Steuerung ist.
38 ein Teil eines Flußdiagramms zur Ausführung der Motoranlaß-Steuerung ist.
39 ein Teil eines Flußdiagramms zur Ausführung der Motoranlaß-Steuerung ist.
40A und 40B Ansichten des Partikelfilters sind.
41A und 41B Ansichten zur Erklärung des Oxidationsvorgangs der Partikel sind.
42A bis 42C Ansichten zur Erklärung des Absetzvorgangs der Partikel sind.
43 eine Ansicht ist, die das Verhältnis zwischen der Einheitsmenge der fortlaufenden Partikeloxidation und der Temperatur des Partikelfilters darstellt.
44 eine Ansicht ist, welche die Erzeugungsmengen an Rauch und NO_x etc. darstellt.
45A und 45B Ansichten sind, die den Verbrennungsdruck darstellen.
46 eine Ansicht ist, die ein Kraftstoffmolekül darstellt.
47 eine Ansicht ist, die das Verhältnis zwischen der Erzeugungsmenge an Rauch und der EGR-Rate darstellt.
48 eine Ansicht ist, die das Verhältnis zwischen der Kraftstoff-Einspritzmenge und der Menge an Ansaugluft darstellt.
49A und 49B Ansichten zur Erklärung der Temperatur des Abgases sind, das zum Zeitpunkt der Niedertemperatur-Verbrennung abgegeben wird.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die dargestellten (illustrated) Ausführungsformen beschrieben. 1 stellt den Fall der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Brennkraftmaschine vom Kompressionstyp dar. Zu beachten ist, daß die vorliegende Erfindung auch auf eine Brennkraftmaschine vom Funkenzündungstyp bzw. einen Ottomotor, insbesondere auf einen Direkteinspritzungs-Benzinmotor, angewendet werden kann. In 1 bezeichnet 1 ein Motorgehäuse, 2 einen Zylinderblock, 3 einen Zylinderkopf, 4 einen Kolben, 5 eine Verbrennungskammer, 6 eine elektrisch gesteuerte Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, 7 ein Einlaßventil, 8 einen Ansaugkanal, 9 ein Auslaßventil und 10 einen Auslaßkanal. Der Ansaugkanal 8 ist über einen korrespondierenden Ansaugkanal 11 mit einem Ausgleichstank 12 verbunden, während der Ausgleichstank 12 durch einen Einlaßkanal 13 mit einem Kompressor 15 eines Abgasturboladers 14 verbunden ist.
Im Innern des Einlaßkanals 13 ist ein Drosselventil 17 angeordnet, das durch einen Schrittmotor 16 angetrieben wird. Ferner ist um den Einlaßkanal 13 eine Kühlanlage 18 zum Kühlen der Ansaugluft angeordnet, die durch den Einlaßkanal 13 strömt. In der in 1 dargestellten Ausführungsform wird das Motorkühlwasser in die Kühlanlage 18 gelassen und die Ansaugluft wird durch dieses Motorkühlwasser gekühlt. Andererseits ist der Auslaßkanal 10 durch ein Abgassammelrohr 19 und ein Abgasrohr 20 mit einer Abgasturbine 21 des Abgas-Turboladers 14 verbunden. Der Auslaß der Abgasturbine 21 ist durch einen Motor-Abgasdurchlaß 71 mit einer Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 verbunden.
Einzelheiten bzw. Details der Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 sind in 2 dargestellt. Gemäß 2 ist der Motor-Abgasdurchlaß 71 in ein Paar von Abgas-Zweigdurchlässen 71a und 71b verzweigt. Der erste Abgas-Zweigdurchlaß 71a weist ein damit verbundenes erstes Gehäuse 23a auf, das als ein Teil des Motor-Abgasdurchlasses 71 dient, während der zweite Abgas-Zweigdurchlaß 71b in ähnlicher Weise ein damit verbundenes zweites Gehäuse 23b aufweist, das als ein Teil des Motor-Abgasdurchlasses 71 dient. Das erste Gehäuse 23a haust einen ersten Partikelfilter 22a ein, während das zweite Gehäuse 23b einen zweiten Partikelfilter 22b einhaust. Daher weist die Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 ein Paar von Partikelfiltern 22a und 22b auf, die in der Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 parallel angeordnet sind.
Die Partikelfilter 22a und 22b scheiden Partikel im Abgas ab und tragen ein Oxidationsmittel bzw. eine oxidierende Substanz, das bzw. die geeignet ist, die abgeschiedenen Partikel fortlaufend zu oxidieren und zu entfernen. Die Anordnung und Wirkung dieses Oxidationsmittels wird unten im Detail erklärt; um aber einfach die Wirkung an dieser Stelle zu erklären: das Oxidationsmittel ist geeignet, die Partikel zu oxidieren, wenn seine Temperatur höher als eine bestimmte Temperatur wird. Die Menge der Partikel, die pro Zeiteinheit oxidiert werden können (nachfolgend als „die Einheitsmenge der fortlaufenden Oxidation von Partikeln" bezeichnet) wird größer, je höher die Temperatur ist.
Daher kann, wenn die Filtertemperatur bei einer Temperatur gehalten wird, bei der die Einheitsmenge der fortlaufenden Oxidation von Partikeln größer wird als die Menge an Partikeln, die in die Partikelfilter 22a und 22b pro Zeiteinheit einströmen (nachfolgend als die „Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation" bezeichnet), das Oxidationsmittel nahezu alle Partikel, die in die Partikelfilter 22a und 22b einströmen, oxidieren und entfernen.
Ferner tragen die Partikelfilter 22a und 22b einen NO_x-Katalysator, der geeignet ist, NO_x zu reinigen. Die Anordnung und Wirkung dieses NO_x-Katalysators wird unten im Detail erklärt; um aber einfach die Wirkung an dieser Stelle zu erklären: der NO_x-Katalysator kann das NO_x im Abgas absorbieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, wenn seine Temperatur innerhalb eines bestimm ten Temperaturbereichs (nachfolgend als „der NO_x-Absorptions-Temperaturbereich" bezeichnet) ist, und das absorbierte NO_x freisetzen und das NO_x durch die unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) im Abgas reduzieren und reinigen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird, wenn seine Temperatur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs (nachfolgend als „der NO_x-Reduktions-Temperaturbereich" bezeichnet) ist.
Stromaufwärtsseitig zu den Partikelfiltern 22a und 22b ist ein Umschaltventil 72 bei einem Bereich angeordnet, wo der Motor-Abgasdurchlaß 71 in das Paar von Abgas-Zweigdurchlässen 71a und 71b (nachfolgend als „der Abgasdurchlaß-Verzweigungsbereich" bezeichnet) verzweigt ist. Das Umschaltventil 72 weist einen damit verbundenen Schrittmotor 73 auf. Das Umschaltventil 72 kann den Betriebszustand zwischen dem Betriebszustand (nachfolgend als „der erste Betriebszustand" bezeichnet), der durch die durchgezogene Linie in 2 dargestellt ist, und dem Betriebszustand (nachfolgend als „der zweite Betriebszustand" bezeichnet), der durch die unterbrochene Linie in 2 dargestellt ist, umschalten.
Wenn der Betriebszustand des Umschaltventils 72 der erste Betriebszustand ist, ist der erste Abgas-Zweigdurchlaß 71a stromaufwärtsseitig zum ersten Partikelfilter 22a (nachfolgend als „der erste stromaufwärtsseitige Abgas-Zweigdurchlaß" bezeichnet) geschlossen, und umgekehrt ist der zweite Abgas-Zweigdurchlaß 71b stromaufwärtsseitig zum zweiten Partikelfilter 22b (nachfolgend als „der zweite stromaufwärtsseitige Abgas-Zweigdurchlaß" bezeichnet) geöffnet. Wenn der Betriebszustand des Umschaltventils 72 der erste Betriebszustand ist, strömt daher nahezu das gesamte Abgas (nachfolgend als „das Motorabgas" bezeichnet), das von der Verbrennungskammer 5 des Verbrennungsmotors abgegeben wird, in den zweiten Partikelfilter 22b, und nahezu kein Motorabgas strömt in den ersten Partikelfilter 22a. D.h., wenn der Betriebszustand des Umschaltventils 72 der erste Betriebszustand ist, unterdrückt das Umschaltventil 72 den Motorabgasstrom in den ersten Partikelfilter 22a, und verursacht, daß nahezu das gesamte Motorabgas in den zweiten Partikelfilter 22b strömt.
Wenn andererseits der Betriebszustand des Umschaltventils 72 der zweite Betriebszustand ist, unterdrückt das Umschaltventil 72 den Motorabgasstrom in den zweiten Partikelfilter 22b und verursacht, daß nahezu das gesamte Motorabgas in den ersten Partikelfilter 22a strömt.
Wenn andererseits der Betriebszustand des Umschaltventils 72 genau zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand positioniert ist (nachfolgend als „der neutrale Betriebszustand" bezeichnet), strömt das Motorabgas im wesentlichen zu gleichen Teilen zu den beiden Partikelfiltern 22a und 22b.
Die Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 weist eine Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp als die Verbrennungsvorrichtung auf, die Abgas abgibt, wenn Kraftstoff verbrannt wird. Die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ist mit der gleichen Kraftstoff-Zuführleitung 6a wie die Kraftstoff-Zuführleitung 6a zum Zuführen von Kraftstoff zum Motorgehäuse 1 und eine Luft-Zuführleitung 89 verbunden. Der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp wird Kraftstoff durch die Kraftstoff-Zuführleitung 6a zugeführt und Luft durch die Luft-Zuführleitung 89 zugeführt.
Ferner ist die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp durch die Abgas-Zuführleitung bzw. -Einspeiseleitung 75 mit dem Abgasdurchlaß-Verzweigungsbereich verbunden. Es ist möglich, das Abgas dem Abgasdurchlaß-Verzweigungsbereich über diese Abgas-Zuführleitung 75 zuzuführen. Die Abgas-Zuführleitung 75 weist ein daran angeordnetes Steuerventil 76 auf, das geeignet ist, die Abgas-Zuführleitung 75 zu schließen, um einen Rückstrom des Abgases vom Abgasdurchlaß-Verzweigungsbereich zur Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp durch die Abgas-Zuführleitung 75 zu vermeiden. Das Steuerventil 76 ist geschlossen und schließt die Abgas-Zuführleitung 75, wenn die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp nicht in Betrieb ist.
Die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp kann die Menge an Luft, die durch die Luft-Zuführleitung 89 angesaugt wird, und die Menge an Kraftstoff, der mit dieser Luft vermischt ist, steuern, um Abgas verschiedener Luft-Kraftstoff-Verhältnisse abzu geben. Ferner ist das Temperatur-Anhebevermögen, durch welches das Abgas (nachfolgend als „das Heizvorrichtungs-Abgas" bezeichnet), das von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp abgegeben wird, die Temperatur eines Partikelfilters anheben kann, größer als das Temperatur-Anhebevermögen, durch welches das Motorabgas die Temperatur eines Partikelfilters anheben kann. D.h., das Heizvorrichtungs-Abgas kann die Temperatur eines Partikelfilters effizienter anheben als das Motorabgas aus der Sicht der Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um die Temperatur des Partikelfilters anzuheben, und der Zeit.
Wenn der Betriebszustand des Umschaltventils 72 der erste Betriebszustand ist, wird das Heizvorrichtungs-Abgas dem ersten Partikelfilter 22a zugeführt. Wenn andererseits der Betriebszustand des Umschaltventils 72 der zweite Betriebszustand ist, wird das Heizvorrichtungs-Abgas dem zweiten Partikelfilter 22b zugeführt. Wenn andererseits der Betriebszustand des Umschaltventils 72 der neutrale Betriebszustand ist, wird das Heizvorrichtungs-Abgas den beiden Partikelfiltern 22a und 22b zu gleichen Teilen zugeführt. Zu beachten ist, daß der Betriebszustand des Umschaltventils 72 normalerweise auf den neutralen Betriebszustand eingestellt ist.
Die Abgas-Verzweigungsdurchlässe 92a und 92b stromabwärtsseitig zu den Gehäusen 23a und 23b (nachfolgend als „die stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässe" bezeichnet) weisen daran angeordnet Temperatursensoren 77a und 77b zur Erfassung der Temperatur des Abgases auf, das von den Partikelfiltern 22a und 22b ausströmt, um die Temperatur der korrespondierenden Partikelfilter 22a und 22b abzuschätzen. Ferner sind die stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässe 92a und 92b zusammengeschlossen (merged) und mit einem gemeinsamen Motorabgasdurchlaß 92 verbunden.
Zu beachten ist, daß die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eine Heizvorrichtung von einem Typ sein kann, der einfach Kraftstoff (Kohlenwasserstoffe) verbrennt, oder beispielsweise auch ein Katalysator-Brenner sein kann, der einen Oxidations-Katalysator aufweist. Dieser Katalysator-Brenner weist den Vorteil der problem losen Zündfähigkeit, selbst bei wenig Sauerstoff, auf. Ferner erzeugt die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp der vorliegenden Ausführungsform durch Verbrennung bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Anstatt dieser Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp ist es jedoch auch möglich, eine Vorrichtung zu verwenden, die ein Gas, das verdampftes Leichtöl enthält, oder ein Gas, das hydrolysiertes Leichtöl enthält, als ein Gas erzeugt, das geeignet ist, eine ähnliche Rolle zu spielen, wie die Rolle, die durch das Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gespielt wird, das von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp im Partikelfilter erzeugt wird.
Ferner ist die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp der vorliegenden Ausführungsform von einem Typ, der den Kraftstoff (Kohlenwasserstoffe) bei einer hohen Temperatur aufspaltet und die Verbrennung ausführt, die Abgas erzeugt, das eine relativ große Menge an Kohlenstoffmonoxid (CO) enthält, wenn ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzeugt wird. Gemäß diesem Typ von Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp wird die Wärme der Reaktion der HC und des NO_x geringer, wenn das Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem Partikelfilter zugeführt wird und die HC und das NO_x im Abgas reduziert und in einem Partikelfilter zur Reaktion gebracht werden. Demgemäß wird unterdrückt, daß die Filtertemperatur auf einmal hoch wird und das NO_x auf einmal vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird. Wenn eine plötzliche Freisetzung einer großen Menge an NO_x vom NO_x-Katalysator auf diese Weise unterdrückt wird, wird der Strom von NO_x vom Partikelfilter stromabwärtsseitig unterdrückt, ohne durch die HC reduziert zu werden.
Gemäß 1 sind das Abgassammelrohr 19 und der Ausgleichstank 12 über einen Abgas-Rückführungs (EGR)-Durchlaß 24 verbunden. Der EGR-Durchlaß 24 weist ein darin angeordnetes EGR-Steuerventil 25 auf. Ferner weist der EGR-Durchlaß 24 eine um sich herum angeordnete Kühlanlage 26 zum Kühlen des EGR-Gases, das im Innern des EGR-Durchlasses 24 strömt, auf. In der Ausführungsform, die in 1 dar gestellt ist, wird das Motorkühlwasser in Innern der Kühlanlage 26 geführt, und das EGR-Gas wird vom Motorkühlwasser gekühlt.
Andererseits sind die Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 6 mit einem Kraftstoffvorrat, einer sogenannten gemeinsamen Druckleitung bzw. Common rail 27, durch die Kraftstoff-Zuführleitungen 6a verbunden. Der Kraftstoff wird der gemeinsamen Druckleitung 27 von einer elektrisch gesteuerten, verstellbaren Durchfluß-Kraftstoffpumpe 28 zugeführt. Der Kraftstoff, welcher der gemeinsamen Druckleitung 27 zugeführt wird, wird den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 6 durch die Kraftstoff-Zuführleitungen 6a zugeführt. Die gemeinsame Druckleitung 27 weist einen daran angebrachten Kraftstoff-Drucksensor 29 zur Erfassung des Kraftstoff-Drucks in der gemeinsamen Druckleitung 27 auf. Der Durchfluß der Kraftstoffpumpe 28 wird auf Basis des Ausgangssignals des Kraftstoff-Drucksensors 29 derart gesteuert, daß der Kraftstoff-Druck in der gemeinsamen Druckleitung 27 ein Soll-Kraftstoff-Druck wird.
Eine elektronische Steuereinheit 30 enthält einen digitalen Computer, der mit einem ROM (Nurlesespeicher) 32, einem RAM (Direktzugriffsspeicher) 33, einer CPU (Mikroprozessor) 34, einem Eingabeport 35 und einem Ausgabeport 36 bereitgestellt wird, die durch einen bidirektionalen Bus 31 miteinander verbunden sind. Die Ausgabesignale des Kraftstoff-Drucksensors 29 und der Temperatursensoren 77a und 77b werden durch korrespondierende A/D-Wandler 37 dem Eingabeport 35 eingegeben.
Ein Gaspedal 40 weist einen damit verbundenen Lastsensor 41 auf, der eine Ausgabespannung (output voltage) proportional zum Grad des Niederdrückens L des Gaspedals 40 erzeugt. Die Ausgabespannung des Lastsensors 41 wird dem Eingabeport 35 über den korrespondierenden A/D-Wandler 37 eingegeben. Weiter weist der Eingabeport 35 einen damit verbundenen Kurbelwinkel-Sensor 42 auf, der jedesmal einen Ausgabeimpuls (output pulse) erzeugt, wenn eine Kurbelwelle um beispielsweise 30 Grad dreht.
Andererseits ist der Ausgabeport 36 mit den Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 6, einem Drosselventil-Antriebsschrittmotor 16, dem EGR-Steuerventil 25, der Kraftstoffpumpe 28 und dem Antriebs-Schrittmotor für das Umschaltventil 72 verbunden.
In dieser Ausführungsform wird jedoch zum Zeitpunkt des normalen Motorbetriebs im Gegensatz zum nachfolgend erläuterten (explained) NO_x-Reduktionsverfahren, S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren, Temperatur-Anhebeverfahren etc. der Betriebszustand des Umschaltventils 72 entweder auf den ersten Betriebszustand oder auf den zweiten Betriebszustand eingestellt. Wenn beispielsweise der Betriebszustand des Umschaltventils 72 der erste Betriebszustand ist, strömt nahezu das gesamte Motorabgas in den zweiten Partikelfilter 22b, so daß die Partikel im Motorabgas auf dem zweiten Partikelfilter 22b abgeschieden werden. Wenn die Temperatur des zweiten Partikelfilter 22b höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation ist, werden hierbei die abgeschiedenen Partikel im zweiten Partikelfilter 22b fortlaufend oxidiert und entfernt.
Ferner wird im Verbrennungsmotor der vorliegenden Ausführungsform der Motor eingestellt, um mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einem Hauptabschnitt der Motor-Betriebsbereiche zu arbeiten. Da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motorabgases im Hauptabschnitt der Motor-Betriebsbereiche mager ist, wenn der Betriebszustand des Umschaltventils 72 beispielsweise im ersten Betriebszustand ist, wird daher das NO_x im Motorabgas, das in den zweiten Partikelfilter 22b strömt, vom NO_x-Katalysator des zweiten Partikelfilters 22b absorbiert, wenn die Temperatur des zweiten Partikelfilters 22b im NO_x-Absorptions-Temperaturbereich ist.
Zu beachten ist, daß es jedoch eine Grenze für die Menge an NO_x gibt, die ein NO_x-Katalysator absorbieren kann. Wenn der Betriebszustand des Umschaltventils 72 der erste Betriebszustand für eine bestimmte konstante Zeitspanne ist, erreicht die Menge an NO_x, die durch den NO_x-Katalysator des zweiten Partikelfilters 22b (nachfolgend als „der zweite NO_x-Katalysator" bezeichnet) absorbiert ist, schließlich die NO_x- Absorptionsgrenze des zweiten NO_x-Katalysators. Wenn der Betriebszustand des Umschaltventils 72 für eine bestimmte konstante Zeitspanne der zweite Betriebszustand ist, erreicht selbstverständlich die Menge an NO_x, die im NO_x-Katalysator des ersten Partikelfilters 22a (nachfolgend als „der erste NO_x-Katalysator" bezeichnet) absorbiert ist, schließlich die NO_x-Absorptionsgrenze des ersten NO_x-Katalysators.
Da der NO_x-Katalysator des Partikelfilters nicht länger NO_x absorbieren kann, wenn das Motorabgas fortlaufend in den Partikelfilter strömt, strömt in diesem Fall NO_x schließlich stromabwärtsseitig von der Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 aus. Aus diesem Grund, um den Strom von NO_x stromabwärtsseitig von der Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 zu unterdrücken, ist es wünschenswert, das in den NO_x-Katalysatoren absorbierte NO_x zu reduzieren und zu reinigen, bevor das in den NO_x-Katalysatoren absorbierte NO_x die NO_x-Absorptionsgrenze erreicht.
Daher werden in dieser Ausführungsform in der in 2 dargestellten Anordnung das nachfolgende NO_x-Reinigungsverfahren ausgeführt. D.h., im NO_x-Reinigungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn beurteilt wird, daß das in einem NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert werden sollte, während der Betriebszustand des Umschaltventils 72 entweder auf den Betriebszustand des ersten Betriebszustands oder auf den Betriebzustand des zweiten Betriebszustand eingestellt wird, der Betriebszustand des Umschaltventils 72 umgeschaltet, das Einströmen des Motorabgases zum Partikelfilter, der mit dem NO_x-Katalysator bereitgestellt wird, für den beurteilt worden ist, daß das NO_x reduziert werden sollte, wird unterdrückt, dann wird das Steuerventil 76 geöffnet, die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp wird betrieben und Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird dem Partikelfilter von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zugeführt.
Wenn Heizvorrichtungs-Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem Partikelfilter auf diese Weise zugeführt wird, wird die Atmosphäre im Partikelfilter eine fette Atmosphäre. Wenn die Temperatur des Partikelfilters (nachfolgend als „die Filtertemperatur" bezeichnet) innerhalb des NO_x-Reduktions-Temperaturbereichs ist, wird zu diesem Zeitpunkt das NO_x vom NO_x-Katalysator freigesetzt und das freigesetzte NO_x wird durch die HC im Heizvorrichtungs-Abgas reduziert und gereinigt. Daher wird im NO_x-Reinigungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform die Filtertemperatur derart gesteuert, daß die Filtertemperatur innerhalb des NO_x-Reduktions-Temperaturbereichs gehalten wird, während das Heizvorrichtungs-Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter zugeführt wird. Dabei wird das vom NO_x-Katalysator freigesetzte NO_x zuverlässig reduziert. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform das NO_x-Reinigungsniveau der Abgas-Reinigungsvorrichtung insgesamt hoch gehalten.
Ferner kann, wie oben beschrieben, das Oxidationsmittel eines Partikelfilters nahezu alle Partikel, die in den Partikelfilter einströmen, fortlaufend oxidieren und entfernen, wenn die Temperatur davon wenigstens die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation ist. Selbst wenn das Abgas von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem Partikelfilter ungeachtet der Menge zugeführt wird, da die Partikel in den Partikelfilter einströmen, ist es wünschenswert, daß die Filtertemperatur während des NO_x-Reinigungsverfahrens höher gehalten wird als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation, um das Partikeloxidations-Entfernungsniveau des Partikelfilters hoch zu halten.
Daher wird während des NO_x-Reinigungsverfahrens die Filtertemperatur höher gehalten als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Reduktions-Temperaturbereich, während ein Heizvorrichtungs-Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter zugeführt wird. Dabei werden die Partikel fortlaufend oxidiert und entfernt, selbst während des NO_x-Reinigungsverfahrens. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird daher das Partikeloxidations-Entfernungsniveau der Abgas-Reinigungsvorrichtung insgesamt (overall) auf hohem Niveau gehalten.
Zu beachten ist, daß im NO_x-Reinigungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform auf Basis, ob die Gesamtmenge an NO_x, die im NO_x-Katalysator absorbiert ist, (nachfolgend als „die Gesamtmenge an absorbiertem NO_x" bezeichnet) die NO_x-Absorptionsgrenze des NO_x-Katalysators erreicht hat, beurteilt wird, ob das in einem NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert werden sollte oder nicht. Hierbei gibt es als Mittel zur Berechnung der Gesamtmenge an absorbiertem NO_x das nachfolgende:
D.h., die Menge an NO_x, die in einem Partikelfilter pro Zeiteinheit (nachfolgend als „die Einheitsmenge an NO_x-Absorption" bezeichnet) absorbiert wird, kann aus der Menge an NO_x, das vom Verbrennungsmotor pro Zeiteinheit freigesetzt wird (nachfolgend als „die Einheitsmenge an NO_x-Freisetzung" bezeichnet), abgeschätzt werden. Die Einheitsmenge an NO_x-Freisetzung ist eine Funktion der Motordrehzahl und des Motordrehmoments. Daher ist es durch Herausfinden der Einheitsmenge an NO_x-Absorption durch Versuche etc. als eine Funktion der Motordrehzahl und des Motordrehmoments, durch Speichern ihrer vorab im ROM als eine Karte einer Funktion mit der Motordrehzahl und dem Motordrehmoment und durch kumulatives Hinzuaddieren der Einheitsmengen an NO_x-Absorption, die unter Verwendung dieser Karte berechnet worden sind, möglich, die Gesamtmenge an absorbiertem NO_x zu berechnen.
Ein Beispiel des Flusses zum Ausführen des NO_x-Reduktionsverfahrens der vorliegenden Ausführungsform ist in den 3 bis 5 dargestellt. In 3 wird zunächst bei Schritt 10 beurteilt, ob das NO_x-Reduktionsverfahren I angefordert bzw. abgerufen worden ist, d.h., ob ein Reduktions- und Reinigungsvorgang des NO_x, das im im ersten Partikelfilter 22a getragenen NO_x-Katalysator absorbiert ist, angefordert worden ist. Wenn bei Schritt 10 beurteilt wird, daß das NO_x-Reduktionsverfahren I angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 11 fort, bei dem das NO_x-Reduktionsverfahren I entsprechend dem in 4 dargestellten Fluß ausgeführt wird. Andererseits fährt die Routine mit Schritt 12 fort, wenn bei Schritt 10 beurteilt wird, daß das NO_x-Reduktionsverfahren I nicht angefordert worden ist.
Bei Schritt 12 wird beurteilt, ob das NO_x-Reduktionsverfahren II angefordert worden ist, d.h., ob ein Reduktions- und Reinigungsvorgang des NO_x, das im im zweiten Partikelfilter 22b getragenen NO_x-Katalysator absorbiert ist, angefordert worden ist. Wenn bei Schritt 12 beurteilt wird, daß das NO_x-Reduktionsverfahren II angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 13 fort, bei dem das NO_x-Reduktionsverfahren II entsprechend dem in 5 dargestellten Fluß ausgeführt wird. Andererseits endet die Routine, wenn bei Schritt 12 beurteilt wird, daß das NO_x-Reduktionsverfahren II nicht angefordert worden ist.
Beim in 4 dargestellten NO_x-Reduktionsverfahren wird zunächst bei Schritt 20 die Umschaltsteuerung I ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung I wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 in den ersten Betriebszustand umgeschaltet, so daß der Motorabgasstrom in den ersten Partikelfilter 22a unterdrückt wird. Als nächstes wird bei Schritt 21 das Steuerventil 76 geöffnet, dann wird bei Schritt 22 die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben. Hierbei wird ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem ersten Partikelfilter 22a zugeführt, und das im ersten NO_x-Katalysator absorbierte NO_x wird reduziert und gereinigt.
Als nächstes wird bei Schritt 23 beurteilt, ob der Reduktions- und Reinigungsvorgang des im ersten NO_x-Katalysator absorbierten NO_x abgeschlossen ist. Wenn bei Schritt 23 beurteilt wird, daß der NO-Reduktions- und Reinigungsvorgang nicht abgeschlossen worden ist, kehrt die Routine zu Schritt 23 zurück. Daher wiederholt die Routine Schritt 23 bis bei Schritt 23 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist. Wenn adererseits bei Schritt 23 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist, fährt die Routine mit Schritt 24 fort, bei dem der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, dann wird bei Schritt 25 das Steuerventil 76 geschlossen, und die Routine wird beendet.
In dem Zustand, bei dem dieses NO_x-Reduktionsverfahren I abgeschlossen worden ist, bleibt der Motorabgasstrom zum ersten Partikelfilter 22a unterdrückt. Wenn die Ausführung des NO_x-Reduktionsverfahrens II beginnt, wird ein Einströmen des Motorabgases in den ersten Partikelfilter 22a bewirkt.
Andererseits wird im NO_x-Reduktionsverfahren II, dargestellt in 5, zunächst bei Schritt 30 die Umschaltsteuerung II ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung II wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet, so daß der Motorabgasstrom zum zweiten Partikelfilter 22b unterdrückt wird. Als nächstes wird bei Schritt 31 das Steuerventil 76 geöffnet, dann wird bei Schritt 32 die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben. Hierbei wird ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem zweiten Partikelfilter 22b zugeführt, und das im zweiten NO_x-Katalysator absorbierte NO_x wird reduziert und gereinigt.
Als nächstes wird bei Schritt 33 beurteilt, ob der Reduktions- und Reinigungsvorgang des im zweiten NO_x-Katalysator absorbierten NO_x abgeschlossen ist. Wenn bei Schritt 33 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang nicht abgeschlossen worden ist, wiederholt die Routine Schritt 33. Wenn bei Schritt 33 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist, fährt die Routine mit Schritt 34 fort, bei dem der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, dann wird bei Schritt 34 das Steuerventil 75 geschlossen, und die Routine wird beendet.
In dem Zustand, bei dem dieses NO_x-Reduktionsverfahren II beendet worden ist, bleibt der Motorabgasstrom zum zweiten Partikelfilter 22b unterdrückt. Wenn die Aus führung des NO_x-Reduktionsverfahrens I begonnen wird, wird ein Einströmen des Motorabgases in den zweiten Partikelfilter 22b bewirkt.
Um das Partikeloxidations-Entfernungs-Niveau eines Partikelfilters auf einem hohen Niveau zu halten, ist es jedoch wünschenswert, daß die Filtertemperatur auf einer Temperatur gehalten wird, die höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation ist. Andererseits ist es wünschenswert, um das NO_x-Reinigungsniveau des NO_x-Katalysators bei einem hohen Niveau zu halten, daß die Filtertemperatur im NO_x-Absorptions-Temperaturbereich gehalten wird, wenn ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Partikelfilter einströmt. D.h., um das Partikeloxidations-Entfernungs-Niveau und das NO_x-Reinigungsniveau der Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 auf hohen Niveaus zu halten, ist es insgesamt wünschenswert, daß die Filtertemperatur bei einer Temperatur gehalten wird, die höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Absorptions-Temperaturbereich ist, wenn ein Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Partikelfilter einströmt.
Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform in der in 2 dargestellten Anordnung die nachfolgende Filtertemperatur-Steuerung ausgeführt. D.h., bei der Filtertemperatur-Steuerung dieser Ausführungsform wird, wenn die Filtertemperatur geringer als eine untere Temperatur des NO_x-Absorptionstemperaturbereichs oder geringer als die Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation ist, der Betriebszustand des Umschaltventils 72 derart umgeschaltet, daß der Zustrom des Motorabgases in den Partikelfilter, bei dem die Filtertemperatur geringer ist als die untere Temperatur des NO_x-Absorptionstemperaturbereichs oder geringer als die Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation ist, unterdrückt wird, wobei das Heizvorrichtungsabgas in diesen Partikelfilter von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zugeführt wird, um den Partikelfilter derart zu erwärmen, daß die Temperatur dieses Partikelfilters höher als die Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation im NO_x-Absorptionstemperaturbereich wird.
Demgemäß wird die Temperatur der beiden Partikelfilter 22a und 22b höher als die Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation im NO_x-Absorptionstemperaturbereich gehalten. Daher werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Partikeloxidations-Entfernungs-Niveau und das NO_x-Reinigungsniveau der Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 insgesamt auf hohen Niveaus gehalten.
Zu beachten ist, daß bei der Filtertemperatur-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Filtertemperatur höher als die obere Temperatur des NO_x-Absorptionstemperaturbereichs ist, die Filtertemperatur derart gesteuert wird, daß die Filtertemperatur höher als die Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation im NO_x-Absorptionstemperaturbereich wird.
Zu beachten ist, daß bei der Filtertemperatur-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform die Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation durch vorhergehendes Finden des Verhältnisses zwischen der Filtertemperatur und der Partikelmenge, die durch Oxidation pro Zeiteinheit fortlaufend entfernt werden kann, durch Versuche, durch Speichern dieses Verhältnisses in Gestalt einer Karte im ROM, und durch Finden der Temperatur vom gespeicherten Verhältnis und der Einheitsmenge der einströmenden Partikel, die vom Motorbetriebszustand geschätzt wird, gefunden wird.
Wenn ferner die Filtertemperatur geringer als die Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation ist, bauen sich allmählich die Partikel im Partikelfilter auf, und der Druckverlust des Partikelfilters steigt allmählich an, so daß es auch möglich ist zu beurteilen, daß die Filtertemperatur geringer als die Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation ist, wenn der Druckverlust eines Partikelfilters größer als ein vorbestimmter Wert wird.
Ein Beispiel des Flusses zum Ausführen der Filtertemperatur-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform ist in den 6 bis 8 dargestellt. In 6 wird bei Schritt 40 zunächst beurteilt, ob das Temperatur-Anhebeverfahren I angefordert worden ist, d.h., ob angefordert ist, daß die Temperatur des ersten Partikelfilters 22b angehoben wird, um die Temperatur des ersten Partikelfilters 22a höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Absorptionstemperaturbereich einzustellen. Wenn bei Schritt 40 beurteilt wird, daß das Temperatur-Anhebeverfahren I angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 41 fort, bei dem das Temperatur-Anhebeverfahren I entsprechend dem in 7 dargestellten Fluß ausgeführt wird.
In 7 wird bei Schritt 50 zunächst die Umschaltsteuerung I ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung I wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 in den ersten Betriebszustand umgeschaltet, so daß das Einströmen des Motorabgases zum ersten Partikelfilter 22a unterdrückt wird. Als nächstes wird bei Schritt 51 das Steuerventil 76 geöffnet, dann wird bei Schritt 52 die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben. Hierbei wird das Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem ersten Partikelfilter 22a zugeführt.
Als nächstes wird bei Schritt 53 die Temperatur-Beurteilung ausgeführt. Diese Temperatur-Beurteilung wird entsprechend dem in 8 dargestellten Fluß ausgeführt. D.h., in 8 wird zunächst bei Schritt 60 beurteilt, ob die Temperatur Ta des ersten Partikelfilters 22a höher als die untere Temperatur TNL des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs und geringer als die obere Temperatur TNH des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs ist, d.h., ob die Filtertemperatur Ta im NO_x-Absorptions-Temperaturbereich ist.
Wenn bei Schritt 60 beurteilt wird, daß TNL < Ta < TNH, fährt die Routine mit Schritt 61 fort, bei dem ein NO_x-Flag FN gesetzt wird, der anzeigt, daß die Filtertemperatur Ta im NO_x-Absorptions-Temperaturbereich ist. Andererseits, wenn beurteilt wird, daß Ta ≤ TNL ist, oder wenn beurteilt wird, daß Ta ≥ TNH ist, überspringt die Routine Schritt 62.
Bei Schritt 62 wird beurteilt, ob die Temperatur Ta des ersten Partikelfilters 22a höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation TP ist. Wenn bei Schritt 62 beurteilt wird, daß Ta > TP, fährt die Routine mit Schritt 63 fort, bei dem ein Partikel-Flag TP gesetzt wird, der anzeigt, daß die Filtertemperatur Ta höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation ist. Andererseits, wenn bei Schritt 62 beurteilt wird, daß Ta ≤ TP ist, überspringt die Routine Schritt 64.
Als nächstes wird bei Schritt 64 beurteilt, ob der NO_x-Flag und der Partikel-Flag FP gesetzt sind. Wenn bei Schritt 64 beurteilt wird, daß dieser NO_x-Flag FN und dieser Partikel-Flag FP beide gesetzt sind, endet die Routine. Zu diesem Zeitpunkt ist die Filtertemperatur Ta wenigstens die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Absorptionstemperaturbereich geworden. Andererseits werden, wenn bei Schritt 64 beurteilt wird, daß der NO_x-Flag oder der Partikel-Flag FP zurückgesetzt bleibt, bei Schritt 65 der NO_x-Flag FN und der Partikel-Flag FP zurückgesetzt, die Routine kehrt zu Schritt 60 zurück, und die Schritte 60 bis 64 werden wiederholt. Daher werden die Schritte 60 bis 64 wiederholt, bis bei Schritt 64 beurteilt wird, daß sowohl der NO_x-Flag FN als auch der Partikel-Flag FP gesetzt sind.
Wenn der Fluß in 8 endet, fährt die Routine mit Schritt 54 von 7 fort, bei dem der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, dann wird bei Schritt 55 das Steuerventil 76 geschlossen, dann wird bei Schritt 56 die Umschaltsteuerung II ausgeführt. Bei der Umschaltsteuerung II wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 zum zweiten Betriebszustand umgeschaltet, so daß das Motorabgas in den ersten Partikelfilter 22a einströmt.
Zu beachten ist, daß, wenn bei Schritt 40 von 6 beurteilt wird, daß das Temperatur-Anhebeverfahren I nicht angefordert worden ist, die Routine mit Schritt 42 fortfährt, bei dem beurteilt wird, ob das Temperatur-Anhebeverfahren II angefordert worden ist, d.h., ob angefordert worden ist, daß die Temperatur des zweiten Partikelfilters 22b angehoben werden soll, um die Temperatur des zweiten Partikelfilters 22b höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Absorptionstemperaturbereich einzustellen. Wenn bei Schritt 42 beurteilt wird, daß das Temperatur-An hebeverfahren II nicht angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 44 fort. Wenn andererseits bei Schritt 42 beurteilt wird, daß das Temperatur-Anhebeverfahren II angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 43 fort, bei dem das Temperatur-Anhebeverfahren II ausgeführt wird.
Das Temperatur-Anhebeverfahren II wird durch denselben Fluß wie der in den 7 und 8 dargestellte Fluß mit Ausnahme des nachfolgend beschriebenen Punkts ausgeführt. Beim Temperatur-Anhebeverfahren II wird bei Schritt 50 der 7 die Umschaltsteuerung II ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung II wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 auf den zweiten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß der Motorabgasstrom in den zweiten Partikelfilter 22b unterdrückt ist. Ferner wird beim Temperatur-Anhebeverfahren II bei Schritt 56 der 7 die Umschaltsteuerung I ausgeführt. D.h., der Betriebszustand des Umschaltventils 72 wird auf den ersten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß das Motorabgas in den zweiten Partikelfilter 22b strömt.
Ferner wird beim Temperatur-Anhebeverfahren II bei Schritt 60 der 8 beurteilt, ob die Temperatur Tb des zweiten Partikelfilters 22b höher als die untere Temperatur TNL des NO_x-Absorptionstemperaturbereichs und geringer als die obere Temperatur TNH des NO_x-Absorptionstemperaturbereichs ist. Ferner wird beim Temperatur-Anhebeverfahren II bei Schritt 62 der 8 beurteilt, ob die Temperatur Tb des zweiten Partikelfilters 22b höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation TP ist. Der verbleibende Verfahrensablauf ist derselbe wie beim Verfahren beim NO_x-Reduktionsverfahren I der vorliegenden Ausführungsform.
Zu beachten ist, daß bei Schritt 44 von 6 beurteilt wird, ob ein Temperatur-Senkungsverfahren I angefordert worden ist, d.h., ob angefordert worden ist, daß die Temperatur des ersten Partikelfilters 22a gesenkt werden soll, um die Temperatur des ersten Partikelfilters 22a im NO_x-Absorptionstemperaturbereich zu halten, während sie höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation gehalten wird. Wenn bei Schritt 44 beurteilt wird, daß das Temperatur-Senkungsverfahren I nicht angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 46 fort. Wenn andererseits bei Schritt 44 beur teilt wird, daß das Temperatur-Senkungsverfahren I angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 45 fort, bei dem das Temperatur-Senkungsverfahren I ausgeführt wird. Bei diesem Temperatur-Senkungsverfahren I wird das Verfahren ausgeführt, um die Temperatur des ersten Partikelfilters 22a derart zu senken, daß die Temperatur des ersten Partikelfilters 22a innerhalb des NO_x-Absorptionstemperaturbereichs sinkt, während sie höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation gehalten wird.
Bei Schritt 46 wird beurteilt, ob ein Temperatur-Senkungsverfahren II angefordert worden ist, d.h., ob angefordert worden ist, daß die Temperatur des zweiten Partikelfilters 22b gesenkt werden soll, um die Temperatur des zweiten Partikelfilters 22b im NO_x-Absorptionstemperaturbereich zu halten, während sie höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation gehalten wird. Wenn bei Schritt 46 beurteilt wird, daß das Temperatur-Senkungsverfahren II nicht angefordert worden ist, endet die Routine. Wenn andererseits bei Schritt 46 beurteilt wird, daß das Temperatur-Senkungsverfahren II angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 47 fort, bei dem das Temperatur-Senkungsverfahren II ausgeführt wird. Bei diesem Temperatur-Senkungsverfahren II wird das Verfahren ausgeführt, um die Temperatur des zweiten Partikelfilters 22b derart zu senken, daß die Temperatur des zweiten Partikelfilters 22b in den NO_x-Absorptionstemperaturbereich sinkt, während sie höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation gehalten wird.
Zu beachten ist, daß es anstatt der oben genannten Filtertemperatur-Steuerung in der in 2 dargestellten Anordnung auch möglich ist, die nachfolgende Filtertemperatur-Steuerung auszuführen. D.h., bei der Filtertemperatur-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Filtertemperatur geringer als die untere Temperatur des NO_x-Absorptionstemperaturbereichs oder geringer als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation ist, der Betriebszustand des Umschaltventils 73 auf den neutralen Betriebszustand umgeschaltet, damit wird das Heizvorrichtungsabgas von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp den beiden Partikelfiltern 22a und 22b zugeführt, um die beiden Partikelfilter 22a und 22b derart zu erwärmen, daß die Filtertempe ratur höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Absorptionstemperaturbereich wird.
Demgemäß wird die Temperatur der beiden Partikelfilter 22a und 22b höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Absorptionstemperaturbereich gehalten. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Partikeloxidations-Entfernungs-Niveau und das NO_x-Reinigungsniveau der Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 insgesamt auf hohen Niveaus gehalten.
Zu beachten ist, daß bei der Filtertemperatur-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Filtertemperatur höher als die obere Temperatur des NO_x-Absorptionstemperaturbereichs ist, die Filtertemperatur derart gesteuert wird, daß die Filtertemperatur höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Absorptionstemperaturbereich wird.
Wie oben beschrieben, setzt jedoch der NO_x-Katalysator das absorbierte NO_x frei, wenn seine Temperatur im NO_x-Absorptionstemperaturbereich ist, und das freigesetzte NO_x kann durch die HC reduziert werden. Um die NO_x-Reduktionseffizienz weiter zu steigern, ist es daher wünschenswert, daß die Filtertemperatur bereits im NO_x-Reduktionstemperaturbereich ist, wenn begonnen wird, das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem Partikelfilter zur Reduktion des im NO_x-Katalysator absorbierten NO_x zuzuführen.
Um die Partikeloxidations-Entfernungseffizienz weiter zu steigern, ist es selbstverständlich wünschenswert, daß die Filtertemperatur höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation ist; wenn begonnen wird, das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem Partikelfilter zuzuführen, um das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x zu reduzieren.
Daher ist es in der in 2 dargestellten Anordnung auch möglich, das nachfolgende NO_x-Reinigungsverfahren auszuführen. D.h., im NO_x-Reinigungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn beurteilt wird, daß das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert und gereinigt werden soll, wenn die Filtertemperatur geringer als die untere Temperatur des NO_x-Reduktionstemperaturbereichs oder geringer als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation ist, der Betriebszustand des Umschaltventils 72 derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases zum Partikelfilter, der mit dem NO_x-Katalysator bereitgestellt wird, der beurteilt wird, in einem Zustand zu sein, in dem NO_x reduziert werden sollte, unterdrückt wird, dann wird das Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp diesem Partikelfilter zugeführt. Demgemäß wird dieser Partikelfilter durch die Wärme des Heizvorrichtungs-Abgases erwärmt, ohne die Freisetzung von NO_x vom NO_x-Katalysator zu verursachen.
Im NO_x-Reinigungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird ferner, wenn die Filtertemperatur höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Reduktionstemperaturbereich geworden ist, das Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp diesem Partikelfilter zugeführt.
Wenn das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem Partikelfilter zugeführt wird, ist demgemäß die Filtertemperatur bereits höher geworden als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Reduktionstemperaturbereich. Daher werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und das NO_x-Reinigungsniveau der Abgasreinigungsvorrichtung insgesamt weiter angehoben.
In der in 2 dargestellten Anordnung ist es jedoch auch möglich, das nachfolgende NO_x-Reinigungsverfahren auszuführen. D.h., im NO_x-Reinigungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn beurteilt wird, daß das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert und gereinigt werden sollte, der Betriebszustand des Umschaltventils 72 derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases in den Partikelfilter, der mit dem NO_x-Katalysator bereitgestellt wird, der beurteilt wird, in einem Zustand zu sein, bei dem NO_x reduziert werden soll, in dem Fall unterdrückt wird, bei dem die Filtertemperatur geringer als untere Temperatur des NO_x-Reduktionstemperaturbereichs oder geringer als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation ist, dann wird das Heizvorrichtungsabgas, das ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit einer relativ geringen Fettheit und eine Konzentration von Sauerstoff aufweist, die höher als eine vorbestimmte Sauerstoffkonzentration ist, diesem Partikelfilter zugeführt.
D.h., da die Fettheit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Heizvorrichtungsabgases, das dem Partikelfilter zu diesem Zeitpunkt zugeführt wird, gering ist, wird nahezu kein NO_x vom NO_x-Katalysator freigesetzt. Andererseits enthält das Heizvorrichtungsabgas, das dem Partikelfilter zu diesem Zeitpunkt zugeführt wird, eine relativ große Menge an Sauerstoff und HC. Dieser Sauerstoff und diese HC unterlaufen eine Oxidationsreaktion am Partikelfilter, wodurch Wärme freigesetzt wird, so daß ein schneller Anstieg der Temperatur des Partikelfilters bewirkt wird.
Beim NO_x-Reinigungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird ferner, wenn die Filtertemperatur höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Reduktionstemperaturbereich wird, das Heizvorrichtungsabgas, das ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einer relativ großem Fettheit aufweist und eine Konzentration von Sauerstoff aufweist, die geringer als die obere vorbestimmte Konzentration von Sauerstoff ist, dem Partikelfilter zugeführt.
D.h., da die Fettheit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Heizvorrichtungsabgases, das dem Partikelfilter zu diesem Zeitpunkt zugeführt wird, insgesamt groß ist, wird NO_x vom NO_x-Katalysator freigesetzt. Da der Sauerstoff und die HC, die im Heizvorrichtungsabgas enthalten ist, das dem Partikelfilter zu diesem Zeitpunkt zugeführt wird, relativ gering sind, gibt es ferner keine Freisetzung einer großen Wärmemenge aufgrund einer Oxidationsreaktion des Sauerstoffs und der HC am Partikelfilter, und daher wird die Freisetzung von NO_x vom NO_x-Katalysator auf einmal unterdrückt.
Im NO_x-Reinigungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn beurteilt wird, daß das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert und gereinigt werden sollte, im Fall, bei dem die Filtertemperatur höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation im NO_x-Reduktionstemperaturbereich ist, das Heizvorrichtungsabgas, das ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis von einem relativ großem Grad von Fettheit aufweist und eine Konzentration von Sauerstoff aufweist, die geringer als die obere vorbestimmte Konzentration von Sauerstoff ist, selbstverständlich sofort dem Partikelfilter zugeführt, ohne ein Heizvorrichtungsabgas, das eine relativ geringe Fettheit aufweist und eine Konzentration von Sauerstoff aufweist, die größer als die obere vorbestimmte Konzentration von Sauerstoff ist, zuzuführen.
Wenn das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das eine relativ geringe Konzentration von Sauerstoff aufweist, dem Partikelfilter zugeführt wird, ist demgemäß die Filtertemperatur bereits im NO_x-Reduktionstemperaturbereich und höher als die Temperatur der fortlaufenden Partikeloxidation. Daher werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und die NO_x-Reinigungsfähigkeit der Abgas-Reinigungsvorrichtung auf hohen Niveaus gehalten.
Zu beachten ist, daß die obere vorbestimmte Konzentration von Sauerstoff auf die Konzentration von Sauerstoff eingestellt ist, die zum Anheben der Filtertemperatur um eine Soll-Anheberate erforderlich ist.
Zu beachten ist, daß der in einem Partikelfilter getragene NO_x-Katalysator auch den Schwefelbestandteil im Abgas (nachfolgend als „der S-Bestandteil" bezeichnet) absorbiert. Wenn der NO_x-Katalysator den Schwefelbestandteil auf diese Weise absor biert, wird die NO_x-Absorptionsfähigkeit des NO_x-Katalysators schließlich sinken. Um die NO_x-Absorptionsfähigkeit eines NO_x-Katalysators auf einem hohen Niveau zu halten und folglich die NO_x-Reinigungsfähigkeit des NO_x-Katalysators auf einem hohen Niveau zu halten, ist es daher wünschenswert, eine Freisetzung des im NO_x-Katalysator absorbierten S-Bestandteils, der vom NO_x-Katalysator freigesetzt werden soll, zu verursachen.
Der S-Bestandteil wird vom NO_x-Katalysator freigesetzt, wenn die Temperatur des NO_x-Katalysators, d.h. die Filtertemperatur, wenigstens eine bestimmte Temperatur (z.B. 600°C) ist und die Atmosphäre im Partikelfilter eine fette Atmosphäre wird. Um eine Freisetzung des S-Bestandteils vom NO_x-Katalysator zu verursachen, ist es daher ausreichend, die Filtertemperatur wenigstens auf die Temperatur einzustellen, bei welcher der S-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird (nachfolgend als „die S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur" bezeichnet), und die Atmosphäre im Partikelfilter zu einer fetten Atmosphäre zu machen.
Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform in der in 2 dargestellten Anordnung die S-Bestandteil-Freisetzungssteuerung in der nachfolgenden Weise ausgeführt, um eine Freisetzung des S-Bestandteils vom NO_x-Katalysator zu verursachen. D.h., bei der S-Bestandteil-Freisetzungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn beurteilt wird, das der S-Bestandteil von einem NO_x-Katalysator freigesetzt werden soll, der Betriebszustand des Umschaltventils 72 derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases zum Partikelfilter, der mit dem NO_x-Katalysator bereitgestellt wird, der beurteilt wird, in einem Zustand zu sein, bei dem der S-Bestandteil freisetzt werden sollte, unterdrückt wird, und ein Heizvorrichtungsabgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird dem Partikelfilter zugeführt. Demgemäß wird der Partikelfilter durch die Wärme des Heizvorrichtungsabgases mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis erwärmt, und ein Anstieg der Filtertemperatur wird bewirkt.
Ferner wird bei der S-Bestandteil-Freisetzungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Filtertemperatur die S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur erreicht, Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter zugeführt. Demgemäß wird aufgrund der HC im Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis das Innere auf eine fette Atmosphäre umgestellt, und der S-Bestandteil wird vom NO_x-Katalysator freigesetzt.
Da der S-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird, wird daher gemäß der vorliegenden Ausführungsform die NO_x-Reinigungsfähigkeit des NO_x-Katalysators folglich bei einem hohen Niveau gehalten. Zu beachten ist, daß es anstatt eines Heizvorrichtungsabgases mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, auch möglich ist, das Heizvorrichtungsabgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von hoher Temperatur, das durch Steuern des Motorbetriebs erzeugt worden ist, zu verwenden.
Ferner ist es in der in 2 dargestellten Anordnung auch möglich, die nachfolgende S-Bestandteil-Freisetzungssteuerung auszuführen. D.h., wenn beurteilt wird, daß der S-Bestandteil von einem NO_x-Katalysator freigesetzt werden soll, wird bei der S-Bestandteil-Freisetzungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform der Motorbetrieb gesteuert, um ein Abgeben des Motorabgases von hoher Temperatur vom Motorgehäuse 1 zu bewirken, und der Betriebszustand des Umschaltventils 72 wird derart umgeschaltet, um ein Einströmen des Motorabgases in den Partikelfilter zu bewirken, der mit dem NO_x-Katalysator bereitgestellt wird, der beurteilt wird, in einem Zustand zu sein, bei dem der S-Bestandteil freigesetzt werden soll. Da das Motorabgas von hoher Temperatur in den Partikelfilter strömt, der mit dem NO_x-Katalysator bereitgestellt wird, der beurteilt wird, in einem Zustand zu sein, bei dem der S-Bestandteil freigesetzt werden soll, wird demgemäß der Partikelfilter durch die Wärme des Motorabgases erwärmt, und ein Anstieg der Filtertemperatur wird bewirkt.
Wenn die Filtertemperatur die S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur erreicht, wird ferner bei der S-Bestandteil-Freisetzungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform der Betriebszustand des Umschaltventils derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases in den Partikelfilter, der mit dem NO_x-Katalysator bereitgestellt wird, in einem Zustand unterdrückt wird, bei dem der S-Bestandteil freigesetzt werden sollte, dann wird Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp diesem Partikelfilter zugeführt. Da die Atmosphäre im Partikelfilter auf eine fette Atmosphäre in dem Zustand eingestellt wird, bei dem die Filtertemperatur die S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur erreicht, wird demgemäß eine Freisetzung des S-Bestandteils vom NO_x-Katalysator bewirkt.
Zu beachten ist, daß es bei dieser Ausführungsform auch möglich ist, ein Ausführen der nachfolgend beschriebenen Niedertemperatur-Verbrennung durch den Verbrennungsmotor zu bewirken, um ein Abgeben des Motorabgases von hoher Temperatur vom Motorgehäuse zu bewirken. Die Details sind nachfolgend beschrieben, aber die Temperatur des vom Motorgehäuse abgegebenen Abgases, wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird, ist höher als die Temperatur des Abgases, das vom Motorgehäuse abgegeben wird, wenn die normale Verbrennung ausgeführt wird. Daher ist es demgemäß möglich, einen Anstieg der Filtertemperatur auf die S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur zu bewirken.
Zu beachten ist, daß, wenn der S-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird, wenn der Motorbetrieb beispielsweise ein Leerlaufbetrieb wird, die Menge an Abgas, das in den Partikelfilter pro Zeiteinheit strömt, geringer wird. Daher wird zu diesem Zeitpunkt die Konzentration des S-Bestandteils im Abgas, das vom Partikelfilter ausströmt, groß, und die Abgasabgabe sinkt. Um ein Absinken der Abgasabgabe aus diesem Grund zu unterdrücken, ist es daher wünschenswert, die Konzentration des S-Bestandteils im Abgas, das vom Partikelfilter ausströmt, auf nicht mehr als ein bestimmtes Niveau zu unterdrücken.
Daher ist es in der in 2 dargestellten Anordnung auch möglich, die nachfolgende Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung während des S-Bestandteil-Freisetzungsverfahrens auszuführen. D.h., bei der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform wird entsprechend dem S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren, nachdem die Filtertemperatur die S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur erreicht hat, die Motordrehzahl erfaßt, und es wird beureeilt, ob der Motorbetrieb ein Leerlaufbetrieb ist, oder allgemeiner, ob die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn hierbei beureeilt wird, daß die Motordrehzahl größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter zugeführt. In diesem Fall wird eine Freisetzung des S-Bestandteils in relativ großen Mengen zu einem Zeitpunkt vom NO_x-Katalysator bewirkt. Wenn andererseits beurteilt wird, daß die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert geworden ist, wird das Heizvorrichtungsabgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter zugeführt. In diesem Fall wird nahezu kein S-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt.
Gemäß der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn ein Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem Partikelfilter zugeführt wird, die Menge an S-Bestandteil, die vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird, relativ groß, aber zu diesem Zeitpunkt ist die Motordrehzahl größer als ein vorbestimmter Wert, und daher ist die Menge an Abgas, die vom Partikelfilter ausströmt, groß, so daß die Konzentration des S-Bestandteils im Abgas, das aus dem Partikelfilter ausströmt, folglich bei einem niedrigen Niveau ist.
Andererseits ist entsprechend der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform, wenn ein Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis einem Partikelfilter zugeführt wird, die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert, und daher ist die Menge an Abgas, die vom Partikelfilter ausströmt, gering, aber zu diesem Zeitpunkt ist die Konzentration des S-Bestandteils, der vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird, im wesentlichen null, so daß die Konzentration des S-Bestand teils im Abgas, das aus dem Partikelfilter ausströmt, folglich bei einem niedrigen Niveau gehalten wird.
Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Konzentration des S-Bestandteils im Abgas, das aus dem Partikelfilter ausströmt, insgesamt bei einem niedrigen Niveau gehalten.
Da die Temperatur des Heizvorrichtungsabgases mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ähnlich hoch ist, selbst wenn ein Heizvorrichtungsabgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter wie in der vorliegenden Ausführungsform zugeführt wird, sinkt ferner die Filtertemperatur nicht ab und wird wenigstens bei der S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur gehalten. Selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Heizvorrichtungsabgases, das dem Partikelfilter zugeführt wird, von mager auf fett umgeschaltet wird, wird daher, da die Filtertemperatur wenigstens bei der S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur gehalten wird, der S-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt, obwohl das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gerade erst in den Partikelfilter eingebracht (introduced) worden ist. Selbst wenn die Kraftstoffmenge, die von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp verbraucht wird, gering ist, wird daher der S-Bestandteil vom NO_x-Katalysator in einer kurzen Zeit freigesetzt.
Zu beachten ist, daß es in der vorliegenden Ausführungsform möglich ist, die Zufuhr von Heizvorrichtungsabgas zum Partikelfilter einzustellen, wenn sich die Zeit, bei der die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert ist, für länger als eine bestimmte Dauer fortsetzt. Demgemäß wird das Absinken der Kraftstoffeffizienz der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp unterdrückt.
Zu beachten ist, daß es in der vorliegenden Ausführungsform auch möglich ist, anstatt das Heizvorrichtungsabgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter zuzuführen, während die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert ist, dem Partikelfilter abwechselnd ein Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ein Heizvorrichtungsabgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zuzuführen. Demgemäß ist die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert, und daher ist die Menge an Abgas, das vom Partikelfilter ausströmt, gering, aber der S-Bestandteil, der vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird, ist relativ gering, so daß die Konzentration des S-Bestandteils im Abgas, das aus dem Partikelfilter ausströmt, folglich bei einem niedrigen Niveau gehalten wird.
Da die S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur eine relativ hohe Temperatur ist, wenn die Filtertemperatur auf die S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur derart angehoben wird, daß der S-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird, werden selbstverständlich die auf dem Partikelfilter abgesetzten Partikel schnell oxidiert und entfernt. Selbst wenn das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren ausgeführt wird, kann daher die Partikeloxidations-Entfernungsfähigkeit der Abgasreinigungsvorrichtung verbessert werden.
Ein Beispiel des Flusses der Ausführung des S-Bestandteil-Freisetzungsverfahrens, das die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform enthält, ist in 9 dargestellt. In 9 wird bei Schritt 70 zunächst beurteilt, ob das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren I zum Freisetzen des S-Bestandteils vom ersten NO_x-Katalysator angefordert worden ist. Wenn bei Schritt 70 beurteilt worden ist, daß das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren I angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 71 fort, bei dem das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren I entsprechend dem in 10 dargestellten Fluß ausgeführt wird. Wenn andererseits bei Schritt 70 beurteilt wird, daß das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren I nicht angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 72 fort.
Bei Schritt 72 wird beurteilt, ob das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren II zum Freisetzen des S-Bestandteils vom zweiten NO_x-Katalysator angefordert worden ist. Wenn bei Schritt 72 beurteilt worden ist, daß das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren II angefordert worden ist, fährt die Routine mit Schritt 73 fort, bei dem das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren II ausgeführt wird. Wenn andererseits bei Schritt 72 beurteilt wird, daß das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren II nicht angefordert worden ist, wird die Routine beendet.
In 10 wird zunächst bei Schritt 80 die Umschaltsteuerung I ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung I wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 zum ersten Betriebszustand umgeschaltet, so daß der Zustrom des Motorabgases zum ersten Partikelfilter 22a unterdrückt wird. Als nächstes wird bei Schritt 81 das Steuerventil 76 geöffnet, dann wird bei Schritt 82 die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben.
Als nächstes wird bei Schritt 83 beurteilt, ob die Temperatur Ta des ersten Partikelfilters 22a höher als die S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur Ts ist. Wenn bei Schritt 83 beurteilt wird, daß Ta Ts ist, kehrt die Routine zu Schritt 83 zurück. Daher wird Schritt 83 wiederholt, bis bei diesem Schritt beurteilt wird, daß Ta > Ts ist. Wenn bei Schritt 83 beurteilt wird, daß Ta > Ts ist, fährt die Routine mit Schritt 84 fort, bei dem die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung entsprechend dem in 11 dargestellten Fluß ausgeführt wird.
In 11 wird zunächst bei Schritt 90 beurteilt, ob die Motordrehzahl N größer als ein vorbestimmter Wert Ns ist. Wenn bei Schritt 90 beurteilt wird, daß N > Ns ist, fährt die Routine mit Schritt 91 fort, bei dem die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung I ausgefürhrt wird. Bei dieser Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung I wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Heizvorrichtungsabgases, das von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zugeführt wird, fett eingestellt, dann fährt die Routine mit Schritt 85 von 10 fort. Wenn andererseits bei Schritt 90 beurteilt wird, daß N ≤ Ns ist, fährt die Routine mit Schritt 92 fort, bei dem die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung II ausgeführt wird. Bei dieser Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung II wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Heizvorrichtungsabgases mager eingestellt, und die Routine fährt mit Schritt 85 von 10 fort.
Bei Schritt 85 von 10 wird beurteilt, ob die Freisetzung des S-Bestandteils abgeschlossen ist. Wenn bei Schritt 85 beurteilt wird, daß die Freisetzung des S-Bestand teils nicht abgeschlossen ist, kehrt die Routine zu Schritt 84 zurück. Daher werden die Schritte 84 und 85 wiederholt, bis bei Schritt 84 beurteilt wird, daß die Freisetzung des S-Bestandteils abgeschlossen ist. Wenn bei Schritt 85 beurteilt wird, daß die Freisetzung des S-Bestandteils abgeschlossen ist, fährt die Routine mit Schritt 86 fort, bei dem der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, dann wird bei Schritt 87 das Steuerventil 76 geschlossen und die Routine beendet.
Das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren II der vorliegenden Ausführungsform wird entsprechend dem in 10 dargestellten Fluß mit Ausnahme des nachfolgend beschriebenen Punkts ausgeführt. Beim S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren II der vorliegenden Ausführungsform wird bei Schritt 80 der 10 die Umschaltsteuerung II ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung II wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 auf den zweiten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases in den zweiten Partikelfilter 22b unterdrückt ist. Das übrige Verfahren ist dasselbe wie das Verfahren beim S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren I der vorliegenden Ausführungsform.
Zu beachten ist, daß wenn die Filtertemperatur bei wenigstens der S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur gehalten wird, um das Freisetzen des S-Bestandteils vom NO_x-Katalysator zu verursachen und das Innere des Partikelfilters weiterhin bei einer fetten Atmosphäre in Abhängigkeit vom Niveau der Filtertemperatur oder vom Niveau der fetten Atmosphäre zu halten, wird der S-Bestandteil vom Partikelfilter bisweilen als Hydrogensulfid (H₂S) anstatt von Schwefeldioxid (SO₂) ausströmen.
Hydrogensulfid weist die Eigenschaft auf, am NO_x-Katalysator einfach absorbiert zu werden, und wenn es einmal absorbiert ist, sich nur mit Schwierigkeit zu lösen bzw. freizusetzen (disassociate). Wenn Hydrogensulfid am NO_x-Katalysator absorbiert ist, sinkt die NO_x-Absorptionsfähigkeit des NO_x-Katalysators, und folglich sinkt die NO_x-Reinigungsfähigkeit des NO_x-Katalysators. Um die NO_x-Reinigungsfähigkeit des NO_x-Katalysators auf einem hohen Niveau zu halten, ist es daher wünschenswert, daß der S- Bestandteil vom NO_x-Katalysator eher in Gestalt von Schwefeldioxid als in Gestalt von Hydrogensulfid freigesetzt wird.
Daher ist es in der in 2 dargestellten Anordnung auch möglich, das nachfolgende S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren auszuführen. D.h., wenn der S-Bestandteil freigesetzt werden soll, wird bei der S-Bestandteil-Freisetzungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform der Betriebszustand des Umschaltventils 2 derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases zum Partikelfilter, der mit dem NO_x-Katalysator bereitgestellt wird, in dem Zustand, bei dem der S-Bestandteil freigesetzt werden soll, unterdrückt wird, dann wird das Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem Partikelfilter zugeführt. Demgemäß wird der Partikelfilter durch das Heizvorrichtungsabgas erwärmt, und ein Anstieg der Filtertemperatur wird bewirkt.
Wenn die Filtertemperatur die S-Bestandteil-Freisetzungstemperatur erreicht, wird bei der S-Bestandteil-Freisetzungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform ferner das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und das Heizvorrichtungsabgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter abwechselnd zugeführt. Wenn ein Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und ein Heizvorrichtungsabgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter auf diese Weise abwechselnd zugeführt werden, wird die Filtertemperatur, selbst wenn sie ansteigt, unter einer bestimmten Temperatur gehalten, und die Fettheit der Atmosphäre im Partikelfilter wird unter einem bestimmten Grad gehalten. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der S-Bestandteil vom NO_x-Katalysator in Gestalt von Schwefeldioxid freigesetzt, und folglich wird die NO_x-Reinigungsfähigkeit des NO_x-Katalysators bei einem hohen Niveau gehalten.
Zu beachten ist, daß es in der vorliegenden Ausführungsform anstatt der abwechselnden Zuführung des Heizvorrichtungsabgases mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und des Heizvorrichtungsabgases mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Partikelfilter auch möglich ist, Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zuzuführen und den Öffnungsgrad des Umschaltventils 72 zu steuern, um Motorabgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter absatzweise bzw. diskontinuierlich zuzuführen. Auch aufgrund dessen wird die Filtertemperatur, selbst wenn sie ansteigt, unter einer bestimmten Temperatur gehalten, und die Fettheit der Atmosphäre im Partikelfilter wird unter einem bestimmten Grad gehalten, so daß der S-Bestandteil vom NO_x-Katalysator in Gestalt von Schwefeldioxid freigesetzt wird, und folglich wird die NO_x-Reinigungsfähigkeit des NO_x-Katalysators bei einem hohen Niveau gehalten.
Zu beachten ist, daß das Einströmen des Motorabgases in einem Partikelfilter beim NO_x-Reduktionsverfahren durch das Umschaltventil 72 unterdrückt wird. Hierbei ist die Menge an Heizvorrichtungsabgas, das dem Partikelfilter zugeführt wird, geringer als die Menge an Motorabgas, die an der Abgasreinigungsvorrichtung 70 ankommt, so daß der Druck im Partikelfilter während des NO_x-Reiningungsverfahrens geringer als der Druck im Motor-Abgasdurchlaß stromabwärtsseitig zum Partikelfilter wird. In diesem Fall strömt das Motorabgas, das vom anderen Partikelfilter ausströmt, in diesen Partikelfilter von der Stromabwärtsseite her.
Um die Atmosphäre innerhalb des Partikelfilters auf einem gewünschten Grad einer fetten Atmosphäre einzustellen, ist es in diesem Fall erforderlich, die Fettheit des Heizvorrichtungsabgases größer einzustellen, als wenn überhaupt kein Motorabgas in den Partikelfilter einströmt. In diesem Fall sinkt die Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit (fuel efficiency) der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp. Um daher ein Absinken der Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit (fuel efficiency) der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp wegen dieses Grunds bzw. aufgrund dessen zu unterdrücken, ist es erwünscht, das Einströmen des Motorabgases von der Stromabwärtsseite des Partikelfilters her beim NO_x-Reduktionsverfahren zu unterdrücken.
Daher ist es auch möglich, die in 12 dargestellte Anordnung anzuwenden und das obere NO_x-Reduktionsverfahren auszuführen. In der in 12 dargestellten Anord nung sind die stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässe 92a und 92b zur Atmosphäre hin offen bzw. geöffnet, da sie nicht zusammengeschlossen sind. Demgemäß wird das Einströmen des Abgases, das von einem stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlaß zum anderen stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlaß ausströmt, unterdrückt, und das Einströmen des Motorabgases zum Partikelfilter beim NO_x-Reduktionsverfahren von der Stromabwärtsseite wird unterdrückt. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Absinken der Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit (fuel efficiency) der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp unterdrückt.
Zu beachten ist, daß auch mit der in 13 dargestellten Anordnung Effekte ähnlich den Effekten erreicht werden, die mit der in 12 dargestellten Anordnung erhalten werden. In der in 13 dargestellten Anordnung sind die stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässe 92a und 92b nicht unmittelbar auf der Stromabwärtsseite des Partikelfilters zusammengeschlossen, sondern erstrecken sind über eine relativ lange Strecke und sind dann zusammengeschlossen. Hierbei wird der Abstand von den Partikelfiltern bis zu dem Bereich, bei dem die stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässe 92a und 92b zusammengeschlossen sind (nachfolgend als „der Abgasdurch-laß-Zusanunenschlußbereich" bezeichnet), auf den Abstand eingestellt, bei dem, falls das Einströmen des Motorabgases zu einem Partikelfilter unterdrückt ist, das Einströmen des Motorabgases, das vom anderen Partikelfilter stromabwärtsseitig des anderen Partikelfilters durch den Abgasdurchlaß-Zusammenschlußbereich ausströmt, unterdrückt ist.
Als eine separate Anordnung zum Unterdrücken des Einströmens von Motorabgas von der Stromabwärtsseite der Partikelfilter beim NO_x-Reduktionsverfahren ist es ferner ebenso möglich, die in 14 dargestellte Anordnung anzuwenden. Bei der in 14 dargestellten Anordnung weisen die stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässe 92a und 92b die Abgasventile 78a und 78b auf, die in ihnen bzw. darin angeordnet sind. Diese Abgasventile 78a und 78b sind mit den Schrittmotoren 79a und 79b verbunden. Diese Schrittmotoren 79a und 79b sind mit dem Ausgabeport 36 über die korrespondierenden Steuerschaltkreise (drive circuits) 38 verbunden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Abgasventil 78a oder 78b, das im stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlaß 92a oder 92b angeordnet ist, der mit dem Partikelfilter verbunden ist, bei dem das Einströmen des Motorabgases beim NO_x-Reduktionsverfahren unterdrückt ist, durch den Schrittmotor 79a oder 79b geschlossen. Demgemäß wird das Einströmen des Motorabgases von der Stromabwärtsseite zu den Partikelfiltern im NO-Reduktionsprozeß durch die Abgasventile 78a und 78b unterdrückt.
Da der stromabwärtsseitige Abgas-Verzweigungsdurchlaß 92a oder 92b, der mit dem in das NO_x-Reduktionsverfahren eingebundenen (engaged) Partikelfilter verbunden ist, durch das Abgasventil 78a oder 78b geschlossen wird, steigt ferner der Druck in dem in das NO_x-Reduktionsverfahren eingebundenen (engaged) Partikelfilter an. Aufgrund dessen wird das Einströmen des Motorabgases von der Stromabwärtsseite zu dem in das NO_x-Reduktionsverfahren eingebundenen (engaged) Partikelfilter auch unterdrückt.
Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Absinken der Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit (fuel efficiency) der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp unterdrückt.
Selbstverständlich ist die Unterdrückung des Einströmens des Motorabgases von der Stromabwärtsseite zu den Partikelfiltern durch die oben beschriebene Anordnung ebenfalls effektiv zur Unterdrückung des Absinkens der Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit (fuel efficiency) der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp.
In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch während des NO_x-Reduktionsverfahrens und des S-Bestandteil-Freisetzungsverfahrens die Stromaufwärtsseite des Partikelfilters, dem das Heizvorrichtungsabgas zugeführt wird, durch das Umschaltventil 72 geschlossen, und seine Stromabwärtsseite ist durch das Abgasventil 78a oder 78b ge schlossen. Daher steigt in Abhängigkeit von der Menge an Heizvorrichtungsabgas, das dem Partikelfilter pro Zeiteinheit zugeführt wird, der Druck im Partikelfilter an, und manchmal wird es schwer, das Heizvorrichtungsabgas von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem Partikelfilter zuzuführen.
Um das Heizvorrichtungsabgas von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem Partikelfilter wie gewünscht zuzuführen, ist es daher wünschenswert, den Druck im jenem Partikelfilter auf einen Grad zu unterdrücken, bei dem die Zuführung des Heizvorrichtungsabgases zu jenem Partikelfilter von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp nicht schwer werden wird.
Daher ist es möglich, die in 14 dargestellte Anordnung einzusetzen und die nachfolgende Abgasventil-Öffnungsgrad-Steuerung auszuführen. D.h., in der in 14 dargestellten Anordnung sind die Drucksensoren 88a und 88b zur Erfassung des Drucks in den Partikelfiltern 22a und 22b in den Abgas-Verzweigungsdurchlässen 92a und 92b auf den Stromabwärtsseiten der Partikelfilter 22a und 22b angeordnet. Bei der Abgasventil-Öffnungsgrad-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform wird während des NO_x-Reduktionsverfahrens und des S-Bestandteil-Freisetzungsverfahrens der Druck innerhalb des Partikelfilters, dem das Heizvorrichtungsabgas zugeführt wird, durch einen Drucksensor erfaßt. Wenn der erfaßte Druck höher als ein vorbestimmter Druck wird, wird der Öffnungsgrad des Abgasventils, das stromabwärtsseitig zu jenem Partikelfilter angeordnet ist, vergrößert. Umgekehrt wird, wenn der erfaßte Druck geringer als ein vorbestimmter Druck wird, der Öffnungsgrad dieses Abgasventils verringert. Daher wird der vorbestimmte Druck auf den oberen Grenzwert des Drucks eingestellt, bei dem das Heizvorrichtungsabgas dem Partikelfilter wie gewünscht zugeführt wird.
Demgemäß wird der Druck in einem Partikelfilter bei dem Druck gehalten, bei dem das Heizvorrichtungsabgas dem Partikelfilter wie gewünscht zugeführt wird.
Ein Beispiel des Flusses zum Ausführen der Abgasventil-Öffnungsgrad-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform ist in 15 dargestellt. In 15 wird zunächst bei Schritt 100 beurteilt, ob der Druck P, der vom Drucksensor erfaßt worden ist, der stromabwärtsseitig vom Partikelfilter angeordnet ist, dem das Heizvorrichtungsabgas zugeführt wird, höher als ein vorbestimmter Druck Pmax ist. Hierbei wird der vorbestimmte Druck Pmax auf den oberen Grenzwert des Drucks eingestellt, bei dem das Heizvorrichtungsabgas dem Partikelfilter wie gewünscht zugeführt wird.
Wenn bei Schritt 100 beurteilt wird, daß P > Pmax ist, fährt die Routine mit Schritt 101 fort, bei dem ein Anstieg des Öffnungsgrads des Abgasventils, das stromabwärtsseitig zum Partikelfilter angeordnet ist, dem das Heizvorrichtungsabgas zugeführt wird, bewirkt wird, und die Routine wird beendet. Wenn andererseits bei Schritt 100 beurteilt wird, daß P < Pmax ist, fährt die Routine mit Schritt 102 fort, bei dem ein Abnehmen des Öffnungsgrads des Abgasventils bewirkt wird, und die Routine wird beendet.
Um das Einströmen des Motorabgases von der Stromabwärtsseite zu einem Partikelfilter beim NO_x-Reduktionsverfahren und beim S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren zu unterdrücken, ist es ferner möglich, die in 14 dargestellte Anordnung einzusetzen und die nachfolgende Abgasventil-Öffnungsgrad-Steuerung auszuführen. D.h., bei der Abgasventil-Öffnungsgrad-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform werden während des NO_x-Reduktionsverfahrens und des S-Bestandteil-Freisetzungsverfahrens die Drücke in den Partikelfiltern durch die Drucksensoren erfaßt. Auf Basis dieser Drücke wird der Öffnungsgrad des Abgasventils, das stromabwärtsseitig zum Partikelfilter angeordnet ist, dem das Heizvorrichtungsabgas zugeführt wird, derart gesteuert, daß der Druck im Innern des Partikelfilters, dem das Heizvorrichtungsabgas zugeführt wird, größer wird als der Druck im Innern des anderen Partikelfilters oder daß wenigstens die Drücke der beiden Partikelfilter gleich werden.
Demgemäß wird das Einströmen des Motorabgases von der Stromabwärtsseite zum Partikelfilter, der in das NO_x-Reduktionsverfahren und das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren eingebunden (engaged) ist, unterdrückt.
Zu beachten ist, daß anstatt des Steuerns des Öffnungsgrads eines Abgasventils entsprechend dem Druck im Innern des Partikelfilters durch Herabsetzen der Menge an Abgas, die pro Zeiteinheit von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem Partikelfilter zugeführt wird, wenn beurteilt wird, daß der Druck im Innern des Partikelfilters höher als ein vorbestimmter Wert ist, während die Menge an Abgas, die pro Zeiteinheit von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem Partikelfilter zugeführt wird, erhöht wird, wenn beurteilt wird, daß der Druck im Partikelfilter geringer als ein vorbestimmter Wert ist, der Druck im Innern des Partikelfilters nahe bei einem vorbestimmten Wert gehalten wird.
Zu beachten ist, daß es anstatt der in 2 dargestellten Anordnung auch möglich ist, die in 16 dargestellte Anordnung einzusetzen. Bei der in 16 dargestellten Anordnung sind die Umschaltventile 72a und 72b in den stromaufwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässen 71a und 71b angeordnet. Diese Umschaltventile 72a und 72b sind mit den korrespondierenden Schrittmotoren 73a und 73b verbunden. Die Abgas-Zuführleitung 75 ist ferner in eine erste Abgaszuführ-Verzweigungsleitung 75a und eine zweite Abgaszuführ-Verzweigungsleitung 75b verzweigt. Diese Abgaszuführ-Verzweigungsleitungen 75a und 75b sind jeweils mit den stromaufwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässen 71a und 71b verbunden.
Wenn das Heizvorrichtungsabgas nicht den Partikelfiltern 22a und 22b zugeführt wird, sind bei dieser Ausführungsform die beiden Umschaltventile 72a und 72b vollständig geöffnet, wobei ein Einströmen des Motorabgases in die beiden Partikelfilter 22a und 22b bewirkt wird.
Wenn andererseits das Heizvorrichtungsabgas dem ersten Partikelfilter 22a zugeführt wird, wird das Steuerventil 76 geöffnet, wird die Abgas-Zuführleitung 75 geöffnet, das zweite Umschaltventil 72b wird vollständig offen gelassen, das erste Umschaltventil 72a wird vollständig geschlossen, und die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp wird betrieben.
Demgemäß wird das Einströmen des Motorabgases in den ersten Partikelfilter 22a unterdrückt und ein Einströmen fast des gesamten Motorabgases in den zweiten Partikelfilter 22b wird bewirkt. Daher ist der Druck im ersten stromaufwärtsseitigen Abgas-Zweigdurchlaß 71a geringer als der Druck in der Abgaszuführleitung 75, während der Druck im Innern der zweiten stromaufwärtsseitigen Abgas-Zweigdurchlaß 71b höher als der Druck in der Abgas-Zuführleitung 75 ist. Daher strömt fast kein Heizvorrichtungsabgas in den zweiten stromaufwärtsseitigen Abgas-Zweigdurchlaß 71b, während fast das gesamte Heizvorrichtungsabgas in den ersten stromaufwärtsseitigen Abgas-Zweigdurchlaß 71a einströmt. Daher wird das Heizvorrichtungsabgas dem ersten Partikelfilter 22a zugeführt.
Wenn das Heizvorrichtungsabgas dem zweiten Partikelfilter 22b zugeführt wird, wird andererseits das Steuerventil 76 geöffnet, wird die Abgas-Zuführleitung 75 geöffnet, wird das erste Umschaltventil 72a vollständig geöffnet gelassen, wird das zweite Umschaltventil 72b vollständig geschlossen, und wird die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben. Demgemäß wird das Heizvorrichtungsabgas dem zweiten Partikelfilter 22b zugeführt.
Zu beachten ist, daß es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich ist, das Heizvorrichtungsabgas den beiden Partikelfilter 22a und 22b zeitgleich zuzuführen. Wenn die beiden Umschaltventile 72a und 72b geschlossen sind, um das Heizvorrichtungsabgas den beiden Partikelfiltern 22a und 22b zeitgleich zuzuführen, wird das Motorabgas jedoch nicht in der Lage sein, in einen der Partikelfilter zu strömen, der Staudruck wird außerordentlich hoch werden, und Leistung des Verbrennungsmotors wird schließlich sinken. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform entweder verhindert, daß das Heizvorrichtungsabgas zeitgleich den beiden Partikelfiltern 22a und 22b zugeführt wird, oder das Heizvorrichtungsabgas wird den beiden Partikelfiltern 22a und 22b zugeführt, ohne die Umschaltventile 72a und 72b zu schließen.
Ein Beispiel für den Fluß zur Ausführung des NO_x-Reduktionsverfahrens in einer Ausführungsform, welche die in 16 dargestellte Anordnung anwendet, ist in 17 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird das NO_x-Reduktionsverfahren entsprechend dem Fluß von 3 ausgeführt, während das NO_x-Reduktionsverfahren I von Schritt 11 im Fluß von 3 entsprechend dem Fluß von 17 ausgeführt wird.
In 17 wird bei Schritt 120 zunächst das erste Umschaltventil 72a geschlossen, dann wird bei Schritt 121 das Steuerventil 76 geöffnet, dann wird bei Schritt 122 die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben. Hierbei wird das Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem ersten Partikelfilter 22a zugeführt, und das im ersten NO_x-Katalysator 22a absorbierte NO_x wird reduziert und gereinigt.
Als nächstes wird bei Schritt 123 beurteilt, ob der Reduktions- und Reinigungsvorgang des im ersten NO_x-Katalysator 22a absorbierten NO_x abgeschlossen worden ist. Wenn bei Schritt 123 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und -Reinigungsvorgang nicht abgeschlossen worden ist, kehrt die Routine zu Schritt 123 zurück. Daher wird Schritt 123 so lange wiederholt, bis bei Schritt 123 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und -Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist.
Wenn bei Schritt 123 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und -Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist, fährt die Routine mit Schritt 124 fort, bei dem der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, dann wird bei Schritt 125 das Steuerventil 76 geschlossen, dann wird bei Schritt 126 das erste Umschaltventil 72a geöffnet, und die Routine wird beendet.
Zu beachten ist, daß in der vorliegenden Ausführungsform das NO_x-Reduktionsverfahren II bei Schritt 13 im Fluß von 3 entsprechend dem Fluß von 17 mit Ausnahme des unten beschriebenen Punkts ausgeführt wird. D.h., beim NO_x-Reduktionsverfahren II wird bei Schritt 120 von 17 das zweite Umschaltventil 71b geschlossen, dann wird bei Schritt 126 das zweite Umschaltventil 72b geöffnet. Das übrige Verfahren ist dasselbe wie in dem Verfahren beim NO_x-Reduktionsverfahren I der vorliegenden Ausführungsform.
Zu beachten ist, daß bei der Ausführungsform, welche die in 16 dargestellte Ausführungsform anwendet, das Steuerventil 76 geöffnet wird, wenn die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben wird. Daher wird bei der in 16 dargestellten Anordnung während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ein Öffnen der Abgas-Zuführleitung 75 für die beiden stromaufwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässe 71a und 71b durch die erste Abgaszuführ-Verzweigungsleitung 75a und die zweite Abgaszuführ-Verzweigungsleitung 75b bewirkt. Hierbei strömt während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp das Motorabgas in einen der stromaufwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässe 71a und 71b, so daß der Druck in jenem stromaufwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlaß ansteigt, und es besteht eine Möglichkeit, daß das Motorabgas zurück zur Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp durch den stromaufwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlaß strömt.
In diesem Fall bauen sich Partikel, HC etc. in den Abgas-Zuführleitungen 75, 75a und 75b auf, und es gibt eine Möglichkeit, daß die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp folglich versagt. Um den Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zu allen Zeitpunkten stabil zu halten, ist es daher wünschenswert, einen Rückstrom des Motorabgases zur Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zu unterdrücken, selbst während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp.
Daher sind in der in 16 dargestellten Anordnung die Drucksensoren 91a und 91b an den stromaufwärtsseitigen Verzweigungsdurchlässen 71a und 71b auf der Stromabwärtsseite des Umschaltventils 72 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform wird während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp, wenn der durch den Drucksensor 91a oder 91b erfaßte Druck größer als ein vorbestimmter Druck wird, das Steuerventil 76 geschlossen, und der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp wird auf einmal (once) beendet. Da der Rückstrom des Motorabgases zur Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp unterdrückt wird, funktioniert die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp demgemäß zu allen Zeitpunkten stabil. Zu beachten ist, daß der vorbestimmte Druck auf den Druck eingestellt wird, bei dem das Motorabgas beginnt, zur Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zurückzuströmen.
Ein Beispiel für den Fluß zur Steuerung des Öffnungs- und Schließvorgangs des Steuerventils 76 während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ist in 18 dargestellt. In 18 wird zunächst bei Schritt 140 beurteilt, ob der Druck Pa, der durch den Drucksensor 91a, der im ersten stromaufwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlaß 71a angeordnet ist, erfaßt wird, geringer als ein vorbestimmter Druck Pmax ist. Wenn bei Schritt 140 beurteilt wird, daß Pa < Pmax ist, fährt die Routine mit Schritt 141 fort. Wenn andererseits bei Schritt 140 beurteilt wird, daß Pa ≥ Pmax, fährt die Routine mit Schritt 144 fort, bei dem das Steuerventil 76 geschlossen wird, dann wird bei Schritt 145 der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet und die Routine beendet.
Bei Schritt 141 wird beurteilt, ob der Druck Pb, der vom Drucksensor 91b, der am zweiten stromaufwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlaß 71b angeordnet ist, erfaßt wird, geringer als ein vorbestimmter Druck Pmax ist. Wenn bei Schritt 141 beurteilt wird, daß Pb < Pmax ist, fährt die Routine mit Schritt 142 fort, bei dem das Steuerventil 76 geöffnet wird, dann wird bei Schritt 143 die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben und die Routine beendet. Wenn andererseits bei Schritt 141 beurteilt wird, daß Pb ≥ Pmax, fährt die Routine mit Schritt 144 fort, bei dem das Steuerventil 76 geschlossen wird, dann wird bei Schritt 145 der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet und die Routine beendet.
Ferner ist es anstatt der in 16 dargestellten Anordnung auch möglich, die in 19 dargestellte Anordnung anzuwenden und die nachfolgende Rückfluß-Vermeidungssteuerung auszuführen. D.h., in 19 ist das Steuerventil 76 ein Drei-Wege-Ventil. Dieses Steuerventil 76 ist mit einem Abgas-Überdruckdurchlaß (relief passage) 86 verbunden, der sich vom Motorabgasdurchlaß stromabwärtsseitig vom Partikelfilter erstreckt. Bei der Rückfluß-Vermeidungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn der durch den Drucksensor 91a oder 91b erfaßte Druck größer als ein vorbestimmter Druck wird, der Betriebszustand des Steuerventils 76 derart umgeschaltet, daß das Abgas, das von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp (Heizvorrichtungsabgas) abgegeben wird, durch den Abgas-Überdruckdurchlaß (relief passage) 86 zum Motor-Abgasdurchlaß 92 abgegeben wird. Wenn die beiden durch die beiden Drucksensoren 91a und 91b erfaßten Drücke geringer als der vorbestimmte Druck werden, wird der Betriebszustand des Steuerventils 76 derart umgeschaltet, daß das Heizvorrichtungsabgas an die stromaufwärtsseitigen Verzweigungsdurchlässe 71a und 71b abgegeben wird.
Zu beachten ist, daß die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp durch Verbrennen desselben Kraftstoffs wie der Kraftstoff der dem Motorgehäuse 1 zugeführt wird, Abgas erzeugt. Daher erzeugt auch die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp Partikel und NO_x, wenn auch in geringen Mengen. Selbstverständlich tritt das von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp abgegebene Heizvorrichtungsabgas durch die Partikelfilter durch, bevor es an die Atmosphäre abgegeben wird, so daß die Partikel oder NO_x durch den Partikelfilter behandelt (processed) werden. Um das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und das NO_x-Reinigungsniveau der Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 bei hohen Niveaus zu halten, ist es jedoch wünschenswert, die Erzeugungsmenge an Partikeln und NO_x in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zu unterdrücken.
Daher ist es anstatt der in 2 dargestellten Anordnung auch möglich, die in 20 dargestellte Anordnung anzuwenden und die nachfolgende Partikel- und NO_x-Erzeugungs-Unterdrückungssteuerung auszuführen. D.h., bei der in 20 dargestellten Anordnung sind der Motor-Abgasdurchlaß 71 auf der Stromaufwärtsseite der Partikelfilter 22a und 22b und die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp durch eine Abgas-Einbringleitung 80 verbunden. In dieser Abgas-Einbringleitung 80 ist ein Einbring-Steuerventil 81 zur Steuerung der Menge an Motorabgas, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, angeordnet. Bei dieser Partikel- und NO_x-Erzeu gungs-Unterdrückungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform wird während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp der Betrieb des Einbring-Steuerventils 81 derart gesteuert, daß eine vorbestimmte Menge des Motorabgases vom Motorabgas-Durchlaß 71 auf der Stromaufwärtsseite der Partikelfilter 22a und 22b zur Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird.
Bei der Partikel- und NO_x Erzeugungs-Unterdrückungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform wird die Menge des Motorabgases, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, auf eine Menge eingestellt, bei der die nachfolgend beschriebene sogenannte „Niedertemperatur-Verbrennung" bei der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ausgeführt wird. Wenn der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eine Niedertemperatur-Verbrennung ermöglicht wird, wird die Erzeugungsmenge von Partikeln und NO_x in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp außerordentlich gering.
Anstatt der in 20 dargestellten Anordnung ist es ferner auch möglich, die in 21 dargestellte Anordnung anzuwenden und die nachfolgende Partikel- und NO_x-Erzeugungs-Unterdrückungssteuerung auszuführen. D.h., bei der in 21 dargestellten Anordnung sind der Motorabgas-Durchlaß 92 auf der Stromabwärtsseite der Partikelfilter und die Luft-Zuführleitung 89 durch die Abgas-Einbringleitung 80 verbunden. In der Abgas-Einbringleitung 80 ist ein Einbring-Steuerventil 81 zur Steuerung der Menge des Motorabgases, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, angeordnet. Bei der Partikel- und NO_x-Erzeugungs-Unterdrückungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform wird während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp der Betrieb des Einbring-Steuerventils 81 ferner derart gesteuert, daß die vorbestimmte Menge des Motorabgases vom Motorabgas-Durchlaß 92 auf der Stromabwärtsseite der Partikelfilter 22a und 22b in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird auch die Menge an Motorabgas, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, auf eine Menge eingestellt, bei der die nachfolgend beschriebene Niedertemperatur-Verbrennung in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ausgeführt wird.
Demgemäß wird Abgas, das wegen der Partikeln und der HC von den Partikelfiltern behandelt wird, in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht. Daher ist die Konzentration an Partikeln oder HC im Abgas, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, außerordentlich gering. Aus diesem Grund wird zusätzlich zu den Effekten, die durch die in 20 dargestellte Ausführungsform erhalten werden, gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Belegen der Abgas-Einbringleitung aufgrund der Ablagerung der Partikel oder der HC in der Abgas-Einbringleitung 80 unterdrückt.
Zu beachten ist, daß während des Ausführens des NO_x-Reduktionsverfahrens oder des S-Bestandteil-Freisetzungsverfahrens das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Heizvorrichtungsabgases, das den Partikelfiltern zugeführt wird, fett ist. Daher enthält das Abgas, das aus den Partikelfiltern ausströmt, HC, wenn auch in geringen Mengen. Bei der Ausführungsform, welche die in 21 dargestellte Anordnung verwendet, wird daher während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp das Abgas, das von den Partikelfiltern ausströmt, in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht. Daher könnten sich zu diesem Zeitpunkt die HC im Abgas, die in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht werden, in der Abgas-Einbringleitung 80 oder im Einbring-Steuerventil 81 anlagern (build up) und es für die vorbestimmte Abgasmenge unmöglich machen, in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingeführt zu werden.
Um die vorbestimmte Abgasmenge in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp einzubringen, ist es daher während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp wünschenswert, daß das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebrachte Abgas keine HC enthält.
Anstatt der in 21 dargestellten Anordnung ist es daher auch möglich, die in 22 dargestellte Anordnung zu verwenden und die nachfolgende Partikel- und NO_x-Erzeugungs-Unterdrückungssteuerung auszuführen. D.h., bei der in 22 dargestellten Anordnung sind die stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlässe 92a und 92b so ausgestaltet, daß sie zur Atmosphäre öffnen, da sie nicht zusammengeschlossen sind. Der erste stromabwärtsseitige Abgas-Verzweigungsdurchlaß 92a weist eine erste Abgas-Einbring-Verzweigungsleitung 80a auf, die damit verbunden ist, während der zweite stromabwärtsseitige Abgas-Verzweigungsdurchlaß 92b die zweite Abgas-Einbring-Verzweigungsleitung 80b aufweist, die damit verbunden ist. Diese Abgas-Einbring-Verzweigungsleitungen 80a und 80b sind mit einer gemeinsamen Abgas-Einbringleitung 80 verbunden. Die Abgas-Einbringleitung 80 ist mit einer Luft-Zuführleitung 89 verbunden. Ferner weist die Abgas-Einbringleitung 80 das Einbring-Steuerventil 81 auf, das darin angeordnet ist, die erste Abgas-Einbring-Verzweigungsleitung 80a weist ein erstes Einbring-Steuerventil 90a zum Öffnen oder Schließen des darin angeordneten Strömungswegs auf und die zweite Abgas-Einbring-Verzweigungsleitung 80b weist ein zweites Einbring-Steuerventil 90b zum Öffnen oder Schließen des darin angeordneten Strömungswegs auf.
Ferner wird bei der Partikel- und NO_x-Erzeugungs-Unterdrückungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform Abgas in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp nur durch die Abgas-Einbring-Verzweigungsleitung eingebracht, die mit dem stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlaß verbunden ist, bei dem das Einströmen des Motorabgases nicht durch das Umschaltventil 72 unterdrückt wird. D.h., während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp wird das Einbring-Steuerventil, das in der Abgas-Einbring-Verzweigungsleitung angeordnet ist, die mit dem stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlaß verbunden ist, bei dem das Einströmen des Motorabgases unterdrückt wird, im geschlossenen Zustand belassen, der Strömungsweg (flow path) der Abgas-Einbring-Verzweigungsleitung wird geschlossen belassen, andererseits wird das Einbring-Steuerventil, das in der Abgas-Einbring-Verzweigungsleitung angeordnet ist, die mit dem stromabwärtsseitigen Abgas-Verzweigungsdurchlaß verbunden ist, bei dem das Einströmen des Motorabgases nicht unterdrückt wird, geöffnet, der Strömungsweg (flow path) der Abgas-Einbring-Verzweigungsleitung wird geöffnet, und das Einbring-Steuerventil 81 wird gesteuert, wodurch das Abgas in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, während die Abgasmenge, die in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, gesteuert wird.
Demgemäß ist, wenn ein Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp in die Partikelfilter eingebracht wird, die Menge an HC im Abgas, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, geringer als im Fall des Einbringens des Abgases vom Motor-Abgasdurchlaß stromabwärtsseitig vom Abgasdurchlaß-Zusammenschlußbereich in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp. Daher wird das Aufbauen von HC in der Abgas-Einbringleitung 80 oder im Einbring-Steuerventil 81 unterdrückt. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine vorbestimmte Abgasmenge in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht.
Ein Beispiel für den Fluß zur Ausführung des NO_x-Reduktionsverfahrens I in der Ausführungsform, welche die in 22 dargestellte Anordnung verwendet, ist in 23 dargestellt. Das NO_x-Reinigungsverfahren in der vorliegenden Ausführungsform wird durch den Fluß von 3 ausgeführt, während das NO_x-Reduktionsverfahren I von Schritt 11 von 3 gemäß dem in 23 dargestellten Fluß ausgeführt wird.
Im Fluß von 23 wird zunächst bei Schritt 160 die Umschaltsteuerung I ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung I wird der Betriebszustand des Steuerventils 72 derart in den ersten Betriebszustand umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases zum ersten Partikelfilter 22a unterdrückt wird. Als nächstes wird bei Schritt 161 das Steuerventil 76 geöffnet, dann wird bei Schritt 162 das zweite Einbring-Steuerventil 90b geöffnet, dann wird bei Schritt 163 die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben. Hierbei wird das Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem ersten Partikelfilter 22a zugeführt, und das im ersten NO_x-Katalysator absorbierte NO_x wird reduziert und gereinigt.
Als nächstes wird bei Schritt 164 der Öffnungsgrad des Einbring-Steuerventils 81, d.h., die Abgasmenge, die in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, gesteuert, um sie auf eine gewünschte Menge einzustellen. Als nächstes wird bei Schritt 165 beurteilt, ob der Reduktions- und Reinigungsvorgang des im ersten NO_x-Katalysator absorbierten NO_x abgeschlossen ist. Wenn bei Schritt 165 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang nicht abgeschlossen worden ist, kehrt die Routine zu Schritt 164 zurück. Daher werden die Schritte 164 und 165 wiederholt, bis bei Schritt 165 beurteilt wird, daß der. NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist.
Wenn bei Schritt 165 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist, fährt die Routine mit Schritt 166 fort, bei dem die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, dann wird bei Schritt 167 das zweite Einbring-Steuerventil 90b geschlossen, dann wird bei Schritt 168 das Steuerventil 76 geschlossen, und die Routine wird beendet.
Ferner wird bei der vorliegenden Ausführungsform das NO_x-Reduktionsverfahren II im Fluß von 3 gemäß dem Fluß von 23 mit Ausnahme des nachfolgend beschriebenen Punkts ausgeführt. D.h., beim NO_x-Reduktionsverfahren II wird die Umschaltsteuerung II bei Schritt 160 von 23 ausgeführt. D.h., bei Schritt 160 von 23 wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 in den zweiten Betriebszustand umgeschaltet, so daß das Einströmen des Motorabgases in den zweiten Partikelfilter 22b unterdrückt wird. Ferner wird beim NO_x-Reduktionsverfahren II der vorliegenden Ausführungsform bei Schritt 162 von 23 das erste Einbring-Steuerventil 90a geöffnet, und bei Schritt 167 von 23 wird das erste Einbring-Steuerventil 90a geschlossen. Das übrige Verfahren ist dasselbe wie das Verfahren beim NO_x-Reduktionsverfahren I der vorliegenden Ausführungsform.
Zu beachten ist, daß es anstatt der in 20 dargestellten Anordnung auch möglich ist, die in 24 dargestellte Anordnung zu verwenden und die Partikel- und NO_x-Erzeugungs-Unterdrückungssteuerung in der Ausführungsform, welche die in 20 dargestellte Anordnung verwendet, auszuführen. D.h., in der in 24 dargestellten An ordnung ist die Abgas-Einbringleitung 80 mit der Abgas-Zuführleitung 75 verbunden. Demgemäß wird während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ein Einbringen des Heizvorrichtungs-Abgases, das von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp abgegeben wird, in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp bewirkt.
Ferner ist es möglich, anstatt der in 20 dargestellten Anordnung die in 25 dargestellte Anordnung zu verwenden und die Partikel- und NO_x-Erzeugungs-Unterdrückungssteuerung in der Ausführungsform, welche die in 20 dargestellte Anordnung verwendet, auszuführen. D.h., in der in 25 dargestellten Anordnung ist die Atmosphären-Zuführleitung nicht mit der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp verbunden. Die Abgas-Einbringleitung 80 ist mit der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp verbunden. Demgemäß wird während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp nur Motorabgas in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht. D.h., in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp wird ein Verbrennen des Kraftstoffs durch den Sauerstoff im Motorabgas bewirkt.
Wenn auf diese Weise ein Verbrennen des Kraftstoffs durch den Sauerstoff im Motorabgas in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp bewirkt wird, ist es zusätzlich zu den Effekten, die von der Ausführungsform, welche die in 20 dargestellte Anordnung verwendet, erhalten werden, möglich, die nachfolgende Effekte zu erhalten. D.h., da die Konzentration von Sauerstoff im Motorabgas geringer ist als die Konzentration von Sauerstoff in der Atmosphäre, wenn das Motorabgas als das Gas zum Zuführen von Sauerstoff eingebracht wird, um eine Verbrennung des Kraftstoffs in der in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zu bewirken, im Vergleich zu dem Fall des Einbringens der Atmosphäre in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp, wird der Effekt erhalten, daß die Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Heizvorrichtungs-Abgases fett einzustellen, verkleinert werden kann.
Wenn ein Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von derselben Menge an Kraftstoff in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp erzeugt wird, wird ferner die Menge an Motorabgas, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, größer als die Menge an Frischluft im Fall des Einbringens von Frischluft, kann das Innere der Partikelfilter auf eine einheitlich fette Atmosphäre eingestellt werden, und die Effizienz des NO_x-Reduktionsverfahrens wird verbessert.
Selbstverständlich ist es bei der vorliegenden Ausführungsform auch möglich, das Abgas anstatt (rather) vom Motorabgas-Durchlaß auf der Stromabwärtsseite der Partikelfilter in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp einzubringen, das Motorabgas vom Motorabgas-Durchlaß auf der Stromaufwärtsseite der Partikelfilter in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp einzubringen.
Beim Versuch, das Motorabgas in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp einzubringen, insbesondere, wenn nur Motorabgas in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, ohne Luft in der Atmosphäre in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp einzubringen, ist es jedoch nicht möglich, wenn die Konzentration an Sauerstoff im Motorabgas ausreichend gering ist, daß die Verbrennung in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp nicht gut ablaufen kann, das Hochtemperatur-Heizvorrichtungsabgas dem Partikelfilter wie gewünscht zuzuführen.
Daher ist in der in 25 dargestellten Anordnung ein Sauerstoff-Konzentrationssensor 82, der geeignet ist, die Sauerstoffkonzentration im Motorabgas zu erfassen, auf der Stromaufwärtsseite des Motor-Abgasdurchlasses 71 angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Motorbetrieb derart gesteuert, um die Sauerstoffkonzentration im Motorabgas wenigstens bei der Konzentration eines Grades zu halten, bei der die Verbrennung in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp unter Verwendung der erfaßten Konzentration des Sauerstoff-Konzentrationssensors 82 ausreichend abläuft. Demgemäß kann die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zu allen Zeitpunkten gut betrieben werden.
Zu beachten ist, daß, wenn auf diese Weise nur das Motorabgas in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, ohne die Luft in der Atmosphäre in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp einzubringen und den Motorbetrieb derart zu steuern, um die Konzentration von Sauerstoff im Motorabgas wenigstens bei einer Konzentration in einem Ausmaß zu halten, bei der die Verbrennung in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ausreichend ablaufen kann, Sauerstoff der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp durch eine weitere Vorrichtung zugeführt werden sollte, wenn die Sauerstoffkonzentration im Motorabgas nicht wenigstens bei einer vorbestimmten Konzentration durch die Steuerung des Motorbetriebs gehalten werden kann oder wenn die Steuerung des Motorbetriebs nicht verändert werden sollte, um die Sauerstoffkonzentration im Motorabgas wenigstens bei einer vorbestimmten Konzentration zu halten.
Daher ist es anstatt der in 25 dargestellten Anordnung auch möglich, die in 26 dargestellte Anordnung einzusetzen und die nachfolgende Sauerstoff-Zuführkonzentration auszuführen. D.h., bei der in 26 dargestellten Anordnung weist die Abgas-Einbringleitung 80 eine mit ihr verbundene Luft-Einbringleitung 83 auf, die zur Atmosphäre offen ist. Ein Luft-Steuerventil 84 zur Steuerung Luftmenge, die in die Abgas-Einbringleitung 80 eingebracht wird, ist in dieser Luft-Einbringleitung 83 angeordnet, während ein Sauerstoff-Konzentrationssensor 82 zur Erfassung der Sauerstoffkonzentration im Motorabgas in der Abgas-Einbringleitung 80 auf der Stromaufwärtsseite des Einbring-Steuerventils 81 angeordnet ist. Bei der Sauerstoff-Zuführsteuerung der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Sauerstoffkonzentration im Motorabgas, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, geringer ist als die Konzentration in dem Ausmaß, bei dem die Verbrennung in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ausreichend abläuft, der Öffnungs- und Schließvorgang des Luft-Steuerventils 84 derart gesteuert, daß eine Menge von Luft bzw. Sauerstoff, die das Defizit ausgleicht, in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird. Demgemäß kann die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zu allen Zeitpunkten gut betrieben werden.
Ein Beispiel für den Fluß zum Ausführen der Sauerstoff-Zuführsteuerung der vorliegenden Ausführungsform ist in 27 dargestellt. In 27 wird zunächst bei Schritt 180 beurteilt, ob die Konzentration an Sauerstoff (O₂) im Motorabgas geringer als eine vorbestimmte Konzentration A ist. Hierbei ist die vorbestimmte Konzentration A auf eine Sauerstoffkonzentration eingestellt, die erforderlich ist, um die Verbrennung in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp wie gewünscht gut ablaufen zu lassen.
Wenn bei Schritt 180 beurteilt wird, daß [O₂] < A ist, fährt die Routine mit Schritt 181 fort, bei dem das Luft-Steuerventil 84 geöffnet wird, und die Routine wird beendet. Wenn andererseits bei Schritt 180 beurteilt wird, daß [O₂] ≥ A ist, fährt die Routine mit Schritt 182 fort, bei dem das Luft-Steuerventil 84 geschlossen wird, und die Routine wird beendet.
Zu beachten ist, daß in der vorliegenden Ausführungsform die Sauerstoffkonzentration im Motorabgas, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, durch den Sauerstoff-Konzentrationssensor 82 erfaßt wird, aber es ist beispielsweise auch möglich, die Sauerstoffkonzentration des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motorabgases, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, zu berechnen. In der vorliegenden Ausführungsform wird ferner der Öffnungs- und Schließvorgang des Luft-Steuerventils 84 auf Basis der Sauerstoffkonzentration im Motorabgas, das in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp eingebracht wird, gesteuert, aber es ist auch möglich, den Öffnungs- und Schließvorgang des Luft-Steuerventils 84 auf Basis der Sauerstoffmenge zu steuern, die in die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp pro Zeiteinheit eingebracht wird, die auf Basis der Sauerstoffkonzentration im Motorabgas und der Luftmenge, die in das Motorgehäuse 1 aufgenommen wird, berechnet wird.
In der oberen Ausführungsform sinkt die Sauerstoffkonzentration im Abgas, das vom Partikelfilter ausströmt (in nachfolgenden als das „ausströmende Abgas" bezeichnet), wenn begonnen wird, das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis einem Partikelfilter zuzuführen, um das NO_x-Reduktionsverfahren und das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren auszuführen. D.h., wie durch das Zeitdiagramm von 28A dargestellt, sinkt die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströmenden Abgas augenblicklich und wird geringer als die Grenzkonzentration (boundary concentration) LR, wenn begonnen wird, das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Partikelfilter zum Zeitpunkt ts zuzuführen. Hierbei ist die Grenzkonzentration LR die Sauerstoffkonzentration, welche die oxidierende Atmosphäre und die reduzierende Atmosphäre teilt. Daher wird zu diesem Zeitpunkt die Atmosphäre im Partikelfilter zu einer reduzierenden Atmosphäre, und das NO_x im NO_x-Katalysator wird reduziert.
Einher mit der Reduktion des NO_x oder der Freisetzung des S-Bestandteils fällt die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströmenden Abgas weiter ab. Wenn fast das gesamte NO_x, das im NO_x-Katalysator absorbiert ist, reduziert ist, oder wenn fast der gesamte S-Bestandteil, der im NO_x-Katalysator absorbiert ist, freigesetzt ist, wird die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströmenden Abgas im wesentlichen null.
Wie oben beschrieben, ist es jedoch nicht möglich, das Einströmen des Motorabgases zu einem Partikelfilter während des NO_x-Reduktionsverfahrens oder des S-Bestandteil-Freisetzungsverfahrens nur durch das Umschaltventil 72 vollständig zu unterdrücken. D.h., das Motorabgas strömt während des NO_x-Reduktionsverfahrens oder des S-Bestandteil-Freisetzungsverfahrens auch in den Partikelfilter. Ferner weicht die Menge an Motorabgas, das in den Partikelfilter strömt (im nachfolgenden als „die Menge an Verlust-Motorabgas" bezeichnet), in Abhängigkeit vom Zeitraum der Nutzung des Umschaltventils 72, vom Druck des Motorabgases auf der Stromaufwärtsseite der Abgas-Reinigungsvorrichtung 70 etc. ab.
Wenn die Fettheit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Heizvorrichtungsabgases bei einem bestimmten Grad gehalten wird, kann daher, wenn die Menge an Verlust- Motorabgas relativ groß ist, die Atmosphäre im Partikelfilter nicht zu einer reduzierenden eingestellt werden.
D.h., wie durch das Zeit-Diagramm von 28B dargestellt, sinkt, wenn begonnen wird, das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt ts zuzuführen, die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströmenden Abgas augenblicklich, wird aber nicht geringer als die Grenzkonzentration LR. D.h., die Atmosphäre in diesem Partikelfilter wird nicht zu einer reduzierenden Atmosphäre. Daher wird NO_x nicht vom NO_x-Katalysator freigesetzt, oder der S-Bestandteil wird nicht vom NO_x-Katalysator freigesetzt, und selbst, nachdem Zeit vergangen ist, wird die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströmenden Abgas überhaupt nicht viel sinken. In diesem Fall wird nicht nur der Kraftstoff, der in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp verbraucht wird, verschwendet, sondern das NO_x im NO_x-Katalysator wird sich nicht reduzieren und reinigen lassen, oder der S-Bestandteil im NO_x-Katalysator wird sich nicht freisetzen lassen.
Wenn andererseits die Fettheit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Heizvorrichtungsabgases bei einem bestimmten Grad gehalten wird, wird, wenn die Menge an Verlust-Motorabgas relativ gering ist, die Atmosphäre im Partikelfilter schließlich zu einer reduzierenden Atmosphäre werden.
D.h., wie durch das Zeit-Diagramm von 28C dargestellt, wird, wenn begonnen wird, das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt ts zuzuführen, die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströmenden Abgas augenblicklich sinken und die Grenzkonzentration LR unterschreiten, um schließlich im wesentlichen null zu werden. In diesem Fall werden die dem Partikelfilter zugeführten HC verschwendet werden und werden schließlich auf die stromabwärtige Seite des Partikelfilters ausströmen.
Um das NO_x während des NO_x-Reduktionsverfahrens zuverlässig zu reduzieren oder die Freisetzung des S-Bestandteils vom NO_x-Katalysator während des S-Bestandteil-Freisetzungverfahrens zuverlässig zu verursachen, ist es daher wünschenswert, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Heizvorrichtungsabgases, das dem Partikelfilter zugeführt wird, zu einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, bei dem bzw. wobei die Menge an HC, die zur Reinigung des NO_x erforderlich ist oder die Menge an HC, die zur Freisetzung des S-Bestandteils erforderlich ist, genau nach Bedarf zugeführt wird.
Daher ist es auch möglich, anstatt der in 2 dargestellten Anordnung die in 29 dargestellte Anordnung zu verwenden und die nachfolgende Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung auszuführen. D.h., bei der in 29 dargestellten Anordnung sind die Luft-Kraftstoff-Verhältnissensoren 85a und 85b, die geeignet sind, die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse des aus den Partikelfiltern ausströmenden Abgases zu erfassen, oder allgemeiner, die Sauerstoff-Konzentrationssensoren 85a und 85b, die geeignet sind, die Sauerstoffkonzentration im aus den Partikelfiltern ausströmenden Abgas zu erfassen, in den korrespondierenden Abgasverzweigungsdurchlässen 71a und 71b angeordnet.
Ferner wird bei der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung der vorliegenden Ausführungsform, wenn die durch einen Sauerstoff-Konzentrationssensor 85a oder 85b erfaßte Sauerstoffkonzentration (nachfolgend als „die erfaßte Sauerstoffkonzentration" bezeichnet) während des NO_x-Reduktionsverfahrens oder des S-Bestandteil-Reduktionsverfahrens höher als eine Sollkonzentration ist, die geringer als die Grenzkonzentration ist, eine Erhöhung der Fettheit des Heizvorrichtungsabgases bewirkt, oder eine Anhebung der aus der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp pro Zeiteinheit ausströmenden Abgasmenge wird bewirkt. Wenn die erfaßte Sauerstoffkonzentration geringer als die Sollkonzentration ist, wird andererseits die Fettheit des Heizvorrichtungsabgases verringert, oder die aus der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp pro Zeiteinheit ausströmende Abgasmenge wird verringert.
Wenn auf diese Weise die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, verändert sich beispielsweise die Sauerstoffkonzentration im ausströmenden Abgas wie in den 30A bis 30C dargestellt. Wenn beispielsweise die Menge an Verlust-Motorabgas relativ groß ist, verändert sich die Sauerstoffkonzentration im ausströmenden Abgas wie durch 30A dargestellt. D.h., wenn begonnen wird, Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt ts einem Partikelfilter zuzuführen, sinkt die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströmenden Abgas augenblicklich, aber die Grenzkonzentration LR wird nicht überschritten, und daher wird die Sollkonzentration TO auch nicht erreicht.
Zu diesem Zeitpunkt wird gemäß der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung der vorliegenden Ausführungsform ein allmählicher Anstieg des Grads der Fettheit des Heizvorrichtungsabgases bewirkt. Daher sinkt die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströmenden Abgas und überschreitet die Grenzkonzentration LR, um die Sollkonzentration TO zu erreichen. Danach fahren in diesem Fall die NO_x-Reduktion und die S-Bestandteil-Freisetzung fort, so daß die Sauerstoffkonzentration [O₂] allmählich sinkt und im wesentlichen null wird.
Wenn andererseits die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird, wenn die Menge an Verlust-Motorabgas relativ gering ist, verändert sich die Sauerstoffkonzentration im ausströmenden Abgas wie in 30B dargestellt. D.h., wenn begonnen wird, das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Zeitpunkt ts einem Partikelfilter zuzuführen, sinkt die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströmenden Abgas plötzlich ab und unterschreitet die Grenzkonzentration LR und die Sollkonzentration TO, um im wesentlichen null zu werden.
Zu diesem Zeitpunkt wird gemäß der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung der vorliegenden Ausführungsform ein allmählicher Anstieg des Grads der Fettheit des Heizvorrichtungsabgases bewirkt. Daher steigt die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströ menden Abgas und erreicht die Sollkonzentration TO. Danach fährt in diesem Fall die NO_xReduktion oder die S-Bestandteil-Freisetzung fort, so daß die Veränderung in der Sauerstoffkonzentration [O₂] allmählich abnimmt und im wesentlichen null wird.
Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Menge an HC, die einem Partikelfilter zugeführt wird, nicht länger über oder unter der Menge zum Reduzieren des NO_x in maximalem Ausmaß sein, so daß das NO_x durch eine so kleine HC-Verbrauchsmenge wie möglich schnell reduziert und gereinigt wird.
Zu beachten ist, daß, wenn die erfaßte Sauerstoffkonzentration überhaupt nicht viel sinkt, selbst wenn das Heizvorrichtungsabgas in einen Partikelfilter eingebracht wird, es möglich ist zu beurteilen, daß das Umschaltventil 72 versagt und daher eine große Menge an Motorabgas in diesen Partikelfilter einströmt, und zu warnen bzw. signalisieren, daß das Umschaltventil 72 versagt.
Ein Beispiel für den Fluß zur Ausführung des NO_x-Reduktionsverfahrens I einschließlich der Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung der vorliegenden Ausführungsform ist in den 31 und 32 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird das NO_x-Reduktionsverfahren gemäß dem Fluß von 3 ausgeführt, und das NO_x-Reduktionsverfahren I von Schritt 11 im Fluß von 3 wird gemäß dem in den 31 und 32 dargestellten Fluß ausgeführt.
In 31 wird zunächst bei Schritt 200 die Umschaltsteuerung I ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung I wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 in den ersten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases zum ersten Partikelfilter 22a unterdrückt wird. Als nächstes wird bei Schritt 201 das Steuerventil 76 geöffnet, dann wird bei Schritt 202 die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben. Hierbei wird Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem ersten Partikelfilter 22a zugeführt.
Als nächstes wird bei Schritt 203 die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung gemäß dem in 32 dargestellten Fluß ausgeführt. In 32 wird zunächst bei Schritt 220 eine Zahl bzw. ein Zähler (count) erhöht. Diese Zahl ist ein Parameter, der zur Beurteilung, ob das Umschaltventil 72 versagt, verwendet wird. Als nächstes wird bei Schritt 221 beurteilt, ob die Zahl kleiner als ein vorbestimmter Wert CTH ist. Wenn bei Schritt 221 beurteilt wird, daß C ≥ CTH ist, d.h., wenn eine bestimmte Zeit nach dem Beginn des NO_x-Reduktionsverfahrens vergangen ist, fährt die Routine mit Schritt 228 fort, bei dem eine Warnung angezeigt wird, welche die Tatsache angibt (notify), daß das Umschaltventil 72 versagt. Daher wird der vorbestimmte Wert CTH auf einen Wert eingestellt, der mit einer Zeit korrespondiert, die zum Abschließen des NO_x-Reduktionsverfahrens seit seinem Beginn ausreichend ist. Wenn andererseits bei Schritt 221 beurteilt wird, daß C < CTH ist, fährt die Routine mit Schritt 222 fort.
Bei Schritt 222 wird beurteilt, ob die Sauerstoffkonzentration [o₂] im von diesem Partikelfilter ausströmenden Abgas (ausströmendes Abgas) geringer als ein vorbestimmter Wert TO ist, d.h., ob die Fettheit des Abgases, das von diesem Partikelfilter ausströmt, geringer als ein bestimmter Grad ist. Hierbei ist der bestimmte Wert TO ein Wert nahe null.
Wenn bei Schritt 222 beurteilt wird, daß [O₂] ≥ TO ist, d.h., wenn beurteilt wird, daß die Fettheit des Abgases, das aus diesem Partikelfilter ausströmt, geringer als ein bestimmter Grad ist, fährt die Routine mit Schritt 223 fort, bei dem die Fettheit des Heizvorrichtungsabgases erhöht wird. Wenn bei Schritt 222 andererseits beurteilt wird, daß [O₂] < TO ist, d.h., wenn die Fettheit des Abgases, das aus diesem Partikelfilter ausströmt, größer als ein bestimmter Grad ist, fährt die Routine mit Schritt 223 fort, bei dem die Fettheit des Heizvorrichtungsabgases verringert wird.
Bei Schritt 224 wird beurteilt, ob die Sauerstoffkonzentration [O₂] im ausströmenden Abgas im wesentlichen null ist. Wenn bei Schritt 224 beurteilt wird, daß [O₂] = 0 nicht gilt (does not stand), d.h., wenn beurteilt wird, daß der Reduktions- und Reini gungsvorgang des NO_x nicht abgeschlossen worden ist, kehrt die Routine zu Schritt 220 zurück. Daher werden die Schritte 220 bis 224 und 228 wiederholt, bis bei Schritt 224 beurteilt wird, daß [O₂] = 0 ist.
Wenn bei Schritt 224 beurteilt wird, daß [O₂] = 0 ist, d.h., wenn beurteilt wird, daß der Reduktions- und Reinigungsvorgang des NO_x abgeschlossen worden ist, fährt die Routine mit Schritt 225 fort, bei dem die Zahl (count) auf null zurückgesetzt wird, und die Routine endet.
Wenn die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung von 32 endet, fährt die Routine mit Schritt 204 von 31 fort, bei dem beurteilt wird, ob der Reduktions- und Reinigungsvorgang des im ersten NO_x-Katalysator absorbierten NO_x abgeschlossen worden ist. Wenn bei Schritt 204 beurteilt wird, daß der Reduktions- und Reinigungsvorgang des NO_x nicht abgeschlossen worden ist, kehrt die Routine zu Schritt 203 zurück. Daher werden die Schritte 203 und 204 wiederholt, bis bei Schritt 204 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist.
Wenn bei Schritt 204 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist, fährt die Routine mit Schritt 205 fort, bei dem der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, dann wird bei Schritt 206 das Steuerventil 76 geschlossen, und die Routine wird beendet.
Zu beachten ist, daß in der vorliegenden Ausführungsform das NO_x-Reduktionsverfahren II von Schritt 13 im Fluß von 3 gemäß dem Fluß von 31 mit Ausnahme des nachfolgend beschriebenen Punkts ausgeführt wird. D.h., im NO_x-Reduktions- und Reinigungsverfahren II der vorliegenden Ausführungsform wird bei Schritt 200 von 31 die Umschaltsteuerung II ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung II wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 in den zweiten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases zum zweiten Partikelfilter 22b unterdrückt wird. Das übrige Verfahren ist dasselbe wie das Verfahren beim NO_x-Reduktionsverfahren I.
Zu beachten ist, daß in der Ausführungsform, welche die in 2 dargestellte Anordnung einsetzt (employ), ein Teil der HC, die einem Partikelfilter während des NO_x-Reduktionsverfahrens oder des S-Bestandteil-Freisetzungsverfahrens zugeführt werden, nicht zum Reduzieren des NO_x verbraucht wird, sondern sich im Partikelfilter absetzt und in einigen Fällen selbst nach dem NO_x-Reduktionsverfahren oder nach dem S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren im Partikelfilter verbleibt.
In diesem Fall wird, wenn der Betriebszustand des Umschaltventils 72 derart umgeschaltet wird, daß das Motorabgas in den Partikelfilter einströmt, für den das NO_x-Reduktionsverfahren oder das S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren ausgeführt wird, ohne die im Partikelfilter abgesetzten HC zu entfernen, eine Menge von Motorabgas, die größer als die Menge an Heizvorrichtungsabgas ist, die in den Partikelfilter während des NO_x-Reduktionsverfahrens oder des S-Bestandteil-Freisetzungsverfahrens pro Zeiteinheit einströmte, in den Partikelfilter einströmen, so daß ein Abnehmen der sich im Partikelfilter absetzenden HC vom Partikelfilter, wie es für das Motorabgas sein soll (as it is due to the engine exhaust gas), und ein Ausströmen vom Partikelfilter bewirkt wird, und die Abgasfreisetzung wird sich vermindern.
Um die Verminderung der Abgasabgabe aufgrund dessen zu unterdrücken, ist es wünschenswert, die sich im Partikelfilter absetzenden HC nach dem NO_x-Reduktionsverfahren oder nach dem S-Bestandteil-Freisetzungsverfahren zu verbrennen.
Daher ist es bei der in 2 dargestellten Anordnung auch möglich, das nachfolgende HC-Entfernungsverfahren auszuführen. D.h., beim HC-Entfernungsverfahren der vorliegenden Ausführurgsform wird, wenn die NO_x-Reduktion oder die S-Bestandteil-Freisetzung abgeschlossen worden ist, ohne den Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zu beenden, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem Partikelfilter zugeführt wird, von fett auf mager umgeschaltet. Demgemäß wird der Partikelfilter von der Wärme des Heizvorrichtungsabgases fortlaufend erwärmt, so daß die Filtertemperatur bei einer hohen Temperatur gehalten wird und die Atmosphäre im Partikelfilter zu einer oxidierenden Atmosphäre wird. Daher reagieren die sich im Partikelfilter absetzenden HC mit dem Sauerstoff im Heizvorrichtungsabgas und werden verbrannt. Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Verminderung der Abgasabgabe verhindert.
Ein Beispiel für den Fluß zum Ausführen des NO_x-Reduktionsverfahrens I einschließlich des HC-Entfernungsverfahrens der vorliegenden Ausführungsform ist in den 33 und 34 dargestellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird das NO_x-Reinigungsverfahren gemäß dem Fluß von 3 ausgeführt, während das NO_x-Reduktionsverfahren I von Schritt 11 im Fluß von 3 gemäß dem in den 33 und 34 dargestellten Fluß ausgeführt wird.
In 33 wird zunächst bei Schritt 240 die Umschaltsteuerung I ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung I wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 in den ersten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases in den ersten Partikelfilter 22a unterdrückt wird. Als nächstes wird bei Schritt 242 das Steuerventil 76 geöffnet, dann wird bei Schritt 244 die Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp betrieben. Hierbei wird das Abgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem ersten Partikelfilter 22a zugeführt.
Als nächstes wird bei Schritt 246 beurteilt, ob der Reduktions- und Reinigungsvorgang des im ersten NO_x-Katalysator absorbierten NO_x abgeschlossen worden ist. Wenn bei Schritt 246 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang nicht abgeschlossen worden ist, kehrt die Routine zu Schritt 246 zurück. Daher wird Schritt 246 wiederholt, bis beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist.
Wenn bei Schritt 246 beurteilt wird, daß der NO_x-Reduktions- und Reinigungsvorgang abgeschlossen worden ist, fährt die Routine zu Schritt 248 fort, bei dem die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung gemäß dem in 34 dargestellten Fluß ausgeführt wird.
In 34 wird zunächst bei Schritt 260 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Heizvorrichtungsabgases auf ein mageres umgeschaltet. Als nächstes wird bei Schritt 262 beurteilt, ob die Verbrennung von nahezu aller am Partikelfilter absorbierten HC abgeschlossen worden ist.
Wenn bei Schritt 262 beurteilt wird, daß die Verbrennung der HC nicht abgeschlossen worden ist, kehrt die Routine zu Schritt 262 zurück. Daher wird Schritt 262 wiederholt, bis beurteilt wird, daß die Verbrennung von nahezu aller am Partikelfilter absorbierten HC abgeschlossen worden ist. Wenn bei Schritt 262 beurteilt wird, daß die Verbrennung der HC abgeschlossen worden ist, endet die Routine.
Wenn das HC-Entfernungsverfahren von 34 endet, fährt die Routine mit Schritt 250 von 33 fort, bei dem der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, dann wird bei Schritt 251 das Steuerventil 76 geschlossen, und die Routine endet.
Zu beachten ist, daß in der vorliegenden Ausführungsform das NO_x-Reduktionsverfahren II gemäß dem in 33 dargestellten Fluß mit Ausnahme des nachfolgend beschriebenen Punkts ausgeführt wird. D.h., beim NO_x-Reduktionsverfahren II der vorliegenden Ausführungsform wird die Umschaltsteuerung II bei Schritt 240 von 33 ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung II wird der Betriebszustand des Steuerventils 72 in den zweiten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases zum zweiten Partikelfilter 22b unterdrückt wird. Das übrige bzw. restliche Verfahren ist dasselbe wie das Verfahren beim NO_x-Reduktionsverfahren I der vorliegenden Ausführungsform.
Zu beachten ist, daß in der in 2 dargestellten Anordnung das Steuerventil 76 an der Abgas-Zuführleitung 75 angeordnet ist. Diese Steuerventil 76 gestaltet, um die Abgas-Zuführleitung 75 zu schließen, wenn der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, und die Abgas-Zuführleitung 75 zu öffnen, wenn ein Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp bewirkt wird. Demgemäß wird die Verminderung der Betriebsleistung der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp unterdrückt.
D.h., wenn beispielsweise der Motorbetrieb auf einen Hochlastbetrieb umschaltet und der Druck des Motorabgases ansteigt, während der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, wird der Druck des Motorabgases bisweilen höher als der Druck in der Abgas-Zuführleitung 75. Wenn die Abgas-Zuführleitung 75 nicht geschlossen ist, wird hierbei das Motorabgas bisweilen durch die Abgas-Zuführleitung 75 zur Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp strömen. In diesem Fall werden sich die Partikel oder die HC im Motorabgas in der Abgas-Zuführleitung 75 oder in der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ansammeln, und die Verbrennung wird instabil, wenn ein Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp bewirkt wird, oder das Heizvorrichtungsabgas wird nicht länger geeignet sein, dem Partikelfilter wie gewünscht zugeführt zu werden, und folglich wird sich die Betriebsleistung der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp vermindern.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch, wenn der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird, die Abgas-Zuführleitung 75 durch das Steuerventil 76 geschlossen, so daß das Einströmen des Motorabgases zur Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp durch die Abgas-Zuführleitung 75 unterdrückt wird, und folglich wird die Verminderung der Betriebsleistung der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp unterdrückt.
Selbstverständlich schließt in der in 16 dargestellten Anordnung das Steuerventil 76 ebenso die Abgas-Zuführleitung 75, wenn der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet wird.
Zu beachten ist, daß in der in 16 dargestellten Anordnung das Steuerventil 76 geöffnet wird, um die Abgas-Zuführleitung 75 während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zu öffnen. Zu diesem Zeitpunkt wird beispielsweise, wenn der Motorbetrieb ein Hochlastbetrieb und der Druck des Motorabgases hoch wird, der Druck im Abgas-Verzweigungsdurchlaß, bei dem das Steuerventil nicht geschlossen ist, höher als der Druck in der Abgas-Zuführleitung 75, und das Motorabgas wird durch die Abgas-Zuführleitung 75 zur Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zurückströmen, so daß sich die Betriebsleistung der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp folglich bisweilen vermindert.
Um die Verminderung der Betriebsleistung der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp aufgrund dessen zu unterdrücken, ist es daher wünschenswert, den Rückstrom des Abgases zur Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp selbst während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zu unterdrücken.
Daher ist es möglich, die in 35 dargestellte Anordnung einzusetzen und die nachfolgende Rückstrom-Vermeidungssteuerung auszuführen. D.h., bei der in 35 dargestellten Anordnung ist das Steuerventil 76 ein Dreiwegeventil. Ein Abgas-Überdruckdurchlaß 86 erstreckt sich von diesem Steuerventil 76 vom Dreiwegeventil-Typ zum Motorabgasdurchlaß 92 auf der Stromabwärtsseite der Partikelfilter. Ferner ist ein Drucksensor 87 zum Erfassen des Drucks des Motorabgases im Motor-Abgasdurchlaß 71 auf der Stromaufwärtsseite der Partikelfilter angeordnet.
Bei der Rückstrom-Vermeidungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform wird während des Betriebs der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ferner der Druck des Motorabgases durch den Drucksensor 87 erfaßt, um zu beurteilen, ob der Druck des Motorabgases höher als der Druck in den Abgas-Zuführleitungen 75a und 75b geworden ist. Wenn beurteilt wird, daß der Druck des Motorabgases höher als selbst der Druck in den Abgas-Zuführleitungen 75a und 75b geworden ist, wird der Betriebszustand des Steuerventils 76 derart umgeschaltet, daß das Heizvorrichtungsabgas durch den Abgas-Überdruckdurchlaß 86 zum Motor-Abgasdurchlaß 92 auf der Stromabwärtsseite der Partikelfilter abgegeben wird.
Wenn andererseits beurteilt wird, daß der Druck des Motorabgases geringer als der Druck in den Abgas-Zuführleitungen 75a und 75b geworden ist, wird der Betriebszustand des Steuerventils 76 derart umgeschaltet, daß das Heizvorrichtungsabgas an die Abgas-Verzweigungsdurchlässe 71a und 71b abgegeben wird.
Daher wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Einströmen des Motorabgases durch die Abgas-Zuführleitung 75 zur Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp unterdrückt, so daß die Verminderung der Betriebsleistung der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp unterdrückt wird.
Zu beachten ist, daß, wenn die Temperatur eines Partikelfilters nicht wenigstens höher als eine bestimmte Einstell-Temperatur wird (nachfolgend als „die Partikeloxidations-Anfangstemperatur" bezeichnet), die Partikel nicht oxidiert und entfernt werden. Andererseits wird, wenn die Temperatur eines NO_x-Katalysators nicht wenigstens höher als eine bestimmte Einstell-Temperatur wird (nachfolgend als „die NO_x-Absorptions-Anfangstemperatur" bezeichnet), NO_x nicht absorbiert.
Zu beachten ist, daß die Filtertemperatur unmittelbar nach dem Beginn des Motorbetriebs relativ gering ist, so daß die Partikelfilter die Partikel nicht oxidieren und entfernen und die NO_x-Katalysatoren das NO_x nicht absorbieren und reduzieren. In diesem Fall fallen schließlich das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und das NO_x-Reinigungsniveau insgesamt. Um das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und das NO_x-Reinigungsniveau der Abgasreinigungsvorrichtung auf hohen Niveaus zu halten, ist es wünschenswert, daß die Filtertemperatur höher als die untere Temperatur des NO_x-Ab sorptions-Temperaturbereichs und höher als die Partikeloxidations-Anfangstemperatur unmittelbar nach dem Motoranlassen eingestellt wird.
Um die Filtertemperatur höher als die Partikeloxidations-Anfangstemperatur und höher als die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs unmittelbar nach dem Motoranlassen einzustellen, wird daher in der vorliegenden Ausführungsform die nachfolgende Motoranlaßsteuerung in der in 2 dargestellten Anordnung ausgeführt. D.h., bei der Motoranlaßsteuerung der vorliegenden Ausführungsform wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 so umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases in einen der Partikelfilter zum Zeitpunkt des Motoranlassens unterdrückt wird und Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp diesem Partikelfilter zugeführt wird. Hierbei wird der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp derart bewirkt, daß die Temperatur des Heizvorrichtungsabgases, das von dort freigesetzt wird, so hoch wie möglich wird und derart, daß die Strömungsgeschwindigkeit so groß wie möglich wird.
Hierbei ist die Wärmemenge, die das von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp abgegebene Heizvorrichtungsabgas in diesem Partikelfilter pro Zeiteinheit verursacht, größer als Wärmemenge, die das Motorabgas in diesem Partikelfilter pro Zeiteinheit verursacht, wenn ein Einströmen in die beiden Partikelfilter bewirkt wird. Daher ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Zeit, die erforderlich ist, um die Temperatur dieses Partikelfilters höher als die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs und höher als Partikeloxidations-Anfangstemperatur zum Zeitpunkt des Motoranlassens einzustellen, kürzer als im Fall des Erwärmens beider Partikelfilter durch das Motorabgas. Daher werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und das NO_x-Reinigungsniveau der Abgas-Reinigungsvorrichtung insgesamt auf hohen Niveaus gehalten.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform strömt daher ferner nicht die Hälfte des Motorabgases, sondern das gesamte Motorabgas in den anderen Partikelfilter. Daher wird die Wärmemenge, die durch das Motorabgas pro Zeiteinheit in diesem Partikelfil ter verursacht wird, größer als im Fall, bei dem ein Einströmen des Motorabgases in beide Partikelfilter bewirkt wird. Daher ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Zeit, die erforderlich ist, um die Temperatur dieses Partikelfilters höher als die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs und höher als Partikeloxidations-Anfangstemperatur zum Zeitpunkt des Motoranlassens einzustellen, kürzer als im Fall des Erwärmens beider Partikelfilter durch das Motorabgas. Daher werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und das NO_x-Reinigungsniveau der Abgas-Reinigungsvorrichtung insgesamt auf hohen Niveaus gehalten.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Temperatur des Partikelfilters, bei dem das Einströmen des Motorabgases unterdrückt wird, d.h., dem Heizvorrichtungsabgas zugeführt wird, die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs und die Partikeloxidations-Anfangstemperatur erreicht, die Temperatur des Partikelfilters, in den das Einströmen des Motorabgases bewirkt wird, erfaßt, und es wird beurteilt, ob die Temperatur des anderen Partikelfilters die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs und die Partikeloxidations-Anfangstemperatur erreicht hat.
Wenn hierbei beurteilt wird, daß die Temperatur des anderen Partikelfilters nicht die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs erreicht hat oder die Partikeloxidations-Anfangstemperatur nicht erreicht hat, wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 derart umgeschaltet, um das Einströmen des Abgases zum anderen Partikelfilter zu unterdrücken, dann wird Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem anderen Partikelfilter zugeführt. Demgemäß wird ein schneller Anstieg der Temperatur des anderen Partikelfilters auf eine höhere Temperatur als die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs und auf eine höhere Temperatur als die Partikeloxidations-Anfangstemperatur bewirkt. Daher werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und das NO_x-Reinigungsniveau der Abgas-Reinigungsvorrichtung insgesamt auf hohen Niveaus gehalten.
Wenn andererseits beurteilt wird, daß die Temperatur des anderen Partikelfilters die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs erreicht hat und die Partikeloxidations-Anfangstemperatur erreicht hat, wird der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet, und der Betriebszustand des Umschaltventils 72 wird derart umgeschaltet, um das Einströmen des Motorabgases in diesen Partikelfilter zu unterdrücken und das Einströmen des Motorabgases in den einen Partikelfilter zu bewirken.
Selbstverständlich wird, wenn das Heizvorrichtungsabgas dem anderen Partikelfilter zugeführt wird, selbst wenn die Temperatur des Partikelfilters die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs erreicht und die Partikeloxidations-Anfangstemperatur erreicht, der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp in ähnlicher Weise beendet, und der Betriebszustand des Umschaltventils 72 wird derart umgeschaltet, um das Einströmen des Motorabgases in den anderen Partikelfilter zu bewirken und das Einströmen des Motorabgases in den einen Partikelfilter zu unterdrücken.
Zu beachten ist, daß es bei dieser Motoranlaß-Steuerung auch möglich ist, ein Ausführen der nachfolgend beschriebenen Niedertemperatur-Verbrennung durch den Motor zu bewirken. Obwohl Details nachfolgend beschrieben werden, ist die Temperatur des Abgases, das vom Motorgehäuse abgegeben wird, wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird, höher als die Temperatur des Abgases, das vom Motorgehäuse abgegeben wird, wenn die normale Verbrennung ausgeführt wird. Daher strömt demgemäß Motorabgas von höherer Temperatur in den anderen Partikelfilter, so daß es möglich ist, die Filtertemperatur schneller höher als die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs und höher als die Partikeloxidations-Anfangstemperatur einzustellen.
Ein Beispiel für den Fluß zum Ausführen der Motoranlaß-Steuerung der vorliegenden Ausführungsform ist in den 36 und 37 dargestellt. In 36 wird zunächst bei Schritt 280 die Umschaltsteuerung I ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung I wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 in den ersten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases zum ersten Partikelfilter 22a unterdrückt wird. Als nächstes wird bei Schritt 281 das Steuerventil 76 geöffnet, dann wird bei Schritt 282 der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp bewirkt. Hierbei wird das Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem ersten Partikelfilter 22a von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp zugeführt.
Als nächstes wird bei Schritt 283 beurteilt, ob die Temperatur TFa des ersten Partikelfilters höher als die NO_x-Absorptions-Anfangstemperatur TNL ist. Wenn bei Schritt 283 beurteilt wird, daß TFa ≤ TNL ist, kehrt die Routine zu Schritt 283 zurück. Daher wird Schritt 283 wiederholt, bis bei Schritt 283 beurteilt wird, daß TFa > TNL ist. Wenn bei Schritt 283 beurteilt wird, daß TFa > TNL ist, fährt die Routine mit Schritt 284 fort.
Bei Schritt 284 wird beurteilt, ob die Temperatur TFa des ersten Partikelfilters 22a höher als die Partikeloxidations-Anfangstemperatur TP ist. Wenn bei Schritt 284 beurteilt wird, daß TFa ≤ TP ist, kehrt die Routine zu Schritt 283 zurück. Daher werden die Schritte 283 und 284 wiederholt, bis bei Schritt 284 beurteilt wird, daß TFa > TP ist. Wenn bei Schritt 284 beurteilt wird, daß TFa > TP ist, fährt die Routine mit Schritt 285 von 37 fort.
Bei Schritt 285 von 37 wird die Umschaltsteuerung II ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung II wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 auf den zweiten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß das Motorabgas zum ersten Partikelfilter 22b strömt, und das Einströmen des Motorabgases zum zweiten Partikelfilter 22a wird unterdrückt.
Als nächstes wird bei Schritt 286 beurteilt, ob die Temperatur TFb des zweiten Partikelfilters 22b höher als die NO_x-Absorptions-Anfangstemperatur TNL ist. Wenn bei Schritt 286 beurteilt wird, daß TFb ≤ TNL ist, kehrt die Routine zu Schritt 286 zurück. Daher wird Schritt 286 wiederholt, bis bei Schritt 286 beurteilt wird, daß TFb > TNL ist. Wenn bei Schritt 286 beurteilt wird, daß TFb > TNL ist, fährt die Routine mit Schritt 287 fort.
Bei Schritt 287 wird beurteilt, ob die Temperatur TFb des zweiten Partikelfilters 22b höher als die Partikeloxidations-Anfangstemperatur TP ist. Wenn bei Schritt 287 beurteilt wird, daß TFb < TP ist, kehrt die Routine zu Schritt 286 zurück. Daher werden die Schritte 286 und 287 wiederholt, bis bei Schritt 287 beurteilt wird, daß TFb > TP ist. Wenn bei Schritt 287 beurteilt wird, daß TFb > TP ist, fährt die Routine mit Schritt 288 fort.
Bei Schritt 288 wird der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet, dann wird bei Schritt 289 das Steuerventil 276 geschlossen und die Routine beendet.
Wie oben beschrieben, ist zu beachten, daß in der vorliegenden Ausführungsform nach dem Motoranlassen die Motor-Anlaßsteuerung ausgeführt wird, um die Filtertemperatur schnell höher als die untere Temperatur des NO_x-Absorptions-Temperaturbereichs und höher als die Partikeloxidations-Anfangstemperatur einzustellen. Während der Ausführung dieser Motor-Anlaßsteuerung ist es möglich, selbst wenn die Temperatur des Partikelfilters, dessen Erwärmung durch das Heizvorrichtungsabgas bewirkt wird, die Partikeloxidations-Anfangstemperatur nicht erreicht, wenn diesem Partikelfilter Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeführt wird, wenn die untere Temperatur des NO_x-Reduktions-Temperaturbereichs erreicht wird, das im NO_x-Katalysator dieses Partikelfilters absorbierte NO_x durch die HC im Heizvorrichtungsabgas zu reduzieren und zu reinigen. Demgemäß wird das NO_x-Reinigungsniveau der Abgasreinigungsvorrichtung insgesamt gesteigert.
Selbstverständlich kann der Partikelfilter auch durch das Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis erwärmt werden, so daß selbst beim Umschalten das Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von mager nach fett dieser Partikelfilter weiterhin erwärmt wird, so daß die Filtertemperatur schließlich die Partikeloxidations-Anfangstemperatur erreicht.
D.h., während der Ausführung der Motoranlaßsteuerung ist, wenn die Temperatur des Partikelfilters, dessen Erwärmung durch das Heizvorrichtungsabgas bewirkt wird, die Partikeloxidations-Anfangstemperatur nicht erreicht, aber die untere Grenze des NO_x-Reduktions-Temperaturbereichs erreicht, selbst bei Zuführen des Heizvorrichtungsabgases mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Partikelfilter, die Zeit, die erforderlich ist, bis die Filtertemperatur höher als die untere Temperatur des NO_x-Reduktions-Temperaturbereichs eingestellt ist und höher als die Partikeloxidations-Anfangstemperatur eingestellt ist, nicht verschieden von dem Fall des fortlaufenden Zuführens von Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Partikelfilter. Darüber hinaus ermöglicht das Zuführen von Heizvorrichtungsabgas mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis, daß insgesamt mehr NO_x durch den NO_x-Katalysator reduziert und gereinigt wird im Vergleich zum fortlaufenden Zuführen von Heizvorrichtungsabgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Partikelfilter.
Daher ist es bei der oberen Motor-Anlaßsteuerung auch möglich, während Heizvorrichtungsabgas einem Partikelfilter zugeführt wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des diesem Partikelfilter zugeführten Heizvorrichtungsabgases von mager auf fett umzuschalten, wenn die Temperatur dieses Partikelfilters nicht die Partikeloxidations-Anfangstemperatur, sondern die untere Temperatur des NO_x-Reduktions-Temperaturbereichs erreicht.
Selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Heizvorrichtungsabgases, das dem Partikelfilter zugeführt wird, von mager auf fett umgeschaltet wird, wird dieser Partikelfilter demgemäß fortlaufend erwärmt, und schließlich erreicht seine Temperatur die Partikeloxidations-Anfangstemperatur. Durch Umschalten des Luft-Kraftstoff-Verhält nisses des Heizvorrichtungsabgases von mager auf fett wird das NO_x vom NO_x-Katalysator dieses Partikelfilters reduziert und gereinigt. Daher werden demgemäß das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und das NO_x Reinigungsniveau der Abgasreinigungsvorrichtung weiter verbessert.
Ein Beispiel für den Fluß der Ausführung der Motoranlaßsteuerung der vorliegenden Ausführungsform ist in den 38 und 39 dargestellt. In 38 wird zunächst bei Schritt 300 die Umschaltsteuerung I ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung I wird der Betriebszustand des Steuerventils 72 zum ersten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß das Einströmen des Motorabgases zum ersten Partikelfilter 22a unterdrückt wird. Als nächstes wird bei Schritt 301 das Steuerventil 76 geöffnet, dann wird bei Schritt 302 der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp bewirkt. Hierbei wird das Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp dem ersten Partikelfilter 22a zugeführt.
Als nächstes wird bei Schritt 303 beurteilt, ob die Temperatur TFa des ersten Partikelfilters 22a höher als die NO_x-Absorptions-Anfangstemperatur TNL ist. Wenn bei Schritt 303 beurteilt wird, daß TFa > TNL ist, fährt die Routine mit Schritt 304 fort, bei dem die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung II ausgeführt wird. Bei dieser Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung II wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp abgegebene Abgas von mager auf fett umgeschaltet.
Wenn andererseits bei Schritt 303 beurteilt wird, daß TFa ≤ TNL ist, fährt die Routine mit Schritt 306 fort, bei dem die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung I ausgeführt wird. Bei dieser Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung I wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp abgegebenen Abgases mager ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager gehalten, wie es ist, während wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, wird es auf mager umgeschaltet, dann kehrt die Routine zu Schritt 303 zurück. Daher werden die Schritte 303 und 306 wiederholt, bis bei Schritt 303 beurteilt wird, daß TFa > TNL ist.
Bei Schritt 305 wird beurteilt, ob die Temperatur TFa des ersten Partikelfilters 22a höher als die Partikeloxidations-Anfangstemperatur TP ist. Wenn bei Schritt 305 beurteilt wird, daß TFa ≤ TP ist, kehrt die Routine zu Schritt 303 zurück. Daher werden die Schritte 303, 304 und 306 wiederholt, bis bei Schritt 305 beurteilt wird, daß TFa > TP ist. Wenn bei Schritt 305 beurteilt wird, daß TFa > TP ist, fährt die Routine mit Schritt 307 von 39 fort.
Bei Schritt 307 von 39 wird die Umschaltsteuerung II ausgeführt. Bei dieser Umschaltsteuerung II wird der Betriebszustand des Umschaltventils 72 auf den zweiten Betriebszustand derart umgeschaltet, daß das Motorabgas in den ersten Partikelfilter 22a strömt und das Einströmen des Motorabgases zum zweiten Partikelfilter 22b unterdrückt wird.
Als nächstes wird bei Schritt 308 die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung I ausgeführt. D.h., das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das von der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ausströmt, wird von fett auf mager umgeschaltet.
Als nächstes wird bei Schritt 309 beurteilt, ob die Temperatur TFb des zweiten Partikelfilters 22b höher als die NO_x-Absorptions-Anfangstemperatur TNL ist. Wenn bei Schritt 309 beurteilt wird, daß TFb > TNL ist, fährt die Routine mit Schritt 310 fort, bei dem die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung II ausgeführt wird. D.h., das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das aus der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ausströmt, wird von mager auf fett umgeschaltet.
Wenn andererseits bei Schritt 309 beurteilt wird, daß TFb ≤ TNL ist, fährt die Routine mit Schritt 314 fort, bei dem die Luft-Kraftstoff-Verhältnissteuerung I ausgeführt wird. D.h., wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das aus der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp ausströmt, mager ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager gehalten, wie es ist, während, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, wird es auf mager umgeschaltet, dann kehrt die Routine zu 308 zurück. Daher werden die Schritte 309 und 314 wiederholt, bis bei Schritt 309 beurteilt wird, daß TFb > TNL ist.
Bei Schritt 311 wird beurteilt, ob die Temperatur TFb des zweiten Partikelfilters 22b höher als die Partikeloxidations-Anfangstemperatur TP ist. Wenn bei diesem Schritt beurteilt wird, daß TFb < TP ist, kehrt die Routine zu Schritt 309 zurück. Daher werden die Schritte 309, 310 und 314 wiederholt, bis bei Schritt 311 beurteilt wird, daß TFb > TP ist. Wenn bei Schritt 311 beurteilt wird, daß TFb > TP ist, fährt die Routine mit Schritt 312 fort.
Bei Schritt 312 wird der Betrieb der Heizvorrichtung 74 vom Verbrennungstyp beendet, dann wird bei Schritt 313 das Steuerventil 76 geschlossen, und die Routine endet.
Als nächstes werden die Partikelfilter im Detail erklärt. In der nachfolgenden Beschreibung wird der erste Partikelfilter 22a beschrieben. Der zweite Partikelfilter 22b ist derselbe wie der erste Partikelfilter 22a, so daß auf seine Beschreibung verzichtet wird (will be omitted).
Die 40A und 40B stellen die Struktur des Partikelfilters 22a dar. Zu beachten ist, daß 40A eine Vorderansicht des Partikelfilters 22a ist, während 40B eine Seitenschnittansicht bzw. seitliche Schnittansicht des Partikelfilters 22a ist. Wie in den 40A und 40B dargestellt, weist der Partikelfilter 22a eine Honigwabenstruktur auf und wird mit einer Mehrzahl von Abgas-Strömungsdurchlässen 50 und 51 bereitgestellt, die sich parallel zueinander erstrecken. Diese Abgas-Strömungsdurchlässe werden durch die Abgas-Einströmdurchlässe 50, die an ihren stromabwärtsseitigen Enden durch die Stopfen 52 blockiert sind, und durch die Abgas-Ausströmdurchlässe 51 ausgebildet, die an ihren stromaufwärtsseitigen Enden durch die Stopfen 53 blockiert sind.
In 40A stellen die schraffierten Abschnitte die Stopfen 53 dar. Daher sind die Abgas-Einströmdurchlässe 50 und die Abgas-Ausströmdurchlässe 51 durch die dünnen Trennwände 54 abwechselnd angeordnet. Anders gesagt, unter den Abgas-Einströmdurchlässen 50 und den Abgas-Ausströmdurchlässen 51 ist jeder Abgas-Einströmdurchlaß 50 von vier Abgas-Ausströmdurchlässen 51 umgeben, während jeder Abgas-Ausströmdurchlaß 51 von vier Abgas-Einströmdurchlässen 50 umgeben ist.
Der Partikelfilter 22a ist aus einem porösem Material wie Cordierit ausgebildet. Daher tritt das Abgas, das in die Abgas-Einströmdurchlässe 50 einströmt, durch die umgebenden Trennwände hindurch und strömt in die benachbarten Abgas-Ausströmdurchlässe aus, wie durch die Pfeile in 40B dargestellt.
In den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine Schicht eines Trägers, die beispielsweise Aluminium enthält, auf den umgebenden Wandflächen des Abgas-Einströmdurchlässe 50 und der Abgas-Ausströmdurchlässe 51 ausgebildet, d.h., auf den beiden Seitenflächen der Trennwände 54, den äußeren Abschlußflächen der Stopfen 53 und den inneren Wandflächen der Stopfen 52 und 53. Auf diesem Träger sind der Edelmetall-Katalysator und ein aktivsauerstoff-freisetzendes Agens aufgetragen (are carried), das Sauerstoff aufnimmt, wenn Überschußsauerstoff in der Umgebung vorhanden ist, und den gehaltenen Sauerstoff in Gestalt von Aktivsauerstoff abgibt, wenn die Konzentration von Sauerstoff in der Umgebung sinkt. Das oben erwähnte Oxidationsmittel ist dieses aktivsauerstoff-freisetzende Agens.
In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Platin Pt als der Edelmetall-Katalysator verwendet. Als das aktivsauerstoff-freisetzende Agens ist es möglich, wenigstens ein Element zu verwenden, ausgewählt aus den Alkalimetallen, wie beispielsweise Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs und Rubidium Rb, den Erdalkalimetallen, wie beispielsweise Barium Ba, Calcium Ca und Strontium Sr, den Seltenerdmetallen, wie beispielsweise Lanthan La, Yttrium Y und Cer Ce, den Übergangsmetallen, wie beispielsweise Fe, und den Kohlenstoffgruppenmetalle, wie beispielsweise Zinn Sn.
Zu beachten ist, daß als das aktivsauerstoff-freisetzende Agens vorzugsweise ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall zu verwenden ist, das eine höhere Ionisierungsneigung als selbst Calcium Ca aufweist, d.h. Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba oder Strontium Sr.
Als nächstes wird der Vorgang des Entfernens der Partikel im Abgas durch den Partikelfilter 22a beschrieben, wobei als ein Beispiel der Fall des Tragens von Platin Pt und Kalium K auf einem Träger aufgegriffen wird, aber ein ähnlicher Vorgang der Entfernung der Partikel wird ausgeführt bzw. geleistet, selbst wenn ein anderes Edelmetall, Alkalimetall, Erdalkalimetall, Seltenerdmetall oder Übergangsmetall verwendet wird.
In einem Verbrennungsmotor bzw. einer Brennkraftmaschine vom Kompressionstyp, wie in 1 dargestellt, wird die Verbrennung in einem Luftüberschuß ausgeführt. Daher enthält das Abgas eine große Menge an Überschußluft. D.h., wenn das Verhältnis zwischen der Luft und dem Kraftstoff, die dem Einlaßdurchlaß und der Verbrennungskammer 5 zugeführt werden, als das „Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases" bezeichnet wird, wird im in 1 dargestellten Verbrennungsmotor vom Kompressionstyp das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager. Ferner wird in der Verbrennungskammer 5 NO erzeugt, so daß das Abgas NO enthält. Ferner enthält der Kraftstoff einen Schwefel-Bestandteil (S-Bestandteil). Dieser S-Bestandteil reagiert mit dem Sauerstoff in der Verbrennungskammer 5, um SO₂ zu werden. Daher enthält das Abgas SO₂. Daher strömt Abgas, das Überschußsauerstoff, NO₂ und SO₂ enthält, in die Abgas-Einströmdurchlässe 50 des Partikelfilters 22a.
Die 41A und 41B stellen schematisch vergrößerte Ansichten der Oberfläche der Trägerschicht dar, die auf der inneren Umfangsfläche der Abgas-Einströmdurchlässe 50 ausgebildet ist. Zu beachten ist, daß in den 41A und 41B 60 Partikel aus Platin Pt darstellt, während 61 ein aktivsauerstoff-freisetzendes Agens darstellt, das Kalium K enthält.
Wie oben beschrieben, setzt sich, da das Abgas eine große Menge an Überschußsauerstoff enthält, wenn das Abgas in die Abgas-Einströmdurchlässe 50 des Partikelfilters 22a einströmt, wie in 41A dargestellt, der Sauerstoff O₂ auf der Oberfläche des Platins Pt in Gestalt von O₂ ^- oder O^2- ab. Andererseits reagiert das NO im Abgas mit dem O₂ ^- oder O^2- auf der Oberfläche des Platins Pt, um NO₂ zu werden (2 NO + O₂ → 2 NO₂). Als nächstes wird ein Teil des erzeugten NO₂ im aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 absorbiert, während es auf dem Platin Pt oxidiert wird. Es diffundiert in das aktivsauerstoff-freisetzende Agens 61 in Gestalt von Nitrationen NO₃ ^-, wie in 41A dargestellt, während es mit dem Kalium K bindet, um Kaliumnitrat KNO₃ zu erzeugen.
Andererseits enthält, wie oben beschrieben, das Abgas SO₂. Dieses SO₂ wird im aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 durch einen ähnlichen Mechanismus wie das NO absorbiert. D.h., wie oben beschrieben, setzt sich der Sauerstoff O₂ auf der Oberfläche des Platins Pt in Gestalt von O₂ ^- oder O^2- ab. Das SO₂ im Abgas reagiert mit dem O₂ ^- oder O^2- auf der Oberfläche des Platins, um SO₃ zu werden. Als nächstes wird ein Teil des erzeugten SO₃ im aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 absorbiert, während es auf dem Platin Pt weiter oxidiert wird. Es diffundiert in das aktivsauerstoff-freisetzende Agens 61 in Gestalt von Sulfationen SO₄ ^2-, während es sich mit dem Kalium K verbindet, um Kaliumsulfat K₂SO₄ zu erzeugen. Auf diese Weise werden Kaliumnitrat KNO₃ und Kaliumsulfat K₂SO₄ im aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 erzeugt.
Andererseits werden in der Verbrennungskammer 5 Partikel, die im wesentlichen Kohlenstoff C enthalten, d.h. Ruß, erzeugt. Daher enthält das Abgas diese Partikel. Die im Abgas enthaltenen Partikel berühren und setzen sich auf der Oberfläche der Trägerschicht, beispielsweise auf der Oberfläche des aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61, ab, wie durch 62 in 41B dargestellt, wenn das Abgas im Innern der Abgas-Einströmdurchlässe 50 des Partikelfilters 22a strömt oder sich von den Abgas-Einströmdurchlässen 50 zu den Abgas-Ausströmdurchlässen 51 bewegt (heads).
Wenn sich die Partikel 62 auf der Oberfläche des aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 auf diese Weise absetzen, sinkt die Sauerstoff-Konzentration an den Kontaktflächen zwischen den Partikeln 62 und dem aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61. Wenn die Sauestoff-Konzentration sinkt, tritt ein Unterschied in der Konzentration bzw. ein Konzentrationsgradient zum Innern des aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 mit hoher Sauestoff-Konzentration auf, und daher versucht bzw. neigt der Sauerstoff im aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61, sich in Richtung der Kontaktflächen zwischen den Partikeln 62 und dem aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 zu bewegen. Folglich wird das Kaliumnitrat KNO₃, das im aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 gebildet worden ist, in Kalium K und Sauerstoff O und NO zersetzt, wobei sich der Sauerstoff O in Richtung der Kontaktflächen der Partikel 62 und des aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 bewegt (heads), und das NO wird vom aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 nach außen bzw. in die Umgebung freigesetzt. Das nach außen freigesetzte NO wird auf dem stromabwärtsseitigen Platin Pt oxidiert und im aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 wieder absorbiert.
Ferner wird das Kaliumsulfat K₂SO₄, das im aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 zu diesem Zeitpunkt gebildet wird, ebenfalls in Kalium K und Sauerstoff O und SO₂ zersetzt, wobei sich der Sauerstoff O in Richtung der Kontaktflächen der Partikel 62 und des aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 bewegt (heads), und das SO₂ wird vom aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 nach außen freigesetzt. Das nach außen freigesetzte SO₂ wird auf dem stromabwärtsseitigen Platin Pt oxidiert und im aktivsauerstofffreisetzenden Agens 61 wieder absorbiert. Jedoch ist Kaliumsulfat K₂SO₄ stabil und schwer zu zersetzen, so daß sich das Kaliumsulfat K₂SO₄ bei der Freisetzung von Aktivsauerstoff hartnäckiger zeigt als das Kaliumnitrat KNO₃.
Ferner erzeugt das aktivsauerstoff-freisetzende Agens 61, wie oben beschrieben, Aktivsauerstoff im Reaktionsprozeß mit Sauerstoff, wenn es NO_x in Gestalt von Nitrationen NO₃ ^- absorbiert. In ähnlicher Weise erzeugt das aktivsauerstoff-freisetzende Agens 61, wie oben beschrieben, Aktivsauerstoff im Reaktionsprozeß mit Sauerstoff, wenn es SO₂ in Gestalt von Sulfationen SO₄ ^2- absorbiert.
Allerdings ist der Sauerstoff, der sich in Richtung der Kontaktfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 bewegt (heads), Sauerstoff, der aus der Zersetzung einer Verbindung wie Kaliumnitrat KNO₃ oder Kaliumsulfat K₂SO₄ stammt. Sauerstoff O, der aus der Zersetzung einer Verbindung stammt, weist eine hohe Energie und eine außerordentlich hohe Aktivität auf. Daher wird der Sauerstoff, der sich in Richtung der Kontaktfläche zwischen den Partikeln 62 und dem aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 bewegt (heads), zum Aktivsauerstoff O. In ähnlicher Weise werden der Sauerstoff, der im Reaktionsprozeß zwischen dem NO_x und dem Sauerstoff im aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 erzeugt worden ist, und dem Sauerstoff, der im Reaktionsprozeß zwischen dem SO₂ und dem Sauerstoff erzeugt worden ist, Aktivsauerstoff. Wenn dieser Aktivsauerstoff O die Partikel 62 berührt, wird ein Oxidieren der Partikel 62 in kurzer Zeit (einige Sekunden bis einige zehn Minuten) bewirkt, ohne ein leuchtende Flamme zu emittieren, und die Partikel 62 werden vollständig ausgebrannt (extinguished). Daher lagern sich nahezu keine Partikel 62 auf dem Partikelfilter 22a ab.
Wenn ein Verbrennen der Partikel, die in Schichten auf dem Partikelfilter 22a abgelagert sind, wie in der Vergangenheit bewirkt wird, wird der Partikelfilter 22a rotglühend, und die Partikel verbrennen in Begleitung einer Flamme. Daher muß, um die Verbrennung in Begleitung einer Flamme zu unterhalten, die Temperatur des Partikelfilters 22a hoch gehalten werden.
Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden Erfindung eine Oxidation der Partikel 62 bewirkt, ohne eine leuchtende Flamme zu emittieren, wie oben beschrieben. D.h., anders gesagt wird eine Oxidation und ein Entfernen der Partikel 62 in der vorliegenden Erfindung durch eine beträchtlich geringe Temperatur im Vergleich zur Vergangenheit bewirkt. Daher ist der Partikel-Entfernungsvorgang der vorliegenden Erfindung durch Oxidation der Partikel 62, ohne eine leuchtende Flamme zu emittieren, vollkommen verschieden vom herkömmlichen Partikel-Entfernungsvorgang durch Verbrennung in Begleitung einer Flamme.
Zu beachten ist, daß Platin Pt und das aktivsauerstoff-freisetzende Agens 61 aktiver werden, je höher die Temperatur des Partikelfilters 22a ist, so daß die Menge an Partikeln, die durch Oxidation pro Zeiteinheit entfernbar ist, ohne eine leuchtende Flamme zu emittieren, (Einheitsmenge der kontinuierlichen Partikeloxidation) zunimmt, je höher die Temperatur des Partikelfilters 22a ist.
Die durchgezogene Linie in 43 stellt die Menge G an Partikeln dar, die durch Oxidation pro Zeiteinheit entfernbar ist, ohne eine leuchtende Flamme zu emittieren (Einheitsmenge der kontinuierlichen Partikeloxidation). Zu beachten ist, daß in 43 die Abszisse die Temperatur TF des Partikelfilters 22a angibt. Wenn die Menge an Partikeln, die in den Partikelfilter 22a pro Zeiteinheit einströmt, als die Einheitsmenge M an einströmenden Partikeln bezeichnet wird, wenn die Einheitsmenge M an einströmenden Partikeln geringer als die Einheitsmenge G der kontinuierlichen Partikeloxidation ist, d.h. im Bereich I von 43, wenn alle Partikel, die von der Verbrennungskammer 5 abgegeben werden, den Partikelfilter 22a berühren, werden sie in kurzer Zeit (einige Sekunden bis einige zehn Minuten) oxidiert und entfernt, ohne ein leuchtende Flamme auf dem Partikelfilter 22a zu emittieren.
Im Gegensatz dazu ist, wenn die Einheitsmenge M an einströmenden Partikeln größer als die Einheitsmenge G der kontinuierlichen Partikeloxidation ist, d.h., im Bereich II von 43, die Menge an Aktivsauerstoff unzureichend, um alle Partikel zu oxidieren. Die 42A bis 42C stellen den Zustand der Partikeloxidation in einem solchen Fall dar. D.h., wie in 42A dargestellt, wird, wenn sich die Partikel 62 auf dem aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 absetzen, nur ein Teil der Partikel 62 oxidiert. Der Anteil der Partikel, die nicht hinreichend oxidiert worden sind, verbleibt auf der Trägerschicht. Wenn sich der Zustand einer unzureichenden Menge an Aktivsauerstoff fortsetzt, verbleiben als nächstes die sukzessive nicht oxidierten Anteile der Partikel auf der Trägerschicht. Folglich wird, wie in 42B dargestellt, die Oberfläche der Trägerschicht durch den verbleibenden Partikelanteil 63 bedeckt.
Wenn die Oberfläche der Trägerschicht durch den verbleibenden Partikelanteil 63 bedeckt ist, wird der Oxidationsvorgang von NO und SO₂, der durch das Platin Pt und den Freisetzungsvorgang des Aktivsauerstoffs durch das aktivsauerstoff-freisetzende Agens 61 durchgeführt wird, nicht mehr auftreten, so daß der restliche Partikelanteil 63 zurückbleibt, wie er ist, ohne oxidiert zu werden, und daher werden sich andere Partikel 64 sukzessive auf dem restlichen Partikelanteil 63 anreichern, wie in 42C dargestellt. D.h., die Partikel reichern sich in Schichten an. Wenn sich Partikel auf diese Weise in Schichten anreichern, werden die Partikel durch den Aktivsauerstoff O nicht mehr oxidiert, und daher werden sich weitere Partikel sukzessive auf den Partikeln 64 anreichern. D.h., wenn sich der Zustand, bei dem die Einheitsmenge M an einströmenden Partikeln größer als die Einheitsmenge G der kontinuierlichen Partikeloxidation ist, fortsetzt, reichern sich die Partikel auf dem Partikelfilter 22a an. Insofern die Temperatur des Abgases nicht auf eine hohe Temperatur eingestellt wird oder die Temperatur des Partikelfilters 22a nicht auf eine hohe Temperatur eingestellt wird, ist es daher nicht mehr bzw. länger möglich sein, die angereicherten Partikel zu entzünden und zu verbrennen.
Auf diese Weise werden im Bereich I von 43 die Partikel auf dem Partikelfilter 22a in einer kurzen Zeit oxidiert, ohne eine leuchtende Flamme zu emittieren, während sich im Bereich II von 43 die Partikel in Schichten auf dem Partikelfilter 22a anreichern. Daher ist es erforderlich, um das Anreichern der Partikel in Schichten auf dem Partikelfilter 22a zu verhindern, die Einheitsmenge M an einströmenden Partikeln geringer als die Einheitsmenge G der kontinuierlichen Partikeloxidation zu allen Zeitpunkten einzustellen.
Wie aus 43 ersichtlich, ist es im Partikelfilter 22a, der in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, möglich, selbst, wenn die Temperatur TF des Partikelfilters 22a beträchtlich gering ist, eine Oxidation der Partikel zu verur sachen. Daher ist es im Verbrennungsmotor vom Kompressionstyp, dargestellt in 1, möglich, die Einheitsmenge M an einströmenden Partikeln und die Temperatur TF des Partikelfilters 22a derart zu halten, daß die Einheitsmenge M an einströmenden Partikeln zu allen Zeitpunkten geringer als die Einheitsmenge G der kontinuierlichen Partikeloxidation wird. Wenn auf diese Weise die Einheitsmenge M an einströmenden Partikeln zu allen Zeitpunkten geringer als die Einheitsmenge G der kontinuierlichen Partikeloxidation ist, reichern sich nahezu keine Partikel auf dem Partikelfilter 22a an, und daher steigt der Staudruck überhaupt nicht viel an. Daher wird die Motorleistung überhaupt nicht viel absinken.
Andererseits ist es, wie oben beschrieben, schwer, sobald sich Partikel auf dem Partikelfilter 22a in Schichten anreichern, selbst wenn die Einheitsmenge M an einströmenden Partikeln geringer als die Einheitsmenge G der kontinuierlichen Partikeloxidation wird, eine Partikeloxidation durch Aktivsauerstoff O zu verursachen. Wenn jedoch die Menge M an Abgas-Partikeln geringer als die Einheitsmenge G der kontinuierlichen Partikeloxidation wird, wenn der Anteil der nicht oxidierten Partikel zurückzubleiben beginnt, d.h., wenn sich Partikel nur zu weniger als einem bestimmten Grad anreichern, wird dieser restliche Anteil an Partikeln aufgrund des Aktivsauerstoffs O oxidiert und entfernt, ohne ein leuchtende Flamme zu emittieren.
Zu beachten ist, daß sich, selbst wenn die Einheitsmenge M an einströmenden Partikeln und die Temperatur TF des Partikelfilters 22a auf diese Weise gesteuert werden, bisweilen Partikel in Schichten auf dem Partikelfilter 22a anreichern werden. In diesem Fall ist es möglich, ein Oxidieren der auf dem Partikelfilter 22a angereicherten Partikel durch vorübergehendes Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Teils oder des gesamten Abgases auf fett zu verursachen, ohne eine leuchtende Flamme abzugeben.
D.h., wenn sich der Zustand, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, über eine bestimmte Zeitspanne fortsetzt, wird sich Sauerstoff in einer großen Menge auf dem Platin Pt absetzen, und daher wird die katalytische Wirkung des Platins Pt schließlich absinken. Wenn jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett eingestellt wird und die Konzentration des Sauerstoffs im Abgas verringert wird, wird der Sauerstoff vom Platin Pt entfernt, und daher wird die katalytische Wirkung des Platins Pt wiederhergestellt. Aufgrund dessen wird es, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett eingestellt wird, für den Aktivsauerstoff O einfacher werden, vom aktivsauerstoff-freisetzenden Agens 61 auf einmal (all at once) an die Umgebung freigesetzt zu werden. Daher wird ein Wechseln der angereicherten Partikel aufgrund der einmaligen Freisetzung des Aktivsauerstoffs O in einen einfach oxidierbaren Zustand verursacht, und die Partikel werden durch den Aktivsauerstoff verbrannt, ohne eine leuchtende Flamme zu emittieren. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett eingestellt wird, steigt daher die Einheitsmenge G der kontinuierlichen Partikeloxidation insgesamt an.
Zu beachten ist, daß in diesem Fall, wenn sich Partikel in Schichten auf dem Partikelfilter 22a anreichern, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auch fett eingestellt werden kann. Ferner kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases in regelmäßigen Abständen (periodically) fett eingestellt werden, ungeachtet, ob sich die Partikel in Schichten anreichern.
Als das Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases auf fett ist es beispielsweise möglich, das Verfahren zum Steuern des Öffnungsgrads des Drosselventils 17 und des Öffnungsgrads des EGR-Steuerventils 25 derart zu verwenden, daß die EGR-Rate (Menge an EGR-Gas/(Menge an Ansaugluft + Menge an EGR-Gas)) wenigstens 65 Prozent wird, wenn die Motorlast relativ gering ist, und das Verfahren zum Steuern der Einspritzmenge derart zu verwenden, daß das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Verbrennungskammer 5 zu diesem Zeitpunkt fett wird.
Zu beachten ist, daß der Kraftstoff und das Schmieröl Calcium Ca enthalten. Daher enthält auch das Abgas Calcium Ca. Dieses Calcium Ca erzeugt in Anwesenheit von SO₃ Calciumsulfat CaSO₄. Dieses Calciumsulfat CaSO₄ ist ein Feststoff und durch Wärme schwer zersetzbar. Wenn Calciumsulfat CaSO₄ erzeugt wird, werden daher die Poren im Partikelfilter 22a schließlich durch das Calciumsulfat CaSO₄ belegt, und folglich wird das Abgas schwerer durch den Partikelfilter 22a strömen.
Wenn ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall, die eine größere Ionisierungsneigung als Calcium Ca, beispielsweise Kalium K, als ein aktivsauerstoff-freisetzendes Agens 61 verwendet wird, wird sich in diesem Fall das SO₃, das in das aktivsauerstofffreisetzende Agens 61 diffundiert, mit dem Kalium K verbinden, um Kaliumsulfat K₂SO₄ zu bilden, und das Calcium Ca tritt durch die Trennwände 54 des Partikelfilters 22a durch und strömt in die Abgas-Ausströmdurchlässe 51 aus, ohne das SO₃ zu binden. Daher werden die Poren des Partikelfilters 22a nicht mehr belegt. Daher ist es, wie oben beschrieben, wünschenswert, als das aktivsauerstoff-freisetzende Agens 61 ein Alkalimetall oder Erdalkalimetall zu verwenden, das eine höhere Ionisierungsneigung als Calcium Ca aufweist, d.h. Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba oder Strontium Sr.
Ferner kann die vorliegende Erfindung auch auf den Fall des Tragens von nur einem Edelmetall, wie beispielsweise Platin, auf den Schichten des Trägers, die auf den beiden Oberflächen des Partikelfilters 22a ausgebildet sind, angewendet werden. In diesem Fall verschiebt sich jedoch die durchgezogene Linie, welche die Einheitsmenge G der kontinuierlichen Partikeloxidation darstellt, etwas nach rechts im Vergleich zur durchgezogenen Linie, die in 43 dargestellt ist. In diesem Fall wird Aktivsauerstoff vom NO₂ oder SO₃, das auf der Oberfläche des Platins Pt gehalten wird, freigesetzt.
Ferner ist es auch möglich, als das aktivsauerstoff-freisetzende Agens einen Katalysator zu verwenden, der NO₂ und SO₃ absorbiert und hält und Aktivsauerstoff aus dem absorbierten NO₂ und SO₃ freisetzen kann.
Zu beachten ist, daß das obere aktivsauerstoff-freisetzende Agens das NO_x im Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Partikelfilter strömt, mager ist, während es das absorbierte NO_x freisetzt, wenn das Luft-Kraft stoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird. Daher wirkt das aktivsauerstofffreisetzende Agens auch als ein NO_x-Absorbens. Ferner wird das zu diesem Zeitpunkt freigesetzte NO_x durch die HC im Abgas reduziert und gereinigt. Daher ist der NO_x-Katalysator der vorliegenden Ausführungsform ein Katalysator, der mit diesem NO_x-Absorptionsagens bereitgestellt wird.
Schließlich wird eine Beschreibung der Niedertemperatur-Verbrennung gegeben, die in der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp ausgeführt wird, wenn ein Verbrennen von Kraftstoff durch die Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp bewirkt wird, während Abgas eingebracht wird. 44 stellt ein Beispiel eines Versuchs dar, der die Veränderung in den Abgabemengen von Rauch, HC, CO und NO_x darstellt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F (Abszisse in 44) durch Bewirken einer Veränderung der EGR-Rate, d.h. des Verhältnisses der Abgasmenge, die in die Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp eingebracht wird, in Bezug auf die Luftmenge, die in die Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp eingebracht wird, verändert wird. Wie aus 44 ersichtlich, je kleiner das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F bei diesem Versuch ist, desto größer ist die EGR-Rate. Wenn weniger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (= 14,6) vorliegt, wird die EGR-Rate wenigstens 65 Prozent.
Wenn die EGR-Rate angehoben wird, wie in 44 dargestellt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu verringern, wird die EGR-Rate nahezu 40 Prozent. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F etwa 30 wird, beginnt die Erzeugungsmenge an Rauch anzusteigen. Als nächstes steigt, wenn die EGR-Rate weiter angehoben wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu verringern, die Erzeugungsmenge an Rauch schnell an und erreicht einen Maximalwert. Als nächstes sinkt, wenn die EGR-Rate noch weiter angehoben wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F zu verringern, der Rauch schnell ab. Wenn die EGR-Rate wenigstens auf 65 Prozent eingestellt ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nahezu 15,0 wird, wird der Rauch im wesentlichen null. D.h., nahezu kein Ruß wird mehr erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt sinkt der Ausgangsdrehmoment des Motors etwas ab, und die Erzeugungsmenge an NO_x wird beträchtlich ge ring. Andererseits beginnen zu diesem Zeitpunkt die Erzeugungsmengen an HC und CO anzusteigen.
45 stellt die Veränderung des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp in der Nähe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F von 21 dar, wenn die Erzeugungsmenge an Rauch die größte ist, während 45B die Veränderung des Verbrennungsdrucks in der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp in der Nähe des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/F von 18 dar, wenn die Erzeugungsmenge von Rauch im wesentlichen null ist. Wie aus einem Vergleich von 45A und 45B ersichtlich ist, ist der Verbrennungsdruck im in 45B dargestellten Fall geringer, wenn die Erzeugungsmenge an Rauch im wesentlichen null ist, als im in 45A dargestellten Fall, wenn die Erzeugungsmenge an Rauch groß ist.
Das Nachfolgende kann von den Ergebnissen des Versuchs, der in 44 und in den 45A und 45B dargestellt ist, berichtet werden. D.h., zunächst, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/F nicht größer als 15,0 ist und die Erzeugungsmenge an Rauch im wesentlichen null ist, wie in 44 dargestellt, wird die Erzeugungsmenge an NO_x beträchtlich gering. Wenn die Erzeugungsmenge an NO_x sinkt, bedeutet dies, daß die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp sinkt. Wenn nahezu kein Ruß erzeugt wird, kann daher gesagt werden, daß die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp geringer wird. Dasselbe kann von den 45A und 45B berichtet werden. D.h., in dem in 45B dargestellten Zustand, bei dem nahezu kein Ruß erzeugt wird, wird der Verbrennungsdruck gering. Daher wird zu diesem Zeitpunkt die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp gering.
Zweitens steigen, wenn die Erzeugungsmenge an Rauch, d.h., die Erzeugungsmenge an Ruß, im wesentlichen null wird, wie in 44 dargestellt, die Abgabemengen an HC und CO an. Dies bedeutet, daß die Kohlenwasserstoffe emittiert werden, ohne Ruß auszubilden. D.h., wenn ein Anstieg der Temperatur der geradkettigen Kohlenwasserstoffe oder der aromatischen Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise in 46 dargestellt, die im Kraftstoff enthalten sind, in einem Sauerstoff-Mangelzustand bewirkt wird, werden sie durch die Wärme zersetzt, wobei Vorläufer von Ruß ausgebildet werden. Als nächstes wird Ruß, das einen Feststoff aus hauptsächlich Kohlenstoffatomen besteht, erzeugt. In diesem Fall ist der tatsächliche Prozeß der Rußerzeugung kompliziert. Es ist nicht klar, welche Gestalt die Vorläufer des Rußes annehmen, aber, was auch immer der Fall ist, bilden Kohlenwasserstoffe, die beispielsweise in 46 dargestellt sind, Ruß über Rußvorläufer aus. Wie oben beschrieben, nehmen daher, wenn die Erzeugungsmenge an Ruß im wesentlichen null wird, wie in 44 dargestellt, die Abgabemengen an HC und CO zu. Zu diesem Zeitpunkt sind die HC Rußvorläufer oder Kohlenwasserstoffe im Vorläuferzustand davon.
Um diese Betrachtungen auf Basis der Ergebnisse der in 44 und in den 45A und 45B dargestellten Versuche zusammenzufassen, wird, wenn die Verbrennungstemperatur in der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp gering ist, die Erzeugungsmenge an Ruß im wesentlichen null. Zu diesem Zeitpunkt werden die Rußvorläufer oder die Kohlenwasserstoffe im Vorläuferzustand davon von der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp emittiert. Detailliertere Versuche und Forschung hierüber sind durchgeführt worden. Folglich wurde verstanden, daß, wenn die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung in der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp unter einer bestimmten Temperatur ist, der Ruß-Bildungsprozeß schließlich mittendrin endet bzw. beendet wird, d.h., überhaupt kein Ruß erzeugt wird, während, wenn die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung in der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp höher als eine bestimmte Temperatur ist, Ruß erzeugt wird.
Wenn der Bildungsprozeß der Kohlenwasserstoffe im Zustand eines Rußvorläufers endet, d.h., bei der oben genannten bestimmten Temperatur, verändert sich die Temperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung in Abhängigkeit von der Art des Kraftstoffs, dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dem Verdichtungsverhältnis und weiteren verschiedenen Faktoren, so daß nicht gesagt werden kann, wieviel Grad es sind, aber diese bestimmte Temperatur weist eine enges Verhältnis mit der Erzeugungsmenge an NO_x auf. Daher kann diese bestimmte Temperatur bis zu einem bestimmten Ausmaß aus der Erzeugungsmenge an NO_x definiert werden. D.h., je größer die EGR-Rate ist, desto geringer ist die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung zum Zeitpunkt der Verbrennung und desto geringer ist die Erzeugungsmenge an NO_x. Zu diesem Zeitpunkt wird fast kein Ruß mehr erzeugt, wenn die Erzeugungsmenge an NO_x etwa 10 ppm oder weniger wird. Daher stimmt die obere bestimmte Temperatur im wesentlichen mit der Temperatur überein, bei der die Erzeugungsmenge an NO_x etwa 10 ppm oder weniger wird.
Ist dieser Ruß einmal erzeugt, kann er selbst durch Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators, der eine Oxidationswirkung aufweist, nicht gereinigt werden. Im Gegensatz dazu können Rußvorläufer oder Kohlenwasserstoffe im Vorläuferzustand davon durch Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators, der eine Oxidationswirkung aufweist, auf einfache Weise gereinigt werden. Wenn eine Nachbehandlung unter Verwendung eines Katalysators, der eine Oxidationswirkung aufweist, erwogen bzw. betrachtet (consider) wird, gibt es einen außerordentlich großen Unterschied zwischen dem Verursachen des Abgebens der Kohlenwasserstoffe aus der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp als Rußvorläufer oder dem Vorläuferzustand davon und dem Verursachen des Abgebens derer aus der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp in Gestalt von Ruß.
Die Niedertemperaturverbrennung basiert auf Verursachen der Abgabe der Kohlenwasserstoffe aus der Verbrennungskammer 5 in Gestalt von Rußvorläufern oder einem Vorläuferzustand davon, ohne eine Umwandlung derer in Ruß in der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp zuzulassen, und auf Verursachen des Oxidierens der Kohlenwasserstoffe durch einen Katalysator, der eine Oxidationswirkung aufweist.
Um das Wachstum der Kohlenwasserstoffe im Vorläuferzustand der Rußerzeugung zu beenden, ist es nun erforderlich, die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp unter eine Temperatur zu drücken, die geringer als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird. In diesem Fall wird gefunden, daß die endotherme Wirkung des Gases um den Kraftstoff bei der Verbrennung des Kraftstoffs einen außerordentlich großen Effekt bei der Unterdrückung der Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung aufweist.
D.h., wenn der Kraftstoff nur von Luft umgeben wird, reagiert der Kraftstoff unmittelbar mit den Sauerstoff in der Luft, um zu verbrennen. In diesem Fall steigt die Temperatur der vom Kraftstoff entfernten Luft nicht stark an. Nur die Temperatur um den Kraftstoff wird örtlich bzw. lokal außerordentlich hoch. D.h., in diesem Fall zeigt die vom Kraftstoff entfernte Luft nicht viel von einer endothermen Wirkung auf die Verbrennungswärme des Kraftstoffs. In diesem Fall wird die Verbrennungstemperatur örtlich außerordentlich hoch, so daß die unverbrannten Kohlenwasserstoffe, die diese Verbrennungswärme aufnehmen, Ruß erzeugen.
Wenn andererseits Kraftstoff in einem Mischgas aus einer großen Menge an Inertgas und einer kleinen Menge an Luft vorhanden ist, ist die Situation etwas anders. In diesem Fall diffundiert der verdampfte Kraftstoff in die Umgebung und reagiert mit dem Sauerstoff, der mit dem Inertgas gemischt ist, um zu verbrennen. In diesem Fall wird die Wärme der Verbrennung durch das umgebende Inertgas absorbiert, so daß die Verbrennungstemperatur nicht so stark ansteigt. D.h., es wird möglich, die Verbrennungswärme gering zu halten. D.h., die Anwesenheit von Inertgas spielt eine wichtige Rolle bei der Unterdrückung der Verbrennungswärme. Es wird möglich, die Verbrennungstemperatur durch die endotherme Wirkung des Inertgases gering zu halten.
Wenn die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung auf eine Temperatur gesteuert wird, die geringer als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird, wird in diesem Fall eine Inertgasmenge erforderlich, die ausreichend ist, um die Wärmemenge hierfür zu absorbieren. Wenn die Kraftstoffmenge erhöht wird, steigt daher die erforderliche Inertgasmenge einher damit an. Zu beachten ist, daß in diesem Fall, je größer die spezifische Wärme des Inertgases ist, die endotherme Wirkung um so wirkungsvoller bzw. kraftvoller (more powerful) ist. Daher ist das Inertgas vorzugsweise ein Gas mit einer großen spezifischen Wärme. Zu diesem Zeitpunkt kann gesagt werden, daß vorzugsweise CO₂ oder EGR-Gas als das Inertgas verwendet werden, da sie relativ große spezifische Wärmen aufweisen.
47 stellt das Verhältnis zwischen der EGR-Rate und dem Rauch dar, wenn EGR-Gas als das Inertgas verwendet wird und die Abkühlrate des EGR-Gases verändert wird. D.h., in 47 stellt die Kurve A den Fall der Umluftkühlung bzw. Zwangskühlung (force cooling) des EGR-Gases dar, um die Temperatur des EGR-Gases bei 90°C zu halten, die Kurve B stellt den Fall der Kühlung des EGR-Gases durch eine Kühlanlage mit kleinen Abmessungen dar, und die Kurve C stellt den Fall dar, bei dem das EGR-Gas nicht umluft- bzw. zwangsgekühlt wird.
Wie durch die Kurve A von 47 dargestellt, erreicht bei Umluftkühlung bzw. Zwangskühlung des EGR-Gases die Erzeugungsmenge an Ruß ein Maximum, wenn die EGR-Rate geringfügig unter 50 Prozent ist. In diesem Fall wird, wenn die EGR-Rate auf wenigstens 50 Prozent eingestellt wird, fast kein Ruß mehr erzeugt.
Andererseits erreicht bei geringfügiger Kühlung des EGR-Gases, wie durch die Kurve B von 47 dargestellt, die Erzeugungsmenge an Ruß ein Maximum, wenn die EGR-Rate geringfügig über 50 Prozent ist. In diesem Fall wird, wenn die EGR-Rate auf wenigstens etwa 65 Prozent eingestellt wird, fast kein Ruß mehr erzeugt.
Wie durch die Kurve C von 47 dargestellt, erreicht, wenn das EGR-Gas nicht zwangsgekühlt wird, die Erzeugungsmenge an Ruß nahe einer EGR-Rate von 55 Prozent ein Maximum. In diesem Fall wird, wenn die EGR-Rate auf wenigstens 70 Prozent eingestellt wird, fast kein Ruß mehr erzeugt.
48 stellt die Menge an Mischgas aus EGR-Gas und Luft, das Verhältnis von Luft in dieser Menge an Mischgas und das Verhältnis von EGR-Gas in diesem Mischgas dar, das erforderlich ist, um die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung zum Zeitpunkt der Verbrennung auf eine Temperatur einzustellen, die geringer als die Temperatur ist, bei der Ruß im Fall der Verwendung von EGR-Gas als das Inertgas erzeugt wird. Zu beachten ist, daß in 48 die Ordinate die Gesamtmenge an Ansauggas darstellt, die in die Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp aufgenommen wird, während die unterbrochene Linie Y die Gesamtmenge an Ansauggas darstellt, die in die Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp aufgenommen werden kann, wenn keine Überladung ausgeführt wird. Ferner stellt die Abszisse den erforderlichen Drehmoment dar.
Gemäß 48 stellt das Verhältnis von Luft, d.h. die Luftmenge im Mischgas, die Luftmenge dar, die erforderlich ist, um ein vollständiges Verbrennen des eingespritzten Kraftstoffs zu bewirken. D.h., in dem in 48 dargestellten Fall wird das Verhältnis der Luftmenge und der Menge an eingespritztem Kraftstoff zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Andererseits stellt in 48 das Verhältnis von EGR-Gas, d.h., die EGR-Gasmenge im Mischgas, die Minimalmenge des EGR-Gases dar, die erforderlich ist, um die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung, wenn eine Verbrennung des eingespritzten Kraftstoffs bewirkt wird, auf eine Temperatur einzustellen, die geringer als die Temperatur ist, bei der Ruß gebildet wird. Diese EGR-Gasmenge ist wenigstens etwa 55 Prozent, wenn sie durch die EGR-Rate ausgedrückt wird. In der in 48 dargestellten Ausführungsform ist sie wenigstens 70 Prozent. D.h., wenn die Gesamtmenge des Ansauggases, das in die Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp eingesaugt wird, auf die durchgezogene Linie X in 48 eingestellt wird und das Verhältnis der Luftmenge und der EGR-Gasmenge in der Gesamtmenge des Ansauggases X auf das wie in 48 dargestellte Verhältnis eingestellt wird, wird die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung eine Temperatur, die geringer als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird, und daher wird überhaupt kein Ruß mehr erzeugt. Ferner ist die Erzeugungsmenge an NO_x zu diesem Zeitpunkt etwa 10 ppm oder weniger, daher wird die Erzeugungsmenge an NO_x eine außerordentlich geringe Menge.
Wenn die Menge der Kraftstoffeinspritzung ansteigt, steigt die Wärmemenge an, die erzeugt wird, wenn der Kraftstoff verbrennt, um die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung bei einer Temperatur zu halten, die geringer als die Temperatur ist, bei der Ruß erzeugt wird, wobei es erforderlich ist, die. Menge an Wärme zu erhöhen, die vom EGR-Gas absorbiert wird. Daher muß, wie in 48 dargestellt, ein Anstieg der EGR-Gasmenge einher einem Anstieg der Menge an eingespritztem Kraftstoff bewirkt werden. D.h., die EGR-Gasmenge muß einher mit der Zunahme des erforderlichen Drehmoments gesteigert werden. Zu beachten ist, daß, wenn keine Überladung ausgeführt wird, die obere Grenze der Gesamtmenge an Ansauggas X, das in die Verbrennungskammer der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp eingesaugt wird, Y ist.
Wie oben beschrieben stellt 48 den Fall dar, bei dem ein Verbrennen des Kraftstoffs in einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis verursacht wird, aber selbst, wenn die Luftmenge kleiner als die in 48 dargestellte Luftmenge eingestellt ist, d.h., selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett eingestellt wird, ist es möglich, die Erzeugungsmenge von NO_x auf etwa 10 ppm oder weniger herabzusetzen, während die Erzeugung von Ruß verhindert wird. Selbst wenn die Luftmenge größer als die in 48 dargestellte Luftmenge eingestellt wird, d.h., selbst wenn der Mittelwert des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf ein mageres von 17 bis 18 eingestellt wird, ist es ferner möglich, die NO_x Erzeugungsmenge auf etwa 10 ppm oder weniger herabzusetzen, während die Erzeugung von Ruß verhindert wird.
D.h., wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett eingestellt wird, liegt der Kraftstoff im Überschuß vor (becomes in excess), aber da die Verbrennungstemperatur auf einer geringen Temperatur gehalten wird, wird der Überschuß-Kraftstoff nicht in Ruß umgewandelt, und daher wird kein Ruß erzeugt. Ferner wird zu diesem Zeitpunkt auch nur eine außerordentlich geringe NO_x-Menge erzeugt. Andererseits, wird, selbst wenn das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wenn die Verbrennungstemperatur hoch wird, eine geringe Rußmenge erzeugt, aber in der vorliegenden Erfindung wird die Verbrennungstemperatur auf einer geringen Temperatur gehalten, so daß überhaupt kein Ruß erzeugt wird. Ferner wird auch nur eine außerordentlich geringe NO_x-Menge erzeugt.
Wenn die Niedertemperatur-Verbrennung auf diese Weise ausgeführt wird, wird ungeachtet des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, d.h., ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, ob es das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist oder ob das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, kein Ruß erzeugt, und die erzeugte NO_x-Menge wird außerordentlich gering. Wenn die Verbesserung der Kraftstoff-Wirtschaftlichkeit in Betracht kommt, kann daher gesagt werden, daß das mittlere Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorzugsweise mager einzustellen ist.
Jedoch kann die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung zum Zeitpunkt der Verbrennung in der Verbrennungskammer auf nicht höher als die Temperatur gedrückt (supressed) werden, bei der das Wachstum der Kohlenwasserstoffe mittendrin nur zum Zeitpunkt des Mittel- und Niederlastbetriebs der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp endet, wobei die aufgrund der Verbrennung erzeugten Wärmemenge relativ gering ist. Bei dieser Ausführungsform wird daher zum Zeitpunkt des Hochlastbetriebs der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp eine erste Verbrennung, d.h. die herkömmlich normal ausgeführte Verbrennung ausgeführt, während zum Zeitpunkt des Mittel- und Niederlastbetriebs der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp die Gastemperatur des Kraftstoffs und seiner Umgebung zum Zeitpunkt der Verbrennung auf unter die Temperatur gedrückt (supressed) wird, bei der das Wachstum Kohlenwasserstoffe mittendrin endet, und eine zweite Verbrennung, d.h., die Niedertemperatur-Verbrennung wird ausgeführt.
In der Tat ist die Last, die für die Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp erforderlich ist, relativ gering, so daß die zweite Verbrennung, d.h. die Niedertemperatur-Verbrennung, in nahezu allen Betriebsbereichen ausgeführt werden kann.
Zu beachten ist, daß hier die zweite Verbrennung, d.h. die Niedertemperatur-Verbrennung, wie aus der Beschreibung bis hierher klar ist, eine Verbrennung bedeutet, bei der die Inertgasmenge in der Verbrennungskammer größer als die Inertgasmenge ist, wobei die Erzeugungsmenge von Ruß einen Maximalwert erreicht, und fast kein Ruß erzeugt wird, während die erste Verbrennung, d.h. die herkömmlich normal ausgeführte Verbrennung, eine Verbrennung bedeutet, bei der die Inertgasmenge in der Verbrennungskammer geringer als die Inertgasmenge ist, wobei die Erzeugungsmenge an Ruß einen Maximalwert erreicht. Ferner ist die normale Verbrennung, d.h. die normal ausgeführte Verbrennung, eine Verbrennung, die auf Basis des erforderlichen Drehmoments des Verbrennungsmotors und der Motordrehzahl gesteuert wird.
Zu beachten ist, daß der Grund, warum die Temperatur des Abgases, das von der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp abgegeben wird, wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird, höher als die Temperatur des Abgases ist, das von der Heizvorrichtung vom Verbrennungstyp abgegeben wird, wenn die normale Verbrennung ausgeführt wird, ist, wie nachfolgend beschrieben ist. Die durchgezogene Linie in 49A stellt das Verhältnis zwischen der mittleren Gastemperatur Tg in der Verbrennungskammer, wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird, und dem Kurbelwinkel dar, während die unterbrochene Linie in 49A das Verhältnis zwischen der mittleren Gastemperatur Tg in der Verbrennungskammer, wenn die normale Verbrennung ausgeführt wird, und dem Kurbelwinkel darstellt. Ferner stellt die durchgezogene Linie in 49B das Verhältnis zwischen der Gastemperatur Tf des Kraftstoffs und seiner Umgebung, wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird, und dem Kurbelwinkel dar, während die unterbrochene Linie in 49B das Verhältnis zwischen der Gastemperatur Tf des Kraftstoffs und seiner Umgebung, wenn die normale Verbrennung ausgeführt wird, und dem Kurbelwinkel darstellt.
Wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird, ist die EGR-Gasmenge verglichen mit der Ausführung der normalen Verbrennung größer, daher wird, wie in 49A dargestellt, vor dem oberen Totpunkt des Verdichtungshub, d.h. während des Verdichtungshubs, die mittlere Gastemperatur Tg zum Zeitpunkt der Niedertemperatur-Verbrennung, die durch die durchgezogene Linie dargestellt ist, höher als die mittlere Gastemperatur Tg zum Zeitpunkt der normalen Verbrennung, die durch die unterbrochene Linie dargestellt ist. Zu beachten ist, daß zu diesem Zeitpunkt, wie in 49B dargestellt, die Gastemperatur Tf des Kraftstoffs und seiner Umgebung zu einer Temperatur wird, die mit der mittleren Gastemperatur Tg im wesentlichen gleich ist.
Als nächstes wird die Verbrennung in der Nähe des oberen Totpunkts des Verdichtungshubs begonnen. In diesem Fall wird, wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird, die Gastemperatur Tf des Kraftstoffs und seiner Umgebung nicht derart hoch werden, wie durch die durchgezogenen Linie in 49B dargestellt ist. Im Gegensatz dazu ist im Fall, bei dem eine normale Verbrennung ausgeführt wird, eine große Sauerstoffmenge um den Kraftstoff vorhanden, so daß die Gastemperatur Tf des Kraftstoffs und seiner Umgebung außerordentlich hoch wird, wie durch die unterbrochene Linie in 49B dargestellt. Auf diese Weise wird, wenn die normalen Verbrennung ausgeführt wird, die Gastemperatur Tf des Kraftstoffs und seiner Umgebung erheblich höher als wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird, aber die Temperatur des weiteren Gases, das die Mehrheit ausmacht, wird geringer, wenn die Normalverbrennung ausgeführt wird, im Vergleich zur Ausführung der Niedertemperatur-Verbrennung. Daher wird, wie in 49A dargestellt, die mittlere Gastemperatur Tg in der Verbrennungskammer in der Nähe des oberen Totpunkts des Verdichtungshubs höher, wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird, im Vergleich zur Ausführung der normalen Verbrennung. Folglich wird, wie in 49A dargestellt, die mittlere Gastemperatur in der Verbrennungskammer höher, nachdem die Verbrennung abgeschlossen ist, wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird, im Vergleich zur Ausführung der normalen Verbrennung, und daher wird die Abgastemperatur höher, wenn die Niedertemperatur-Verbrennung ausgeführt wird.
Daher kann gesagt werden, daß die Niedertemperatur-Verbrennung eine Verbrennung ist, die Abgas aus der Verbrennungskammer von einer Temperatur abgibt, die höher ist als die Temperatur des Abgases, das von der Verbrennungskammer zum Zeitpunkt der normalen Verbrennung (normaler Motorbetrieb) abgegeben wird.
[Effekte der Erfindung]
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Zustand, bei dem die Menge an Motorabgas, das in einen Partikelfilter einströmt, gering eingestellt ist, ein Anstieg der Temperatur des Partikelfilters durch das Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung bewirkt, und die Temperatur des Partikelfilters wird höher als die Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation im NO_x-Reduktions-Temperaturbereich gehalten. Hierbei weist das Abgas, das von der Verbrennungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung abgegeben wird, ein höheres Temperatur-Anhebevermögen, um einen Anstieg der Temperatur des Partikelfilters zu bewirken, als das Temperatur-Anhebevermögen des Motorabgases auf. Verglichen mit dem Fall, bei dem ein Anstieg der Temperatur des Partikelfilters durch das Motorabgas bewirkt wird, ist es erfindungsgemäß daher möglich, einen schnelleren Anstieg der Temperatur des Partikelfilters zu bewirken. Wenn dem Partikelfilter Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung zugeführt wird, um einen Anstieg der Temperatur des Abgases zu bewirken, wird erfindungsgemäß die Menge an Motorabgas, die in den Partikelfilter einströmt, verringert. Daher ist erfindungsgemäß die Wärmemenge, die vom Partikelfilter durch das Motorabgas abgeführt wird, gering, so daß es aufgrund dessen auch möglich ist, einen schnellen Anstieg der Temperatur des Partikelfilters zu bewirken. Daher werden das Partikeloxidations-Entfernungsniveau und das NO_x-Reinigungsniveau der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung insgesamt erhöht bzw. verbessert.

Claims

Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1), die bereitgestellt wird mit einem Paar von Partikelfiltern (22a, b), welche in einem Motor-Abgasdurchlaß (71) parallel angeordnet sind, einer Abgasstrom-Umschaltvorrichtung (72) zum Umschalten nahezu des gesamten Motorabgases, das vom Motor (1) abgegeben wird, um einen Strom in einen der Partikelfilter (22a, b) zu verursachen, einem NO_x-Katalysator, der geeignet ist, NO_x im Abgas zu absorbieren, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NO_x freizusetzen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird, um zu ermöglichen, daß das NO_x durch Kohlenwasserstoffe im Abgas reduziert und gereinigt wird, wobei der NO_x-Katalysator geeignet ist, NO_x freizusetzen und zu reduzieren, wenn seine Temperatur in einem NO_x-Reduktionstemperatur-Bereich ist, einer Reduktions-Beurteilungsvorrichtung zur Beurteilung, ob das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert werden sollte, wobei durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung (72) das Einströmen des Motorabgases in den einen den NO_x-Katalysator tragenden Partikelfilter (22a, b) unterdrückt wird, für den beurteilt wird, daß das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert werden soll, wenn durch die Reduktions-Beurteilungsvorrichtung beurteilt wird, daß das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert werden sollte, dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner bereitgestellt wird mit einer Verbrennungsvorrichtung (74) zum Zuführen eines Abgases zu einem Partikelfilter (22a, b), das ein höheres Temperatur-Steigerungsvermögen als ein Temperatur-Steigerungsvermögen eines Motorabgases aufweist, das geeignet ist, einen Temperaturanstieg des Partikelfilters (22a, b) zu verursachen, einem Oxidationsmittel, das geeignet ist, in den Partikelfiltern getragene Partikel kontinuierlich zu oxidieren und zu entfernen, wobei das Oxidationsmittel geeignet ist, nahezu alle einströmenden Partikel kontinuierlich zu oxidieren und zu entfernen, wenn die Temperatur des Oxidationsmittels höher als eine Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation ist, und das Abgas mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis aus der Verbrennungsvorrichtung (74) dem Partikelfilter (22a, b) zugeführt wird, so daß die Temperatur des Partikelfilters (22a, b) höher als die Temperatur der kontinuierlichen Partikeloxidation in einem NO_x-Reduktionstemperatur-Bereich gehalten wird.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einströmen des Motorabgases zu einem Partikelfilter (22a, b) durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung (72) unterdrückt wird, wenn durch die Reduktions-Beurteilungsvorrichtung beurteilt wird, daß das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert werden soll und wenn die Temperatur eines der Partikelfilter (22a, b), die den NO_x-Katalysator tragen, für den beurteilt wird, daß das NO_x reduziert werden soll, geringer als eine untere Temperatur des NO_x-Reduktionstemperatur-Bereichs ist, daß ein Abgas mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das eine Konzentration von Sauerstoff aufweist, die höher als eine vorbestimmte Konzentration ist, von der Verbrennungsvorrichtung (74) zum Partikelfilter (22a, b) zugeführt wird, um die Temperatur des Partikelfilters (22a, b) auf eine innerhalb des NO_x-Reduktionstemperatur-Bereichs anzuheben, wenn die Temperatur der Verbrennungsvorrichtung (74) geringer als die vorbestimmte Konzentration ist, und ein Abgas mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das eine Sauerstoffkonzentration aufweist, die geringer als die vorbestimmte Konzentration ist, von der Verbrennungsvorrichtung (74) dem Partikelfilter (22a, b) zugeführt wird, wenn die Temperatur des Partikelfilters (22a, b) zu einer im NO_x-Reduktionstemperatur-Bereich wird.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn durch die Reduktions-Beurteilungsvorrichtung beurteilt wird, daß das im NO_x-Katalysator absorbierte NO_x reduziert werden soll, das Einströmen des Motorabgases zu einem der Partikelfilter (22a, b) unterdrückt wird, die mit dem NO_x bereitgestellt werden, für den beurteilt wird, daß das NO_x reduziert werden soll, und daß Abgas mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungsvorrichtung (74) dem Partikelfilter (22a, b) zugeführt wird, um die Temperatur des Partikelfilters (22a, b) auf eine innerhalb des NO_x-Reduktionstemperatur-Bereichs einzustellen, wenn die Temperatur des einen Partikelfilters (22a, b) geringer als die untere Temperatur des NO_x-Reduktionstemperatur-Bereichs ist, und daß Abgas mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungsvorrichtung (74) dem Partikelfilter (22a, b) zugeführt wird, wenn die Temperatur des Partikelfilters (22a, b) zu einer innerhalb des NO_x-Reduktionstemperatur-Bereichs wird.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Abgas mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungsvorrichtung (74) dem Partikelfilter (22a, b) zugeführt wird, wenn die Reduktion des im NO_x-Katalysator absorbierten NO_x abgeschlossen ist.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor (85a, b) bereitgestellt wird, der geeignet ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu erfassen, das von einem Partikelfilter (22a, b) ausströmt, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das von der Verbrennungsvorrichtung (74) dem Partikelfilter (22a, b) zugeführt wird, auf Basis des Ausgangs des Luft-Kraftstoff-Sensors (85a, b) gesteuert wird.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einströmen des Motorabgases zu einem der Partikelfilter (22a, b) durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung (72) zum Zeitpunkt des Motoranlassens unterdrückt wird und Abgas von der Verbrennungsvorrichtung (74) dem einen Partikelfilter (22a, b) zugeführt wird, um die Temperatur des einen Partikelfilters (22a, b) ansteigen zu lassen.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Motorbetriebs-Steuervorrichtung zum wahlweisen Ausführen eines ersten Motorbetriebs, bei dem der Motorbetrieb auf Basis eines erforderlichen Drehmoments und einer erforderlichen Motordrehzahl gesteuert wird, und eines zweiten Motorbetriebs bereitgestellt wird, bei dem ein Motorabgas, das eine Temperatur aufweist, die höher als die Temperatur des Motorabgases ist, das vom Motor (1) abgegeben wird, wenn der erste Motorbetrieb ausgeführt wird, vom Motor (1) abgegeben wird, und eine zweite Motorbetriebssteuerung durch die Motorbetriebs-Steuervorrichtung ausgeführt wird, um die Temperatur des anderen Partikelfilters (22a, b) zum Zeitpunkt des Motoranlassens ansteigen zu lassen.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie den NO_x-Katalysator aufweist, der geeignet ist, einen Schwefel-Bestandteil im Abgas zu absorbieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und den absorbierten Schwefel-Bestandteil freizusetzen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird und seine Temperatur höher als eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur ist, bei welcher der absorbierte Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden kann; wobei sie mit einer Schwefel-Bestandteil-Freisetzungs-Beurteilungsvorrichtung zur Beurteilung, ob der im NO_x-Katalysator absorbierte Schwefel-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt werden soll, bereitgestellt wird; wobei sie verursacht, daß die Temperatur des Partikelfilters (22a, b) auf eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur ansteigt, wenn durch die Schwefel-Bestandteil-Freisetzungs-Beurteilungsvorrichtung beurteilt wird, daß der im NO_x-Katalysator absorbierte Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden sollte und die Temperatur des einen der Partikelfilter (22a, b), für den beurteilt wird, daß der Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden soll, geringer als eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur ist, und wobei das Einströmen des Motorabgases zum Partikelfilter (22a, b) durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung (72) unterdrückt wird und Abgas mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungsvorrichtung (74) dem Partikelfilter (22a, b) zugeführt wird, wenn die Temperatur des Partikelfilters (22a, b) die Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur erreicht.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie den NO_x-Katalysator aufweist, der geeignet ist, einen Schwefel-Bestandteil im Abgas zu absorbieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und den absorbierten Schwefel-Bestandteil freizusetzen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird und seine Temperatur höher als eine Schwefel-Bestanteil-Freisetzungstemperatur ist, bei welcher der absorbierte Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden kann; wobei sie mit einer Schwefel-Bestandteil-Freisetzungs-Beurteilungsvorrichtung zum Beurteilen, ob der im NO_x-Katalysator absorbierte Schwefel-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt werden soll, bereitgestellt wird; wobei ein Ansteigen der Temperatur des Partikelfilters (22a, b) auf eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur bewirkt wird, wenn durch die Schwefel-Bestandteil-Freisetzungs-Beurteilungsvorrichtung beurteilt wird, daß der im NO_x-Katalysator absorbierte Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden soll und die Temperatur des einen der Partikelfilter (22a, b), für den beurteilt wird, daß der Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden soll, geringer ist als eine Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur, und wobei das Einströmen des Motorabgases zum Partikelfilter (22a, b) durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung unterdrückt wird und Abgas mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und Abgas mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der Verbrennungsvorrichtung (74) dem Partikelfilter (22a, b) wechselweise zugeführt werden, wenn die Temperatur des Partikelfilters (22a, b) die Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur erreicht.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das von der Verbrennungsvorrichtung (74) dem Partikelfilter (22a, b) zugeführt wird, mager gehalten wird, wenn der Schwefel-Bestandteil vom NO_x-Katalysator freigesetzt wird und die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert wird.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Motorbetriebs-Steuervorrichtung zum wahlweisen Ausführen eines ersten Motorbetriebs, bei dem der Motorbetrieb auf Basis eines erforderlichen Drehmoments und einer erforderlichen Motordrehzahl gesteuert wird, und eines zweiten Motorbetriebs bereitgestellt wird, um den Motor ein Motorabgas abgeben zu lassen, das eine Temperatur aufweist, die höher als die Temperatur des Motorabgases ist, das vom Motor (1) abgegeben wird, wenn der erste Motorbetrieb ausgeführt wird, und der zweite Motorbetrieb durch die Motorbetriebs-Steuervorrichtung ausführt wird, um die Temperatur des einen der Partikelfilter (22a, b), für den beurteilt wird, daß der Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden soll, auf die Schwefel-Bestandteil-Freisetzungstemperatur ansteigen zu lassen, wenn von der Schwefel-Bestandteil-Freisetzungs-Beurteilungsvorrichtung beurteilt wird, daß der im NO_x-Katalysator absorbierte Schwefel-Bestandteil freigesetzt werden soll.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Verbrennungsvorrichtung (74) aufweist, die das Motorabgas aufnimmt und den Kraftstoff durch den Sauerstoff im Motorabgas zur Verbrennung bringt.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Luft-Zufuhrvorrichtung (89) zum Zuführen von Luft in das Motorabgas, das die Verbrennungsvorrichtung aufnimmt, aufweist.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Verbrennungsvorrichtung (74), die Luft und Motorabgas aufnimmt, aufweist.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Verbrennungsvorrichtung (74), die das von einem Partikelfilter (22a, b) ausströmende Abgas aufnimmt, aufweist.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Ausström-Unterdrückungsvorrichtung zum Unterdrücken des Ausströmens des Abgases von der Stromabwärtsseite eines Partikelfilters (22a, b) bereitgestellt wird und die Abgabe des Abgases an die Stromabwärtsseite eines der Partikelfilter (22a, b) durch die Ausström-Unterdrückungsvorrichtung unterdrückt wird, wenn das Einströmen des Motorabgases in einen der Partikelfilter (22a, b) durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung (72) unterdrückt wird.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Drucksensor (91a,b) zum Erfassen eines Drucks in einem Partikelfilter (22a, b) bereitgestellt wird, wobei der Druck in einem der Partikelfilter (22a, b) durch einen Drucksensor (91a,b) erfaßt wird, wenn das Einströmen des Motorabgases zu einem der Partikelfilter (22a, b) durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung (72) unterdrückt wird, und wobei das Ausströmen des Abgases von der Stromabwärtsseite des einen der Partikelfilter (22a, b) durch die Ausström-Unterdrückungsvorrichtung unterdrückt wird und der Grad der Unterdrückung des Ausströmens durch die Ausström-Unterdrückungsvorrichtung derart gesteuert wird, daß der Druck in einem der Partikelfilter (22a, b) einen Druck nicht überschreitet, der derart hoch ist, daß er den Betrieb der Verbrennungsvorrichtung (74) hemmt.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich Motorabgas-Durchlässe (92a, b) von einer Stromabwärtsseite der Partikelfilter (22a, b) über wenigstens vorbestimmte Strecken von den Partikelfiltern (22a, b) getrennt erstrecken und die vorbestimmten Strecken auf Strecken eingestellt werden, bei denen das Motorabgas, das vom anderen der Partikelfilter (22a, b) ausströmt, nicht zum einen der Partikelfilter (22a, b) von der Stromabwärtsseite strömt, wenn das Einströmen des Motorabgases zu einem der Partikelfilter (22a, b) durch die Abgasstrom-Umschaltvorrichtung (72) derart unterdrückt wird, daß ein Einströmen nahezu des gesamten Motorabgases in den anderen der Partikelfilter (22a, b) bewirkt wird.
Abgas-Reinigungsvorrichtung (70) eines Verbrennungsmotors (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerventil (76) zum Vermeiden eines Rückstroms eines Abgases von einem Partikelfilter (22a, b) zur Verbrennungsvorrichtung (74) in einem Abgas-Zuführdurchlaß, der Abgas von der Verbrennungsvorrichtung dem Partikelfilter (22a, b) zuführt, angeordnet ist.