DE10119431C2

DE10119431C2 - Abgasreiniger für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10119431C2
Application number: DE10119431A
Authority: DE
Inventors: Shinya Hirota
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-04-21
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2003-11-20
Anticipated expiration: 2021-04-21
Also published as: JP3528753B2; JP2001303932A; FR2808049A1; DE10119431A1; FR2808049B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Abgasreiniger für einen Verbrennungsmotor.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Das Abgas in einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, ent hält Partikel, die hauptsächlich aus Ruß bestehen. Da es sich bei den Partikeln um Schadstoffe handelt, wurde vorgeschlagen, einen Filter, der die Partikel sammelt, bevor sie in die Atmosphäre abgegeben werden, im Abgassystem des Motors anzuordnen. Solch ein Filter muß die gesammelten Partikel verbrennen, mit dem Ziel, ein Ansteigen des Abgaswiderstandes wegen Verstopfens zu verhindern.

Während einer solchen Filterregeneration werden die Partikel durch Entzündung verbrannt, sobald sie eine Temperatur von etwa 600°C erreichen. Die Abgastemperatur in einem Dieselmotor ist jedoch normalerweise viel niedriger als 600°C. Im allgemeinen ist es notwendig, eine Vorrichtung zum Heizen des Filters selbst bereitzustellen.

Gemäß der Offenbarung der japanischen offengelegten Patentanmeldung JP 01- 318 715 A kann, wenn das Stickstoffmonoxid NO im Abgas mittels eines Oxidations katalysators zu Stickstoffdioxid NO₂ umgewandelt wird, das NO₂ die Partikel auf dem Filter bei einer normalen Abgastemperatur verbrennen, obwohl keine Heizvorrichtung vorhanden ist.

Das durch die Umwandlung mittels des Oxidationskatalysators erzeugte NO₂ kommt jedoch nicht notwendigerweise mit sämtlichen auf dem Filter gesammelten Partikeln in Kontakt. Naturgemäß bleiben die Partikel, die nicht in Kontakt mit dem NO₂ kommen, auf dem Filter zurück, ohne ausgebrannt zu werden.

Weitere Partikel im Abgas lagern sich auf den zurückgebliebenen Partikeln an. Die zurückgebliebenen Partikel, die mit den angelagerten Partikeln bedeckt sind, kommen nicht mit NO₂ in Kontakt und bleiben bestimmt an ihrem Platz. Wenn einige der angelagerten Partikel zurückbleiben, ohne mit NO₂ in Kontakt zu kommen, lagern sich weitere Partikel auf ihnen an und es kommt zu einem ähnlichen Phänomen. Die zurückgebliebenen Partikel wachsen allmählich an und verstopfen den Filter.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Abgasreiniger für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, der in der Lage ist, Partikel ausreichend auszubrennen, wobei er Stick stoffdioxid nutzt, das einem Partikelfilter zugeführt wird, und das Verstopfen des Partikelfilters verhindert.

Ein Gegenstand der Erfindung ist ein Abgasreiniger gemäß Patentanspruch 1.

Zweckmäßige Ausführungformen davon sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.

Ein Abgasreiniger für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist einen Partikelfilter, der im Abgassystem des Motors angeordnet ist, Zu leitungsvorrichtungen, die Stickstoffdioxid zum Partikelfilter leiten, und Strömungs vorrichtungen, die bewirken, daß die Partikel, die vom Partikelfilter gesammelt wurden, hauptsächlich im Partikelfilter strömen, auf.

Entsprechend dem Abgasreiniger der Erfindung kommen die Partikel, die im Partikelfilter strömen, häufiger mit Stickstoffdioxid in Kontakt und werden ausreichend ausgebrannt. Somit kann sich keine große Partikelmenge auf dem Partikelfilter an lagern. Daher ist es möglich, ein Verstopfen des Partikelfilters zu verhindern.

Die Strömungsvorrichtung kann so ausgelegt sein, daß sie die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters wechselt.

Bei der Zuleitungsvorrichtung kann es sich um einen Oxidationskatalysator handeln, der im Abgassystem des Motors angeordnet ist.

Der Aspekt der Erfindung ist nicht auf den Abgasreiniger für einen Ver brennungsmotor beschränkt, wie er vorstehend beschrieben ist. Beispielsweise betrifft ein anderer Aspekt der Erfindung ein Fahrzeug, das mit einem Abgasreiniger für einen Verbrennungsmotor ausgestattet ist, und ein Verfahren, um das Abgas in einem Ver brennungsmotor zu reinigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Längsschnittsansicht eines Dieselmotors mit einem Abgasreiniger gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Bereich in der Nähe eines Umschaltabschnitts und eines Partikelfilters in einem Motorabgassystem.

Fig. 3 ist eine Seitenansicht von Fig. 2.

Fig. 4 zeigt eine Blockierstellung eines Ventilkörpers im Umschaltabschnitt, bei der es sich nicht um die Blockierstellung handelt, die in Fig. 2 gezeigt ist.

Fig. 5 zeigt eine Zwischenstellung des Ventilkörpers im Umschaltabschnitt.

Fig. 6 zeigt die Struktur eines Partikelfilters.

Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht einer Trennwand eines Partikelfilters.

Fig. 8 ist ein erstes Ablaufdiagramm zum Verhindern, daß eine große Partikelmenge sich auf einem Partikelfilter anlagen.

Fig. 9 ist ein zweites Ablaufdiagramm zum Verhindern, daß eine große Partikelmenge sich auf einem Partikelfilter anlagert.

Fig. 10 ist ein drittes Ablaufdiagramm zum Verhindern, daß eine große Partikelmenge sich auf einem Partikelfilter anlagert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 ist eine schematische Schnittsansicht eines Viertakt-Dieselmotors mit einem Abgasreiniger gemäß der Erfindung. Wie in Fig. 1 gezeigt, weist der Dieselmotor ein Motorgehäuse 1, einen Zylinderblock 2, einen Zylinderkopf 3, einen Kolben 4, eine Brennkammer 5, die an der Oberseite des Kolbens 4 gebildet wird, ein elektronisch ge steuertes Kraftstoff-Einspritzventil 6, eine Paar Ansaugventile 7, eine Ansaugöffnung 8, ein Paar Auspuffventile 9 und eine Auspufföffnung 10 auf. Die Ansaugöffnung 8 ist durch eine korrespondierende Ansaugabzweigung 11 mit einem Ausgleichsbehälter 12 verbunden, und der Ausgleichsbehälter 12 ist durch einen Ansaugkanal 13 mit einem Luftreiniger 14 verbunden. Ein Drosselventil 16, das von einem Elektromotor 15 ange trieben wird, ist im Ansaugkanal 13 angeordnet. Andererseits ist die Auspufföffnung 10 mit einem Auspuffkrümmer 17 verbunden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist ein Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 21 im Aus puffkrümmer 17 angeordnet. Der Auspuffkrümmer 17 und der Ausgleichsbehälter 12 sind durch eine EGR-Leitung 22 miteinander verbunden. Ein elektronisch gesteuertes EGR-Steuerventil 23 ist in der EGR-Leitung 22 angeordnet. Eine Kühleinheit 24 zum Kühlen des EGR-Gases, das durch die EGR-Leitung 22 strömt, ist um die EGR- Leitung 22 herum angeordnet. Im Dieselmotor, der in Fig. 1 gezeigt ist, wird das Motor kühlmittel in die Kühleinheit 24 geleitet, um das EGR-Gas zu kühlen.

Jedes Kraftstoff-Einspritzventil 6 ist durch ein Kraftstoff-Zuleitungsrohr 25 mit einem Kraftstoffbehälter, d. h. einer sogenannten Gemeinsamen Schiene (Common Rail) 26, verbunden. Kraftstoff wird der Gemeinsamen Schiene 26 von einer elektro nisch gesteuerten Kraftstoffpumpe 27 zugeleitet, deren Ausstoßmenge variabel ist. Der Kraftstoff, der der Gemeinsamen Schiene 26 zugeleitet wurde, wird dem Kraftstoff- Einspritzventil 6 durch das Kraftstoff-Zuleitungsrohr 25 zugeführt. Ein Kraftstoffdruck- Sensor 28 zum Bestimmen des Kraftstoffdrucks in der Gemeinsamen Schiene 26 ist in der Gemeinsamen Schiene 26 installiert. Auf der Grundlage des Ausgangssignals vom Kraftstoffdruck-Sensor 28 wird die Ausstoßmenge der Kraftstoffpumpe 27 so gesteuert, daß der Kraftstoffdruck in der Gemeinsamen Schiene 26 dem Ziel-Kraftstoffdruck gleich wird.

Die Ausgangssignale vom Sensor für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis 21 und dem Sensor für den Kraftstoffdruck 28 werden in eine elektronische Steuerungseinheit 30 eingegeben. Ein Lastsensor 41 zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, die proportional zum Maß der Absenkung L eines Gaspedals 40 ist, ist mit dem Gaspedal 40 verbunden. Das Ausgangssignal vom Lastsensor 41 wird ebenfalls in die elektronische Steuerungs einheit 30 eingegeben. Darüber hinaus wird das Ausgangssignal eines Kurbelwinkel sensors 42, der jedesmal, wenn die Kurbelwelle sich beispielsweise um 30°CA dreht, einen Ausgangspuls erzeugt, ebenfalls in die elektronische Steuereinheit 30 eingegeben. Somit steuert die elektronische Steuereinheit 30 auf der Grundlage der verschiedenen Signale das Kraftstoff-Einspritzventil 6, den Elektromotor 15, das EGR-Steuerungs ventil 23 und die Kraftstoffpumpe 27.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf einen Abgasreiniger gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 ist eine Seitenansicht des Abgasreinigers. Dieser Abgasreiniger weist als Zuleitungsvorrichtung 61 einen katalytischen Konverter, der mit der Stromab wärts-Seite des Auspuffkrümmers 17 des Dieselmotors verbunden ist und der ein Edelmetall, wie Platin Pt, als Oxidationskatalysator trägt, einen Umschaltabschnitt 62, der stromabwärts vom katalytischen Konverter angeordnet ist, einen Partikelfilter 60 und eine Auspuffleitung 64 stromabwärts vom Umschaltabschnitt 62 auf. Der Partikel filter 60 weist erste und zweite Seiten 60a, 60b auf. Abgas strömt durch die erste Seite 60a oder die zweite Seite 60b in den Partikelfilter hinein, und Abgas strömt durch die zweite Seite 60b oder die erste Seite 60a aus dem Partikelfilter hinaus. Die erste Seite 60a des Partikelfilters 60 und der Umschaltabschnitt 62 sind mittels eines ersten Ver bindungsabschnitts 63a miteinander verbunden, und die zweite Seite 60b des Partikel filters 60 und der Umschaltabschnitt 62 sind durch einen zweiten Verbindungsabschnitt 63b miteinander verbunden. Der Umschaltabschnitt 62 weist einen Ventilkörper 62a auf, der in der Lage ist, den Abgasstrom im Umschaltabschnitt 62 zu blockieren. Der Ventilkörper 62a wird von einem negativen Druckantrieb, einem Schrittmotor oder dergleichen, angetrieben. Wenn der Ventilkörper 62a eine erste Blockierstellung ein nimmt, ist die Stromaufwärtsseite des Umschaltabschnitts 62 mit dem ersten Verbin dungsabschnitt 63a verbunden, und die Stromabwärtsseite des Umschaltabschnitts 62 ist mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 63b verbunden. Somit strömt, wie durch die Pfeile in Fig. 2 angezeigt, Abgas durch den katalytischen Konverter und dann in Richtung von der ersten Seite 60a zur zweiten Seite 60b des Partikelfilters 60.

Fig. 4 zeigt eine zweite Blockierstellung des Ventilkörpers 62a. Wenn der Ventil körper 62 die zweite Blockierstellung einnimmt, ist die Stromaufwärtsseite des Um schaltabschnitts 62 mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 63b verbunden, und die Stromabwärtsseite des Umschaltabschnitts 62 ist mit dem ersten Verbindungsabschnitt 63a verbunden. Wie von den Pfeilen in Fig. 4 angezeigt, strömt Abgas durch den katalytischen Konverter und dann in Richtung von der zweiten Seite 60b zur ersten Seite 60a des Partikelfilters 60. Indem so der Ventilkörper 62a umgeschaltet wird, wird es möglich, die Richtung des Abgases, das in den Partikelfilter 60 strömt, zu wechseln, d. h. die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseite des Teilchenfilters 60 zu wechseln.

Somit ermöglicht es der Abgasreiniger der Erfindung, die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseite des Partikelfilters 60 mit einer sehr einfachen Konstruktion zu wechseln. Ein Partikelfilter benötigt eine große Öffnungsfläche, damit Abgas leicht in den Partikelfilter hinein und aus ihm herausströmen kann. Wie in den Fig. 2, 3 gezeigt, ermöglicht es der Abgasreiniger der Erfindung, den Partikelfilter 60 zu verwenden, der eine große Öffnungsfläche aufweist, ohne seine Befestigungsmöglichkeit am Fahrzeug zu verschlechtern.

Andererseits wird im Abgasreiniger der Erfindung, während der Ventilkörper 62a von der ersten Blockierstellung in die zweite Blockierstellung oder von der zweiten Blockierstellung in die erste Blockierstellung gedreht wird, Abgas in die Atmosphäre abgegeben, ohne durch den Partikelfilter 60 zu strömen, wie in Fig. 5 gezeigt. Im Ab gasreiniger der Erfindung ist ein Abgasdrosselventil 65, dessen Öffnung mittels eines Schrittmotors oder dergleichen gesteuert werden kann, stromabwärts von der Auspuff leitung 64 angeordnet.

Die Fig. 6A, 6B zeigen den Aufbau des Partikelfilters 60. Fig. 6A ist eine Vorder ansicht des Partikelfilters 60 und Fig. 6B ist eine seitliche Schnittansicht des Partikel filters 60. Wie in den Fig. 6A, 6B gezeigt, ist der Partikelfilter 60 an der Vorderseite elliptisch geformt, ist als Wand-Strom-Typ konstruiert, der eine Honigwabenstruktur aufweist, die aus porösem Material, wie Cordierit, besteht, und weist eine Vielzahl von axialen Zwischenräumen auf, die von einer Vielzahl von axial ausgerichteten Trenn wänden 54 definiert werden. Einer von zwei nebeneinander liegenden axialen Zwischenräumen wird an der Stromabwärtsseite mittels eines Pfropfens 53 verschlossen und der andere wird an der Stromaufwärtsseite mittels eines Pfropfens 52 verschlossen.

Somit dient einer der beiden benachbarten axialen Zwischenräume als Einlaßleitung 50 für das Abgas und die andere dient als Auslaßleitung 51 für das Abgas. Wie durch die Pfeile angezeigt, die in Fig. 6B gezeigt sind, strömt Abgas notwendigerweise durch die Trennwände 54.

Die Partikel im Abgas, die viel kleiner sind als die Poren in den Trennwänden 54, treffen auf die Oberflächen der Trennwände 54 an der Stromaufwärtsseite und die Ober flächen der Poren in den Trennwänden 54 und werden gesammelt. Jede Trennwand 54 dient somit als Sammelwand zum Sammeln von Partikeln. In dieser Ausführungsform strömt das Partikel-haltige Abgas durch den katalytischen Konverter, bevor es in den Partikelfilter 60 strömt. Ebenso wie im Fall des Partikelfilters 60 weist der katalytische Konverter eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Trennwänden auf, von denen jede einen Katalysator trägt. Anders als beim Partikelfilter 60, werden die axialen Zwischenräume des katalytischen Konverters jedoch an der Stromabwärtsseite nicht mittels Pfropfen verschlossen, und kein Abgas strömt durch die Trennwände hindurch. Daher werden keine Partikel von den Trennwänden gesammelt.

In einem Dieselmotor wird die Verbrennung normalerweise mit einem Sauerstoff- Überschuß durchgeführt. Daher enthält das Abgas eine große Menge an Sauerstoff O₂ und an in einer Brennkammer erzeugtem Stickstoffmonoxid NO. Im Abgasreiniger der Erfindung strömen O₂ und NO durch den katalytischen Konverter, bevor sie in den Partikelfilter 60 strömen, und werden durch einen Oxidationskatalysator zu Stickstoff dioxid NO₂ umgewandelt, wie nachstehend gezeigt.

NO + ½O₂ → NO₂

Wie nachstehend gezeigt, reagiert NO₂ bei einer relativ niedrigen Temperatur gut mit den Partikeln, die hauptsächlich aus Kohlenstoff (C) bestehen.

2NO₂ + 2C → N₂ + 2CO₂ oder NO₂ + C → NO + CO

Somit bleiben, wenn alle auf dem Partikelfilter gesammelten Partikel mit NO₂ in Kontakt kommen, keine Partikel auf dem Partikelfilter zurück. Jedoch kommen die Partikel, die die Oberflächen der Trennwände des Partikelfilters an der Stromaufwärts seite und die Oberflächen der Poren in den Trennwänden, die zum Abgasstrom gerichtet sind, getroffen haben und die gesammelt wurden, nicht notwendigerweise in Kontakt mit NO₂. Das heißt, es ist ziemlich wahrscheinlich, daß einige der gesammelten Partikel auf den Trennwänden zurückbleiben.

Weitere Partikel im Abgas lagern sich auf den zurückgebliebenen Partikeln an und können mit NO₂ in Kontakt kommen. Jedoch bleiben die zurückgebliebenen Partikel, die mit den angelagerten Partikeln bedeckt sind, bestimmt zurück, ohne in Kontakt mit NO₂ zu kommen. Wenn einige der angelagerten Partikel zurückbleiben, ohne in Kontakt mit NO₂ zu kommen, lagern sich weitere Partikel darauf an und es kommt zu einem ähnlichen Phänomen. Daher lagern sich, wie in Fig. 7A gezeigt, die Partikel "Pa", die gesammelt wurden, wenn auch nach und nach, auf den Oberflächen der Trennwände 54 des Teilchenfilters, die sich an der Stromaufwärtsseite befinden, und an den Oberflächen der Poren in den Trennwänden 54, die zum Abgasstrom gerichtet sind, an. Abgas trifft hauptsächlich auf die Oberflächen der Trennwände 54, die sich an der Stromaufwärtsseite befinden.

Wenn sich die Partikel, wie in Fig. 7A gezeigt, ablagern, hat der Abgaswiderstand des Partikelfilters keine negative Wirkung auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs. Wenn sich jedoch weitere Partikel anlagern, kommt es zu Problemen, wie einer erheblichen Abnahme der Motorleistung.

In dieser Ausführungsform führt die elektronische Steuereinheit 30 die Umschalt steuerung des Ventilkörpers 62a gemäß eines ersten Ablaufdiagramms durch, das in Fig. 8 gezeigt ist, um zu verhindern, daß sich eine große Partikelmenge auf dem Partikelfilter anlagert. Dieses Ablaufdiagramm wird in Intervallen mit festgelegten Zeitabständen durchgeführt. Als erstes wird in Schritt 101 der kumulative Wert A der Wegstrecke des Fahrzeugs berechnet. Dann wird in Schritt 102 beurteilt, ob der kumulative Wert A der Wegstrecke gleich oder größer als eine festgelegte Wegstrecke As ge worden ist. Wenn das Ergebnis dieser Beurteilung negativ ist, wird die Routine sofort angehalten. Wenn andererseits das Ergebnis dieser Beurteilung positiv ist, wird das Pro gramm mit Schritt 103 fortgesetzt. In Schritt 103 wird der kumulative Wert A der Weg strecke auf 0 zurückgesetzt. In Schritt 104 wird der Ventilkörper beispielsweise aus der ersten Blockierstellung in die zweite Blockierstellung umgeschaltet. Das heißt, die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters werden gewechselt.

Während das Fahrzeug dabei ist, die festgelegte Wegstrecke As zurückzulegen, können die Partikel, wie in Fig. 7A gezeigt, auf den Oberflächen der Trennwände 54 des Partikelfilters, die an der Stromaufwärtsseite liegen, und den Oberflächen der Poren in den Trennwänden 54, die zum Abgasstrom gerichtet sind, zurückbleiben, wie vor stehend beschrieben. In diesem Ablaufdiagramm werden die Stromaufwärts- und Strom abwärtsseiten des Partikelfilters zu diesem Zeitpunkt gewechselt. Somit werden, wie in Fig. 7B gezeigt, die zurückgebliebenen Partikel leicht durch das zurückströmende Ab gas zerstört und zerbrochen, strömen im allgemeinen stromabwärts in die Poren und werden weit in den Poren der Trennwände zerstreut.

Die Partikel, die somit zerbrochen wurden und in den Trennwänden strömen, kommen häufiger in Kontakt mit dem NO₂, das durch die Umwandlung mittels des Oxidationskatalysators gebildet wurde. Diese Partikel können viel leichter ausgebrannt werden als die zurückgebliebenen Partikel, die mit den angelagerten Partikeln bedeckt bleiben. Somit wird es möglich, die zurückgebliebenen Partikel zuverlässig durch NO₂ auszubrennen, indem man sicherstellt, daß die Partikel, die auf dem Partikelfilter zurückbleiben, in den Trennwänden strömen.

Im ersten Ablaufdiagramm wird der Ventilkörper jedesmal umgeschaltet, wenn das Fahrzeug die vorbestimmte Wegstrecke zurückgelegt hat. Der Ventilkörper kann je doch in Intervallen von festgelegten Zeitabständen umgeschaltet werden. Selbst verständlich kann der Ventilkörper unregelmäßig umgeschaltet werden. Wenn die zurückgebliebenen Partikel auf dem Partikelfilter lange in Ruhe gelassen werden, können sie zu Kohlenstoff-Material umgewandelt werden, das kaum oxidiert werden wird. Darum ist es vorzuziehen, den Ventilkörper umzuschalten, um zumindest einmal während der Zeitspanne vom Starten des Motors bis zum Anhalten des Motors ein Strömen der zurückgebliebenen Partikel zu bewirken. Wenn die Partikel ausgebrannt werden, bevor eine große Menge von ihnen abgelagert wurde, wird verhindert, daß dieses Problem auftritt. Beispielsweise wird eine Beschädigung des Partikelfilters durch Zersetzung aufgrund der großen Verbrennungshitze, die aus der plötzlichen Entzündung einer großen Menge abgelagerter Partikel erzeugt wird, verhindert. Sogar wenn eine große Partikelmenge sich aus irgendeinem Grund auf den Trennwänden des Partikel filters angelagert hat, wird, wenn der Ventilkörper umgeschaltet wird, das Fahrverhalten des Fahrzeugs nicht nachteilig beeinflußt. Wenn der Ventilkörper umgeschaltet wurde, werden die angelagerten Partikel durch den Rückstrom des Abgases relativ leicht zerstört und zerbrochen. Daher werden einige der zerbrochenen Partikel, die nicht vom NO₂ in den Poren in den Trennwänden ausgebrannt wurden, aus dem Partikelfilter ent fernt. Jedoch wird, da der Abgaswiderstand des Partikelfilters weiter verbessert wird, das Fahrverhalten des Fahrzeugs nicht nachteilig beeinflußt.

Fig. 9 zeigt ein zweites Ablaufdiagramm für die Umschaltsteuerung des Ventil körpers 62a. Dieses Ablaufdiagramm wird ebenfalls in Intervallen mit vorbestimmten Zeitabständen wiederholt. Als erstes wird in Schritt 201 der Abgasdruck P1 auf einer Seite des Partikelfilters 60, d. h. der Abgasdruck im ersten Verbindungsabschnitt 63a (siehe Fig. 2), unter Verwendung eines Drucksensors bestimmt, der im ersten Verbindungsabschnitt 63a angeordnet ist. Dann wird in Schritt 202 der Abgasdruck P2 an der anderen Seite des Partikelfilters, d. h. der Abgasdruck im zweiten Verbindungs teil 63b (siehe Fig. 2), unter Verwendung eines Drucksensors, der im zweiten Ver bindungsabschnitt 63b angeordnet ist, bestimmt.

In Schritt 203 wird beurteilt, ob der absolute Wert der Differenz zwischen dem Abgasdruck, der in Schritt 201 und Schritt 202 bestimmt wurde, gleich oder größer als ein festgelegter Differentialdruck Ps geworden ist. Der absolute Wert des Differential drucks wird hierin verwendet, um einen Anstieg des Differentialdrucks zu erkennen, egal, ob sich der erste Verbindungsabschnitt 63a oder der zweite Verbindungs abschnitt 63b an der Stromaufwärtsseite befindet. Wenn das Ergebnis der Beurteilung in Schritt 203 negativ ist, wird diese Routine sofort beendet. Wenn das Ergebnis der Be urteilung in Schritt 203 positiv ist, bleibt eine bestimmte Partikelmenge auf dem Partikelfilter zurück. Somit wird in Schritt 204 der Ventilkörper 62a umgeschaltet, da mit die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters gewechselt werden.

Dadurch werden, wie vorstehend beschrieben, die zurückgebliebenen Partikel ver brannt und verschwinden aus dem Partikelfilter. Daher ist es möglich, auf der Grundlage des Differentialdrucks zwischen den entgegengesetzten Seiten des Partikelfilters in direkt zu bestimmen, daß eine bestimmte Partikelmenge auf dem Partikelfilter zurück bleibt, und zuverlässig zu verhindern, daß die Motorleistung aufgrund des Anlagerns von weiteren Partikeln in nennenswertem Umfang sinkt. Außerdem ist es, wenn der Transmissionsfaktor oder der Reflexionsfaktor von Licht auf einer bestimmten Trenn wand des Partikelfilters aufgrund des Anlagerns von Partikeln abgenommen hat, auch möglich zu beurteilen, daß eine bestimmte Partikelmenge auf dem Partikelfilter zurück geblieben ist. Indem man somit den Ventilkörper auf Grundlage der direkten Be urteilung der zurückgebliebenen Partikel umschaltet, wird es möglich, eine erhebliche Abnahme der Motorleistung zuverlässiger zu verhindern.

Somit ist das Wechseln der Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikel filters hochwirksam, um ein Ausbrennen der zurückgebliebenen Partikel mittels NO₂ zu ermöglichen. Selbst wenn der Ventilkörper manchmal ohne Rücksicht auf den Zeitplan umgeschaltet wird, ist es möglich, eine nennenswerte Abnahme der Motorleistung auf grund des Anlagerns einer großen Partikelmenge zu verhindern.

Wie vorstehend beschrieben, ist der Umschaltabschnitt 62 dieser Ausführungs form so konstruiert, daß ein Teil des Abgases den Partikelfilter 60 umgeht, während der Ventilkörper 62a aus einer Blockierstellung in die andere Blockierstellung umgeschaltet wird. Somit werden, wenn Abgas zu diesem Zeitpunkt Partikel enthält, die Partikel in die Atmosphäre abgegeben. Um dieses Phänomen zu verhindern, wird eine Umschaltsteuerung des Ventilkörpers 62a gemäß einem dritten Ablaufdiagramm durchgeführt, das in Fig. 10 gezeigt ist. Wie im dritten Ablaufdiagramm gezeigt, wird in Schritt 301 beurteilt, ob eine Kraftstoffunterbrechung durchgeführt wird, um die Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor zu beenden. Wenn das Ergebnis dieser Beurteilung in Schritt 301 negativ ist, wird die Routine sofort beendet. Andererseits schreitet das Pro gramm zu Schritt 302 voran, wo der Ventilkörper 62a aus einer Blockierstellung in die andere Blockierstellung umgeschaltet wird. Da während der Kraftstoffunterbrechung in den Zylindern keine Verbrennung stattfindet, sind im Abgas keine Partikel enthalten. Somit werden, wenn der Ventilkörper 62a während der Kraftstoffunterbrechung umge schaltet wird, keine Partikel in die Atmosphäre abgegeben, während der Ventilkörper 62a umgeschaltet wird. Wenn keine Kraftstoffunterbrechung durchgeführt, wird, ist kein Umschalten des Ventilkörpers 62a möglich, um zu verhindern, daß Partikel in die Atmosphäre abgegeben werden. Um die Notwendigkeit der Durchführung einer Kraft stoffunterbrechung zu beurteilen, ist es möglich, ein Kraftstoffunterbrechungs-Signal zu verwenden, daß zum Kraftstoff-Einspritzventil übertragen wird, oder die Absenkung des Gaspedals zu bestimmen, während das Fahrzeug fährt, oder das Loslassen des Gas pedals zu bestimmen, während das Fahrzeug fährt.

Wenn der Partikelfilter eine extrem niedrige Temperatur aufweist, ist es unwahr scheinlich, daß NO₂ mit den Partikeln reagiert. Somit läßt sich ein Abfall der Tempera tur des Teilchenfilters, wie vorstehend beschrieben, wirksam verhindern, indem ein Teil des Abgases den Partikelfilter während der Kraftstoffunterbrechung umgeht, d. h. während das Abgas eine extrem niedrige Temperatur aufweist.

In dieser Ausführungsform werden die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Ventilkörpers 62a durch Umschalten des Ventilkörpers 62a gewechselt, und infolge dessen strömen die auf dem Partikelfilter zurückgebliebenen Partikel in die Trenn wände. Dies soll die Erfindung nicht einschränken. Beispielsweise kann während des Zeitraums bis zum Umschalten des Ventilkörpers 62a die Öffnung des Abgas-Drossel ventils 65 auf einmal aus ihrer voll geöffneten Stellung verkleinert werden, anstatt den Ventilkörper 62a umzuschalten. Dadurch erhöht sich auf einmal der Druck an der Stromaufwärtsseite des Partikelfilters 60. Wenn das Abgasdrosselventil 65 dann wieder in seine voll geöffneten Stellung gebracht wird, strömt Abgas mit hoher Geschwindig keit durch den Teilchenfilter. Daher zerstört und zerbricht das schnell strömende Gas die zurückgebliebenen Partikel leicht, sogar wenn die Richtung des Abgasstroms nicht gewechselt wird. Da die zerbrochenen Partikel in die Trennwände des Partikelfilters strömen, kommen sie häufiger in Kontakt mit NO₂ und werden gut ausgebrannt.

Auch im Fall, wenn das Abgasdrosselventil 65 sich stromaufwärts vom Partikel filter befindet, wird das Abgasdrosselventil 65 auf ähnlich Weise geöffnet und ge schlossen. Dadurch strömt Gas mit hoher Geschwindigkeit durch den Partikelfilter, wenn das Abgasdrosselventil 65 sich in voll geöffneter Stellung befindet. Dies er möglicht es, ein Strömen der zurückgebliebenen Partikel zu bewirken. Wenn das Abgas drosselventil 65 verwendet wird, um ein Strömen des zurückgebliebenen Partikel zu bewirken, besteht keine Notwendigkeit für eine spezielle Konstruktion, um die Strom aufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters zu wechseln.

Die Reduzierung der Öffnung des Abgasdrosselventils 65, die verwendet wird, um ein Strömen der Partikel zu bewirken, erhöht vorübergehend den Druck an der Stromaufwärtsseite des Partikelfilters und erhöht die Strömungsgeschwindigkeit des Abgasstroms durch den Partikelfilter. Anstelle des Reduzierens der Öffnung des Abgas drosselventils kann ein Hochdruckgas, wie Hochdruckluft, der Stromaufwärtsseite des Partikelfilters zugeführt werden.

Wenn eine Trennwand des Partikelfilters Partikel sammelt, dienen die Oberfläche an ihrer Stromaufwärtsseite und die Oberflächen der Poren, die zum Abgasstrom ge richtet sind, als Sammeloberfläche (eine Sammeloberfläche). Abgas trifft hauptsächlich auf die Oberfläche der Trennwand, die an der Stromaufwärtsseite liegt. Wenn die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters gewechselt werden, wie in dieser Ausführungsform, wird eine Sammeloberfläche an der gegenüberliegenden Seite der Sammeloberfläche verwendet. Das heißt, nach dem Wechseln dienen die Oberfläche an der Stromaufwärtsseite und die Oberflächen der Poren, die zum Abgasstrom gerichtet sind, als Sammeloberfläche (die andere Sammeloberfläche). Dann beginnt das Sammeln der Partikel.

Daher können sich, wenn die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters gewechselt werden, keine weiteren Partikel auf den auf einer Sammel oberfläche zurückgebliebenen Partikeln anlagern. Daher können, selbst wenn einige Partikel auf einer Sammeloberfläche zurückbleiben, ohne zu strömen, nachdem die Strömungsrichtung des Abgases gewechselt wurde, diese zurückgebliebenen Partikel allmählich durch NO₂ von der Oberfläche ausgebrannt werden. Sie können vollständig ausgebrannt werden, bevor die Strömungsrichtung des Abgases das nächste Mal ge wechselt wird. Demgemäß bedeutet das Wechseln der Stromaufwärts- und Strom abwärtsseiten des Partikelfilters, daß beide Sammeloberflächen der Trennwand des Partikelfilters abwechselnd für das Sammeln von Partikeln verwendet werden. Daher ist das Wechseln der Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters von großem Vorteil, nicht nur, weil es das Strömen der zurückgebliebenen Partikel bewirkt, sondern auch, weil es sie ausbrennt.

In dieser Ausführungsform ist der katalytische Oxidationskonverter 61 mit einem Abstand vom Partikelfilter 60 angeordnet. Dies beschränkt die Erfindung jedoch nicht. Das heißt, der katalytische Oxidationskonverter kann neben dem Partikelfilter ange ordnet werden. Im Fall einer solchen benachbarten Anordnung ist es vorzuziehen, kata lytische Oxidationskonverter stromaufwärts und stromabwärts neben dem Partikelfilter anzuordnen, wenn die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters ge wechselt werden, um ein Strömen der Partikel zu bewirken. Jedoch werden, nachdem die zurückgebliebenen Partikel in die Trennwände geströmt sind und dort verteilt wurden, die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters wiederum ge wechselt, um die zurückgebliebenen Partikel mittels NO₂ auszubrennen. In diesem Fall ist es auch möglich, einen Oxidationskatalysator lediglich stromaufwärts vom Partikel filter anzuordnen.

In dieser Ausführungsform wird, unmittelbar nachdem das NO₂ zum Verbrennen der Partikel durch die Umwandlung mittels des Oxidationskatalysators aus dem NO im Abgas erzeugt wurde, das NO₂ zum Partikelfilter geleitet. Dies beschränkt jedoch die Erfindung nicht. Es ist beispielsweise auch möglich, NO₂ gemäß eines anderen Ver fahrens zu erzeugen und es dem Partikelfilter zuzuführen. Das NO₂, das durch die Um wandlung von NO in Abgas erzeugt wurde, kann vorübergehend in einem Behälter, wie einem Tank, gelagert und dem Partikelfilter zugeführt werden, wobei seine Menge ent sprechend der Menge an erzeugten Partikeln reguliert wird, die sich jedesmal ändert, wenn der Betriebszustand des Motors sich ändert. Die Erfindung ist auch auf einen Ottomotor anwendbar, der Partikel ausstößt.

Claims

1. Abgasreiniger für einen Verbrennungsmotor, umfassend:
einen Partikelfilter (60), der in einem Abgassystem des Motors angeordnet ist und durch den Abgas strömt;
eine Zuleitungsvorrichtung (61) zum Leiten von Stickstoffdioxid zum Partikel filter (60); und
einen Umschaltabschnitt (62), um Partikel, die vom Partikelfilter (60) gesammelt wurden, hauptsächlich im Partikelfilter (60) in Bewegung zu versetzen.

2. Abgasreiniger nach Anspruch 1, wobei:
der Umschaltabschnitt (62) die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters wechselt.

3. Abgasreiniger nach Anspruch 2, weiter umfassend:
eine Berechnungsvorrichtung zum Berechnen des absoluten Werts einer Differenz zwischen einem Abgasdruck stromaufwärts vom Partikelfilter (60) und einem Abgasdruck stromabwärts vom Partikelfilter (60) in einem Schritt S203, wobei:
der Umschaltabschnitt in einem Schritt S204 die Stromaufwärts- und Stromabwärtsseiten des Partikelfilters wechselt, wenn der absolute Wert des Differentialdrucks gleich oder größer geworden ist als ein vorbestimmter Wert.

4. Abgasreiniger nach Anspruch 1, wobei:
der Partikelfilter (60) eine erste Seite (60a) und eine zweite Seite (60b) aufweist, in die Abgas hineinströmt oder aus denen Abgas herausströmt; und
der Umschaltabschnitt die Richtung des Abgasstroms zwischen einer ersten Richtung, in der das Abgas durch die erste Seite (60a) in den Partikelfilter (60) hineinströmt und dann durch die zweite Seite (60b) aus dem Partikelfilter (60) herausströmt, und einer zweiten Richtung, in der Abgas durch die zweite Seite (60b) in den Partikelfilter (60) hineinströmt und durch die erste Seite (60a) aus dem Partikelfilter (60) hinausströmt, wechselt.

5. Abgasreiniger nach Anspruch 4, weiterhin umfassend:
eine Kraftstoffabsperrungs-Steuerungsvorrichtung (6) zum Beenden der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor (1-10) in einem Schritt S301, wobei:
der Umschaltabschnitt (62) in einem Schritt S302 die Strömungsrichtung des Abgases zwischen der ersten und zweiten Richtung umschaltet, wenn die Kraftstoffabsperrungs-Steuerungsvorrichtung (6) eine Kraftstoffabsperrungs- Steuerung durchführt.

6. Abgasreiniger nach Anspruch 1, weiterhin umfassend:
eine Beurteilungsvorrichtung zum Beurteilen, ob die Menge der Partikel, die auf dem Partikelfilter (60) zurückbleiben, gleich oder größer ist als eine vorbestimmte Menge, wobei:
der Umschaltabschnitt (62) in einem Schritt S104, S204, S302 die Partikel, die vom Partikelfilter gesammelt wurden, hauptsächlich im Partikelfilter in Bewegung versetzt, wenn die Beurteilungsvorrichtung feststellt, daß die Menge der zurück gebliebenen Partikel gleich oder größer ist als die vorbestimmte Menge.

7. Abgasreiniger nach Anspruch 1, weiter umfassend:
eine Berechnungsvorrichtung zum Berechnen einer Wegstrecke des Fahrzeugs (Schritt S101), wobei:
der Umschaltabschnitt im Schritt S104 die Partikel, die vom Partikelfilter (60) ge sammelt wurden, hauptsächlich im Partikelfilter in Bewegung versetzt, wenn die Wegstrecke gleich oder größer ist als eine vorbestimmte Strecke.

8. Abgasreiniger nach Anspruch 1, wobei:
der Umschaltabschnitt (62) die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das durch den Partikelfilter (60) strömt, erhöht.

9. Abgasreiniger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei:
es sich bei der Zuleitungsvorrichtung (61) um einen Oxidationskatalysator handelt, der im Abgassystem des Motors angeordnet ist.