DE10126828A1

DE10126828A1 - Vorrichtung zum Reinigen von Abgas bei einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE10126828A1
Application number: DE10126828A
Authority: DE
Inventors: Shinya Hirota; Toshiaki Tanaka; Kazuhiro Itoh; Takamitsu Asanuma; Koichiro Nakatani; Koichi Kimura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2002-01-31
Anticipated expiration: 2021-06-02
Also published as: JP3525912B2; FR2809767A1; FR2809767B1; JP2002054470A; DE10126828B4

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors offenbart. Die Vorrichtung umfaßt einen Katalysator, der in dem Abgassystem angeordnet ist, welcher NO¶x¶ absorbiert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre davon mager ist, und welcher regeneriert wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein Regenerations-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, das das stöchiometrische oder fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, einen Bypassmechanismus, um es möglich zu machen, daß zumindest ein Teil des Abgases den Katalysator umgeht, und eine Kraftstoffzuführeinheit zum Zuführen von Kraftstoff in die Nähe des Katalysators. Der Motor weist einen Inertgaszuführmechanismus zum Zuführen von Inertgas in den Zylinder auf und kann eine Niedrigtemperaturverbrennung, bei welcher eine Menge an Inertgas in dem Zylinder größer ist als die Grenzmenge eines Inertgases, das die maximale Menge an erzeugtem Ruß verursacht, und eine Normalverbrennung bei dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausführen kann. Wenn der Katalysator regeneriert wird, kann ein erster Regenerationsmodus, bei welchem das Abgas der Niedrigtemperaturverbrennung bei dem Regenerations-Luft/Kraftstoff-Verhältnis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre des Katalysators zu dem Regenerations-Luft/Kraftstoff-Verhältnis macht, und ein zweiter Regenerationsmodus ausgewählt werden, bei welchem die Umgehungsvorrichtung zumindest einen Teil des Abgases veranlaßt, den ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas ei nes Verbrennungsmotors.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Das Abgas eines Verbrennungsmotors und insbesondere eines Dieselmotors ent hält schädliches NO_x. Daher hat man vorgeschlagen, eine Katalysatorvorrichtung (im Folgenden kurz Katalysator) zum Absorbieren und Reduzieren von NO_x in dem Abgas system anzuordnen. Der Katalysator absorbiert NO_x in der Form von Salpetersäureio nen, wenn die Sauerstoffkonzentration in ihrer umgebenden Atmosphäre hoch ist, und setzt das absorbierte NO_x frei, wenn eine Sauerstoffkonzentration der umgebenden At mosphäre niedrig wird. Der Katalysator absorbiert daher NO_x vorzugsweise im Abgas eines Dieselmotors, bei welchem die Verbrennung bei einer Sauerstoffüberschußbedin gung stattfindet. Jedoch ist die Menge an NO_x, die in dem Katalysator in Form von Sal petersäureionen absorbiert werden kann, begrenzt und daher muß der Katalysator rege neriert werden, bevor eine Menge an absorbiertem NO_x die Menge an NO_x erreicht, die absorbiert werden kann, das heißt, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der umgeben den Atmosphäre stöchiometrisch oder reich bzw. fett gemacht wird bzw. eingestellt wird, so daß NO_x von dem Katalysator freigesetzt werden muß und durch reduzierende Materialien in der umgebenden Atmosphäre reduziert und gereinigt wird.

Zum Regenerieren des Katalysators wird den Zylindern oder dem Abgassystem Kraftstoff zugeführt, so daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmo sphäre stöchiometrisch oder reich eingestellt wird, das heißt, ein Regenerations- Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Aber auch wenn das Regenera tions-Luft/Kraftstoff-Verhältnis realisiert wird, durchläuft der meiste zugeführten Kraft stoff lediglich den Katalysator mit dem Abgas und daher wird eine große Kraftstoff menge für die Regeneration erforderlich. Daher steigt der Kraftstoffverbrauch unge wöhnlich an.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Abgasreinigungsvor richtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, welche den Katalysator zum Absor bieren und Reduzieren von NO_x regeneriert, ohne daß der Kraftstoffverbrauch unge wöhnlich erhöht wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Reinigen von Ab gas eines Verbrennungsmotors geschaffen, die aufweist: einen Katalysator, der in dem Abgassystem angeordnet ist, welcher NO_x absorbiert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der umgebenden Atmosphäre mager ist, und welcher regene riert wird, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein Regenerations- Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, das das stöchiometrische oder reiche Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist; eine Bypass- bzw. Umleitungsvorrichtung, um zumindest einem Teil des Abgases das Umleiten bzw. Umgehen (bypass) des Katalysators zu er möglichen; und eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung zum Zuführen von Kraftstoff in die Nähe des Katalysators; wobei der Motor eine Inertgaszuführvorrichtung zum Zuführen von Inertgas in den Zylinder aufweist, und eine Niedrigtemperaturverbrennung durch führen kann, bei welcher eine Menge an Inertgas in dem Zylinder größer als die Grenz menge an Inertgas ist, die die maximale Menge an erzeugtem Ruß verursacht, und eine Normalverbrennung bei dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchführen kann; wobei wenn der Katalysator regeneriert wird, eine erste Regenerationsvorrichtung, bei welcher das Abgas der Niedrigtemperaturverbrennung bei dem Regenerations- Luft/Kraftstoff-Verhältnis das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphä re des Katalysators zu dem Regenerations-Luft/Kraftstoff-Verhältnis macht, und eine zweite Regenerationsvorrichtung, bei welcher die Bypassvorrichtung zumindest einen Teil des Abgases den Katalysator bei der normalen Verbrennung umgehen läßt und der Kraftstoff, der durch die Kraftstoffzuführvorrichtung zugeführt worden ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre des Katalysators zu dem Regenerations-Luft/Kraftstoff-Verhältnis macht, ausgewählt werden kann.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigt:

Fig. 1 eine vertikale schematische Schnittansicht eines Dieselmotors mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte vertikale Schnittansicht einer Brennkammer des Diesel motors von Fig. 1;

Fig. 3 eine Bodenansicht eines Zylinderkopfs des Dieselmotors in Fig. 1;

Fig. 4 eine vergrößerte vertikale Schnittansicht der Brennkammer in Fig. 1;

Fig. 5 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen den Hubbeträgen des Einlaß ventils und des Abgas- bzw. Auslaßventils und der Kraftstoffeinspritzung zeigt;

Fig. 6 eine Ansicht, die Mengen an erzeugtem Rauch, NO_x und dergleichen zeigt;

Fig. 7(A) und 7(B) Ansichten, die einen Verbrennungsdruck zeigen;

Fig. 8 ist eine Ansicht, die Kraftstoffmoleküle zeigt;

Fig. 9 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Menge an erzeugtem Rauch und der EGR-Rate zeigt;

Fig. 10 eine Ansicht, die eine Beziehung zwischen der Menge an eingespritztem Kraftstoff und der Menge an gemischtem Gas zeigt;

Fig. 11 eine Ansicht, die den ersten Betriebsbereich (I) und den zweiten Be triebsbereich (II) zeigt;

Fig. 12 eine Ansicht, die den Ausgang des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors zeigt;

Fig. 13 eine Ansicht, die den Öffnungsgrad der Drosselklappe und dergleichen zeigt;

Fig. 14 eine Ansicht, die das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem ersten Betriebsbe reich (I) zeigt;

Fig. 15(A) eine Ansicht, die einen Ziel- bzw. Sollöffnungsgrad der Drosselklappe zeigt;

Fig. 15(B) eine Ansicht, die einen Sollöffnungsgrad des EGR-Steuerventils zeigt;

Fig. 16 eine Ansicht, die ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem zweiten Betriebs bereich (II) zeigt;

Fig. 17(A) eine Ansicht, die einen Zielöffnungsgrad des Drosselventils zeigt;

Fig. 17(B) eine Ansicht, die einen Zielöffnungsgrad des EGR-Steuerventils zeigt;

Fig. 18 eine Draufsicht, die den Umschaltabschnitt und den Katalysator zum Ab sorbieren und Reduzieren von NO_x in dem Abgassystem aus der Nähe zeigt;

Fig. 19 eine Seitenansicht von Fig. 18;

Fig. 20 eine Ansicht, die die andere Absperrposition des Ventilkörpers zeigt, die sich von der in Fig. 18 in dem Umschaltabschnitt gezeigten unterscheidet;

Fig. 21 eine Ansicht, die die Mittenposition des Ventilkörpers in dem Um schaltabschnitt zeigt;

Fig. 22(A) eine Vorderansicht, die den Aufbau des Katalysators zum Absorbieren und Reduzieren von NO_x zeigt;

Fig. 22(B) eine Seitenschnittansicht, die den Aufbau des Katalysators zeigt;

Fig. 23(A) und 23(B) Ansichten, die die Absorptions- und Freisetzungsaktionen von NO_x erläutern;

Fig. 24(A) und 24(B) Speicherabbildungen (maps) von Mengen an absorbiertem NO_x pro Zeiteinheit;

Fig. 25 ein erstes Flußdiagramm zum Regenerieren des Katalysators;

Fig. 26(A) und 26(B) Ansichten, die die Oxidationsaktion bzw. -wirkung der Par tikel erläutert;

Fig. 27 eine Ansicht, die die Beziehung zwischen der Menge an Partikeln, die oxidiert und entfernt werden können, und der Temperatur des Katalysators zeigt;

Fig. 28(A), 28(B) und 28(C) Ansichten, die die Ablagerungswirkung der Partikel erläutern;

Fig. 29 ein zweites Flußdiagramm zum Verhindern der Ablagerung von Partikeln auf dem Katalysator;

Fig. 30(A) und 30(B) eine vergrößerte Schnittansicht der Trennwand des Kataly sators;

Fig. 31 ein drittes Flußdiagramm zum Verhindern der Ablagerung von Partikeln auf dem Katalysator; und

Fig. 32 ein viertes Flußdiagramm zum Regenerieren des Katalysators.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Fig. 1 zeigt eine schematische vertikale Schnittansicht eines Vier takt-Dieselmotors mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfin dung. Fig. 2 zeigt eine vergrößerte vertikale Schnittansicht der Brennkammer des Die selmotors von Fig. 1. Fig. 3 ist eine Bodenansicht eines Zylinderkopfs des Dieselmotors von Fig. 1. Gemäß Fig. 1-3 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Motorkörper, das Bezugszeichen 2 einen Zylinderblock, das Bezugszeichen 3 einen Zylinderkopf, das Bezugszeichen 4 einen Kolben, das Bezugszeichen 5a einen an der oberen Oberfläche des Kolbens 4 ausgebildeten Hohlraum, Bezugszeichen 5 einem in dem Hohlraum 5a ausgebildete Brennkammer, Bezugszeichen 6 eine elektrisch gesteuerte Kraftstoffein spritzvorrichtung, Bezugszeichen 7 ein Paar von Einlaßventilen, Bezugszeichen 8 einen Einlaßanschluß, Bezugszeichen 9 ein Paar von Abgas- bzw. Auslaßventilen und Be zugszeichen 10 einen Abgas- bzw. Auslaßanschluß. Der Einlaßanschluß 8 ist über ein korrespondierendes Einlaß- bzw. Ansaugrohr 11 mit einem Ausgleichsbehälter 12 ver bunden. Der Ausgleichsbehälter 12 ist über einen Einlaßkanal 13 mit einem Luftreiniger 14 verbunden. Eine Drosselklappe bzw. -ventil 16, das durch einen elektrischen Motor angetrieben wird, ist in dem Einlaßkanal 13 angeordnet. Andererseits ist der Abgasan schluß 10 über einen Abgaskrümmer 17 mit einer Abgasleitung 18 verbunden.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor 21 in dem Abgas krümmer 17 angeordnet. Der Abgaskrümmer 17 und der Ausgleichsbehälter 12 sind miteinander über eine EGR-Leitung (das heißt, über eine Abgasrückführungsleitung) 22 verbunden. Ein elektrisch gesteuertes EGR-Steuerventil 23 ist in der EGR-Leitung 22 angeordnet. Ein EGR-Kühler 24 ist um die EGR-Leitung 22 zum Kühlen des in der EGR-Leitung 22 strömenden EGR-Gases herum angeordnet. Bei der Ausführungsform in Fig. 1 wird das Motorkühlwasser in den EGR-Kühler 24 geleitet und dadurch das EGR-Gas durch das Motorkühlwasser gekühlt.

Andererseits ist hier die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 mit einem Kraftstoffre servoir verbunden, das heißt, eine gemeinsamen Schiene (Common Rail) 26 über eine Kraftstoffzufuhrröhre 25. Der Kraftstoff wird der Common Rail 26 von einer elektrisch gesteuerten variablen Kraftstoffförderpumpe 27 zugeführt. Der der Common Rail 26 zugeführte Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 über jede Kraftstoffzu führröhre 25 zugeführt. Ein Kraftstoffdrucksensor 28 zum Erfassen eines Kraftstoff drucks in der Common Rail 26 ist an der Common Rail 26 befestigt. Die Fördermenge der Kraftstoffpumpe wird auf der Basis eines Ausgangssignals des Kraftstoffdrucksen sors 28 derart kontrolliert, daß der Kraftstoffdruck in der Common Rail 26 dem Ziel- bzw. Sollkraftstoffdruck entspricht.

Bezugszeichen 30 bezeichnet eine elektrische Steuereinheit. Sie besteht aus einem digitalen Computer und besitzt ein ROM (read only memory) 32, ein RAM (random access memory) 33, eine CPU (microprocessor) 34, einen Eingangsport 35 und einen Ausgangsport 36, die miteinander über einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind.

Die Ausgangssignale des Luft/Kraftstoffsensors 21 und des Kraftstoffdrucksensors 28 werden jeweils über A/D-Wandler 37 an den Eingangsport 35 gegeben. Ein Motorbela stungssensor 41 ist mit dem Gaspedal 40 verbunden, welcher eine Ausgangsspannung proportional zu dem Betrag eines Herunterdrückens (L) des Beschleunigungs- bzw. Gaspedals 40 erzeugt. Das Ausgangssignal des Motorbelastungssensors 41 wird ebenso über einen A/D-Wandler 37 zu dem Eingangsport 35 gegeben. Weiterhin wird das Aus gangssignal des Kurbelwinkelsensors 42 zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses jedes mal, wenn die Kurbelwelle um beispielsweise 30 Grad gedreht worden ist, zu dem Ein gangsport 35 eingegeben. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6, der Elektromotor 15, das EGR-Steuerventil 23, die Kraftstoffpumpe 27 und ein Ventilkörper 71a eines Um schaltabschnitts 71, der in der Abgasleitung 18 angeordnet ist, sind mit dem Ausgangs port 36 über jeweils eine Treiberschaltung 38 verbunden, um auf der Basis der Ein gangssignale betätigt zu werden.

Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, weist bei der Ausführungsform der vorliegenden Er findung die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 eine Düse mit sechs Düsenöffnungen auf. Von den Düsenöffnungen werden Kraftstoffstrahlen (F) in einer leicht nach unten gegen die Horizontale geneigte Richtung mit gleichen Winkelabständen eingespritzt. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, werden zwei Kraftstoffstrahlen (F) der sechs Kraftstoffstrahlen (F) entlang der unteren Oberfläche jedes Abgasventils 9 zerstreut. Fig. 2 und 3 zeigen den Fall, bei dem ein Kraftstoff am Ende eines Kompressionstakts eingespritzt wird. In die sem Fall dringen die Kraftstoffstrahlen (F) in Richtung der inneren Umfangsoberfläche des Hohlraums 5 und werden danach gezündet und verbrannt.

Fig. 4 zeigt den Fall, bei dem zusätzlich Kraftstoff von einer Kraftstoffeinspritz vorrichtung 6 eingespritzt wird, wenn der Hubbetrag der Abgasventile bei dem Ab gastakt das Maximum aufweisen. Das heißt, Fig. 5 zeigt den Fall, bei dem die Haupt kraftstoffeinspritzung (Qm) nahe dem oberen Totpunkt der Kompression durchgeführt wird und danach die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung (Qa), die in der mittleren Phase des Abgastakts durchgeführt wird. In diesem Fall sind die Kraftstoffstrahlen (F), die in Richtung der Abgasventile 9 vordringen, zwischen der regenschirmartigen rückseitigen Oberfläche des Abgasventils 9 und des Abgasanschlusses 10 gerichtet. Mit anderen Worten zwei der sechs Düsenöffnungen der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 6 sind derart ausgebildet, daß wenn die Abgasventile geöffnet sind und die zusätzliche Kraftstoffein spritzung (Qa) ausgeführt wird, die Kraftstoffstrahlen (F) zwischen die rückseitige Oberfläche des Abgasventils 9 und dem Abgasanschluß 10 gerichtet sind. Bei der Aus führungsform in Fig. 4 treffen diese Kraftstoffstrahlen (F) die rückseitige Oberfläche des Abgasventils 9 und werden von der rückseitigen Oberfläche des Abgasventils 9 re flektiert und daher in den Abgasanschluß 10 gerichtet.

Normalerweise wird die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung (Qa) nicht ausgeführt und lediglich die Hauptkraftstoffeinspritzung (Qm) durchgeführt. Fig. 6 zeigt ein Bei spiel eines Experiments, das die Veränderung des Ausgangsdrehmoments und der Men ge an ausgestoßenem Rauch, HC, CO und NO_x zum Zeitpunkt darstellt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F (Abszisse in Fig. 6) sich durch ein Verändern des Öff nungsgrads der Drosselklappe 16 verändert, und der EGR-Rate zum Zeitpunkt eines niedrigen Motorlastbetriebs. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, wird bei diesem Experiment das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner, je größer die EGR-Rate wird. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unterhalb des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (bei etwa 14.6) ist, wird die EGR-Rate größer als 65 Prozent.

Wie in Fig. 6 gezeigt, beginnt die Menge an erzeugtem Rauch zu steigen, falls die EGR-Rate zum Verringern des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses A/F erhöht wird, wenn die EGR-Rate ungefähr 40 Prozent erreicht und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F ungefähr 30 wird. Wenn die EGR-Rate weiter vergrößert wird und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F kleiner wird, wird die Menge an erzeugtem Rauch schnell größer und erreicht einen Spitzenwert. Wenn als nächstes die EGR-Rate weiter erhöht wird und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kleiner wird, sinkt die Menge an erzeugtem Rauch schnell ab. Wenn die EGR-Rate größer als 65% wird und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F annä hernd 15.0 wird, ist die Menge an erzeugtem Rauch im wesentlichen Null. Das heißt, es wird fast kein Ruß erzeugt. Zu diesem Zeitpunkt fällt das Ausgangsdrehmoment des Motors ein bißchen ab und die Menge an erzeugtem NO_x wird erheblich weniger. Ande rerseits beginnt zu diesem Zeitpunkt die Menge an erzeugtem HC und CO sich zu erhö hen.

Fig. 7(A) zeigt Veränderungen des Verbrennungsdrucks in der Brennkammer 5, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F nahe bei 21 liegt und die Menge des erzeugten Rauchs am größten ist. Fig. 7 (B) zeigt Veränderungen des Verbrennungsdrucks in der Brennkammer 5, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F nahe bei 18 liegt und die Menge des erzeugten Rauchs ungefähr gleich Null ist. Ein Vergleich zwischen Fig. 7(A) und 7(B) zeigt, daß der Verbrennungsdruck in dem Fall, bei dem die erzeugte Rauch menge ungefähr gleich Null ist, wie in Fig. 7(B) gezeigt, niedriger ist als der Verbren nungsdruck in dem Fall, bei dem die erzeugte Rauchmenge groß ist, wie in Fig. 7(A) gezeigt.

Folgendes kann aus den in den Fig. 6 und 7 gezeigten Experimentergebnissen ge schlossen werden:

1. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F weniger als 15.0 beträgt und die er zeugte Rauchmenge im wesentlichen Null ist, sinkt die Menge an erzeugtem NO_x er heblich, wie in Fig. 6 gezeigt. Die Tatsache, daß die Menge an erzeugtem NO_x sinkt bedeutet, daß die Verbrennungstemperatur in der Brennkammer 5 fällt. Es kann daher angenommen werden, daß wenn fast kein Ruß erzeugt wird, die Verbrennungstempera tur in der Brennkammer 5 niedriger wird. Die gleiche Tatsache ist aus Fig. 7 ersichtlich. D. h. bei dem in Fig. 7(B) gezeigten Zustand, bei dem nahezu kein Ruß erzeugt wird, wird der Verbrennungsdruck niedriger, und daher wird zu diesem Zeitpunkt die Ver brennungstemperatur in der Brennkammer 5 niedriger.
2. Wenn die Menge an erzeugtem Rauch, das heißt, die erzeugte Rußmenge, im wesentlichen Null wird, wie in Fig. 6 gezeigt, steigen die Mengen an ausgestoßenem HC und CO an. Dies bedeutet, daß Kohlenwasserstoffe ohne eine Umwandlung in Ruß ausgestoßen werden. Das heißt, die geraden Ketten an Kohlenwasserstoffen und aroma tischen Kohlenwasserstoffen, die im Kraftstoff vorhanden und in Fig. 8 gezeigt sind, zerfallen, wenn bei einem Sauerstoffmangelzustand die Temperatur erhöht wird, was zur Bildung eines Vorläufers von Ruß führt. Als nächstes wird Ruß erzeugt, der haupt sächlich aus festen Kohlenstoffatomen besteht. In diesem Fall ist der tatsächliche Her stellungsprozeß von Ruß kompliziert. Es ist nicht klar, wie der Vorläufer von Ruß aus gebildet wird, in jedem Fall jedoch verändern sich die in Fig. 8 gezeigten Kohlenwas serstoffe durch bzw. über den Rußvorläufer zu Ruß. Wie vorhergehend erläutert, steigt daher die Ausstoßmenge an HC und CO an, wie in Fig. 6 gezeigt, wenn die Erzeu gungsmenge von Ruß im wesentlichen Null ist, jedoch ist das HC zu diesem Zeitpunkt ein Rußvorläufer oder in einem vorherigen Kohlenwasserstoffzustand.

Diese Überlegungen auf der Grundlage der in Fig. 6 und 7 gezeigten Experimen tergebnisse zusammenfassend, kann gesagt werden, daß die Menge an erzeugtem Ruß im wesentlichen Null wird, wenn die Verbrennungstemperatur der Brennkammer 5 niedrig ist. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Rußvorläufer oder Kohlenwasserstoffe in ei nem vorheriger Zustand aus der Brennkammer 5 ausgestoßen. Weitere detaillierte Expe rimente und Studien wurden durchgeführt. Als Ergebnis wurde ermittelt, daß wenn die Temperatur des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases in der Brenn kammer 5 unterhalb einer bestimmten Temperatur liegt, der Wachstumsprozeß des Ru ßes auf halben Weg gestoppt, das heißt, überhaupt kein Ruß erzeugt wird, und daß, wenn die Temperatur des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases in der Brennkammer 5 höher als eine bestimmte Temperatur wird, Ruß erzeugt wird.

Wenn der Wachstumsprozeß von Kohlenwasserstoffen im Zustand des Rußvor läufers stoppt, das heißt, oberhalb der bestimmten Temperatur, verändert sich die Tem peratur des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases abhängig von zahlrei chen Faktoren wie beispielsweise dem Typ des Kraftstoffs, dem Luft/Kraftstoffverhältnis und dem Kompressionsverhältnis, so daß nicht exakt geklärt werden kann, was die Ursache ist, aber diese bestimmte Temperatur spielt eine große Rolle für die Menge an erzeugtem NO_x. Daher kann diese bestimmte Temperatur bis zu einem bestimmten Grad aus der Menge an erzeugtem NO_x bestimmt werden. Das heißt, je größer die EGR-Rate ist, desto niedriger ist die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn zu diesem Zeitpunkt der Verbrennung umgebenden Gases, und desto niedriger ist die Menge an erzeugtem NO_x. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Menge an erzeugtem NO_x ungefähr 10 ppm oder weniger beträgt, wird nahezu kein Ruß mehr produziert. Daher entspricht die obige bestimmte Temperatur im wesentlichen der Temperatur, wenn die Menge an erzeugtem NO_x ungefähr 10 ppm oder weniger beträgt.

Wenn erst einmal Ruß erzeugt wird, ist es unmöglich, ihn durch eine Nachbe handlung unter Verwendung eines Katalysators mit einer Oxidationsfunktion zu reini gen. Angesichts dieses Umstands kann ein Rußvorläufer oder ein Kohlenwasserstoff in einem vorherigem Zustand ohne weiteres durch eine Nachbehandlung unter Verwen dung eines Katalysators mit einer Oxidationsfunktion gereinigt werden. Somit ist es hochwirksam für die Reinigung des Abgases, daß die Kohlenwasserstoffe aus der Brennkammer 5 in Form eines Rußvorläufers oder eines vorherigen Zustands mit einer verringerten Menge an erzeugtem NO_x ausgestoßen werden.

Um nun das Wachstum von Kohlenwasserstoffen in dem Zustand vor der Erzeu gung von Ruß zu stoppen, ist es notwendig, die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases in der Brennkammer 5 zu einem Zeitpunkt auf einer Temperatur zu halten, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der Ruß erzeugt wird. Für diesen Fall wurde ermittelt, daß die wärmeabsorbierende Wirkung des Gases um den Kraftstoff herum zu diesem Zeitpunkt der Verbrennung einen extrem großen Einfluß in der Unter drückung der Temperaturen des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases aufweist.

Das heißt, wenn lediglich Luft um den Kraftstoff vorhanden ist, wird der dampf förmige Kraftstoff sofort mit dem Sauerstoff in der Luft reagieren und verbrennen. In diesem Fall wird die Temperatur der Luft, die von dem Kraftstoff weiter weg ist, sich nicht sonderlich erhöhen. Lediglich die Temperatur um den Kraftstoff herum wird lokal extrem hoch. Das heißt, zu diesem Zeitpunkt absorbiert die von dem Kraftstoff weiter entfernte Luft überhaupt nicht viel von der Wärme der Verbrennung des Kraftstoffs. Da in diesem Fall die Verbrennungstemperatur lokal sehr hoch wird, erzeugen die unver brannten die Wärme der Verbrennung aufnehmenden Kohlenwasserstoffe Ruß.

Wenn andererseits Kraftstoff in einem Gasgemisch aus einer größeren Menge an Inertgas und einer kleineren Menge an Luft vorhanden ist, stellt sich die Situation etwas anders dar. In diesem Fall verteilt sich der verdampfte Kraftstoff in der Umgebung und reagiert zum Verbrennen mit dem Sauerstoff, der mit dem Inertgas vermischt ist. In die sem Fall wird die Wärme der Verbrennung durch das umgebende Inertgas absorbiert, so daß die Verbrennungstemperatur nicht länger so stark ansteigt. Das heißt, die Verbren nungstemperatur kann niedrig gehalten werden. Das heißt, das Vorhandensein von Inertgas spielt eine wichtige Rolle bei dem Niedrighalten der Verbrennungstemperatur. Durch die wärmeabsorbierende Wirkung des Inertgases ist es möglich, die Verbren nungstemperatur niedrig zu halten.

Um in diesem Fall die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases auf einer Temperatur zu halten, die niedriger ist als die Temperatur, bei welcher Ruß erzeugt wird, wird eine Menge an Inertgas benötigt, die ausreichend ist, um eine zum Erniedrigen der Temperatur ausreichende Wärmemenge zu absorbieren. Daher steigt die Menge an benötigtem Inertgas, wenn die Menge an Kraftstoff sich erhöht. Festzuhalten ist in diesem Fall, daß je größer die spezifische Wärme des Inertgases ist, desto stärker wird die wärmeabsorbierende Wirkung. Daher wird als Inertgas ein Gas mit einer gro ßen spezifischen Wärme bevorzugt. Da CO₂ und das EGR-Gas relativ große spezifische Wärmekapazitäten aufweisen, kann in diesem Zusammenhang gesagt werden, daß die Verwendung von EGR-Gas als das Inertgas bevorzugt wird.

Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der EGR-Rate und dem Rauch, wenn EGR-Gas als Inertgas verwendet wird, und eine Veränderung des Betrags der Abküh lung des EGR-Gases. Das heißt, die Kurve (A) in Fig. 9 zeigt den Fall einer starken Ab kühlung des EGR-Gases und eines Aufrechterhaltens der Temperatur des EGR-Gases bei ungefähr 90°C, die Kurve (B) zeigt den Fall einer Abkühlung des EGR-Gases bei einer kompakten Abkühlungsvorrichtung, und die Kurve (C) zeigt den Fall eines nicht zwangsweisen Abkühlens des EGR-Gases.

Bei einer starken Abkühlung des EGR-Gases, wie es durch die Kurve (A) in Fig. 9 gezeigt ist, erreicht die Menge von erzeugtem Ruß einen Spitzenwert, wenn die EGR-Rate sich kurz unterhalb von 50% befindet. In diesem Fall, wenn die EGR-Rate auf ungefähr 55% oder weniger eingestellt ist, wird nahezu kein Ruß mehr produziert.

Wenn andererseits die EGR-Rate leicht abgekühlt wird, wird es durch die Kurve (B) in Fig. 9 gezeigt ist, erreicht die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert, wenn die EGR-Rate leicht höher als 50% liegt. In diesem Fall, wenn die EGR-Rate auf unge fähr 65% eingestellt ist, wird nahezu kein Ruß erzeugt.

Wenn weiterhin das EGR-Gas nicht gezwungenermaßen abgekühlt wird, wie es durch die Kurve (C) in Fig. 9 gezeigt ist, erreicht die Menge an erzeugtem Ruß nahe der EGR-Rate von 55% einen Spitzenwert. In diesem Fall, wenn die EGR-Rate auf über circa 70% eingestellt wird, wird nahezu kein Ruß erzeugt.

Festzuhalten ist, daß Fig. 9 die Menge an erzeugtem Rauch zeigt, wenn die Mo torbelastung relativ hoch ist. Wenn die Motorbelastung niedriger wird, fällt die EGR-Rate, bei welcher die Menge an erzeugtem Ruß einen Spitzenwert erreicht, und die untere Grenze der EGR-Rate, bei welcher nahezu kein Ruß erzeugt wird, fällt eben so etwas. Auf diese Weise verändert sich die untere Grenze der EGR-Rate, bei welcher nahezu kein Ruß erzeugt wird, in Übereinstimmung mit dem Abkühlungsgrad des EGR-Gases oder der Motorbelastung.

Fig. 10 zeigt den Betrag eines Gasgemisches aus EGR-Gas und aus Luft, das Ver hältnis von Luft in dem Gasgemisch und das Verhältnis von EGR-Gas in dem Gasge misch, das erforderlich ist, um die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur einzustellen bei welcher im Fall der Verwendung von EGR-Gas als ein Inertgas Ruß erzeugt wird. Zu beachten ist, daß in Fig. 10 die Ordinate die Gesamtmenge an Ansaug gas zeigt, das in die Brennkammer 5 eingelassen wird. Die Punktstrichlinie (Y) zeigt die Gesamtmenge des Ansauggases, das in der Lage ist, in die Brennkammer 5 eingesogen zu werden, wenn keine Aufladung (Kompression) durchgeführt wird. Weiterhin zeigt die Abszisse die erforderliche Last. (Z1) zeigt den Betriebsbereich einer niedrigen Mo torlast.

Gemäß Fig. 10 zeigt das Verhältnis von Luft, das heißt, die Luftmenge in dem Gasgemisch, die Menge an Luft an, die zum vollständigen Verbrennen des eingespritz ten Kraftstoffs notwendig ist. Das heißt, für den in Fig. 10 gezeigten Fall, daß das Ver hältnis der Menge an Luft und der Menge an eingespritztem Kraftstoff das stöchiometri sche Kraftstoffverhältnis wird. Andererseits zeigt in Fig. 10 das Verhältnis des EGR-Gases, das heißt, die Menge des EGR-Gases in dem Gasgemisch, die minimale Menge an EGR-Gases an, die erforderlich ist, um die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases auf einer Temperatur zu halten, die niedriger als die Tempe ratur ist, bei welcher Ruß erzeugt wird, wenn der eingespritzte Kraftstoff vollständig verbrannt wird. Diese Menge an EGR-Gas wird in Form der EGR-Rate ausgedruckt und ist größer oder gleich 55%, wobei sie bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform größer oder gleich 70% ist. Das heißt, wenn die Gesamtmenge des Ansauggases in der Brennkammer 5 auf einen Wert eingestellt wird, der der festen Linie (X) in Fig. 10 ent spricht, und das Verhältnis der Menge an Luft und der Menge an EGR-Gas bei der Ge samtmenge des Ansauggases (X) auf das in Fig. 10 gezeigte Verhältnis eingestellt wird, wird die Temperatur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases eine Temperatur sein, die niedriger als die Temperatur ist, bei welcher Ruß erzeugt wird, und daher wird überhaupt kein Ruß mehr erzeugt. Weiterhin beträgt die Menge an erzeugtem NO_x zu diesem Zeitpunkt ungefähr 10 ppm oder weniger und daher wird die Menge an erzeug tem NO_x sehr klein.

Wenn die Menge an eingespritztem Kraftstoff sich erhöht, erhöht sich die Menge an erzeugter Wärme zu dem Zeitpunkt der Verbrennung, so daß zum Halten der Tempe ratur des Kraftstoffs und des ihn umgebenden Gases auf einer Temperatur, die niedriger als die Temperatur ist, bei welcher Ruß erzeugt wird, die Menge an Wärme, die durch das EGR-Gas absorbiert wird, erhöht werden. Wie in Fig. 10 gezeigt, muß daher die Menge an EGR-Gas zusammen mit einer Erhöhung bei der Menge des eingespritzten Kraftstoffs erhöht werden. Das heißt, daß die Menge an EGR-Gas erhöht werden muß, wenn die benötigte Motorleistung höher wird.

Andererseits übersteigt bei dem Motorlastbereich (22) der Fig. 10 die Gesamt menge des Ansauggases (X), die zum Unterdrücken der Rußerzeugung erforderlich ist, die Gesamtmenge des Ansauggases (Y), die angesaugt werden kann. Um daher in die sem Fall die Gesamtmenge an Ansauggas (X), die zum Unterdrücken der Rußprodukti on erforderlich ist, in die Brennkammer 5 zuzuführen, ist es notwendig sowohl das EGR-Gas als auch die Ansaugluft oder nur das EGR-Gas aufzuladen bzw. unter Druck zu setzen. Wenn das EGR-Gas usw. dem Motorlastbereich (22) nicht aufgeladen oder unter Druck gesetzt wird, entspricht die Gesamtmenge des Ansauggases (X) der Ge samtmenge des Ansauggases (Y), das angesaugt werden kann. Um daher in diesem Fall die Rußerzeugung zu verhindern, ist die Luftmenge zum Erhöhen des Betrages des EGR-Gases etwas verringert und der Kraftstoff wird in einem Zustand verbrannt, bei dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis reich bzw. fett ist.

Wie vorherstehend erläutert, zeigt Fig. 10 den Fall der Verbrennung von Kraft stoff bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Bei dem in Fig. 10 gezeig ten Betriebsbereich (21) einer niedrigen Motorlast ist es, auch wenn die Luftmenge kleiner als die in Fig. 10 gezeigte Luftmenge ist, das heißt, auch wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist, möglich, die Erzeugung von Ruß zu verhindern und die Menge an erzeugtem NO_x auf ungefähr 10 ppm oder weniger einzustellen. Bei dem in Fig. 10 gezeigten Betriebsbereich (21) einer niedrigen Motorlast ist es weiterhin auch dann, wenn die Luftmenge größer als die in Fig. 10 gezeigte Luftmenge eingestellt wird, das heißt, der Durchschnitt des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses als mager auf 17 bis 18 gemacht wird, möglich, die Erzeugung von Ruß zu verhindern und die Menge an er zeugtem NO_x auf ungefähr 10 ppm oder weniger einzustellen.

Das heißt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht bzw. eingestellt ist, ist mehr Kraftstoff vorhanden, aber da die Verbrennungstemperatur auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird, wandelt sich der Überschuß an Kraftstoff nicht in Ruß um, und daher wird kein Ruß erzeugt. Weiterhin wird zu diesem Zeitpunkt lediglich eine extrem kleine Menge an NO_x erzeugt. Wenn andererseits der Durchschnittswert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mager ist oder wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, wird eine kleine Menge an Ruß erzeugt, wenn die Verbrennungstemperatur größer wird, aber die Verbrennungstemperatur wird auf eine niedrige Temperatur heruntergedrückt und somit wird überhaupt kein Ruß er zeugt. Weiterhin wird lediglich eine kleine Menge an NO_x erzeugt.

Auf diese Weise wird bei dem Betriebsbereich (Z1) einer niedrigen Motorlast ab gesehen von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das heißt, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist oder das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist oder der Durchschnitt des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mager ist, kein Ruß erzeugt und die Menge an erzeugtem NO_x wird extrem klein. In Anbetracht der Verbesserung der Kraft stoffverbrauchsrate kann daher gesagt werden, daß es vorteilhaft ist, den Durchschnitt des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mager einzustellen.

Nebenbei gesagt, nur wenn die Motorlast relativ niedrig und die Menge an er zeugter Wärme klein ist, kann die Temperatur des Kraftstoffes und des den Kraftstoff umgebenden Gases bei der Verbrennung unterhalb einer Temperatur gehalten werden, bei welcher der Wachstumsprozeß von Ruß auf halbem Wege stoppt. Bei der Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung wird daher, wenn die Motorlast relativ niedrig ist, die Temperatur des Kraftstoffs und des den Kraftstoff umgebenden Gases bei der Verbrennung unterhalb einer Temperatur gehalten, bei welcher der Wachstumsprozeß von Ruß auf halbem Wege stoppt und daher eine erste Verbrennung, das heißt, eine Niedrigtemperaturverbrennung, durchgeführt werden. Wenn die Motorlast relativ hoch ist, wird normalerweise eine zweite Verbrennung, das heißt, eine Normalverbrennung, ausgeführt. Hierbei sollte es aus der obigen Erklärung ersichtlich sein, daß die erste Verbrennung, das heißt, die Niedrig-Temperatur-Verbrennung, eine Verbrennung ist, bei welchem die Menge an Inertgas in der Brennkammer größer ist, als die im Sinne der Rußerzeugung schlimmste Menge bzw. Grenzmenge an Intergas, die die maximale Menge an erzeugtem Ruß verursacht, und somit überhaupt kein Ruß erzeugt wird. Die zweite Verbrennung, das heißt, die Normalverbrennung, ist eine Verbrennung, bei wel cher die Menge an Inertgas in der Brennkammer kleiner als die Grenzmenge an Inertgas ist.

Fig. 11 zeigt einen ersten Betriebsbereich (I), bei welchem die erste Verbrennung, das heißt, die Niedrigtemperaturverbrennung, ausgeführt wird und ein zweiter Betriebs bereich (II), bei welchem die zweite Verbrennung, das heißt, die Normalverbrennung, ausgeführt wird. In Fig. 11 zeigt die Ordinate (L) die Menge des Niederdrückens des Gaspedals 40, das heißt, die benötigte Motorleistung. Die Abszisse (N) zeigt die Mo tordrehzahl. Weiterhin zeigt bei Fig. 11 X(N) eine erste Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich (I) und dem zweiten Betriebsbereich (II). Y(N) zeigt eine zweite Grenze zwischen dem ersten Betriebsbereich (I) und dem zweiten Betriebsbereich (II). Die Ent scheidung zum Wechseln von dem ersten Betriebsbereich (I) zu dem zweiten Betriebs bereich (II) wird auf der Grundlage der ersten Grenzlinie X(N) getroffen. Die Entschei dung zum Wechseln von dem zweiten Betriebsbereich (II) zu dem ersten Betriebsbe reich (I) wird auf der Grundlage der zweiten Grenzlinie Y(N) getroffen.

Das heißt, wenn der Motorbetriebszustand sich in dem ersten Betriebsbereich (I) befindet und die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt wird, wird es, falls die erforderliche Motorlast (L) die erste Grenzlinie X(N) übersteigt, die eine Funktion der Motordrehzahl (N) ist, bestimmt, daß sich der Motorbetriebsbereich in den zweiten Be triebsbereich (II) verschiebt und dadurch die Normalverbrennung ausgeführt wird. Falls danach die benötigte Motorleistung (L) unter die zweite Grenzlinie Y(N) absinkt, die eine Funktion der Motordrehzahl (N) ist, wird es bestimmt, daß der Motorbetriebsbe reich sich zu dem ersten Betriebsbereich (I) hin verschiebt und dadurch wird wieder die Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt.

Fig. 12 zeigt den Ausgang des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 21. Wie in Fig. 12 gezeigt, verändert sich der Ausgangsstrom (I) des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 21 in Übereinstimmung mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F. Dementsprechend kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem Ausgangsstrom (I) des Luft/Kraftstoff- Verhältnissensors 21 abgelesen werden. Gemäß Fig. 13 wird als nächstes die Motorbe triebssteuerung in dem ersten Betriebsbereich (I) und dem zweiten Betriebsbereich (II) schematisch erläutert.

Fig. 13 zeigt den Öffnungsgrad des Drosselventils 16, den Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23, die EGR-Rate, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung und die Menge an eingespritztem Kraftstoff in bezug auf die benötigte bzw. erforderliche Motorlast (L). Wie in Fig. 13 gezeigt, wird bei dem ersten Betriebsbereich (I), wenn die erforderliche Motorleistung (L) niedrig ist, das Drossel ventil 16 allmählich aus einem nahezu geschlossenen Zustand in die Nähe des halboffe nen Zustands zusammen mit dem Erhöhen der erforderlichen Motorlast (L) geöffnet, und das EGR-Steuerventil 23 wird allmählich von dem nahezu geschlossenen Zustand zu dem vollständig offenen Zustand zusammen mit der Erhöhung der erforderlichen Motorlast (L) geöffnet. Bei der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform wird die EGR-Rate bei dem ersten Betriebsbereich (I) auf ungefähr 70% eingestellt und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dabei leicht mager eingestellt.

Mit anderen Worten bei dem ersten Betriebsbereich (I) werden die Öffnungsgrade des Drosselventils 16 und des EGR-Steuerventils 23 derart gesteuert, daß die EGR-Rate ungefähr 70% beträgt und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein leicht mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu diesem Zeitpunkt wird auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, um den Öffnungsgrad des EGR-Steuerventils 23 auf der Basis des Ausgangssignals des Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 21 zu korrigieren. Bei dem ersten Betriebsbereich (I) wird der Kraftstoff vor Erreichen des oberen Totpunkts der Kompression TDC (top dead center) eingespritzt. In diesem Fall ist die Startzeit (θS) der Kraftstoffeinspritzung zu sammen mit der Erhöhung der erforderlichen Motorlast (L) verzögert und die Endzeit (θE) der Kraftstoffeinspritzung ist zusammen mit der Verzögerung der Startzeit (θS) der Kraftstoffeinspritzung verzögert.

In der Leerlaufbetriebsart wird das Drosselventil 16 fast vollständig geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt wird ebenso das EGR-Steuerventil 23 fast vollständig geschlossen. Wenn das Drosselventil 16 fast vollständig geschlossen ist, wird der Druck in der Brennkammer 5 bei dem Anfangszustand des Kompressionstakts niedrig eingestellt, und damit der Kompressionsdruck niedrig. Wenn der Kompressionsdruck niedrig wird, wird die Kompressionsarbeit des Kolbens 40 klein und damit die Vibration des Motor körpers 1 gering. Das heißt, daß bei dem Leerlaufbetriebsmodus das Drosselventil 16 nahezu im geschlossenen Zustand ist, um die Vibration des Motorkörpers 1 zu be schränken.

Wenn andererseits der Motorbetriebsbereich sich von dem ersten Betriebsbereich (I) zu dem zweiten Betriebsbereich (II) verändert, vergrößert sich der Öffnungsgrad des Drosselventils 16 um eine Stufe bzw. sprunghaft von dem halboffenen Zustand in Richtung des voll offenen Zustands. Zu diesem Zeitpunkt verringert sich bei der in Fig. 13 gezeigten Ausführungsform die EGR-Rate sprunghaft von ungefähr 70% auf unter halb 40% und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhöht sich sprunghaft. Das heißt, die EGR-Rate springt über den Wert der EGR-Rate (Fig. 9), bei welcher die große Menge an Rauch erzeugt wird, und somit wird die keine große Menge an Rauch erzeugt, wenn der Motorbetriebsbereich von dem ersten Betriebsbereich (I) zu dem zweiten Betriebs bereich (II) wechselt. In dem zweiten Betriebsbereich (II) wird wie gewöhnlich eine Normalverbrennung ausgeführt. Diese Verbrennung bewirkt eine Erzeugung von Ruß und NO_x. Jedoch ist ihre thermische Wirksamkeit höher als die der Niedrigtemperatur verbrennung. Wenn daher der Motorbetriebsbereich von dem ersten Betriebsbereich (I) zu dem zweiten Betriebsbereich (II) wechselt, wird die Menge an eingespritztem Kraft stoff sich um eine Stufe, das heißt, sprunghaft verringern, wie in Fig. 13 gezeigt.

In dem zweiten Betriebsbereich (II) wird abgesehen von einem kleinen Teilbe reich davon das Drosselventil in dem vollständig geöffneten Zustand gehalten. Der Öff nungsgrad des EGR-Steuerventils 23 verringert sich allmählich zusammen mit der Er höhung der benötigten Motorlast. Bei diesem Betriebsbereich (II) verringert sich die EGR-Rate zusammen mit der Erhöhung der benötigten Motorlast (L) und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis verringert sich zusammen mit der Erhöhung der erforderli chen Motorlast (L). Jedoch wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis als ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis auch dann eingestellt, wenn die benötigte Motorlast (L) groß wird. In dem zweiten Betriebsbereich (II) wird weiterhin die Startzeit (θS) der Kraftstof feinspritzung nahe dem oberen Totpunkt der Kompression TDC eingestellt.

Fig. 14 zeigt die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse A/F in dem ersten Betriebsbereich (I). In Fig. 14 zeigen die Kurven bei A/F = 15.5, A/F = 16, A/F = 17 und A/F = 18 je weils die Fälle, bei denen die Luft/Kraftstoff-Verhältnisse 15.5, 16, 17 und 18 sind. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen zwei Kurven wird durch den proportionalen Anteil bestimmt. Wie in Fig. 14 gezeigt, ist bei dem ersten Betriebsbereich (I) das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager und je magerer das Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, de sto niedriger wird die benötigte Motorlast (L).

Das heißt, die Menge an erzeugter Wärme bei der Verbrennung verringert sich zu sammen mit der Verringerung der benötigten Motorlast (L). Daher kann, auch wenn die EGR-Rate sich zusammen mit der Verringerung der benötigten Motorlast (L) verringert, die Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt werden. Wenn die EGR-Rate sich ver ringert, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis groß. Wie in Fig. 14 gezeigt, erhöht sich daher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F zusammen mit der Verringerung der benötig ten Motorlast (L). Je größer das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird, desto mehr verbessert sich der Kraftstoffverbrauch. Demgemäß erhöht sich bei der vorliegenden Ausführungs form das Luft/Kraftstoff-Verhältnis A/F zusammen mit der Verringerung der erforderli chen Motorlast (L) derart, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis so mager wie möglich ge macht wird bzw. eingestellt ist.

Ein Sollöffnungsgrad (ST) des Drosselventils 16, das erforderlich ist, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das in Fig. 14 gezeigt ist, einzustellen, wird in einem ROM 32 der elektronischen Steuereinheit als ein Spei cherabbild gespeichert, in welchem es eine Funktion der benötigten Motorlast (L) und der Motordrehzahl (N) darstellt, wie in Fig. 15(A) gezeigt. Ein Sollöffnungsgrad (SE) des EGR-Steuerventils 23, das zum Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das in Fig. 14 gezeigt ist, erforderlich ist, wird in dem ROM 32 der elektronischen Steuereinheit als ein Speicherabbild gespeichert, in wel chem es eine Funktion der benötigten Motorlast (L) und Motordrehzahl (N) darstellt, wie in Fig. 15(B) gezeigt.

Fig. 16 zeigt Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisse, wenn die zweite Verbrennung, das heißt, die Normalverbrennung, wie gewöhnlich ausgeführt wird. In Fig. 16 zeigen die Kurven jeweils die Fälle, bei denen die Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnisse 24, 35, 45 und 60 sind, was durch A/F = 24, A/F = 35, A/F = 45 und A/F = 60 angedeutet wird. Ein Sollöffnungsgrad (ST) des Drosselventils 16, das zum Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis erforderlich ist, wird in dem ROM 32 der elektronischen Steuereinheit als ein Speicherabbild gespei chert, in welchem es eine Funktion der benötigten Motorlast (L) und der Motordrehzahl (N) darstellt, wie in Fig. 17(A) gezeigt. Ein Sollöffnungsgrad (SE) des EGR-Steuerventils 23, das zum Einstellen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf das Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis erforderlich ist, wird in dem ROM 32 der elektronischen Steuereinheit als ein Speicherabbild gespeichert, in welchem es eine Funktion der benö tigten Motorlast (L) und der Motordrehzahl (N) darstellt, wie in Fig. 17(B) gezeigt.

Somit wird bei dem Dieselmotor der vorliegenden Ausführungsform zwischen der ersten Verbrennung, das heißt, der Niedrigtemperaturverbrennung, und der zweiten Verbrennung, das heißt, der normalen Verbrennung, auf der Basis der Größe des Nie derdrückens (L) des Gaspedals 40 und der Motordrehzahl (N) umgeschaltet. Bei jeder Verbrennung werden die Öffnungsgrade des Drosselventils 16 und des EGR-Steuerventils 23 auf der Grundlage der Speicherabbilder, die in Fig. 15 und 17 gezeigt sind, gesteuert.

Fig. 18 ist eine Draufsicht, die eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Ausfüh rungsform zeigt, und Fig. 19 ist eine Seitenansicht davon. Die Vorrichtung weist einen Umschaltabschnitt 71, der über die Abgasleitung 18 mit dem Ausgangsstrom des Ab gaskrümmers 17 verbunden ist, einen Katalysator 70 zum Absorbieren und Reduzieren von NO_x, einen ersten Verbindungsabschnitt 72a zum Verbinden einer Seite des Kataly sators 70 mit dem Umschaltabschnitt 71, einen zweiten Verbindungsabschnitt 72b zum Verbinden der anderen Seite des Katalysators 70 mit dem Umschaltabschnitt 71 und einen Abgaskanal 73 an dem Ausgangsstrom des Umschaltabschnitts 71 auf. Eine Kraftstoffzuführeinheit 74 ist an dem ersten Verbindungsabschnitt 72a zum Zuführen von Kraftstoff in die Nähe des Katalysators 70 angeordnet. Der Umschaltabschnitt 71 weist einen Ventilkörper 71a auf, der den Abgasstrom in dem Umschaltabschnitt 71 absperrt bzw. umschaltet. Der Ventilkörper 71a wird durch ein Unterdruckstellglied (negative pressure actuator), einen Schrittmotor oder dergleichen angetrieben. Bei einer Absperrposition des Ventilkörpers 71a wird die Eingangsstromseite (upstream side) des Umschaltabschnitts 71 mit dem ersten Verbindungsabschnitt 72a verbunden und seine Ausgangsstromseite (downstream side) wird mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 72b verbunden, und somit strömt das Abgas von einer Seite des Katalysators 70 zu sei ner anderen Seite, wie in Fig. 18 durch Pfeile gezeigt.

Fig. 20 zeigt eine andere Absperrposition des Ventilkörpers 71a. Bei dieser Ab sperrposition ist die Eingangsstromseite in dem Umschaltabschnitt 71 mit dem zweiten Verbindungsabschnitt 72b verbunden und die Ausgangsstromseite in dem Umschaltab schnitt 72 mit dem ersten Verbindungsabschnitt 72a verbunden, und somit strömt das Abgas von der einen Seite des Katalysators 70 zu seiner anderen Seite, wie es in Fig. 20 durch Pfeile gezeigt ist. Somit kann durch ein Umschalten des Ventilkörpers 71a die Richtung des Abgases, das durch den Katalysator 70 strömt, umgekehrt werden, das heißt, die Abgaseingangsstromseite und die Abgasausgangsstromseite des Katalysators 70 können umgekehrt bzw. vertauscht werden.

Weiterhin zeigt Fig. 21 eine Mittenposition des Ventilkörpers 71 zwischen den zwei Absperrpositionen. Bei der Mittenposition ist der Umschaltabschnitt 71 nicht ab gesperrt. Das Abgas durchläuft den Katalysator 70 nicht mit einem höheren Widerstand. Das heißt, das Abgas umgeht den Katalysator 70 und strömt direkt in den Abgaskanal 73, wie es durch Pfeile in Fig. 21 gezeigt ist. Wenn der Ventilkörper 71a sich zwischen der Mittenposition und einer der beiden Absperrpositionen befindet, durchläuft natürlich ein Teil des Abgases den Katalysator 70 und der Rest umgeht den Katalysator 70. Somit kann durch Steuern des Öffnungsgrads des Ventilkörpers 71a ein Teil oder das gesamte Abgas den Katalysator 70 umgehen bzw. wird daran vorbei umgeleitet. Normalerweise ist jedoch der Ventilkörper 71a in einer der beiden Absperrpositionen.

Fig. 22 zeigt den Aufbau des Katalysators, wobei Fig. 22(A) eine Vorderansicht des Katalysators 70 und Fig. 22(B) eine seitliche Schnittansicht davon ist. Wie in diesen Figuren gezeigt, weist der Katalysator 70 eine elliptische Form auf und ist beispielsweise vom Wandströmungstyp mit einem Wabenaufbau, der aus einem porösen Material wie etwa Cordierite ausgebildet ist, und weist in der axialen Richtung viele Zwischenräume auf, die durch viele sich in axialer Richtung sich erstreckende Trennwände 54 getrennt sind. Einer von jeweils zwei benachbarten Freiräumen ist durch einen Pfropfen bzw. Verschluß 53 auf der Abgasausgangsstromseite verschlossen und der jeweils andere ist durch einen Verschluß 53 auf der Abgaseingangsstromseite verschlossen. Somit dient einer von zwei benachbarten Freiräumen als ein Abgaseinströmkanal 50 und der andere als ein Abgasausströmkanal 51, was bewirkt, daß das Abgas notwendigerweise die Trennwand 54, wie durch die Pfeile in Fig. 22(B) angedeutet, durchlaufen muß. Bei dem vorliegenden Katalysator 70 wird ein NO_x-Absorptionsmittel und ein Edelmetall katalysator wie Platin (Pt), welcher im folgenden erläutert wird, auf beiden Seitenober flächen der Trennwände 54 aufgetragen und vorzugsweise ebenso in den Porenoberflä chen der Trennwänden 54 unter Verwendung von Aluminium oder dergleichen aufge tragen.

Bei der vorliegenden Erfindung ist das NO_x-Absorptionsmittel, das auf der Trennwand 54 aufgetragen wird, zumindest eines, das aus den Alkalimetallen wie bei spielsweise Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Cäsium Cs, den Alkali-Erdmetallen wie beispielsweise Barium Ba und Calcium Ca und aus Seltene-Erden-Elementen wie beispielsweise Lanthan La und Yttrium Y ausgewählt worden ist. Das NO_x-Absorptionsmittel absorbiert NO_x, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (das ein Verhältnis der zugeführten Luft zum zugeführten Kraftstoff ungeachtet einer Menge an durch Verwendung von Sauerstoff in der zugeführten Luft verbrannten Menge an Kraft stoff ist) in der umgebenden Atmosphäre mager ist und setzt das absorbierte NO_x frei, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch oder fett wird, und somit führt das ein NO_x-Absorptionsmittel die Absorbierungs- und Freisetzungstätigkeiten von NO_x aus.

Das ein NO_x-Absorptionsmittel kann tatsächlich die Absorptions- und Freiset zungstätigkeiten für NO_x ausführen, aber ein Teil des Mechanismus des Absorbierens und Freisetzens von NO_x ist nicht geklärt. Jedoch wird angenommen, daß die Absorpti on und Freisetzung von NO_x durch den in Fig. 23(A) und 23(B) gezeigten Mechanismus stattfindet. Als nächstes wird der Mechanismus mit Bezug auf den Fall, bei dem Platin Pt und Barium Ba auf der Trennwand des Katalysators aufgetragen sind, erläutert. Der Mechanismus ist der gleiche wie bei Verwendung eines anderen Edelmetalls und eines anderen Alkalimetalls, eines Alkali-Erdmetalls oder eines Seltene-Erden-Elementes.

Ob bei der Niedrigtemperaturverbrennung oder der Normalverbrennung, die Sau erstoffkonzentration in dem Abgas ist hoch, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Zu diesem Zeitpunkt haftet Sauerstoff O₂ in dem Abgas an der Oberfläche von Platin Pt in der Form von O₂ ^- oder O^2-, wie in Fig. 23(A) gezeigt. Andererseits reagiert NO im Abgas mit O₂ ^- oder O^2- auf der Oberfläche von Platin Pt zu NO₂ (2NO + O₂ → 2NO₂). Als nächstes wird ein Teil des erzeugten NO₂ während es auf dem Platin Pt oxidiert wird in dem NO_x-Absorptionsmittel absorbiert, und diffundiert in das NO_x- Absorptionsmittel in Form von Salpetersäureionen NO₃ ^-, während es mit Bariumoxid BaO kombiniert, wie es in Fig. 23(A) gezeigt wird. Somit wird bei der vorliegenden Ausführungsform das in dem Abgas enthaltene NO_x von dem NO_x-Absorptionsmittel absorbiert. Solange die Sauerstoffkonzentration in der umgebenden Atmosphäre hoch ist, wird NO₂ auf der Oberfläche von Platin Pt erzeugt und solange die Fähigkeit des NO_x-Absorptionsmittels zum Absorbieren von NO_x nicht gesättigt ist, wird NO₂ in dem NO_x-Absorptionsmittel zum Erzeugen von Salpetersäureionen NO₃ ^- absorbiert.

Wenn andererseits das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre fett ist, sinkt die Sauerstoffkonzentration. Folglich sinkt die Menge an NO₂, das an der Oberfläche vom Platin Pt erzeugt wird. Wenn die Menge an NO₂ sinkt, kehrt sich die Reaktion (NO₃ ^- → NO₂) um und somit werden Salpetersäureionen NO₃ ^- von dem NO_x- Absorptionsmittel in Form von NO₂ freigesetzt. Zu diesem Zeitpunkt wird von dem NO_x-Absorptionsmittel freigesetztes NO_x reduziert, um mit HC, CO oder dergleichen, das in der umgebenden Atmosphäre enthalten ist, zu reagieren, wie in Fig. 23(B) ge zeigt. Wenn somit NO₂ nicht an der Oberfläche vom Platin Pt vorhanden ist, wird NO₂ von dem NO_x-Absorptionsmittel eins nach dem anderen freigesetzt. Wenn dementspre chend das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre fett eingestellt wird, wird das gesamte absorbierte NO_x von dem NO_x-Absorptionsmittel für eine kurze Zeit freigesetzt. Das freigesetzte NO_x wird reduziert und somit wird NO_x nicht außer halb des Abgassystems freigesetzt.

Auch wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre stöchiometrisch eingestellt wird, wird NO_x von dem NO_x-Absorptionsmittel freigesetzt. In diesem Fall jedoch wird das NO_x allmählich von dem NO_x-Absorptionsmittel freige setzt und somit wird eine relativ lange Zeitdauer zum Freisetzen des gesamten absor bierten NO_x benötigt.

Nebenbei bemerkt weist die Fähigkeit zum Absorbieren von NO_x in dem NO_x- Absorptionsmittel eine Grenze auf. Daher muß, bevor die Fähigkeit gesättigt ist, NO_x von dem NO_x-Absorptionsmittel freigesetzt werden. Das heißt, bevor eine augenblickli che Menge von NO_x, das in dem Katalysator absorbiert ist, die Grenzmenge von NO_x erreicht, die darin absorbiert werden kann, muß NO_x von dem Katalysator freigesetzt werden und das freigesetzte NO_x muß reduziert und gereinigt werden, das heißt, der Katalysator muß regeneriert werden. Zu diesem Zweck muß die augenblickliche Menge an in dem Katalysator absorbiertem NO_x geschätzt werden. Bei der vorliegenden Aus führungsform ist ein Speicherabbild von Mengen von in dem Katalysator pro Zeiteinheit bei der Niedrigtemperaturverbrennung A absorbiertem NO_x wie in Fig. 24(A) vorbe stimmt. Bei diesem Speicherabbild sind Mengen von in dem Katalysator pro Zeiteinheit (A) absorbiertem NO_x als Funktion einer benötigten Motorlast (L) und einer Motordreh zahl (N) eingestellt. Ein Speicherabbild von Mengen an in dem Katalysator pro Zeitein heit bei der normalen Verbrennung (B) absorbiertem NO_x ist wie in Fig. 24(B) vorbe stimmt. In dem Speicherabbild sind Mengen an in dem Katalysator pro Zeiteinheit (B) absorbiertem NO_x als Funktionen einer benötigten Motorlast (L) und einer Motordreh zahl (N) eingestellt. Eine augenblickliche Menge an in dem Katalysator absorbiertem NO_x kann daher abgeschätzt werden, um diese Mengen an in dem Katalysator pro Zeiteinheit (A) und (B) absorbiertem NO_x zu integrieren. Wenn hierbei die Niedrigtem peraturverbrennung bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis stattfindet, wird das ab sorbierte NO_x freigesetzt und somit wird eine Menge an in dem Katalysator pro Zeitein heit (A) absorbiertem NO_x ein Minuswert.

Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Katalysator regeneriert, wenn die geschätzte Menge an in dem Katalysator absorbiertem NO_x größer als ein vorbestimmter zulässiger Wert wird. Fig. 25 zeigt ein erstes Flußdiagramm zu diesem Zweck. Das Flußdiagramm wird nach einer vorbestimmten Zeit wiederholt durchlaufen. Bei Schritt 101 wird als erstes bestimmt, ob die Regenerationszeit für den Katalysator 70 erreicht ist. Wenn die Regenerationszeit nicht erreicht, wird die Routine gestoppt. Wenn ande rerseits die geschätzte Menge an in dem Katalysator absorbiertem NO_x größer als ein vorbestimmter zulässiger Wert wird, wird das Ergebnis positiv und die Routine fährt bei Schritt 102 fort.

Bei Schritt 102 wird bestimmt, ob gerade die Niedrigtemperaturverbrennung aus geführt wird. Wenn das Ergebnis positiv ist, springt die Routine zu Schritt 103. Bei Schritt 103 wird bestimmt, ob eine Temperatur (T) des Katalysators größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur (T1) ist. Die Temperatur (T) des Katalysators kann direkt durch einen Temperatursensor, der in dem Katalysator angeordnet ist, erfaßt wer den. Weiterhin kann die Temperatur (T) des Katalysators durch eine Temperatur des Abgases, das auf der Basis des augenblicklichen Motorbetriebszustands oder einer ge messenen Temperatur des Abgases geschätzt worden ist, geschätzt werden. Wenn das Ergebnis bei Schritt 103 negativ ist, wird die Niedrigtemperaturverbrennung bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das heißt, einem Regenerations-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt. Falls die Niedrigtemperaturverbrennung bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird, wird eine Menge an eingespritztem Kraft stoff erhöht und das Verbrennungsluft/Kraftstoff-Verhältnis wird stöchiometrisch oder fett eingestellt. Somit fällt die Sauerstoffkonzentration in der umgebenden Atmosphäre, so daß NO_x von dem Katalysator freigesetzt wird.

Wie vorhergehend erwähnt, sind bei der Niedrigtemperaturverbrennung relativ große Mengen an HC und CO in dem Abgas enthalten. Insbesondere das Kohlenwasser stoff HC ist ein Rußvorläufer oder in einer dazu vorherigen Stufe des Kohlenwasser stoff. Daher weist HC eine hohe Aktivierung auf und kann NO_x, das von dem Kataly sator freigesetzt worden ist, vorzugsweise auch dann reduzieren, wenn die Temperatur des Katalysators niedrig ist. Wenn andererseits Kraftstoff lediglich in das Abgassystem zugeführt wird, besitzt der Kraftstoff (HC) keine hohe Aktivierung und der meiste Kraftstoff durchläuft den Katalysator mit dem Abgas. Jedoch kann lediglich eine kleine Menge an Kraftstoff den Katalysator unter Verwendung der Niedrigtemperaturverbren nung regenerieren. Wie vorstehend erwähnt, wird ferner wenig Ruß erzeugt, wenn das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei der Niedrigtemperaturverbrennung fett gemacht wird.

Wenn andererseits das Ergebnis bei Schritt 103 positiv ist, d. h., wenn die Tempe ratur (T) des Katalysators relativ hoch ist, geht die Routine zu Schritt 104. Wenn von der Niedrigtemperaturverbrennung auf die Normalverbrennung umgestellt wird, wird bei Schritt 104 bestimmt, ob eine Menge an schädlichen Stoffen bzw. eine Schadstoff menge (E), wie etwa HC, CO oder NO_x, die von dem Motor ausgestoßen wird, größer wird als eine vorbestimmte Menge (E1). Die von dem Motor ausgestoßene Schadstoff menge (E) kann aus dem Speicherabbild auf der Basis der Motorlast und der Mo tordrehzahl bestimmt werden. Natürlich kann die von dem Motor ausgestoßene Schad stoffmenge (E) direkt oder indirekt in dem Abgas erfaßt werden. Wenn das Resultat von Schritt 104 positiv ist, fährt die Routine bei Schritt 108 fort und die Niedrigtemperatur verbrennung wird bei dem Regenerations-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt. Wenn das Ergebnis bei Schritt 104 jedoch negativ ist, d. h., wenn die Schadstoffmenge in dem Abgas auch wenn die Niedrigtemperaturverbrennung auf die Normalverbrennung umge stellt worden ist klein ist, fährt die Routine mit Schritt 105 auch dann fort. Bei Schritt 105 wird die Niedrigtemperaturverbrennung auf die Normalverbrennung bei einem ma geren Luft/Kraftstoff-Verhältnis umgestellt.

Bei Schritt 106 wird als nächstes der Ventilkörper 71a von der Mittenposition zu einer Position eingestellt, die leicht in Richtung der einen in Fig. 18 gezeigten Ab sperrposition geschwenkt. Ein Teil des Abgases durchläuft daher den Katalysator 70 und der Rest umgeht (bypasses) den Katalysator 70. Da eine Menge an schädlichem Material in dem Abgas zu diesem Zeitpunkt klein ist, tritt kein Problem auf. Als näch stes führt die Kraftstoffzuführeinheit 74 Kraftstoff in die Nähe des Katalysators 70 zu. Da die Temperatur (T) des Katalysators relativ hoch ist, wird der zugeführte Kraftstoff bevorzugt unter Verwendung des Oxidationskatalysemittels wie Platin Pt, das auf dem Katalysator aufgetragen ist und Sauerstoff verbraucht, oxidiert. Daher sinkt die Sauer stoffkonzentration in der umgebenden Atmosphäre und somit wird NO_x von dem Kata lysator freigesetzt und das freigesetzte NO_x wird bevorzugt reduziert und gereinigt.

Da eine große Menge des Abgases den Katalysator umgeht, wird lediglich eine kleine Menge an zugeführtem Kraftstoff auf der Ausgangsstromseite des Katalysators mit einer kleinen Menge an Abgas ausgestoßen. Somit wird der meiste zugeführte Kraftstoff dazu verwendet, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmo sphäre zu dem Regenerations-Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu machen. Dementsprechend ist eine Menge an Kraftstoff, die in diesem Fall zum Regenerieren des Katalysators be nötigt wird, kleiner als in dem Fall, bei dem die Niedrigtemperaturverbrennung bei dem Regenerations-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird, wie vorstehend erwähnt.

Wenn andererseits das Ergebnis bei Schritt 102 negativ ist, das heißt, wenn die Normalverbrennung in der Regenerationszeit des Katalysators ausgeführt wird, fährt die Routine mit Schritt 109 fort. Bei Schritt 109 wird festgestellt, wenn eine von dem Motor ausgestoßene Schadstoffmenge (E) größer ist als die vorbestimmte Menge (E1), genau so wie bei Schritt 104. Wenn das Ergebnis negativ ist, fährt die Routine bei Schritt 106 fort und eine große Menge an Abgas umgeht den Katalysator. Bei Schritt 107 führt anschließend die Kraftstoffzuführeinheit 74 Kraftstoff in die Nähe des Katalysators zu. Wenn andererseits das Ergebnis bei Schritt 109 positiv, d. h., wenn eine Menge an schädlichem Material groß ist, wird es nicht bevorzugt, daß das Abgas den Katalysator umgeht. Daher wird bei Schritt 107 Kraftstoff ohne ein Umgehen des Abgases zuge führt. Falls die Temperatur (T) des Katalysators niedrig ist, wird jedoch bei einer derar tigen Regeneration des Katalysators bei der normalen Verbrennung der durch die Kraft stoffzuführeinheit 74 zugeführte Kraftstoff nicht bevorzugt für die Regeneration funk tionieren. Dementsprechend kann die gleiche Bestimmung wie bei Schritt 103 sofort vor Schritt 109 vorgesehen werden und die Regeneration kann, nachdem die Temperatur des Katalysators hoch geworden ist, aufgeführt werden.

Bei Schritt 106 des vorliegenden Flußdiagramms wird der Ventilkörper 71a von der Mittenposition auf die Position eingestellt, die leicht in Richtung der einen in Fig. 18 gezeigten Absperrposition geschwenkt ist, und somit strömt nur ein Teil des Abgases in den Katalysator 70. Dies dient zum Verhindern eines Sauerstoffmangels, wenn der Kraftstoff, der in die Nähe des Katalysators zugeführt worden ist, durch Verwendung des Oxidationskatalysemittels verbrennt, das auf dem Katalysator aufgetragen ist. Falls dementsprechend der zugeführte Kraftstoff ausreichend verbrennen kann, um nur Sauer stoff in dem Abgas in dem ersten Verbindungsabschnitt 72a zu verwenden, kann der Ventilkörper 71a in der Mittenposition sein, so daß das gesamte Abgas den Katalysator umgeht. Daher strömt der zugeführte Kraftstoff nicht aus dem Katalysator mit dem Ab gas und somit kann der Kraftstoffverbrauch weiter erniedrigt werden.

Nebenbei gesagt kann der Dieselmotor der vorliegenden Erfindung zwischen der Niedrigtemperaturverbrennung und der Normalverbrennung, wie oben erwähnt, wech seln. Bei der Niedrigtemperaturverbrennung wird wenig Ruß (bzw. Partikel) erzeugt. Bei der Normalverbrennung jedoch wird eine relativ große Menge an Partikeln erzeugt. Die Partikel sind schädliche Materialien und somit muß ihre Emission beschränkt wer den.

Der vorliegende Katalysator 70 besitzt, wie vorhergehend erwähnt, den Wand stromaufbau (wall-flow-type). Die Partikel sind viel kleiner als die Poren der Trenn wand 54, aber kollidieren mit der Abgaseingangsstromseitenoberfläche der Trennwand 54 und der Porenoberfläche in der Trennwand 54 und werden somit eingefangen, wenn das Abgas die Trennwand 54 durchströmt. Somit funktioniert der vorliegende Kataly sator 70 die Trennwand als eine Einfangwand zum Einfangen der Partikel. Wenn es jedoch nicht beabsichtigt ist, die Partikel einzufangen, kann der Katalysator keinen Wandstromaufbau aufweisen, das heißt, die Verschlüsse 53 in Fig. 22 können wegge lassen werden.

Wenn nichts getan wird, lagern sich die eingefangenen Partikel allmählich in dem Katalysator 70 ab, so daß ein Abgaswiderstand allmählich ansteigt. Schließlich verur sacht der erhöhte Abgaswiderstand einen ungünstigen Einfluß auf den Betrieb des Fahr zeugs. Demgemäß trägt jede Trennwand des vorliegenden Katalysators ein Freiset zungsmittel für aktiven Sauerstoff (im folgenden als ein Aktivsauerstofffreisetzungs mittel bezeichnet) und ein Edelmetallkatalysator, welche im folgenden erläutert werden, auf ihren beiden seitlichen Oberflächen und vorzugsweise ebenso auf den Porenoberflä chen darin.

Das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel setzt aktiven Sauerstoff frei, um die Oxida tion der Partikel zu unterstützen und nimmt vorzugsweise Sauerstoff auf und hält Sauer stoff, wenn Sauerstoff im Überschuß in der Umgebung vorhanden ist, und setzt den festgehaltenen Sauerstoff als aktiven Sauerstoff frei, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Umgebung absinkt.

Als Edelmetallkatalysemittel wird normalerweise Platin verwendet. Als das Ak tivsauerstofffreisetzungsmittel wird zumindest eines aus der folgenden Liste verwendet: Alkalimetalle, wie beispielsweise Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs und Rubidium Rb, Erdalkalimetalle wie beispielsweise Barium Ba, Kalzium Ca und Stronti um Sr, seltene Erdelemente wie beispielsweise Lanthan La und Yttrium Y und Über gangsmetalle.

Für ein Aktivsauerstofffreisetzungsmittel ist es wünschenswert, ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall mit einer Ionisationstendenz zu verwenden, die größer als die von Kalzium Ca ist, das heißt, Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Bari um Ba oder Strotium Sr.

Im folgenden wird als nächstes erläutert wie die eingefangenen Partikel auf der Trennwand des Katalysators durch den ein derartiges Aktivsauerstofffreisetzungsmittel tragenden Katalysator unter Bezugnahme auf den Fall der Verwendung von Platin Pt und Kalium K oxidiert und entfernt werden. Die Partikel werden auch bei Verwendung eines anderen Edelmetalls oder anderen Alkalimetalls, Erdalkalimetalls, eines Seltene- Erden-Elements oder eines Übergangsmetalls auf die gleiche Art und Weise oxidiert und entfernt.

Bei einem Dieselmotor findet die Verbrennung in der Regel bei einer Luftüber schußbedingung statt und daher enthält das Abgas eine große Menge an überschüssiger Luft. Das heißt, wenn das Verhältnis der Luft zu dem Kraftstoff, der dem Ansaugsystem und der Brennkammer zugeführt wird, als ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bezeichnet wird, ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager. Weiterhin wird NO in der Brennkammer erzeugt und somit enthält das Abgas NO. Weiterhin enthält der Kraftstoff Schwefel S und Schwefel S reagiert mit Sauerstoff in der Brennkammer zu SO₂. Dem entsprechend strömt das überschüssigen Sauerstoff, NO und SO₂ enthaltende Abgas in die Abgaseingangsstromseite des Katalysators 70.

Fig. 26(A) und 26(B) sind vergrößerte Ansichten, die schematisch die Oberfläche des Katalysators 70 zeigen, mit welchem das Abgas in Kontakt kommt. In Fig. 26(A) und 26(B) bezeichnet das Bezugszeichen 60 ein Partikel aus Platin Pt und 61 bezeichnet das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel, das Kalium K enthält.

Wie vorhergehend beschrieben enthält das Abgas eine große Menge an überschüs sigem Sauerstoff. Wenn das Abgas mit der Abgaskontaktoberfläche der Trennwand 54 des Katalysators 70 in Kontakt kommt, haftet Sauerstoff O₂ auf der Platinoberfläche in der Form von O₂ ^- oder O^2-, wie in Fig. 26(A) gezeigt. Andererseits reagiert das in dem Abgas enthaltene NO mit O₂ ^- oder O^2- auf der Platinoberfläche und erzeugt NO₂ (2NO + O₂ → 2NO₂). Als nächstes wird ein Teil des erzeugten NO₂ in dem Aktivsauerstofffrei setzungsmittel 61 absorbiert, während es am Platin Pt oxidiert, und diffundiert in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel in Form von Salpetersäureionen NO₃ ^-, während es mit Kalium K zu Kaliumnitrat KNO₃ kombiniert, wie in Fig. 26(A) gezeigt. Somit wird bei der vorliegenden Ausführungsform NO_x, das in dem Abgas enthalten ist, in dem Kataly sator 70 absorbiert und die davon in die Atmosphäre freigesetzte Menge kann verringert werden, das heißt, das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel funktioniert ebenso als ein NO_x-Absorptionmittel.

Ferner enthält das Abgas SO₂, wie vorhergehend beschrieben, und SO₂ wird eben so in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 aufgrund eines Mechanismus absorbiert, der ähnlich zu dem im Fall des NO ist. Das heißt, wie zuvor beschrieben, haftet Sauer stoff O₂ an der Oberfläche von Platin Pt in der Form von O₂ ^- oder O^2-, und SO₂ in dem Abgas reagiert mit O₂ ^- oder O^2- an der Oberfläche vom Platin Pt zu SO₃. Als nächstes wird ein Teil des erzeugten SO₃ in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert, während es auf dem Platin Pt oxidiert wird, und diffundiert in das Aktivsauerstofffrei setzungsmittel 61 in der Form von Schwefelsäureionen SO₄ ^2-, während diese mit Kali um K zu Kaliumsulfat K₂SO₄ kombinieren. Somit werden in dem Aktivsauerstofffrei setzungsmittel 61 Kaliumnitrat KNO₃ und Kaliumsulfat K₂SO₄ erzeugt.

Die Partikel in dem Abgas haften an der Oberfläche des Aktivsauerstofffreiset zungsmittels 61, das durch den Katalysator 70 getragen wird, wie durch 62 in Fig. 26(B) bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt sinkt die Sauerstoffkonzentration auf der Oberfläche des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61, mit welchem der Partikel 62 in Kontakt ist. Da die Sauerstoffkonzentration sinkt, tritt eine Differenz in der Konzentration des Aktiv sauerstofffreisetzungsmittel 61 mit einer hohen Sauerstoffkonzentration auf, und somit tendiert der Sauerstoff in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 dazu, in Richtung der Oberfläche des Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 mit welchem das Partikel 62 in Kontakt ist, zu wandern. Folglich wird das in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 erzeugte Kaliumnitrat KNO₃ in Kalium K, Sauerstoff O und NO abgebaut, wobei Sauer stoff O in Richtung der Oberfläche des Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 wandert, mit dem das Partikel 62 in Kontakt steht, und NO wird zu der äußeren Seite von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 emittiert. NO, das nach außen emittiert worden ist, wird auf Platin Pt auf der Ausgangsstromseite oxidiert und wird wiederum in dem Ak tivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert.

Weiterhin wird zu diesem Zeitpunkt Kaliumsulfat K₂SO₄, das in dem Aktivsauer stofffreisetzungsmittel 61 erzeugt worden ist, ebenso in Kalium K, Sauerstoff O und SO₂ abgebaut, wobei Sauerstoff O in Richtung der Oberfläche des Aktivsauerstofffreiset zungsmittel 61 wandert, mit welchem das Partikel 62 in Kontakt ist, und SO₂ wird zu der Außenseite von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 emittiert. Das zu der Au ßenseite freigesetzte SO₂ wird auf Platin auf der Ausgangsstromseite oxidiert und wie derum in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert. Hier jedoch ist Kalium sulfat K₂SO₄ stabil und setzt weniger aktiven Sauerstoff als Kaliumnitrat KNO₃ frei.

Andererseits wird der in Richtung der mit dem Partikel 62 in Kontakt stehende Oberfläche des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61 wandernde Sauerstoff, der der aus dem Abbau der Verbindungen von Kaliumnitrat KNO₃ oder Kaliumsulfat K₂SO₄ stammt. Der Sauerstoff O, der aus der Verbindung abgebaut worden ist, weist ein hohes Energieniveau und eine hohe Aktivität auf. Daher ist Sauerstoff, der in Richtung der Oberfläche des Aktivsauerstofffreisetzungsmittels 61 gewandert ist, mit welchem das Partikel 62 in Kontakt steht, ist aktiver Sauerstoff (Aktivsauerstoff) O. Nach einem Kontaktieren mit Aktivsauerstoff O wird das Partikel 62 ohne dem Erzeugen einer Leuchtflamme für eine kurze Zeit, z. B. für einige Minuten oder einige zehn Minuten, oxidiert. Ferner wird Aktivsauerstoff zum Oxidieren des Partikels 62 ebenso freigesetzt, wenn NO oder SO₂ in dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 absorbiert sind. Das heißt, es kann festgestellt werden, daß NO_x in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 in Form von Salpetersäureionen NO₃ ^- diffundiert, während es mit Sauerstoffatomen kombiniert und von einem Sauerstoffatom getrennt werden soll, und während dieser Zeit wird Aktivsauerstoff erzeugt. Die Partikel 62 werden durch diesen Aktivsauerstoff ebenso oxidiert. Weiterhin werden die an dem Katalysator 70 haftenden Partikel nicht nur durch einen Aktivsauerstoff oxidiert, sondern ebenso durch Sauerstoff, der in dem Abgas enthalten ist.

Je höher die Temperatur des Katalysators wird, desto mehr werden das Platin Pt und das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 aktiviert. Je höher daher die Temperatur des Katalysators wird, desto größer wird die Menge an Aktivsauerstoff O, die von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 pro Zeiteinheit freigesetzt wird. Je höher die Tem peratur der Partikel ist, desto leichter werden natürlich weiterhin die Partikel oxidiert. Daher steigt zusammen mit der Temperatur des Katalysators auch die Menge an Parti keln, die pro Zeiteinheit an, die in dem Katalysator ohne einem Erzeugen einer Leucht flamme oxidiert und entfernt werden können.

Die durchgezogene Linie in Fig. 27 zeigt die Menge an Partikeln (G), die pro Zeiteinheit ohne einem Erzeugen einer Leuchtflamme oxidiert und entfernt werden kön nen. In Fig. 27 repräsentiert die Abszisse die Temperatur (TF) des Katalysators. Hierbei zeigt Fig. 27 den Fall, bei dem die Zeiteinheit eine Sekunde ist, das heißt, die Menge an Partikeln (G), die pro einer Sekunde oxidiert und entfernt werden können. Jedoch kann auch jede andere Zeit, wie beispielsweise eine Minute, zehn Minuten oder dergleichen als Zeiteinheit verwendet werden. Z. B. repräsentiert für den Fall, daß zehn Minuten als Zeiteinheit verwendet werden, die Menge an Partikel (G), die pro Zeiteinheit oxidiert und entfernt werden können, die Menge an Partikel (G), die pro zehn Minuten oxidiert und entfernt werden können. Auch in diesem Fall steigt die Menge an Partikeln (G), die ohne einem Erzeugen einer Leuchtflamme oxidiert und entfernt werden können, zu sammen mit dem Anstieg der Temperatur des Katalysators 70 an, wie in Fig. 27 gezeigt. Die Menge an Partikeln, die aus der Brennkammer pro Zeiteinheit emittiert werden, wird als Menge an emittierten Partikeln (M) bezeichnet. Wenn die Menge an emittierten Partikeln (M) kleiner ist als die Menge an Partikeln (G), die oxidiert und entfernt wer den können, z. B. die Menge an emittierten Partikeln (M) pro 1 Sekunde kleiner ist als die Menge von Partikeln (G), die pro 1 Sekunde entfernt und oxidiert werden können, oder die Menge an emittierten Partikeln (M) pro 10 Minuten kleiner ist als die Menge an Partikeln (G), die pro 10 Minuten oxidiert und entfernt werden können, das heißt, in dem Bereich (I) in Fig. 27, werden alle von der Brennkammer emittierten Partikel oxi diert und entfernt, ohne anschließend eine Leuchtflamme in den Katalysator 70 für den vorhergehend erwähnten kurzen Zeitraum zu erzeugen.

Wenn andererseits die Menge an emittierten Partikeln (M) größer als die Menge an Partikeln (G) ist, die oxidiert und entfernt werden können, das heißt, in dem Bereich (II) in Fig. 27, ist die Menge an Aktivsauerstoff nicht ausreichend, um alle Partikel an schließend zu oxidieren und zu entfernen. Fig. 28(A) bis (C) zeigen die Art und Weise der Oxidation der Partikel in einem solchen Fall.

D. h. für den Fall, daß die Menge an Aktivsauerstoff für eine Oxidation aller Parti kel fehlt bzw. nicht ausreicht, wenn die Partikel 62 an dem Aktivsauerstofffreiset zungsmittel 61 haften, wird lediglich ein Teil der Partikel oxidiert werden, wie in Fig. 28(A) gezeigt, und der andere Teil der Partikel, der nicht ausreichend oxidiert worden ist, verbleibt auf der Abgaseingangsstromoberfläche des Katalysators. Wenn der Zu stand anhält, bei der die Menge an Aktivsauerstoff fehlt, verbleibt ein Teil der Partikel, die nicht oxidiert worden sind, anschließend auf der Abgaseingangsstromoberfläche des Katalysators. Folglich ist die Abgaseingangsstromoberfläche des Katalysators mit den Restpartikeln 63 bedeckt, wie in Fig. 28(B) gezeigt.

Die restlichen Partikel 63 wandeln sich allmählich in einen kohlenstoffhaltigen Stoff um, der kaum oxidiert werden kann. Wenn weiterhin die Abgaseingangsstromo berfläche mit den restlichen Partikeln 63 bedeckt wird, wird die Wirkung von Platin Pt zum Oxidieren von NO und SO₂, und die Wirkung des Aktivsauerstofffreisetzungsmit tels 61 zum Freisetzen von Aktivsauerstoff unterdrückt. Die restlichen Partikel 63 kön nen über einen relativ langen Zeitraum allmählich oxidiert werden. Wie jedoch in Fig. 28(C) gezeigt, lagern sich andere Partikel 64 auf den restlichen Partikeln 63 eines nach dem anderen ab, und wenn die Partikel so weit abgelagert sind, daß sie laminieren, kön nen diese Partikel auch dann, wenn sie ohne weitere leicht oxidierbare Partikel sind, nicht oxidiert werden, da diese Partikel von dem Platin Pt oder von dem Aktivsauer stofffreisetzungsmittel getrennt sind. Dementsprechend lagern sich darauffolgend ande re Partikel auf diesen Partikeln 64 ab. Das heißt, wenn der Zustand anhält, bei dem die Menge an emittierten Partikeln (M) größer ist als die Menge an Partikeln (G), die oxi diert und entfernt werden können, lagern sich die Partikel ab und Laminieren bzw. Be schichten den Katalysator.

In dem Bereich (I) von Fig. 27 werden die Partikel oxidiert und entfernt, ohne daß eine Leuchtflamme für die kurze Zeit erzeugt wird, und in dem Bereich (II) von Fig. 27 lagern sich Partikel ab und "laminieren" den Katalysator. Daher kann die Ablagerung der Partikel auf dem Katalysator verhindert werden, wenn die Beziehung zwischen der Menge an emittierten Partikeln (M) und der Menge an Partikeln (G), die oxidiert und entfernt werden können, sich in dem Bereich (I) befindet. Folglich ändert sich ein Druckverlust des Abgases in dem Katalysator kaum und ein minimaler Druckverlustwert, der nahezu konstant ist, wird aufrechterhalten. Somit kann das Abfallen der Motoraus gangsleistung so niedrig wie möglich gehalten werden. Dies ist jedoch nicht immer rea lisierbar und die Partikel können sich auf dem Katalysator ablagern, wenn nichts getan wird.

Um bei der vorliegenden Ausführungsform die Ablagerung von Partikeln auf dem Katalysator zu verhindern, steuert die vorstehend erwähnte elektronische Steuereinheit 30 den Ventilkörper 71a gemäß einem zweiten Flußdiagramm, das in Fig. 29 gezeigt ist. Das vorliegende Flußdiagramm wird nach einer vorgegebenen Zeit wiederholt. Bei Schritt 201 wird bestimmt, ob eine eingestellte Zeit für ein Umschalten des Ventilkör pers 71a erreicht ist. Die eingestellte Zeit bzw. der eingestellte Zeitpunkt wird nach je der vorbestimmten Zeitdauer oder nach einer vorbestimmten Fahrstrecke eingestellt. Wenn das Ergebnis negativ ist, wird die Routine gestoppt. Wenn das Ergebnis jedoch positiv ist, fährt die Routine bei Schritt 102 fort und es wird bestimmt, ob eine augen blickliche Menge an Partikeln, die von dem Motor emittiert werden, das heißt, eine Menge an emittierten Partikeln (M), größer ist als eine vorbestimmte Menge (M1). Die Menge an emittierten Partikeln (M1) kann aus einem Speicherabbild auf der Basis der Motorlast und der Motordrehzahl ermittelt werden, oder kann unter Verwendung eines optischen Sensors zum optischen Erfassen einer Menge an Partikeln in dem Abgas ge messen werden. In dem Speicherabbild sind Mengen an emittierten Partikeln eingestellt, um zu berücksichtigen, ob die Niedrigtemperaturverbrennung oder die Normalverbren nung bei dem Dieselmotor der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.

Wenn das Ergebnis bei Schritt 202 negativ ist, z. B., bei Motorbremszuständen, Motorleerlaufzuständen, Motorniedriglastzuständen oder bei Niedrigtemperaturverbren nung, wobei eine Menge an Partikeln in dem Abgas nicht groß, wird bei Schritt 203 der Ventilkörper 71a umgeschaltet. D. h., die Eingangsstromseite und die Ausgangsstrom seite des Katalysators werden vertauscht. Wenn andererseits das Ergebnis bei Schritt 202 positiv ist, ist eine Menge an Partikeln in dem Abgas relativ groß, und somit wird bei Schritt 204 der Ventilkörper 71a in diesem Moment nicht umgeschaltet. Wenn da nach das Ergebnis bei Schritt 202 negativ ist, wird der Ventilkörper 71a umgeschaltet.

Die Fig. 30 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der Trennwand 54 des Katalysa tors. Während sich das Fahrzeug über einen vorbestimmten Zeitraum hinweg oder über eine vorbestimmte Fahrstrecke hinweg fortbewegt, kann der Motorbetrieb in dem Be reich II der Fig. 27 ausgeführt werden. Somit kollidieren die Partikel mit der Trennwand 54 die Abgaseingangsstromobeffläche der Trennwand 54 und der der Strömungsrich tung des Abgases zugewandten Oberfläche der darin enthaltenen Poren, d. h., mit einer der Einfangoberflächen der Trennwand 54, werden dabei eingefangen und werden durch den von Aktivsauerstofffreisetzungsmitteln freigesetzten Aktivsauerstoff oxidiert und entfernt, wobei aber die Partikel durch die nicht ausreichende Oxidation übrig bleiben können, wie in Fig. 30(A) gezeigt. In diesem Zustand hat der Abgaswiderstand des Ka talysators keinen schlechten Einfluß auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs. Wenn sich jedoch mehr und mehr Partikel ablagern, können jedoch Probleme, bei welchen die Motorleistung beträchtlich abfällt und dergleichen, auftreten. In diesem Zustand wech seit das zweite Flußdiagramm die Eingangsstromseite und die Ausgangsstromseite des Katalysators, wenn eine Menge an Partikeln in dem Abgas nicht groß ist. Daher lagern sich keine Partikel auf den restlichen Partikeln auf einer der Einfangsoberflächen der Trennwand ab und damit können die restlichen Partikel durch Aktivsauerstoff, der von einer der Einfangsoberflächen freigesetzt worden ist, allmählich oxidiert und entfernt werden. Genauer gesagt, werden ferner die Restpartikel in den Poren in der Trennwand ohne weiteres in feine Stücke durch den Abgasstrom in der Umkehrrichtung zertrüm mert, wie in Fig. 30b gezeigt, und können hauptsächlich durch die Poren in Richtung der Ausgangsstromseite sich bewegen.

Demzufolge diffundieren viele der in feine Stücke zertrümmerten Partikel in die Pore der Seitenwand, kontaktieren direkt das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel, das auf der Porenoberfläche aufgetragen ist, und werden oxidiert und entfernt. Wenn somit das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel ebenso auf den Porenoberflächen in der Trennwand aufgetragen ist, können die restlichen Partikel sehr leicht oxidiert und entfernt werden. An der anderen Einfangobeffläche, die nun auf der Eingangsstromseite ist, da der Strom des Abgases umgekehrt worden ist, d. h., die Abgaseingangsstromoberfläche der Trennwand 54 und die der Strömungsrichtung des Abgases zugewandten Oberfläche der darin enthaltenen Poren, auf welche das Abgas hauptsächlich stößt (auf die gegenüber liegende Seite eines der Einfangsoberflächen), haften darauf die Partikel in dem Abgas neu und werden durch von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel freigesetzten Aktiv sauerstoff oxidiert und entfernt. Bei dieser Oxidation bewegt sich ein Teil des von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel freigesetzten Aktivsauerstoff auf der anderen Ein fangsoberfläche zu der Ausgangsstromseite mit dem Abgas, und oxidiert und entfernt die Partikeln, die auf einer der Einfangoberflächen ungeachtet des umgekehrten Ab gasstroms übrig geblieben sind.

Das heißt, die restlichen Partikel auf einer der Einfangsoberflächen sind nicht nur dem von diesen Eingangsoberflächen freigesetzten Aktivsauerstoff ausgesetzt, sondern durch Umkehrung des Abgasstroms ebenso den Resten des Aktivsauerstoffs, der zur Oxidation und Entfernung der Partikel auf der anderen Einfangsoberfläche verwendet wird. Auch falls einige der Partikelablagerungen eine der Einfangoberflächen der Trennwand des Katalysators "laminieren", wenn der Abgasstrom umgekehrt, kommt der Aktivsauerstoff bei den abgelagerten Partikeln an und es werden keine Partikel erneut auf die abgelagerten Partikel aufgrund des umgekehrten Abgasstroms abgelagert und somit werden die abgelagerten Partikel allmählich oxidiert und entfernt und sie können für einen Zeitraum bis zur nächsten Umkehr des Abgases ausreichend oxidiert und ent fernt werden. Beim abwechselnden Verwenden der einen Einfangoberfläche und der anderen Einfangoberfläche der Trennwand ist natürlich die Menge an eingefangenen Partikeln auf jeder Einfangoberfläche kleiner als bei dem Katalysator, bei welchem die einzige Einfangoberfläche immer die Partikel einfängt. Dies erleichtert das Oxidieren und Entfernen von eingefangenen Partikeln auf der Einfangoberfläche.

Bei dem zweiten Flußdiagramm wird der Ventilkörper nach jeder vorbestimmten Zeitdauer oder vorbestimmten Fahrstrecke umgeschaltet. Somit wird der Ventilkörper umgeschaltet, bevor die abgelagerten Partikel in kohlenstoffhaltigen Stoff umgewandelt werden können, der kaum oxidiert werden kann. Ferner kann dies Probleme vermeiden, bei welchen die große Menge an abgelagerten Partikeln auf einmal zündet und ver brennt, und durch die Verbrennungswärme den Katalysator schmelzen läßt. Auch wenn die große Menge an Partikeln auf einer der Einfangoberflächen der Trennwand des Ka talysators abgelagert worden sind, werden, wenn der Ventilkörper geschaltet wird, die abgelagerten Partikel weiterhin leicht in feine Stücke durch den umgekehrten Ab gasstrom zertrümmert werden. Ein Teil der Partikel, der in den Poren der Trennwand nicht oxidiert und entfernt werden kann, wird aus dem Katalysator ausgestoßen. Da durch jedoch wird es verhindert, daß der Abgaswiderstand des Katalysators vergrößert wird und somit einen schlechten Einfluß auf den Betrieb des Fahrzeugs aufweist. Ferner kann die andere Einfangsoberfläche der Trennwand des Katalysators neuerlich Partikel einfangen. Bei der vorliegenden Abgasreinigungsvorrichtung, umgeht, wie vorstehend erwähnt, das Abgas den Katalysator 70, während der Ventilkörper 71a von einer Ab sperrposition zu der anderen Absperrposition umgeschaltet wird. Gemäß dem zweiten Flußdiagramm enthält das Abgas keine oder wenige Partikel, wenn der Ventilkörper umgeschaltet wird. Wenn das Abgas den Katalysator für einen kurzen Zeitraum zum Umschalten des Ventilkörpers 71a umgeh 26469 00070 552 001000280000000200012000285912635800040 0002010126828 00004 26350t, werden somit wenige Partikel aus dem Ab gassystem nach außen ausgestoßen.

Bei dem zweiten Flußdiagramm kann unter Verwendung eines Anstiegs der Druckdifferenz zwischen der Abgaseingangsstromseite und der Abgasausgangsstrom seite des Katalysators in Übereinstimmung mit einer Menge an Partikel, die auf den Katalysator abgelagert worden sind, die eingestellte Zeit bzw. der Schaltzeitpunkt zum Umschalten des Ventilkörpers eingestellt werden, wenn der Differenzdruck größer als ein vorbestimmter Druck ist und wenn bestimmt wird, daß eine gewisse Menge an Par tikel sich auf dem Katalysator abgelagert haben. Genauer gesagt, wird ein Abgasdruck an dem ersten Verbindungsabschnitt 72a durch einen darin angeordneten Drucksensor erfaßt und ein Abgasdruck in dem zweiten Verbindungsabschnitt 72b wird durch einen darin angeordneten Drucksensor erfaßt, und es wird bestimmt, ob der Absolutwert der Differenz zwischen den beiden Drücken größer als ein vorbestimmten Wert ist. Hierbei wird der absolute Wert bei der Bestückung verwendet. Daher kann eine Erhöhung bei der Druckdifferenz auch dann bestimmt werden, wenn die Abgaseingangsstromseite entweder der erste Verbindungsabschnitt 72a oder der zweite Verbindungsabschnitt 72b ist. Genau genommen verändert sich die Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des Katalysators in Übereinstimmung mit dem Druck des Abgases, das aus der Brennkam mer bei jedem Motorbetriebszustand ausgestoßen wird. Demzufolge wird bei der Be stimmung der Ablagerung der Partikel vorzugsweise der Motorbetriebszustand spezifi ziert.

Bei dieser Bestimmung kann, anders als bei der Druckdifferenz, ein Beobachten der Veränderung eines elektrischen Widerstands auf einer vorbestimmten Trennwand des Katalysators aufgrund der Tatsache, daß der elektrische Widerstand sich zusammen mit der Ablagerung von Partikeln darauf verringert, verwendet werden oder, die Tatsa che, daß Transmissions- oder Reflexionsvermögen von Licht auf einer vorbestimmten Trennwand des Katalysators zusammen mit der Ablagerung von Partikeln darauf ab sinkt, verwendet werden. Wenn der Schaltzeitpunkt durch die direkte Bestimmung der Ablagerung der Partikel eingestellt wird, kann es somit sicher verhindert werden, daß die Motorausgangsleistung beträchtlich absinkt.

Wenn der Katalysator 70 zum Einfangen von Partikeln verwendet wird, ist es so mit sehr wirksam, daß die Abgaseingangsstromseite und die Abgasausgangsstromseite des Katalysators umgekehrt bzw. vertauscht werden, um zu verhindern, daß eine große Menge an Partikeln sich darauf ablagert. Ungeachtet dem zweiten Flußdiagramm, kann z. B. der Ventilkörper 71a von Zeit zu Zeit ohne die Bestimmung der Zeit umgeschaltet werden. Daneben kann bei dem ersten Flußdiagramm, nachdem das Abgas den Kataly sator umgegangen hat, der Ventilkörper 71a nicht in die eine Absperrposition zugedreht werden und kann zu der anderen Absperrposition umgeschaltet werden. In diesem Fall wird die Kraftstoffzufuhreinheit 74 auf dem ersten Verbindungsabschnitt 72a angeord net und somit ist der Ventilkörper 71a, wenn der Katalysator sich beim nächsten Mal regeneriert, immer noch zwischen der einen Absperrposition und der Mittenposition, um lediglich einen Teil des Abgases durch den Katalysator durchzulassen. Wenn die Kraft stoffzufuhreinheit an sowohl dem ersten als auch dem zweiten Verbindungsabschnitt 72a bzw. 72b angeordnet ist, kann der Ventilkörper 71 natürlich derart gesteuert wer den, daß lediglich ein Teil des Abgases in einen der Verbindungsabschnitte strömt, zu welchem der Kraftstoff zugeführt wird.

Somit verwendet für den Fall, daß der Katalysator zum Umschalten seiner Abga seingangsstromseite und seiner Abgasausgangsstromseite zum Oxidieren und Entfernen der abgelagerten Partikel verwendet wird, der Katalysator hauptsächlich abwechselnd die eine oder die andere Seite der Trennwand zum Absorbieren von NO_x. Demgemäß benötigt die vorliegende Ausführungsform, wenn Kraftstoff lediglich einer Seite der Trennwand des Katalysators zugeführt worden ist, einen relativ langen Zeitraum, um das gesamte absorbierte NO_x in der anderen Seite der Trennwand freizusetzen. Um die sen Regenerationszeitraum zu verkürzen, wird es somit bevorzugt, daß die Kraftstoff zufuhreinheit an beiden Seiten der Verbindungsabschnitte angeordnet ist und der Kraft stoff zu einer der beiden Seiten der Trennwand zugeführt wird, auf welcher NO_x haupt sächlich absorbiert worden ist. Wenn das gesamte Abgas den Katalysator umgeht, kön nen natürlich bei der Regeneration die zwei Kraftstoffzufuhreinheiten Kraftstoff gleich zeitig zuführen und somit kann NO_x von beiden Seiten der Trennwand gleichzeitig frei gesetzt werden, um den Regenerationszeitraum weiter zu verkürzen.

Die vorliegende Abgasreinigungsvorrichtung kann die Abgaseingangsstromseite und die Abgasausgangsstromseite des Katalysators durch einen sehr einfachen Aufbau umkehren. Weiterhin benötigt der Katalysator eine große Öffnungsfläche, um die Ein führung des Abgases zu erleichtern. Bei der Vorrichtung kann der Katalysator mit einer großen Öffnungsfläche verwendet werden, ohne daß es schwierig ist, ihn in ein Fahr zeug zu montieren, wie in Fig. 18 und 19 gezeigt. Daneben wird es für den Fall, daß der Katalysator zum Einfangen der Partikel verwendet wird, bei den Schritten 104 und 109 des ersten Flußdiagramms bevorzugt, daß die Partikel Schadstoffe enthalten sind. Das heißt, wenn ein Betrag an emittierten Partikeln groß ist, wird es bevorzugt, daß das Ab gas den Katalysator nicht umgeht.

Fig. 31 zeigt ein drittes Flußdiagramm zum Verhindern der starken Ablagerung der Partikel auf den Katalysator. Das vorliegende Flußdiagramm wird nach einem vor bestimmten Zeitraum wiederholt. Bei Schritt 301 wird es als erstes bestimmt, ob eine momentane Menge an eingespritztem Kraftstoff (TAU) kleiner ist als eine vorbestimmte Menge an eingespritztem Kraftstoff (TAU1). Wenn das Ergebnis negativ ist, ist die Menge an eingespritztem Kraftstoff relativ groß und damit die Temperatur des Abgases relativ hoch. In diesem Augenblick verbleibt der Ventilkörper in einer der beiden Ab sperrpositionen.

Wenn andererseits das Ergebnis bei Schritt 301 positiv ist, ist die Temperatur des Abgases niedrig. Wenn das gesamte Abgas den Katalysator durchläuft, sinkt dement sprechend die Temperatur des Katalysators und sinkt eine Menge an Partikeln, die da von oxidiert und entfernt werden können. Daher lagern sich Partikel leicht auf dem Ka talysator ab. Bei Schritt 302 in dem vorliegenden Flußdiagramm wird eine Menge an vorbei geleitetem Abgas derart berechnet, daß je niedriger die Temperatur des Abgases ist oder je kleiner die Menge des eingespritzten Kraftstoffes ist, desto größer die Menge des Abgases ist, das den Katalysator umgeht bzw. daran vorbei geleitet wird. Bei Schritt 303 wird als nächstes der Öffnungsgrad des Ventilkörpers zwischen einer der beiden Absperrpositionen und der Mittenposition auf der Basis des Betrags an vorbei geleitetem Abgas gesteuert.

Wenn z. B. eine Kraftstoffsenkung durchgeführt wird, um die Temperatur des Abgases sehr niedrig zu machen, wird somit veranlaßt, daß das gesamte Abgas den Ka talysator umgeht, und wenn die Temperatur des Abgases nicht sehr niedrig ist, wird nur ein Teil des Abgases veranlaßt, den Katalysator zu umgehen. Daher wird die Tempera tur des Katalysators relativ hoch gehalten und somit eine Menge an Partikel, die von ihm oxidiert und entfernt werden können, hoch gehalten. Dementsprechend kann die starke Ablagerung der Partikel auf den Katalysator verhindert werden. Wenn bei dem vorliegenden Flußdiagramm das Ergebnis bei Schritt 301 positiv ist, kann natürlich ver anlaßt werden, daß das ganze Abgas den Katalysator umgeht, um eine Erniedrigung der Temperatur des Katalysators sicher zu verhindern. Wenn daneben ein Teil oder das ge samte Abgas den Katalysator umgeht, durchläuft, falls die Kraftstoffzufuhreinheit 74 Kraftstoff zu dem Katalysator zuführt (wenn ein Teil des Abgases den Katalysator um geht, wird der Kraftstoff von der Abgaseingangsstromseite zugeführt), wenig zugeführ ter Kraftstoff den Katalysator und der Kraftstoff verbrennt vorzugsweise unter Verwen dung des auf den Katalysator aufgetragenen Oxidationskatalysemittels. Daher kann die Verbrennungswärme die Temperatur des Katalysators anheben. Somit kann eine Menge an Partikeln, die auf den Katalysator oxidiert und entfernt werden, verbessert werden und die Ablagerung der Partikel auf den Katalysator kann sicher verhindert werden. Nachdem das Abgas den Katalysator umgangen hat, wird der Ventilkörper 71a vor zugsweise zu der gegenüber liegenden Absperrposition umgeschaltet. Falls die Partikel auf den Katalysator sich ablagern, können die abgelagerten Partikel daher vorzugsweise oxidiert und entfernt werden, wie es vorhergehend erwähnt worden ist.

Ferner kann es bei dem vorliegenden Flußdiagramm anstelle der Bestimmung bei Schritt 301 z. B. erfaßt werden, ob der Fahrer das Bremspedal niederdrückt oder das Gaspedal freigibt, wenn das Fahrzeug gestoppt ist. Zu diesem Zeitpunkt besteht ein Motorleerlaufzustand und somit ist die Menge an eingespritztem Kraftstoff sehr klein. Daher kann das gesamte Abgas oder ein Teil davon veranlaßt werden, den Katalysator zu umgehen. Wenn die Temperatur des Abgases niedrig ist, wird kein oder wenig Treib stoff eingespritzt und somit werden auch dann keine Partikel nach außen von dem Ab gassystem emittiert, wenn das Abgas den Katalysator umgeht. Außerdem ist zu diesem Zeitpunkt eine Menge an schädlichen Materialien, wie beispielsweise HC, CO und NO_x, die von dem Motor ausgestoßen werden, klein und somit gelangt keine große Menge dieser Materialien aus dem Abgassystem nach außen.

Somit ist es wirksam, daß bei Bedarf zumindest ein Teil des Abgases veranlaßt wird, den Katalysator nicht zu durchlaufen, sondern ihn zu umgehen. Bei der vorliegen den Vorrichtung zum Reinigen von Abgas wird der Umschaltabschnitt 71 zum Wech seln der Abgaseingangsstromseite und der Abgasausgangsstromseite des Katalysators verwendet, um das Abgas zu veranlassen, den Katalysator zu umgehen. Jedoch kann anstelle eines derartigen Umschaltabschnitts ein anderer einfacher Mechanismus vorge sehen werden, um zumindest einen Teil des Abgases zu veranlassen, den Katalysator zu umgehen, und das Abgas kann unter Verwendung dieses Mechanismus bei Bedarf ver anlaßt werden, den Katalysator zu umgehen.

Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre des Kataly sators fett gemacht wird, d. h., wenn die Sauerstoffkonzentration darin erniedrigt ist, wird ferner zu dieser Zeit aktiver Sauerstoff O von dem Aktivsauer stofffreisetzungsmittel 61 nach außen freigesetzt. Daher werden die abgelagerten Parti kel jene, die durch die große Menge an zu dieser Zeit freigesetztem Aktivsauerstoff leicht oxidiert werden, und können dadurch ohne eine Leuchtflamme oxidiert und ent fernt werden.

Wenn andererseits das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre des Katalysators mager gehalten wird, wird die Oberfläche von Platin Pt mit Sauerstoff bedeckt, d. h., eine Sauerstoffkontamination verursacht. Wenn eine derartige Sauer stoffkontamination verursacht wird, sinkt die Oxidationswirkung von Platin auf NO_x und somit sinkt die Absorbtionseffizienz von NO_x. Daher verringert sich die Menge an von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 freigesetztem Aktivsauerstoff. Wenn je doch das Luft-Kraftstoffverhältnis fett eingestellt wird, wird Sauerstoff auf der Ober fläche von Platin verbraucht und somit die Sauerstoffkontamination verhindert. Wenn demgemäß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wieder von fett auf mager umgestellt wird, wird die Oxidationswirkung auf NO_x stark und somit steigt die Absorptionseffizienz an. Daher erhöht sich die Menge an Aktivsauerstoff, der von dem Aktivsauerstofffreiset zungsmittel 61 freigesetzt wird.

Wenn somit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager gehalten wird, und wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Zeit zu Zeit von mager auf reich verändert wird, wird die Sauerstoffkontamination von Platin Pt zu diesem Zeitpunkt jedesmal verändert und so mit erhöht sich die Menge an freigesetztem Aktivsauerstoff, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis mager ist. Somit kann die Oxidationswirkung der Partikel auf dem Kataly sator 70 gefördert werden.

Ferner bewirkt die Beseitigung der Sauerstoffkontamination, daß das Redukti onsmittel verbrennt und seine Verbrennungswärme die Temperatur des Katalysators anhebt. Daher steigt bei dem Katalysator die Menge an Partikeln, die oxidiert und ent fernt werden können, an und somit werden die abgelagerten Partikel leichter oxidiert und entfernt. Falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar nachdem die Eingangs stromseite und die Ausgangsstromseite des Katalysators durch den Ventilkörper 71a umgeschaltet worden sind, fett eingestellt wird, kann die andere Einfangoberfläche, auf welcher die Partikel nicht verbleiben oder abgelagert werden, die große Menge an Ak tivsauerstoff freisetzen. Somit kann die große Menge an freigesetztem Aktivsauerstoff die abgelagerten Partikel sicherer oxidieren und entfernen. Natürlich kann ungeachtet der Umkehrung des Ventilkörpers 71a das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Zeit zu Zeit fett eingestellt werden. Daher lagern sich die Partikel kaum auf dem Katalysator ab.

Als ein Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf fett, kann z. B. die oben erwähnte Niedrigtemperaturverbrennung durchgeführt werden. Wenn von der Normalverbrennung zu der Niedrigtemperaturverbrennung umgeschaltet wird oder davor, kann die Abgaseingangsstromseite und die Abgasausgangsstromseite des Kataly sators umgekehrt werden. Um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der umgebenden Atmo sphäre fett einzustellen, kann ferner nur das Verbrennungs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett eingestellt werden. Ferner kann zusätzlich zu der Hauptkraftstoffeinspritzung bei dem Kompressionstakt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung Kraftstoff in den Zylinder bei dem Abgastrakt oder dem Expansionstrakt (Nach-Einspritzung) einspritzen oder Kraft stoff in den Zylinder bei dem Ansaugtakt (Vor-Einspritzung) einspritzen. Natürlich kann ein Intervall zwischen der Nach-Einspritzung oder der Vor-Einspritzung und der Hauptkraftstoffeinspritzung nicht vorgesehen werden. Ferner kann Kraftstoff zu dem Abgassystem zugeführt werden und, bei der vorliegenden Ausführungsform, kann die Kraftstoffzufuhr 74 Kraftstoff in die Nähe des Katalysators zuführen. Wie vorhergehend erwähnt, wird die Niedrigtemperaturverbrennung bei der niedrigen Motorlastseite aus geführt und somit wird die Niedrigtemperaturverbrennung oft sofort nach einer Moto rabbremsung, bei der eine Kraftstoffsenkung stattfindet, ausgeführt. Daher wird bei der im dritten Flußdiagramm unmittelbar nachdem der Ventilkörper 71a in die Mittenposi tion gebracht worden ist, häufig die Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt und so mit kann, falls der Ventilkörper zu der gegenüberliegenden Absperrposition umge schaltet worden ist, die abgelagerten Partikel bevorzugt oxidiert und entfernt werden.

Nebenbei gesagt, wenn SO₃ vorhanden ist, bildet Calcium Ca in dem Abgas Cal ciumsulfat CaSO₄ als Asche. Um zu verhindern, daß die Maschen des Katalysators durch das Calciumsulfat CaSO₄ verstopft werden, kann ein Alkalimetall oder ein Alka lierdmetall mit einer Ionisationstendenz, die größer als die von Calcium Ca ist, wie beispielsweise Kalium K als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 verwendet wer den. Daher kombiniert SO₃, daß in das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 diffundiert ist, mit Kalium K, um Kaliumsulfat K₂SO₄ zu bilden, und somit kombiniert Calcium Ca nicht mit SO₃, sondern durchläuft die Trennwände des Katalysators. Dementsprechend werden die Maschen des Katalysators nicht mit Asche verstopft. Somit ist es wün schenswert, als Aktivsauerstofffreisetzungsmittel 61 ein Alkalimetall oder ein Alka lierdmetall zu verwenden, das eine Ionisationstendenz aufweist, die stärker als Calci um Ca ist, beispielsweise Kalium K, Lithium Li, Cäsium Cs, Rubidium Rb, Barium Ba oder Strontium Sr.

Auch wenn lediglich ein Edelmetall wie beispielsweise Platin Pt auf dem Kataly sator aufgetragen ist, kann Aktivsauerstoff von NO₂ oder SO₃, das auf der Oberfläche des Platins gehalten wird, freigesetzt werden. In diesem Fall jedoch verschiebt sich eine Kurve, die die Menge an Partikeln G repräsentiert, die oxidiert und entfernt können, leicht nach rechts verglichen mit der durchgezogenen Linie, die in Fig. 27 gezeigt ist. Ferner kann Cer als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel verwendet werden. Das Cer absorbiert Sauerstoff, wenn die Sauerstoffkonzentration hoch ist (Ce₂O₃ → 2CeO₂) und setzt Aktivsauerstoff frei, wenn die Sauerstoffkonzentration absinkt (2CeO₂ → Ce₂O₃). Um daher die Partikel zu oxidieren und zu entfernen, muß das Luft-Kraftstoff- Verhältnis der umgebenden Atmosphäre des Katalysators in regelmäßigen oder unre gelmäßigen Intervallen fett eingestellt werden. Anstelle von Cer kann als das Aktivsau erstofffreisetzungsmittel Eisen Fe oder Zinn Sn verwendet werden.

Ferner ist es ebenso erlaubt, das NO_x-Absorptionsmittel zum Reinigen von NO_x als das Aktivsauerstofffreisetzungsmittel zu verwenden. In diesem Fall muß das Luft- Kraftstoff-Verhältnis der umgebenden Atmosphäre des Katalysators zumindest tempo rär fett eingestellt werden, um das absorbierte NO_x und SO_x freizusetzen und zu redu zieren. Es wird bevorzugt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis unmittelbar nachdem die Ein gangsstromseite und die Ausgangsstromseite des Katalysators vertauscht worden sind, fett einzustellen.

Fig. 32 zeigt ein viertes Flußdiagramm zum Regenerieren des Katalysators, das anstelle des ersten Flußdiagramms ausgeführt wird. Bei dem vorliegenden Flußdia gramm führt der Motor normalerweise die Normalverbrennung aus. Im folgenden wer den die Unterschiede zwischen dem vorliegenden Flußdiagramm und dem ersten Fluß diagramm erläutert. Wenn es bei Schritt 401 bestimmt worden ist, daß der eingestellte Zeitpunkt zum Regenerieren des Katalysators erreicht ist, geht die Routine zu Schritt 402, und es wird bestimmt, ob die Temperatur (T) des Katalysators größer oder gleich einer vorbestimmten Temperatur (T1) ist. Wenn das Ergebnis negativ ist, geht die Rou tine zu Schritt 403 und es wird bestimmt, ob der augenblickliche Motorbetriebszustand innerhalb eines Bereiches, bei welchem die Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt werden kann. Der Motor, der bei dem ersten Flußdiagramm verwendet wird, schaltet zwischen Niedrigtemperaturverbrennung und Normalverbrennung in Übereinstimmung mit dem Speicherabbild, das in Fig. 11 gezeigt ist. Jedoch kann in dem Bereich (II) des Speicherabbilds, das in Fig. 11 gezeigt ist, die Niedrigtemperaturverbrennung nicht im mer ausgeführt werden. Bei der niedrigeren Motorlastseite des Bereichs (II) kann die Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt werden.

Wenn das Ergebnis bei Schritt 403 positiv ist, geht die Routine zu Schritt 407 und die Niedrigtemperaturverbrennung wird bei einem stöchiometrischen oder fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis, d. h., dem Regenerations-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt. Somit sinkt die Sauerstoffkonzentration der umgebenden Atmosphäre des Katalysators und NO_x wird von dem Katalysator freigesetzt. Auch wenn die Temperatur des Kataly sators niedrig ist, wird durch Verwenden großer Mengen an CO und HC mit einer hohen Aktivierung, die in dem Abgas der Niedrigtemperaturverbrennung enthalten sind, das freigesetzte NO_x bevorzugt reduziert und gereinigt.

Wenn andererseits das Ergebnis bei Schritt 402 positiv ist, d. h., wenn die Tempe ratur des Katalysators relativ hoch ist, geht die Routine zu Schritt 404 und es wird be stimmt, ob eine Menge an schädlichem Material (E), z. B. HC, CO oder NO_x, die durch die Normalverbrennung bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgestoßen wird, größer ist als die vorbestimmte Menge (E1). Wenn das Ergebnis positiv ist, d. h., wenn eine Menge an Schadstoffen in dem Abgas relativ groß ist, geht die Routine zu Schritt 403 und es wird bestimmt, ob der momentane Motorbetriebszustand innerhalb des Be reichs ist, bei welchem die Niedrigtemperaturverbrennung ausgeführt werden kann. Wenn das Ergebnis positiv ist, geht die Routine zu Schritt 407 und die Niedrig temperaturverbrennung wird bei dem Regenerations-Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum Regenerieren des Katalysators ausgeführt.

Wenn andererseits das Ergebnis bei Schritt 404 negativ ist, d. h., wenn eine Men ge an Schadstoffen in dem Abgas relativ gering ist, geht die Routine zu Schritt 405. Bei Schritt 405 wird der Ventilkörper 71a von der Mittenposition zu der Position eingestellt, bei welcher der Ventilkörper leicht in Richtung der einen Absperrposition geschwenkt und somit wird der andere restliche Teil des Abgases veranlaßt, den Katalysator 70 zu umgehen. Da zu diesem Zeitpunkt die Menge an Schadstoffen in dem Abgas klein ist, tritt kein Problem auf. Als nächstes führt die Kraftstoffzufuhreinheit 74 Kraftstoff in die Nähe des Katalysators zu. Der zugeführte Kraftstoff wird durch Verwenden des auf dem Katalysator aufgetragenen Oxidationskatalysemittels oxidiert und Sauerstoff wird be vorzugt verbraucht, da die Temperatur des Katalysators relativ hoch ist, und bewirkt, daß die Sauerstoffkonzentration in der umgebenden Atmosphäre des Katalysators abzu sinkt. Daher wird NO_x von dem Katalysator freigesetzt und das freigesetzte NO_x wird bevorzugt reduziert und gereinigt.

Der zugeführte Kraftstoff wird hauptsächlich verwendet, um das Luft-Kraftstoff- Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre des Katalysators zu dem Regenerations- Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen, wie in dem ersten Flußdiagramm erläutert. Daher ist eine zum Regenerieren des Katalysators erforderliche Menge an Kraftstoff kleiner als die bei der Regeneration unter Verwendung der Niedrigtemperaturverbrennung.

Wenn bei dem vorliegenden Flußdiagramm die Temperatur des Katalysators nied rig ist oder wenn eine Menge an Schadstoffen in dem Abgas der Normalverbrennung relativ groß ist und wenn der momentane Motorbetriebszustand innerhalb eines Be reiches ist, bei welchem die Niedrigtemperaturverbrennung nicht ausgeführt werden kann, wird der Kraftstoff in die Nähe des Katalysators zugeführt, um den Katalysator bei den Schritten 405 und 406 zu regenerieren. Genauer gesagt, wenn in diesem Fall die Menge an Schadstoffen groß ist, kann das Abgas nicht veranlaßt werden, den Katalysa tor zu umgehen. In diesem Fall ist es schwierig, den Kraftstoffverbrauch im Vergleich zum Stand der Technik zu verringern, aber eine derartige Regeneration wird nicht im mer ausgeführt. Die oben erwähnte Regeneration, bei der der Kraftstoffverbrauch ver ringert ist, wird für einen langen Zeitraum ebenso ausgeführt. Gemäß dem vorliegenden Flußdiagramm kann daher der Kraftstoffverbrauch bei der Regeneration des Katalysa tors im Vergleich zum Stand der Technik verringert werden.

Bei der vorliegenden Ausführungsform trägt der Katalysator selbst das Aktivsau erstofffreisetzungsmittel und der von dem Aktivsauerstofffreisetzungsmittel freigesetzte Aktivsauerstoff oxidiert und entfernt die Partikel. Jedoch begrenzt dies nicht die vorlie gende Erfindung. Zum Beispiel kann ein Partikeloxidationsstoff wie Aktivsauerstoff und NO₂ das genauso wie Aktivsauerstoff funktioniert, aus dem Katalysator oder einem darauf aufgetragenen Material freigesetzt werden, oder kann in den Katalysator von außen her einströmen. Für den Fall, daß der Partikeloxidationsstoff von außen in den Katalysator einströmt, können, wenn die erste Einfangobeffläche und die zweite Einfan goberfläche auf der Trennwand abwechselnd zum Einfangen der Partikel verwendet werden, auf einer Einfangoberfläche, die nun auf der Abgasausgangsstromseite liegt, keine Partikel neuerlich auf den restlichen Partikel abgelagert werden und restliche Par tikel allmählich durch den Partikeloxidationsstoff, der von der anderen Einfangoberflä che einströmt, oxidiert und entfernt werden, und somit die restlichen Partikel nach einer gewissen Zeitdauer vollständig entfernt werden. Während dieser Zeitdauer kann die andere Einfangoberfläche die Partikel einfangen und die eingefangenen Partikel werden durch den Partikeloxidationsstoff auf der anderen Einfangsoberfläche oxidiert und ent fernt. Somit können die gleichen Effekte, wie die zuvor erwähnten, erzielt werden. In diesem Fall, wenn die Temperatur des Katalysators ansteigt, steigt natürlich die Tempe ratur der Partikel selbst an, und somit können sie leicht oxidiert und davon entfernt wer den.

Obwohl die Erfindung in bezug auf ihre spezifischen Ausführungsformen be schrieben worden ist, sollte es ersichtlich sein, daß durch den Fachmann zahlreiche Ab wandlungen dazu vorgenommen werden können, ohne von dem Grundkonzept und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung zum Reinigen von Abgas eines Verbrennungsmotors mit:
einem Katalysator, der in dem Abgassystem angeordnet ist, welcher NO_x absor biert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in seiner umgebenden Atmosphäre mager ist und welcher regeneriert wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Regenerations-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das das stöchiometrische oder fette Luft/Kraftstoffstoff-Verhältnis ist;
einer Bypassvorrichtung, um es zumindest einem Teil des Abgases zu ermög lichen, den Katalysator zu umgehen; und
einer Kraftstoffzuführeinrichtung zum Zuführen von Kraftstoff in die Nähe des Katalysators; wobei
der Motor eine Inertgaszuführeinrichtung zum Zuführen eines Inertgases in den Zylinder aufweist, und eine Niedrigtemperaturverbrennung, bei welcher eine Menge an Inertgas in dem Zylinder größer ist als die Grenzmenge eines Inert gases, das die maximale Menge an erzeugtem Ruß verursacht, und eine Normal verbrennung bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchführen kann;
wobei wenn der Katalysator regeneriert wird,
eine erste Regenerationsvorrichtung, bei welcher das Abgas der Niedrigtempera turverbrennung bei dem Regenerations-Luft-Kraftstoff-Verhältnis das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre des Katalysators zu dem Regenerations-Luft-Kraftstoff-Verhältnis macht, und
eine zweite Regenerationsvorrichtung, bei welcher die Bypassvorrichtung zu mindest einen Teil des Abgases veranlaßt, bei der Normalverbrennung den Kata lysator zu umgehen und der durch die Kraftstoffzuführeinrichtung zugeführte Kraftstoff das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der umgebenden Atmosphäre des Ka talysators zu dem Regenerations-Luft-Kraftstoff-Verhältnis macht, ausgewählt werden kann.

2. Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors nach An spruch 1, wobei wenn die Temperatur des Katalysators niedriger ist, oder niedri ger geschätzt wird, als eine vorbestimmte Temperatur, die erste Regenerationsvor richtung zum Regenerieren des Katalysators ausgewählt wird, und wenn die Tem peratur des Katalysators höher ist, oder höher eingeschätzt wird, als die vorbe stimmte Temperatur, die zweite Regenerationsvorrichtung zum Regenerieren des Katalysators ausgewählt wird.

3. Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors nach An spruch 2, wobei auch wenn die Temperatur des Katalysators höher ist, oder höher geschätzt wird, als die vorbestimmte Temperatur, die erste Regenerationsvorrich tung ausgewählt wird, wenn eine Schadstoffmenge, die von dem Zylinder bei der Normalverbrennung ausgestoßen wird, größer ist, oder größer geschätzt wird, als eine vorbestimmte Schadstoffmenge.

4. Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors nach An spruch 2, wobei der Katalysator eine Einfangwand zum Einfangen von Partikeln in dem Abgas aufweist und auch wenn die Temperatur des Katalysators größer ist, oder größer geschätzt wird, als die vorbestimmte Temperatur, die erste Regenera tionsvorrichtung ausgewählt wird, wenn eine Partikelmenge, die aus dem Zylinder bei der Normalverbrennung ausgestoßen wird, größer ist, oder größer geschätzt wird, als eine vorbestimmte Menge an Partikeln.

5. Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors nach An spruch 4, wobei die auf der Einfangwand eingefangenen Partikel oxidiert werden.

6. Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors nach An spruch 5, wobei die Einfangwand ein Aktiv-Sauerstofffreisetzungsmittel trägt, und Aktiv-Sauerstoff, der von dem Aktiv-Sauerstofffreisetzungsmittel freigesetzt worden ist, die auf der Einfangwand eingefangenen Partikel oxidiert.

7. Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors nach An spruch 6, wobei das Aktiv-Sauerstofffreisetzungsmittel Sauerstoff aufnimmt und hält, wenn überschüssiger Sauerstoff in der Umgebung vorhanden ist, und den ge haltenen Sauerstoff als Aktiv-Sauerstoff freigibt, wenn die Sauerstoffkonzentra tion in der Umgebung sinkt.

8. Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Vorrichtung eine Umkehrvorrichtung zum Um kehren der Abgaseingangsstromseite und der Abgasausgangsstromseite des Kata lysators und die Bypassvorrichtung in einstückiger Form aufweist oder die Um kehrvorrichtung und die Bypassvorrichtung getrennt aufweist, wobei die Ein fangwand eine erste Einfangoberfläche und eine zweite Einfangobeffläche auf weist, und die Umkehrvorrichtung die Abgaseingangsstromseite und die Abgas ausgangsstromseite des Katalysators umkehrt bzw. vertauscht, so daß ab wechselnd die erste Einfangoberfläche und die zweite Einfangoberfläche zum Ein fangen der Partikel verwendet wird.