DE60307746T2 - Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen - Google Patents

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Taizou Aki-gun Shoya
Yoshinori Aki-gun Tsushio
Toshitsugu Aki-gun Ueoka
Kouichiro Aki-gun Harada
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Description

  • Die vorliegende Erfindung, betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Dieselmotors, der DPFs (Dieselteilchen- bzw. -partikelfilter) aufweist, die in Abgasdurchtritten angeordnet sind.
  • Betreffend einen Dieselmotor, der ein DPF enthält, das in einem Abgasdurchtritt angeordnet ist, offenbart die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2001-303980, daß, wenn es erforderlich ist, die Menge an in einem DPF gesammelten Ruß zu verringern, die Temperatur des DPF erhöht wird und Ruß dann verbrannt wird. Spezifischer wird ein Kraftstoffeinspritzventil geregelt bzw. gesteuert, um eine Haupteinspritzung von Kraftstoff bei ungefähr dem oberen Totpunkt eines Druckhubs eines Zylinders durchzuführen, und eine Nacheinspritzung des Kraftstoffs wird während des Expansionshubs nach der Haupteinspritzung durchgeführt. Dadurch wird Kraftstoff dem DPF zugeführt. In diesem Fall wird der Kraftstoff oxidiert und Reaktionswärme, die in der Reaktion auftritt, verursacht den DPF Temperaturanstieg, wodurch der Ruß abgefackelt bzw. abgebrannt wird.
  • Die Veröffentlichung beschreibt außerdem, daß vor der Nacheinspritzung die Abgasflußrate bzw. -strömungsgeschwindigkeit verringert wird, um einen Temperaturanstieg von Abgas zu verursachen. Die Veröffentlichung beschreibt weiterhin wie folgt. Wenn die Temperatur des DPF. geringer als das Niveau einer vorbestimmten Temperatur ist, erhöht der Motor die Abgastemperatur, indem die Abgasflußrate verringert wird. Andererseits wird, wenn die Temperatur des DPF das Niveau der vorbestimmten Temperatur erreicht hat, der Kraftstoff durch die Nacheinspritzung zugeführt.
  • Obwohl die Nacheinspritzung wirksam ist, um die DPF Temperatur zu erhöhen, erreicht jedoch der Kraftstoff, der in der Nacheinspritzung eingespritzt wird, das DPF und wird darin abgelagert. In diesem Fall gibt es, wenn die DPF Temperatur ansteigt, eine Möglichkeit, daß zuvor abgelagerter Kraftstoff abrupt verbrannt wird, wodurch eine Rißbildung am DPF auftritt. Insbesondere wird angenommen, daß das verwendete DPF ein monolithisches Honigwaben-Keramikfilter eines Wandflußtyps ist, in welchem Eingänge und Ausgänge von Honigwabenzellen abwechselnd abgedichtet sind. In diesem Fall wird der niedergeschlagene bzw. abgelagerte Kraftstoff abrupt verbrannt, wobei dies abrupte Anstiege beispielsweise des Verbrennungsdrucks und der Temperatur verursacht, wodurch das DPF anfällig für eine Rißbildung gemacht wird.
  • EP 0 170 474 offenbart eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Motors, umfassend ein Dieselteilchenfilter, welches regeneriert wird, indem eine Nacheinspritzung von Kraftstoff während des Expansionshubs oder des Auspuffhubs des Motors durchgeführt wird.
  • JP 07 259 533 offenbart eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Motors, umfassend ein Filter, das einen Katalysator enthält, welches erhitzt wird, indem eine Einspritzung im Expansionshub durchgeführt wird, um die Abgastemperatur zu erhöhen, und welches regeneriert wird, indem eine Einspritzung im Auspuffhub durchgeführt wird, um den Kraftstoff mittels des Katalysators zu verbrennen, wodurch der Ruß verbrannt wird.
  • Es ist das Ziel der Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Motors bereitzustellen, welche ein Teilchenfilter in einer sicheren Art und Weise und innerhalb vieler Betriebszustände des Motors regenerieren kann, ohne Risse des Teilchenfilters zu erzeugen.
  • Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung erfüllt, die die in Anspruch 1 geoffenbarten Merkmale aufweist.
  • Um diese Ziele bzw. Gegenstände zu erreichen, ist die vorliegende Erfindung derart angeordnet, daß, wenn ein Temperaturanstieg eines DPF nicht durch ein Zuführen von Kraftstoff einer Nacheinspritzung implementiert werden kann, selbst während es erforderlich ist, daß Ruß im DPF zu verringern ist, die Nacheinspritzung im Zeitpunkt vorgerückt bzw. vorgestellt wird und dadurch ausgeführt wird.
  • D.h., wenn eine Nacheinspritzung von Kraftstoff ausgeführt wird, nimmt, wie der Zeitpunkt der Nacheinspritzung vorrückt (schneller wird), das Verhältnis von in einem Zylinder verbranntem Kraftstoff zu, und nicht verbrannter Kraftstoff, der aus dem Zylinder auszubringen ist, nimmt ab. Die vorliegende Erfindung ist deshalb derart angeordnet bzw. eingerichtet, daß, wenn die Temperatur des DPF (13) gleich oder geringer als die erste vorbestimmte Temperatur (Tfo) ist, der Nacheinspritzungszeitpunkt vorgerückt bzw. vorgestellt wird, um den Kraftstoff zu verringern, der einem nicht verbrannten Zustand zu dem DPF (13) in Form von nicht verbranntem Kraftstoff zugeführt wird. Die vorliegende Erfindung löst dadurch insofern ein Problem, daß Kraftstoff, der im DPF (13) abgelagert ist, abrupt verbrannt wird und das DPF (13) dadurch Risse bekommt. Zusätzlich wird, wobei der Nacheinspritzungszeitpunkt so vorgerückt ist, der Nach einspritzungskraftstoff, der im Zylinder nach dem oberen Totpunkt im Kompressionshub zu verbrennen ist, vermehrt, und die Abgastemperatur wird dadurch erhöht. Dies ist vorteilhaft, um rasch die Temperatur des DPF (13) auf eine Temperatur anzuheben, die ausreicht, um zu bewirken, daß Ruß verbrannt wird.
  • Wenn die Temperatur des DPF (13) höher als die erste vorbestimmte Temperatur (Tfo) ansteigt, bewirkt eine Verzögerung im Nacheinspritzungszeitpunkt eine Zunahme in der Menge an Nacheinspritzungskraftstoff, der in den Abgasdurchtritt (11) in einem nicht verbrannten Zustand auszutragen ist. Dann wird die Verbrennung des Nacheinspritzungskraftstoffs verwendet, um den im DPF (13) gesammelten Ruß zu verbrennen, wodurch eine Regeneration des DPF (13) (Wiedererlangung der Ruß sammelnden Fähigkeit) implementiert wird. Bei einer hohen Temperatur des DPF (13) wird, selbst wenn der Nacheinspritzungskraftstoff das DPF (13) erreicht, der Kraftstoff rasch verbrannt (im Gegensatz zu dem Fall, wo die Temperatur des DPF (13) niedrig ist, tritt kein Fall auf, in welchem eine große Menge von Nacheinspritzungskraftstoff im DPF (13) abgelagert wird, und der abgelagerte Kraftstoff wird abrupt zu einer Zeit bzw. gleichzeitig verbrannt). Demgemäß gibt es keine Erzeugung eines übermäßigen Verbrennungsdrucks oder keinen abrupten Anstieg in der Temperatur, so daß eine Rißbildung des DPF (13) verhindert werden kann.
  • In diesem Fall kann die vorbestimmte Temperatur (Tfo) entweder auf eine Temperatur, die das DPF (13) veranlaßt, eine Verbrennung von Ruß zu beginnen, oder in die Nähe der Temperatur eingestellt sein. In einem Fall, wo das DPF (13) verwendet wird, das mit keinem Oxidationskatalysator be schichtet ist, kann die vorbestimmte Temperatur (Tfo) auf eine Temperatur beispielsweise um den Bereich von 500 bis 550 °C eingestellt sein. In einem Fall, wo das DPF (13) mit einem Oxidationskatalysator beschichtet ist, kann die vorbestimmte Temperatur (Tfo) auf eine Temperatur niedriger als die oben erwähnte Temperatur eingestellt sein. Der Nacheinspritzungszeitpunkt kann, wenn die Temperatur des DPF (13) gleich oder geringer als die vorbestimmte Temperatur (Tfo) ist, beispielsweise zwischen gleich oder mehr als 30 °CA (Kurbelwinkel) und geringer als 60 °CA ATDC (nach dem oberen Totpunkt im Kompressionshub) sein. Der Nacheinspritzungszeitpunkt kann, wenn die Temperatur des DPF (13) höher als die vorbestimmte Temperatur (Tfo) wird, zwischen gleich oder mehr als 60 °CA und gleich oder weniger als 120 °CA ATDC (vorzugsweise zwischen gleich oder mehr als 80 °CA und gleich oder weniger als 100 °CA) sein.
  • Vorzugsweise führen, wenn die Temperatur des DPF (13) gleich oder geringer als die erste vorbestimmte Temperatur (Tfo) ist, die Einspritz-Regel- bzw. -Steuermittel (20) die Nacheinspritzung so aus, daß eine Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffs in der Verbrennungskammer (4) in einer Zeitperiode von einem Zeitpunkt von 5 Grad vor einem Kurbelwinkel, bei welchem eine Wärmeerzeugungsrate in der Verbrennung des haupteingespritzten Kraftstoffs ungefähr null wird, bis zu einem Zeitpunkt von 10 Grad nach dem Kurbelwinkel beginnt.
  • D.h., sogar in dem Fall, wo es erforderlich ist, daß der im DPF (13) gesammelte Ruß zu verringern ist, wenn die Temperatur des DPF (13) gleich oder geringer als die erste vorbestimmte Temperatur (Tfo) ist, finden Schwierigkeiten beim Entfernen des darin gesammelten Rußes statt. Als solches ist es erforderlich, daß die Menge an Ruß, die aus dem Motor auszubringen ist, so klein wie möglich ist, und es ist auch erforderlich, daß die Ausbringung von nicht verbranntem Kraftstoff verringert wird. In einem derartigen Fall ist deshalb die vorliegende Erfindung angeordnet bzw. ausgelegt, die Nacheinspritzung so auszuführen, daß die Verbrennung des Nacheinspritzungskraftstoffs in der Verbrennungskammer ungefähr bei einem Zeitpunkt beginnt, bei welchem die Wärmeerzeugungsrate in einer Hauptverbrennung (Verbrennung des haupteingespritzten Kraftstoffs) ungefähr null wird.
  • Spezifischer wird ein Rußerzeugungsmechanismus in einem Dieselmotor (1) derart betrachtet, daß primäre Teilchen durch eine thermische Zerlegung eines überreichen Luft-Kraftstoff-Gemischs erzeugt werden, das lokal in einem Zylinder ausgebildet ist bzw. wird, eine Polymerisation und Kondensation davon wiederholt werden, Rußkerne dadurch erzeugt werden und sie wachsen und sich miteinander in einer Hochtemperaturatmosphäre verbinden bzw. zusammenwachsen. Dadurch wird der sogenannte Ruß ausgebildet. Es wird angenommen, daß das wie oben beschriebene Wachstum und die Kondensation sich fortsetzen, bis eine Diffusionsverbrennung des Kraftstoffs dabei ist zu enden, d.h., bis die Wärmeerzeugungsrate ungefähr null wird.
  • Als solches wird, wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Hauptverbrennung ungefähr null geworden ist, eine Verbrennung des Nacheinspritzungskraftstoffs begonnen, und die erneute Verbrennung von Ruß, der in der oben beschriebenen Diffusionsverbrennung erzeugt worden ist, wird beschleunigt, um dadurch das Rußvolumen zu verringern. Zusätzlich verringert die Verbrennung des Nacheinspritzungs kraftstoffs die Austragungsmenge von nicht verbranntem Kraftstoff und erhöht die Abgastemperatur. Die Erfindung ist auch vorteilhaft, um rasch die Temperatur des DPF (13) anzuheben.
  • Weiterhin bevorzugt umfaßt die Motorabgas-Reinigungsvorrichtung bzw. Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Motors weiterhin: Verbrennungsmittel (12), die in einem Abgasdurchtritt (11) angeordnet sind, welcher stromaufwärts von dem DPF (13) positioniert ist, um den durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) zugeführten Kraftstoff zu verbrennen; und Detektionsmittel (14) zum Detektieren eines Zustands betreffend ein hohes/niedriges Niveau in einer Kraftstoffverbrennbarkeit der Verbrennungsmittel (12), wobei, wenn der Zustand betreffend das hohe/niedrige Niveau in der Kraftstoffverbrennbarkeit der Verbrennungsmittel (12), der durch die Detektionsmittel (14) detektiert ist bzw. wird, gleich oder geringer als ein vorbestimmtes Niveau ist, die Einspritz-Regel- bzw. -Steuermittel (20) den Zeitpunkt der Nacheinspritzung steuern bzw. regeln, um weiter als ein Zeitpunkt der Nacheinspritzung vorgerückt bzw. vorgestellt zu werden, wenn der Zustand betreffend das hohe/niedrige Niveau in der Kraftstoffverbrennbarkeit der Verbrennungsmittel (12) höher als das vorbestimmte Niveau ist.
  • Demgemäß wird der Nacheinspritzungskraftstoff in der Position stromaufwärts des DPF (13) verbrannt, und die Abgastemperatur wird dadurch angehoben. Als eine Folge wird die Temperatur des DPF (13) angehoben, um den Ruß zu verbrennen, der im DPF (13) gesammelt ist, wodurch die Regenerierung des DPF (13) (Wiedererlangung der Rußsammelfähigkeit) implementiert wird. Zusätzlich ist es, da vermieden werden kann, daß der Nacheinspritzungskraftstoff durch Zündung verbrannt wird, nachdem der Kraftstoff im DPF (13) abgelagert worden ist, möglich, das DPF (13) am Bersten bzw. Zerspringen zu hindern.
  • Somit wird, wenn die Verbrennungsmittel (12) in dem Zustand sind, wo der Kraftstoff nicht mühelos verbrannt werden kann, der Nacheinspritzungszeitpunkt vorgestellt. Als solches wird eine große Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs daran gehindert, in die Verbrennungsmittel (12) und das DPF (13) in einem nicht verbrannten Zustand zugeführt zu werden. Deshalb kann der Nacheinspritzungskraftstoff am nachteiligen Beeinflussen der Verbrennungsmittel (12) gehindert werden, und das DPF (13) kann am Bersten bzw. Zerspringen aufgrund einer abrupten Verbrennung des im DPF (13) abgelagerten Kraftstoffs gehindert werden. Zusätzlich bewirkt der vorgerückte Nacheinspritzungszeitpunkt, daß die Abgastemperatur ansteigt. Demgemäß kann die Kraftstoffverbrennbarkeit der Verbrennungsmittel (12) rasch gesteigert werden. Weiterhin kann ein Vorteil erhalten werden, in welchem die Temperatur des DPF (13) rasch auf eine Temperatur angehoben werden kann, bei welcher Ruß verbrannt werden kann.
  • Zusätzlich zum Oxidationskatalysator können Kraftstoffzündmittel, wie beispielsweise Glühkerzen, Zündkerzen oder Keramikwärmeakkumulatoren bzw. -sammler als die Verbrennungsmittel (12) verwendet werden.
  • In einem Fall, wo ein Oxidationskatalysator als die Verbrennungsmittel (12) verwendet wird, sind vorzugsweise die Detektionsmittel (14) Oxidationskatalysator-Temperaturdetektionsmittel zum Detektieren eines Werts betreffend die Temperatur des Oxidationskatalysators (12), und die Einspritz-Regel- bzw. -Steuermittel (20) rücken den Zeitpunkt der Nacheinspritzung in einem Fall, wo die Temperatur des Oxidationskatalysators (12) gleich oder geringer als eine zweite vorbestimmte Temperatur (Tco) ist, in Übereinstimmung mit einem detektierten Wert der Oxidationskatalysator-Temperaturdetektionsmittel (14) vor.
  • In diesem Fall wird der Nacheinspritzungskraftstoff durch den Oxidationskatalysator (12) oxidiert, die Abgastemperatur wird durch Reaktionswärme bei bzw. in der Oxidation angehoben, und die Temperatur des DPF (13) wird dadurch angehoben. Jedoch wird in dem Fall, wo die Temperatur des Oxidationskatalysators (12) niedrig ist, d.h., in dem Fall, wo der Oxidationskatalysator (12) noch nicht eine Temperatur aufweist, die ausreichend ist, um die ausreichende Aktivierung zu zeigen, und der Nacheinspritzungskraftstoff nicht verbrannt werden kann, selbst wenn die Nacheinspritzung ausgeführt wird, der nacheingespritzte Kraftstoff dem DPF (13) zugeführt, ohne oxidiert zu sein, und es gibt dort eine Möglichkeit, daß der Kraftstoff anschließend durch Zündung im DPF (13) verbrannt wird, wodurch ein Bersten bzw. Reißen des DPF (13) auftritt. Somit ist die vorliegende Erfindung derart angeordnet, daß der Nacheinspritzungszeitpunkt vorgerückt wird, wenn die Temperatur des Oxidationskatalysators (12) gleich oder geringer als die vorbestimmte Temperatur (Tco) ist.
  • Weiterhin bevorzugt steuern bzw. regeln in dem Fall, wo die Temperatur des Oxidationskatalysators (12) höher als die zweite vorbestimmte Temperatur (Tco) ist, wenn die Temperatur des DPF (13) gleich oder geringer als die erste vorbestimmte Temperatur (Tfo) ist, die Einspritz-Regel- bzw. -Steuermittel (20) eine Menge der Nacheinspritzung pro vorbestimmter Zeit, um verringert zu werden, um kleiner als in dem Fall zu sein, wo die Temperatur des DPF (13) höher als die erste vorbestimmte Temperatur (Tfo) ist.
  • Demgemäß kann, wenn sich der Oxidationskatalysator (12) in einen aktivierten Zustand verwandelt, der ausreichend ist, um den Nacheinspritzungskraftstoff zu verbrennen, die katalytische Reaktion durch ein Zuführen einer verringerten Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs beschleunigt werden, und die Reaktionswärme kann verwendet werden, um rasch die Temperatur des DPF (13) auf eine Temperatur anzuheben, die ausreichend ist, um den Ruß zu verbrennen. Nachdem die Temperatur des DPF (13) angehoben worden ist, wird die Menge des Nacheinspritzungskraftstoffs erhöht, um den Nacheinspritzungskraftstoff auch dem DPF (13) zuzuführen, um verbrannt zu werden, wodurch ermöglicht wird, daß Ruß rasch entfernt wird.
  • Der Fall eines Verringerns der Menge der Nacheinspritzung pro vorbestimmter Zeit beinhaltet: einen Fall, wo die Menge einer Nacheinspritzung in einen Zylinder beispielsweise eines Mehrzylindermotors verringert wird; und einen Fall, wo die Anzahl von Zylindern, in welche die Nacheinspritzung nach der Haupteinspritzung ausgeführt wird, verringert ist bzw. wird, ohne die Menge der einen Nacheinspritzung zu ändern.
  • Weiterhin wird vorzugsweise, wenn ein Zustand betreffend ein hohes/niedriges Niveau von Kraftstoffverbrennbarkeit der Verbrennungsmittel (12) gleich oder geringer als ein vorbestimmtes Niveau ist, der Zeitpunkt der Nacheinspritzung weiter als in dem Fall vorgerückt, wo der Zustand höher als das vorbestimmte Niveau ist. In diesem Fall führen, wenn der Zustand betreffend das hohe/niedrige Niveau in einer Kraftstoffverbrennbarkeit der Verbrennungsmittel (12) gleich oder geringer als das vorbestimmte Niveau ist, die Einspritz-Regel- bzw. -Steuermittel (20) die Nacheinspritzung so aus, daß eine Verbrennung des nacheingespritzten Kraftstoffs in der Verbrennungskammer (4) in einer Zeitperiode von einem Zeitpunkt von 5 Grad vor einem Kurbelwinkel, bei welchem eine Wärmeerzeugungsrate in der Verbrennung des haupteingespritzten Kraftstoffs ungefähr null wird, bis zu einem Zeitpunkt von 10 Grad nach dem Kurbelwinkel beginnt.
  • Demgemäß wird, wenn die Verbrennungsmittel (12) in einem Zustand sind, wo Kraftstoff nicht leicht verbrannt werden kann, eine Verbrennung des Nacheinspritzungskraftstoffs ungefähr zu einem Zeitpunkt begonnen, wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Hauptverbrennung ungefähr null wird. Dadurch wird eine erneute Verbrennung von Ruß, der in einer Diffusionsverbrennung des Haupteinspritzungskraftstoffs auftritt, beschleunigt, und die Menge des Rußes kann verringert werden. Weiterhin kann die Ausbringmenge von nicht verbranntem Kraftstoff verringert werden und die Abgastemperatur wird dadurch angehoben. Dementsprechend kann die Temperatur des DPF (13) rasch angehoben werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Gesamtkonfigurationsansicht einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Dieselmotors.
  • 2 ist ein Flußdiagramm einer Kraftstoffeinspritzungsregelung- bzw. -steuerung.
  • 3 ist eine Zeittafel der Kraftstoffeinspritzung und Raten einer Wärmeerzeugung.
  • 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Nacheinspritzungszeitpunkt und einer Rußausbringmenge zeigt.
  • 5 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Nacheinspritzungszeitpunkt und einer Abgastemperatur zeigt.
  • 6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem Nacheinspritzungszeitpunkt und einer HC Austragsmenge zeigt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Hernach wird eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gegeben.
  • 1 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welcher Bezugszeichen 1 einen Dieselmotor bezeichnet, der mit einem Fahrzeug ausgestattet ist. Der Dieselmotor 1 enthält eine Mehrzahl von Zylindern 2, 2, ... (von welchen nur einer gezeigt ist). Ein Kolben 3 ist in jeden Zylinder 2 eingesetzt, um hin- und her bewegbar zu sein, in welchem der Kolben 3 und ein Zylinderkopf unterteilend eine Verbrennungskammer 4 im Zylinder 2 ausbilden. Eine Einspritzeinrichtung 5 (Kraftstoffeinspritzventil) ist in einem Deckenabschnitt der Verbrennungskammer 4 angeordnet, in welcher Kraftstoff unter hohem Druck direkt von einem Düsenloch, das an einem Endabschnitt der Einspritzeinrichtung 5 ausgebildet ist, zur Verbrennungskammer 4 eingespritzt wird.
  • Ein Lufteinlaßdurchtritt 6 zum Zuführen von Luft (aufgefrischter Luft) ist mit der Verbrennungskammer 4 jedes Zy linders 2 verbunden. Ein Gebläse 8 und ein Zwischenkühler 9 sind im Lufteinlaßdurchtritt 6 vorgesehen bzw. bereitgestellt. Das Gebläse 8 wird durch eine unten beschriebene Turbine 7 angetrieben, um Ansauggas zu komprimieren, das durch das Gebläse 8 komprimiert wird, und liefert das Gas in die Verbrennungskammer 4. Der Zwischenkühler 9 kühlt das Ansauggas, das durch das Gebläse 8 komprimiert wird.
  • Zusätzlich ist die Verbrennungskammer 4 des Zylinders 2 mit einem Abgasdurchtritt 11 verbunden, der Verbrennungsgas (Abgas) emittiert. Im Abgasdurchtritt 11 sind die Turbine 7, welche durch den Abgasfluß bzw. -strom gedreht wird, ein Oxidationskatalysator 12 und ein Dieselteilchenfilter 13 ("DPF") in der Reihenfolge von der stromaufwärtigen zur stromabwärtigen Seite angeordnet. Die Turbine 7 und das Gebläse 8 bilden zusammen einen Turbolader.
  • Der Oxidationskatalysator 12 wirkt bzw. dient zur Oxidation von HC (nicht verbrannte Kraftstoffkomponente) und CO im Abgas. Der Oxidationskatalysator 12 wird ausgebildet, indem ein Katalysator auf Edelmetallbasis (beispielsweise Pt und Pd sind auf γ-Tonerde getragen) auf einen honigwabenartigen Cordieritträger beschichtet wird, in welchem alle Zellen des Trägers zwei Enden aufweisen, die offen gehalten sind. Das DPF 13 ist von einem honigwabenartigen Wandflußtyp aus Cordierit, in welchem Endoberflächen der jeweiligen Zellen, die das Filter bilden, abwechselnd abgedichtet sind. Zusätzlich ist der Oxidationskatalysator auf das DPF 13 beschichtet. Es wird erwähnt, daß der Träger des Oxidationskatalysators 12 und das DPF 13 beispielsweise unter Verwendung einer Kieselerde bzw. Siliziumdioxid oder anorganischem porösem Material statt des Cordieritmaterials ausgebildet werden können.
  • Ein Temperatursensor 14 ist am Oxidationskatalysator 12 vorgesehen bzw. zur Verfügung gestellt, um die Temperatur davon zu detektieren. Weiterhin sind Abgasdrucksensoren 15 und 16 an der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite des DPF 13 vorgesehen. Zusätzlich ist ein Temperatursensor 19 am DPF 13 vorgesehen, um die Temperatur davon zu detektieren.
  • Ein stromaufwärtiges Ende eines Abgasrückführungsdurchtritts 17 (nachfolgend als ein "EGR Durchtritt" bezeichnet) ist mit einem Abschnitt des Abgasdurchtritts 11 verbunden, wobei der Abschnitt weiter stromaufwärts von der Turbine 7 positioniert ist. Ein stromabwärtiges Ende des EGR Durchtritts 17 ist mit dem Luftansaug- bzw. -einlaßdurchtritt 6 verbunden, welcher stromabwärts des Zwischenkühlers 9 positioniert ist. In dieser Konfiguration wird Abgas teilweise zum Lufteinlaßdurchtritt 6 rückgeführt. Außerdem ist ein Abgasrückführungsmengen-Einstellventil 18 (nachfolgend als ein "EGR Ventil" bezeichnet) im EGR Durchtritt 17 vorgesehen.
  • Die Einspritzeinrichtung 5 und das EGR Ventil 18 arbeiten in Antwort auf ein Regel- bzw. Steuersignal, das von einer elektronischen Regel- bzw. Steuereinheit 20 (nachfolgend als eine "ECU" bezeichnet) übertragen wird. Die ECU 20 empfängt Ausgangs- bzw. Ausgabesignale von verschiedenen Vorrichtungen, wie beispielsweise den Temperatursensoren 14 und 19, den Abgasdrucksensoren 15 und 16, einem Kurbelwinkelsensor zum Detektieren des Rotationswinkels einer Kurbelwelle, einem Motorwassertemperatursensor zum Detektieren der Kühlwassertemperatur, einem Einlaßdrucksensor zum Detektieren des Druckzustands der Einlaßluft, einem Luftstromsensor zum Detektieren einer Motoreinlaßluftmenge, einem Beschleunigungsvorrichtungs-Öffnungssensor zum Detektieren des Gaspedal-Niederdrückausmaßes (Grad der Beschleunigungsvorrichtungsöffnung).
  • (Kraftstoffeinspritz-Regel- bzw. -Steuereinrichtung)
  • Eine Beschreibung einer Prozedur bzw. eines Verfahrens einer Kraftstoffeinspritzregelung bzw. -steuerung (Regelung bzw. Steuerung für die Einspritzeinrichtung 5) durch die ECU 20 unter Bezugnahme auf ein Flußdiagramm, das in 2 gezeigt ist, wird gegeben. Nach dem Start in Schritt S1 werden Signale oder dgl. von beispielsweise dem Kurbelwinkelsensor, dem Motorwassertemperatursensor, dem Einlaß- bzw. Ansaugdrucksensor, dem Luftstromsensor, dem Beschleunigungsvorrichtungs-Öffnungssensor, dem Temperatursensor 14 und 19, den Abgasdrucksensoren 15 und 16 (Dateneingabe) eingegeben. Anschließend wird in Schritt S2 ein Zieldrehmoment Tr des Motors 1 in Übereinstimmung mit einer Drehmomentkarte eingestellt, die in Übereinstimmung mit der Motordrehzahl bzw. -geschwindigkeit und dem Grad der Beschleunigungsvorrichtungsöffnung voreingestellt ist. Die Motordrehzahl wird von einem Kurbelwinkelsignal erhalten und die Drehmomentkarte ist bzw. wird elektronisch gespeichert. Das Zieldrehmoment Tr wird bestimmt, um höher zu sein, wenn der Grad der Beschleunigungsvorrichtungsöffnung zunimmt oder die Motordrehzahl zunimmt.
  • Anschließend wird in Schritt S3, in Übereinstimmung mit dem Zieldrehmoment Tr und der Motordrehzahl, eine Haupteinspritzungsmenge Qm eingestellt, und ein Haupteinspritzungszeitpunkt Im wird eingestellt. Die Haupteinspritzungsmenge Qm und der Haupteinspritzungszeitpunkt Im werden in Über einstimmung mit individuellen Karten eingestellt bzw. festgelegt, die voreingestellt und elektronisch gespeichert sind. Die Haupteinspritzungsmenge Qm wird bestimmt, um höher zu sein, wenn das Zieldrehmoment Tr zunimmt oder die Motordrehzahl zunimmt. Der Haupteinspritzungszeitpunkt Im wird in der Erwägung bestimmt, daß die Kraftstoffnebelzündungs-Verzögerungszeit abweichend ist, wenn ein Faktor, wie beispielsweise Motorwassertemperatur oder Motordrehzahl abweichend bzw. unterschiedlich ist.
  • Anschließend wird in Schritt S4 bestimmt, ob ein Zustand bzw. eine Bedingung einer Regenerierung des DPF 13 erfüllt ist. Spezifisch wird bestimmt, ob der im DPF 13 gesammelte Ruß reduziert bzw. verringert werden muß. Der Zustand bzw. die Bedingung ist erfüllt, wenn der Unterschied zwischen den Abgasdrücken an der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des DPF 13 gleich oder mehr als ein vorbestimmter Wert gemäß den Abgasdrucksensoren 15 und 16 ist, und gleichzeitig die Motorlast gleich oder mehr als ein vorbestimmter Wert ist (oder die Motordrehzahl gleich oder mehr als ein vorbestimmter Wert ist).
  • Wenn der Differenzdruck gleich oder mehr als der vorbestimmte Wert ist, wird der Wandfluß des Abgases verschlechtert. Spezifisch repräsentiert die Verschlechterung des Abgasflusses die Zunahme in der Menge an Ruß, der im DPF 13 gesammelt ist, so daß der Ruß verbrannt werden muß. Der Motorbetriebszustand wird als die Bedingung einer Regenerierung aus dem Grund verwendet, daß, außer die Abgastemperatur andernfalls bis zu einem gewissen Grad hoch ist, Ruß im DPF 13 nicht effizient bzw. wirksam verbrennt. Derart wird das DPF 13 nicht in einem Leerlaufbetriebsmodus des Motors regeneriert.
  • Im anschließenden Schritt S5 werden eine Temperatur Tc des Oxidationskatalysators 12 und eine Temperatur Tf des DPF 13 in Übereinstimmung mit Ausgaben der Temperatursensoren 14 und 19 detektiert. In diesem Fall können die Katalysatortemperatur Tc und die DPF Temperatur Tf vom Motorbetriebszustand abgeschätzt werden. Anschließend wird in Schritt S6 bestimmt, ob die Temperatur Tc des Oxidationskatalysators 12 höher als eine zweite vorbestimmte Temperatur Tco ist. Die zweite vorbestimmte Temperatur Tco ist bzw. wird in Übereinstimmung mit einer Temperatur (beispielsweise ungefähr 200 °C) eingestellt, bei der der Oxidationskatalysator 12 eine relativ hohe Aktivität zeigt.
  • In Schritt S6 schreitet, wenn die Katalysatortemperatur Tc höher als die zweite vorbestimmte Temperatur Tco bestimmt wird, der Prozeß zu Schritt S7 fort und es wird bestimmt, ob die DPF Temperatur Tf höher als eine erste vorbestimmte Temperatur Tfo ist. Die erste vorbestimmte Temperatur Tfo ist eine Temperatur, bei welcher der Nacheinspritzungskraftstoff durch das DPF 13 verbrannt wird, wodurch eine Verbrennung und Entfernung des Rußes ermöglicht wird. D.h., die erste vorbestimmte Temperatur Tfo entspricht der Regenerierungstemperatur. In diesem Fall ist die Beziehung der Temperaturen "Tfo > Tco".
  • In Schritt S7 schreitet, wenn für die DPF Temperatur Tf bestimmt wird, höher als die erste vorbestimmte Temperatur Tfo zu sein, der Prozeß zu Schritt S8 fort. In Schritt S8 wird eine Nacheinspritzungskraftstoffmenge Qp auf Qp1 eingestellt bzw. ein Nacheinspritzungszeitpunkt Ip auf Ip1 eingestellt. Die Nacheinspritzung wird durchgeführt, um nicht verbranntes HC (Kraftstoff) zu dem Oxidationska talysator 12 für eine Oxidation davon zuzuführen und um die Reaktionswärme zu erhalten, um die Temperatur des DPF 13 anzuheben. Weiterhin wird diese Nacheinspritzung durchgeführt, um zu bewirken, daß der Kraftstoff das DPF 13 durch den Oxidationskatalysator 12 erreicht und darin verbrennt, wodurch der Ruß daraus entfernt wird.
  • Demgemäß ist bzw. wird der Nacheinspritzungszeitpunkt Ip1 auf 60 bis 120 °CA (vorzugsweise 80 bis 100 °CA) nach einem oberen Totpunkt in einem Kompressions- bzw. Verdichtungshub eingestellt, so daß Nacheinspritzungskraftstoff nicht in der Verbrennungskammer verbrannt wird.
  • Anschließend wird in Schritt S9 eine Haupteinspritzung von Kraftstoff in Übereinstimmung mit der Haupteinspritzungsmenge Qm und dem Haupteinspritzungszeitpunkt Im ausgeführt, die in Schritt S3 eingestellt worden sind. Weiterhin wird eine Nacheinspritzung von Kraftstoff in Übereinstimmung mit der Nacheinspritzungsmenge Qp1 und dem Nacheinspritzungszeitpunkt Ip1 ausgeführt, die in Schritt S8 eingestellt worden sind. Die Nacheinspritzung wird nicht anschließend bzw. nachfolgend ausgeführt, wenn die Nacheinspritzung nach vier Haupteinspritzungen in Serie ausgeführt worden ist. D.h., die Nacheinspritzungen werden intermittierend bei einer Nicht-Ausführung jedesmal für vier Serienausführungen ausgeführt. Selbstverständlich kann die Anordnung derart gemacht werden, daß die Nacheinspritzung immer nach der Haupteinspritzung ausgeführt wird; d.h., die Nacheinspritzung wird zu jeder Zeit in bezug auf den Zylinder ausgeführt.
  • In Schritt S7 schreitet, wenn für die DPF Temperatur Tf bestimmt wird, gleich oder geringer als die erste vorbe stimmte Temperatur Tfo zu sein, der Prozeß bzw. das Verfahren zu Schritt S10 fort. In Schritt S10 ist bzw. wird die Nacheinspritzungskraftstoffmenge Qp auf Qp2 eingestellt bzw. der Nacheinspritzungszeitpunkt Ip ist bzw. wird auf Ip2 eingestellt. Dann schreitet der Prozeß zu Schritt S9 fort. Da die Temperatur von DPF 13 noch nicht die Regenerationstemperatur erreicht hat, wird die Nacheinspritzung in diesem Fall durchgeführt, um nicht verbranntes HC (Kraftstoff) zu dem Oxidationskatalysator 12 für eine Oxidation zuzuführen. Weiterhin verwendet die Nacheinspritzung Reaktionswärme der Oxidation, um rasch die Temperatur des DPF 13 auf die Regenerationstemperatur anzuheben. In diesem Fall ist die Nacheinspritzungsmenge Qp2 kleiner eingestellt als der Nacheinspritzungszeitpunkt Qp1, der in Schritt S8 eingestellt ist. Gleichzeitig wird der Nacheinspritzungszeitpunkt Ip2 auf den gleichen Wert wie jener des Nacheinspritzungszeitpunkts Ip1 eingestellt, der in Schritt S8 eingestellt ist, oder wird auf einen Wert nahe dem Wert des Nacheinspritzungszeitpunkts Ip1 eingestellt, der in Schritt S8 eingestellt wird.
  • In Schritt S6 schreitet, wenn für die Temperatur Tc des Oxidationskatalysators 12 bestimmt wird, gleich oder geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur Tco zu sein, der Prozeß zu Schritt S11 fort. In Schritt S11 wird die Nacheinspritzungskraftstoffmenge Qp auf Qp3 eingestellt bzw. wird der Nacheinspritzungszeitpunkt Ip auf Ip3 eingestellt. Dann schreitet der Prozeß zu Schritt S9 fort. Die Nacheinspritzung wird in diesem Fall für Zwecke durchgeführt, daß, während die Mengen an Rußaustrag aus dem Motor und die Menge an HC Austrag davon verringert sind bzw. werden, die Abgastemperatur angehoben wird, so daß die Temperatur des Oxidationskatalysators 12 rasch auf die zweite vorbestimmte Temperatur Tco angehoben wird. In diesem Fall wird die Nacheinspritzungsmenge Qp3 kleiner als die Nacheinspritzungsmenge Qp2 eingestellt, die in Schritt S11 eingestellt worden ist. Gleichzeitig wird der Nacheinspritzungszeitpunkt Ip3 weiter vorgerückt als der Nacheinspritzungszeitpunkt Ip1, der in Schritt S8 eingestellt wird. Spezifischer wird der Nacheinspritzungszeitpunkt Ip3 eingestellt, um zu bewirken, daß eine Verbrennung des Nacheinspritzungskraftstoffs ungefähr zu einem Zeitpunkt beginnt, wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Hauptverbrennung (oben beschriebene Verbrennung des Haupteinspritzungskraftstoffs) ungefähr null wird (während einer Zeitperiode von einem Zeitpunkt von 5 Grad vor einem Kurbelwinkel, bei welchem die Wärmeerzeugungsrate in der Haupteinspritzung ungefähr null wird, bis zu einem Zeitpunkt von 10 Grad nach dem Kurbelwinkel).
  • In Schritt S4 wird, wenn für den Zustand einer Regenerierung des DPF 13 bestimmt wird, nicht erfüllt zu sein, eine Haupteinspritzung von Kraftstoff in Übereinstimmung mit der Haupteinspritzungsmenge Qm und dem Haupteinspritzungszeitpunkt Im ausgeführt, die in Schritt S3 (Schritte S4→S9) eingestellt worden sind.
  • Der Zeitpunkt, wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Hauptverbrennung im wesentlichen null geworden ist, ist variabel abhängig von beispielsweise dem Haupteinspritzungsbeginnzeitpunkt, der Haupteinspritzungsmenge, der Art einer Einspritzung (ob der Kraftstoff gesammelt bzw. gemeinsam eingespritzt wird oder unterteilt eingespritzt wird), und dem letzten Einspritzungszeitpunkt in der unterteilten Einspritzung. Außerdem tritt, selbst wenn die erste Nacheinspritzung ausgeführt wird, eine Zündung nicht augenblick lich auf, sondern tritt mit einer Verzögerung auf. Weiterhin findet eine Antriebsverzögerung für eine Zeit statt, bevor die Einspritzeinrichtung 5 tatsächlich öffnet, nachdem ein Antriebssignal dafür ausgegeben worden ist.
  • Als solches wird der Nacheinspritzungszeitpunkt auf eine derartige Art und Weise, wie beschrieben, bestimmt. Experimente wurden durchgeführt, um vorbereitend Zeitpunkte zu erhalten, wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Hauptverbrennung im wesentlichen null in einzelnen Motorbetriebsmoden wurde, und zusätzlich dazu werden die Zündungsverzögerung und die Antriebsverzögerung in Betracht gezogen. Dann wurden Nacheinspritzungszeitpunkte jeweils so bestimmt, daß eine Verbrennung des Nacheinspritzungskraftstoffs beginnt, wenn die Wärmeerzeugungsrate gleich oder geringer als ein vorbestimmter Wert wurde, oder zu dem Zeitpunkt, wenn die Wärmeerzeugungsrate im wesentlichen null wurde, oder innerhalb einer vorbestimmten Zeitperiode nahe dem Zeitpunkt. Daten der so bestimmten Zeitpunkte können in einer Karte eingetragen werden und entsprechend den Motorbetriebsmoden elektronisch gespeichert werden, wodurch der Einspritzungszeitpunkt entsprechend dem Motorbetriebsmodus in Übereinstimmung mit den in der Karte eingetragenen Daten eingestellt bzw. festgelegt werden kann.
  • Der Zeitpunkt, wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Hauptverbrennung im wesentlichen null wird, kann auf die folgende Art und Weise erhalten werden. Druckdaten innerhalb des Zylinders in Einheiten jedes Kurbelwinkels in jeder der Motorbetriebsmoden können erhalten werden, indem Versuche durchgeführt werden, die Wärmeerzeugungsrate wird thermodynamisch in Übereinstimmung mit den Druckdaten berechnet, und das Ergebnis wird in der Form eines Graphen repräsentiert bzw. dargestellt.
  • Die so erhaltene Wärmeerzeugungsrate ist bzw. wird in 3 illustriert. Wie in der Figur gezeigt, wird nach einem Beginnen der Haupteinspritzung des Kraftstoffs eine Zündungsverbrennung begonnen, wobei eine Zündungsverzögerungszeit τm verstrichen ist, und nachdem die Wärmeerzeugungsrate einen großen Wert in einer positiven Richtung anzeigt, wird die Wärmeerzeugungsrate null (0) in Übereinstimmung mit dem Abschluß der Diffusionsverbrennung. Als solches wird der Nacheinspritzungszeitpunkt auf der Basis eines Zeitpunkts t1 (Zeitpunkt) erhalten, wenn die Rate einer Wärmeerzeugung ungefähr null wird. In 3 ist ein Betriebsmodus mittlerer Drehzahl/mittlerer Last des Motors gezeigt (Motordrehzahl Ne: 2000 U/min, mittlerer wirksamer bzw. effektiver Druck Pe: 0,57 MPa).
  • Eine Zündungsverzögerung τf des Nacheinspritzungskraftstoffs ist variabel abhängig beispielsweise von der Motorverlagerung bzw. -verdrängung und dem Kraftstoffeinspritzdruck. Jedoch ist in einem Motor in einer Klasse mit einer Verdrängung bzw. einem Volumen von 1 bis 3 1, die Zündungsverzögerung τf in einem Bereich von 0,4 bis 0,7 ms, wenn der Kraftstoffeinspritzdruck in einem Bereich von 50 bis 200 MPa ist.
  • Gemäß den Experimenten bzw. Versuchen wurde in dem Betriebsmodus mittlerer Drehzahl/mittlerer Last, wenn der Nacheinspritzungszeitpunkt bei einem 35 °CA (Kurbelwinkel) ATDC war, der Nacheinspritzungskraftstoff zu dem Zeitpunkt zündungsverbrannt, wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Hauptverbrennung ungefähr null wurde. Die Zündungsverzö gerung τf des Nacheinspritzungskraftstoffs ist ungefähr 0,5 ms.
  • Die Konfiguration kann angeordnet sein, um einen Verbrennungszustand bestimmende Mittel zu umfassen, die den Zustand der oben beschriebenen Diffusionsverbrennung in Übereinstimmung mit einem Signal bestimmen, wie beispielsweise einem Detektionssignal eines Temperatursensors zum Detektieren der Temperatur in der Verbrennungskammer 4, einem Detektionssignal eines Verbrennungslichtsensors, oder einem Detektionssignal eines Sensors, der die Mengen von beispielsweise Wasserstoff und Kohlenwasserstoff detektiert, die in der Verbrennungskammer 4 vorhanden sind und unter Vorspannung stehende elektrische Ladungen und hohe Reaktivität bzw. Reaktionsfähigkeit aufweisen. In den einen Verbrennungszustand bestimmenden Mitteln wird eine Bestimmung gemacht, ob beispielsweise nach einer Haupteinspritzung die Temperatur niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, Verbrennungslicht nicht emittiert wird, oder die Mengen an Wasserstoff, Kohlenwasserstoff und dgl. abrupt verringert werden. Dadurch wird ein Zeitpunkt erhalten, wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Hauptverbrennung im wesentlichen null geworden ist, und der Nacheinspritzungszeitpunkt für einen anschließenden Verbrennungszyklus wird in Übereinstimmung mit dem erhaltenen Zeitpunkt eingestellt. Weiterhin kann die Anordnung derart gemacht werden, daß ein differentieller bzw. Differenzwert eines Werts, der durch ein Subtrahieren einer adiabatischen Expansionstemperatur von einer Innenzylindertemperatur erhalten wird, die durch einen Temperatursensor detektiert wird, ermittelt bzw. gefunden wird und ein Zeitpunkt detektiert wird, wenn der Differenzwert null wird von einem Minuswert, wodurch ein Zeitpunkt bestimmt wird, wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Diffusionsverbrennung null wird.
  • Somit wird, wenn der Zustand einer Regeneration des DPF 13 nicht erfüllt ist (die Menge an gesammeltem Ruß noch klein ist oder die Motorlast geringer als ein vorbestimmter Wert ist (oder die Motordrehzahl geringer als ein vorbestimmter Wert ist)), nur die Haupteinspritzung des Kraftstoffs entsprechend einem geforderten Motorbetriebsmodus ausgeführt. Wenn jedoch die Bedingung einer Regeneration des DPF 13 erfüllt ist, wird die Nacheinspritzung des Kraftstoffs ausgeführt.
  • Jedoch wird, selbst wenn die Bedingung einer Regeneration des DPF 13 erfüllt ist, wenn die Temperatur des Oxidationskatalysators 12 niedrig ist (d.h., wenn Tc ≤ Tco), die Nacheinspritzungsmenge Qp des Kraftstoffs verringert (Qp ← Qp3). Gleichzeitig wird der Nacheinspritzungszeitpunkt eingestellt, um zu bewirken, daß die Verbrennung des Nacheinspritzungskraftstoffs etwa zu einem Zeitpunkt beginnt, wenn die Wärmeerzeugungsrate in der Hauptverbrennung ungefähr null wird (Ip ← Ip3).
  • Demgemäß wird der Nacheinspritzungskraftstoff im Zylinder verbrannt, ohne den Oxidationskatalysator 12 oder das DPF 13 in einem nicht verbrannten Zustand zu erreichen und sich abzulagern. Deshalb gibt es keine Nachteile dahingehend, daß der Oxidationskatalysator 12 aufgrund eines übermäßigen Temperaturanstiegs verschlechtert wird, der durch ein Verbrennen des abgelagerten Kraftstoffs verursacht ist, und das DPF 13 eine Temperatur aufweist, die abrupt durch ein Verbrennen des abgelagerten Kraftstoffs angehoben wird, oder einen übermäßig hohen Verbrennungsdruck empfängt. Des halb kann das DPF 13 von einer Schädigung abgehalten werden.
  • Demgemäß wird Ruß, der durch eine Diffusionsverbrennung des Haupteinspritzungskraftstoffs verursacht ist bzw. wird, nochmals im Zylinder bei einer Zufuhr von Nacheinspritzungskraftstoff verbrannt, wobei folglich die Rußaustragsmenge verringert wird. Zusätzlich wird, da der Nacheinspritzungskraftstoff im Zylinder verbrannt wird, die HC Austragsmenge verringert. Weiterhin verursacht die Verbrennung des Nacheinspritzungskraftstoffs einen Anstieg in der Abgastemperatur, wodurch beschleunigte Temperaturanstiege des Oxidationskatalysators 12 und des DPF 13 implementiert werden.
  • D.h., in dem Betriebsmodus mittlerer Drehzahl/mittlerer Last des Motors (Motordrehzahl Ne: 2000 U/min, mittlerer effektiver Druck Pe: 0,57 MPa), wurden Experimente durchgeführt, um Rußaustragsmengen zu messen, indem der Nacheinspritzungszeitpunkt für den Kraftstoff auf verschiedene Weise geändert wurde. Die Nacheinspritzungsmenge war auf ein Sechstel der Haupteinspritzungsmenge eingestellt. Bei der Messung wurde der EGR Prozentsatz eingestellt, um zu bewirken, daß eine NOx Austragsmenge 120 ppm war. Die Ergebnisse sind in 4 gezeigt. Die Ergebnisse verifizierten, daß die Rußaustragsmenge signifikant bzw. merklich verringert ist bzw. wird, wenn der Nacheinspritzungszeitpunkt auf einen Bereich von 35 °CA bis 40 °CA ATDC in einem Kompressionshub eingestellt ist bzw. wird. In der Figur stellt ein leerer Kreis, der auf einen Abschnitt gesetzt ist, wo der Nacheinspritzungszeitpunkt 0 °CA ist, einen Fall dar, wo die Nacheinspritzungsmenge null ist.
  • Weiterhin wurden in dem Betriebsmodus mittlerer Drehzahlmittlerer Last Experimente durchgeführt, um die Abgastemperatur zu messen, indem der Nacheinspritzungszeitpunkt und die Nacheinspritzungsmenge auf verschiedene Weise geändert wurden. Als Ergebnis steigt, wie in 5 gezeigt, die Abgastemperatur an, um am höchsten zu sein, wenn der Nacheinspritzungszeitpunkt auf ungefähr 35 °CA ATDC eingestellt war, bei welchem die Wärmeerzeugungsrate in der Hauptverbrennung ungefähr null wird. Außerdem war es bekannt, daß, wenn der Nacheinspritzungszeitpunkt verzögert wird bzw. ist, um später als 35 °CA ATDC zu sein, die Abgastemperatur langsam abnimmt. Auch war bekannt, daß die Abgastemperatur höher wird, wenn die Nacheinspritzungsmenge größer wird.
  • Zusätzlich gab es, wenn die Beziehungen zwischen den Nacheinspritzungszeitpunkten und der HC Menge während Abgas überprüft bzw. untersucht wurden, keinen abrupten Anstieg der HC Menge zur Nähe von 35 °CA ATDC zu der Zeit des Modus mittlerer Drehzahl/mittlerer Last, wie dies in 6 gezeigt ist.
  • Aus der obigen Beschreibung wurde gefunden, daß, wenn die Verbrennung des Nacheinspritzungskraftstoff geregelt bzw. gesteuert wird, um ungefähr zu einem Zeitpunkt zu beginnen, wenn die Wärmeerzeugungsrate der Hauptverbrennung ungefähr null wird, die Abgastemperatur erhöht werden kann, während die Rußaustragsmenge verringert wird, und weiterhin eine Zunahme in der HC Austragsmenge unterdrückt wird.
  • Selbst in dem Fall, wo die Temperatur des Oxidationskatalysators 12 hoch ist (Tc > Tco), wenn die Temperatur des DPF 13 noch niedrig ist (Tf ≤ Tfo), wird die Nachein spritzungskraftstoffmenge Qp von Qp3 auf Qp2 erhöht, und der Nacheinspritzungszeitpunkt Ip wird von Ip3 auf Ip2 verzögert. Demgemäß wird der Nacheinspritzungskraftstoff nicht im Zylinder verbrannt und zum Abgasdurchtritt 11 ausgetragen. Derart schreitet eine Oxidationsreaktion des Kraftstoffs, der durch die Nacheinspritzung zugeführt wird, im Oxidationskatalysator 12 fort, und Reaktionswärme, die darin erzeugt wird, veranlaßt die Temperatur des DPF 13 anzusteigen. In diesem Fall ist das Niveau eines Anstiegs in der Nacheinspritzungsmenge nicht hoch, so daß nicht verbrannter Kraftstoff daran gehindert werden kann, in das DPF 13 zu strömen und darin abgelagert zu werden.
  • Als nächstes steigt, wenn die Temperatur des DPF 13 bis zu dem Niveau einer Regenerierungstemperatur (Tf > Tfo) ansteigt, die Nacheinspritzungskraftstoffmenge Qp von Qp2 auf Qp1 an, und der Nacheinspritzungszeitpunkt Ip ändert sich von Ip2 auf Ip1. Demgemäß beginnt eine Verbrennung des Rußes in dem DPF 13, der Nacheinspritzungskraftstoff wird teilweise auch zu dem DPF 13 durch den Oxidationskatalysator 12 zugeführt, und der Nacheinspritzungskraftstoff wird in dem DPF 13 verbrannt. Dadurch wird eine Verbrennung des Rußes beschleunigt und eine rasche Regeneration des DPF 13 kann implementiert werden.
  • Zusätzlich wird wie in der oben beschriebenen Ausführungsform, wenn der Oxidationskatalysator 12 stromaufwärts des DPF 13 vorgesehen ist, NO, das im Abgas enthalten ist, oxidiert, um NO2 im Oxidationskatalysator 12 zu sein, und Ruß, der im DPF 13 gesammelt ist, kann mit NO2 verbrannt werden. Da eine Verbrennung des Rußes mit NO2 bei einer Temperatur von 250 bis 300 °C auftritt, kann, nachdem die Temperatur des DPF 13 durch die Reaktionswärme im Oxidationskataly sator 12 angehoben wird, die Regeneration des DPF 13 selbst mit einer nicht so groß erhöhten Nacheinspritzungsmenge implementiert werden. Dies ist vorteilhaft, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
  • Gemäß der Ausführungsform wird die Ablagerungsmenge von Ruß in dem DPF 13 in Übereinstimmung mit der Differenz der Drücke in dem vorderen und rückwärtigen Abschnitt des DPF 13 detektiert. Jedoch kann, da die Rußerzeugungsmenge vom Motorbetriebsmodus abhängt, die Ablagerungsmenge von Ruß im DPF 13 aus einer Motorbetriebsgeschichte erhalten werden.
  • Weiterhin kann der Oxidationskatalysator 12 in einer Position des Abgasdurchtritts 11 stromaufwärts der Turbine 7 angeordnet sein.
  • Die Ausführungsform verwendet den Oxidationskatalysator 12 als Verbrennungsmittel, welche bewirken, daß der Nacheinspritzungskraftstoff zündungsverbrannt wird, bevor er das DPF 13 erreicht. Jedoch wird in einer Konfiguration, die Glühkerzen, Zündkerzen oder Keramikwärmeakkumulatoren verwendet, wenn die Temperaturen davon niedrig sind oder wenn die Abgastemperatur niedrig ist und die Zündfähigkeit deshalb niedrig ist, die Nacheinspritzung gehemmt.
  • Der Wert betreffend die Temperatur des Oxidationskatalysators (Verbrennungsmittel) 12, die Temperatur des Katalysators selbst oder des Katalysatorbehälters wird durch den Temperaturdetektionssensor 14 detektiert und wie oben beschrieben verwendet. Alternativ kann die Abgastemperatur beispielsweise bei einem Eintritt des Katalysators oder die Abgastemperatur an einem Ausgang des Katalysators detektiert und verwendet werden.

Claims (1)

  1. Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Motors, umfassend: eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) zum Zuführen von Kraftstoff zu einer Verbrennungskammer (4) eines Dieselmotors (1); ein Dieselteilchenfilter ("DPF") (13), welches in einem Abgasdurchtritt (11) des Dieselmotors (1) angeordnet ist, um Ruß in einem Abgas zu sammeln; einen Oxidationskatalysator (12), welcher in einem Abgasdurchtritt (11) angeordnet ist, welcher stromaufwärts von dem DPF (13) positioniert ist, um den durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) zugeführten Kraftstoff zu verbrennen; Sammelmengen-Detektionsmittel (15, 16) zum Detektieren von Werten betreffend die Menge an Ruß, welche durch das DPF (13) gesammelt ist; DPF-Temperatur-Detektionsmittel (19) zum Detektieren eines Werts, betreffend die Temperatur des DPF (13); und Einspritz-Steuer- bzw. -Regelmittel (20) zum Ausführen einer Nacheinspritzung, so daß die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) den Kraftstoff während des Expansionshubs nach einer Haupteinspritzung einspritzt, so daß die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (5) den Kraftstoff an oder in der Nähe eines oberen Totpunkts des Kompressions- bzw. Verdichtungshubs einspritzt, um die Temperatur des DPF (13) anzuheben, wenn für die Menge des gesammelten Rußes in Übereinstimmung mit detektierten Werten der Sammelmengen-Detektionsmittel (15, 16) bestimmt ist bzw. wird, daß sie gleich oder mehr als ein vorbestimmter Wert ist, und zum Vorrücken bzw. Vorstellen des Zeitpunkts der Nacheinspritzung weiter in einem Fall, wo die Temperatur des DPF (13) gleich oder geringer als eine erste vorbestimmte Temperatur (Tfo) ist, welches dem DPF (13) ermöglicht, den durch die Nacheinspritzung zugeführten Kraftstoff zu verbrennen, als in einem Fall, wo die Temperatur des DPF (13) höher als die erste vorbestimmte Temperatur (Tfo) ist, in Übereinstimmung mit einem detektierten Wert der DPF-Temperatur-Detektionsmittel (19), dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Motors weiterhin Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsmittel (14) zum Detektieren eines Werts betreffend die Temperatur des Oxidationskatalysators (12) umfaßt, wobei, wenn die Temperatur des Oxidationskatalysators (12) höher als eine zweite vorbestimmte Temperatur (Tco) ist, bei welcher der Oxidationskatalysator (12) eine Aktivität in Übereinstimmung mit einem detektierten Wert der Oxidationskatalysatortemperatur-Detektionsmittel (14) zeigt, die Einspritz-Regel- bzw. -Steuermittel (20) einen Zeitpunkt der Nacheinspritzung regeln bzw. steuern, um weniger als in dem Fall vorgerückt bzw. vorgestellt zu werden, in welchem die Temperatur des Oxidationskatalysators (12) gleich wie oder geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur (Tco) ist, so daß der Nacheinspritzungs-Kraftstoff zu dem Oxidationskatalysator (12) zugeführt ist bzw. wird, und wobei in dem Fall, wo die Temperatur des Oxidationskatalysators (12) höher als die zweite vorbestimmte Temperatur (Tco) ist, wenn die Temperatur des DPF (13), welche durch die DPF-Temperatur-Detektionsmittel (19) detektiert ist bzw. wird, höher als die erste vorbestimmte Temperatur (Tfo) ist, die Einspritz-Regel- bzw. -Steuermittel (20) eine Menge der Nacheinspritzung pro bestimmter Zeit erhöhen, um größer als in dem Fall zu sein, wo die Temperatur des DPF (13) gleich wie oder geringer als die erste vorbestimmte Temperatur (Tfo) ist.
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