DE69808200T2

DE69808200T2 - Vorrichtung zur Abgasemissionssteuerung und Verfahren zum Steuern der Abgasemission einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69808200T2
Application number: DE69808200T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Araki; Yoshimitu Henda; Shinya Hirota; Toshiaki Tanaka; Yoshimasa Watanabe
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2003-02-20
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: EP0894950B1; DE69808200D1; EP0894950A3; JPH1150833A; JP3427685B2; EP0894950A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasemissionssteuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zum Steuern einer Abgasemission einer Brennkraftmaschine gemäß Patentanspruch 7. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Abgasemissionssteuerung, die einen Filter zum Auffangen von Partikeln hat, der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und bewirkt, dass die aufgefangenen Partikel verbrannt werden, so dass der Filter regeneriert wird.
Abgas, das aus einem Dieselmotor abgegeben wird, enthält eine verhältnismäßig große Menge an feinen Partikeln (Schwebstoffen), die Kohlenstoff als einen Hauptbestandteil enthalten, der schwerwiegende Umweltverschmutzung verursacht. Es ist daher gewünscht, die Erzeugung solcher Schwebstoffe in dem Motor zu unterbinden oder die Schwebstoffe vor dem Ausgeben des Abgases in die Atmosphäre zu entfernen. Zu diesem Zweck wird es vorgeschlagen, dass ein Filter zum Auffangen der Schwebstoffe in einem Abgaskanal eines Dieselmotors angeordnet wird.
In dem Fall, in dem ein Filter zum Auffangen der Schwebstoffe in einem Abgaskanal eines Dieselmotors angeordnet ist, wird, falls die Menge an Schwebstoffen, die in dem Filter aufgefangen werden, steigt, ein Anstieg eines Strömungswiderstandes gegenüber dem Abgas verursacht, was zu einer Verschlechterung der Motorleistung führt. Daher ist es notwendig, zu bewirken, dass die Schwebstoffe, die in dem Filter aufgefangen werden, regelmäßig verbrannt werden und der Filter regeneriert wird.
Es ist zum Beispiel möglich, wenn der Motor bei solch einer hohen Drehzahl arbeitet, dass die Abgastemperatur 600ºC übersteigt, zu bewirken, dass die Schwebstoffe, die in dem Filter aufgefangen werden, selbstzündend verbrannt werden. Der Motor arbeitet jedoch nicht regelmäßig in einem solchen Zustand. Gemäß JP-A-56-18016 trägt ein Filter einen Oxidationskatalysator, um zu bewirken, dass Treibstoff geregelt abgebrannt wird, so dass die Verbrennungswärme, die zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, bewirkt, dass die Schwebstoffe verbrennen.
Der vorstehend genannte Stand der Technik erfordert zusätzlichen Treibstoff, der direkt in den Oxidationskatalysator zugeführt wird. Falls der Motor über einen langen Zeitraum betrieben wird, wird eine riesige Menge an zusätzlichem Treibstoff zu dem Oxidationskatalysator zugeführt.
EP-A-0 743 429 offenbart eine gattungsgemäße Abgasemissionssteuerung und ein Abgasemissionssteuerungsverfahren für eine Brennkraftmaschine. Schwebstoffe werden in einem Filter aufgefangen, der in einem Motorabgaskanal angeordnet ist. Ein Kohlenwasserstoffadsorbens ist stromaufwärts des Filters angeordnet. Das Kohlenwasserstoffadsorbens hat die Fähigkeit Kohlenwasserstoffe zu adsorbieren, wenn seine Temperatur niedrig ist, wogegen Kohlenwasserstoffe abgegeben werden, wenn seine Temperatur hoch ist. Wenn die Temperatur steigt, reagieren die Kohlenwasserstoffe auf dem Oxidationskatalysator und werden nicht zu dem Filter abgegeben.
US-A-4 553 387 offenbart eine Abgasemissionssteuerung und ein Abgasemissionssteuerungsverfahren gemäß dem Schwebstoffe in einem Filter, der in einem Motorabgaskanal angeordnet ist, aufgefangen werden. Diese Schwebstoffe werden durch eine angestiegene Temperatur verbrannt, was durch Verwenden von mehr Treibstoff, durch Schließen einer Luftklappe oder Rückzirkulierungsklappe oder durch Öffnen eines Abgasbypassventils bewirkt wird.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Abgasemissionssteuerung und ein Verfahren zum Steuern einer Abgasemission vorzusehen, so dass die Treibstoffmenge, die dem Filter zuzuführen ist, reduziert wird, um zu bewirken, dass Schwebstoffe, die in dem Filter aufgefangen werden, verbrannt werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche offenbaren weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Eine Abgasemissionssteuerung der vorliegenden Erfindung hat einen Filter, der in einem Motorabgaskanal angeordnet ist, um Schwebstoffe aufzufangen, ein Kohlenwasserstoffadsorbens, das stromaufwärts des Filters in dem Motorabgaskanal angeordnet ist, eine Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung, die stromabwärts des Kohlenwasserstoffadsorbens in dem Motorabgaskanal angeordnet ist, und eine Betriebseinrichtung zum Betreiben der Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung, um einen Strömungswiderstand gegenüber einem Abgas zu erhöhen, bevor der Filter regeneriert werden sollte, um den Abgasströmungswiderstand zu reduzieren. Entsprechende Merkmale sind in dem Verfahrenspatentanspruch vorhanden. Daher wird der Gasdruck über dem Kohlenwasserstoffadsorbens während des gesamten Motorbetriebs erhöht, wobei der Unterschied der maximalen Adsorptionsmenge für eine bestimmte Temperaturdifferenz steigt, wodurch es möglich ist, eine große Menge an Kohlenwasserstoff von dem Kohlenwasserstoffadsorbens abzugeben. Folglich ist es möglich, die Treibstoffverbrauchsmenge, die erforderlich ist, um die Schwebstoffe, die in den Filtern aufgefangen werden, zu verbrennen, zu reduzieren.
Die Abgasemissionssteuerung der vorliegenden Erfindung könnte so modifiziert werden, dass die Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung eine Turbine eines Turboladers, der stromabwärts des Filters in dem Motorabgaskanal angeordnet ist, einen Bypasskanal zum Umfahren der Turbine und ein Steuerventil, das in dem Bypasskanal angeordnet ist, hat, und dass die Betriebseinrichtung das Steuerventil schließt. Somit wird die Abgasenergie, die die Energie übersteigt, die durch einen Anstieg des Strömungswiderstandes gegenüber dem Abgas verloren wurde, durch den Turbolader wiederhergestellt. Daher ist es möglich, die Treibstoffverbrauchsmenge zu verringern, die erforderlich ist, um die Schwebstoffe, die in dem Filter aufgefangen werden, gewünscht zu verbrennen.
Die Abgasemissionssteuerung der vorliegenden Erfindung könnte des weiteren die Betriebseinrichtung haben, um die Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung zu betreiben, um einen Widerstand gegenüber dem Abgas zu verringern, wenn der Filter eine höhere Temperatur als eine erste vorgegebene Temperatur hat. Um sicherzustellen, dass die Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung arbeitet, so dass ein Abgasströmungswiderstand verringert wird, wenn die Abgastemperatur höher ist als die erste vorgegebene Temperatur, wenn der Kohlenwasserstoff, der von dem Kohlenwasserstoffadsorbens abgegeben wird, wirksam zur Verbrennung der Schwebstoffe beiträgt, wird die maximale Adsorptionsmenge an Kohlenwasserstoff verringert. Es ist daher möglich, weiterhin eine große Menge an Kohlenwasserstoff abzugeben. Wenn die Abgastemperatur niedriger ist als die erste vorgegebene Temperatur und der Kohlenwasserstoff, der von dem Kohlenwasserstoffadsorbens abgegeben wird, nicht wirksam zur Verbrennung der Schwebstoffe beiträgt, wird die maximale Adsorptionsmenge an Kohlenwasserstoff erhöht, um die Abgabe von Kohlenwasserstoff zu unterbinden. Es ist daher möglich, eine bestimmte Menge an Kohlenwasserstoff in Vorbereitung auf die Zeit zu speichern, wenn der Kohlenwasserstoff wirksam zur Verbrennung der Schwebstoffe beiträgt. Auf diese Weise ist es möglich, wirksam den unverbrannten Treibstoff, der in dem Abgas enthalten ist, zur Verbrennung der Schwebstoffe zu verwenden.
Die Abgasemissionssteuerung der vorliegenden Erfindung könnte weiterhin soweit modifiziert werden, dass die Betriebseinrichtung die Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung betreibt, um einen Strömungswiderstand gegenüber dem Abgas zu verringern, wenn die Abgastemperatur höher als die erste vorgegebene Temperatur zu einem Zeitpunkt der Motorverzögerung ist. Der Betrieb der Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung zum Verringern eines Strömungswiderstands gegenüber dem Abgas, der durch Schwankungen der Motorleistung begleitet wird, erfolgt zum Zeitpunkt der Motorverzögerung. Es ist daher möglich, eine Verschlechterung des Fahrverhaltens zu stoppen und zu bewirken, dass Schwebstoffe wie gewünscht zu dem Zeitpunkt der Motorverzögerung verbrannt werden, wenn Abgas eine hohe Konzentration an Sauerstoff enthält.
Die Abgasemissionssteuerung der vorliegenden Erfindung könnte des weiteren mit einer Sperreinrichtung zum Hindern der Betriebseinrichtung, dass sie den Strömungswiderstand der Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung verringert, wenn die Abgastemperatur höher ist als eine zweite vorgegebene Temperatur, die höher ist als die erste vorgegebene Temperatur. Wenn die Abgastemperatur höher ist als die zweite vorgegebene Temperatur und die Schwebstoffe gewünscht verbrennen, wird die maximale Adsorptionsmenge verringert, um zu verhindern, dass Kohlenwasserstoff weiter abgegeben wird. Es ist daher möglich, den unverbrannten Treibstoff, der in dem Abgas enthalten ist, wirksam zum Verbrennen der Schwebstoffe zu einzusetzen und um zu verhindern, dass der Filter durch außerordentliches Heizen schmilzt.
Die Aufgabe ebenso wie die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich oder werden beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Abgasemissionssteuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der maximalen Adsorptionsmenge und dem Gasdruck über dem Kohlenwasserstoffadsorbens zeigt;
Fig. 3 ein Diagramm ist, das eine Beziehung zwischen der Schwebstoffverbrennungsmenge und der Filtertemperatur zeigt;
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zum Steuern eines "Waste-Gate"- Ventils ist;
Fig. 5 ein Zeitdiagramm ist, das Änderungen des Gasdruckes über dem Kohlenwasserstoffadsorbens während der Motorbeschleunigung und der Motorverzögerung zeigt; und
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer
Abgasemissionssteuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend im Detail in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Abgasemissionssteuerung einer Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 und 2 einen Dieselmotorblock bzw. einen Motorabgaskanal. Der Motorabgaskanal 2 ist mit einer Kohlenwasserstoffauffangeinrichtung 3 versehen. Ein Filter 4 zum Auffangen der Schwebstoffe ist stromabwärts der Kohlenwasserstoffauffangeinrichtung 3 angeordnet, wobei eine Turbine 5 eines Turboladers stromabwärts des Filters 4 angeordnet ist. Der Abgaskanal 2 ist mit einem "Waste-Gate"- Kanal 6 zum Umgehen der Turbine 5 verbunden. Innerhalb des "Waste-Gate"-Kanals 6 ist ein "Waste-Gate"-Ventil 7 zum Steuern der Menge an Abgas, das die Turbine 5 umgeht, angeordnet. Ein Temperatursensor 8 detektiert eine Abgastemperatur unmittelbar stromabwärts des Filters 4.
Die Kohlenwasserstoffauffangeinrichtung 3 enthält ein Kohlenwasserstoffadsorbens, das zuverlässig Kohlenwasserstoffe adsorbiert, wie Mordenit, Y-Zeolit, X-Zeolit, ZSM-5 und dergleichen. Der Filter 4 hat z. B. eine Trennwand, die aus einer porösen Substanz hergestellt ist, einer nicht gewebten Metallfasertextilie oder dergleichen, und ist dazu bestimmt, Schwebstoffe aufzufangen, wenn Abgas radial durch die Trennwand strömt. Der Filter 4 trägt einen Oxidationskatalysator.
Es ist wahr, dass das vorstehend genannte Kohlenwasserstoffadsorbens Kohlenwasserstoff als eine unverbrannte Substanz, die in dem Abgas enthalten ist, adsorbiert, aber es gibt für die Menge an Kohlenwasserstoff die adsorbierbar ist, eine bestimmte Grenze. Die maximale Adsorptionsmenge des Adsorbens hängt von der Temperatur und dessen Gasdruck ab. Fig. 2 zeigt eine Beziehung zwischen der maximalen Adsorptionsmenge V und dem Gasdruck P über dem Kohlenwasserstoffadsorbens unabhängig von dem Fall, in dem das Kohlenwasserstoffadsorbens auf einer ersten Temperatur Tt1 ist, und für den Fall, in dem das Kohlenwasserstoffadsorbens auf einer zweiten Temperatur Tt2 ist (Tt2 > Tt1). Wie aus den Kurven in Fig. 2 abgelesen werden kann, wird, je niedriger der Gasdruck P über dem Kohlenwasserstoffadsorbens wird, desto kleiner die maximale Adsorptionsmenge V. Des weiteren wird, je höher die Temperatur des Kohlenwasserstoffadsorbens wird, desto niedriger die maximale Adsorptionsmenge V.
In dem Fall, in dem die Temperatur des Kohlenwasserstoffadsorbens sich von der ersten Temperatur Tt1 zu der zweiten Temperatur Tt2 ändert, entspricht die Menge an Kohlenwasserstoff, die von dem Kohlenwasserstoffadsorbens abgegeben wird, einer Differenz der maximalen Adsorptionsmenge zwischen diesen Temperaturen Tt1 und Tt2. Z. B. zeigt die Kurve in Fig. 2, dass die Menge an Kohlenwasserstoff, die abgegeben worden ist, ΔV1 (V41 - V42) bei einem hohen Gasdruck von P4 ist und ΔV2 (V11 - V12) bei einem niedrigen Gasdruck von P1 ist. Je höher der Gasdruck wird, desto mehr Kohlenwasserstoff wird abgegeben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Turbine 5 des Turboladers stromabwärts der Kohlenwasserstoffauffangeinrichtung 3 des Motorabgaskanals 2 angeordnet, wobei das "Waste-Gate"-Ventil 7 normalerweise geschlossen ist. Daher bildet die Turbine 5 einen Strömungswiderstand gegenüber dem Abgas, der einen wesentlichen Anstieg des Gasdruckes über dem Kohlenwasserstoffadsorbens während des gesamten Motorbetriebs erlaubt. Für eine bestimmte Änderung der Temperatur des Kohlenwasserstoffadsorbens bringt ein solcher Strömungswiderstand gegenüber dem Abgas einen Anstieg der abgegebenen Kohlenwasserstoffmenge mit sich.
In der vorliegenden Erfindung wie hierbei beschrieben, ist es möglich, eine verhältnismäßig große Menge an Kohlenwasserstoff von dem Kohlenwasserstoffadsorbens durch dessen Temperaturänderung abzugeben, nachdem der Oxidationskatalysator, der durch den Filter 4 getragen wird, durch eine verhältnismäßig hohe Abgastemperatur (ungefähr 200ºC) aktiviert wurde. Dementsprechend erlaubt der Oxidationskatalysator, der durch den Filter 4 getragen wird, die gewünschte Verbrennung des so abgegebenen Kohlenwasserstoffs, wobei die Schwebstoffe, die in dem Filter aufgefangen werden, durch die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Verbrennungswärme verbrannt werden. Auf diese Weise kann der Filter ohne zusätzlich benötigten Treibstoff regeneriert werden.
Falls der Oxidationskatalysator aktiviert wird, verbrennt der Kohlenwasserstoff, der von dem Kohlenwasserstoffadsorbens abgegeben wird, wobei die Verbrennungswärme, die zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, zu der Verbrennung der Schwebstoffe beiträgt, wodurch die Regeneration des Filters beginnt. Daher ist es möglich, falls eine höhere Verbrennungswärme durch Beginn der Regeneration des Filters bei weiterer Abgabe einer großen Menge an Kohlenwasserstoff von dem Kohlenwasserstoffadsorbens erzeugt wird, die Schwebstoffe gewünscht zu verbrennen. Zu diesem Zweck wird es in Betracht gezogen, das "Waste-Gate"- Ventil 7 zu öffnen und dadurch einen Strömungswiderstand gegenüber dem Abgas zu verringern. Dadurch fällt der Gasdruck über dem Kohlenwasserstoffadsorbens, wodurch es möglich wird, weiterhin eine große Menge an Kohlenwasserstoff abzugeben (z. B. ΔV3 (V31 - V22) in Fig. 2). Der Öffnungsvorgang des "Waste- Gate"-Ventils 7 resultiert in einem Fall eines Ausgangsdrucks des Turboladers und daher in einem Fall einer Motorausgangsleistung. Daher ist es gewünscht, dass das "Waste- Gate"-Ventil 7 zu einem Zeitpunkt der Motorverzögerung geöffnet ist. Wenn der Motor verzögert, wird die Treibstoffzufuhr zeitweise ausgesetzt oder zumindest die Treibstoffeinspritzmenge signifikant verringert. In diesem Stadium ist eine große Menge an Sauerstoff im Abgas enthalten, die äußerst vorteilhaft in Bezug auf die Verbrennung der Schwebstoffe ist.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Schwebstoffverbrennungsmenge B und der Temperatur Tf des Filters 4 zeigt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, steigt, wenn die Filtertemperatur höher ist als eine vorgegebene Temperatur Tfl, die Schwebstoffverbrennungsmenge je Einheit eines Temperaturanstiegs wesentlich. Die Menge an unverbranntem Treibstoff, die in dem Abgas enthalten ist, ist verhältnismäßig klein, wobei das Kohlenwasserstoffadsorbens nicht unveränderlich eine maximale Menge an Kohlenwasserstoff adsorbiert. Der unverbrannte Treibstoff, der in dem Abgas enthalten ist, trägt wirksam zu der Verbrennung der Schwebstoffe auf die nachstehende Weise bei. D. h., wenn die Filtertemperatur niedriger ist als die vorgegebene Temperatur Tf1, verhindert das Kohlenwasserstoffadsorbens, dass der Kohlenwasserstoff von ihm abgegeben wird, und wenn die Temperatur höher ist als die vorgegebene Temperatur Tf1, dass Kohlenwasserstoffadsorbens eine große Menge an Kohlenwasserstoff abgibt.
Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm für eine "Waste-Gate"- Ventilsteuerung zum Ausführen eines solchen Betriebs. Die Routine dieses Ablaufdiagramms wird bei vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt. Zuerst wird bei Schritt 101 ermittelt, ob der Änderungsbetrag der Gaspedalstellung ΔTA, der durch einen Gaspedalsensor detektiert wird (nicht gezeigt), größer ist als ein vorgegebener Wert A oder nicht. Falls die Ermittlung bei Schritt 101 das positive Ergebnis ergibt, ist der Motor in einem Zustand der Beschleunigung und der Vorgang schreitet zu Schritt 102 vor.
Bei Schritt 102 wird ermittelt, ob die Abgastemperatur, die durch den Temperatursensor 8 detektiert wird, höher ist als eine erste Temperatur T1 oder nicht. Das Abgas hat die erste Temperatur T1 (z. B. ungefähr 400ºC) unmittelbar stromabwärts des Filters 4, wenn die Filtertemperatur die vorgegebene Temperatur Tf1 erreicht. Falls die Ermittlung bei Schritt 102 das negative Ergebnis ergibt, schreitet der Vorgang zu Schritt 105 vor, bei dem ein Merker F auf 0 gesetzt wird, um den Vorgang abzuschließen. Auf der anderen Seite schreitet, wenn die Ermittlung bei Schritt 102 das positive Ergebnis ergibt, der Vorgang zu Schritt 103 vor, bei dem ermittelt wird, ob die Abgastemperatur T höher als eine zweite Temperatur T2 ist oder nicht. Das Abgas ist auf einer zweiten Temperatur T2 (z. B. ungefähr 700ºC) unmittelbar stromabwärts des Filters 4, wenn der Filter 4 auf einer ausreichend hohen Temperatur ist und die Schwebstoffe in einem gewünschten Verbrennungszustand sind. Falls die Ermittlung bei Schritt 103 das positive Ergebnis ergibt, schreitet der Vorgang zu Schritt 105 vor, bei dem der Merker F auf 0 gesetzt wird, um den Vorgang zu beenden. Falls die Ermittlung bei Schritt 103 das negative Ergebnis ergibt, schreitet der Vorgang zu Schritt 104 vor, bei dem der Merker F auf 1 gesetzt wird, um den Vorgang zu beenden.
Falls die Ermittlung bei Schritt 101 das negative Ergebnis ergibt, nachdem die Motorbeschleunigung abgeschlossen ist, schreitet der Vorgang zu Schritt 106 vor, bei dem ermittelt wird, ob der Änderungsbetrag der Gaspedalstellung ΔTA kleiner ist als ein vorgegebener Wert (-A) oder nicht. Falls die Ermittlung bei Schritt 106 das negative Ergebnis ergibt, ist der Motor in einem stationären Zustand, wobei der Vorgang beendet wird. Auf der anderen Seite, wenn die Ermittlung bei Schritt 106 das positive Ergebnis ergibt, ist der Motor in einem Zustand der Verzögerung, wobei der Vorgang zu Schritt 107 fortfährt.
Bei Schritt 107 wird ermittelt, ob der Merker F auf 1 gesetzt wird oder nicht. Falls die Ermittlung bei Schritt 107 das negative Ergebnis ergibt, wird der Vorgang beendet, wobei das "Waste-Gate"-Ventil 7 geschlossen bleibt. Wenn jedoch zu einem Zeitpunkt der Motorbeschleunigung der Merker F auf 1 gesetzt wurde, schreitet der Vorgang zu Schritt 108 vor, bei dem das "Waste-Gate"-Ventil 7 geöffnet wird.
Fig. 5 ist ein Zeitdiagramm, das Änderungen des Gasdrucks P über dem Kohlenwasserstoffadsorbens zeigt, die durch einen solchen Steuerungsvorgang des "Waste-Gate"-Ventils verursacht worden sind. In diesem Zeitdiagramm unterläuft der Motor, der in einem vorgegebenen stationären Zustand ist, der Reihe nach eine Beschleunigung und eine Verzögerung und kehrt schließlich in den vorgegebenen stationären Zustand zurück. Um es zu vereinfachen, die speziellen Merkmale der vorliegenden Erfindung zu verstehen, werden die Temperaturen des Kohlenwasserstoffadsorbens und die Gasdrücke über dem Kohlenwasserstoffadsorbens wie nachstehend bestimmt. Das Kohlenwasserstoffadsorbens hat vor der Beschleunigung die erste Temperatur Tt1, wie in Fig. 2 gezeigt, und wird nach der Beschleunigung auf die zweite Temperatur Tt2, wie in Fig. 2 gezeigt, erwärmt. Sogar nach der Verzögerung, wird das Kohlenwasserstoffadsorbens auf der zweiten Temperatur Tt2 gehalten. Der Gasdruck über dem Kohlenwasserstoffadsorbens wird in dem vorgegebenen stationären Zustand bei geschlossenem "Waste-Gate"-Ventil 7 als der dritte Gasdruck P3, wie in Fig. 2 gezeigt, angenommen. Der Gasdruck über dem Kohlenwasserstoffadsorbens bei geöffnetem "Waste-Gate"-Ventil 7 wird als der zweite Gasdruck P2, wie in Fig. 2 gezeigt, angenommen.
Während der Motorbeschleunigung steigt die Menge des Abgases. Bei Abschluss der Motorbeschleunigung steigt der Druck stromaufwärts der Turbine 5 des Turboladers, d. h. der Gasdruck P über dem Kohlenwasserstoffadsorbens, auf den vierten Gasdruck P4, der höher ist als der dritte Gasdruck P3. Sofern die Abgastemperatur unmittelbar stromabwärts des Filters 4 die erste Temperatur T1 während der Motorbeschleunigung übersteigt, wird der Merker F auf 0 gesetzt, so dass das "Waste-Gate"-Ventil 7 zu einem Zeitpunkt der Motorverzögerung geschlossen bleibt. Daher fällt der Gasdruck P nach der Motorverzögerung auf den dritten Gasdruck P3, wie durch eine durchgezogene Linie in Fig. 5 dargestellt. Daher wird die maximale Adsorptionsmenge des Kohlenwasserstoffadsorbens als V32 angenommen, wie in Fig. 2 dargestellt. In diesem Zustand trägt, sogar wenn der Filter 4 mit Kohlenwasserstoff versorgt wird, der Kohlenwasserstoff nicht wirksam zu der Verbrennung der Schwebstoffe bei. Daher wird das Kohlenwasserstoffadsorbens so ausgelegt, dass eine verhältnismäßig große Menge Kohlenwasserstoff adsorbiert wird, z. B. nicht weniger als die maximale Adsorptionsmenge V32 an Kohlenwasserstoff. Falls die Menge an Kohlenwasserstoff, die durch das Kohlenwasserstoffadsorbens adsorbiert wird, noch immer unter der maximalen Adsorptionsmenge V3 ist, ist es möglich, während einem stationären Zustand, der anschließend stattfindet, Kohlenwasserstoff gewünscht zu adsorbieren.
Auf der anderen Seite, falls die Abgastemperatur unmittelbar stromabwärts des Filters die erste Temperatur Tt1 während der Motorbeschleunigung überschreitet, wird der Merker F auf 1 gesetzt und das "Waste-Gate"-Ventil 7 zu einem Zeitpunkt der Motorverzögerung geöffnet. Daher fällt zu einem Zeitpunkt der Motorverzögerung, wie durch eine gestrichelte Linie in Fig. 5 dargestellt, der Gasdruck P auf den zweiten Gasdruck P2, wobei die maximale Adsorptionsmenge des Kohlenwasserstoffadsorbens auf V22 fällt, wie in Fig. 2 gezeigt. Falls der Filter 4 zu diesem Zeitpunkt mit Kohlenwasserstoff versorgt wird, trägt der Kohlenwasserstoff wirksam zu der Verbrennung der Schwebstoffe bei. Daher adsorbiert das Kohlenwasserstoffadsorbens eine verhältnismäßig kleine Menge an Kohlenwasserstoff, d. h. nicht mehr als die maximale Adsorptionsmenge V22 an Kohlenwasserstoff. Das Kohlenwasserstoffadsorbens gibt eine große Menge an Kohlenwasserstoff ab, die bis dahin adsorbiert wurde. Auf diese Weise kann eine verhältnismäßig kleine Menge an unverbranntem Treibstoff, die in dem Abgas enthalten ist, wirksam für die Verbrennung der Schwebstoffe eingesetzt werden, so dass der Filter 4 ohne notwendigen zusätzlichen Treibstoff regeneriert werden kann.
Falls die Abgastemperatur unmittelbar stromabwärts des Filters 4 auf die zweite Temperatur Tt2 zu einem Zeitpunkt der Motorbeschleunigung fällt, wird die Verbrennung der Schwebstoffe wegen einer hohen Temperatur des Abgases oder wegen einer großen Verbrennungswärme des Kohlenwasserstoffs, der durch einen Anstieg der Temperatur des Kohlenwasserstoffadsorbens zu diesem Zeitpunkt abgegeben wird, selbstzündend gestartet, so dass es keine Notwendigkeit für weitere Kohlenwasserstoffabgabe gibt. Daher bleibt, zu dem Zeitpunkt der Motorverzögerung, das "Waste- Gate"-Ventil 7 geschlossen, wobei das Kohlenwasserstoffadsorbens eine verhältnismäßig große Menge an Kohlenwasserstoff adsorbiert, d. h. die maximale Adsorptionsmenge V32 an Kohlenwasserstoff. Daher wird der verschwenderische Einsatz von Kohlenwasserstoff, der durch das Kohlenwasserstoffadsorbens adsorbiert wird, vermieden, wobei verhindert wird, dass der Filter 4 durch außerordentliches Erwärmen schmilzt.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Abgasemissionssteuerung für eine Brennkraftmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Diese Abgasemissionssteuerung unterscheidet sich von der des ersten Ausführungsbeispiels darin, dass ein Abgasdrosselventil 9 stromabwärts des Filters 4 anstelle der Turbine des Turboladers und des "Waste-Gate"-Kanals angeordnet ist. Sogar in einem vollkommen geschlossenen Zustand erlaubt das Abgasdrosselventil 9 ein Durchgang einer bestimmten Menge an Abgas. Durch Steuern des Abgasdrosselventils 9 auf die im Wesentlichen gleiche Weise wie des "Waste-Gate"-Ventils 7 ist es möglich, den im Wesentlichen gleichen Effekt wie in dem ersten Ausführungsbeispiel zu erreichen. Die Turbine des Turboladers gewinnt ebenso einen Teil der thermischen Energie des Abgases zurück, so dass die Abgastemperatur stromabwärts der Turbine fällt, was in Bezug auf die Verbrennung der Schwebstoffe nachteilig ist. Aus diesem Grund kann die Turbine nicht stromaufwärts des Filters angeordnet werden. Das Abgasdrosselventil 9 weist jedoch einen solchen Nachteil nicht auf und kann daher an jeder Stelle stromabwärts der Kohlenwasserstoffauffangeinrichtung 3 angeordnet werden. Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass das Abgasdrosselventil 9 stromabwärts des Filters 4 angeordnet wird.
Obwohl die vorgenannten zwei Ausführungsbeispiele sich auf einen Dieselmotor beziehen, kann die vorliegende Erfindung ebenso auf einen Ottomotor angewandt werden, dessen Abgas ebenfalls Schwebstoffe enthält. Des weiteren wird in Betracht gezogen, dass in einem Fall, in dem die Menge an unverbranntem Treibstoff, die in dem Abgas enthalten ist, verhältnismäßig klein ist und der Kohlenwasserstoff, der von dem Kohlenwasserstoffadsorbens abgegeben wird, nicht ausreichend zu der Verbrennung der Schwebstoffe beitragen kann, den Filter direkt oder indirekt mit Treibstoff zu versorgen. Auch in diesem Fall trägt der vorstehend genannte unverbrannte Treibstoff teilweise zu der Verbrennung der Schwebstoffe bei, wodurch es möglich wird, die zusätzliche Menge an Treibstoff, die erforderlich ist, signifikant zu reduzieren.
Während die vorliegende Erfindung in Bezug darauf beschrieben worden ist, was derzeit als deren bevorzugte Ausführungsbeispiele betrachtet werden, ist es so zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele oder Konstruktionen beschränkt ist. Im Gegenteil beabsichtigt die Erfindung verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die innerhalb des Kerns der anhängenden Patentansprüche fallen, abzudecken.

Claims

1. Abgasemissionssteuerung für eine Brennkraftmaschine mit einem Filter (4), der in einem Motorabgaskanal (2) angeordnet ist, um Schwebstoffe aufzufangen, einem Kohlenwasserstoffadsorbens (3), das stromaufwärts des Filters (4) in dem Motorabgaskanal (2) angeordnet ist, wobei das Kohlenwasserstoffadsorbens (3) Kohlenwasserstoff adsorbiert, der von der Brennkraftmaschine abgegebenen wird, wenn eine Temperatur des Kohlenwasserstoffadsorbens niedrig ist, und den adsorbierten Kohlenwasserstoff abgibt, wenn die Temperatur des Kohlenwasserstoffadsorbens (3) ansteigt, gekennzeichnet durch eine stromabwärts des Kohlenwasserstoffadsorbens (3) in dem Motorabgaskanal (2) angeordnete Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung (5, 6, 7; 9), die den Abgasströmungswiderstand in dem Motorabgaskanal (2) erhöht, bevor der Filter (4) regeneriert werden sollte, und die den Abgasströmungswiderstand während der Filterregeneration verringert, wobei der Filter (4) durch den Kohlenwasserstoff regeneriert wird, der von dem Kohlenwasserstoffadsorbens (3) abgegeben wird, wenn die Temperatur des Kohlenwasserstoffadsorbens (3) erhöht ist.

2. Abgasemissionssteuerung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebseinrichtung die Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung (5, 6, 7; 9) betreibt, um den Strömungswiderstand zu erhöhen oder den erhöhten Strömungswiderstand zu einem Zeitpunkt der Motorbeschleunigung zu erhalten und des weiteren betreibt, um den erhöhten Strömungswiderstand der Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung (5, 6, 7; 9) zu dem Zeitpunkt einer Motorverzögerung in Abhängigkeit von vorgegebenen Betriebsbedingungen zu erhalten.

3. Abgasemissionssteuerung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung eine Turbine (5) eines Turboladers, die stromabwärts des Filters (4) in dem Motorabgaskanal (2) angeordnet ist, einen Bypasskanal (6) zum Umgehen der Turbine (5) und ein in dem Bypasskanal (6) angeordnetes Steuerventil (7) aufweist und dass die Betriebseinrichtung das Steuerventil (7) schließt, um den Abgasströmungswiderstand zu erhöhen.

4. Abgasemissionssteuerung nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebseinrichtung die Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung (5, 6, 7; 9) betreibt, um den Abgasströmungswiderstand in dem Abgaskanal (2) zu verringern, wenn der Filter (4) eine höhere Temperatur als eine erste vorgegebene Temperatur hat.

5. Abgasemissionssteuerung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebseinrichtung die Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung (5, 6, 7; 9) betreibt, um den Abgasströmungswiderstand in dem Abgaskanal (2) zu verringern, wenn zu einem Zeitpunkt der Motorverzögerung die Abgastemperatur (T) höher als die erste vorgegebene Temperatur (T1) ist.

6. Abgasemissionssteuerung nach Patentanspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine Verhinderungseinrichtung zum Verhindern, dass die Betriebseinrichtung den Abgasströmungswiderstands durch die Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung (5, 6, 7; 9) verringert, wenn die Abgastemperatur (T) höher ist als eine zweite vorgegebene Temperatur (T2), die höher ist als die erste vorgegebene Temperatur (T1)

7. Verfahren zum Steuern einer Abgasemission einer Verbrennungskraftmaschine mit den Schritten:

Auffangen von Schwebstoffen durch einen Filter (4), der in einem Motorabgaskanal (2) angeordnet ist;

Adsorbieren von Kohlenwasserstoffen durch ein Kohlenwasserstoffadsorbens (3), das stromaufwärts des Filters (4) in dem Motorabgaskanal (2) angeordnet ist, wobei das Kohlenwasserstoffadsorbens (3) Kohlenwasserstoff adsorbiert, der von der Verbrennungskraftmaschine abgegeben wird, wenn eine Temperatur des Kohlenwasserstoffadsorbens (3) niedrig ist, und das den adsorbierten Kohlenwasserstoff abgibt, wenn die Temperatur des Kohlenwasserstoffadsorbens (3) ansteigt;

gekennzeichnet durch

Erhöhen des Abgasströmungswiderstandes in dem Motorabgaskanal (2) durch eine Abgasströmungswiderstandsänderungseinrichtung (5, 6, 7; 9), die stromabwärts des Kohlenwasserstoffadsorbens (3) in dem Motorabgaskanal (2) angeordnet ist, bevor der Filter (4) regeneriert werden sollte, und Verringern des Abgasströmungswiderstandes während der Filterregeneration, wobei der Filter durch den Kohlenwasserstoff regeneriert wird, der von dem Kohlenwasserstoffadsorbens (3) abgegeben wird, wenn die Temperatur des Kohlenwasserstoffadsorbens (3) erhöht ist.