DE602005004814T2

DE602005004814T2 - Abgasreinigungsvorrichtung und abgasreinigungsverfahren für verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE602005004814T2
Application number: DE602005004814T
Authority: DE
Inventors: Kouji Toyota-shi YOSHIZAKI; Makoto Toyota-shi OGISO
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2005-11-02
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2025-11-03
Also published as: US7640728B2; EP1807611A1; EP1807611B1; CN101048579B; DE602005004814D1; JP2006153000A; US20070294999A1; CN101048579A; JP4270170B2; WO2006049309A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, in welcher eine Vielzahl von NOx-Fallen parallel zueinander in einem Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Als Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine offenbart das japanische Patent 2727906 eine Technik, bei der ein Abgaskanal der Brennkraftmaschine in seinem Zwischenabschnitt in zwei Zweigkanäle unterteilt und eine NOx-Falle in jedem Zweigkanal angeordnet ist, so dass die Mengen oder Durchsätze des in diese NOx-Fallen strömenden Abgases abwechselnd verringert werden können, um die NOx-Einfangfähigkeiten der NOx-Fallen zu regenerieren.
Die US-PS 5956949 beschreibt eine Technik, bei der zwei Abgaskanäle mit den entsprechenden Zylinderreihen einer Brennkraftmaschine vom V-Typ verbunden sind und ein Katalysator in jedem Abgaskanal angeordnet ist, wobei einer der Katalysatoren zu einem frühen Zeitpunkt aktiviert werden kann, indem die Menge des in den einen Katalysator beim Starten der Brennkraftmaschine strömenden Abgases erhöht wird.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung H8-121153 offenbart eine Technik, bei der zwei Abgaskanäle mit den entsprechenden Zylinderreihen einer Brennkraftmaschine vom V-Typ verbunden sind und ein Katalysator in einem der Abgaskanäle angeordnet ist. Die Katalysatoren können zu einem frühen Zeitpunkt aktiviert werden, indem bewirkt wird, dass die von beiden Zylinderreihen abgegebenen Abgase beim Starten der Brennkraftmaschine in die Katalysatoren strömen.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung 2003-343244 offenbart eine Technik, bei der zwei Abgaskanäle mit den entsprechenden Zylinderreihen einer Brennkraftmaschine vom V-Typ verbunden sind und ein Katalysator in jedem der Abgaskanäle angeordnet ist. Die von beiden Zylinderreihen abgegebenen Abgase lässt man beim Starten der Brennkraftmaschine nacheinander in die beiden Katalysatoren strömen, wodurch ein aufstromseitig angeordneter Katalysator zu einem frühen Zeitpunkt aktiviert wird.
In der offengelegten japanischen Patentanmeldung H6-173666 ist eine Technik beschrieben, bei der ein Abgaskanal einer Brennkraftmaschine an seinem Zwischenabschnitt in zwei Zweigkanäle aufgeteilt und ein Katalysator in jedem Zweigkanal angeordnet ist, wobei man Abgas durch die beiden Katalysatoren nacheinander oder parallel strömen lässt.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung 2002-129951 offenbart eine Konstruktion, die zwei Abgaskanäle umfasst, welche mit den entsprechenden Zylinderreihen einer Brennkraftmaschine vom V-Typ verbunden sind. Ein Dreiwegekataly sator und ein Katalysator vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp sind in jedem Abgaskanal angeordnet.
Im offengelegten japanischen Gebrauchsmuster S63-78118 ist ebenfalls eine Konstruktion offenbart, die zwei Abgaskanäle aufweist, welche mit den entsprechenden Zylinderreihen einer Brennkraftmaschine vom V-Typ verbunden sind. Ein Katalysator ist in jedem Abgaskanal angeordnet, und ein die beiden Abgaskanäle verbindender Verbindungskanal befindet sich an einer Stelle aufstromseitig der entsprechenden Katalysatoren.
In dem Fall, in dem ein unabhängiger Abgaskanal für jede Zylindergruppe vorgesehen ist, wobei sich ein Katalysator mit NOx-Fangvermögen und PM-Fangvermögen in jedem Abgaskanal befindet, wie dies bei einer Brennkraftmaschine vom V-Typ der Fall ist, ist es schwierig, die Durchsätze der in die entsprechenden Katalysatoren strömenden Abgase unabhängig voneinander zu regulieren. Daher kann der Fall auftreten, dass eine Regenerationsbehandlung, eine Schwefelvergiftungswiederaufbereitungsbehandlung etc. der Katalysatoren nicht in geeigneter Weise durchgeführt werden können.
Es ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei der ein unabhängiger Abgaskanal für jede Zylindergruppe vorgesehen ist, wobei ein Katalysator mit einem NOx-Fangvermögen und einem PM-Fangvermögen in jedem Abgaskanal angeordnet ist, zu schaffen, bei der die Durchsätze der in die entsprechenden Katalysatoren strömenden Abgase unabhängig voneinander gesteuert werden können, um es auf diese Weise möglich zu machen, die Regenerationsbehandlung, die Schwefelvergiftungswiederaufbereitungsbehandlung etc. der Katalysatoren in einer geeigneten Weise durchzuführen.
Zum Erreichen des vorstehend genannten Zieles sieht die vorliegende Erfindung die folgenden Einrichtungen vor: Eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die mit einer Vielzahl von unabhängigen Abgaskanälen, von denen einer für jede Zylindergruppe vorgesehen ist, und einer Vielzahl von Katalysatoren versehen ist, von denen jeder ein NOx-Fangvermögen und ein PM-Fangvermögen hat und von denen jeweils einer für jeden Abgaskanal angeordnet ist, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen aufstromseitigen Verbindungskanal, der wechselseitig Abschnitte der Abgaskanäle aufstromseitig von den Katalysatoren verbindet, ein aufstromseitiges Schaltventil, das den aufstromseitigen Verbindungskanal öffnet und schließt, eine Vielzahl von Durchsatzregulationsventilen, die abstromseitig der Verbindungsabschnitte der Auslasskanäle mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal angeordnet sind, und einen Steuerabschnitt, der das aufstromseitige Schaltventil und die entsprechenden Durchsatzregulationsventile in Abhängigkeit von den Zuständen der entsprechenden Katalysatoren steuert.
Bei der auf diese Weise konstruierten Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine steuert der Steuerabschnitt das aufstromseitige Schaltventil und die entsprechenden Durchsatzregulationsventile in einer geeigneten Weise, wodurch es möglich wird, die Durchsätze der in die entsprechenden Katalysatoren strömenden Abgase zu verändern, ohne den Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu beeinflussen.
Wenn beispielsweise der Durchsatz des in einen aus der Vielzahl der Katalysatoren strömenden Abgases verringert werden soll, wird das aufstromseitige Schaltventil geöffnet. Gleichzeitig wird der Öffnungsgrad eines Durchsatzregulationsventils in einem Abgaskanal, in dem der eine Katalysator angeordnet ist (hiernach als ein Abgaskanal bezeichnet), stärker verringert als der Öffnungsgrad der anderen Durchsatzregulationsventile.
In diesem Fall strömt ein Teil des von der Brennkraftmaschine an den einen Abgaskanal abgegebenen Abgases durch den aufstromseitigen Verbindungskanal in die anderen Abgaskanäle. Infolgedessen wird der Durchsatz des in den einen Katalysator strömenden Abgases verringert. Es wird daher möglich, den Durchsatz des in den einen Katalysator strömenden Abgases zu verringern, ohne den Durchsatz des von der Brennkraftmaschine (d. h. einer Zylindergruppe, mit der der eine Abgaskanal verbunden ist) abgegebenen Abgases zu verändern. Ferner können in Bezug auf die anderen Katalysatoren die Durchsätze der in diese Katalysatoren strömenden Abgase in der gleichen Weise verringert werden, ohne den Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu beeinflussen.
In dem Fall, in dem jeder der Katalysatoren gemäß der vorliegenden Erfindung ein NOx-Fangvermögen besitzt, ist es erforderlich, wenn das in jedem Katalysator eingefangene (oder absorbierte oder okkludierte) NOx vom Katalysator freigegeben werden soll oder wenn jeder Katalysator von einer Schwefelvergiftung befreit werden soll (hiernach einfach als die Zeit, wenn das NOx-Fangvermögen eines jeden Katalysators regeneriert werden soll, bezeichnet), das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in jeden Katalysator strömenden Abgases so zu steuern, dass es zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird.
Als Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines in jeden Katalysator strömenden Abgases, so dass es zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, kann als Beispiel ein Verfahren zum Zusetzen eines Reduktionsmittels, wie Kraftstoff etc., zum Abgas aufstromseitig eines jeden Katalysators genannt werden. Wenn ein Reduktionsmittel dem Abgas aufstromseitig eines Verbindungsabschnittes eines jeden Abgaskanals mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal zugesetzt wird, strömt ein Teil des Reduktionsmittels in die anderen Abgaskanäle durch den aufstromseitigen Kommunikationskanal zusammen mit dem Abgas. Es wird daher bevorzugt, das Reduktionsmittel zum Abgas abstromseitig des Verbindungsabschnittes des aufstromseitigen Verbindungskanals und aufstromseitig der entsprechenden Katalysatoren in den entsprechenden Abgaskanälen zuzusetzen.
Daher kann in der Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein Reduktionsmittelzusatzventil in jedem Abgaskanal zwischen dessen Verbindungsabschnitt mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal und jedem Katalysator angeordnet werden. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in einen Katalysator strömenden Abgases auf ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist, kann das Reduktionsmittel dem Abgas von einem Reduktionsmittelzusatzventil zugesetzt werden, das in einem Abgaskanal angeordnet ist, in dem der eine Katalysator angeordnet ist.
In dem Fall, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den einen Katalysator strömt, auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder darunter gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren verringert werden soll, kann der Durchsatz des in den einen Katalysator strömenden Abgases verringert werden, ohne den Betriebszustand der Brennkraftmaschine durch Öffnen des aufstromseitigen Schaltventils und gleichzeitiges Reduzieren des Öffnungsgrades des einen Durchsatzregulationsventils, das in dem einen Abgaskanal angeordnet ist, auf einen geringeren Wert als der Öffnungsgrad der anderen Durchsatzregulationsventile zu beeinflussen.
Wenn der Durchsatz des in den einen Katalysator strömenden Abgases verringert wird, kann die Menge des Reduktionsmittels, das von dem einen Reduktionsmittelzusatzventil zugesetzt werden muss, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases bis zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu verringern, reduziert werden.
Da ferner der Durchsatz des Abgases, das in den einen Katalysator strömt, abnimmt, verlangsamt sich auch die Strö mungsgeschwindigkeit des in den einen Katalysator strömenden Abgases, so dass die Raumgeschwindigkeit (sv) des Reduktionsmittels abnimmt. Da die Raumgeschwindigkeit (sv) des Reduktionsmittels abnimmt, wird die Reaktivität zwischen dem Reduktionsmittel und NOx (NOx-Reinigungsrate) verbessert, so dass das NOx mit einer geringeren Menge an Reduktionsmittel gereinigt werden kann.
Daher wird es durch Regenerieren des NOx-Fangvermögens eines jeden Katalysators mit Hilfe der vorliegenden Erfindung möglich, die Menge des zuzusetzenden Reduktionsmittels zu verringern, ohne den Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu beeinflussen.
In dem Fall, in dem das NOx-Fangvermögen des einen Katalysators unter Anwendung der vorliegenden Erfindung regeneriert wird, kann der Steuerabschnitt das eine Durchsatzregulationsventil in dem einen Abgaskanal oder gleichzeitig mit dem Öffnen des aufstromseitigen Schaltventils vollständig schließen und das eine Reduktionsmittelzusatzventil des einen Abgaskanals zu einem Zeitpunkt betätigen, bei dem das Reduktionsmittel an dem einen Katalysator ankommt, wenn der tatsächliche Öffnungsgrad des einen Durchsatzregulationsventils einem vollständig geschlossenen Zustand entspricht.
In diesem Fall wird der Strom des in den einen Katalysator strömenden Abgases gestoppt, wenn das Reduktionsmittel an dem einen Katalysator ankommt. Infolgedessen verbleibt das Reduktionsmittel in dem einen Katalysator. Wenn das Reduktionsmittel in dem einen Katalysator verbleibt, wird das Innere des einen Katalysators in einer fetten Atmosphäre gehalten, selbst wenn das eine Reduktionsmittelzusatzventil nicht mit dem Zusatz des Reduktionsmittels fortfährt. Infolgedessen wird es möglich, das NOx-Fangvermögen des einen Katalysators mit einer geringeren Menge an Reduktionsmittel zu regenerieren.
Als Verfahren zum Stoppen des Stromes des in den einen Katalysator strömenden Abgases, wenn das Reduktionsmittel an dem einen Katalysator ankommt, mit anderen Worten, als Verfahren zum Synchronisieren des Zeitpunktes, bei dem der tatsächliche Öffnungsgrad des einen Durchsatzregulationsventils einem vollständig geschlossenen Zustand entspricht, mit dem Zeitpunkt, zu dem das Reduktionsmittel an dem einen Katalysator ankommt, kann beispielsweise ein Verfahren zum Betreiben des einen Reduktionsmittelzusatzventils in einer Ansprechverzögerungsperiode des Durchsatzregulationsventils genannt werden.
Das Durchsatzregulationsventil erzeugt eine Ansprechverzögerung vom Zeitpunkt des Empfanges eines Befehlssignals zum vollständigen Schließen vom Steuerabschnitt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der tatsächliche Öffnungsgrad desselben einen vollständig geschlossen Zustand erreicht. Wenn daher das eine Reduktionsmittelzusatzventil den Zusatz des Reduktionsmittels während der Ansprechverzögerungsperiode des einen Durchsatzregulationsventils durchführt, ist es möglich, den Zeitpunkt, zu dem das Reduktionsmittel an dem einen Katalysator ankommt, und den Zeitpunkt, zu dem der tatsächliche Öffnungsgrad des einen Durchsatzregulationsventils einen vollständig geschlossenen Zustand erreicht, im wesentlichen zu synchronisieren.
Der Zeitpunkt, zu dem der vom Reduktionsmittelzusatzventil zugesetzte Kraftstoff am Katalysator ankommt, ändert sich auch in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases. Die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases wird durch die Umdrehungszahl der Brennkraftmaschine (die Menge der Ansaugluft) beeinflusst. Daher kann der Zeitpunkt, zu dem das Reduktionsmittel vom Reduktionsmittelzusatzventil zugesetzt wird, in Abhängigkeit von der abnehmenden Umdrehungszahl der Brennkraftmaschine pro Minute (der abnehmenden Menge der Ansaugluft) während der Ansprechverzögerungsperiode des Durchsatzregulationsventils früher gesetzt werden.
Bei der vorliegenden Erfindung kann als Katalysator mit NOx-Fangvermögen beispielsweise ein katalytischer Wandler verwendet werden, der einen Katalysator vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp sowie einen Katalysator vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp trägt, ein katalytischer Wandler, der eine NOx-Falle (ein NOx-Absorptionsmittel) trägt, ein Partikelfilter, der einen Katalysator vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp trägt, oder ein Partikelfilter, der eine NOx-Falle (NOx-Absorptionsmittel) trägt, etc.
In Fällen, bei denen ein Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung ein PM-Fangvermögen besitzt, wie ein Partikelfilter, der nur ein PM-Fangvermögen aufweist, ein Partikelfilter, der einen Katalysator vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp trägt, ein Partikelfilter, der eine NOx-Falle (ein NOx-Absorptionsmittel) trägt, ein Partikelfilter, der einen Oxidationskatalysator trägt, etc., kann das aufstromseitige Schaltventil in der erforderlichen Weise geöffnet werden.
Wenn beispielsweise die Menge der PM-Sammlung in Abhängigkeit von jedem Partikelfilter variiert, ist der Druckverlust (oder der Druckabfall) für jeden Partikelfilter verschieden, was zu einer Variation der Größe des auf die entsprechenden Zylindergruppen einwirkenden Rückdrucks führt. Wenn der Rückdruck in Abhängigkeit von jeder Zylindergruppe variiert, besteht die Möglichkeit, das Probleme verursacht werden, wie beispielsweise Variationen in der Abgasabgabe oder Abgasemission der entsprechenden Zylindergruppen. Wenn daher bewirkt wird, dass das aufstromseitige Schaltventil zu dem Zeitpunkt, zu dem die Menge der PM-Sammlung in Abhängigkeit von jedem Partikelfilter variiert, offen ist, werden die Abgasdrücke in den entsprechenden Abgaskanälen ausgeglichen, so dass das Auftreten der vorstehend genannten Probleme vermieden werden kann.
Wenn ferner ein Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung ein PM-Fangvermögen besitzt, kann der Steuerabschnitt das aufstromseitige Schaltventil und die Durchsatzregulationsventile so steuern, dass die Menge der PM-Sammlung der entsprechenden Katalysatoren ausgeglichen wird. Beispielsweise kann der Steuerabschnitt gemäß der vorliegenden Erfindung das aufstromseitige Schaltventil und die entsprechenden Durchsatzregulationsventile so steuern, dass in einer vorgegebenen Periode vom Starten der Brennkraftmaschine an das gesamte Abgas in einen speziellen Katalysator aus der Vielzahl der Katalysatoren strömen kann, wobei der spe zielle Katalysator bei jedem Starten der Brennkraftmaschine verändert werden kann.
Die Menge an von der Brennkraftmaschine emittiertem PM besitzt die Tendenz, während des Kaltlaufes vom Starten der Brennkraftmaschine bis zum Beenden des Aufwärmbetriebes (d. h. während des Aufwärmbetriebes) und nicht während des warmen Betriebes nach Beendigung des Aufwärmbetriebes anzusteigen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Verbrennungszustand der Brennkraftmaschine während des Kaltbetriebes im Vergleich zu dem während des warmen Betriebes unstabil wird. Da die Verbrennungszustände der entsprechenden Zylinder in diesem Fall von Zylinder zu Zylinder variieren, besteht die Möglichkeit, dass die Menge der PM-Emission in Abhängigkeit von jeder Zylindergruppe variieren kann. Daher kann bei der Brennkraftmaschine mit unabhängigem Abgassystem (einschließlich Abgaskanälen und Katalysatoren) für entsprechende Zylindergruppen die Menge der PM-Sammlung in Abhängigkeit von jedem Katalysator stark variieren.
In dem Fall, in dem die Menge der PM-Sammlung in Abhängigkeit von jedem Katalysator variiert, wird das PM-Fangvermögen von sämtlichen Katalysatoren auf der Basis eines Katalysators mit der größten Menge der PM-Sammlung regenerierbar gemacht (hiernach als PM-Regenerationsbehandlung bezeichnet). Mit anderen Worten, wenn die Größe der PM-Sammlung von mindestens einem Katalysator aus der Vielzahl der Katalysatoren eine feste Menge übersteigt, wird die PM-Regenerationsbehandlung in Bezug auf sämtliche Katalysatoren durchgeführt, selbst wenn eine Grenze im PM-Fangvermögen der anderen Katalysatoren verbleibt.
Infolgedessen kann eine unnötige PM-Regenerationsbehandlung mit den Katalysatoren mit Grenzen, die in ihren PM-Fangvermögen verbleiben, durchgeführt werden, so dass die Möglichkeit einer Zunahme der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauches und der thermischen Zersetzung aus der PM-Regenerationsbehandlung resultiert.
Wenn im Gegensatz dazu das gesamte Abgas in einen speziellen Katalysator unter der Vielzahl der Katalysatoren innerhalb der vorgegebenen Zeitdauer vom Starten der Brennkraftmaschine an strömt, d. h. während des Kaltbetriebes, in dem die Menge des von der Brennkraftmaschine emittierten PM am größten wird, wird eine große Menge an PM nur vom speziellen Katalysator gesammelt. Ferner wird die Ausführungsperiode der PM-Regenerationsbehandlung zu einer für diverse Wege, so dass bei Änderung des vorstehend erwähnten speziellen Katalysators von einem Katalysator zum anderen bei jedem Starten der Brennkraftmaschine die Mengen der PM-Sammlungen der Vielzahl der Katalysatoren während der Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung im wesentlichen gleichgemacht werden können.
Wenn infolgedessen die Menge der PM-Sammlung von einem Katalysator einen festen Betrag erreicht (d. h. wenn die PM-Regenerationsbehandlung durchgeführt wird), wird auch die Menge der PM-Sammlung eines jeden der anderen Katalysatoren im wesentlichen die feste Menge erreichen.
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner mit einem Reduktionsmittelzusatzventil versehen sein, das in jedem Abgaskanal zwischen seinem Verbindungsabschnitt mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal und jedem Katalysator angeordnet ist. Wenn in diesem Fall die PM-Regenerationsbehandlung eines speziellen Katalysators aus der Vielzahl der Katalysatoren durchgeführt wird, kann der Steuerabschnitt das aufstromseitige Schaltventil öffnen, den Öffnungsgrad eines Durchsatzregulationsventils, das im gleichen Abgaskanal wie der spezielle Katalysator angeordnet ist, verringern und ferner ein Reduktionsmittel dem speziellen Katalysator von einem Reduktionsmittelzusatzventil, das im gleichen Abgaskanal wie der spezielle Katalysator angeordnet ist, zusetzen. Nachdem die Temperatur des speziellen Katalysators bis zu einem gewünschten Solltemperaturbereich angestiegen ist, kann der Steuerabschnitt den Öffnungsgrad des Durchsatzregulationsventils, das im gleichen Abgaskanal wie der spezielle Katalysator angeordnet ist, erhöhen und zur gleichen Zeit den Öffnungsgrad eines jeden anderen Regulationsventils, die in den gleichen Abgaskanälen wie die anderen Katalysatoren angeordnet sind, verringern und ferner ein Reduktionsmittel den anderen Katalysatoren von den anderen Reduktionsmittelzusatzventilen, die in den gleichen Abgaskanälen wie die anderen Katalysatoren angeordnet sind, zusetzen.
Wenn das PM-Fangvermögen eines Katalysators regeneriert wird, ist es erforderlich, den Katalysator einer magereren Atmosphäre mit einer hohen Temperatur von etwa 500°C oder darüber auszusetzen. Da es selten ist, dass die Temperatur des von der Brennkraftmaschine emittierten Abgases einen Wert von 500°C oder darüber annimmt, wenn das PM-Fangvermögen des Katalysators regeneriert wird, ist es erforder lich, die Temperatur des Katalysators bis zu einem Solltemperaturbereich von 500°C oder darüber stark anzuheben (Temperaturanhebungsbehandlung). Ein Verfahren zum Zuführen eines Reduktionsmittels, wie Kraftstoff etc., zum Katalysator, um auf diese Weise die Oxidationsreaktionswärme des Reduktionsmittels im Katalysator zu erzeugen, ist als Verfahren zum Durchführen der Temperaturanhebungsbehandlung wirksam.
Wenn die Menge des Abgases, das in den Katalysator während der Durchführung der Temperaturanhebungsbehandlung strömt, ansteigt, kann die Oxidationsreaktionswärme des Reduktionsmittels durch das Abgas abgebaut werden, so dass die Zeit länger werden kann, die erforderlich ist, bis der Katalysator den Solltemperaturbereich erreicht hat. Wenn die Zeit, die erforderlich ist, bis der Katalysator den Solltemperaturbereich erreicht hat, länger wird, entsteht das Problem, dass die Dauer der Temperaturanhebungsbehandlung länger wird und die Menge des für die Temperaturanhebungsbehandlung erforderlichen Reduktionsmittels ansteigt.
Wenn daher bei der Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperaturanhebungsbehandlung in Bezug auf einen speziellen Katalysator durchgeführt wird, wird das aufstromseitige Schaltventil geöffnet und der Öffnungsgrad eines Durchsatzregulationsventils (hiernach als ein spezielles Durchsatzregulationsventil bezeichnet), das sich im gleichen Abgaskanal befindet (hiernach als spezieller Abgaskanal bezeichnet), in dem der spezielle Katalysator angeordnet ist, geringer gemacht als der der Durchsatzregulationsventile, die in den anderen Abgaskanälen angeordnet sind. Ein Teil des von der Brennkraftmaschine in den speziellen Abgaskanal emittierten Abgases strömt daher in die anderen Abgaskanäle durch den aufstromseitigen Verbindungskanal. Infolgedessen wird der Durchsatz des in den speziellen Katalysator strömenden Abgases verringert.
Wenn die Menge des während der Durchführung der Temperaturanhebungsbehandlung in den speziellen Katalysator strömenden Abgases abnimmt, wird der spezielle Katalysator in die Lage versetzt, seine Temperatur in einer kurzen Zeit mit einer geringen Menge an Reduktionsmittel bis zum Solltemperaturbereich zu erhöhen.
Wenn die Temperatur des speziellen Katalysators bis zum Solltemperaturbereich ansteigt, werden das im speziellen Katalysator gesammelte PM, das oxidiert wird, und die PM-Oxidationsrate in diesem Fall in Abhängigkeit von der ansteigenden Sauerstoffmenge, die in den speziellen Katalysator strömt, höher. Wenn ferner die Menge des in den speziellen Katalysator strömenden Abgases weiterhin in einem reduzierten Zustand gehalten wird, nachdem die Temperatur des speziellen Katalysators bis auf den Solltemperaturbereich angestiegen ist, besteht die Möglichkeit, dass die Temperatur des speziellen Katalysators mit der Oxidationsreaktionswärme des PM übermäßig stark ansteigt. Es wird daher bevorzugt, die Menge des in den speziellen Katalysator strömenden Abgases zu erhöhen, nachdem die Temperatur des speziellen Katalysators auf den Solltemperaturbereich angestiegen ist.
Im Gegensatz dazu wird bei der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nach dem Anstieg der Temperatur des speziellen Katalysators auf den gewünschten Solltemperaturbereich der Öffnungsgrad des speziellen Durchsatzregulationsventils erhöht und der Öffnungsgrad der in anderen Abgaskanälen angeordneten Durchsatzregulationsventile erniedrigt. Somit nimmt die Menge des in jeden der Katalysatoren, die in den anderen Abgaskanälen angeordnet sind, strömenden Abgases ab, während die Menge des Abgases, das in den speziellen Katalysator strömt, ansteigt. Infolgedessen wird es möglich, die Oxidationsrate des im speziellen Katalysator gesammelten PM zu erhöhen und einen übermäßig starken Anstieg der Temperatur des speziellen Katalysators zu verhindern.
Da bei der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Mengen des gesammelten PM in der Vielzahl der Katalysatoren im wesentlichen gleich werden, wie vorstehend erwähnt, wird bevorzugt, das PM-Fangvermögen der anderen Katalysatoren im wesentlichen gleichzeitig mit der Regeneration des speziellen Katalysators zu regenerieren.
Wenn im Gegensatz dazu bei der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Mengen des Abgases, die in andere Katalysatoren strömen, nachdem die Temperatur des speziellen Katalysators auf den gewünschten Solltemperaturbereich angestiegen ist, verringert werden, führen Reduktionsmittelzusatzventile, die in den gleichen Abgaskanälen wie die anderen Katalysatoren angeordnet sind, ein Reduktionsmittel den anderen Katalysatoren zu. Infolgedessen wird es möglich, die Temperaturen der anderen Katalysatoren bis zum Solltemperaturbereich in einer kurzen Zeitdauer mit einer geringen Menge des Reduktionsmittels anzuheben.
Ferner werden während der Periode, in der die Temperaturanhebungsbehandlung des speziellen Katalysators durchgeführt wird (mit anderen Worten, der Periode, während der die Menge des in den speziellen Katalysator strömenden Abgases verringert wird und die Mengen der in die anderen Katalysatoren strömenden Abgase erhöht werden), die Temperaturen der anderen Katalysatoren in einem gewissen Ausmaß durch eine große Menge an Abgas erhöht. Infolgedessen können die Menge des Reduktionsmittels und die zum Anheben der Temperaturen der anderen Katalysatoren bis zum Solltemperaturbereich erforderliche Zeit weiter erniedrigt werden.
Bei der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die PM-Regenerationsbehandlung der Vielzahl der Katalysatoren auf diese Weise effizient ausgeführt werden, so dass es möglich ist, die Menge des Reduktionsmittels und die für die PM-Regenerationsbehandlung der Vielzahl der Katalysatoren erforderliche Zeit zu verringern.
In dem Fall, in dem die Katalysatoren, die bei der vorliegenden Erfindung Verwendung finden, ein NOx-Fangvermögen besitzen, ist eine Behandlung zur Wiederherstellung des NO-Fangvermögens der Katalysatoren von einer Schwefelvergiftung (Schwefelvergiftungswiederherstellungsbehandlung) erforderlich. Die Schwefelvergiftung der Katalysatoren kann eliminiert werden, wenn die Katalysatoren einer fetten Atmosphäre mit einer hohen Temperatur von etwa 500°C oder mehr ausgesetzt werden. Es ist eine Temperaturanhebungsbe handlung ähnlich wie bei der vorstehend erwähnten PM-Regenerationsbehandlung erforderlich, wenn die Katalysatoren von einer Schwefelvergiftung wiederhergestellt werden sollen.
Wenn daher bei der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperaturanhebungsbehandlung durchgeführt wird, um die Schwefelvergiftung des speziellen Katalysators zu eliminieren, kann ähnlich wie bei der vorstehend erwähnten PM-Regenerationsbehandlung der Steuerabschnitt eine solche Steuerung durchführen, dass das aufstromseitige Schaltventil geöffnet wird, der Öffnungsgrad des speziellen Durchsatzregulationsventils verringert wird und ferner ein Reduktionsmittel dem speziellen Katalysator von einem Reduktionsmittelzusatzventil (hiernach als spezielles Reduktionsmittelzusatzventil bezeichnet) zugeführt wird, das im gleichen Abgaskanal wie der spezielle Katalysator angeordnet ist.
In diesem Fall nimmt die Menge des Abgases, das während der Ausführung der Temperaturanhebungsbehandlung in den speziellen Katalysator strömt, ab, so dass die Temperatur des speziellen Katalysators in einer kurzen Zeit mit einer geringen Menge an Reduktionsmittel bis zum Solltemperaturbereich erhöht werden kann.
Bei der PM-Regenerationsbehandlung lässt man die Menge des in den speziellen Katalysator strömenden Abgases ansteigen, nachdem die Temperatur des speziellen Katalysators auf den Solltemperaturbereich angestiegen ist. Bei der SOx-Vergiftungswiederherstellbehandlung wird jedoch die Menge des in den speziellen Katalysator strömenden Abgases weiterhin auf einem erniedrigten Zustand gehalten, nachdem die Temperatur des speziellen Katalysators auf den Solltemperaturbereich angestiegen ist. Wenn die Menge des in den speziellen Katalysator strömenden Abgases niedrig gehalten wird, nachdem der spezielle Katalysator den Solltemperaturbereich erreicht hat, ist es möglich, die Menge des Reduktionsmittels, das erforderlich ist, um das in den speziellen Katalysator strömende Abgas zu einer fetten Atmosphäre zu machen, zu verringern.
Nachdem die Schwefelvergiftung des speziellen Katalysators eliminiert worden ist, führt der Steuerabschnitt eine Steuerung durch, um den Öffnungsgrad des speziellen Durchsatzregulationsventils zu erhöhen und den Öffnungsgrad der Durchsatzregulationsventile in anderen Abgaskanälen zu verringern sowie ferner das Reduktionsmittel von den Reduktionsmittelzusatzventilen der anderen Abgaskanäle anderen Katalysatoren zuzusetzen. In diesem Fall wird es möglich, die Temperaturen der anderen Katalysatoren in einer kurzen Zeitdauer mit einer geringen Menge an Reduktionsmittel bis zum Solltemperaturbereich zu erhöhen und Abgase, die in andere Katalysatoren strömen, mit einer geringen Menge an Reduktionsmittel in eine fette Atmosphäre zu versetzen, nachdem die Temperaturen der anderen Katalysatoren bis zum Solltemperaturbereich angestiegen sind.
Ferner werden während der Periode, in der die Schwefelvergiftungsbehandlung des speziellen Katalysators durchgeführt wird (mit anderen Worten, der Periode, in der die Menge des in den speziellen Katalysator strömenden Abgases erniedrigt wird und die Mengen der in andere Katalysatoren strömenden Abgase erhöht werden), die Temperaturen von anderen Katalysatoren in einem gewissen Ausmaß durch eine große Menge des Abgases erhöht. Infolgedessen können die Menge des Reduktionsmittels und die zum Anheben der Temperaturen der anderen Katalysatoren bis zum Solltemperaturbereich erforderliche Zeit weiter verringert werden.
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner mit Hilfsabgaskanälen versehen sein, die Abschnitte von Abgaskanälen abstromseitig der Katalysatoren mit anderen Abgaskanälen zwischen entsprechenden Katalysatoren und den Verbindungsabschnitten mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal verbinden, ferner mit Hilfsschaltventilen, die die Hilfsabgaskanäle öffnen und schließen, und mit Absperrventilen, die in Abgaskanälen zwischen den ersten Verbindungsabschnitten mit entsprechenden Hilfsabgaskanälen aufstromseitig der entsprechenden Katalysatoren und den zweiten Verbindungsabschnitten mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal angeordnet sind, wobei jedes der Durchsatzregulationsventile abstromseitig eines dritten Verbindungsabschnittes von jedem der Abgaskanäle mit jedem der Hilfsabgaskanäle abstromseitig eines jeden Katalysators angeordnet ist.
Bei der auf diese Weise ausgebildeten Abgasreinigungsvorrichtung kann beispielsweise der Steuerabschnitt das aufstromseitige Schaltventil, die Durchsatzregulationsventile, die Absperrventile und die Hilfsschaltventile so steuern, dass in einer vorgegebenen Periode vom Starten der Brennkraftmaschine an das gesamte Abgas nacheinander durch die Vielzahl der Katalysatoren strömt, wobei die Reihenfolge der Katalysatoren, durch die das Abgas strömt (insbesondere der Katalysator, in den das Abgas zuerst strömt), bei jedem Starten der Brennkraftmaschine verändert wird.
Wenn man das gesamte Abgas nacheinander durch die Vielzahl der Katalysatoren strömen lässt, führt der Steuerabschnitt eine solche Steuerung durch, dass das aufstromseitige Schaltventil geöffnet, das Absperrventil, das im gleichen Abgaskanal wie der spezielle Katalysator angeordnet ist, geschlossen, das Durchsatzregulationsventil, das im gleichen Abgaskanal wie der spezielle Katalysator angeordnet ist, geöffnet, das Hilfsschaltventil im Hilfsabgaskanal, der mit dem speziellen Abgaskanal abstromseitig des speziellen Katalysators verbunden ist (dem Hilfsabgaskanal, der den speziellen Abgaskanal abstromseitig des speziellen Katalysators und den anderen Abgaskanal aufstromseitig des anderen Katalysators miteinander verbindet) verbunden ist, geschlossen, das Absperrventil, das im gleichen Abgaskanal wie der andere Katalysator angeordnet ist, geöffnet, das Durchsatzregulationsventil, das im gleichen Abgaskanal wie der andere Katalysator angeordnet ist, geschlossen und das Hilfsschaltventil im Hilfsabgaskanal, der mit dem anderen Abgaskanal abstromseitig des anderen Katalysators verbunden ist (dem Hilfsabgaskanal, der den anderen Abgaskanal abstromseitig des anderen Katalysators und den speziellen Abgaskanal aufstromseitig des speziellen Katalysators miteinander verbindet) geöffnet wird.
In diesem Fall strömt das gesamte Abgas, das von der Brennkraftmaschine zum speziellen Abgaskanal emittiert wird, durch den aufstromseitigen Verbindungskanal in einen anderen Abgaskanal. Das vom speziellen Abgaskanal in den anderen Abgaskanal strömende Abgas strömt in einen anderen Katalysator zusammen mit dem Abgas, das von der Brennkraftmaschine zum anderen Abgaskanal emittiert wird. Das gesamte Abgas, das durch den anderen Katalysator strömt, wird vom anderen Abgaskanal abstromseitig des anderen Katalysators zum speziellen Abgaskanal aufstromseitig des speziellen Katalysators durch einen Hilfsabgaskanal geführt. Das in den speziellen Abgaskanal aufstromseitig des speziellen Katalysators strömende Abgas passiert den speziellen Katalysator.
Daher strömt das gesamte von der Brennkraftmaschine emittierte Abgas durch den speziellen Katalysator, nachdem es den anderen Katalysator passiert hat. Wenn der Abgasstrom in der vorstehend beschriebenen Weise in einer vorgegebenen Periode vom Starten der Brennkraftmaschine an realisiert wird (während des Kaltbetriebes der Brennkraftmaschine), strömt das gesamte von der Brennkraftmaschine emittierte Abgas in den speziellen Katalysator, nachdem es den anderen Katalysator passiert hat. Somit wird im wesentlichen das gesamte von der Brennkraftmaschine emittierte PM vom anderen Katalysator gesammelt. Wenn dann beim nächsten Starten der Brennkraftmaschine das aufstromseitige Schaltventil, die Durchsatzregulationsventile, die Absperrventile und die Hilfsschaltventile so gesteuert werden, dass das gesamte von der Brennkraftmaschine emittierte Abgas den anderen Katalysator passiert, nachdem es den speziellen Katalysator passiert hat, wird es möglich, die Menge des von der Vielzahl der Katalysatoren gesammelten PM im wesentlichen gleichzumachen.
Wenn darüber hinaus das Abgas der Brennkraftmaschine nacheinander durch die Vielzahl der Katalysatoren während des Kaltbetriebes der Brennkraftmaschine strömt, können sämtliche Katalysatoren durch eine große Menge des Abgases aufgewärmt werden, so dass es möglich wird, die Mengen des von allen Katalysatoren gesammelten PM gleichzumachen, während alle Katalysatoren ohne Verzögerung aktiviert werden.
Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann mit Hilfsabgaskanälen versehen sein, die Abschnitte eines jeden Abgaskanals abstromseitig der entsprechenden Katalysatoren mit einem Abschnitt eines anderen Abgaskanals zwischen einem entsprechenden Katalysator und seinem Verbindungsabschnitt mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal verbinden, mit Hilfsschaltventilen, die die Hilfsabgaskanäle öffnen und schließen, und mit Absperrventilen, die zwischen Verbindungsabschnitten von Abgaskanälen mit Hilfsabgaskanälen aufstromseitig der entsprechenden Katalysatoren und Verbindungsabschnitten von Abgaskanälen mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal angeordnet sind, einem abstromseitigen Verbindungskanal, der wechselseitig Abschnitte von entsprechenden Abgaskanälen zwischen ihren Verbindungsabschnitten mit Hilfsabgaskanälen und entsprechenden Katalysatoren verbindet, und einem abstromseitigen Schaltventil, das den abstromseitigen Verbindungskanal öffnet und schließt, wobei Durchsatzregulationsventile in Abgaskanälen zwischen ihren Verbindungsabschnitten mit dem abstromseitigen Verbindungskanal und ihren Verbindungsabschnitten mit Hilfsabgaskanälen abstromseitig der Katalysatoren angeordnet sind.
Bei der auf diese Weise ausgebildeten Abgasreinigungsvorrichtung führt der Steuerabschnitt beispielsweise eine solche Steuerung durch, dass das aufstromseitige Schaltventil und das abstromseitige Schaltventil, die im aufstromseitigen Verbindungskanal und im abstromseitigen Verbindungskanal angeordnet sind, welche den speziellen Abgaskanal und den anderen Abgaskanal miteinander verbinden, geöffnet werden, das Absperrventil im speziellen Abgaskanal geöffnet wird, das Durchsatzregulationsventil im speziellen Abgaskanal geschlossen wird, das Absperrventil im anderen Abgaskanal geöffnet wird, das Durchsatzregulationsventil im anderen Abgaskanal geschlossen wird, das Hilfsschaltventil im Hilfsabgaskanal, der einen Abschnitt des speziellen Abgaskanals abstromseitig des speziellen Katalysators darin und einen Abschnitt des anderen Abgaskanals aufstromseitig des anderen Katalysators darin verbindet, geschlossen wird und das Hilfsschaltventil im Hilfsabgaskanal, der einen Abschnitt des speziellen Abgaskanals aufstromseitig des speziellen Katalysators darin und einen Abschnitt des anderen Abgaskanals abstromseitig des anderen Katalysators darin, verbindet, geschlossen wird.
In diesem Fall strömt das gesamte Abgas, das von der Brennkraftmaschine an den speziellen Abgaskanal abgegeben wird, in den anderen Abgaskanal durch den aufstromseitigen Verbindungskanal. Das vom speziellen Abgaskanal in den anderen Abgaskanal strömende Abgas strömt in den anderen Katalysator im anderen Abgaskanal zusammen mit dem von der Brennkraftmaschine zum anderen Abgaskanal abgegebenen Abgas. Das aus dem anderen Katalysator herausströmende Abgas strömt in den speziellen Abgaskanal vom anderen Abgaskanal durch den abstromseitigen Verbindungskanal. Das in den speziellen Abgaskanal strömende Abgas strömt durch den speziellen darin angeordneten Katalysator von einer abstromseitigen Seite desselben bis zu einer aufstromseitigen Seite und strömt dann von einem Abschnitt des speziellen Abgaskanals aufstromseitig des speziellen Katalysators in einen Abschnitt des anderen Kanals abstromseitig des anderen Katalysators (einem Abschnitt des anderen Kanals abstromseitig des darin angeordneten Durchsatzregulationsventils) durch den Hilfsabgaskanal.
Mit anderen Worten, das gesamte von der Brennkraftmaschine an den speziellen Abgaskanal und den anderen Abgaskanal abgegebenen Abgas strömt durch den speziellen Katalysator zurück, nachdem es den anderen Katalysator passiert hat. Wenn der Abgasstrom in der vorstehend beschriebenen Weise während der PM-Regenerationsbehandlung des speziellen Katalysators (vorzugsweise während der PM-Regenerationsbehandlung nach der Beendigung der Temperaturanhebungsbehandlung) realisiert worden ist, wird es möglich, zu verhindern, dass ein Teil des PM im speziellen Katalysator (d. h. das im aufstromseitigen Abschnitt des speziellen Katalysators gesammelte PM) nicht oxidiert darin zurückbleibt.
Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine Ansicht, die die schematische Konstruk tion einer Brennkraftmaschine zeigt, bei der eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anwendung findet;
2 ein Ablaufdiagramm, das ein Steuerprogramm für die Regeneration des NOx-Fangvermögens zeigt;
3 eine Ansicht, die ein anderes Konstruktionsbeispiel einer Brennkraftmaschine zeigt, bei der die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anwendung findet;
4 eine Ansicht, die die schematische Konstruktion einer Brennkraftmaschine zeigt, bei der eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anwendung findet;
5 ein Ablaufdiagramm, das ein Abgasstromsteuerprogramm beim Starten der Brennkraftmaschine gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt;
6 ein erstes Ablaufdiagramm, das ein PM-Regenerationsbehandlungsprogramm bei der zweiten Ausführungsform zeigt;
7 ein zweites Ablaufdiagramm, das das PM-Regenerationsbehandlungsprogramm bei der zweiten Ausführungsform zeigt;
8 eine Ansicht, die die schematische Konstruktion eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine zeigt, bei der eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anwendung findet;
9 eine Ansicht, die die Strömungsbahn des Abgases zeigt, wenn das Abgas nacheinander vom ersten Filter zum zweiten Filter bei der dritten Ausführungsform strömt;
10 eine Ansicht, die ein Ablaufdiagramm des Abgases zeigt, wenn dieses nacheinander vom zweiten Filter zum ersten Filter bei der dritten Ausführungsform strömt;
11 eine Ansicht, die die schematische Konstruktion eines Abgases einer Brennkraftmaschine zeigt, bei der eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anwendung findet;
12 eine Ansicht, die die Strömungsbahn des Abgases zeigt, wenn das gesamte Abgas bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im zweiten Filter rückwärts strömt; und
13 eine Ansicht, die die Strömungsbahn des Abgases zeigt, wenn das gesamte Abgas bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im ersten Filter rückwärts strömt.
Es werden hiernach bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert.
<Erste Ausführungsform>
Als erstes wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den 1 bis 3 erläutert. 1 ist eine Ansicht, die die schematische Konstruktion einer Brennkraftmaschine zeigt, bei der die vorliegende Erfindung Anwendung findet. Die Brennkraftmaschine, die in 1 generell mit 1 bezeichnet ist, ist eine Brennkraftmaschine vom Kompressionszündungstyp (d. h. ein Dieselmotor), bei der eine erste Zylindergruppe (erste Reihe) 1a und eine zweite Zylindergruppe (zweite Reihe) 1b in V-Form angeordnet sind.
Ein erster Abgaskanal 2a und ein zweiter Abgaskanal 2b sind mit der ersten und zweiten Reihe 1a, 1b verbunden. Ein erster Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp und ein zweiter Katalysator 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp sind im ersten und zweiten Abgaskanal 2a, 2b angeordnet. Jeder des ersten und zweiten Katalysators 3a, 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp ist ein katalytischer Wandler, in dem ein Katalysator vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angeordnet oder gelagert ist und der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Katalysators darstellt.
Ein Abschnitt des ersten Abgaskanals 2a aufstromseitig des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp und ein Abschnitt des zweiten Abgaskanals 2b aufstromseitig des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp sind über den aufstromseitigen Verbindungskanal 4 miteinander verbunden. Ein aufstromseitiges Schaltventil 5 zum Schalten zwischen Durchleitung und Unterbrechung des aufstromseitigen Verbindungskanals 4 ist in einem Zwischenabschnitt des aufstromseitigen Verbindungskanals 4 angeordnet.
Ein erstes Durchsatzregulationsventil 6a befindet sich im ersten Abgaskanal 2a abstromseitig seines Verbindungsabschnittes mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal 4. Obwohl in 1 das erste Durchsatzregulationsventil 6a aufstromseitig des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angeordnet ist, kann es auch abstromseitig vom ersten Katalysator 3a des NOx-Speicher- und Reduktionstyps angeordnet sein.
Ein zweites Durchsatzregulationsventil 6b ist im zweiten Abgaskanal 2b abstromseitig seines Verbindungsabschnittes mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal 4 angeordnet. Obwohl in 1 das zweite Durchsatzregulationsventil 6b aufstromseitig des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angeordnet ist, kann es auch abstromseitig des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angeordnet sein.
Ein erstes Kraftstoffzusatzventil 7a ist im ersten Abgaskanal 2a zwischen dem ersten Durchsatzregulationsventil 6a und dem ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angeordnet. Ein zweites Kraftstoffzusatzventil 7b ist im zweiten Abgaskanal 2b zwischen dem zweiten Durchsatzregulationsventil 6b und dem zweiten Katalysator 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angeordnet. Das erste und zweite Kraftstoffzusatzventil 7a, 7b stellen nur ein Beispiel eines Reduktionsmittelzusatzventils gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Ein erster Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8a ist im ersten Abgaskanal 2a an einer Stelle abstromseitig des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angeordnet. Ein zweiter Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8b befindet sich im zweiten Abgaskanal 2b an einer Stelle abstromseitig des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp.
Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 9 ist zusammen mit der auf diese Weise konstruierten Brennkraftmaschine 1 vorgesehen. Die ECU 9 umfasst eine arithmetische logische Betriebsschaltung einschließlich einer CPU, eines ROM, eines RAM, eines Unterstützungs-RAM etc. Sensoren, wie der erste und zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8a, 8b etc., sind elektrisch an diese ECU 9 angeschlossen. Auch das abstromseitige Schaltventil 5, das erste und zweite Durchsatzregulationsventil 6a, 6b und das erste und zweite Kraftstoffzusatzventil 7a, 7b sind elektrisch an die ECU 9 angeschlossen.
Die ECU 9 identifiziert den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 aus einem Ausgangssignal eines nichtdargestell ten Kurbelwellenpositionssensors, eines nichtdargestellten Gaspedalpositionssensors o. ä. und steuert auf elektrische Weise die Brennkraftmaschine 1 sowie die vorstehend erwähnten Teile auf der Basis des auf diese Weise identifizierten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine.
Beispielsweise führt die ECU 9 zusätzlich zur bekannten Steuerung, wie beispielsweise der Kraftstoffeinspritzsteuerung etc., die Regenerationsbehandlung der NOx-Fangvermögen (NOx-Absorptionsvermögen oder NOx-Okklusionsvermögen) des ersten und zweiten Katalysators 3a, 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp aus. Als Behandlung zum Regenerieren der NOx-Fangvermögen sei beispielsweise eine NOx-Regenerationsbehandlung genannt, bei der das im ersten und zweiten Katalysator 3a, 3b absorbierte oder okkludierte NOx reduziert und gereinigt wird, eine SOx-Vergiftungswiederherstellbehandlung, bei der der erste und zweite Katalysator 3a, 3b wieder von einer SOx-Vergiftung befreit werden etc.
Bei der NOx-Regenerationsbehandlung und der SOx-Vergiftungswiederherstellbehandlung (hiernach einfach als NOx-Fangvermögensregenerationsbehandlung bezeichnet) ist es erforderlich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den ersten oder zweiten Katalysator 3a oder 3b vom NOx-Speicher und Reduktionstyp strömenden Abgases auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis abzusenken, so dass die ECU 9 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch Zusetzen von Kraftstoff vom ersten oder zweiten Kraftstoffzusatzventil 7a oder 7b zum Abgas bis zum stöchiometrischen Luft-Kraft stoff-Verhältnis oder zum fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert.
Wenn jedoch der Durchsatz des Abgases zu der Zeit, wenn es erforderlich ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den ersten oder zweiten Katalysator 3a oder 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp strömenden Abgases auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis abzusenken, erhöht wird, muss eine große Menge an Kraftstoff vom ersten oder zweiten Kraftstoffzusatzventil 7a oder 7b dem Abgas zugesetzt werden, was zur Folge hat, dass der Kraftstoffverbrauch verschlechtert wird.
Wenn darüber hinaus der Durchsatz des Abgases hoch ist, wird auch die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases hoch, so dass der vom ersten oder zweiten Kraftstoffzusatzventil 7a oder 7b zugesetzte Kraftstoff den ersten oder zweiten Katalysator 3a oder 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp mit einer hohen Geschwindigkeit passiert. Mit anderen Worten, wenn der Durchsatz des Abgases hoch ist, kann nicht nur die Zeit, über die der erste oder zweite Katalysator 3a oder 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp der fetten Atmosphäre ausgesetzt ist, kurz werden, sondern wird auch die Raumgeschwindigkeit (sv) des in den ersten oder zweiten Katalysator 3a oder 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp strömenden Kraftstoffes hoch.
In diesem Fall entsteht die Notwendigkeit, die Zeit des Kraftstoffzusatzes durch das erste oder zweite Kraftstoffzusatzventil 7a oder 7b auszudehnen, so dass die Zeitdauer, über die das erste oder zweite Kraftstoffzusatzventil 7a oder 7b der fetten Atmosphäre ausgesetzt ist, erweitert werden kann. Infolgedessen besteht das Problem, dass eine weitere Verschlechterung des Kraftstoffverbrauches verursacht wird.
Um diesem Problem abzuhelfen, senkt bei dieser Ausführungsform bei Durchführung der NOx-Fangvermögensregenerationsbehandlung des ersten oder zweiten Katalysators 3a oder 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp die ECU 9 den Durchsatz und die Strömungsgeschwindigkeit des in den ersten und zweiten Katalysator 3a, 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp strömenden Abgases gemäß dem folgenden Verfahren. Hierbei wird davon ausgegangen, dass zu anderen Zeiten als der Ausführung der NOx-Fangvermögensregenerationsbehandlung das aufstromseitige Schaltventil 5 vollständig geschlossen gehalten wird und das erste und zweite Durchsatzregulationsventil 6a, 6b vollständig geöffnet gehalten werden.
Im Fall der Regeneration des NOx-Fangvermögens des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp öffnet die ECU 9 als erstes das aufstromseitige Schaltventil 5 und verringert den Öffnungsgrad des ersten Durchsatzregulationsventils 6a auf einen Wert, der geringer ist als der des zweiten Durchsatzregulationsventils 6b, und zwar gleichzeitig mit oder nach dem Öffnen des aufstromseitigen Schaltventils 5.
Der Grund dafür, warum der Zeitpunkt zum Ändern des Öffnungsgrades des ersten Durchsatzregulationsventils 6a später angesetzt wird als der Zeitpunkt zum Öffnen des auf stromseitigen Schaltventils 5 ist darin zu sehen, dass bei einer früheren Verringerung des Öffnungsgrades des ersten Durchsatzregulationsventils 6a als dem Öffnen des aufstromseitigen Schaltventils 5 der Rückdruck im ersten Abgaskanal 2a so verändert werden kann, dass er den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 beeinflusst (insbesondere die erste Reihe 1a).
Wenn das aufstromseitige Schaltventil 5 geöffnet und der Öffnungsgrad des ersten Durchsatzregulationsventils 6a verringert wird, strömt ein Teil des von der erste Reihe 1a zum ersten Abgaskanal 2a emittierten Abgases in den zweiten Abgaskanal 2b durch den aufstromseitigen Verbindungskanal 4. Infolgedessen nimmt der Durchsatz des in den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp strömenden Abgases ab.
Wenn der Durchsatz des in den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp strömenden Abgases abnimmt, kann die Menge des vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a zuzusetzenden Kraftstoffes verringert werden, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp strömenden Abgases auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern.
Wenn der Durchsatz des in den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp strömenden Abgases verringert wird, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit des in den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp strömenden Abgases ab, so dass die Zeit, über die der erste Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp der fetten Atmosphäre ausgesetzt ist, länger wird und gleichzeitig die Raumgeschwindigkeit (sv) des zugesetzten Kraftstoffes abnimmt. Infolgedessen nimmt die NOx-Reinigungsrate im ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp zu.
Wenn somit, wie vorstehend erläutert, der Durchsatz (die Menge) und die Strömungsgeschwindigkeit des in den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp strömenden Abgases abnehmen, wird es möglich, das NOx-Fangvermögen des ersten Katalysators 3 vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp durch den Zusatz einer geringen Menge an Kraftstoff über eine kurze Zeit zu regenerieren.
Wenn der Strom des Abgases in dem Moment gestoppt werden kann, in dem der vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a dem Abgas zugesetzte Kraftstoff am ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angekommen ist, verbleibt der zugesetzte Kraftstoff im ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp, so dass die NOx-Reinigungsrate des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp weiter erhöht und die Menge des vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a zuzusetzenden Kraftstoffes weiter erniedrigt werden kann.
Um den Strom des Abgases in dem Moment zu stoppen, in dem der zugesetzte Kraftstoff den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp erreicht hat, müssen das Betriebstiming des ersten Durchsatzregulationsventils 6a und des ersten Kraftstoffzusatzventils 7a nur so gesteuert werden, dass der tatsächliche Öffnungsgrad des ersten Durchsatzregulationsventils 6a in dem Augenblick vollständig geschlossen wird, in dem der vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a dem Abgas zugesetzte Kraftstoff den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp erreicht hat.
Das erste Durchsatzregulationsventil 6a bewirkt eine Ansprechverzögerung vom Empfangszeitpunkt eines Befehlssignals zum vollständigen Schließen von der ECU 9 bis zu dem Zeitpunkt, in dem der tatsächliche Öffnungsgrad zu einer vollständig geschlossenen Öffnung führt. Eine Ansprechverzögerung tritt auf, bis der zugesetzte Kraftstoff vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a am ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angekommen ist.
Da bei dieser Ausführungsform das erste Kraftstoffzusatzventil 7a unmittelbar aufstromseitig vom ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angeordnet ist und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ausreichend größer ist als die Betriebsgeschwindigkeit des ersten Durchsatzregulationsventils 6a, wird die Ansprechverzögerungszeit, bis der vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a zugesetzte Kraftstoff den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp erreicht, kürzer als die Ansprechverzögerungszeit des ersten Durchsatzregulationsventils 6a.
Daher ist die ECU 9 so ausgebildet, dass sie ein Kraftstoffzusatzbefehlssignal an das erste Kraftstoffzusatzventil 7a in einer Zeitdauer vom dem Zeitpunkt, wenn das Befehlssignal zum vollständigen Schließen an das erste Durchsatzregulationsventil 6a abgegeben wird, bis zu dem Zeit punkt, zu dem der tatsächliche Öffnungsgrad des ersten Durchsatzregulationsventils 6a zur vollständig geschlossenen Öffnung führt, abgibt. Speziell gibt die ECU 9 das Kraftstoffzusatzbefehlssignal an das erste Kraftstoffzusatzventil 7a ab, nachdem eine vorgegebene Verzögerungszeit von dem Zeitpunkt an abgelaufen ist, an dem das Befehlssignal zum vollständigen Schließen an das erste Durchsatzregulationsventil 6a abgegeben worden ist.
In diesem Fall erreicht der tatsächliche Öffnungsgrad des ersten Durchsatzregulationsventils 6a die vollständig geschlossene Stellung im wesentlichen gleichzeitig mit dem Zeitpunkt, an dem der zugesetzte Kraftstoff vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp erreicht hat, so dass der zugesetzte Kraftstoff im ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp verbleibt. Infolgedessen wird es durch den Zusatz einer geringen Kraftstoffmenge über eine kurze Zeitdauer möglich, den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp über eine erweiterte Zeitdauer in einer fetten Atmosphäre zu halten und die Raumgeschwindigkeit (sv) des zugesetzten Kraftstoffes so niedrig wie möglich zu machen.
Die Ansprechverzögerungszeit des ersten Durchsatzregulationsventils 6a wird im wesentlichen zu einer konstanten Zeit in Abhängigkeit von der Hardware des ersten Durchsatzregulationsventils 6a. Andererseits gilt, dass die Ansprechverzögerungszeit des zugesetzten Kraftstoffes umso kürzer wird, je höher die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases ist. Ferner gilt, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Ab gases umso höher wird, je größer die Umdrehungszahl der Brennkraftmaschine pro Minute oder die Menge der Ansaugluft ist. Es wird daher bevorzugt, die vorstehend erwähnte Verzögerungszeit in Abhängigkeit von der ansteigenden Drehzahl der Brennkraftmaschine oder der ansteigenden Ansaugluftmenge länger einzustellen.
Wenn das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geschlossen ist, strömt das gesamte von der ersten Zylinderreihe 1a emittierte Abgas in den zweiten Katalysator 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp. Mit anderen Worten, das gesamte von der ersten Zylinderreihe 1a und der zweiten Zylinderreihe 1b emittierte Abgas (das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte Abgas) strömt in den zweiten Katalysator 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp.
Wenn daher das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geschlossen ist, wenn eine große Menge an NOx von der Brennkraftmaschine 1 emittiert wird, besteht die Möglichkeit, dass der zweite Katalysator 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp das NOx des Abgases nicht behandeln kann. Obwohl daher ein Verfahren zum Erhöhen der Kapazität des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp in Betracht gezogen wird, besteht die Möglichkeit, dass sich das Aufwärmverhalten und die Montagefähigkeit des Fahrzeuges verschlechtern.
Wenn daher bei dieser Ausführungsform die Menge des von der Brennkraftmaschine 1 emittierten NOx (hiernach als Menge der NOx-Emission bezeichnet) relativ gering ist, wird die Regenerationsbehandlung des NOx-Fangvermögens in der vor stehend beschriebenen Weise durchgeführt. Die Menge der NOx-Emission ändert sich in Abhängigkeit von der Last der Brennkraftmaschine 1. Mit anderen Worten, die Menge der NOx-Emission nimmt in Abhängigkeit von der sich verringernden Last der Brennkraftmaschine 1 ab. Daher braucht die ECU 9 nur die NOx-Fangvermögensregenerationsbehandlung durchzuführen, wenn die Last der Brennkraftmaschine 1 geringer ist als eine vorgegebene Last. Die vorgegebene Last wird so eingestellt, dass sie einer maximalen Last innerhalb eines Bereiches, in dem die Menge der NOx-Emission nicht das NOx-Fangvermögen des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp übersteigt, entspricht oder geringfügig niedriger ist als die maximale Last.
Als nächstes steuert im Fall der Regeneration des NOx-Fangvermögens des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp die ECU 9 das aufstromseitige Schaltventil 5, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b und das zweite Kraftstoffzusatzventil 7b gemäß einem Verfahren, das dem entspricht, das zur Regeneration des NOx-Fangvermögens des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp verwendet wird. Auch in diesem Fall wird das NOx-Fangvermögen des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp durch den Zusatz einer geringen Kraftstoffmenge über eine kurze Zeit wie bei dem ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp regeneriert.
Es wird nunmehr auf die NOx-Fangvermögensregenerationssteuerung dieser Ausführungsform in Verbindung mit 2 Bezug genommen. 2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein NOx-Fangvermögensregenerationssteuerprogramm zeigt. Dieses NOx-Fangvermögensregenerationssteuerprogramm ist ein Programm, das zur NOx-Regenerationsbehandlung dient, wobei das im ersten oder zweiten Katalysator 3a oder 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp absorbierte NOx reduziert und gereinigt wird.
Bei dem NOx-Fangvermögensregenerationssteuerprogramm ermittelt die ECU 9 in Schritt S101, ob der Wert eines ersten Regenerationskennzeichens Frs1 „1" beträgt. Das erste Regenerationskennzeichen Frs1 ist ein Kennzeichen, bei dem „1" gesetzt wird, bei dem die von der Beendigung der letzten Durchführung der NOx-Regenerationsbehandlung des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp abgelaufene Zeit einer vorgegebenen Zeit entspricht oder länger als diese ist, oder wenn die Menge der NOx-Absorption (oder die Menge der NOx-Absorption) des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp einer vorgegebenen Menge entspricht oder größer als diese wird. Bei Beendigung der Ausführung der NOx-Regenerationsbehandlung wird das Kennzeichen auf „0" rückgesetzt.
Wenn in Schritt S101 eine positive Ermittlung durchgeführt wird, rückt die ECU 9 zu Schritt S102 vor (Frs1 = 1). In Schritt S102 ermittelt die ECU 9, ob der Betriebszustand der Brennkraftmaschine sich in einem niedrigen Lastbereich befindet. Mit anderen Worten, die ECU 9 ermittelt, ob die Menge der NOx-Emission geringer ist als das NOx-Fangvermögen des zweiten Katalysator 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp. Als ein derartiges spezielles Ermittlungsverfahren ist beispielsweise eines zu nennen, bei dem dann, wenn der Öffnungsgrad eines Gaspedals geringer ist als ein vorgegebener Öffnungsgrad oder wenn die Menge der Kraftstoffeinspritzung geringer ist als eine vorgegebene Menge, ermittelt wird, dass sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 in einem niedrigen Lastbereich befindet (d. h. die Menge der NOx-Emission ist geringer als das NOx-Fangvermögen des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp).
Wenn in Schritt S102 eine positive Ermittlung durchgeführt wird, rückt die ECU 9 zu Schritt S103 vor. In Schritt S103 öffnet die ECU 9 das aufstromseitige Schaltventil 5.
In Schritt S104 schließt die ECU 9 das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig. Danach ermittelt die ECU 9 in Schritt S105, ob die von dem Zeitpunkt, an dem ein Befehlssignal zum vollständigen Schließen an das erste Durchsatzregulationsventil 6a abgegeben wurde, abgelaufene Zeit der Verzögerungszeit entspricht oder länger als diese ist. Die Verzögerungszeit wird so eingestellt, dass sie kürzer ist als die Ansprechverzögerungszeit des ersten Durchsatzregulationsventils 6a und in Abhängigkeit von der ansteigenden Drehzahl der Brennkraftmaschine oder der ansteigenden Ansaugluftmenge länger wird.
Wenn in Schritt S105 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 die Behandlung in Schritt S105 auf wiederholte Weise durch, bis die Verzögerungszeit abgelaufen ist. Wenn in Schritt S105 eine positive Ermittlung durchgeführt wird, rückt die ECU 9 zu Schritt S106 vor. In Schritt S106 gibt die ECU 9 ein Kraftstoffzusatzsignal ab, so dass eine vorgegebene Kraftstoffmenge vom ersten Kraft stoffzusatzventil 7a zugesetzt wird. Die vorstehend erwähnte vorgegebene Kraftstoffmenge kann eine vorher eingestellte feste Menge oder eine variable Menge sein, die sich mit der Menge der NOx-Absorption des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp ändert.
In Schritt S107 ermittelt die ECU 9, ob die von dem Zeitpunkt, an dem das Kraftstoffzusatzbefehlssignal an das erste Kraftstoffzusatzventil 7a abgegeben wurde (d. h. was im wesentlichen der Zeit entspricht, über die das erste Durchsatzregulationsventil 6a in seinen vollständig geschlossenen Zustand gebracht wird), abgelaufene Zeit einer vorgegebenen Zeit entspricht oder länger als diese ist. Diese vorgegebene Zeit kann eine vorher eingestellte feste Zeit oder ein variabler Wert sein, der sich in Abhängigkeit von der Menge der NOx-Absorption des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp verändert.
Wenn in Schritt S107 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 die Behandlung in Schritt S107 auf wiederholte Weise durch, bis die vorstehend erwähnte vorgegebene Zeit abgelaufen ist. Wenn in Schritt S107 eine positive Ermittlung durchgeführt wird, rückt der Steuerprozess der ECU 9 zu Schritt S108 vor, in dem die NOx-Regenerationsbehandlung des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp beendet wird. Speziell gibt die ECU 9 ein Befehlssignal zum vollständigen Öffnen an das erste Durchsatzregulationsventil 6a und ein Ventilschließbefehlssignal an das aufstromseitige Schaltventil 5. Danach setzt die ECU 9 den Wert des ersten Regenerationskennzeichens Frs1 in Schritt S109 zurück auf „0".
Wenn die NOx-Regenerationsbehandlung des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp auf diese Weise durchgeführt wird, wird das erste Durchsatzregulationsventil 6a in dem Augenblick vollständig geschlossen, in dem der vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a dem Abgas zugesetzte Kraftstoff den ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp erreicht, und das erste Durchsatzregulationsventil 6a hält seinen vollständig geschlossenen Zustand über eine vorgegebene Zeit bei.
In diesem Fall verbleibt der vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a zugesetzte Kraftstoff über eine vorgegebene Zeit im ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp, so dass die Raumgeschwindigkeit (sv) des zugesetzten Kraftstoffes abnimmt. Wenn der vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a zugesetzte Kraftstoff im ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp verbleibt, wird das Innere des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp in einer fetten Atmosphäre gehalten, selbst wenn das erste Kraftstoffzusatzventil 7a die Kraftstoffzugabe nicht fortsetzt.
Infolgedessen kann das im ersten Katalysator 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp okkludierte NOx in einer geeigneten Weise durch den Zusatz einer geringen Kraftstoffmenge über eine kurze Zeit reduziert und gereinigt werden.
Wenn eine negative Ermittlung in Schritt S101 durchgeführt oder die Ausführung der Behandlung in Schritt S109 beendet wird, rückt der Steuerprozess der ECU 9 zu Schritt S110 vor, in dem ermittelt wird, ob der Wert eines zweiten Regenerationskennzeichens Frs2 „1" beträgt. Bei dem zweiten Regenerationskennzeichen Frs2 handelt es sich um ein Kennzeichen, bei dem „1" gesetzt wird, wenn die von der Beendigung der letzten Ausführung der NOx-Regenerationsbehandlung des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp abgelaufene Zeit einer vorgegebenen Zeit entspricht oder länger als diese wird oder wenn die Menge der NOx-Absorption des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp einer vorgegebenen Menge entspricht oder größer als diese wird. Bei Beendigung der Ausführung der NOx-Regenerationsbehandlung wird das Kennzeichen auf „0" rückgesetzt.
Wenn in Schritt S110 eine negative Ermittlung durchgeführt wird (Frs2 = 0), beendet die ECU 9 die Ausführung dieses Programms. Wenn in Schritt S110 eine positive Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 die NOx-Regenerationsbehandlung des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp in Schritten S111 bis S118 durch. In diesem Fall steuert die ECU 9 das aufstromseitige Schaltventil 5, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b und das zweite Kraftstoffzusatzventil 7b mit einem Verfahren, das dem entspricht, das bei der NOx-Regenerationsbehandlung des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp verwendet wurde, wie vorstehend erläutert.
Wenn die NOx-Regenerationsbehandlung des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp auf diese Weise durchgeführt wird, wird das zweite Durchsatzregulationsventil 6b in dem Moment vollständig geschlossen, in dem der vom zweiten Kraftstoffzusatzventil 7b dem Abgas zugesetzte Kraftstoff den zweiten Katalysator 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp erreicht, und das zweite Durchsatzregulationsventil 6b hält seinen vollständig geschlossenen Zustand über eine vorgegebene Zeit aufrecht.
In diesem Fall verbleibt der vom zweiten Kraftstoffzusatzventil 7b zugesetzte Kraftstoff im zweiten Katalysator 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp über eine vorgegebene Zeit, so dass die Raumgeschwindigkeit (sv) des zugesetzten Kraftstoffes abnimmt. Wenn der vom zweiten Kraftstoffzusatzventil 7b zugesetzte Kraftstoff im zweiten Katalysator 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp verbleibt, wird das Innere des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp in einer fetten Atmosphäre gehalten, selbst dann, wenn das zweite Kraftstoffzusatzventil 7b die Kraftstoffzugabe nicht fortsetzt.
Infolgedessen kann das im zweiten Katalysator 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp okkludierte NOx in einer geeigneten Weise durch Zugabe einer geringen Menge an Kraftstoff über eine kurze Zeit reduziert und gereinigt werden.
Wenn gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das NOx-Fangvermögen des ersten oder zweiten Katalysators 3a oder 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp regeneriert wird, können der Durchsatz und die Strömungsgeschwindigkeit des in den ersten oder zweiten Katalysator 3a oder 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp strömenden Abgases in einer geeigneten Weise verringert werden. Insbesondere dann, wenn das erste oder zweite Durchsatzregulationsventil 6a oder 6b in dem Moment vollständig geschlossen ist, in dem der zugesetzte Kraftstoff den ersten oder zweiten Katalysator 3a oder 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp erreicht, wird es möglich, das NOx-Fangvermögen des ersten oder zweiten Katalysators 3a oder 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp mit einer geringen Menge an zugesetztem Kraftstoff zu regenerieren, selbst wenn der Durchsatz des von der Brennkraftmaschine 1 abgegebenen Abgases ansteigt.
Infolgedessen kann die Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um das NOx-Fangvermögen des ersten und zweiten Katalysators 3a, 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp zu regenerieren, auf ein Minimum herabgesetzt werden, so dass es möglich wird, eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauches zu verhindern.
Bei dieser Ausführungsform wurde als Beispiel einer Brennkraftmaschine, bei der die vorliegende Erfindung Anwendung findet, eine Brennkraftmaschine vom V-Typ genannt. Die vorliegende Erfindung ist natürlich nicht auf eine derartige Brennkraftmaschine beschränkt. Diese muss vielmehr lediglich so konstruiert sein, dass sie eine Vielzahl von Zylindergruppen mit einem unabhängigen Abgaskanal besitzt, wobei ein unabhängiger Katalysator vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp für jede Zylindergruppe vorgesehen ist.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in dem Fall Anwendung finden, in dem, wie in 3 gezeigt, eine Brennkraftmaschine 10 vom Reihentyp Zylinder aufweist, die in zwei Zylindergruppen klassifiziert sind (d. h. bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine erste Zylinder gruppe mit einem ersten Zylinder (#1) und einem vierten Zylinder (#4) und eine zweite Zylindergruppe mit einem zweiten Zylinder (#2) und einem dritten Zylinder (#3)), ferner unabhängige Abgaskanäle 11, 12 und Katalysatoren 13a, 13b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp für die Zylindergruppen.
In diesem Fall kann die Vorrichtung so konstruiert sein, dass sie einen Verbindungskanal 16 aufweist, der dazu dient, die Abschnitte der Abgaskanäle 11, 12 aufstromseitig der Katalysatoren 13a, 13b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp miteinander in Verbindung zu bringen, ein aufstromseitiges Schaltventil 17, das dazu dient, den Verbindungskanal 16 zu öffnen und zu schließen, Kraftstoffzusatzventile 15a, 15b, die abstromseitig der Verbindungsabschnitte der Abgaskanäle 11, 12 mit dem Verbindungskanal 16 und aufstromseitig der Katalysatoren 13a, 13b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp angeordnet sind, und Durchsatzregulationsventile 14a, 14b, die abstromseitig der Verbindungsabschnitte der Abgaskanäle 11, 12 mit dem Verbindungskanal 16 angeordnet sind. Ferner muss eine ECU 18 nur das aufstromseitige Schaltventil 17, die Durchsatzregulationsventile 14a, 14b und die Kraftstoffzusatzventile 15a, 15b gemäß einem Verfahren, das dem vorstehend erwähnten Programm in 2 entspricht, steuern.
<Zweite Ausführungsform>
Es wird nunmehr in Verbindung mit den 4 bis 7 auf eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Be zug genommen. Diejenigen Teile der Konstruktion dieser Ausführungsform, die sich von denen der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform unterscheiden, werden hier beschrieben, während auf eine Erläuterung von entsprechenden Konstruktionsteilen verzichtet wird.
4 ist eine Ansicht, die die schematische Konstruktion einer Brennkraftmaschine zeigt, bei der die vorliegende Erfindung Anwendung findet. Gemäß 4 sind anstelle des ersten Katalysators 3a vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp und des zweiten Katalysators 3b vom NOx-Speicher- und Reduktionstyp ein erster Filter 30a und ein zweiter Filter 30b im ersten Abgaskanal 2a und zweiten Abgaskanal 2b angeordnet.
Jeder des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b ist ein Partikelfilter, der dazu dient, partikelförmiges Material (PM) im Abgas einzufangen oder zu sammeln. Ferner sind der erste Filter 30a und der zweite Filter 30b mit einem Katalysator versehen, der eine Oxidationsfähigkeit besitzt (d. h. mit einem Oxidationskatalysator, einem NOx-Katalysator vom Okklusions- und Reduktionstyp, einem Dreiwegekatalysator etc.). In diesem Fall kann der eine Oxidationsfähigkeit besitzende Katalysator unmittelbar aufstromseitig des Partikelfilters angeordnet sein oder von einem Träger des Partikelfilters gelagert werden. Es wird hier vorausgesetzt, dass das PM-Fang- oder Sammelvermögen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b einander entsprechen.
Ein erster Abgastemperatursensor 19a ist in einem Abschnitt des ersten Abgaskanals 2a abstromseitig des ersten Filters 30a angeordnet. Ein zweiter Abgastemperatursensor 19b ist in einem Abschnitt des zweiten Abgaskanals 2b abstromseitig des zweiten Filters 30b angeordnet. In einem Fall, in dem der erste Filter 30a und der zweite Filter 30b aus einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter bestehen, die in Reihe miteinander angeordnet sind, kann ein Abgastemperatursensor zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Partikelfilter angeordnet sein.
Bei der auf diese Weise konstruierten Brennkraftmaschine 1 führt die ECU 9 den Prozess der Steuerung des aufstromseitigen Schaltventils 5, des ersten Durchsatzregulationsventils 6a und des zweiten Durchsatzregulationsventils 6b so durch, dass das gesamte Abgas von der Brennkraftmaschine 1 nur durch einen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b in einer vorgegebenen Zeitdauer vom Starten der Brennkraftmaschine an dringen kann, wobei dieser eine Filter bei jedem Starten der Brennkraftmaschine geändert wird (hiernach wird ein derartiger Prozess als Brennkraftmaschinenzeitdriftprozess bezeichnet).
Die Menge des von der Brennkraftmaschine 1 emittierten PM besitzt die Tendenz, während eines Kaltbetriebes vom Starten der Brennkraftmaschine bis zur Beendigung des Aufwärmvorganges (d. h. während des Aufwärmvorganges) und nicht während des warmen Betriebes nach Beendigung des Aufwärmvorganges anzusteigen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Verbrennung eines Gemisches in der Brennkraftmaschine 1 während des Kaltbetriebes unbeständig wird. Ferner werden die Verbrennungsstabilitäten der ersten Zylinderreihe 1a und der zweiten Zylinderreihe 1b während des Kaltbetriebes der Brennkraftmaschine 1 nicht ohne weiteres gleichmäßig, so dass die Mengen des von der ersten Zylinderreihe 1a und der zweiten Zylinderreihe 1b emittierten PM voneinander verschieden sein können. Es besteht daher die Möglichkeit, dass sich die Mengen des vom ersten Filter 30a und vom zweiten Filter 30b gesammelten PM stark voneinander unterscheiden können.
Wenn im Gegensatz dazu das gesamte Abgas nur in einen Filter des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b in einer vorgegebenen Zeit vom Starten der Brennkraftmaschine 1 an strömt, d. h. während des Kaltbetriebes, in dem die Menge des von der Brennkraftmaschine 1 emittierten PM zu einem Maximum wird, wird eine große PM-Menge allein in dem einen Filter gesammelt. Ferner wird die Periode der Durchführung des PM-Regenerationsprozesses zu einer von mehreren, so dass bei Wechsel des vorstehend erwähnten einen Katalysators bei jedem Starten der Brennkraftmaschine 1 die Mengen der PM-Sammlungen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b während der Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung im wesentlichen gleichgemacht werden können.
Beim Brennkraftmaschinenstartzeitabgasstromsteuerprogramm ermittelt die ECU 9 zuerst in Schritt S201, ob der momentane Start der Brennkraftmaschine ein Kaltstart ist. Als Verfahren für eine derartige Ermittlung sei beispielsweise ein Ermittlungsverfahren genannt, bei dem die Ermittlung, ob der momentane Brennkraftmaschinenstart ein Kaltstart ist, durchgeführt wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine niedriger ist als eine vorgegebene Temperatur und/oder wenn die Temperatur eines Schmieröls der Brennkraftmaschine niedriger ist als eine vorgegebene Temperatur.
Wenn in Schritt S201 eine positive Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 den Brennkraftmaschinenstartzeitdriftprozess in den Schritten S202 bis S208 durch. In Schritt S202 ermittelt die ECU 9, ob der Wert des Regenerationskennzeichens „0" beträgt. Das Regenerationskennzeichnen wird auf „1" gesetzt, wenn die Durchführung der PM-Regenerationsbehandlung beendet ist, und wird auf „0" gesetzt, wenn der Brennkraftmaschinenstartzeitdriftprozess in der später beschriebenen Weise durchgeführt wird.
Wenn in Schritt S202 eine positive Ermittlung durchgeführt wird (d. h. wenn der Wert des Regenerationskennzeichens „0" beträgt), d. h. wenn der Brennkraftmaschinenstartzeitdriftprozess mindestens einmal in einer Zeit vom Zeitpunkt der Beendigung der Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt durchgeführt wurde, rückt der Steuerprozess der ECU 9 zu Schritt S203 vor, in dem die Geschichte des letzten Brennkraftmaschinenstartzeitdriftprozesses ermittelt wird (Information zum Identifizieren, ob das gesamte Abgas beim letzten Kaltstart in den ersten Filter 30a oder den zweiten Filter 30b geströmt ist).
In Schritt S204 ermittelt die ECU 9 auf der Basis der in Schritt S203 ausgelesenen Geschichte, ob der Filter, durch den das gesamte Abgas beim letzten Kaltstart geströmt ist, der erste Filter 30a ist.
Wenn in Schritt S204 eine positive Ermittlung durchgeführt wird, rückt der Steuerprozess der ECU 9 zu Schritt S205 vor. In Schritt S205 steuert die ECU 9 das erste Durchsatzregulationsventil 6a, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b und das aufstromseitige Schaltventil 5 so, dass das gesamte Abgas von der Brennkraftmaschine 1 durch den zweiten Filter 30b allein strömt. Speziell steuert die ECU 9 diese Ventile derart, dass das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geschlossen wird, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b vollständig geöffnet wird und das aufstromseitige Schaltventil 5 geöffnet wird.
In diesem Fall wird das gesamte von der ersten Zylinderreihe 1a emittierte Abgas zum zweiten Abgaskanal 2b durch den ersten Abgaskanal 2a und den aufstromseitigen Verbindungskanal 4 geleitet. Das zum zweiten Abgaskanal 2b geleitete Abgas strömt in den zweiten Filter 30b zusammen mit dem von der zweiten Zylinderreihe 1b emittierten Abgas zum zweiten Abgaskanal 2b. Infolgedessen strömt das gesamte von der ersten Zylinderreihe 1a und der zweiten Zylinderreihe 1b emittierte Abgas durch den zweiten Filter 30b allein, ohne durch den ersten Filter 30a zu strömen.
Wenn in Schritt S204 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, rückt der Steuerprozess der ECU 9 zu Schritt S206 vor. In Schritt S206 steuert die ECU 9 das erste Durchsatzregulationsventil 6a, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b und das aufstromseitige Schaltventil 5 derart, dass das gesamte Abgas von der Brennkraftmaschine 1 durch den ersten Filter 30a allein strömt. Speziell steuert die ECU 9 diese Ventile so, dass das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geöffnet wird, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b vollständig geschlossen wird und das aufstromseitige Schaltventil 5 geöffnet wird.
In diesem Fall wird das gesamte von der zweiten Zylinderreihe 1b emittierte Abgas zum ersten Abgaskanal 2a durch den zweiten Abgaskanal 2b und den aufstromseitigen Verbindungskanal 4 geleitet. Das zum ersten Abgaskanal 2a geleitete Abgas strömt in den ersten Filter 30a zusammen mit dem von der ersten Zylinderreihe 1a emittierten Abgas zum ersten Abgaskanal 2a. Infolgedessen strömt das gesamte von der ersten Zylinderreihe 1a und der zweiten Zylinderreihe 1b emittierte Abgas durch den ersten Filter 30a allein, ohne durch den zweiten Filter 30b zu strömen.
Nachdem die ECU 9 die Behandlung in Schritt S205 oder S206 durchgeführt hat, ermittelt sie in Schritt S207, ob das Aufwärmen der Brennkraftmaschine 1 beendet ist. Als Verfahren für eine derartige Ermittlung sei beispielsweise ein Ermittlungsverfahren genannt, bei dem die Ermittlung, ob das Aufwärmen der Brennkraftmaschine 1 beendet ist, durchgeführt wird, wenn die Temperatur des Kühlwassers der Brennkraftmaschine einer vorgegebenen Temperatur entspricht oder höher als diese ist und/oder wenn die Temperatur des Schmieröls der Brennkraftmaschine einer vorgegebenen Temperatur entspricht oder höher als diese ist.
Wenn in Schritt S207 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 die Behandlung in Schritt S207 auf wiederholte Weise durch, bis das Aufwärmen der Brennkraftmaschine 1 beendet ist. Während dieser Zeit strömt das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte Abgas nur durch den ersten Filter 30a oder den zweiten Filter 30b, so dass das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 im Kaltbetrieb emittierte PM nur von einem Filter des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b gesammelt wird.
Wenn das Aufwärmen der Brennkraftmaschine 1 beendet ist, führt die ECU 9 in Schritt S207 eine positive Ermittlung durch und rückt dann zu Schritt S208 vor. In Schritt S208 setzt die ECU 9 den Wert des vorstehend erwähnten Regenerationskennzeichens zurück auf „0".
Im Schritt S209 steuert die ECU 9 das erste Durchsatzregulationsventil 6a, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b und das aufstromseitige Schaltventil 5 derart, dass das Abgas auf übliche Weise strömt. Mit anderen Worten, die ECU 9 steuert diese Ventile so, dass das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geöffnet wird, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b ebenfalls vollständig geöffnet wird und das aufstromseitige Schaltventil 5 geschlossen wird.
In diesem Fall strömt das von der ersten Zylinderreihe 1a emittierte Abgas durch den ersten Abgaskanal 2a und den ersten Filter 30a, während das von der zweiten Zylinderreihe 1b emittierte Abgas durch den zweiten Abgaskanal 2b und den zweiten Filter 30b strömt.
Wenn in Schritt S202 eine negative Ermittlung durchgeführt wird (d. h. wenn der Wert des Regenerationskennzeichens „1" beträgt), wird davon ausgegangen, dass der Brennkraftmaschinenstartzeitdriftprozess während der Zeitdauer vom Zeitpunkt der Beendigung der Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung bis zum momentanen Zeitpunkt nicht einmal durchgeführt worden ist. In diesem Fall werden die Mengen der PM-Sammlungen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b im momentanen Zeitpunkt im wesentlichen gleich, so dass die ECU 9 den Brennkraftmaschinenstartzeitdriftprozess durchführt, ohne die Geschichte der letzten Brennkraftmaschinenstartzeitdriftsteuerung zu betrachten. Obwohl in dem in 5 gezeigten Beispiel die ECU 9 Schritt S205 ausführt, während die Schritte S203 und S203 gekippt werden, kann die ECU in diesem Fall auch Schritt S206 ausführen und die Schritte S203 und S204 kippen.
Wenn ferner im vorstehend erwähnten Schritt S201 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, d. h. wenn es sich bei dem momentanen Start der Brennkraftmaschine um einen Warmstart handelt, führt die ECU 9 keinen Brennkraftmaschinenstartzeitdriftprozess (die Schritte S202 bis S208) aus, sondern steuert in Schritt S209 das erste Durchsatzregulationsventil 6a, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b und das aufstromseitige Schaltventil 5 so, dass das Abgas auf übliche Weise strömt.
Dies ist deswegen der Fall, weil beim Starten der Brennkraftmaschine 1 im warmen Zustand die Verbrennung eines Gemisches weniger anfällig ist, unstabil zu werden, so dass eine große Menge an PM nicht ohne weiteres von der Brennkraftmaschine 1 emittiert wird und sich die Menge der PM-Emission nicht in einfacher Weise mit den einzelnen Zylinderreihen 1a, 1b verändert.
Somit führt die ECU 9 das Brennkraftmaschinenstartzeitabgasstromsteuerprogramm auf diese Weise durch, wodurch der Zeitpunkt, bei dem das PM-Fangvermögen des ersten Filters 30a gesättigt ist (d. ch. der Zeitpunkt, bei dem die Menge der PM-Sammlung des ersten Filters 30a eine obere Grenzmenge erreicht), und der Zeitpunkt, bei dem das PM-Fangvermögen des zweiten Filters 30b gesättigt ist (d. h. der Zeitpunkt, bei dem die Menge der PM-Sammlung des zweiten Filters 30b eine obere Grenzmenge erreicht), im wesentlichen gleichgemacht werden können.
Wenn der Zeitpunkt, bei dem das PM-Fangvermögen des ersten Filters 30a gesättigt ist, und der Zeitpunkt, bei dem das PM-Fangvermögen des zweiten Filters 30b gesättigt ist, im wesentlichen gleich werden, ist es möglich, die PM-Regenerationsbehandlung für den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b im wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt durchzuführen. Wenn daher der PM-Regenerationszustand für den ersten Filter 30a oder den zweiten Filter 30b auftritt, führt die ECU 9 die PM-Regenerationsbehandlung für den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b gemäß dem nachfolgenden Verfahren durch.
Die 6 und 7 zeigen Ablaufdiagramme, in denen zusammen ein PM-Regenerationsbehandlungsprogramm bei dieser Ausführungsform dargestellt ist. Das PM-Regenerationsbehand lungsprogramm wird vorher im ROM der ECU 9 gespeichert und bei jedem vorgegebenen Zyklus von der ECU 9 ausgeführt.
Im PM-Regenerationsbehandlungsprogramm ermittelt die ECU 9 als erstes in Schritt S301, ob der Regenerationszustand für den ersten Filter 30a hält. Als Verfahren für eine derartige Ermittlung seien beispielsweise die folgenden Verfahren genannt. Mit anderen Worten, es wird ermittelt, ob der Regenerationszustand hält, wenn eine angesammelte Betriebszeit vom Zeitpunkt der Beendigung der letzten Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung einer vorgegebenen Zeit entspricht oder länger als diese ist, oder wenn eine angesammelte Ansaugluftmenge von der letzten Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung einer vorgegebenen Menge entspricht oder größer als diese ist, oder wenn eine angesammelte Menge an eingespritztem Kraftstoff von der letzten Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung einer vorgegebenen Menge entspricht oder größer als diese ist, oder wenn ein Differenzdruck zwischen den Drücken der Abgase an Stellen aufstromseitig und abstromseitig des ersten Filters 30a (der Differenzdruck vor und nach dem Filter) einem vorgegebenen Druckwert entspricht oder höher als dieser ist.
Wenn in Schritt S301 eine positive Ermittlung durchgeführt wird, rückt das Steuerverfahren der ECU 9 zu Schritt S302 vor, in dem eine Temperaturanstiegsbehandlung durchgeführt wird. Speziell steuert bei der Temperaturanstiegsbehandlung die ECU 9 die vorstehend erwähnten Ventile 5, 6a, 6b, 7a derart, dass das erste Durchsatzregulationsventil 6a um eine vorgegebene Größe oder einen vorgegebenen Winkel geschlossen wird, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b vollständig geöffnet wird, das aufstromseitige Schaltventil 5 geöffnet wird und das erste Kraftstoffzusatzventil 7a betätigt wird, um Kraftstoff einzuspritzen.
In diesem Fall strömt ein Teil des von der ersten Zylinderreihe 1a in den ersten Abgaskanal 2a emittierten Abgases in den zweiten Abgaskanal 2b durch den aufstromseitigen Verbindungskanal 4, so dass die Menge des Abgases, die in den ersten Filter 30a strömt, verringert und die Menge des Abgases, die in den zweiten Filter 30b strömt, erhöht wird.
Ferner fließt der vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a dem Abgas zugesetzte Kraftstoff zusammen mit dem Abgas in den ersten Filter 30a. Der in den ersten Filter 30a strömende zugesetzte Kraftstoff wird durch das Oxidationsvermögen des ersten Filters 30a oxidiert. Infolgedessen empfängt der erste Filter 30a Oxidationsreaktionswärme des zugesetzten Kraftstoffes und steigt in der Temperatur an.
Obwohl in diesem Fall ein Teil der Wärme des ersten Filters 30a vom Abgas, das durch den ersten Filter 30 dringt, verbraucht wird, steigt die Menge der vom ersten Filter 30a auf das Abgas übertragenen Wärme nicht übermäßig stark an, da die Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Abgases verringert wurde. Auf diese Weise wird der erste Filter 30a über eine geringe Menge an zugesetztem Kraftstoff rasch in seiner Temperatur erhöht. Wenn die Brennkraftmaschine 1 unter geringer Last betrieben wird (d. h. in einem Betriebszustand, in dem die Menge des von der Brennkraftmaschine 1 abgegebenen Abgases gering und die Temperatur des Abgases niedriger ist), wird das zweite Kraftstoffzusatzventil 7b anstelle des ersten Kraftstoffzusatzventils 7a betätigt, um die Temperatur des zweiten Filters 30b anzuheben.
In Schritt S303 ermittelt die ECU 9, ob der Anstieg der Temperatur des ersten Filters 30a beendet ist, d. h. ob die Temperatur des ersten Filters 30a bis zu einem PM-oxidierbaren Temperaturbereich angestiegen ist (d. h. auf 600°C oder darüber). Als Verfahren für eine derartige Ermittlung sei beispielsweise ein Verfahren genannt, bei dem dann, wenn die Temperatur des vom ersten Abgastemperatursensor 19a detektierten Abgases den PM-oxidierbaren Temperaturbereich erreicht, ermittelt wird, dass der Temperaturanstieg des ersten Filters 30a beendet ist.
Wenn in Schritt S303 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 den Prozess in Schritt S303 auf wiederholte Weise durch, bis die Temperatur des ersten Filters 30a den PM-oxidierbaren Temperaturbereich erreicht. Wenn die Temperatur des ersten Filters 30a bis zum PM-oxidierbaren Temperaturbereich ansteigt, führt die ECU 9 eine positive Ermittlung in Schritt S303 durch und rückt dann zu Schritt S304 vor.
In Schritt S304 steuert die ECU 9 speziell die vorstehend erwähnten Ventile 6a, 6b, 7b derart, dass das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geöffnet wird, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b um einen vorgegebenen Betrag geschlossen wird und das zweite Kraftstoffzusatzventil 7b betätigt wird. In diesem Fall wird das aufstromseitige Schaltventil 5 in seinem geöffneten Zustand gehalten und das erste Kraftstoffzusatzventil 7a so gesteuert, dass es die Zugabe von Kraftstoff fortsetzt.
Wenn das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geöffnet und das zweite Durchsatzregulationsventil 6b um einen vorgegebenen Betrag oder Winkel geschlossen ist, während das aufstromseitige Schaltventil 5 in seinem geöffneten Zustand gehalten wird, nimmt die Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Abgases zu und gleichzeitig die Menge des in den zweiten Filter 30b strömenden Abgases ab.
Wenn die Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Abgases ansteigt, wobei der erste Filter 30a in seiner Temperatur bis zum PM-oxidierbaren Temperaturbereich erhöht wird, nimmt die Oxidationsrate des PM im ersten Filter 30a zu (d. h. die Menge des oxidierten PM pro Zeiteinheit). Dies ist deswegen der Fall, weil auch die Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Sauerstoffes in Abhängigkeit von einem Anstieg der Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Abgases zunimmt.
Wenn die Oxidationsrate des PM im ersten Filter 30a hoch wird, wird es möglich, das PM-Fangvermögen des ersten Filters 30a in einer kurzen Zeitdauer zu regenerieren. Obwohl die Gefahr besteht, dass dann, wenn die Oxidationsrate des PM hoch wird, die Temperatur des Katalysators im ersten Filter 30a durch die Oxidationsreaktionswärme des PM übermäßig stark erhöht werden kann, nimmt die Menge der vom ersten Filter 30a auf das Abgas übertragenen Wärme infolge eines Anstieges der Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Abgases zu, so dass ein übermäßig starker An stieg der Temperatur des ersten Filters 30a unterdrückt werden kann.
Daher kann die PM-Oxidationsrate im ersten Filter 30a erhöht werden, während ein übermäßig starker Anstieg der Temperatur des ersten Filters 30a unterdrückt wird.
Wenn andererseits das zweite Kraftstoffzusatzventil 7b betätigt wird, so dass es mit der abnehmenden Menge des in den zweiten Filter 30b strömenden Abgases operiert, wird der zweite Filter 30b mit einer geringen Menge an zugesetztem Kraftstoff rasch in seiner Temperatur erhöht. Wenn der Prozess zum Erhöhen der Temperatur des ersten Filters 30a durchgeführt wird (d. h. wenn die Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Abgases erniedrigt wird), wird die Temperatur des zweiten Filters 30b in einem gewissen Ausmaß mit einer großen Menge des in den zweiten Filter 30b strömenden Abgases erhöht, so dass es möglich ist, die Temperatur des zweiten Filters 30b bis zum PM-oxidierbaren Temperaturbereich mit einer Menge an zugesetztem Kraftstoff zu erhöhen, die geringer ist als die für den ersten Filter 30a.
In Schritt S305 ermittelt die ECU 9, ob der Temperaturanstieg des zweiten Filters 30b beendet ist, d. h. ob die Temperatur des zweiten Filters 30b bis zum PM-oxidierbaren Temperaturbereich angestiegen ist. Als Verfahren für eine derartige Ermittlung kann ein Verfahren genannt werden, bei dem dann, wenn die vom zweiten Abgastemperatursensor 19b detektierte Temperatur des Abgases den PM-oxidierbaren Tem peraturbereich erreicht, ermittelt wird, dass der Temperaturanstieg des zweiten Filters 30b beendet ist.
Wenn in Schritt S305 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 den Prozess in Schritt S305 auf wiederholte Weise durch, bis die Temperatur des zweiten Filters 30b den PM-oxidierbaren Temperaturbereich erreicht. Wenn die Temperatur des zweiten Filters 30b bis zum PM-oxidierbaren Temperaturbereich ansteigt, führt die ECU 9 eine positive Ermittlung in Schritt S305 durch und rückt dann zu Schritt S306 vor.
In Schritt S306 steuert die ECU 9 das erste und zweite Durchsatzregulationsventil 6a, 6b derart, dass das erste Durchsatzregulationsventil 6a um einen vorgegebenen Betrag oder Winkel geschlossen wird und zur gleichen Zeit das zweite Durchsatzregulationsventil 6b vollständig geöffnet wird. In diesem Fall wird das aufstromseitige Schaltventil 5 in seinem geöffneten Zustand gehalten und werden das erste Kraftstoffzusatzventil 7a und das zweite Kraftstoffzusatzventil 7b so gesteuert, dass sie die Zugabe von Kraftstoff fortsetzen.
In diesem Fall nimmt die Menge des in den zweiten Filter 30b strömenden Abgases zu, so dass es möglich wird, das PM-Fangvermögen des zweiten Filters 30b auf wirksame Weise zu regenerieren und einen übermäßig starken Temperaturanstieg des zweiten Filters 30b zu unterdrücken.
Wenn jedoch die Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Abgases während der Oxidation des PM im ersten Filter 30a abnimmt, nimmt die vom ersten Filter 30a auf das Abgas übertragene Wärmemenge ab, so dass die Temperatur des ersten Filters 30a übermäßig stark ansteigen kann.
Im Gegensatz dazu ist bei der PM-Regenerationsbehandlung dieser Ausführungsform die PM-Oxidationsrate im ersten Filter 30a während einer Zeitdauer vom Zeitpunkt, bei dem der erste Filter 30a den PM-oxidierbaren Temperaturbereich erreicht (d. h. wenn im vorstehend erwähnten Schritt S303 eine positive Ermittlung durchgeführt wird), bis zu dem Zeitpunkt, bei dem der zweite Filter 30b den PM-oxidierbaren Temperaturbereich erreicht (d. h. wenn im obigen Schritt S305 eine positive Ermittlung durchgeführt wird), erhöht worden, so dass die Menge des im ersten Filter 30a zu dem Zeitpunkt, bei dem die Behandlung im obigen Schritt S306 durchgeführt wird, zurückbleibenden PM ausreichend gering wird. Wenn die Menge des im ersten Filter 30a verbleibenden PM abnimmt, nimmt auch die Menge des pro Zeiteinheit oxidierten PM ab, so dass selbst dann ein übermäßig starker Anstieg der Temperatur des ersten Filters 30a unterdrückt werden kann, wenn die Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Abgases abnimmt.
In Schritt S307 ermittelt die ECU 9, ob der Regenerationsbeendigungszustand für den ersten Filter 30a hält. Als Verfahren für eine derartige Ermittlung kann ein Verfahren genannt werden, bei dem der Regenerationsbeendigungszustand für den ersten Filter 30a hält, wenn die PM-Regenerationsbehandlungszeit für den ersten Filter 30a einer festen Zeit entspricht oder länger als diese ist oder wenn ein Diffe renzdruck vor und nach dem ersten Filter 30a einem vorgegebenen Wert entspricht oder geringer als dieser ist.
Wenn in Schritt S307 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 die Behandlung in Schritt S307 auf wiederholte Weise durch, bis der vorstehend erwähnte Regenerationsbeendigungszustand hält. Wenn der Regenerationsbeendigungszustand hält, führt die ECU 9 eine positive Ermittlung im obigen Schritt S307 durch und rückt zu Schritt S308 vor. In Schritt S308 stoppt die ECU 9 den Betrieb des ersten Kraftstoffzusatzventils 7a.
In Schritt S309 ermittelt die ECU 9, ob ein Regenerationsbeendigungszustand für den zweiten Filter 30b hält. Das Verfahren für eine derartige Ermittlung entspricht dem für den ersten Filter 30a. Wenn im obigen Schritt S309 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 die Behandlung in Schritt S309 auf wiederholte Weise durch, bis der vorstehend erwähnte Regenerationsbeendigungszustand hält. Wenn der Regenerationsbeendigungszustand für den zweiten Filter 30b hält, führt die ECU 9 im obigen Schritt S309 eine positive Ermittlung durch und rückt dann zu Schritt S310 vor.
In Schritt S310 stoppt die ECU 9 den Betrieb des zweiten Kraftstoffzusatzventils 7b und steuert zur gleichen Zeit das erste Durchsatzregulationsventil 6a, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b und das aufstromseitige Schaltventil 5 (d. h. zum vollständigen Öffnen des ersten Durchsatzregulationsventils 6a und des zweiten Durchsatzregulationsventils 6b und zum Schließen des aufstromseitgen Schaltven tils 5) derart, dass der Strom des Abgases auf einen üblichen Abgasstrom zurückgeführt wird.
Wenn im obigen Schritt S301 ermittelt wird, dass der Regenerationszustand für den ersten Filter 30a nicht hält, rückt die ECU 9 zu Schritt S401 vor, wie in 7 gezeigt. In Schritt S401 ermittelt die ECU 9, ob ein Regenerationszustand für den zweiten Filter 30b hält. Wenn im obigen Schritt S401 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, d. h. wenn die Regenerationszustände für den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b nicht halten, beendet die ECU 9 die Ausführung dieses Programms.
Wenn in Schritt S401 eine positive Ermittlung durchgeführt wird, rückt der Steuerprozess der ECU 9 zu Schritt S402 vor. In Schritt S402 führt die ECU 9 den Prozess zum Anheben der Temperatur des zweiten Filters 30b durch. Speziell steuert die ECU 9 die vorstehend erwähnten Ventile 5, 6a, 6b derart, dass das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geöffnet wird, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b um einen vorgegebenen Betrag oder Winkel geschlossen wird, das aufstromseitige Schaltventil 5 geöffnet wird und das zweite Kraftstoffzusatzventil 7b betätigt wird. In diesem Fall nimmt die Menge des in den zweiten Filter 30b strömenden Abgases ab, so dass der zweite Filter 30b über eine geringe Menge an zugesetztem Kraftstoff rasch in seiner Temperatur erhöht wird. Ferner wird der erste Filter 30a in seiner Temperatur in geeigneter Weise dadurch erhöht, dass eine große Menge des Abgases in den ersten Filter 30a strömt.
In Schritt S403 ermittelt die ECU 9, ob der Temperaturanstieg des zweiten Filters 30b beendet ist. Wenn in Schritt S403 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 den Prozess in Schritt S403 auf wiederholte Weise durch, bis die Temperatur des zweiten Filters 30b den PM-oxidierbaren Temperaturbereich erreicht. Wenn die Temperatur des zweiten Filters 30b bis zum PM-oxidierbaren Temperaturbereich ansteigt, führt die ECU 9 im obigen Schritt S403 eine positive Ermittlung durch und rückt dann zu Schritt S404 vor.
In Schritt S404 steuert die ECU 9 die vorstehend erwähnten Ventile 6a, 6b, 7a derart, dass das erste Durchsatzregulationsventil 6a um einen vorgegebenen Betrag geschlossen wird, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b vollständig geöffnet wird und das erste Kraftstoffzusatzventil 7a betätigt wird. In diesem Fall wird das aufstromseitige Schaltventil 5 in seinem geöffneten Zustand gehalten und das zweite Kraftstoffzusatzventil 7b so gesteuert, dass es die Kraftstoffzugabe fortsetzt.
In diesem Fall nimmt die Menge des in den zweiten Filter 30b strömenden Abgases zu, so dass es möglich wird, die PM-Oxidationsrate des zweiten Filters 30b zu erhöhen und einen übermäßigen Anstieg der Temperatur des zweiten Filters 30b zu unterdrücken. Da ferner Kraftstoff vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a dem ersten Filter 30a zugeführt wird, wobei die Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Abgases verringert wird, kann die Temperatur des ersten Filters 30a durch eine geringe Kraftstoffmenge rasch erhöht werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass der erste Filter 30a, dessen Temperatur gemäß dem vorstehend erwähnten Prozess in Schritt S402 in einem gewissen Ausmaß erhöht wird, durch eine geringere Kraftstoffmenge als der zweite Filter 30b in seiner Temperatur bis zum PM-oxidierbaren Temperaturbereich angehoben wird.
In Schritt S405 ermittelt die ECU 9, ob der Temperaturanstieg des ersten Filters 30a beendet ist. Wenn in Schritt S405 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 den Prozess im obigen Schritt S405 auf wiederholte Weise durch, bis die Temperatur des ersten Filters 30a den PM-oxidierbaren Temperaturbereich erreicht. Wenn die Temperatur des ersten Filters 30a bis zum PM-oxidierbaren Temperaturbereich ansteigt, führt die ECU 9 eine positive Ermittlung im obigen Schritt S405 durch und rückt dann zu Schritt S406 vor.
In Schritt S406 steuert die ECU 9 das erste und zweite Durchsatzregulationsventil 6a, 6b derart, dass das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geöffnet und gleichzeitig das zweite Durchsatzregulationsventil 6b um einen vorgegebenen Betrag oder Winkel geschlossen wird. In diesem Fall wird das aufstromseitige Schaltventil 5 in seinem geöffneten Zustand gehalten und werden das erste Kraftstoffzusatzventil 7a und das zweite Kraftstoffzusatzventil 7b so gesteuert, dass sie die Kraftstoffzugabe fortsetzen.
In diesem Fall nimmt die Menge des in den ersten Filter 30a strömenden Abgases zu, so dass es möglich wird, das PM-Fangvermögen des ersten Filters 30a auf wirksame Weise zu regenerieren, während ein übermäßig starker Anstieg der Temperatur des ersten Filters 30a unterdrückt wird.
In Schritt S407 ermittelt die ECU 9, ob der Regenerationsbeendigungszustand für den zweiten Filter 30b hält. Wenn in Schritt S407 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 den Prozess in Schritt S407 auf wiederholte Weise durch, bis der vorstehend erwähnte Regenerationsbeendigungszustand hält. Wenn der Regenerationsbeendigungszustand hält, führt die ECU 9 eine positive Ermittlung im obigen Schritt S407 durch und rückt zu Schritt S408 vor. In Schritt S408 beendet die ECU 9 die PM-Regenerationsbehandlung des zweiten Filters 30b, indem sie den Betrieb des zweiten Kraftstoffzusatzventils 7b stoppt.
In Schritt S409 ermittelt die ECU 9, ob der Regenerationsbeendigungszustand für den ersten Filter 30a hält. Wenn im obigen Schritt S409 eine negative Ermittlung durchgeführt wird, führt die ECU 9 den Prozess in Schritt S409 auf wiederholte Weise durch, bis der vorstehend erwähnte Regenerationsbeendigungszustand hält. Wenn der Regenerationsbeendigungszustand für den ersten Filter 30a hält, führt die ECU 9 im obigen Schritt S409 eine positive Ermittlung durch und rückt dann zu Schritt S410 vor.
In Schritt S410 stoppt die ECU 9 den Betrieb des ersten Kraftstoffzusatzventils 7a und beendet gleichzeitig die PM-Regenerationsbehandlung des ersten Filters 30a, indem sie das erste Durchsatzregulationsventil 6a, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b und das aufstromseitige Schaltventil 5 (d. h. zum vollständigen Öffnen des ersten Durchsatz regulationsventils 6a und des zweiten Durchsatzregulationsventils 6b und zum Schließen des aufstromseitigen Schaltventils 5) so steuert, dass der Abgasstrom zu einem üblichen Abgasstrom zurückgeführt wird.
Gemäß der vorstehend beschriebenen PM-Regenerationsbehandlung ist es möglich, die Kraftstoffmenge, die zur Regeneration der PM-Fangvermögen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b erforderlich ist, zu verringern und gleichzeitig die Zeit, die für die PM-Regenerationsbehandlung erforderlich ist, zu verkürzen.
In dem Fall, in dem der erste Filter 30a und der zweite Filter 30b NOx-Fangvermögen besitzen, ist es erforderlich, eine Schwefelvergiftungswiederherstellbehandlung durchzuführen, um die NOx-Fangvermögen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b aufgrund einer Schwefelvergiftung wiederherzustellen. Als Behandlung zur Temperaturanhebung kann in diesem Fall ein Verfahren angewendet werden, das der vorstehend beschriebenen Temperaturanhebungsbehandlung in der PM-Regenerationsbehandlung entspricht.
Um die NOx-Fangvermögen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b aufgrund einer Schwefelvergiftung wiederherzustellen, ist eine Temperaturanhebungsbehandlung erforderlich, um die Temperaturen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b bis zu einem hohen Temperaturbereich von etwa 500°C oder darüber anzuheben.
Nachdem daher die Menge des in den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b strömenden Abgases verringert wird, wird Kraftstoff vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a und vom zweiten Kraftstoffzusatzventil 7b ähnlich wie bei der Temperaturanhebungsbehandlung in der vorstehend beschriebenen PM-Regenerationsbehandlung dem ersten Filter 30a und dem zweiten Filter 30b zugeführt.
Die Schwefelvergiftung in Bezug auf das NOx-Fangvermögen wird eliminiert oder beseitigt, wenn der erste Filter 30a und der zweite Filter 30b einer fetten Atmosphäre einer hohen Temperatur ausgesetzt werden, so dass es erforderlich ist, den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b nach Ausführung der vorstehend erwähnten Temperaturanhebungsbehandlung in eine fette (mit Kraftstoff beaufschlagte) Atmosphäre zu versetzen.
Als Verfahren, um den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b in eine fette Atmosphäre zu versetzen, kann ein Verfahren erwähnt werden, bei dem Kraftstoff vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a und vom zweiten Kraftstoffzusatzventil 7b dem ersten Filter 30a und dem zweiten Filter 30b zugesetzt wird. In diesem Fall muss jedoch eine große Kraftstoffmenge vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a und vom zweiten Kraftstoffzusatzventil 7b zugesetzt werden, wenn die Menge des in den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b strömenden Abgases ansteigt.
Daher wird bei der vorstehend erwähnten PM-Regenerationsbehandlung die Menge des in den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b strömenden Abgases nach der Behandlung zum Anheben der Temperaturen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b erhöht. Bei der Behandlung zur Beseiti gung der Schwefelvergiftung kann jedoch die Menge des in den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b strömenden Abgases weiterhin verringert werden, und zwar selbst nach der Ausführung der Temperaturanhebungsbehandlung des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b.
Es wird daher bei einer derartigen Behandlung zur Beseitigung der Schwefelvergiftung möglich, die NOx-Fangvermögen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b aufgrund einer Schwefelvergiftung mit Zugabe einer geringen Kraftstoffmenge wiederherzustellen.
Wenn die Behandlung zur Beseitigung der Schwefelvergiftung und die PM-Regenerationsbehandlung unabhängig voneinander durchgeführt werden, nimmt die Menge des für die Temperaturanhebungsbehandlung erforderlichen Kraftstoffes zu, so dass bevorzugt wird, die PM-Regenerationsbehandlung und die Behandlung zur Beseitigung der Schwefelvergiftung nacheinander durchzuführen.
Beispielsweise kann die Behandlung zur Beseitigung der Schwefelvergiftung durch Fortsetzung der Kraftstoffzugabe vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a und vom zweiten Kraftstoffzusatzventil 7b durchgeführt werden, nachdem in den Schritten S307 und S407 bei dem vorstehend erwähnten PM-Regenerationsbehandlungsprogramm ermittelt wurde, dass der Beendigungszustand der PM-Regenerationsbehandlung hält, und durch erneutes Verringern der Menge des in den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b strömenden Abgases und Fortsetzung der Kraftstoffzugabe vom ersten Kraftstoffzusatzventil 7a und vom zweiten Kraftstoffzusatzventil 7b, nachdem in den Schritten S309 und S409 ein Halten des Beendigungszustandes der PM-Regenerationsbehandlung festgestellt wurde.
Obwohl bei dieser Ausführungsform das aufstromseitige Schaltventil 5 während des Kaltbetriebes der Brennkraftmaschine 1, während der Ausführung der PM-Regenrationsbehandlung oder während der Ausführung der Schwefelvergiftungsbeseitigungsbehandlung geöffnet wird, kann das aufstromseitige Schaltventil 5 auch geöffnet werden, wenn sich die Zustände der PM-Sammlungen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b voneinander unterscheiden. In dem Fall, in dem sich die Zustände der PM-Sammlungen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b voneinander unterscheiden, variiert der Druckverlust oder Druckabfall in Abhängigkeit von jedem Filter, so dass auch die auf die entsprechenden Zylinderreihen einwirkenden Rückdrücke voneinander verschieden werden. Infolgedessen besteht die Möglichkeit, dass sich die Betriebsbedingungen (d. h. die Menge des EGR-Gases, die Menge der Ansaugluft, der Leistungsverlust etc.) von Zylinderreihe zu Zylinderreihe unterscheiden, wenn die auf die entsprechenden Zylinderreihen einwirkenden Rückdrücke voneinander verschieden sind.
Wenn im Gegensatz dazu das aufstromseitige Schaltventil 5 geöffnet wird, wenn sich die Zustände der PM-Sammlungen des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b voneinander unterscheiden, werden die auf die entsprechenden Zylinderreihen einwirkenden Rückdrücke ausgeglichen, wodurch es möglich wird, das Auftreten der vorstehend genannten Probleme zu unterdrücken.
<Dritte Ausführungsform>
Es wird nunmehr in Verbindung mit den 8 bis 10 auf eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug genommen. Es werden hier nur diejenigen Teile der Konstruktion dieser Ausführungsform beschrieben, die sich von den Teilen der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform unterscheiden, während auf eine Erläuterung von gleichen Konstruktionsteilen verzichtet wird.
8 ist eine Ansicht, die die schematische Konstruktion eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine zeigt, bei der eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Anwendung findet. Gemäß 8 ist ein erstes Durchsatzregulationsventil 6a in einem ersten Abgaskanal 2a an einer Stelle abstromseitig eines ersten Filters 30a angeordnet, während ein zweites Durchsatzregulationsventil 6b in einem zweiten Abgaskanal 2b an einer Stelle abstromseitig eines zweiten Filters 30b angeordnet ist.
Ein erstes Absperrventil 20a befindet sich im ersten Abgaskanal 2a an einer Stelle abstromseitig seines Verbindungsabschnittes mit einem aufstromseitigen Verbindungskanal 4 und aufstromseitig vom ersten Filter 30a. Ein zweites Absperrventil 20b ist im zweiten Abgaskanal 2b an einer Stelle abstromseitig seines Verbindungsabschnittes mit dem aufstromseitigen Verbindungskanal 4 und aufstromseitig vom zweiten Filter 30b angeordnet. Ein erstes Hilfsschaltventil 22a befindet sich in einem ersten Hilfsabgaskanal 21a.
Der erste Hilfsabgaskanal 21a ist mit einem Abschnitt des ersten Abgaskanals 2a abstromseitig vom ersten Filter 30a und aufstromseitig vom ersten Durchsatzregulationsventil 6a verbunden. Der erste Hilfsabgaskanal 21a ist mit einem Abschnitt des zweiten Abgaskanals 2b abstromseitig vom zweiten Absperrventil 20b und aufstromseitig vom zweiten Filter 30b verbunden.
Ein zweiter Hilfsabgaskanal 21b steht mit einem Abschnitt des zweiten Abgaskanals 2b abstromseitig des zweiten Filters 30b und aufstromseitig des zweiten Durchsatzregulationsventils 6b in Verbindung. Der zweite Hilfsabgaskanal 21b ist mit einem Abschnitt des ersten Abgaskanals 2a abstromseitig des ersten Absperrventils 20a und aufstromseitig des ersten Filters 30a verbunden. Ein zweites Hilfsschaltventil 22b befindet sich im zweiten Hilfsabgaskanal 21b.
Das erste Absperrventil 20a, das zweite Absperrventil 20b, das erste Hilfsschaltventil 22a und das zweite Hilfsschaltventil 22b werden mit Hilfe einer ECU 9 elektrisch gesteuert.
Bei einer derartigen Ausführungsform wird es möglich, zu bewirken, dass das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte Abgas nacheinander durch den ersten Filter 30a und den zweiten Filter 30b strömt. Wenn beispielsweise bewirkt wird, dass das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte Abgas nacheinander vom ersten Filter 30a zum zweiten Filter 30b strömt, führt die ECU 9 eine solche Steuerung durch, dass ein aufstromseitiges Schaltventil 5 geöffnet wird, das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geschlossen wird, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b vollständig geöffnet wird, das erste Absperrventil 20a geöffnet wird, das zweite Absperrventil 20b geschlossen wird, das erste Hilfsschaltventil 22a geöffnet wird und das zweite Hilfsschaltventil 22b geschlossen wird.
In diesem Fall wird das gesamte von einer zweiten Zylinderreihe 1b der Brennkraftmaschine 1 zum zweiten Abgaskanal 2b emittierte Abgas durch den aufstromseitigen Verbindungskanal 4 zum ersten Abgaskanal 2a geleitet, wie in 9 gezeigt. Das vom zweiten Abgaskanal 2b zum ersten Abgaskanal 2a geleitete Abgas strömt in den ersten Filter 30a zusammen mit dem von einer Zylinderreihe 1a der Brennkraftmaschine 1 zum ersten Abgaskanal 2a emittierten Abgas. Das durch den ersten Filter 30a strömende Abgas wird durch den ersten Hilfsabgaskanal 21a zum zweiten Abgaskanal 2b geleitet und strömt dann in den zweiten Filter 30b. Daher strömt das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte Abgas nacheinander vom ersten Filter 30a zum zweiten Filter 30b.
Wenn ferner bewirkt wird, dass das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte Abgas nacheinander vom zweiten Filter 30b zum ersten Filter 30a strömt, führt die ECU 9 eine solche Steuerung durch, dass das aufstromseitige Schaltventil 5 geöffnet wird, das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geöffnet wird, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b vollständig geschlossen wird und das erste Absperrventil 20a geschlossen wird. Ferner führt die ECU 9 eine solche Steuerung durch, dass das zweite Absperrventil 20b geöffnet wird, das erste Hilfsschaltventil 22a geschlossen wird und das zweite Hilfsschaltventil 22b geöffnet wird.
In diesem Fall wird das gesamte von der ersten Zylinderreihe 1a der Brennkraftmaschine 1 zum ersten Abgaskanal 2a emittierte Abgas durch den aufstromseitigen Verbindungskanal 4 zum zweiten Abgaskanal 2b geleitet, wie in 10 gezeigt. Das vom ersten Abgaskanal 2a zum zweiten Abgaskanal 2b geleitete Abgas strömt in den zweiten Filter 30b zusammen mit dem von der zweiten Zylinderreihe 1b zum zweiten Abgaskanal 2b emittierten Abgas. Das durch den zweiten Filter 30b strömende Abgas wird zum ersten Abgaskanal 2a durch den zweiten Hilfsabgaskanal 21b geleitet und strömt dann in den ersten Filter 30a. Daher strömt das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte Abgas nacheinander vom zweiten Filter 30b zum ersten Filter 30a.
Wenn bei der Brennkraftmaschinenstartzeitabgasstromsteuerung der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform der vorstehend beschriebene und in 9 und 10 gezeigte Abgasstrom erreicht wird, wird es möglich, frühere Aktivierungszeiten des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b zu erzielen.
Es wird beispielsweise die in den Schritten S205 oder S206 durchgeführte Behandlung (d. h. eine Behandlung, bei der das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte Abgas nur in einen Filter vom ersten Filter 30a und zweiten Filter 30b strömt) in dem vorstehend erwähnten Brennkraftmaschinenstartzeitabgasstromsteuerprogramm der 5 ausgeführt. Das gesamte Abgas der Brennkraftmaschine 1 strömt entweder nur durch den ersten Filter 30a oder nur durch den zweiten Filter 30b, so dass der eine Filter (der Filter, durch den das Abgas strömt) die Wärme des Abgases aufnehmen und seine Temperatur erhöht werden kann, jedoch der andere Filter (der Filter, durch den kein Abgas strömt) die Wärme des Abgases nicht aufnehmen kann. Daher wird es möglich, das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte PM nur von einem Filter des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b zu sammeln, wobei jedoch die Aktivierungszeit des anderen Filters verzögert wird.
Wenn im Gegensatz dazu bei der Brennkraftmaschinenstartzeitabgasstromsteuerung die ECU 9 anstelle der Ausführung der Behandlung des vorstehend genannten Schrittes S205 das aufstromseitige Schaltventil 5, das erste Durchsatzregulationsventil 6a, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b, das erste Absperrventil 20a, das zweite Absperrventil 20b, das erste Hilfsschaltventil 22a und das zweite Hilfsschaltventil 22b so steuert, dass das gesamte Abgas der Brennkraftmaschine 1 nacheinander vom zweiten Filter 30b zum ersten Filter 30a strömt, wird es möglich, nicht nur zu bewirken, dass das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte PM vom zweiten Filter 30b gesammelt wird, sondern auch den ersten Filter 30a mit dem Abgas aufzuwärmen.
Wenn ferner die ECU 9 anstelle der Ausführung der Behandlung im vorstehend genannten Schritt S206 das aufstromseitige Schaltventil 5, das erste Durchsatzregulationsventil 6a, das zweite Durchsatzregulationsventil 6b, das erste Absperrventil 20a, das zweite Absperrventil 20b, das erste Hilfsschaltventil 22a und das zweite Hilfsschaltventil 22b so steuert, dass das gesamte Abgas der Brennkraftmaschine 1 nacheinander vom ersten Filter 30a zum zweiten Filter 30b strömt, wird es möglich, nicht nur zu bewirken, dass das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte PM vom ersten Filter 30a gesammelt wird, sondern auch den zweiten Filter 30b mit dem Abgas aufzuwärmen.
Es wird daher möglich, die Mengen des von beiden Filtern 30a, 30b gesammelten PM zu vergleichmäßigen, ohne die Aktivierungszeiten des ersten Filters 30a und des zweiten Filters 30b übermäßig zu verzögern.
Dann kann bei der PM-Regenerationsbehandlung der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform die Menge des Kraftstoffes, die für die PM-Regenerationsbehandlung erforderlich ist, weiter verringert werden, indem das erste Hilfsschaltventil 22a oder das zweite Hilfsschaltventil 22b während der Temperaturanhebungsbehandlung des ersten Filters 30a oder des zweiten Filters 30b geöffnet wird.
Wenn beispielsweise bei dem vorstehend erwähnten und in den 6 und 7 gezeigten PM-Regenerationsbehandlungsprogramm das erste Hilfsschaltventil 22a während der Ausführung der Behandlung in Schritt S302 geöffnet wird (während der Temperaturanhebungsbehandlung des ersten Filters 30a), strömt ein Teil des aus dem ersten Filter 30a tretenden Abgases mit hoher Temperatur in den zweiten Abgaskanal 2b durch den ersten Hilfsabgaskanal 21a, so dass der zweite Filter 30b durch das Hochtemperaturabgas erwärmt wird. Daher kann die Menge des zugesetzten Kraftstoffes, die in der Temperaturanhebungsbehandlung des zweiten Filters 30b erforderlich ist, weiter verringert werden.
Wenn ferner bei dem vorstehend erwähnten und in den 6 und 7 gezeigten PM-Regenerationsbehandlungsprogramm das zweite Hilfsschaltventil 22b während der Ausführung der Behandlung in Schritt S402 geöffnet wird (der Temperaturanhebungsbehandlung des zweiten Filters 30b), strömt ein Teil des aus dem zweiten Filter 30b austretenden Abgases auf hoher Temperatur in den ersten Abgaskanal 2a durch den zweiten Hilfsabgaskanal 21b, so dass der erste Filter 30a durch das Abgas auf hoher Temperatur erwärmt wird. Daher kann die Menge des zugesetzten Kraftstoffes, die für die Temperaturanhebungsbehandlung des ersten Filters 30a erforderlich ist, weiter verringert werden.
<Vierte Ausführungsform>
Es wird nunmehr in Verbindung mit 11 auf eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug genommen. Es werden dabei nur diejenigen Teile der Konstruktion dieser Ausführungsform, die sich von den Teilen der vorstehend erwähnten zweiten Ausführungsform unterscheiden, beschrieben, während auf eine Erläuterung von entsprechenden Konstruktionsteilen verzichtet wird.
11 ist eine Ansicht, die die schematische Konstruktion eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine zeigt, bei der die vorliegende Erfindung Anwendung findet. Gemäß 11 ist ein erstes Durchsatzregulationsventil 6a in einem ersten Abgaskanal 2a an einer Stelle abstromseitig von einem ersten Filter 30a und aufstromseitig von seinem Verbindungsabschnitt mit einem ersten Hilfsabgaskanal 21a angeordnet. Ein zweites Durchsatzregulationsventil 6b befindet sich in einem zweiten Abgaskanal 2b an einer Stelle abstromseitig eines zweiten Filters 30b und aufstromseitig seines Verbindungsabschnittes mit einem zweiten Hilfsabgaskanal 21b.
Ein Abschnitt des ersten Abgaskanals 2a, der sich abstromseitig des ersten Filters 30a und aufstromseitig des ersten Durchsatzregulationsventils 6a befindet, und ein Abschnitt des zweiten Abgaskanals 2b, der abstromseitig des zweiten Filters 30b und aufstromseitig des zweiten Durchsatzregulationsventils 6b angeordnet ist, stehen miteinander in Verbindung über einen abstromseitigen Verbindungskanal 23. Ein abstromseitiges Schaltventil 24 ist im abstromseitigen Verbindungskanal 23 angeordnet.
Bei einer derartigen Ausführungsform wird es möglich, eine Strömung des Abgases durch den ersten Filter 30a oder den zweiten Filter 30b in umgekehrter Richtung zu bewirken. Beispielsweise führt die ECU 9 eine solche Steuerung durch, dass ein aufstromseitiges Schaltventil 5 geöffnet wird, das erste Durchsatzregulationsventil 6a und das zweite Durchsatzregulationsventil 6b vollständig geschlossen werden, das erste Absperrventil 20a geöffnet wird, das zweite Absperrventil 20b geschlossen wird, das erste Hilfsschaltventil 22a geöffnet wird, das zweite Hilfsschaltventil 22b geschlossen wird und das abstromseitige Schaltventil 24 geöffnet wird.
In diesem Fall wird das gesamte von einer zweiten Zylinderreihe 1b der Brennkraftmaschine 1 zum zweiten Abgaskanal 2b emittierte Abgas durch den aufstromseitigen Verbindungskanal 4 zum ersten Abgaskanal 2a geleitet, wie in 12 gezeigt. Das vom zweiten Abgaskanal 2b zum ersten Abgaskanal 2a geleitete Abgas strömt in den ersten Filter 30a zusammen mit dem von einer ersten Zylinderreihe 1a der Brennkraftmaschine 1 zum ersten Abgaskanal 2a emittierten Abgas. Das durch den ersten Filter 30a dringende Abgas wird zu einem Abschnitt des zweiten Abgaskanals 2b abstromseitig des zweiten Filters 30b durch den abstromseitigen Verbindungskanal 23 geleitet. Da in diesem Fall das zweite Durchsatzregulationsventil 6b vollständig geschlossen ist, strömt das zum zweiten Abgaskanal 2b geleitete Abgas durch den zweiten Abgaskanal 2b und den zweiten Filter 30b zurück und tritt in einen Abschnitt des zweiten Abgaskanals 2b aufstromseitig des zweiten Filters 30b ein. Das zu dem Abschnitt des zweiten Abgaskanals 2b aufstromseitig des zweiten Filters 30b geleitete Abgas strömt zu einem Abschnitt des ersten Abgaskanals 2a abstromseitig des ersten Durchsatzregulationsventils 6a durch den ersten Hilfsabgaskanal 21a.
Daher strömt das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte Abgas zurück in den zweiten Filter 30b von dessen abstromseitiger Seite zu dessen aufstromseitiger Seite, nachdem es den ersten Filter 30a von dessen aufstromseitiger Seite zu dessen abstromseitiger Seite passiert hat.
Wenn durch die Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung des zweiten Filters 30b der vorstehend beschriebene Abgasstrom erhalten wird, kann der Effekt der PM-Regenerationsbehandlung des zweiten Filters 30b verbessert werden. Mit anderen Worten, wenn das Abgas durch den zweiten Filter 30b von dessen aufstromseitiger Seite zu dessen abstromseitiger Seite während der Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung strömt, besteht die Möglichkeit, dass das auf einer aufstromseitigen Endfläche des zweiten Filters 30b gesammelte PM nichtoxidiert zurückbleibt. Wenn jedoch das Abgas im zweiten Filter 30b von dessen abstromseitiger Seite zu dessen aufstromseitiger Seite während der Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung zurückströmt, kann das auf der aufstromseitigen Endfläche des zweiten Filters 30b gesammelte PM in einfacher Weise oxidiert werden.
Wenn daher der vorstehend beschriebene Abgasstrom während der Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung des zweiten Filters 30b erreicht wird, wird es möglich, zu unterdrücken, dass ein Teil des PM nichtoxidiert auf der aufstromseitigen Endfläche etc. des zweiten Filters 30b zurückbleibt.
Des weiteren kann die ECU 9 so operieren, dass ein aufstromseitiges Schaltventil 5 geöffnet wird, das erste Durchsatzregulationsventil 6a und das zweite Durchsatzregulationsventil 6b vollständig geschlossen werden, das erste Absperrventil 20a geschlossen wird, das zweite Absperrventil 20b geöffnet wird, das erste Hilfsschaltventil 22a geschlossen wird, das zweite Hilfsschaltventil 22b geöffnet wird und das abstromseitige Schaltventil 24 geöffnet wird.
In diesem Fall wird das gesamte von der ersten Zylinderreihe 1a der Brennkraftmaschine 1 zum ersten Abgaskanal 2a emittierte Abgas zum zweiten Abgaskanal 2b durch den aufstromseitigen Verbindungskanal 4 geleitet, wie in 13 gezeigt. Das vom ersten Abgaskanal 2a zum zweiten Abgaskanal 2b geleitete Abgas strömt in den zweiten Filter 30b zusammen mit dem von der zweiten Zylinderreihe 1b zum zweiten Abgaskanal 2b emittierten Abgas. Das durch den zweiten Filter 30b dringende Abgas wird zu einem Abschnitt des ersten Abgaskanals 2a abstromseitig des ersten Filters 30a durch den abstromseitigen Verbindungskanal 23 geleitet. Da in diesem Fall das erste Durchsatzregulationsventil 6a vollständig geschlossen ist, strömt das zum ersten Abgaskanal 2a geleitetet Abgas im ersten Abgaskanal 2a und dem ersten Filter 30a zurück und tritt in einen Abschnitt des ersten Abgaskanals 2a aufstromseitig des ersten Filters 30a. Das zu dem Abschnitt des ersten Abgaskanals 2a aufstromseitig des ersten Filters 30a geleitete Abgas strömt in einen Abschnitt des zweiten Abgaskanals 2b abstromseitig des zweiten Durchsatzregulationsventils 6b durch den zweiten Hilfsabgaskanal 21b.
Daher strömt das gesamte von der Brennkraftmaschine 1 emittierte Abgas im ersten Filter 30a von dessen abstromseitiger Seite zu dessen aufstromseitiger Seite zurück, nachdem es den zweiten Filter 30b von dessen aufstromseitiger Seite zu dessen abstromseitiger Seite passiert hat.
Wenn der vorstehend beschriebene Abgasstrom während der Ausführung der PM-Regenerationsbehandlung des ersten Fil ters 30a erreicht wird, wird es somit möglich, zu unterdrücken, dass ein Teil des PM auf der aufstromseitigen Endfläche etc. des ersten Filters 30a nichtoxidiert zurückbleibt.

Claims

Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von unabhängigen Abgaspassagen, von denen eine für jede Zylindergruppe vorgesehen ist, und einer Vielzahl von Katalysatoren, von denen jeder eine NOx-Fangfähigkeit und/oder eine PM-Fangfähigkeit hat und die jeweils in den Abgaspassagen angeordnet sind, wobei das Abgasreinigungsgerät gekennzeichnet ist, durch: eine stromaufwärtsseitige Verbindungspassage, die Abschnitte der Abgaspassage stromaufwärtig der Katalysatoren gegenseitig verbindet; ein stromaufwärtsseitiges Schaltventil, das die stromaufwärtsseitige Verbindungspassage öffnet und schließt; Reduktionsmittelzusatzventile, die jeweils in den Abgaspassagen zwischen ihren Verbindungsabschnitten mit der stromaufwärtsseitigen Verbindungspassage und den Katalysatoren angeordnet sind; eine Vielzahl von Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventilen, die jeweils stromabwärtig von Verbindungsabschnitten der Abgaspassagen mit der stromaufwärtsseitigen Verbindungspassage angeordnet sind; und einen Steuerabschnitt, der das stromaufwärtsseitige Schaltventil und die jeweiligen Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventile gemäß den Zuständen der jeweiligen Katalysatoren steuert.
Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die NOx-Fangfähigkeit von einem der Vielzahl von Katalysatoren regeneriert wird, der Steuerabschnitt das stromaufwärtsseitige Schaltventil öffnet, den Öffnungsgrad eines Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventils in einer der Abgaspassagen verringert, in der der eine Katalysator angeordnet ist, und ein Reduktionsmittel zu dem einen Katalysator von einem Reduktionsmittelzusatzventil in der einen Abgaspassage zuführt, in der der eine Katalysator angeordnet ist.
Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt das eine Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventil nach oder gleichzeitig mit einem Öffnen des stromaufwärtsseitigen Schaltventils vollständig schließt, und das eine Reduktionsmittelzusatzventil zu einer Zeit betreibt, zu der das Reduktionsmittel an dem einen Katalysator ankommt, wenn der tatsächliche Öffnungsgrad des einen Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventils vollständig geschlossen wird.
Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerabschnitt das eine Reduktionsmittelzusatzventil steuert, um das Reduktionsmittel von diesem innerhalb einer Zeitspanne von einem Zeitpunkt, zu dem ein Befehlssignal zum vollständigen Schließen zu dem einen Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventil ausgegeben wird, zu einem Zeitpunkt zuzusetzen, zu dem der tatsächliche Öffnungsgrad des einen Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventils vollständig geschlossen wird.
Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Vielzahl von Katalysatoren eine PM-Fangfähigkeit hat; der Steuerabschnitt das stromaufwärtsseitige Schaltventil und die jeweiligen Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventile in solch einer Weise steuert, dass ein gesamtes Abgas in einen bestimmten Katalysator der Vielzahl von Katalysatoren in einer vorbestimmten Zeitspanne von einer Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine strömt, wobei der bestimmte Katalysator bei jeder Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine von einem Katalysator zu einem anderen Katalysator geändert wird.
Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die PM-Fangfähigkeit eines bestimmten Katalysators der Vielzahl von Katalysatoren regeneriert wird, der Steuerabschnitt das stromaufwärtsseitige Schaltventil öffnet, den Öffnungsgrad von einem der Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventile verringert, das in der selben Abgaspassage angeordnet ist, in der der bestimmte Katalysator angeordnet ist, und ein Reduktionsmittel zu dem bestimmten Katalysator von einem der Reduktionsmittelzusatzventile zuführt, das in der selben Abgaspassage angeordnet ist, in der der bestimmte Katalysator angeordnet ist; nachdem der bestimmte Katalysator sich zu einem gewünschten Zieltemperaturbereich erwärmt hat, der Steuerabschnitt den Öffnungsgrad des einen Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventils erhöht, das in der selben Abgaspassage angeordnet ist, in der der bestimmte Katalysator angeordnet ist, und gleichzeitig den Öffnungsgrad von jedem der anderen Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventile verringert, die in den selben Abgaspassagen angeordnet sind, in denen die anderen Katalysatoren angeordnet sind, und des Weiteren ein Reduktionsmittel zu den anderen Katalysatoren von den anderen Reduktionsmittelzusatzventilen zuführt, die in den selben Abgaspassagen angeordnet sind, in denen die anderen Katalysatoren angeordnet sind.
Das Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ein bestimmter Katalysator der Vielzahl von Katalysatoren von einer Schwefelvergiftung befreit wird, der Steuerabschnitt das stromaufwärtsseitige Schaltventil öffnet, den Öffnungsgrad von einem der Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventile verringert, das in der selben Abgaspassage angeordnet ist, in der der bestimmte Katalysator angeordnet ist, und ein Reduktionsmittel zu dem bestimmten Katalysator von einem der Reduktionsmittelzusatzventile zuführt, das in der selben Abgaspassage angeordnet ist, in der der bestimmte Katalysator angeordnet ist; nachdem der bestimmte Katalysator von einer Schwefelvergiftung befreit worden ist, der Steuerabschnitt den Öffnungsgrad von dem einen Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventil erhöht, das in der selben Abgaspassage angeordnet ist, in der der bestimmte Katalysator angeordnet ist, und gleichzeitig den Öffnungsgrad von jedem der anderen Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventile verringert, die in den selben Abgaspassagen angeordnet sind, in denen die anderen Katalysatoren angeordnet sind, und des Weiteren ein Reduktionsmittel zu den anderen Katalysatoren von den anderen Reduktionsmittelzusatzventilen zuführt, die in den selben Abgaspassagen angeordnet sind, in denen die anderen Katalysatoren angeordnet sind.
Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren Folgendes aufweist: Zusatzabgaspassagen, die jeweils Abschnitte von den Abgaspassagen stromabwärtig der Katalysatoren mit einem Abschnitt einer anderen Abgaspassage zwischen einem anderen Katalysator und ihrem Verbindungsabschnitt mit der stromaufwärtsseitigen Verbindungspassage verbinden; Zusatzschaltventile, die jeweils die Zusatzabgaspassagen öffnen und schließen; und Absperrventile, die jeweils zwischen Verbindungsabschnitten der Abgaspassagen mit den Zusatzabgaspassagen stromaufwärtig der Katalysatoren und Verbindungsabschnitten der Abgaspassagen mit der stromaufwärtsseitigen Verbindungspassage angeordnet sind; wobei jedes der Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventile stromabwärtig von einem Verbindungsabschnitt von jeder der Abgaspassagen mit jeder von den Zusatzabgaspassagen stromabwärtig von jedem der Katalysatoren verbunden ist.
Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es des Weiteren Folgendes aufweist: Zusatzabgaspassagen, die jeweils Abschnitte von den Abgaspassagen stromaufwärtig der Katalysatoren mit einem Abschnitt einer anderen Abgaspassage zwischen einem anderen Katalysator, der in dieser angeordnet ist, und ihrem Verbindungsabschnitt mit der stromaufwärtsseitigen Verbindungspassage verbinden; und Zusatzschaltventile, die jeweils die Zusatzabgaspassagen öffnen und schließen; und Absperrventile, die jeweils zwischen Verbindungsabschnitten der Abgaspassagen mit den Zusatzabgaspassagen stromaufwärtig der Katalysatoren und Verbindungsabschnitten der Abgaspassagen mit der stromaufwärtsseitigen Verbindungspassage angeordnet sind; eine stromabwärtsseitige Verbindungspassage, die Abschnitte der jeweiligen Abgaspassagen zwischen ihren Verbindungsabschnitten mit den Zusatzabgaspassagen und den jeweiligen Katalysatoren gegenseitig verbindet; und ein stromabwärtsseitiges Schaltventil, das die stromabwärtsseitige Verbindungspassage öffnet und schließt; wobei die Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventile jeweils in den Abgaspassagen zwischen ihren Verbindungsabschnitten mit der stromabwärtsseitigen Verbindungspassage und ihren Verbindungsabschnitten mit den Zusatzabgaspassagen stromabwärtig der Katalysatoren angeordnet sind.
Abgasreinigungsverfahren für eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von unabhängigen Abgaspassagen, von denen eine für jede Zylindergruppe vorgesehen ist, und einer Vielzahl von Katalysatoren, von denen jeder eine NOx-Fangfähigkeit hat und die jeweils in den Abgaspassagen angeordnet sind, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist, durch: Verbinden, nach Regeneration der NOx-Fangfähigkeit von einem der Vielzahl von Katalysatoren, eines Abschnitts von einer Abgaspassage stromaufwärtig des einen Katalysators, der in dieser angeordnet ist, mit einem Abschnitt einer anderen Abgaspassage stromaufwärtig eines anderen Katalysators, der in dieser angeordnet ist; vollständiges Schließen eines Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventils, das die Strömungsgeschwindigkeit eines Abgases reguliert, das in den einen Katalysator strömt; und Zusetzen eines Reduktionsmittels zu der einen Abgaspassage stromaufwärtig des einen Katalysators, bevor der tatsächliche Öffnungsgrad des Strömungsgeschwindigkeitsregulationsventils vollständig geschlossen wird.