DE69200423T2 - Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors. - Google Patents

Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen eines Verbrennungsmotors.

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DE69200423T2
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche in einer Abgasleitung einen sogenannten NOx-Katalysator für mageren Betrieb bzw. lean NOx catalyst aufweist.
  • Die japanischen Patentveröffentlichungen Nr. HEI 1- 130735 und HEI 1-135541 offenbaren einen NOx-Katalysator, der aus Zeolith aufgebaut ist, welcher ein Metall trägt, das aus der Gruppe bestehend aus Übergangsmetallen und Edelmetallen ausgewählt ist, und der unter oxidierenden Gasbedingungen bei Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen (KW- Stoffen) zum Reduzieren von Stickoxiden (NOx) geeignet ist. Ein derartiger Katalysator wird im folgenden als ein NOx- Katalysator für mageren Betrieb bezeichnet. Der NOx-Katalysator für mageren Betrieb braucht Kohlenwasserstoff, um NOx zu reduzieren. Die japanische Patentanmeldung Nr. SHO 63- 283727 offenbart ein System, bei dem eine Kohlenwasserstoff- Zufuhrvorrichtung geschaffen ist und einem NOx-Katalysator für mageren Betrieb ständig Kohlenwasserstoff von der Kohlenwasserstoff-Zufuhrvorrichtung zugeführt wird, wenn der in dem Motorabgas enthaltene Kohlenwasserstoff nicht ausreichend ist, zum Beispiel, wenn die Abgastemperatur hoch ist und der in dem Abgas enthaltene Kohlenwasserstoff direkt zu CO&sub2; und H&sub2;O oxidiert wird.
  • Es gibt jedoch Probleme mit den Systemen gemäß dem Stand der Technik. Insbesondere wird, selbst wenn Kohlenwasserstoff zugeführt wird, wenn die Abgastemperatur hoch ist, fast der gesamte zugeführte Kohlenwasserstoff direkt in CO&sub2; und H&sub2;O oxidiert und kann nicht effektiv für die Reduzierung von NOx genutzt werden. Als ein Ergebnis dessen wird die NOx-Reduzierungsrate des NOx-Katalysators für mageren Betrieb nicht so sehr gesteigert wird, wie es erwartet wird.
  • Desweiteren geht der Vorzug (die gute Brennstoff-Ersparnis) eines Motors mit magerer Verbrennung verloren, wenn ständig Kohlenwasserstoff zugeführt wird. Außerdem steigert eine derartige ständige Zufuhr an Kohlenwasserstoff die wärmeerzeugung aufgrund der Oxidation von Kohlenwasserstoff bei dem NOx-Katalysator für mageren Betrieb, um die Katalysatortemperatur zu erhöhen. Infolgedessen wird der NOx-Katalysator für mageren Betrieb thermisch abgebaut.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der in einer Abgasleitung des Motors einen NOx-Katalysator für mageren Betrieb hat, wobei Kohlenwasserstoff zugeführt wird, um eine NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators für mageren Betrieb zu steigern und der zugeführte Kohlenwasserstoff effektiv zum Steigern der NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators für mageren Betrieb genutzt werden kann.
  • Die vorstehend beschriebene Aufgabe kann mittels einer Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden, welche aufweist: einen Verbrennungsmotor, mit dem Brennstoff bei mageren Luft-Brennstoff-Verhältnissen verbrennbar ist, und der eine Abgasleitung hat, einen NOx-Katalysator für mageren Betrieb, der in der Abgasleitung des Motors eingebaut ist, und eine Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge, mit der eine im Abgas, das zu dem NOx-Katalysator für mageren Betrieb strömt, enthaltene Menge an Kohlenwasserstoff steigerbar ist, eine Einrichtung zum Bestimmen der Katalysatortemperatur, um eine Temperatur zu bestimmen, die eine Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb repräsentiert, und um zu bestimmen, ob die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb unterhalb eines festgelegten wertes ist, und eine Betätigungseinrichtung für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge, um die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge zeitweilig jedesmal zu betätigen, wenn die Einrichtung zum Bestimmen der Katalysatortemperatur bestimmt, daß die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb unterhalb des festgelegten wertes ist.
  • Bei der vorstehend beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung betätigt die Betätigungseinrichtung für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge, wenn die Abgastemperatur niedrig ist, die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge, so daß die Menge an Kohlenwasserstoff, die in dem zu dem NOx-Katalysator für mageren Betrieb strömenden Abgas enthalten ist, gesteigert wird.
  • Wenn die Abgastemperatur relativ gering ist, wird die direkte Oxidation des Kohlenwasserstoffs unterdrückt und die partielle Oxidation des Kohlenwasserstoffs wird gefördert, um eine relativ große Menge an Radikalen (aktive Sorte) zu erzeugen. Die Radikale werden für mehrere Minuten innerhalb der Zellen des NOx-Katalysators für mageren Betrieb gehalten. Da die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge zeitweilig betätigt wird, um die Kohlenwasserstoffmenge zu steigern, ist innerhalb der vielen Zellen des NOx- Katalysators für mageren Betrieb ständig eine relativ große Menge an Kohlenwasserstoff enthalten. wenn dann die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb steigt und die Kohlenwasserstoffmenge unzureichend ist, wird der innerhalb der Zellen enthaltene Kohlenwasserstoff effektiv für die Reduzierung des NOx-Katalysators genutzt, bis der gesamte enthaltene Kohlenwasserstoff kompensiert ist, so daß eine hohe NOx-Reinigungsrate (NOx-Umwandlung) erzielt wird.
  • Desweiteren hat der NOx-Katalysator für mageren Betrieb eine Charakteristik derart, daß er in einem Zeitabschnitt mit steigender Temperatur eine höhere NOx-Reinigungsrate als in einem Zeitabschnitt mit fallender Temperatur oder in einem Zeitabschnitt mit konstanter Temperatur zeigen kann. Deshalb wird, da der innerhalb der Katalysatorzellen enthaltene Kohlenwasserstoff in dem Zeitabschnitt mit steigender Temperatur effektiv genutzt wird, die NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators für mageren Betrieb weiter verbessert.
  • Außerdem werden, da die Betätigungseinrichtung für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge nicht ständig sondern zeitweilig betätigt, der Anstieg der Kohlenwasserstoff-Emissionen und der thermische Abbau des NOx-Katalysators für mageren Betrieb, verglichen mit dem herkömmlichen Fall, bei dem Kohlenwasserstoff ständig zugeführt wurde, effektiv unterdrückt.
  • Die vorangehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher und ohne weiteres verständlich.
  • FIG. 1 ist ein Ablaufplan eines Steuerprogramms zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge einer Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
  • FIG. 2 ist ein schematisches Systemdiagramm der mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geschaffenen Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor,
  • FIG. 3 ist eine grafische Darstellung, die das Ein- und Ausschalten der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge der Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor in Übereinstimmung mit dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, und
  • FIG. 4 ist eine grafische Veranschaulichung einer Charakteristik einer NOx-Reinigungsrate im Verhältnis zu einer Katalysatortemperatur von einem NOx-Katalysator für mageren Betrieb.
  • Es werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erklärt. wie in Fig. 2 veranschaulicht ist, weist eine Abgasreinigungsvorrichtung in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Verbrennungsmotor 2 auf, mit dem Brennstoff bei mageren Luft-Brennstoff-Verhältnissen verbrennbar ist (d. h. einen Motor mit magerer Verbrennung einschließlich eines Dieselmotors). Der Motor 2 hat eine Abgasleitung 4, in der ein NOx-Katalysator 6 für mageren Betrieb eingebaut ist. In diesem Fall ist der NOx-Katalysator für mageren Betrieb als ein Katalysator definiert, der aus Zeolith aufgebaut ist, welcher ein Metall trägt, das aus der Gruppe bestehend aus Übergangsmetallen und Edelmetallen ausgewählt ist, und der unter oxidierenden Gasbedingungen bei Vorhandensein von Kohlenwasserstoff zum Reduzieren von NOx geeignet ist.
  • Die Abgasreinigungsvorrichtung weist ferner eine Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge auf, die zum Steigern einer Menge an Kohlenwasserstoff geeignet ist, die in einem zu dem NOx-Katalysator 6 für mageren Betrieb strömenden Abgas enthalten ist.
  • Eine derartige Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge kann eine Kohlenwasserstoffquelle 26 und ein Kohlenwasserstoff-Steuerventil 32 aufweisen, um die Zufuhr von Kohlenwasserstoff von der Kohlenwasserstoffquelle zwischen EIN und AUS umzuschalten. Die Kohlenwasserstoffquelle 26 kann eine Kohlenwasserstoff-Gasflasche oder ein Behälter für Motorbrennstoff sein.
  • Die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge kann eine Zündkerze 8 und eine Zündeinstellungs-Steuereinrichtung aufweisen. wenn die Zündeinstellungs-Steuereinrichtung die Zündeinstellung vorverlegt, wird die in dem Abgas enthaltene Menge an HC gesteigert.
  • Die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge kann ein in einer Ansaugleitung 10 des Motors eingebautes Brennstoffeinspritzventil und eine Steuereinrichtung zur Ablaufsteuerung der Brennstoffeinspritzung aufweisen. Wenn die Brennstoffeinspritz-Ablaufsteuerung von einer optimalen Brennstoffeinspritz-Ablaufsteuerung verstellt wird, wird der unverbrannte Brennstoff vermehrt und die Menge an in dem Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoff wird gesteigert.
  • Die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge kann ein Abgasrückführungssystem (EGR) aufweisen, das ein Abgasrückführventil 28 hat. Wenn das Abgasrückführventil 28 geöffnet wird, um einen Teil des Abgases zu der Ansaugleitung 10 des Motors zu leiten, wird die Verbrennung partiell herabgesetzt, um die Menge an unverbrannten Brennstoff und die Menge an in dem Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoff zu steigern.
  • Zum Zweck der Erfassung von verschiedenen Motorbetriebsbedingungen, um die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge zu steuern, sind verschiedene Meßfühler bzw. Sensoren geschaffen. Insbesondere sind ein Ansaugdruck- Sensor 14 und ein Sensor 16 zum Erfassen der Ansaugluftmenge (zum Beispiel ein Luftströmungs-Meßgerät) in der Ansaugleitung 10 des Motors eingebaut, und ein Sensor (18) zum Erfassen der Abgastemperatur ist in der Abgasleitung (4) des Motors eingebaut. Desweiteren sind ein Kurbelwinkel-Sensor 22 und ein Bezugskurbelwinkel-Sensor 24 in einem Verteiler untergebracht, der betriebsfähig mit einer Motorkurbelwelle gekoppelt ist. Die Ausgänge dieser Sensoren 14, 16, 18, 22 und 24 werden einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 20 zugeführt, und das Brennstoffeinspritzventil 12, die Zündkerze 8, das Abgasrückführventil 28 und das Kohlenwasserstoff-Steuerventil 32 werden in Übereinstimmung mit den Befehlen von der ECU 20 gesteuert.
  • Die ECU 20 wird durch einen Mikrocomputer gebildet. Die ECU 20 weist Analog-Digital-wandler 20f, 20g und 20h zum Umwandeln von analogen in digitale Signale, eine Eingabe- Schnittstelle 20d zum Entgegennehmen von Eingangssignalen, eine Zentraleinheit (CPU) 20a zum Ausführen von Berechnungen, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (ROM) 20b, einen Festspeicher (ROM) 20C zum vorübergehenden Speichern von Daten, eine Ausgabe-Schnittstelle 20e, um durch sie Befehlssignale auszusenden, Treiberkreise 20i, 20j, 20k und 20l zum Umwandeln von Befehlssignalen in Treibersignale und eine Verbindung 20m zum elektrischen Verbinden dieser Computerteile auf.
  • Ein Steuerprogramm zum Steuern der Betätigung der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge, zum Beispiel ein in Fig. 1 gezeigtes Programm, ist in dem ROM 20b gespeichert und wird durch die CPU 20a abgerufen, in der die Berechnung in Übereinstimmung mit dem Programm ausgeführt wird.
  • Das Steuerprogramm gemäß Fig. 1 wird in Abständen von festgelegten Zeitabschnitten oder in Abständen von festgelegten Kurbelwinkeln aufgerufen. In dem Fall, in dem das Programm in Abständen von festgelegten Kurbelwinkeln aufgerufen wird, können die Ausgänge des Bezugskurbelwinkel- Sensors 24 als Bezugssignale des festgelegten Kurbelwinkels verwendet werden.
  • In dem Programm gemäß Fig. 1 wird bei Schritt 102 eine Bestimmung in Hinblick darauf vorgenommen, ob eine Katalysatortemperatur des NOx-Katalysators 6 für mageren Betrieb geringer als eine festgelegte Temperatur, zum Beispiel 400ºC, ist oder nicht. Der Grund dafür, warum die Kohlenwasserstoff-Steuerung nur bei Temperaturen, die geringer als die festgelegte Temperatur sind, ausgeführt wird, ist der, daß bei hohen Temperaturen, die höher als die festgelegte Temperatur sind, die direkte Oxidation von Kohlenwasserstoff in CO&sub2; und H&sub2;O gefördert wird, und es deshalb schwierig ist, aufgrund einer partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoff Radikale zu erzeugen und die Radikale gleichmäßig in den Zellen des Katalysator zu halten. Der Schritt 102 bildet einen Teil der Katalysatortemperatur-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer Temperatur, welche die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb repräsentiert und bestimmt, ob die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb unterhalb der festgelegten Temperatur ist
  • Die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb kann auf der Basis einer Motorbelastung Q/N (berechnet aus einer Menge Q an angesaugter Luft, die durch den Sensor 16 zum Erfassen der Menge an angesaugter Luft bestimmt wird, und der Anzahl der Motorumdrehungen N vom Ausgang des Kurbelwinkel-Sensors 22) und einer Motordrehzahl NE (berechnet aus der Anzahl der Motorumdrehungen N und der Zeit) unter Verwendung einer vorbestimmten zweidimensionalen Zuordnung bzw. Tabelle der Abgastemperatur als Funktion vom Motorbetriebszustand bestimmt werden, welche Abgastemperaturen entsprechend den Motorbetriebszuständen (Motorbelastungen und Motordrehzahlen) experimentell festlegt. Alternativ dazu kann die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb auf der Basis der Ausgänge des Sensors 18 zum Erfassen der Abgastemperatur bestimmt werden.
  • Desweiteren kann, da die Katalysator- oder die Abgastemperatur zum Zeitpunkt der Brennstoffzufuhrunterbrechung bei der Abnahme der Geschwindigkeit und zum Zeitpunkt des Leerlaufs fällt, die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb für geringer als die festgelegte Temperatur erachtet werden, wenn bei einer Berechnung des Brennstoffeinspritzablaufs festgestellt wird, daß die Brennstoffeinspritz-Zeitdauer Null ist, oder wenn ein Öffnungsgrad eines Drosselventils 30 festgestellt wird, der kleiner als ein festgelegter Drosselventil-Öffnungsgrad ist.
  • Wenn bei Schritt 102 bestimmt wird, daß die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb gleich der festgelegten Temperatur oder höher als die festgelegte Temperatur ist, schreitet das Programm direkt zu einem Rücksprungschritt fort, und nur, wenn bestimmt wird, daß die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb bei Schritt 102 geringer als die festgelegte Temperatur ist, schreitet das Programm zu den Schritten 104- 126 fort. In diesem Fall bilden die Schritte 104-126 die Betätigungseinrichtung für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge zum zeitweiligen Betätigen der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge, wenn die Katalysatortemperatur-Bestimmungseinrichtung bestimmt, daß die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb unterhalb der festgelegten Temperatur ist. Insbesondere weisen die Schritte 104-126 die Schritte 104-114 zum Halten der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge für eine erste festgelegte Zeitdauer in einem EIN-Zustand und die Schritte 116-126 zum Halten der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge für eine zweite festgelegte Zeitdauer in einem AUS-Zustand auf.
  • Insbesondere wird bei Schritt 104 eine Bestimmung in Hinblick darauf vorgenommen, ob der Merker bzw. das Flag KW- EIN-FLAG, welches ein Flag zum Anzeigen des EIN-Zustands der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge ist, "1" ist oder nicht. In diesem Fall entspricht "1" des Flags dem EIN-Zustand der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge. wenn das KW-EIN-FLAG bei Schritt 104 "0" ist, d. h. die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge bis zu diesem Zeitpunkt nicht in einem EIN-Zustand ist, schreitet das Programm zu Schritt 106 fort, bei dem die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge auf EIN geschaltet wird, um zu beginnen, eine Menge an Kohlenwasserstoff zu steigern. Dann schreitet das Programm zu Schritt 108 fort, bei dem das KW-EIN-FLAG auf "1" gesetzt wird und das KW-AUS-FLAG auf "0" gesetzt wird. In diesem Fall ist das KW-AUS-FLAG ein Flag zum Anzeigen des AUS-Zustands der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge und beim KW-AUS-FLAG entspricht "1" einem Stopp der Steigerung der Kohlenwasserstoffmenge. Wenn das KW-EIN-FLAG bei Schritt 104 "1" ist, sollte der Kohlenwasserstoff-Steigerungszustand aufrechterhalten werden und deshalb schreitet das Programm zu Schritt 110 fort, wobei die Schritte 106 und 108 übersprungen werden.
  • Bei Schritt 110 wird ein Zähler KW-EIN-ZEIT zum Zählen der Zeitdauer des Haltens des Kohlenwasserstoff-Steigerungszustandes pro Aufruf des Programms um eins erhöht. Der Zähler bildet eine Art von Zeitgeber.
  • Dann wird bei Schritt 112 eine Bestimmung in Hinblick darauf vorgenommen, ob die hochgezählte Zeit KW-EIN-ZEIT eine festgelegte Zeitdauer EIN-ZEIT (TON) (siehe Fig. 3), während welcher die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge im EIN-Zustand gehalten werden sollte, überschreitet oder nicht.
  • Wenn die KW-EIN-ZEIT bei Schritt 112 geringer als die EIN- ZEIT ist, kann der EIN-Zustand weiter gehalten werden und das Programm springt zurück. Im Gegensatz dazu schreitet das Programm, wenn die KW-EIN-ZEIT bei Schritt 112 gleich der oder größer als die EIN-ZEIT ist, zu Schritt 116 fort, bei dem die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge auf AUS geschaltet wird, so daß der AUS-Zustand für eine Zeitdauer AUS-ZEIT (TOFF) gehalten wird. In diesem Fall sollte, bevor das Programm zu Schritt 116 fortschreitet, die KW-EIN-ZEIT bei Schritt 114 auf "0" zurückgesetzt werden.
  • Bei Schritt 116 wird eine Bestimmung in Hinblick darauf vorgenommen, ob das Flag KW-AUS-FLAG, welches ein Flag zum Anzeigen des AUS-Zustands der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge ist, "1" ist oder nicht. In diesem Fall entspricht "1" des Flags dem AUS-Zustand der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge. Wenn das KW-AUS-FLAG beim Schritt 116 "0" ist, d. h. die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge bis zu diesem Zeitpunkt in einem AUS- Zustand ist, schreitet das Programm zu Schritt 118 fort, bei dem die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge auf AUS geschaltet wird, um die Steigerung der Menge an Kohlenwasserstoff zu stoppen. Dann schreitet das Programm zu Schritt 120 fort, bei dem das KW-AUS-FLAG auf "1" gesetzt wird und das KW-EIN-FLAG auf "0" gesetzt wird. wenn das KW-AUS-FLAG bei Schritt 116 "1" ist, sollte der Zustand zum Stoppen der Kohlenwasserstoffsteigerung aufrechterhalten werden und deshalb schreitet das Programm zu Schritt 122 fort, wobei die Schritte 118 und 120 übersprungen werden.
  • Bei Schritt 122 wird ein Zähler KW-AUS-ZEIT zum Zählen der Zeitdauer des Haltens des Zustandes zum Stoppen der Kohlenwasserstoffsteigerung pro Aufruf des Programms um eins erhöht. Der Zähler bildet eine Art von Zeitgeber.
  • Dann wird bei Schritt 124 eine Bestimmung in Hinblick darauf vorgenommen, ob die hochgezählte Zeit KW-AUS-ZEIT eine festgelegte Zeitdauer AUS-ZEIT (siehe Fig. 3), während welcher die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge im AUS-Zustand gehalten werden sollte, überschreitet oder nicht.
  • Wenn die KW-AUS-ZEIT bei Schritt 124 geringer als die AUS- ZEIT ist, kann der AUS-Zustand weiter gehalten werden und das Programm springt zurück. Im Gegensatz dazu schreitet das Programm, wenn die KW-AUS-ZEIT bei Schritt 124 gleich der oder größer als die AUS-ZEIT ist, zu Schritt 104 fort, so daß die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge auf AUS geschaltet wird, und um die Steigerung der Kohlenwasserstoffmenge wieder zu beginnen. In diesem Fall sollte, bevor das Programm zu Schritt 104 fortschreitet, die KW-AUS-ZEIT bei Schritt 126 auf "0" zurückgesetzt werden.
  • Aufgrund der Steuerung gemäß Fig. 1 betätigt die Betätigungseinrichtung für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge (welche die Schritte 102-126 einschließt) die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge, so daß eine Kombination des EIN-Zustands für die EIN-ZEIT-Zeitdauer und des AUS-Zustands für die AUS-ZEIT-Zeitdauer bei niedrigen Katalysatortemperaturen wiederholt wird, bis die Katalysatortemperatur schließlich auf die festgelegte Temperatur steigt. Infolgedessen wird die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge zeitweilig betrieben.
  • Es wird nun der Betrieb der vorstehend beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor erklärt.
  • Der NOx-Katalysator 6 für mageren Betrieb hat eine NOx- Reinigungs-Charakteristik A, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Bei hohen Temperaturen (zum Beispiel oberhalb von 550ºC) wird der in dem Abgas enthaltene Kohlenwasserstoff direkt oxidiert und deshalb wird die Erzeugung von Radikalen aufgrund der partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoff unterdrückt. Infolgedessen ist die NOx-Reinigungsrate bei hohen Temperaturen (siehe Charakteristik C gemäß Fig. 4) herabgesetzt. Im Gegensatz dazu geht bei niedrigen Temperaturen (zum Beispiel unterhalb von 350ºC) die Aktivität des Katalysators selbst verloren, so daß die NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators für mageren Betrieb herabgesetzt ist (siehe Charakteristik D gemäß Fig. 4). Deshalb kann der NOx-Katalysator 6 für mageren Betrieb nur in einem bestimmten Temperaturbereich (zum Beispiel 350ºC - 550ºC) eine hohe NOx-Reinigungsrate aufweisen.
  • Bei der Steuerung für die NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators für mageren Betrieb gemäß dem Stand der Technik wird entweder bei hohen Temperaturen eine Menge von ständig zugeführtem Kohlenwasserstoff erhöht oder eine Katalysatortemperatur wird derart gesteuert, daß sie in den Temperaturbereich mit hoher NOx-Reinigungsrate gebracht wird. Deshalb kann ein NOx-Reinigungssystem wie die vorliegende Erfindung, bei dem der Kohlenwasserstoff bei niedrigen Temperaturen vermehrt wird, um eine große Menge an Radikalen zu erzeugen, und die Radikale in den Zellen des Katalysators gehalten werden, und die gehaltenen Radikale bei hohen Temperaturen effektiv genutzt werden, im Stand der Technik nicht erkannt werden.
  • Im Gegensatz dazu wird bei der vorliegenden Erfindung die aktuelle Katalysatortemperatur mittels der Katalysatortemperatur-Bestimmungseinrichtung 102 bestimmt, und die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge (zum Beispiel 26 und 32) wird mittels der Betätigungseinrichtung 104-126 für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge bei geringen Katalysatortemperaturen zeitweilig betrieben, um die Kohlenwasserstoffmenge in dem Abgas zu steigern. Der vermehrte Kohlenwasserstoff wird in dem NOx-Katalysator 6 für mageren Betrieb partiell oxidiert, um Radikale zu erzeugen, welche in den zahlreichen Zellen (die Durchmesser von ungefähr 5 Å bzw. 5 10&supmin;¹&sup0; m haben) des NOx-Katalysators für mageren Betrieb gehalten werden, um für mehrere Minuten in den Zellen zu bleiben. Die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge wird mittels der Betätigungseinrichtung für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge gesteuert, so daß die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge für die EIN-ZEIT-Zeitdauer (zum Beispiel drei Minuten) in Betrieb ist, dann der Betrieb der Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge für die AUS-ZEIT-Zeitdauer (zum Beispiel eine Minute) gestoppt wird, und der EIN- und AUS-Zustand wiederholt werden. Deshalb wird eine große Menge an Radikalen im wesentlichen ständig in den Zellen des NOx-Katalysators 6 für mageren Betrieb gehalten.
  • Dann, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators für mageren Betrieb in den Temperaturbereich mit hoher NOx-Reinigungsrate steigt, reagieren die in den Zellen enthaltenen Radikale effektiv mit NOx und reduzieren das NOx. Infolgedessen steigt die NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators für mageren Betrieb für mehrere Minuten vorübergehend an, bis im wesentlichen alle in den Zellen enthaltenen Radikale ausgeglichen sind.
  • Außerdem ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die NOx-Reinigungsrate D zum Zeitpunkt der ansteigenden Katalysatortemperatur höher als die zum Zeitpunkt der konstanten Katalysatortemperatur und zum Zeitpunkt der fallenden Katalysatortemperatur. Da die in den Zellen enthaltenen Radikale unter den Bedingungen der steigenden Katalysatortemperatur genutzt werden, wird die NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators 6 für mageren Betrieb noch weiter gesteigert.
  • Überdies werden, da der Zustand der Abnahme der Geschwindigkeit und der Leerlaufzustand beim tatsächlichen Fahrzeugbetrieb wiederholt bei niedrigen Katalysatortemperaturen auftreten werden, die vorstehend beschriebenen vorübergehenden Steigerungen der NOx-Reinigungsrate bei jedem Temperaturanstieg nach einer Abnahme der Geschwindigkeit oder einem Leerlaufzustand erzielt. Infolgedessen wird die NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators 6 für mageren Betrieb erhöht.
  • In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Vorteile erzielt.
  • Erstens wird, da die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge und die Betätigungseinrichtung für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge geschaffen sind und die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge während dem Zustand der niedrigen Katalysatortemperatur zeitweilig betrieben wird, eine große Menge an Radikalen, die aufgrund der Steigerung der Kohlenwasserstoffmenge erzeugt werden, innerhalb der Katalysatorzellen gehalten, und die NOx- Reinigungsrate des NOx-Katalysators für mageren Betrieb kann für eine vorübergehende Zeitdauer erhöht werden. Da ein derartiger Zustand der niedrigen Katalysatortemperatur beim tatsächlichen Fahrzeugbetrieb wiederholt auftritt, wird die durchschnittliche NOx-Reinigungsrate des NOx-Katalysators für mageren Betrieb normalerweise in einem großen Maße gesteigert.
  • Zweitens kann, da die Betätigungseinrichtung für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge nicht ständig sondern zeitweilig betätigt, die NOx-Reinigungsrate des NOx- Katalysators für mageren Betrieb gesteigert werden, ohne von einem Anstieg der Kohlenwasserstoff-Emissionen und ohne von einem thermischen Abbau des NOx-Katalysators für mageren Betrieb aufgrund der durch die Kohlenwasserstoff-Oxidation erzeugten Wärme begleitet zu werden. Desweiteren geht der Vorzug der guten Brennstoff-Ersparnis des Motors mit magerer Verbrennung nicht verloren.
  • Drittens kann, da die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge bei niedrigen Temperaturen betätigt wird, ein großer Teil des vermehrten Kohlenwasserstoffs effektiv für die Reduzierung von NOx genutzt werden. In diesem Fall konnte, wenn der Kohlenwasserstoff wie im Stand der Technik bei hohen Temperaturen zugeführt wurde, fast nichts von dem zugeführten Kohlenwasserstoff effektiv für die Reduzierung von NOx genutzt werden.

Claims (12)

1. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, mit:
einem Verbrennungsmotor (2), mit dem Brennstoff bei mageren Luft-Brennstoff-Verhältnissen verbrennbar ist, und der eine Abgasleitung (4) hat;
einem NOx-Katalysator (6), der in der Abgasleitung (4) des Motors (2) eingebaut ist, wobei der NOx-Katalysator (6) aus Zeolith aufgebaut ist, und ein Metall trägt, das aus der Gruppe bestehend aus Übergangsmetallen und Edelmetallen ausgewählt ist; und
einer Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge, mit der eine im Abgas, das zu dem NOx-Katalysator (6) strömt, enthaltene Menge an Kohlenwasserstoff steigerbar ist; gekennzeichnet durch:
eine Einrichtung zum Bestimmen der Katalysatortemperatur, um eine Temperatur zu bestimmen, die eine NOx-Katalysatortemperatur repräsentiert, und um zu bestimmen, ob die NOx-Katalysatortemperatur unterhalb einer festgelegten Temperatur ist; und
eine Betätigungseinrichtung für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge, um die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge zeitweilig jedesmal zu betätigen, wenn die Einrichtung zum Bestimmen der NOx-Katalysatortemperatur bestimmt, daß die NOx-Katalysatortemperatur unterhalb der festgelegten Temperatur ist.
2 Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge eine Kohlenwasserstoffquelle (26) und ein Kohlenwasserstoff-Steuerventil (32) zum An- und Ausschalten der Kohlenwasserstoffzufuhr von der Kohlenwasserstoffquelle (26) aufweist.
3. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge eine Zündkerze (8) des Motors, eine Zündeinstellungs-Steuereinrichtung, und eine Einrichtung zum Vorverlegen einer Ablaufsteuerung der Zündeinstellungseinrichtung in Antwort auf eine Bestimmung durch die Einrichtung zum Bestimmen der Katalysatortemperatur, daß die NOx-Katalysatortemperatur unterhalb des festgelegten werts ist, aufweist.
4. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge ein Brennstoffeinspritzventil (12) für den Motor, eine Steuereinrichtung zur Ablaufsteuerung der Brennstoffeinspritzung und eine Einrichtung zum Verstellen einer Brennstoffeinspritz-Ablaufsteuerung von einer optimalen Brennstoffeinspritz-Ablaufsteuerung in Reaktion auf eine Bestimmung durch die Einrichtung zum Bestimmen der Katalysatortemperatur, daß die NOx-Katalysatortemperatur unterhalb des festgelegten werts ist, aufweist.
5. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge ein Abgasrückführventil (28) eines Abgasrückführsystems für den Motor, eine Einrichtung zum Steuern des Betriebs des Abgasrückführventils, und eine Einrichtung zum Betätigen der Einrichtung zum Steuern des Betriebs des Abgasrückführventils aufweist, um das Abgasrückführventil (28) in Antwort auf eine Bestimmung durch die Einrichtung zum Bestimmen der Katalysatortemperatur, daß die NOx-Katalysatortemperatur unterhalb des festgelegten Werts ist, zu öffnen.
6. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die festgelegte Temperatur 400ºC ist.
7. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der Katalysatortemperatur einen Meßfühler (18) zum Erfassen der Abgastemperatur aufweist.
8. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der Katalysatortemperatur einen Meßfühler (16) zum Erfassen der Ansaugluftmenge, einen Motordrehzahl-Meßfühler (22) und eine vorbestimmte Tabelle zum Bestimmen einer NOx-Katalysatortemperatur auf der Basis von Ausgangssignalen von dem Meßfühler (16) zum Erfassen der Ansaugluftmenge und dem Motordrehzahl-Meßfühler (22) aufweist.
9. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei der Meßfühler zum Bestimmen der Katalysatortemperatur eine Einrichtung zum Berechnen einer Brennstoffeinspritz-Ablaufsteuerung für den Motor (2) und eine Einrichtung aufweist, um zu bestimmen, daß die Katalysatortemperatur auf ein Signal "Null" hin für eine Brennstoffeinspritz-Zeitdauer, die mittels der Einrichtung zum Berechnen der Brennstoffeinspritz-Ablaufsteuerung berechnet wird, unterhalb des festgelegten Werts ist.
10. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum Bestimmen der Katalysatortemperatur eine Einrichtung aufweist, um auf der Basis eines Öffnungsgrades eines Drosselventils (30) zu bestimmen, ob der Motor (2) im Leerlauf ist oder nicht, und um zu bestimmen, daß die Katalysatortemperatur unterhalb des festgelegten werts ist, wenn der Motor (2) im Leerlauf ist.
11. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, wobei die Betätigungseinrichtung (104-126) für die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge eine erste Einrichtung (104-114), um die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge für eine erste festgelegte Zeitdauer in einem Einschaltzustand zu halten, und eine zweite Einrichtung (116-126) aufweist, um die Einrichtung zum Steigern der Kohlenwasserstoffmenge für eine zweite festgelegte Zeitdauer in einem Ausschaltzustand zu halten, wobei die erste Einrichtung und die zweite Einrichtung derart eingestellt sind, daß sie nacheinander betätigt werden.
12. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 11, wobei die erste festgelegte Zeitdauer (TON) drei Minuten beträgt und die zweite festgelegte Zeitdauer (TOFF) eine Minute beträgt.
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