DE10011612A1 - Emission control device for an internal combustion engine - Google Patents

Emission control device for an internal combustion engine

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Abstract

Ein NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator (3), der NOx aus dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases auf der mageren Seite liegt, und der NOx freisetzt und eine Reduktion von NOx bewirkt, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abnimmt, ist in einer Abgasleitung (2) eines magerverbrennenden Verbrennungsmotors (1) vorgesehen. Ein selektiver Urea-Reduktions-Katalysator (4), der eine selektive Reduktion infolge der Zufügung von Urea bewirkt, ist ebenso vorgesehen. Die zwei Katalysatoren reinigen die Emissionen komplementär zueinander im wesentlichen über den gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors.A NOx absorption-reduction catalyst (3) that absorbs NOx from the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is on the lean side, and releases the NOx and causes a reduction of NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases , is provided in an exhaust pipe (2) of a lean-burn internal combustion engine (1). A selective urea reduction catalyst (4), which effects a selective reduction due to the addition of urea, is also provided. The two catalysts clean the emissions complementarily to one another essentially over the entire operating range of the internal combustion engine.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Emissionsregelvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf eine Vorrichtung zur wesentlichen Beseitigung von NOx und dergleichen aus dem Abgas, das aus einem Magerverbrennungsmotor ausgestoßen wird.The present invention relates to a Emission control device for an internal combustion engine and in particular to a device for essential disposal of NOx and the like from the exhaust gas generated from a Lean-burn engine is ejected.

Eine Emissionsregelvorrichtung für einen Magerverbrennungsmotor wird beispielsweise in dem japanischen Patent Nr. 2605580 beschrieben.An emission control device for one Lean-burn engine is used, for example, in the Japanese Patent No. 2605580.

Die Emissionsregelvorrichtung, die in dem japanischen Patent beschrieben wird, hat in einem Abgasstrang ein Absorptionsmittel, das NOx absorbiert, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des Abgases, das einströmt, auf der mageren Seite des theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnisses liegt, und dass das absorbierte NOx freisetzt, wenn die Sauerstoffkonzentration im einströmenden Abgas abnimmt. Um die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas zu verringern führt die Vorrichtung eine angefettete Impulsregelung durch, bei der Kraftstoff in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird, um unverbranntes Gas zu erzeugen (Reduktionsmittel). Das bedeutet, dass aufgrund der angefetteten Impulsregelung ein Reduktionsmittel zum Verringern von NOx über den Verbrennungsmotor an das NOx-Absorptionsmittel geliefert wird.The emission control device described in the Japanese patent is described in an exhaust line Absorbent that absorbs NOx when the air Fuel ratio of the exhaust gas that flows in on the lean side of the theoretical air-fuel ratio and that the absorbed NOx releases when the Oxygen concentration in the incoming exhaust gas decreases. To the Decreasing oxygen concentration in the exhaust gas leads to that Device by a greased pulse control in which Fuel is injected into the internal combustion engine to produce unburned gas (reducing agent). The means that due to the enriched pulse control Reducing agent for reducing NOx above the Internal combustion engine is supplied to the NOx absorbent.

Hinsichtlich einer Emissionsregelvorrichtung, die ein Reduktionsmittel von einem Verbrennungsmotor liefert, ist es wünschenswert, dass, wenn der Verbrennungsmotor ein Magermotor ist, der Verbrennungsmotor in einem mager verbrennenden Zustand betrieben wird, sogar bei hohen Drehzahlen und hohen Belastungen. Jedoch ist es in einem solchen Betriebszustand unmöglich, das Reduktionsmittel durch den angefetteten Impuls an das NOx-Absorptionsmittel (NOx-Katalysator) zu liefern. Regarding an emission control device, the one It delivers reducing agents from an internal combustion engine desirable that if the internal combustion engine is a lean engine is the internal combustion engine in a lean burning Condition operated, even at high speeds and high Charges. However, it is in such an operating condition impossible the reducing agent by the enriched pulse to deliver to the NOx absorbent (NOx catalyst).  

Um ein kraftstoffreiches Luft-Kraftstoffverhältnis zu erzielen ist es notwendig, die Menge der Ansaugluft durch Reduzieren einer Drosselklappenöffnung zu verringern. Wenn jedoch ein solcher kraftstoffreicher Zustand hergestellt wird, wenn der Verbrennungsmotor bei einer hohen Drehzahl und einer hohen Last in der Magerverbrennungsbetriebsart arbeitet, wird die Verbrennung von Kraftstoff behindert, so dass Rauch erzeugt wird.To achieve a fuel-rich air-fuel ratio it is necessary to reduce the amount of intake air reduce a throttle valve opening. However, if one such a fuel-rich condition is established when the Internal combustion engine at high speed and high The load is operating in the lean-burn mode Fuel combustion is hampered so that smoke is generated becomes.

Um dieses Problem zu lösen kann die magere Kraftstoffverbrennung aufgegeben werden und stattdessen kann das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis (theoretisches Luft-Kraftstoffverhältnis) eingestellt werden. Diese Lösung entfernt sich jedoch von der Verbesserung des sparsamen Umganges mit Kraftstoff, der durch die magere Verbrennung erzielt wurde, d. h. durch Anpassen eines mager verbrennenden Verbrennungsmotors.To solve this problem, the lean Fuel combustion can be abandoned and instead can the stoichiometric air-fuel ratio (theoretical Air-fuel ratio). This solution away from improving frugal, however Dealing with fuel caused by lean combustion was achieved, d. H. by adjusting a lean burn Internal combustion engine.

Es kann ferner vorstellbar sein, einen selektiven Reduktionskatalysator vorzusehen, der HCs oder H als Reduktionsmittel verwendet. Jedoch erzielt der selektive Reduktionskatalysator, der HCs oder H als Reduktionsmittel verwendet in einem hohen Drehzahlbereich und einem hohen Lastzustand nur eine niedrige NOx-Beseitigungsrate.It may also be conceivable to use a selective one To provide a reduction catalyst, the HCs or H as Reducing agents used. However, the selective one achieves Reduction catalyst, the HCs or H as a reducing agent used in a high speed range and a high Load state only a low NOx removal rate.

Daher war es schwierig, NOx über den gesamten Verbrennungsmotorbetriebsbereich ausreichend zu entfernen.Therefore, it was difficult to get NOx across the board Sufficiently remove the internal combustion engine operating area.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Emissionsregelvorrichtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, die in der Lage ist, NOx über einen möglichst breiten Betriebsbereich im Vergleich zum Stand der Technik im wesentlichen zu beseitigen.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a Emission control device for an internal combustion engine create that is capable of NOx over one if possible wide operating range compared to the state of the art in to eliminate essential.

Erfindungsgemäß ist eine Emissionsregelvorrichtung für einen Verbrennungsmotor dadurch gekennzeichnet, dass sie eine NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysatorvorrichtung aufweist, die in einem Abgasstrang eines Magerverbrennungsmotors vorgesehen ist, wobei die NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysatorvorrichtung NOx absorbiert, wenn ein Luft- Kraftstoffverhältnis eines Abgases von dem Verbrennungsmotor auf der mageren Seite eines theoretischen Luft- Kraftstoffverhältnisses liegt, und wobei die NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysatorvorrichtung NOx freisetzt und eine Reduzierung von NOx hervorruft, wenn eine Sauerstoffkonzentration im Abgas abnimmt, und gekennzeichnet durch eine selektive Ammoniakverbindungs-Reduktions- Katalysatorvorrichtung, die eine selektive Reduktion infolge der Hinzufügung einer Ammoniakverbindung hervorruft.According to the invention, an emission control device for a Internal combustion engine characterized in that they have a NOx  Absorption-reduction catalyst device, which in an exhaust line of a lean-burn engine is provided where the NOx absorption reduction Catalyst device absorbs NOx when an air Fuel ratio of an exhaust gas from the internal combustion engine on the lean side of a theoretical air Fuel ratio, and the NOx absorption Reduction catalyst device releases NOx and one Reduction of NOx, if any Oxygen concentration in the exhaust gas decreases, and labeled through a selective ammonia compound reduction Catalyst device that undergoes selective reduction the addition of an ammonia compound.

Der Verbrennungsmotor, auf den die Erfindung angewandt wird, ist ein mager verbrennender Diesel- oder Benzinmotor-, der eine Direkteinspritzung in den Zylinder enthält.The internal combustion engine to which the invention is applied is a lean-burn diesel or gasoline engine that contains a direct injection into the cylinder.

Während des Betriebes des Verbrennungsmotors in einem mageren Verbrennungszustand wird die NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysatorvorrichtung unfähig, NOx zu beseitigen, weil NOx, das in einem NOx-Absorptionsmittel absorbiert ist, nicht freigesetzt wird, und deshalb wird das NOx im Absorptionsmittel nicht reduziert. Jedoch dient der selektive Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator während einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors im Hochlastbereich dazu, NOx im wesentlichen zu beseitigen. Deshalb erweitert die Emissionsregelvorrichtung der Erfindung den Betriebsbereich, bei dem NOx beseitigt wird, im Vergleich zu einer Vorrichtung, die einen NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator und sonst keinen anderen Katalysator verwendet.During the operation of the internal combustion engine in a lean Combustion state, the NOx absorption reduction Catalyst device unable to remove NOx because NOx, that is absorbed in a NOx absorbent, not is released, and therefore the NOx in the Absorbent not reduced. However, the selective one serves Ammonia compound reduction catalyst during one Operating state of the internal combustion engine in the high-load range to substantially eliminate NOx. Therefore, the Emission control device of the invention the operating range, where NOx is eliminated compared to a device which a NOx absorption reduction catalyst and otherwise no other catalyst used.

Obwohl die Vorrichtung der Erfindung dazu gedacht ist, typischerweise in einer Konstruktion verkörpert zu werden, in der ein Reduktionsmittel über den Verbrennungsmotor an den NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator geliefert wird, ist die Erfindung ferner auf eine Vorrichtung einer Bauart anwendbar, bei der ein Reduktionsmittel in einen Abgasstrang geliefert wird, der mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, ohne, dass irgendein Problem dabei auftritt.Although the device of the invention is intended typically to be embodied in a construction in which a reducing agent via the internal combustion engine to the NOx absorption reduction catalyst is supplied Invention further applicable to a device of a type  in which a reducing agent is supplied in an exhaust line that is connected to an internal combustion engine without, that there is some problem with it.

Die Emissionsregelvorrichtung kann ferner eine Betriebszustands-Erfassungsvorrichtung zur Erfassung eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors aufweisen, und eine Umschaltvorrichtung zum Ändern der Strömungsrichtung des Abgases entweder zu der NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysatorvorrichtung oder der selektiven Ammoniakverbindungs-Katalysatorvorrichtung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors, der durch die Betriebszustands-Erfassungsvorrichtung erfasst wurde.The emission control device can also be a Operating state detection device for detecting a Have operating state of the internal combustion engine, and a Switching device for changing the flow direction of the Exhaust gas either to the NOx absorption reduction Catalyst device or the selective Ammonia compound catalyst device depending on the operating state of the internal combustion engine by the Operating state detection device was detected.

Wenn beispielsweise der Betriebszustand des Verbrennungsmotors, der durch die Betriebszustands- Erfassungsvorrichtung erfasst wird, ein Zustand ist, der unterhalb einer vorbestimmten hohen Drehzahl und einer vorbestimmten hohen Last liegt, wird der NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator ausgewählt, und wenn der erfasste Betriebszustand des Verbrennungsmotors einen Zustand mit der vorbestimmten hohen Drehzahl und der vorbestimmten hohen Belastung überschreitet, wird die selektive Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysatorvorrichtung ausgewählt.For example, if the operating status of the Internal combustion engine, which is affected by the operating Detection device is detected, a condition that below a predetermined high speed and one predetermined high load, the NOx absorption Reduction catalyst selected and if the detected Operating state of the internal combustion engine a state with the predetermined high speed and the predetermined high Load exceeds the selective Ammonia compound reduction catalyst device selected.

Der Betriebszustand, der erfasst werden soll, liegt in einem Betriebsbereich, bei dem der NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator nicht in der Lage ist, die Reduktion durchzuführen. In der Erfindung wird dann, wenn sich der Verbrennungsmotor in einem vorbestimmten hochlastigen und hochdrehzahligen Betriebszustand befindet, erwogen, dass die Reduktion undurchführbar ist und die Emissionsregelung wird durchgeführt, indem die selektive Ammoniakverbindungs- Reduktions-Katalysatorvorrichtung verwendet wird. Um den vorstehend erwähnten Betriebszustand zu erfassen, ist es deshalb möglich, Parameter zu verwenden, die direkt oder indirekt den undurchführbaren Reduktionsbereich des NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysators anzeigen, wie beispielsweise die Motordrehzahl und/oder die Motorlast, oder die Luftansaugmenge, oder den Grad der Drosselklappenöffnung oder dergleichen.The operating state to be recorded is one Operating range in which the NOx absorption reduction Catalyst is unable to reduce perform. In the invention, when the Internal combustion engine in a predetermined high load and high-speed operating condition is considered, the Reduction is impracticable and the emissions regulation will carried out by the selective ammonia compound Reduction catalyst device is used. To the It is to detect the aforementioned operating state therefore possible to use parameters directly or  indirectly the impracticable reduction range of the NOx Absorption-reduction catalyst show how for example the engine speed and / or the engine load, or the air intake amount, or the degree of throttle opening or similar.

Der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator und der selektive Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator können in dem Abgasstrang in Serie angeordnet werden.The NOx absorption reduction catalyst and the selective one Ammonia compound reduction catalyst can be used in the Exhaust line can be arranged in series.

Bei dieser Anordnung ist es möglich, den selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator stromabwärts von dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator im Abgasstrang anzuordnen. Es ist auch möglich, den Selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator stromaufwärts des NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator im Abgasstrang anzuordnen.With this arrangement it is possible to use the selective Ammonia compound reduction catalyst downstream of the NOx absorption-reduction catalyst in the exhaust system to arrange. It is also possible to use the selective Ammonia compound reduction catalyst upstream of the NOx absorption-reduction catalytic converter in the exhaust system to arrange.

Zusammen mit der seriellen Anordnung der Katalysatoren kann eine Bypass-Passage vorgesehen werden, die einen stromaufwärtigen Katalysator umgeht und das Abgas zum stromabwärtigen Katalysator leitet. Die Strömungsrichtung des Abgases wird durch eine Umschaltvorrichtung verändert, die die Bypass-Passage öffnet und schließt.Together with the serial arrangement of the catalysts a bypass passage can be provided that a bypasses upstream catalyst and the exhaust gas to downstream catalyst conducts. The flow direction of the Exhaust gas is changed by a switching device that the Bypass passage opens and closes.

Der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator und der selektive Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator können ferner parallel im Abgasstrang angeordnet werden.The NOx absorption reduction catalyst and the selective one Ammonia compound reduction catalyst can also be used be arranged in parallel in the exhaust line.

Wenn die Katalysatoren parallel angeordnet, sind, kann ferner die Emissionsregelvorrichtung eine Konstruktion haben, bei der sich der Abgasstrang in einen ersten Abgasstrang und einen zweiten Abgasstrang gabelt, wobei der NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator im ersten Abgasstrang angeordnet ist, und der selektive Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator im zweiten Abgasstrang angeordnet ist, wobei ein Umschaltventil als Umschaltvorrichtung am Verzweigungspunkt zwischen dem ersten Abgasstrang und dem zweiten Abgasstrang angeordnet ist. In Abhängigkeit vom Betriebszustand wird wenigstens einer der ersten und zweiten Abgasstränge durch das Umschaltventil ausgewählt.If the catalysts are arranged in parallel, can also the emission control device have a construction in which the exhaust line into a first exhaust line and one second exhaust line forks, the NOx absorption Reduction catalyst is arranged in the first exhaust line, and the selective ammonia compound reduction catalyst is arranged in the second exhaust line, wherein a Changeover valve as changeover device at the branch point  between the first exhaust line and the second exhaust line is arranged. Depending on the operating status at least one of the first and second exhaust lines through the Switch valve selected.

Die oben beschriebene Konstruktion ermöglicht es dem NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator und dem selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator komplementär zueinander in Abhängigkeit vom Betriebszustand zu funktionieren. Deshalb ist die Emissionsregelvorrichtung in der Lage, eine Emissionsregelung über einen breitest möglichen Betriebsbereich durchzuführen, im Vergleich zu einer Vorrichtung, die nur eine der Emissionsregelkatalysatoren verwendet.The construction described above enables the NOx Absorption-reduction catalyst and the selective Complementary ammonia compound reduction catalyst towards each other depending on the operating state function. Therefore, the emission control device is in able to regulate emissions across the widest possible Operating area compared to a Device that is only one of the emission control catalysts used.

Die Emissionsregelvorrichtung kann ferner eine hinzugefügte Ammoniakverbindungsmengenbestimmungsvorrichtung enthalten, um eine Menge der Ammoniakverbindung abzuschätzen, die dem selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator zugegeben werden muss, auf der Basis einer Menge an NOx, das im Abgas, das in den selektiven Ammoniakverbindungs- Reduktions-Katalysator strömt, und einer Ansaugluftmenge, die in den Verbrennungsmotor eingesaugt wird. Deshalb wird es möglich, eine Menge an Ammoniakverbindung, die hinzugefügt werden soll, einfach zu bestimmen.The emission control device may further include an added one Ammonia compound amount determination device included to to estimate an amount of the ammonia compound corresponding to the selective ammonia compound reduction catalyst must be added based on an amount of NOx that in the exhaust gas that is present in the selective ammonia compounds Reduction catalyst flows, and an intake air amount that is sucked into the internal combustion engine. That's why it will possible an amount of ammonia compound added should be easy to determine.

Die Emissionsregelvorrichtung kann ferner eine Ammoniakverbindungserfassungsvorrichtung enthalten, um eine Ammoniakverbindung, die aus dem selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator entlassen wird, zu erfassen, und eine Regelvorrichtung zur Korrektur einer Menge der Ammoniakverbindung, die in einer geeigneten Menge zugefügt werden soll, auf der Basis einer Menge der Ammoniakverbindung, die durch die Ammoniakverbindungserfassungsvorrichtung erfasst wurde. Deshalb wird es möglich, die Regelung der Ammoniakverbindungsmenge, die zugefügt werden soll, genauer zu regeln, und deshalb die Emissionsregelung effektiver durchzuführen.The emission control device can also be a Ammonia compound detection device included to a Ammonia compound coming from the selective Ammonia compound reduction catalyst is released, too detect, and a control device for correcting a quantity the ammonia compound added in an appropriate amount based on an amount of the ammonia compound, detected by the ammonia compound detection device has been. Therefore it becomes possible to regulate the Amount of ammonia compound to be added is more accurate  regulate, and therefore the emissions regulation more effectively perform.

Beispiele der Ammoniakverbindung, d. h., eines Reduktionsmittels, das zusammen mit dem selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator verwendet wird, enthalten Urea, Ammoniumcarbamat und dergleichen.Examples of the ammonia compound, i.e. i.e. one Reducing agent that together with the selective Ammonia compound reduction catalyst is used contain urea, ammonium carbamate and the like.

Die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Konstruktionen können im wesentlichen in irgendeiner Art und Weise miteinander kombiniert werden.The constructions according to the invention described above can essentially in some way can be combined with each other.

Die vorstehende Aufgabe und Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente darzustellen.The above task and features and advantages of present invention will become apparent from the following Description of preferred embodiments under Reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are used to denote the same To represent elements.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles der Emissionsregelvorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Erfindung. Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of the emission control device for an internal combustion engine of the invention.

Fig. 2A ist ein Diagramm, das eine NOx-Absorption und - Freisetzung zeigt, die durch den NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator durchgeführt werden, wobei sich das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases auf der mageren Seite des stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnisses befindet. Fig. 2A is a diagram showing a NOx absorption and - shows release, which are performed by the NOx absorption-reduction catalyst, wherein the air-fuel ratio of the stoichiometric air-fuel ratio state of the exhaust gas flowing to the lean side.

Fig. 2B ist ein Diagramm, das die NOx-Absorption und - Freisetzung zeigt, die durch den NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator durchgeführt werden, wobei das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis oder auf der fetten Seite davon liegt. Fig. 2B is a graph showing the NOx-absorbing and - shows release caused by the will NOx absorption-reduction catalyst performed wherein the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas at the stoichiometric air-fuel ratio or to the rich side thereof lies.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das schematisch die Konzentrationen von unverbrannten HCs, CO und Sauerstoff im Abgas zeigt, das von dem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird. FIG. 3 is a diagram schematically showing the concentrations of unburned HCs, CO and oxygen in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das Emissionsregelbereiche der Katalysatoren im Verhältnis zur Motordrehzahl und Motorlast darstellt. Fig. 4 is a diagram showing the emission control ranges of the catalysts in relation representing the engine speed and engine load.

Fig. 5 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Abgastemperatur und der Emissionsregelrate zeigt. Fig. 5 is a diagram showing a relationship between the exhaust gas temperature and the emission control rate.

Fig. 6 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Fig. 6 shows a second embodiment of the invention.

Fig. 7 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel dar. Fig. 7 shows a third embodiment.

Fig. 8 stellt ein viertes Ausführungsbeispiel dar. Fig. 8 illustrates a fourth embodiment.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen beschrieben. Die Ausführungsbeispiele verwenden Urea als eine Ammoniakverbindung.Preferred embodiments of the Invention in detail with reference to the accompanying Described drawings. Use the embodiments Urea as an ammonia compound.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 5 beschrieben.A first embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.

Gemäß Fig. 1 sind ein NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 und ein selektiver Urea-Reduktions-Katalysator 4, d. h. ein selektiver Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator, in Serie in einem Abgasrohr 2 eines direkt einspritzenden mager verbrennenden Benzinmotors 1 angeordnet.Referring to FIG. 1, a NOx absorption-reduction catalyst 3 and a selective Urea-reduction catalyst 4, that is a selective ammonia compound reduction catalyst, arranged in series in an exhaust pipe 2 of a direct-injection lean burn gasoline engine 1.

Hinsichtlich des Verbrennungsmotors 1 wird eine Kraftstoffeinspritzdauer TAU nach der folgenden Gleichung berechnet:

TAU = TP . K
With regard to the internal combustion engine 1 , a fuel injection period TAU is calculated according to the following equation:

TAU = TP. K

In der obigen Gleichung stellt TP eine Basiskraftstoffeinspritzdauer dar und K stellt einen Korrekturkoeffizienten dar. Die Basiskraftstoffeinspritzdauer TP ist eine Kraftstoffeinspritzdauer, die benötigt wird, um das theoretische Luft-Kraftstoffverhältnis in dem Gemisch, das in den Zylinder geliefert wird, zu erzielen. Die Basiskraftstoffeinspritzdauer TP wird vorher durch Experimente bestimmt und wird in einem ROM als eine Funktion der Motorlast Q/N (Menge an Ansaugluft Q/Motordrehzahl N) und der Motordrehzahl N in Gestalt einer Tabelle vorab gespeichert.In the above equation, TP represents one Base fuel injection duration and K represents one Correction coefficients. The basic fuel injection duration TP is a fuel injection period that is needed to the theoretical air-fuel ratio in the mixture that delivered in the cylinder to achieve. The Base fuel injection duration TP is previously determined by experiments is determined and stored in a ROM as a function of engine load Q / N (amount of intake air Q / engine speed N) and the Engine speed N previously stored in the form of a table.

Der Korrekturkoeffizient K ist ein Koeffizient zur Steuerung des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Gemisches, das in den Zylinder des Verbrennungsmotors geliefert wird. Wenn K = 1,0, dann wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches, das in den Zylinder des Verbrennungsmotors geliefert wird, gleich dem theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnis. Wenn K < 1,0, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches, das in den Zylinder des Verbrennungsmotors geliefert wird, größer als das theoretische Luft-Kraftstoffverhältnis, d. h., das Gemisch wird mager. Wenn K < 1,0 wird, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches, das in den Zylinder des Verbrennungsmotors geliefert wird, geringer als das theoretische Luft- Kraftstoffverhältnis, d. h., das Gemisch wird fett.The correction coefficient K is a coefficient for control the air-fuel ratio of the mixture contained in the Cylinder of the internal combustion engine is delivered. If K = 1.0, then the air-fuel ratio of the mixture that is in the cylinder of the internal combustion engine is delivered, equal to that theoretical air-fuel ratio. If K <1.0, it will Air-fuel ratio of the mixture in the cylinder of the internal combustion engine is delivered larger than that theoretical air-fuel ratio, d. that is, the mixture skinny. When K becomes <1.0, the air-fuel ratio becomes of the mixture in the cylinder of the internal combustion engine is delivered less than the theoretical air Fuel ratio, d. that is, the mixture becomes fat.

In dem Verbrennungsmotor 1 wird der Korrekturkoeffizient K auf einen Wert eingestellt, der niedriger als 1,0 ist, um eine magere Luft-Kraftstoffverhältnissteuerung in einem niedrigen bis mittleren Motorlastbetriebsbereich durchzuführen. In einem Hochlastbetriebsbereich des Motors, während der Aufwärmphase des Verbrennungsmotors nach dem Starten, während einer Beschleunigung oder während einer konstanten Geschwindigkeit des Fahrzeuges von beispielsweise 120 km/h oder mehr, wird der Korrekturkoeffizient K auf 1,0 eingestellt, um einen stöchiometrischen Betrieb durchzuführen. In einem Volllastbetriebsbereich des Verbrennungsmotors wird der Korrekturkoeffizient K auf einen Wert größer als 1,0 eingestellt, um eine fette Luft-Kraftstoffverhältnissteuerung durchzuführen.In the engine 1 , the correction coefficient K is set to a value less than 1.0 to perform lean air-fuel ratio control in a low to medium engine load operating range. In a high-load operating range of the engine, during the warm-up phase of the engine after starting, during acceleration or during a constant speed of the vehicle, for example, 120 km / h or more, the correction coefficient K is set to 1.0 to perform stoichiometric operation. In a full-load operating range of the internal combustion engine, the correction coefficient K is set to a value larger than 1.0 to perform rich air-fuel ratio control.

Normalerweise wird der Verbrennungsmotor am häufigsten bei niedrigen bis mittleren Belastungen betrieben, so dass größtenteils während des Betriebes des Verbrennungsmotors der Korrekturkoeffizient K auf weniger als 1,0 eingestellt wird und deshalb ein mageres Kraftstoffgemisch verbrannt wird.Usually the internal combustion engine is most common at operated low to medium loads so that mostly during the operation of the internal combustion engine Correction coefficient K is set to less than 1.0 and therefore a lean fuel mixture is burned.

Der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 hat einen Träger, beispielsweise einen Aluminiumträger, der mit einem Edelmetall wie beispielsweise Platin Pt oder dergleichen und mit wenigstens einem Element aus der Gruppe von beispielsweise Alkalimetallen, wie beispielsweise Potassium (K), Natrium (Na), Lithium (Li), Cäsium (Cs) und dergleichen, aus alkalischen Erden, wie beispielsweise Barium (Ba), Kalzium (Ca) und dergleichen und aus seltenen Erden wie beispielsweise Lanthan (La), Yttrium (Yi) und dergleichen ausgewählt ist. Im nachfolgenden wird das Verhältnis zwischen der Luft und dem Kraftstoff (Kohlenwasserstoffen), das in die Ansaugpassage des Verbrennungsmotors 1 und in einen Abschnitt des Abgasstranges stromaufwärts des NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 geliefert wird, als das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases bezeichnet, das in den NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 einströmt. Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases auf der mageren Seite des theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnisses liegt, absorbiert der NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 das NOx. Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas abnimmt, setzt der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 das absorbierte NOx frei.The NOx absorption-reduction catalyst 3 has a carrier, for example an aluminum carrier, which is coated with a noble metal such as platinum Pt or the like and with at least one element from the group of, for example, alkali metals, such as potassium (K), sodium (Na) , Lithium (Li), cesium (Cs) and the like, is selected from alkaline earths such as barium (Ba), calcium (Ca) and the like and from rare earths such as lanthanum (La), yttrium (Yi) and the like. Hereinafter, the ratio between the air and the fuel (hydrocarbons) supplied into the intake passage of the internal combustion engine 1 and into a portion of the exhaust line upstream of the NOx absorption-reduction catalyst 3 is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas, that flows into the NOx absorption-reduction catalyst 3 . When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is on the lean side of the theoretical air-fuel ratio, the NOx absorption-reduction catalyst 3 absorbs the NOx. When the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, the NOx absorption-reduction catalyst 3 releases the absorbed NOx.

In einem Fall, in dem kein Kraftstoff (Kohlenwasserstoffe) oder keine Luft in den Abschnitt des Abgasstranges stromaufwärts des NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysators 3 geliefert wird, gleicht sich das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases an das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches, das in die Verbrennungskammer geliefert wird, an. In diesem Fall absorbiert deshalb der NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 das NOx, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des Gemisches, das in die Verbrennungskammer geliefert wird, auf der mageren Seite des theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnisses liegt, und der NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 setzt das absorbierte NOx frei, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Gemisch, das an die Verbrennungskammer geliefert wird, abnimmt.In a case where no fuel (hydrocarbons) or no air is supplied to the portion of the exhaust line upstream of the NOx absorption-reduction catalyst 3 , the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is equal to the air-fuel ratio of the mixture that is delivered to the combustion chamber. In this case, therefore, the NOx absorption reduction catalyst 3 absorbs the NOx when the air-fuel ratio of the mixture supplied into the combustion chamber is on the lean side of the theoretical air-fuel ratio and the NOx absorption reduction -Catalyst 3 releases the absorbed NOx when the oxygen concentration in the mixture supplied to the combustion chamber decreases.

Es wird erwogen, dass die Absorption und Reduktion des NOx, die durch den NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 hervorgerufen werden, durch einen Mechanismus auftritt, wie er in den Fig. 2A und 2B dargestellt ist. Obwohl der Mechanismus im Falle einer Katalysatorvorrichtung dargestellt ist, bei der ein Träger mit Platin (Pt) oder Barium (Ba) beschickt ist, trifft der gleich Mechanismus im wesentlichen auf einen Katalysator zu, der ein anderes Edelmetall als Platin oder ein alkalisches Metall, eine alkalische Erde, oder eine seltene Erde enthält.It is considered that the absorption and reduction of the NOx caused by the NOx absorption-reduction catalyst 3 occurs by a mechanism as shown in Figs. 2A and 2B. Although the mechanism is illustrated in the case of a catalyst device in which a support is loaded with platinum (Pt) or barium (Ba), the same mechanism applies essentially to a catalyst which uses a noble metal other than platinum or an alkaline metal, a contains alkaline earth, or a rare earth.

Wenn das Abgas merklich mager wird, nimmt die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas beträchtlich zu, so dass sich Sauerstoff (O2) auf den Oberflächen von Platin (Pt) in der Gestalt von O2 - oder O2- ablagert, wie in Fig. 2A dargestellt ist. Stickoxide No, die in dem Abgas enthalten sind, reagieren mit O2 - oder O2- auf den Oberflächen von Platin (Pt), um NO2 zu erzeugen (2NO + O2 → 2NO2).When the exhaust gas becomes noticeably lean, the oxygen concentration in the exhaust gas increases considerably, so that oxygen (O 2 ) is deposited on the surfaces of platinum (Pt) in the form of O 2 - or O 2 , as in Fig. 2A is shown. Nitrogen oxides No contained in the exhaust gas react with O 2 - or O 2- on the surfaces of platinum (Pt) to generate NO 2 (2NO + O 2 → 2NO 2 ).

Solange die NOx-Absorptionskapazität des NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysators 3 nicht gesättigt ist, wird NO2, das wie vorstehend beschrieben erzeugt wurde, in dem Katalysator absorbiert, während auf dem Platin (Pt) eine Oxidation stattfindet, und es bindet sich zu Bariumoxid (BaO) und anschließend diffundiert es in der Gestalt von Nitrationen (NO3 -) in den NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3. Auf diese Art und Weise wird NOx in dem NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 absorbiert.As long as the NOx absorption capacity of the NOx absorption-reduction catalyst 3 is not saturated, NO 2 generated as described above is absorbed in the catalyst while oxidation takes place on the platinum (Pt) and binds Barium oxide (BaO) and then diffuses into the NOx absorption-reduction catalyst 3 in the form of nitrate ions (NO 3 - ). In this way, NOx is absorbed in the NOx absorption-reduction catalyst 3 .

Wenn jedoch die Sauerstoffkonzentration im Abgas abnimmt verringert sich ferner die Produktion von NO2, so dass durch eine Reaktion, die in die entgegengesetzte Richtung zu jener vorstehend beschriebenen verläuft, Nitrationen (NO3 -) von dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 in der Gestalt von NO2 oder NOx freigesetzt werden.However, when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the production of NO 2 also decreases, so that through a reaction in the opposite direction to that described above, nitrate ions (NO 3 - ) from the NOx absorption-reduction catalyst 3 in the form of NO 2 or NOx are released.

D. h., NOx wird von dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 freigesetzt, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas abnimmt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, nimmt die Sauerstoffkonzentration beim einströmenden Abgas ab, wenn der Grad der Magerkeit des Abgases, das in den NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 strömt, abnimmt. D. h., dass durch Verringern der Magerkeit des einströmenden Abgases NOx von dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 freigesetzt wird, sogar wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases auf der mageren Seite des theoretischen Luft- Kraftstoffverhältnisses liegt.That is, NOx is released from the NOx absorption-reduction catalyst 3 when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases. As shown in FIG. 3, the oxygen concentration in the incoming exhaust gas decreases as the degree of leanness of the exhaust gas flowing into the NOx absorption-reduction catalyst 3 decreases. That is, by reducing the leanness of the incoming exhaust gas, NOx is released from the NOx absorption-reduction catalyst 3 even if the air-fuel ratio of the incoming exhaust gas is on the lean side of the theoretical air-fuel ratio.

Wenn sich das Luft-Kraftstoffverhältnis des Gemisches, das in die Verbrennungskammer geliefert wird, zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis oder zur fetten Seite davon ändert und wenn sich dementsprechend das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis oder zur fetten Seite davon verändert, werden große Mengen von unverbrannten HCs und CO aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßen, wie in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Fall oxidieren unverbrannte HCs und CO unmittelbar durch die Reaktionen mit O2 - oder O2- auf dem Platin (Pt).When the air-fuel ratio of the mixture supplied into the combustion chamber changes to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich side thereof, and accordingly the air-fuel ratio of the exhaust gas changes to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich side thereof large amounts of unburned HCs and CO are emitted from the internal combustion engine, as shown in FIG. 3. In this case, unburned HCs and CO oxidize directly through reactions with O 2 - or O 2 on the platinum (Pt).

Des weiteren wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas sehr niedrig, wenn sich das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 einströmt, zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis oder zur fetten Seite davon verschiebt, so dass der NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 NO2 oder NO freisetzt. Das auf diese Weise freigesetzte NO2 oder NO wird durch die Reaktionen mit unverbrannten HCs und CO reduziert, wie in Fig. 2B dargestellt ist. Wenn auf diese Weise NO2 oder NO auf Platin (Pt) beseitigt wird, setzt der Katalysator NO2 oder NO sukzessive frei. Deshalb setzt der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 NOx in einer kurzen Zeit frei, indem das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 hineinströmt, zur fetten Seite des theoretischen Luft- Kraftstoffverhältnisses hin geändert wird. Wenn unverbrannte HCs und CO übrig bleiben, nachdem das O2 - oder O2- auf dem Platin (Pt) verbraucht ist, werden NOx, das von dem NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 freigesetzt wurde, und NOx, das von dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßen wird, durch die übriggebliebenen unverbrannten HCs und CO reduziert.Furthermore, the oxygen concentration in the exhaust gas becomes very low when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorption-reduction catalyst 3 shifts to the stoichiometric air-fuel ratio or the rich side thereof, so that the NOx absorption - Reduction catalyst 3 releases NO 2 or NO. The NO 2 or NO released in this way is reduced by the reactions with unburned HCs and CO, as shown in Fig. 2B. If NO 2 or NO on platinum (Pt) is removed in this way, the catalyst releases NO 2 or NO successively. Therefore, the NOx absorption-reduction catalyst 3 releases NOx in a short time by changing the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorption-reduction catalyst 3 to the rich side of the theoretical air-fuel ratio . If unburned HCs and CO remain after the O 2 - or O 2- consumed on the platinum (Pt), NOx that has been released from the NOx absorption-reduction catalyst 3 and NOx from the internal combustion engine 1 is emitted, reduced by the remaining unburned HCs and CO.

Deshalb wird das in dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 absorbierte NOx in einer kurzen Zeit freigesetzt, indem das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 einströmt, zur fetten Seite hin verschoben wird. Des weiteren wird das auf diese Weise freigesetzte NOx reduziert, so dass die Emission von NOx in die Atmosphäre verhindert wird.Therefore, the NOx absorbed in the NOx absorption-reduction catalyst 3 is released in a short time by shifting the air-fuel ratio of the exhaust gas that flows into the NOx absorption-reduction catalyst 3 toward the rich side. Furthermore, the NOx released in this way is reduced, so that the emission of NOx into the atmosphere is prevented.

Ferner kann NOx, das von dem NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator 3 freigesetzt wurde, auch durch Verschieben des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in den Katalysator 3 einströmt, auf das theoretische Luft- Kraftstoffverhältnis reduziert werden, da der NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 ebenso die Funktion eines Reduktionskatalysators hat. Wenn jedoch das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases zum theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnis verschoben wird, setzt der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 das NOx nur allmählich frei, so dass es eine lange Zeit erfordert, um die gesamte Menge des in dem NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator 3 absorbierten NOx freizusetzen.Further, NOx released from the NOx absorption-reduction catalyst 3 can also be reduced to the theoretical air-fuel ratio by shifting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the catalyst 3 because the NOx absorption ratio Reduction catalyst 3 also has the function of a reduction catalyst. However, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is shifted to the theoretical air-fuel ratio, the NOx absorption-reduction catalyst 3 releases the NOx only gradually, so that it takes a long time to remove the total amount of the NOx Absorption-reduction catalyst 3 to release absorbed NOx.

Durch Verringern der Magerkeit des in den NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 einströmenden Abgases wird NOx von dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 freigesetzt, sogar wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des darin einströmenden Abgases auf der mageren Seite des theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnisses liegt. Deshalb kann NOx von dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 freigesetzt werden, indem lediglich die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das in den Katalysator 3 einströmt, verringert wird.By reducing the leanness of the exhaust gas flowing into the NOx absorption reduction catalyst 3 , NOx is released from the NOx absorption reduction catalyst 3 even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing therein is on the lean side of the theoretical air-fuel ratio lies. Therefore, NOx can be released from the NOx absorption-reduction catalyst 3 by only reducing the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the catalyst 3 .

Der selektive Urea-Reduktions-Katalysator 4 wird durch Hinzufügung von Urea zu einem NOx-Katalysator für eine selektive Reduktion gebildet. Ein Beispiel des hier erwähnten NOx-Katalysators ist ein Zeolitkatalysator, der ein Oxid eines Übergangselementes der vierten, fünften oder sechsten Periode und/oder eines Oxides einer seltenen Erde enthält. Ein bevorzugteres Beispiel ist ein Katalysator, bei dem Al2O3 mit Ti und V geladen ist.The selective urea reduction catalyst 4 is formed by adding urea to a NOx catalyst for selective reduction. An example of the NOx catalyst mentioned here is a zeolite catalyst which contains an oxide of a transition element of the fourth, fifth or sixth period and / or an oxide of a rare earth. A more preferred example is a catalyst in which Al 2 O 3 is charged with Ti and V.

Wenn eine wässrige Lösung des Urea dem Katalysator hinzugefügt wird, werden Oxide von Stickstoff im Abgas bei einer vorbestimmten Abgastemperatur gemäß der folgenden Reaktionsgleichungen reduziert:
When an aqueous solution of the urea is added to the catalyst, oxides of nitrogen in the exhaust gas are reduced at a predetermined exhaust gas temperature according to the following reaction equations:

(NH2)2CO + H2O → 2NH3 x + CO2
(NH 2 ) 2CO + H 2 O → 2NH 3 x + CO 2

4NH3 x + 4NO + O2 → 4N2 6H2O4NH 3 x + 4NO + O 2 → 4N 2 6H 2 O

Um zu bewirken, dass der NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator 3 und der selektive Urea-Reduktions-Katalysator 4 komplementär zueinander funktionieren, verwendet diese Ausführungsbeispiel einen NOx-Sensor 5 und ein Urea-Zufüge- Steuerungsventil 6, die in einem Abschnitt des Abgasstranges 2 vorgesehen sind, der sich stromabwärts des NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysators 3 und stromaufwärts des selektiven Urea-Reduktions-Katalysators 4 befindet. Der NOx-Sensor 5 ist unmittelbar stromabwärts von dem NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator 3 und stromaufwärts von dem Urea-Zufüge- Steuerungsventil 6 angeordnet. Ferner ist ein Katalysator- Einströmungsgastemperatursensor 7 unmittelbar stromaufwärts von dem selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4 angeordnet und ein Ammoniaksensor 8 ist stromabwärts von dem selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4 angeordnet.In order to cause the NOx absorption-reduction catalyst 3 and the selective urea reduction catalyst 4 to function complementarily to one another, this exemplary embodiment uses a NOx sensor 5 and a urea addition control valve 6 , which are located in a section of the exhaust line 2 are provided, which is located downstream of the NOx absorption-reduction catalyst 3 and upstream of the selective urea reduction catalyst 4 . The NOx sensor 5 is arranged immediately downstream from the NOx absorption reduction catalyst 3 and upstream from the urea addition control valve 6 . Furthermore, a catalyst inflow gas temperature sensor 7 is arranged immediately upstream of the selective urea reduction catalyst 4 , and an ammonia sensor 8 is arranged downstream of the selective urea reduction catalyst 4 .

Der NOx-Sensor 5, das Urea-Zufüge-Steuerungsventil 6, der Katalysator-Einströmungsgastemperatursensor 7 und der Ammoniaksensor 8 werden elektrisch mit einer Steuereinheit (ECU) 9 verbunden, die durch einen Computer gebildet wird. Ein Motordrehzahlsensor zur Erfassung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 1 ist ebenso vorgesehen und mit der Steuerungseinheit (ECU) 9 verbunden.The NOx sensor 5 , the urea addition control valve 6 , the catalyst inflow gas temperature sensor 7 and the ammonia sensor 8 are electrically connected to a control unit (ECU) 9 , which is formed by a computer. An engine speed sensor for detecting the speed of the internal combustion engine 1 is also provided and connected to the control unit (ECU) 9 .

Auf der Basis der Information dieser Sensoren und dergleichen werden die Zustände der Katalysatoren und deshalb der Betrieb des Verbrennungsmotors 1 erfasst. Eine Betriebszustandserfassungsvorrichtung 10 zur Erfassung des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors 1 auf der Basis der von den Sensoren und dergleichen eingegebenen Daten, wird in dem Computer der Steuereinheit (ECU) 9 realisiert. Ferner wird eine Urea-Zufügemengensteuerungsvorrichtung 11 zur Ausgabe einer Urea-Zufüge-Anweisung an das Urea-Zufüge- Steuerungsventil 6 in Abhängigkeit von dem erfassten Betriebszustand und unter Steuerung der Menge des zugefügten Ureas im Computer der Steuereinheit (ECU) 9 realisiert. Ein Reduktionsmittelindikator 12, der dann, wenn Urea durch die Urea-Zufügemengensteuerungsvorrichtung 11 zugefügt wird, einem Fahrer anzeigt, dass Urea zugefügt wird, ist in einer Anzeigetafel oder dergleichen 13 vorgesehen.On the basis of the information from these sensors and the like, the states of the catalysts and therefore the operation of the internal combustion engine 1 are detected. An operating state detection device 10 for detecting the operating state of the internal combustion engine 1 on the basis of the data input from the sensors and the like is implemented in the computer of the control unit (ECU) 9 . Furthermore, a urea addition quantity control device 11 for issuing an urea addition instruction to the urea addition control valve 6 is implemented as a function of the detected operating state and under control of the amount of the added area in the computer of the control unit (ECU) 9 . A reducing agent indicator 12 which, when urea is added by the urea adding amount control device 11 , indicates to a driver that urea is added is provided in a display panel or the like 13 .

Der NOx-Sensor 5 erfasst die Konzentration von NOx im Abgas, das von dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 ausgegeben wird, d. h., die NOx-Konzentration im Abgas, das in den selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4 strömt. Die Urea- Zufügemengensteuerungsvorrichtung 11 enthält eine Urea- Zufügemengen-Bestimmungsvorrichtung zur Bestimmung einer Menge an NOx, das von dem Verbrennungsmotor 1 abgegeben wird, auf der Basis der durch den NOx-Sensor 5 erfassten NOx- Konzentration und der Luftmenge, die durch einen Luftströmungsmesser (nicht gezeigt) erfasst wird und dazu bestimmt ist, auf der Grundlage der erfassten NOx-Menge eine Menge an Urea abzuschätzen, die dem selektiven Urea- Reduktions-Katalysator 4 zugefügt werden muss. Die Urea- Zufügemengen-Steuerungsvorrichtung 11 gibt eine Anweisung aus, eine Menge an Urea in Abhängigkeit von dem durch die Urea- Zufügemengen-Bestimmungsvorrichtung abgeschätzten Wert zuzufügen.The NOx sensor 5 detects the concentration of NOx in the exhaust gas that is output from the NOx absorption-reduction catalyst 3 , that is, the NOx concentration in the exhaust gas that flows into the selective urea reduction catalyst 4 . The urea addition quantity control device 11 includes a urea addition quantity determination device for determining an amount of NOx emitted from the internal combustion engine 1 based on the NOx concentration detected by the NOx sensor 5 and the amount of air detected by an air flow meter ( not shown) is detected and is intended to estimate an amount of urea on the basis of the detected amount of NOx, which must be added to the selective urea reduction catalyst 4 . The urea adding amount control device 11 issues an instruction to add an amount of urea depending on the value estimated by the urea adding amount determining device.

Um die Menge an Urea abzuschätzen ist es vorteilhaft, diese als Tabelle in einem ROM vorab zu speichern, die ein vorbestimmtes Verhältnis zwischen der erfassten Menge an NOx und der Menge an Urea, die zugefügt werden soll, darstellt.In order to estimate the amount of urea, it is advantageous to do so save as a table in a ROM in advance, the one predetermined ratio between the detected amount of NOx and the amount of urea to be added.

Statt der Verwendung des NOx-Sensors 5 ist es ferner möglich, einen Gaspedalherabdrückungsgrad zu verwenden (der deshalb durch die Kraftstoffeinspritzmenge ersetzt werden kann), die Motordrehzahl und die Menge an EGR (Abgasrückführung), die durch eine EGR-Steuervorrichtung vorgesehen ist, um die Menge an NOx abzuschätzen. Die Menge an in den Verbrennungsmotor 1 angesaugter Luft kann ferner auf der Grundlage des Ausmaßes der Drosselklappenöffnung bestimmt werden, anstelle der Erfassung durch den Luftströmungsmesser.Instead of using the NOx sensor 5 , it is also possible to use an accelerator depression degree (which can therefore be replaced by the fuel injection amount), the engine speed, and the amount of EGR (exhaust gas recirculation) provided by an EGR controller to control the Estimate the amount of NOx. The amount of air drawn into the engine 1 may also be determined based on the amount of throttle opening, instead of being sensed by the air flow meter.

Der Katalysator-Einströmungsgastemperatursensor 7 dient als eine Katalysatortemperaturerfassungsvorrichtung zur Erfassung der Temperatur des Abgases, das in den selektiven Urea- Reduktions-Katalysator 4 einströmt. Auf der Grundlage der erfassten Abgastemperatur kann ein Aktivierungszustand des selektiven Urea-Reduktions-Katalysators 4 bestimmt werden. The catalyst inflow gas temperature sensor 7 serves as a catalyst temperature detection device for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the selective urea reduction catalyst 4 . An activation state of the selective urea reduction catalyst 4 can be determined on the basis of the detected exhaust gas temperature.

Wenn die Temperatur des in den Katalysator 4 einströmenden Abgases relativ niedrig ist, ist die Abgassteuerungsfähigkeit des Katalysators 4 niedrig, so dass die Menge an zugefügtem Urea durch die Urea-Zufügemengen-Steuerungsvorrichtung 11 verringert wird. Ein Verhältnis zwischen der Temperatur des Abgases, das in den Katalysator 4 einströmt, und der Menge an zugefügtem Urea ist als eine Tabelle in dem ROM vorab eingespeichert.When the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst 4 is relatively low, the exhaust gas control ability of the catalyst 4 is low, so that the amount of urea added by the urea adding amount control device 11 is reduced. A relationship between the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst 4 and the amount of urea added is previously stored as a table in the ROM.

Der Ammoniaksensor 8 wird zur Korrektur der Menge an Urea, die zugefügt werden soll, verwendet. D. h., wenn Ammoniak durch den Ammoniaksensor 8 erfasst wird, der stromabwärts des selektiven Urea-Reduktions-Katalysators 4 angeordnet ist, bedeutet die Erfassung, dass die Menge an zugefügtem Urea zu groß ist im Vergleich zur Menge an NOx. Deshalb ist eine Rückkopplungssteuerungsvorrichtung vorgesehen, um die Menge an Ammoniak, die durch den Ammoniaksensor 8 erfasst wurde, zurück zur Urea-Zufügemengen-Steuerungsvorrichtung 11 zu führen und dadurch die Menge an Urea, die zugefügt werden soll auf eine geeigneten Sollwert zu korrigieren. Die Rückkopplungssteuerungsvorrichtung wird als ein Abschnitt der Urea-Zufügemengen-Steuerungsvorrichtung 11 im Computer der Steuereinheit (ECU) 9 realisiert.The ammonia sensor 8 is used to correct the amount of urea to be added. That is, when ammonia is detected by the ammonia sensor 8 located downstream of the selective urea reduction catalyst 4 , the detection means that the amount of urea added is too large compared to the amount of NOx. Therefore, a feedback control device is provided to return the amount of ammonia detected by the ammonia sensor 8 back to the urea addition amount control device 11 , thereby correcting the amount of urea to be added to an appropriate target value. The feedback control device is implemented as a portion of the urea addition amount control device 11 in the computer of the control unit (ECU) 9 .

Nachstehend wird eine Emissionssteuerung gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben.An emission control according to the Described embodiment.

Als Ergebnis der Kraftstoffverbrennung im Zylinder während dem Betrieb des Verbrennungsmotors 1 wird Abgas aus dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßen und strömt durch die Abgasleitung 2 sequentiell über den NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 und den selektiven Urea-Reduktions- Katalysator 4 und strömt anschließend durch den nicht gezeigten Schalldämpfer. Somit wird Abgas in die Atmosphäre abgegeben. As a result of the combustion of fuel in the cylinder during the operation of the internal combustion engine 1 , exhaust gas is discharged from the internal combustion engine 1 and flows through the exhaust pipe 2 sequentially over the NOx absorption-reduction catalyst 3 and the selective urea reduction catalyst 4 and then flows through the silencer not shown. Thus, exhaust gas is released into the atmosphere.

Dieses Ausführungsbeispiel reinigt die Emissionen über einen breitest möglichen Betriebsbereich des Verbrennungsmotors durch den selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4, der in einem Hochlast- und Hochdrehzahlbereich funktioniert, der hinter dem Emissionssteuerbereich des NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysators 3 liegt.This exemplary embodiment cleans the emissions over the widest possible operating range of the internal combustion engine by means of the selective urea reduction catalyst 4 , which functions in a high-load and high-speed range which lies behind the emission control range of the NOx absorption-reduction catalyst 3 .

Während der Betriebszustand des Verbrennungsmotors nicht in einem vorbestimmten Hochlast- und Hochdrehzahlbereich liegt, wird die Emissionssteuerung durch wiederholtes Bewirken der Absorption und Reduktion von NOx in dem NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 gemäß dem oben beschriebenen Prinzip durchgeführt. D. h., wenn NOx von dem NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 freigesetzt wird, wird das Luft- Kraftstoffverhältnis des Abgases zur fetten Seite hin verschoben, so dass NOx, das freigesetzt wird, durch den NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 reduziert wird.While the operating state of the internal combustion engine is not within a predetermined high-load and high-speed range, the emission control is performed by repeatedly causing the absorption and reduction of NOx in the NOx absorption-reduction catalyst 3 according to the principle described above. That is, when NOx is released from the NOx absorption-reduction catalyst 3 , the air-fuel ratio of the exhaust gas is shifted to the rich side so that NOx that is released is released through the NOx absorption-reduction catalyst 3 is reduced.

Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis auf der fetten Seite eingestellt ist, indem beispielsweise die Drosselklappenöffnung reduziert wird, um die Menge an Ansaugluft zu verringern, wenn der Betrieb des Verbrennungsmotors 1 im vorbestimmten Hochlast- und Hochdrehzahlbereich liegt, entlässt die auf diese Weise verringerte Menge an Ansaugluft (Sauerstoffmenge) etwas unverbrannten Kraftstoff, so dass ein im allgemeinen als Rauch bezeichneter Qualm erzeugt wird. Deshalb kann die Reduktion von NOx im vorbestimmten Hochlast- und Hochdrehzahlbetriebsbereich nicht im NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 durchgeführt werden.When the air-fuel ratio is set on the rich side, for example, by reducing the throttle valve opening to reduce the amount of intake air when the operation of the engine 1 is in the predetermined high-load and high-speed range, the reduced amount of intake air thus discharges (Amount of oxygen) a little unburned fuel, so that a smoke, commonly referred to as smoke, is generated. Therefore, the reduction of NOx in the predetermined high-load and high-speed operating range cannot be performed in the NOx absorption-reduction catalyst 3 .

In Reaktion auf die Betriebszustandserfassungsvorrichtung 10, die feststellt, dass sich der Motor 1 in dem vorstehend beschriebenen Betriebszustand befindet, gibt die Urea- Zufügemengen-Steuerungsvorrichtung 11 eine Ureazufügeanweisung an das Ureazufügesteuerventil 6 aus, so dass die wässrige Lösung des Urea von dem Ureazufügesteuerventil 6 eingespritzt wird. Deshalb wird die Emissionssteuerung gemäß dem oben beschriebenen Prinzip durchgeführt.In response to the operating state detection device 10 , which determines that the engine 1 is in the above-described operating state, the urea addition quantity control device 11 issues a urea addition instruction to the urea addition control valve 6 so that the urea aqueous solution is injected from the urea addition control valve 6 becomes. Therefore, the emission control is carried out according to the principle described above.

Inzwischen wird die Konzentration an aus dem NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 ausströmenden, nicht durch ihn behandelten, NOx durch den NOx-Sensor 5 erfasst. Infolge der Eingabe des durch den NOx-Sensor 5 erfassten Wertes bestimmt die Urea-Zufügemengensteuerungsvorrichtung 11 der Steuereinheit (ECU) 9 die Menge an NOx, das von dem Verbrennungsmotor 1 auf der Grundlage der NOx-Konzentration und der Menge an in den Verbrennungsmotor 1 angesaugten Luft ausgestoßen wurde. Auf der Basis der somit bestimmten Menge an NOx schätzt die Urea-Zufügemengen-Steuervorrichtung 11 eine Menge an Urea ab, die dem selektiven Urea-Reduktions- Katalysator 4 zugefügt werden soll, indem die Urea- Zufügemengen-Bestimmungsvorrichtung verwendet wird. Die Urea- Zufügemengen-Steuervorrichtung 11 weist dann das Ureazufügesteuerventil 6 an, eine Menge an Urea in Abhängigkeit von dem abgeschätzten Wert zuzufügen.In the meantime, the concentration of NOx flowing out of the NOx absorption reduction catalyst 3 and not treated by it is detected by the NOx sensor 5 . As a result of the input of the value detected by the NOx sensor 5, the urea Zufügemengensteuerungsvorrichtung 11 determines the control unit (ECU) 9, the amount of NOx, the air aspirated by the engine 1 on the basis of the NOx concentration and the amount of the internal combustion engine 1 Air was expelled. Based on the thus determined amount of NOx, the urea addition amount control device 11 estimates an amount of urea to be added to the selective urea reduction catalyst 4 by using the urea addition amount determination device. The urea addition amount control device 11 then instructs the urea addition control valve 6 to add an amount of urea depending on the estimated value.

Des weiteren wird die Temperatur des in den NOx-Sensor 5 einströmenden Gases durch den Katalysatoreinströmungsgastemperatursensor 7 gemessen. In Abhängigkeit von der Größe der erfassten Einströmungsgastemperatur ändert die Urea-Zufügemengen- Steuervorrichtung 11 der Steuereinheit (ECU) 9 die Menge an Urea, das zugefügt werden soll.Furthermore, the temperature of the gas flowing into the NOx sensor 5 is measured by the catalyst inflow gas temperature sensor 7 . Depending on the magnitude of the detected inflow gas temperature, the urea addition amount control device 11 of the control unit (ECU) 9 changes the amount of urea to be added.

Des weiteren wird die Ammoniakkonzentration in dem Gas, das aus dem selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4 strömt, durch den Ammoniaksensor 8 erfasst. Auf der Basis des durch den Ammoniaksensor 8 erfassten Wertes korrigiert die Rückkopplungssteuervorrichtung der Urea-Zufügemengen- Steuervorrichtung 11 die Menge an Kraftstoff, der zugefügt werden soll, in einer solchen Richtung, dass die Ammoniakkonzentration in dem Abgas, das aus dem selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4 herausströmt, abnehmen wird. Furthermore, the ammonia concentration in the gas flowing out of the selective urea reduction catalyst 4 is detected by the ammonia sensor 8 . Based on the value detected by the ammonia sensor 8 , the feedback control device of the urea adding amount control device 11 corrects the amount of fuel to be added in such a direction that the ammonia concentration in the exhaust gas resulting from the selective urea reduction Catalyst 4 flows out, will decrease.

In der vorstehend beschriebenen Art und Weise wird die Emissionssteuerung durch den NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator 3 und den selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4 durchgeführt. Das Komplementärverhältnis zwischen dem NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 und dem selektiven Urea- Reduktions-Katalysator 4 ist in Fig. 4 gezeigt. In Fig. 4 zeigt "A" einen Bereich an, in dem der NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 in der Lage ist, eine Emissionssteuerung durchzuführen, und "B" zeigt einen Bereich an, in dem der selektive Urea-Reduktions-Katalysator 4 in der Lage ist, eine Emissionssteuerung durchzuführen.In the manner described above, the emission control is performed by the NOx absorption-reduction catalyst 3 and the selective urea reduction catalyst 4 . The complementary ratio between the NOx absorption reduction catalyst 3 and the selective urea reduction catalyst 4 is shown in FIG. 4. In Fig. 4, "A" indicates an area in which the NOx absorption-reduction catalyst 3 is capable of performing emission control, and "B" indicates an area in which the selective urea reduction catalyst 4 is able to perform emission control.

Fig. 5 zeigt Verhältnisse zwischen der Abgastemperatur und der Steuerungsrate in dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 und dem selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4. In Fig. 5 bezeichnet "A" einen Bereich, in dem der NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 in der Lage ist eine Emissionssteuerung durchzuführen, und "B" zeigt einen Bereich in dem der selektive Urea-Reduktions-Katalysator 4 in der Lage ist, eine Emissionssteuerung durchzuführen. Wie anhand von Fig. 5 verstanden werden kann, funktioniert der NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 in einem relativ niedrigen Abgastemperaturbereich und der selektive Urea- Reduktions-Katalysator 4 funktioniert in einem relativ hohen Abgastemperaturbereich. Fig. 5 shows relationships between the exhaust temperature and the control rate in the NOx absorption-reduction catalyst 3 and the selective reduction catalyst Urea. 4 In Fig. 5, "A" denotes an area in which the NOx absorption-reduction catalyst 3 is capable of performing emission control, and "B" indicates an area in which the selective urea-reduction catalyst 4 is capable is to perform emission control. As can be understood from FIG. 5, the NOx absorption-reduction catalytic converter 3 functions in a relatively low exhaust gas temperature range and the selective urea reduction catalytic converter 4 functions in a relatively high exhaust gas temperature range.

In diesem Ausführungsbeispiel kann das Positionsverhältnis zwischen dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 und dem selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4 umgekehrt werden.In this embodiment, the positional relationship between the NOx absorption reduction catalyst 3 and the selective urea reduction catalyst 4 can be reversed.

Ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 beschrieben.A second exemplary embodiment according to the invention is described with reference to FIG. 6.

Das Ausführungsbeispiel, das in Fig. 6 gezeigt ist, hat eine Startkatalysatorvorrichtung 21, zusätzlich zu einer Konstruktion, wie sie in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde. Die Startkatalysatorvorrichtung 21 ist ein NOx-Katalysator, der in einem Abschnitt einer Abgasleitung 2 vorgesehen ist, der so nah wie möglich am Verbrennungsmotor liegt. Die Startkatalysatorvorrichtung 21 ist in der Lage, NOx im wesentlichen von dem Abgas des Verbrennungsmotors zu entfernen, bevor der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 nach dem Start des Verbrennungsmotors aufgewärmt ist. Da die Startkatalysatorvorrichtung 21 in einem am Verbrennungsmotor benachbarten Abschnitt der Abgasleitung 2 angeordnet ist, die sich stromaufwärts eines NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysators 3 erstreckt, wird die Startkatalysatorvorrichtung 21 durch das Abgas schnell auf einen Steuertemperaturbereich erhitzt, nachdem der Motor gestartet wurde.The embodiment shown in FIG. 6 has a starting catalyst device 21 in addition to a construction as described in connection with the first embodiment. The starting catalyst device 21 is a NOx catalyst that is provided in a portion of an exhaust pipe 2 that is as close as possible to the internal combustion engine. The starting catalyst device 21 is capable of substantially removing NOx from the exhaust gas of the internal combustion engine before the NOx absorption-reduction catalyst 3 is warmed up after the internal combustion engine is started. Since the starting catalyst device 21 is arranged in a portion of the exhaust pipe 2 adjacent to the internal combustion engine, which extends upstream of a NOx absorption-reducing catalyst 3 , the starting catalyst device 21 is quickly heated to a control temperature range by the exhaust gas after the engine is started.

Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben.A third exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG. 7.

Eine Emissionssteuervorrichtung des Ausführungsbeispieles, das in Fig. 7 gezeigt ist, hat eine Bypassleitung 31, die einen stromaufwärts, seitlich angeordneten NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 umgeht und Abgas zu einem stromabwärts angeordneten Katalysator leitet, zusätzlich zu einer Konstruktion, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Ein Verzweigungspunkt zwischen der Bypassleitung 31 und einem Abgasrohr 2 ist mit einer Umschaltvorrichtung versehen, d. h., einem Umschaltventil 32, das den Abgasströmungsweg durch Schließen und Öffnen der Bypassleitung 31 ändert.An emission control device of the embodiment shown in FIG. 7 has a bypass line 31 that bypasses an upstream, side-mounted NOx absorption-reduction catalyst 3 and directs exhaust gas to a downstream catalyst, in addition to a construction as shown in FIG Fig. 1 is shown. A branch point between the bypass line 31 and an exhaust pipe 2 is provided with a switching device, that is, a switching valve 32 , which changes the exhaust gas flow path by closing and opening the bypass line 31 .

Das Umschaltventil 32 ist ein elektromagnetisches Ventil, das elektrisch mit einer Steuereinheit (ECU) 9 verbunden und dadurch gesteuert wird. Wenn durch eine Betriebszustandserfassungsvorrichtung 10 festgestellt wird, dass der vorliegende Betriebsbereich eines Verbrennungsmotors ein solcher Bereich ist, in dem der NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 in der Lage ist, zu funktionieren, schließt das Umschaltventil 32 die Bypassleitung 31, so dass das Abgas zu dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 strömt. Wenn sie feststellt, dass der Betrieb des Motors zu eine Hochlast- und Hochdrehzahlbereich verschoben wurde, öffnet das Umschaltventil 32 die Bypassleitung 31 und schließt die Abgasleitung, die sich zu dem NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator 3 erstreckt, so dass das Abgas über die Bypassleitung 31 zu dem selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4 strömt.The changeover valve 32 is an electromagnetic valve that is electrically connected to a control unit (ECU) 9 and is thereby controlled. If it is determined by an operating state detection device 10 that the present operating range of an internal combustion engine is such a range in which the NOx absorption reduction catalyst 3 is able to function, the changeover valve 32 closes the bypass line 31 so that the exhaust gas flows to the NOx absorption-reduction catalyst 3 . When it determines that the operation of the engine has been shifted to a high-load and high-speed range, the switching valve 32 opens the bypass line 31 and closes the exhaust line that extends to the NOx absorption-reduction catalyst 3 so that the exhaust gas passes through the Bypass line 31 flows to the selective urea reduction catalyst 4 .

Deshalb weist die Steuereinheit (ECU) 9 das Umschaltventil 32 an, die Bypassleitung 31 zu schließen, wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors, der durch die Betriebszustandserfassungsvorrichtung 10 erfasst wurde, nicht der Hochlast- und Hochdrehzahlbereich ist, so dass das Abgas in den NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 strömt. Wenn der Betriebszustand des Verbrennungsmotors, der durch die Betriebszustandserfassungsvorrichtung 10 erfasst wird, im Hochlast- und Hochdrehzahlbereich liegt, weist die Steuereinheit (ECU) 9 das Umschaltventil 32 an, die Bypassleitung 31 zu öffnen und die Abgasleitung zu schließen, die sich zu dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 erstreckt, so dass das Abgas über die Bypassleitung 31 unmittelbar zu dem selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4 strömt. In Reaktion auf die Feststellung durch die Betriebszustandserfassungsvorrichtung 10, dass der Betriebszustand des Verbrennungsmotors im Hochlast- und Hochdrehzahlbereich liegt, gibt die Urea-Zufügemengen- Steuervorrichtung 11 eine Ureazufügeanweisung an das Ureazufügesteuerventil 6, so dass eine wässrige Lösung von Urea von dem Ureazufügesteuerventil 6 eingespritzt wird. Auf diese Art und Weise wird eine Emissionssteuerung in Abhängigkeit von dem oben beschriebenen Prinzip durchgeführt.Therefore, the control unit (ECU) 9 instructs the changeover valve 32 to close the bypass line 31 when the operating state of the engine detected by the operating state detection device 10 is not the high-load and high-speed range, so that the exhaust gas is in the NOx absorption -Reduction catalyst 3 flows. When the operating state of the internal combustion engine, which is detected by the operating state detection device 10 , is in the high-load and high-speed range, the control unit (ECU) 9 instructs the changeover valve 32 to open the bypass line 31 and to close the exhaust line, which leads to the NOx Absorption-reduction catalyst 3 extends so that the exhaust gas flows via the bypass line 31 directly to the selective urea reduction catalyst 4 . In response to the determination by the operating state detection device 10 that the operating state of the internal combustion engine is in the high-load and high-speed range, the urea addition quantity control device 11 issues a urea addition instruction to the urea addition control valve 6 , so that an aqueous solution of urea is injected from the urea addition control valve 6 . In this way, emission control is carried out depending on the principle described above.

Als nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben. Next, a fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG. 8.

In einer Emissionssteuervorrichtung des Ausführungsbeispieles, das in Fig. 8 gezeigt ist, verzweigt sich eine Abgasleitung in eine erste Abgasleitung 41 und eine zweite Abgasleitung 42, die parallel angeordnet sind. Die erste Abgasleitung 41 ist mit einem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 versehen. Die zweite Abgasleitung 42 ist mit einem selektiven Urea- Reduktions-Katalysator 4 versehen.In an emission control device of the embodiment shown in FIG. 8, an exhaust pipe branches into a first exhaust pipe 41 and a second exhaust pipe 42 which are arranged in parallel. The first exhaust pipe 41 is provided with a NOx absorption-reduction catalyst 3 . The second exhaust line 42 is provided with a selective urea reduction catalyst 4 .

Ein Umschaltventil 32, d. h. eine Umschaltvorrichtung, ist an einem Verzweigungspunkt zwischen der ersten Abgasleitung 41 und der zweiten Abgasleitung 42 angeordnet.A changeover valve 32 , ie a changeover device, is arranged at a branch point between the first exhaust line 41 and the second exhaust line 42 .

Wie in der in Fig. 1 gezeigten Konstruktion ist ein NOx-Sensor 5 stromaufwärts des selektiven Urea-Reduktions-Katalysators 4 vorgesehen, und ein Katalysatoreinströmungsgastemperatursensor 7 ist unmittelbar stromaufwärts von dem selektiven Urea- Reduktions-Katalysator 4 vorgesehen. Des weiteren ist ein Ammoniaksensor 8 stromabwärts des selektiven Urea-Reduktions- Katalysators 4 vorgesehen, und ein Ureazufügesteuerventil 6 ist unmittelbar stromaufwärts von dem selektiven Urea- Reduktions-Katalysator 4 vorgesehen.As in the construction shown in FIG. 1, a NOx sensor 5 is provided upstream of the selective urea reduction catalyst 4 , and a catalyst inflow gas temperature sensor 7 is provided immediately upstream of the selective urea reduction catalyst 4 . Furthermore, an ammonia sensor 8 is provided downstream of the selective urea reduction catalyst 4 , and an urea addition control valve 6 is provided immediately upstream of the selective urea reduction catalyst 4 .

Das Umschaltventil 32 ist ein elektromagnetisches Ventil, das elektrisch mit einer Steuereinheit (ECU) 9 verbunden und dadurch gesteuert wird. Wenn durch die Betriebszustandserfassungsvorrichtung 10 festgestellt wird, dass der vorliegende Betriebsbereich eines Verbrennungsmotors ein solcher Bereich ist, bei dem der NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 in der Lage ist, zu funktionieren, wählt das Umschaltventil 32 die erste Abgasleitung 41 aus, so dass das Abgas zu dem NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 strömt. Der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3 führt eine Emissionssteuerung durch, wie sie oben beschrieben wurde.The changeover valve 32 is an electromagnetic valve that is electrically connected to a control unit (ECU) 9 and is thereby controlled. When it is determined by the operating state detection device 10 that the present operating range of an internal combustion engine is such a range that the NOx absorption-reduction catalyst 3 is able to function, the switching valve 32 selects the first exhaust pipe 41 so that the exhaust gas flows to the NOx absorption-reduction catalyst 3 . The NOx absorption-reduction catalyst 3 performs emission control as described above.

Wenn festgestellt wird, dass sich der Betrieb des Verbrennungsmotors zum Hochlast- und Hochgeschwindigkeitsbereich verschoben hat, wählt das Umschaltventil 32 die zweite Abgasleitung 42 aus, so dass das Abgas in den selektiven Urea-Reduktions-Katalysator 4 strömt. Wenn der selektive Urea-Reduktions-Katalysator 4 auf diese Weise ausgewählt wird, gibt die Urea-Zufügemengen- Steuervorrichtung 11 eine Ureazufügeanweisung an das Ureazufügesteuerventil 6 ab, so dass eine wässrige Lösung von Urea von dem Ureazufügesteuerventil 6 eingespritzt wird. Auf diese Art und Weise wird die Emissionssteuerung gemäß dem oben beschriebenen Prinzip durchgeführt.When it is determined that the operation of the internal combustion engine has shifted to the high-load and high-speed range, the changeover valve 32 selects the second exhaust pipe 42 so that the exhaust gas flows into the selective urea reduction catalyst 4 . When the selective urea reduction catalyst 4 is selected in this way, the urea addition amount control device 11 issues an urea addition instruction to the urea addition control valve 6 so that an aqueous solution of urea is injected from the urea addition control valve 6 . In this way, the emission control is carried out according to the principle described above.

Obwohl die vorherstehenden Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit einem Benzinmotor 1 beschrieben wurden, sollte es klar sein, dass die Erfindung ebenso auf einen Dieselmotor anwendbar ist. Im Fall eins Dieselmotors wird die Kraftstoffverbrennung in den Verbrennungskammern in einem mageren (oder hohen) Luft-Kraftstoffverhältnisbereich durchgeführt, der weit von dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis entfernt ist. Deshalb wird das Luft- Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Absorptions- Reduktions-Katalysator 3 strömt, während eines normalen Betriebszustandes des Dieselmotors sehr mager (oder hoch), so dass NOx durch den Katalysator 3 absorbiert, jedoch kaum davon freigesetzt wird.Although the foregoing embodiments of the invention have been described in connection with a gasoline engine 1 , it should be understood that the invention is also applicable to a diesel engine. In the case of a diesel engine, fuel combustion in the combustion chambers is performed in a lean (or high) air-fuel ratio range that is far from the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx absorption-reduction catalyst 3 becomes very lean (or high) during a normal operating state of the diesel engine, so that NOx is absorbed by the catalyst 3 but hardly released.

Deshalb kann bei der Anwendung in einem Dieselmotor eine Abgasrückführvorrichtung (im allgemeinen als EGR-Vorrichtung bezeichnet) als Beispiel verwendet werden, so dass das NOx, das in dem Katalysator absorbiert ist, durch Verschieben des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Abgases zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis oder zur fette Seite davon durch Einführen einer großen Menge an rückgeführtem Abgas in die Verbrennungskammern freigesetzt werden.Therefore, when used in a diesel engine, a Exhaust gas recirculation device (generally as an EGR device used) as an example, so that the NOx, that is absorbed in the catalyst by shifting the Air-fuel ratio of the exhaust gas to the stoichiometric Air-fuel ratio or to the rich side thereof Introducing a large amount of recirculated exhaust gas into the Combustion chambers are released.

Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf das beschrieben wurde, was derzeit als bevorzugte Ausführungsformen davon betrachtet wird, sollte klar sein, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen oder Konstruktionen begrenzt ist. Im Gegenteil, die vorliegende Erfindung beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken. Während die verschiedenen Elemente der offenbarten Erfindung in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, die exemplarisch sind, sind zusätzlich andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einziges Ausführungsbeispiel enthalten, ebenso im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten.While the present invention with reference to the has been described, which is currently preferred Embodiments thereof is considered, it should be clear that the present invention is not based on the disclosed  Embodiments or constructions is limited. in the On the contrary, the present invention intends various modifications and equivalent arrangements to cover. While the various elements of the disclosed Invention in various combinations and configurations shown that are exemplary are others Combinations and configurations that are more, less or only contain a single embodiment, also in Scope of the present invention included.

Ein NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator 3, der NOx aus dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases auf der mageren Seite liegt, und der NOx freisetzt und eine Reduktion von NOx bewirkt, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abnimmt, ist in einer Abgasleitung 2 eines magerverbrennenden Verbrennungsmotors 1 vorgesehen. Ein selektiver Urea-Reduktions-Katalysator 4, der eine selektive Reduktion infolge der Zufügung von Urea bewirkt, ist ebenso vorgesehen. Die zwei Katalysatoren reinigen die Emissionen komplementär zueinander im wesentlichen über den gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors.A NOx absorption-reduction catalyst 3 that absorbs NOx from the exhaust gas when the air-fuel ratio of the exhaust gas is on the lean side, and releases NOx and causes a reduction of NOx when the oxygen concentration in the exhaust gas decreases provided in an exhaust pipe 2 of a lean-burn internal combustion engine 1 . A selective urea reduction catalyst 4 , which effects a selective reduction due to the addition of urea, is also provided. The two catalysts clean the emissions complementarily to one another essentially over the entire operating range of the internal combustion engine.

Claims (12)

1. Emissionssteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, gekennzeichnet durch die folgenden Bauteile:
einen NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator (3), der in einer Abgasleitung (2) eines magerverbrennenden Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist, wobei der NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator (3) NOx absorbiert, wenn ein Luft-Kraftstoffverhältnis eines Abgases von dem Verbrennungsmotor auf einer mageren Seite eines theoretischen Luft-Kraftstoffverhältnisses liegt, und wobei der NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator (3) NOx freigibt und eine Reduktion von NOx hervorruft, wenn eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas abnimmt; und einen selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions- Katalysator (4), der eine selektive Reduktion infolge der Zufügung einer Ammoniakverbindung hervorruft.
1. Emission control device for an internal combustion engine, characterized by the following components:
a NOx absorption-reduction catalyst ( 3 ) provided in an exhaust pipe ( 2 ) of a lean-burn internal combustion engine ( 1 ), the NOx absorption-reduction catalyst ( 3 ) absorbing NOx when an air-fuel ratio of an exhaust gas from the internal combustion engine is on a lean side of a theoretical air-fuel ratio, and wherein the NOx absorption-reduction catalyst ( 3 ) releases NOx and causes a reduction in NOx when an oxygen concentration in the exhaust gas decreases; and a selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ) which causes a selective reduction due to the addition of an ammonia compound.
2. Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Bauteile:
eine Betriebszustandserfassungsvorrichtung (10) zur Erfassung eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (1) und
eine Umschaltvorrichtung (32) zum Umschalten einer Strömungsrichtung des Abgases von entweder dem NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator (3) oder dem selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator (4), in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1), der durch die Betriebszustandserfassungsvorrichtung (10) erfasst wurde.
2. Emission control device according to claim 1, characterized by the further components:
an operating state detection device ( 10 ) for detecting an operating state of the internal combustion engine ( 1 ) and
a switching device ( 32 ) for switching a flow direction of the exhaust gas of either the NOx absorption-reduction catalyst ( 3 ) or the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ), depending on the operating state of the internal combustion engine ( 1 ) caused by the Operating state detection device ( 10 ) was detected.
3. Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator (3) und der selektive Ammoniakverbindungs- Reduktions-Katalysator (4) in Serie in der Abgasleitung (2) angeordnet sind.3. Emission control device according to claim 1, characterized in that the NOx absorption reduction catalyst ( 3 ) and the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ) are arranged in series in the exhaust line ( 2 ). 4. Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der selektive Ammoniakverbindungs- Reduktions-Katalysator (4) stromabwärts von dem NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator (3) in dem Abgaskanal (2) angeordnet ist.4. Emission control device according to claim 3, characterized in that the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ) is arranged downstream of the NOx absorption reduction catalyst ( 3 ) in the exhaust duct ( 2 ). 5. Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der selektive Ammoniakverbindungs- Reduktions-Katalysator (4) stromaufwärts von dem NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator (3) in der Abgasleitung (2) angeordnet ist.5. Emission control device according to claim 3, characterized in that the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ) is arranged upstream of the NOx absorption reduction catalyst ( 3 ) in the exhaust line ( 2 ). 6. Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Absorptions-Reduktions- Katalysator (3) und der selektive Ammoniakverbindungs- Reduktions-Katalysator (4) parallel in der Abgasleitung (2) angeordnet sind.6. Emission control device according to claim 1 or 2, characterized in that the NOx absorption reduction catalyst ( 3 ) and the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ) are arranged in parallel in the exhaust pipe ( 2 ). 7. Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 3, des weiteren gekennzeichnet durch eine Bypassleitung (31), die einen stromaufwärtsseitig angeordneten Katalysator umgeht und das Abgas zu einem stromabwärtsseitigen Katalysator leitet, wobei die Umschaltvorrichtung (32) die Strömungsrichtung des Abgases durch Öffnen und Schließen der Bypassleitung (31) verändert.7. Emission control device according to claim 3, further characterized by a bypass line ( 31 ) which bypasses an upstream catalyst and conducts the exhaust gas to a downstream catalyst, the switching device ( 32 ) changing the flow direction of the exhaust gas by opening and closing the bypass line ( 31 ) changed. 8. Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Abgasleitung (2) in eine erste Abgasleitung (41) und eine zweite Abgasleitung (42) gabelt, die parallel angeordnet sind;
dass der NOx-Absorptions-Reduktions-Katalysator (3) in der ersten Abgasleitung (41) angeordnet ist, und dass der selektive Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator (4) in der zweiten Abgasleitung (42) angeordnet ist; und
dass ein Umschaltventil als Umschaltvorrichtung (32) an einem Verzweigungspunkt zwischen der ersten Abgasleitung (41) und der zweiten Abgasleitung (42) angeordnet ist.
8. Emission control device according to claim 6, characterized in that
the exhaust pipe ( 2 ) forks into a first exhaust pipe ( 41 ) and a second exhaust pipe ( 42 ) which are arranged in parallel;
that the NOx absorption-reduction catalyst ( 3 ) is arranged in the first exhaust line ( 41 ) and that the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ) is arranged in the second exhaust line ( 42 ); and
that a changeover valve is arranged as a changeover device ( 32 ) at a branching point between the first exhaust line ( 41 ) and the second exhaust line ( 42 ).
9. Emissionssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, des weiteren gekennzeichnet durch eine zusätzliche Ammoniakverbindungsmengenbestimmungsvorrichtung (11) zur Abschätzung einer Menge der Ammoniakverbindung, die dem selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator (4) zugefügt werden soll, auf der Basis einer Menge an NOx, das in der Abgasströmung vorliegt, die in den selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator (4) strömt, und auf der Basis der Ansaugluft, die in den Verbrennungsmotor (1) eingesaugt wird. The emission control device according to one of claims 1 to 8, further characterized by an additional ammonia compound amount determination device ( 11 ) for estimating an amount of the ammonia compound to be added to the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ) based on an amount of NOx that is in the exhaust gas flow that flows into the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ) and based on the intake air that is drawn into the internal combustion engine ( 1 ). 10. Emissionssteuervorrichtung gemäß Anspruch 9, des weiteren gekennzeichnet durch eine
Ammoniakverbindungserfassungsvorrichtung (8), zur Erfassung einer Ammoniakverbindung, die aus dem selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator (4) herausgelassen wurde; und
eine Steuervorrichtung zur Korrektur einer Menge der Ammoniakverbindung, die in einer geeigneten Menge zugefügt werden soll, auf der Basis einer Menge an Ammoniakverbindung, die durch die Ammoniakverbindungserfassungsvorrichtung (8) erfasst wird.
10. Emission control device according to claim 9, further characterized by a
Ammonia compound detection device ( 8 ) for detecting an ammonia compound released from the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ); and
a control device for correcting an amount of the ammonia compound to be added in an appropriate amount based on an amount of ammonia compound detected by the ammonia compound detection device ( 8 ).
11. Emissionssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, des weiteren gekennzeichnet durch
eine Katalysatortemperaturerfassungsvorrichtung (7) zur Erfassung eines Temperaturzustandes des selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysators (4); und
eine Ammoniakverbindungszufügemengensteuervorrichtung (11) zur Änderung einer Ammoniakverbindungszufügemenge, die für den selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator (4) vorgesehen ist, in Abhängigkeit von der erfassten Katalysatortemperatur.
11. Emission control device according to one of claims 1 to 10, further characterized by
a catalyst temperature detection device ( 7 ) for detecting a temperature state of the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ); and
an ammonia compound addition amount control device ( 11 ) for changing an ammonia compound addition amount provided for the selective ammonia compound reduction catalyst ( 4 ) depending on the detected catalyst temperature.
12. Emissionssteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, des weiteren gekennzeichnet durch einen dritten Katalysator, der in einem Abschnitt der Abgasleitung (2) vorgesehen ist, die sich stromaufwärts von dem NOx- Absorptions-Reduktions-Katalysator (3) und dem selektiven Ammoniakverbindungs-Reduktions-Katalysator (4) erstreckt.12. Emission control device according to one of claims 1 to 11, further characterized by a third catalyst, which is provided in a portion of the exhaust pipe ( 2 ), which is upstream of the NOx absorption-reduction catalyst ( 3 ) and the selective ammonia compound -Reduction catalyst ( 4 ) extends.
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