DE10024845B4 - Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren - Google Patents

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Abstract

Um eine Beeinträchtigung eines Betriebsmodus sowie eines Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors zu dem Zeitpunkt zu verhindern, zu dem die Temperatur eines Katalysator-vergifteten NOx-Absorptionsmittels angehoben wird, um akkumulierte Schwefelverbindungen zu entfernen, ist eine Abgasreinigungsvorrichtung in einem Abgas- bzw. Auspuffrohr (22) vorgesehen, welches mit einem Verbrennungsmotor (11) verbunden ist. Die Abgasreinigungsvorrichtung umfaßt eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, und einen Kraftstoffeinspeiser zum Einspeisen von Kraftstoff stromaufwärts des Stickoxidabsorptionsmittels; eine Temperatur-Anhebevorrichtung zum Anheben der Temperatur des Stickoxidabsorptionsmittels durch Einspeisen von Kraftstoff vermittels des Kraftstoffeinspeisers, wenn das Absorptionsvermögen des Stickoxidabsorptionsmittels durch die akkumulierten Schwefelverbindungen Katalysator-vergiftet ist; und eine Wiederherstellungsvorrichtung zum Wiederherstellen des Stickoxidabsorptionsvermögens des Stickoxidabsorptionsmittels durch Steuern/Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses derart, daß es durch die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuer/Regelvorrichtung fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Sie betrifft insbesondere eine Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, um Abgas durch Reduzieren der darin vorhandenen Stickoxide zu reinigen. Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Abgasreinigung.
  • Eine Abgasreinigungsvorrichtung ist aus der DE 198 23 210 A1 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Vorrichtung zum schnellen Entfernen von SOx, welches in einem NOx und SOx-Absorptionsmittel akkumuliert ist. Die Vorrichtung umfasst einen NOx-absorbierenden Katalysator in einem Auspuffrohr, wobei SOx entfernt wird, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von einer mageren Verbrennung zu einer fetten Verbrennung hin geändert wird und indem weiterhin die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases verringert wird.
  • Weiterhin offenbart die Druckschrift DE 198 23 210 A1 , eine sekundäre Kraftstoffeinspritzung auszuführen, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in das Absorptionsmittel strömenden Abgases fetter als das stöchiometrische Verhältnis zu machen.
  • Zur Erwärmung des Absorptionsmittels ist ein elektrisches Heizgerät vorgesehen, oder es wird eine Betriebszeit hoher Motorlast abgewartet, wobei der letztgenannte Fall nicht bevorzugt ist, da dann die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases hoch ist und die Kontaktdauer zwischen dem Abgas und dem Absorptionsmittel kurz ist.
  • Weiterhin hängt die Wiederherstellung des Absorptionsvermögens der bekannten Abgasreinigungsvorrichtung von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases im Abgassystem und damit vom Fahrzustand des Fahrzeugs ab.
  • Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist daher zum einen die höhere Komplexität der Vorrichtung durch Vorsehen eines gesonderten Heizgeräts, sowie durch die Abhängigkeit des Zeitpunkts einer Wiederherstellung des Absorptionsvermögens eines Stickoxidabsorptionsmittels vom Fahrzustand des jeweiligen Fahrzeugs.
  • Die Druckschrift DE 692 18 777 T2 offenbart ebenfalls eine Abgasreinigungsanlage für Brennkraftmaschinen. Ihr ist eine Anfettung eines NOx-Absorptionsmittels in einem Abgasstrang durch eine gesonderte Einspritzdüse zu entnehmen. Eine Temperaturerhöhung des Abgases ist bei dieser bekannten Abgasreinigungsanlage nicht erforderlich, da ein gesondertes NOx-Oxidationsmittel vorhanden ist, welches für eine NOx-Oxidation bei niedrigen Temperaturen sorgt.
  • Es ist weiterhin bekannt, daß der Ausstoß an Stickoxiden ansteigt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemisches magerer als das normale Gemisch (mit stöchiometrischem Verhältnis) ist und eine sogenannte Mager-Verbrennung ausgeführt wird. Deshalb wurde eine herkömmliche Methode eingesetzt, um eine Reinigung des Abgases dadurch durchzuführen, daß man im Abgassystem eine Abgasreinigungsvorrichtung vorsieht, welche NOx-Absorptionsmittel enthält, um NOx durch Absorbieren oder Adsorbieren von NOx aus dem Abgas zu entfernen.
  • Das NOx-Absorptionsmittel absorbiert oder reduziert NOx in Abhängigkeit der Sauerstoffkonzentration des Abgases. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches magerer als das normale Krafstoff/Luft-Verhältnis ist und die Sauerstoffkonzentration im Abgas hoch ist, absorbiert das NOx- Absorptionsmittel NOx. Im Gegensatz dazu reinigt das NOx-Absorptionsmittel das Abgas durch Reduktion von NOx und stößt Stickstoffgas aus, wenn das Luft/Kraftstoft-Verhältnis fetter als das normale Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, die Sauerstoffkonzentration relativ niedrig ist und die Konzentrationen an Kohlenwasserstoffen oder Kohlenmonoxid hoch sind.
  • Weiterhin enthält der Kraftstoff oder ein Schmierstoff für den Verbrennungsmotor oftmals Schwefel, so daß Schwefelverbindungen, wie z.B. Schwefeloxid, im Abgas enthalten sind. Das obige NOx-Absorptionsmittel absorbiert im Abgas zusätzlich zum NOx Schwefelverbindungen. Die im NOx-Absorptionsmittel absorbierten Schwefelverbindungen werden mit größerer Wahrscheinlichkeit als NOx akkumuliert, so daß, während die akkumulierten Schwefelverbindungen zunehmen, eine Absorption von NOx am NOx-Absorptionsmittel gestört ist und der Reinigungswirkungsgrad abnimmt. Dies verursacht eine Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung des NOx-Absorptionsmittels durch sogenannte Katalysatorvergiftung.
  • Es ist weiter ein Verfahren bekannt, um das NOx-Absorptionsmittel dann, wenn ein derartiges Vergiften des NOx-Absorptionsmittels auftritt, durch Entfernen der im NOx-Absorptionsmittel absorbierten Schwefelverbindungen wieder herzustellen bzw. aufzubereiten, indem man das NOx-Absorptionsmittel auf geeignete Weise aufheizt und das NOx-Absorptionsmittel für eine geeignete Zeitdauer in einem Zustand hält, in welchem das Luft/Kraftstoft-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Die japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung, Hei 7-186785 offenbart eine Steuer/Regelvorrichtung, um die Temperatur des an einem Verbrennungsmotor vorgesehenen NOx-Absorptionsmittels zu steuern/regeln. Die obige Steuer/Regelvorrichtung steuert/regelt die Temperatur des Abgases durch Steuern/Regeln einer Gang- bzw. Zahnradstellung des mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Getriebes.
  • Gemäß dem obigen Dokument absorbiert das in der Abgasreinigungsvor richtung eines Verbrennungsmotors verwendete NOx-Absorptionsmittel Schwefelverbindungen wie folgt, wenn ein Krafstoff/Luft-Verhältnis des Gemisches mager eingestellt ist: Die Schwefelverbindungen im Abgas, z.B. SO2, werden am Platinkatalysator Pt zu Sulfationen oxidiert, wie z.B. SO3 – oder SO4 –. Durch Anbinden von in dem NOx-Absorptionsmittel enthaltenem BaO wird BaSO4 gebildet. Wenn die Menge an in dem NOx-Absorptionsmittel absorbierten Schwefelverbindungen einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird die Gang- bzw. Zahnradstellung des Getriebes automatisch auf eine Stellung für niedrige Geschwindigkeit bzw. eines niedrigen Gangs eingestellt und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird fett eingestellt.
  • Das bedeutet, der Wechsel der Umdrehung des Verbrennungsmotors auf eine niedrige Geschwindigkeit bzw. auf einen niedrigen Gang erhöht die Abgastemperatur und die Temperatur des NOx-Absorptionsmittels erreicht etwa 600 °C. Durch die hohe Temperatur wird in dem NOx-Absorptionsmittel gebildetes BaSO4 zerlegt und SO3 – oder SO4 – erzeugt. Wenn der Sauerstoffgehalt im Abgas verringert ist, werden in dem NOx-Absorptionsmittel enthaltene Sulfationen, wie z. B. SO3 – oder SO4 –, aufgrund des erhöhten Gehalts an unverbranntem Gas, welches Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid enthält, von dem NOx-Absorptionsmittel reduziert und abgegeben. Dementsprechend werden die im NOx-Absorptionsmittel absorbierten Schwefelverbindungen reduziert und abgegeben.
  • Die obige herkömmliche Steuer/Regelvorrichtung des Verbrennungsmotors steuert/regelt die Temperatur des NOx-Absorptionsmittels durch Erhöhen der Temperatur des NOx-Absorptionsmittels in der Abgasreinigungsvorrichtung. Jedoch besteht ein Problem dahingehend, daß der Kraftstoffverbrauch und der Antriebs- bzw. Fahrbetriebsmodus verschlechtert werden, da die Temperatur des NOx-Absorptionsmittels angehoben wird durch Einstellen der Gang- bzw. Zahnradstellung des Getriebes auf eine niedrige Geschwindigkeit bzw. auf einen niedrigen Gang.
  • Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einfachem Aufbau bereitzustellen, welche jederzeit, d. h. unabhängig von einem Fahrzustand des Fahrzeugs in der Lage ist, in einem Stickoxidabsorptionsmittel akkumulierte Schwefelverbindungen effizient zu beseitigen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasreinigungsvorrichtung mit allen Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Entsprechend der Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors mit der in Anspruch 1 definierten Struktur wird die Temperatur des Stickoxid-Absorptionsmittels zum Zeitpunkt des Ansteigens bzw. Anhebens der Temperatur des Stickoxid-Absorptionsmittels durch einfaches Zuführen von Kraftstoff durch die Kraftstoffzuführvorrichtung erhöht, welche stromaufwärts des Stickoxid-Absorptionsmittels angeordnet ist.
  • Zusätzlich kann die vorliegende Vorrichtung einfach ausgeführt sein und Herstellungskosten verringern, da die vorliegende Vorrichtung keine Hilfsheizvorrichtungen, wie z.B. Heizelemente oder Brenner, zum Beheizen bzw. Aufheizen des Stickoxid-Absorptionsmittels erfordert.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird weiter gelöst durch ein Verfahren mit allen Merkmalen des Anspruchs 3. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme der beiliegenden Figuren näher erläutert werden. Die einzelnen Figuren stellen dar:
  • 1 ein Diagramm, welches die Struktur einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ein Flußdiagramm, welches den Betrieb bzw. den Vorgang der Abgasreinigung des in 1 dargestellten Verbrennungsmotors zeigt.
  • 3 ein Zeitdiagramm, welches einen Betrieb bzw. Vorgang der Abgasreinigung des in 1 dargestellten Verbrennungsmotors zeigt.
  • 1 ist ein Diagramm, daß den Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Im folgenden ist die in Anspruch 1 genannte Kraftstoffzuführvorrichtung auch als "Kraftstoffeinspeiser" oder "Kraftstoffeinspeisevorrichtung" bezeichnet.
  • Zuerst wird eine Erläuterung gegeben, betreffend die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuer/Regelvorrichtung, welche in der Abgasreinigungsvorrichtung 10 eines Verbrennungsmotors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. Die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuer/Regelvorrichtung umfaßt ein Drosselklappenventil 13 in der Mitte eines Ansaug- bzw Einlaßrohrs des aus einem Motor mit mehreren Zylindern o.dgl. gebildeten Verbrennungsmotors. Ein Ventilöffnungssensor 14 (⊝TH) ist mit dem Drosselklappenventil 13 verbunden, wobei der ⊝TH-Sensor 14 ein elektrisches Signal entsprechend der Öffnung des Drosselklappenventils 13 ausgibt. Das elektronische bzw. elektrische Signal des Sensor wird zur elektronischen Steuer/Regeleinheit (ECU) 15 übertragen.
  • Zusätzlich ist zwischen dem Verbrennungsmotor 11 und dem Drosselklappenventil 13 ein Kraftstoffeinspritzventil 16 angeordnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 16 ist mit einer Kraftstoffpumpe (nicht dargestellt) verbunden. Weiterhin ist das Kraftstoffeinspritzventil 16 mit der ECU 15 elektrisch verbunden, welche ein elektrisches Signal ausgibt, um die Kraftstoffeinspritzzeit, d.h. die Öffnungsdauer des Kraftstoffeinspritzventils 16, zu steuern/regeln.
  • Ein Einlaßrohr-Innenabsolutdruck-Sensor 17 (PBA-Sensor 17) ist stromabwärts des Drosselklappenventils 13 im Ansaugrohr bzw. Einlaßrohr 12 vorgesehen und der Innenabsolutdruck im Einlaßrohr 12 bzw. der Absolutwert des Drucks im Inneren des Einlaßrohrs 12, wird zur ECU 15 übertragen, nachdem er durch diesen PBA-Sensor 17 in ein elektrisches Signal umgewandelt worden ist. Darüber hinaus ist ein Ansaug- bzw. Einlaßgastemperatur-Sensor 18 (TA-Sensor 18) stromabwärts des PBA- Sensors 17 vorgesehen. Ein der Einlaßgastemperatur entsprechendes elektrisches Signal wird an die ECU 15 übertragen.
  • Als nächstes wird eine Abgasreinigungsvorrichtung 10 des Verbrennungsmotors 11 entsprechend dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die Abgasreinigungsvorrichtung 10 umfaßt die ECU 15, ein Auslaß- bzw. Auspuffrohr 22, einen LAF-Sensor 24, einen ersten O2-Sensor 25, ein Stickoxid-Absorptionsmittel 26, einen zweiten O2-Sensor, einen CAT-Sensor sowie einen Kraftstoffeinspeiser 29.
  • Das Auslaß- bzw. Auspuffrohr 22 ist mit jedem Zylinder des Verbrennungsmotors 11 verbunden und bildet eine Auspuffrohrbaugruppe. Ein Katalysator, beispielsweise ein Dreiwegekatalysator (TWC = Three-Way-Catalyst) zum Reinigen von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und NOx ist im Auslaß- bzw. Auspuffrohr 22 vorgesehen. Ein proportionaler Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 24 (LAF-Sensor 24) entsprechend einem proportionalen Sauerstoffkonzentrationsdetektor ist in der Nähe des TWC 23 angeordnet, d.h. zwischen dem Verbrennungsmotor 11 und dem TWC 23. Stromabwärts des TWC 23 ist der erste O2-Sensor 25 angeordnet. Der LAF-Sensor 24 gibt ein elektrisches Signal aus, welches in etwa zur Sauerstoffkonzentration im Abgas proportional ist und führt dieses der ECU 15 zu. Der erste O2-Sensor 25 weist eine Ausgabecharakteristik auf, welche sich in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verändert. Beispielsweise gibt der erste O2-Sensor 25 ein elektrisches Hoch- bzw. High-Pegelsignal aus und führt dieses der ECU 15 zu, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Verhältnis ist. Ein elektrisches Niedrig- bzw. Low-Pegelsignal wird ausgegeben, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis magerer als das stöchiometrische Verhältnis ist.
  • Stromabwärts des ersten O2-Sensors ist ein Stickoxid-Absorptionsmittel 26 (Nox-Absorptionsmittel 26) vorgesehen, um NOx chemisch zu reduzieren und das Abgas zu reinigen. Weiter stromabwärts des NOx-Absorptionsmittels 26 ist ein zweiter O2-Sensor 27 angeordnet, um die Sauerstoffkonzentration im Abgas zu messen sowie um ein entsprechendes elektrisches Signal an die ECU 15 zu liefern.
  • Das NOx-Absorptionsmittel umfaßt einen Katalysator, welcher beispielsweise aus Platin Pt gebildet ist und NOx im Abgas dann absorbiert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Mischung magerer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Dabei bezeichnet der Ausdruck "absorbieren" entweder den Zustand, daß das NOx nach Umwandlung in Nitrationen absorbiert (und diffundiert) wird, oder daß NOx an der Oberfläche des Katalysators chemisch adsorbiert wird.
  • Wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas dadurch verringert ist, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fetter als das stöchiometrische Verhältnis gemacht ist, wird im Katalysator absorbiertes NOx-Gas als Stickstoffgas abgegeben, nachdem es durch unverbrannte Bestandteile, wie z.B. Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid, chemisch reduziert worden ist. Zusätzlich ist ein CAT-Temperatursensor 28 im NOx-Absorptionsmittel vorgesehen, um die Temperatur des Katalysators (CAT) zu messen. Das vom CAT-Temperatursensor 28 ausgegebene elektrische Signal wird an die ECU 15 übertragen.
  • Ein Kraftstoffeinspeiser 29 ist zwischen dem Dreiwegekatalysator 23 (TWC 23) und dem NOx-Absorptionsmittel 26 angeordnet und ist mit der Kraftstoffpumpe (nicht dargestellt) verbunden. Die Einspeisungsrate und die Einspeisungszeit werden durch ein elektrisches Signal von der ECU 15 an den Kraftstoffeinspeiser 29 gesteuert/geregelt. Dabei hebt der dem Auslaß- bzw. Auspuffrohr 22 zugeführte Kraftstoff die Temperatur des NOx-Absorptionsmittels 26 dadurch an, daß er im NOx-Absorptionsmittel verbrannt wird.
  • Der Verbrennungsmotor 11 umfaßt einen Ventilsteuermechanismus (VTEC) 30, welcher verwendet wird, um den Antriebszustand des Verbrennungsmotors zu schalten, d.h. zur Steuerung/Regelung der Öffnungs- oder Schließzeiten der Einlaßventile oder der Auslaßventile.
  • Die ECU 15 umfaßt einen Eingabeschaltkreis 15a, eine CPU 15b, eine Speichervorrichtung 15c zum Speichern verschiedener Rechenprogramme und Rechenergebnisse, welche von der CPU 15b ausgeführt bzw. bestimmt wurden, sowie einen Ausgabeschaltkreis 15d zum Ausgeben von Antriebssignalen an die Kraftstoffeinspritzventile 16 bzw. an den Kraftstoffeinspeiser 29.
  • Die CPU 15b erfaßt das Ausmaß an Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung des NOx-Sensors 26 auf Grundlage der eingegebenen Signale der jeweiligen Sensoren und steuert/regelt die Kraftstoffeinspeisezeit oder die Kraftstoffeinspeiserate des Kraftstoffeinspritzventils 16 oder des Kraftstoffeinspeisers 29 synchron mit dem TDC-Signalpuls (TDC = oberer Totpunkt (top dead center)), welcher beispielsweise vom NE-Sensor 20 ausgegeben wird. Der NE-Sensor 20 ist z. B. ein Umdrehungs- oder Drehzahlsensor.
  • Die Abgasreinigungsvorrichtung des Verbrennungsmotors 11 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform weist die oben gezeigte Struktur auf. Im folgenden wird der Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung 10 des Verbrennungsmotors mit Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben werden. 2 ist ein Flußdiagramm, welches den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung 10 des in 1 gezeigten Verbrennungsmotors 11 zeigt. 3 ist ein Zeitdiagramm, welches den Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung 10 des in 1 gezeigten Verbrennungsmotors zeigt.
  • Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Gemisches, welches dem Verbrennungsmotor 11 zugeführt werden soll, magerer ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um unter einer Mager-Verbrennungs-Steuerung/Regelung zu fahren, absorbiert das NOx-Absorptionsmittel und akkumuliert Schwefelverbindungen, wie z.B. SOx, welche sich zusätzlich zum NOx im Abgas befinden. Die Wirksamkeit des Reinigens des Abgases von NOx wird im Verhältnis zur Zunahme der akkumulierten Menge an Schwefelverbindungen vermindert. Das heißt, die Menge an vom NOx-Absorptionsmittel absorbierten NOx nimmt ab.
  • Dabei startet die ECU 15 eine Reihe von Prozessen, um das beeinträchtigte NOx-Absorptionsmittel 26 durch Entfernen bzw. Beseitigen von Schwefelverbindungen vom NOx-Absorptionsmittel synchron mit der Erzeugung des vom NE-Sensors 20 ausgegebenen TDC-Pulssignals wieder herzustellen (Schritt S1).
  • Als erstes bewertet die ECU 15 die Menge an im NOx-Absorptionsmittel akkumulierten Schwefelverbindungen auf Grundlage der Fahrzeit unter der Mager-Verbrennungs-Steuerung/Regelung sowie der elektrischen Signale von beispielsweise dem ersten und dem zweiten O2-Sensor und beurteilt dann, ob die bewertete Menge eine vorbestimmte Menge übersteigt (Schritt S2). Das bedeutet, wie in 2 gezeigt ist, der Flag bzw. Merker, welcher die Beurteilung der Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung des NOx-Absorptionsmittels anzeigt, wird auf "1" gesetzt, wenn die bewertete Menge von im NOx-Absorptionsmittel absorbierten Schwefelverbindungen eine vorbestimmte Menge überschreitet. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn die Menge an Schwefelkomponenten im NOx-Absorptionsmittel unterhalb der vorbestimmten Menge liegt, die Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung des NOx-Absorptionsmittels NOXCAT auf "0" gesetzt. Bei Schritt S2 wird eine Beurteilung durchgeführt, ob NOXCAT "1" ist oder nicht.
  • Wenn das Ergebnis der Beurteilung "NEIN" ist, was bedeutet, daß das NOx-Absorptionsmittel 26 nicht beeinträchtigt bzw. verschlechtert ist oder bereits wieder hergestellt wurde, wird das Ziel- bzw. Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (KCMD), welches ausführlich später beschrieben werden wird, magerer gemacht als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis und die Gesamtzeit (RICHTOTAL), während welcher das Kraftstoffeinspritzventil 16 gesteuert/geregelt wird, wird auf "0" zurückgesetzt (Schritt S3). Zusätzlich wird der Flag bzw. Merker (FRICH), welcher anzeigt, ob das KCMD fett eingestellt ist oder nicht, auf "0" gesetzt und die Routine wird vollendet (Schritt S5).
  • Wenn das Ergebnis der Beurteilung bei Schritt S2 "JA" ist, d.h. das NOx-Absorptionsmittel ist beeinträchtigt, wird eine Beurteilung dahingehend ausgeführt, ob ausführbare Zustände bzw. Bedingungen zum Durchführen der Mager-Verbrennungs-Steuerung/Regelung verwirklicht worden sind (Schritt S6). Dabei bedeuten die ausführbaren Zustände bzw. Bedingungen zum Durchführen der Mager-Verbrennungs-Steuerung/-Regelung beispielsweise einen Fahr- bzw. Antriebszustand für einen Verbrennungsmotor, welcher die Feedback-Steuerung/Regelung nach Maßgabe des gemessenen Wertes des LAF-Sensors 24 derart ausführt, daß das für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches eingestellte Ziel- bzw. Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (KCMD) unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, welcher magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist. Das Ziel- bzw. Sollkraftstoff/Luft-Verhältnis (KCMD), welches zum Steuern/Regeln beispielsweise des Kraftstoffeinspritzventils 16 verwendet wird, ist proportional zum Kraftstoff/Luft-Verhältnis (F/A), welches der Kehrwert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) ist. Der Wert, welcher einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht, beträgt 1,0. Dieses KCMD wird nach Maßgabe der Antriebs parameter des Verbrennungsmotors 11 auf Grundlage gemessener Werte des PBA-Sensors 17, des TW-Sensors (TW = Temperatur des Motor-Kühlwassers) und des NE-Sensors 20 erreicht.
  • Wenn das Ergebnis der Beurteilung bei Schritt S6 "NEIN" ist, werden Schritt S4 und die nachfolgenden Schritte in dem Programm ausgeführt. Wenn das Ergebnis "JA" ist, wird eine Beurteilung durchgeführt, ob FRICH "1" ist, d.h. ob KCMD fetter als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist (Schritt S7).
  • Wenn das Ergebnis der obigen Beurteilung "JA" ist, wird die Verarbeitung mit dem später beschriebenen Schritt S10 fortgesetzt. Wenn im Gegensatz dazu das Ergebnis "NEIN" ist, d.h. wenn das für das Kraftstoffeinspritzventil eingestellte KCMD magerer eingestellt ist als der dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis entsprechende Wert, wie z.B. der Zustand vor t1 in 3, wird eine weitere Beurteilung dahingehend durchgeführt, ob die Temperatur des Katalysators (TCAT) des NOx-Absorptionsmittels 26 eine vorbestimmte Temperatur (TCATREF1), beispielsweise 650 °C, übersteigt oder nicht (Schritt S8).
  • Wenn das Ergebnis der obigen Beurteilung bei Schritt S8 "JA" ist, wird der später beschriebene Schritt S10 und entsprechende nachfolgende Schritte ausgeführt. Wenn im Gegensatz dazu das Ergebnis "NEIN" ist und wenn der Zustand vor bzw. bei t1 in 3 liegt, wird der Kraftstoff in das Abgas- bzw. Auspuffrohr 22 für eine vorbestimmte Zeit, beispielsweise für 10 ms, durch Steuern/Regeln des Kraftstoffeinspeisers 29 zugeführt (Schritt S9). Wie durch die Zeitspanne von t1 bis t2 in 3 gezeigt wird, verbrennt dadurch der vom Kraftstoffeinspeiser 29 zugeführte Kraftstoff im NOx-Absorptionsmittel und hebt die TCAT an, um die im NOx-Absorptionsmittel absorbierten Schwefelverbindungen zu zersetzen und sie in SO3 – oder SO4 – umzuwandeln. Zusätzlich wird Schritt S4 und die nachfolgenden Schritte ausgeführt.
  • Bwei Schritt S10 wird ein Schaltvorgang zum Schalten des zum Steuern/-Regeln des Kraftstoffeinspritzventils 16 eingerichteten KCMD von mager nach fett oder von fett nach mager ausgeführt, wenn TCAT eine vorbestimmte obere Grenztemperatur (TCATREF1) des NOx-Katalysators 26 übersteigt, wie in der Nähe von t2 in 3 zu sehen ist, bzw. wenn TCAT unter eine vorbestimmte untere Grenztemperatur (TCATREF2), wie z.B. 600 °C, fällt, wie in der Nähe von t3 in 3 zu sehen ist.
  • Dabei wird eine Beurteilung durchgeführt, ob die TCAT niedriger als TCATREF2 ist oder nicht. Wenn das Ergebnis "NEIN" ist, existieren zwei Zustände, abhängig von den Beurteilungszuständen der Schritte S7 und S8.
  • Ein Zustand wird beispielsweise durch den Zustand vor t2 in der Nähe von t2 repräsentiert, wobei KCMD für das Krafstoffeinspritzventil 16 mager eingestellt ist, FRICH auf "0" eingestellt ist und TCAT des NOx-Absorptionsmittels 26 ansteigt und TCATREF1 aufgrund der Kraftstoffzufuhr in das Abgas- bzw. Auspuffrohr 22 durch den Kraftstoffeinspeiser 29 überschreitet.
  • Der andere Zustand ist beispielsweise durch einen Zustand repräsentiert, bei welchem die TCAT sich von einem Punkt verringert, welcher höher ist als TCATREF2, wie zwischen t2 und t3 zu sehen ist, wobei die Kraftstoffzufuhr in das Abgas- bzw. Auspuffrohr 22 durch den Kraftstoffeinspeiser 29 ausgesetzt ist und die exotherme Reaktion im NOx-Absorptionsmittel 26 unterdrückt ist durch Einstellen von FRICH auf "1". Somit wird die Sauerstoffmenge im Abgas, welche in das NOx-Absorptionsmittel 26 strömt, reduziert und TCAT nimmt allmählich ab. Im Bereich zwischen t2 und t3 werden in dem NOx-Absorptionsmittel gebildete Sulfationen, wie z.B. SO3 – oder SO4 – allmählich als z. B. SOx vom NOx-Absorptionsmittel abgegeben, indem sie durch nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe oder Kohlenmonoxid reduziert werden.
  • Wie oben gezeigt wurde, wird dann, wenn das Ergebnis der Beurteilung in Schritt S10 "NEIN" ist, das zur Steuerung/Regelung des Kraftstoffeinspritzventils 16 verwendete KCMD fetter eingestellt als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Schritt S11). Zusätzlich wird eine Beurteilung durchgeführt, ob FRICH auf "1" gesetzt ist oder nicht (Schritt S12). Wenn das Ergebnis "JA" ist, endet die Reihe von Prozessen (Schritt S5). Im Gegensatz dazu wird dann, wenn das Ergebnis der obigen Beurteilung "NEIN" ist, FRICH auf "1" gesetzt, ein Zählvorgang durch den Zeitgeber wird nach dem Rücksetzen der Uhr (tmRICH) erneut gestartet, in welchem KCMD in einen fetteren Bereich eingestellt ist, und der Vorgang endet (Schritt S5).
  • Ein Bereich, bei dem das Ergebnis der Beurteilung bei Schritt S10 "JA" ist, liegt nahe t3 und vor t3, wobei die Kraftstoffzufuhr in das Abgas- bzw. Auspuffrohr 22 durch den Kraftstoffeinspeiser 29 ausgesetzt ist, KCMD für das Kraftstoffeinspritzventil fetter eingestellt und FRICH auf "1" gesetzt wird, so daß die CAT des NOx-Absorptionsmittels 26 auf unterhalb TCATREF2 verringert wird. In diesem Fall wird KCMD für das Kraftstoffeinspritzventil 16 magerer gemacht als der Referenzwert, d.h. das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis und FRICH wird auf "0" gesetzt. Darüber hinaus wird ein Zeitinkrement tmRICH zu der Zeitdauer addiert, d.h., zur Gesamtzeit (RICHTOTAL), während welcher KCMD für das Kraftstoffeinspritzventil fetter eingestellt ist (Schritt S14).
  • Als nächstes wird eine Beurteilung durchgeführt, ob RICHTOTAL eine vorbestimmte Zeit (RICHREF) überschreitet (Schritt S15). Wenn das Ergebnis "JA" lautet, wird beurteilt, daß das verschlechterte bzw. beeinträchtigte NOx-Absorptionsmittel wiederhergestellt ist und nach dem Setzen der NOXCAT-Beeinträchtigung auf "0" wird die Routine vollendet (Schritt S5).
  • Wenn dagegen das Ergebnis "NEIN" lautet und beurteilt wird, daß die Beeinträchtigung bzw. Verschlechterung des NOx-Absorptionsmittels nicht korrigiert ist, wird die Routine vollendet (Schritt S5). Darüber hinaus wird wie im Fall nach t3 die oben beschriebene aufeinanderfolgende Verarbeitung wiederholt ausgeführt, bis das beeinträchtige NOx-Absorptionsmittel synchron zur Erzeugung eines neuen TDC-Pulssignals korrigiert ist.
  • Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, Kraftstoff zu verbrennen, um die Temperatur des NOx-Absorptionsmittels 26 anzuheben, indem Kraftstoff vermittels des Kraftstoffeinspeisers 29, welcher stromabwärts des NOx-Absorptionsmittels 26 in das Abgas- bzw. Auspuffrohr 22 zugeführt wird. Ein derartiges Verfahren zum Aufheizen des NOx-Absorptionsmittels 26 ist vorteilhafter als das Verfahren zum Aufheizen des Abgases durch Verändern der Drehzahl des Verbrennungsmotors auf eine niedrige Geschwindigkeit bzw. durch Erhöhen der Drehzahl, indem ein niedriger Gang eingelegt wird, da sich bei dem vorliegenden Verfahren die Motordrehzahl nicht ändert, so daß es möglich ist, eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs zu verhindern.
  • Wenn die Temperatur des NOx-Absorptionsmittels (TCAT) eine vorbestimmte obere Grenze (TCATREF1) überschreitet, ist es möglich, das Abgas chemisch zu reduzieren und von den im NOx-Absorptionsmittel 26 absorbierten Schwefelverbindungen zu reinigen. Es ist weiter möglich, das beeinträchtigte NOx-Absorptionsmittel durch Erhöhen der Menge an nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden im Abgas wiederherzustellen, indem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Steuern/-Regeln des stromaufwärts des Verbrennungsmotors 11 vorgesehenen Kraftstoffeinspritzventils 16 fetter als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist definiert, daß das NOx-Absorptionsmittel 26 NOx im Abgas absorbiert, jedoch bedeutet die Definition von Absorption nicht notwendigerweise, daß das NOx im Katalysator des NOx-Absorptionsmittels nach Umwandlung in Stickstoff- bzw. Salpeterionen, wie z.B. NO3 –, absorbiert (und weiter verteilt bzw. diffundiert) wird, sondern sie bedeutet auch, daß NOx chemisch auf der Oberfläche des Katalysators adsorbiert wird, welcher das NOx-Absorptionsmittel bildet.
  • Obwohl oben angedeutet ist, daß in der vorliegenden Ausführungsform ein Dreiwegekatalysator 23 im Abgas- bzw. Auspuffrohr 22 zum Reinigen von Gasbestandteilen, wie z.B. Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid und NOx, vorgesehen sein kann, ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise auf die Verwendung in einem Dreiwegekatalysator begrenzt und der Dreiwegekatalysator 23 kann weggelassen werden.
  • Darüber hinaus, obwohl oben ebenso angedeutet wurde, daß in der vorliegenden Ausführungsform ein erster O2-Sensor und ein zweiter O2-Sensor stromaufwärts bzw. stromabwärts des NOx-Absorptionsmittels vorgesehen sein kann, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die obige Struktur begrenzt und diese O2-Sensoren können weggelassen werden. In einem derartigen Fall kann die Menge an im NOx-Absorptionsmittel absorbierten Schwefelkomponenten beispielsweise aus der Dauer der Mager-Verbrennungs-Steuerung/Regelung oder aus der Gesamtmenge an dem Verbrennungsmotor zugeführten Kraftstoff abgeschätzt werden.
  • Die Zeit für den Kraftstoffeinspeiser 29, den Kraftstoffeinspritzvorgang in das Abgassystem auszuführen, ist in der vorliegenden Ausführungsform wie oben gezeigt auf 10 ms begrenzt. Jedoch ist diese Zeit nicht auf den obigen Wert im besonderen beschränkt, sondern es kann nach Maßgabe der Antriebs- bzw. Fahrbedingungen des Verbrennungsmotors eine geeignete Zeit eingestellt werden.
  • Obwohl der CAT-Temperatursensor zur Messung des Katalysators des NOx-Absorptionsmittels vorgesehen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Struktur begrenzt und der CAT-Temperatursensor kann weggelassen werden. In einem derartigen Fall kann die Temperatur des Katalysator TCAT beispielsweise aus der Gesamtmenge des durch den Kraftstoffeinspeiser 29 an das Abgas- bzw. Auspuffrohr 22 zugeführten Kraftstoffs oder aus der Gesamtzeit abgeschätzt werden, während welcher das Kraftstoffeinspritzventil 16 den Ziel- bzw. Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Koeffizient (KCMD) derart steuert/regelt, daß er fetter oder magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Zusätzlich kann dann, wenn die Temperatur des NOx-Absorptionsmittels eine vorbestimmte obere Grenze überschreitet, das NOx-Absorptionsmittel dadurch wiederhergestellt werden, daß das Luft/Krafstoff-Verhältniss fetter als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, indem man das Kraftstoffeinspritzventil 16 und ebenso das Zuführen von Kraftstoff vom Kraftstoffeinspeiser 29 steuert/regelt.
  • Wie oben erläutert wurde, weist die Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung die folgenden Wirkungen auf: Wenn es nötig ist, die Temperatur des beeinträchtigten NOx-Absorptionsmittels anzuheben, kann ein Aufheizen bei der vorliegenden Erfindung einfach durch Zuführen von Kraftstoff zum Abgas- bzw. Auspuffrohr durch den stromaufwärts des Stickoxidabsorptionsmittels vorgesehenen Kraftstoffeinspeisers erreicht werden, im Gegensatz zum herkömmlichen Aufheizverfahren, welches die Drehzahl bzw. Umdrehungsgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors verändert. Somit ist die vorliegende Vorrichtung in der Lage, einen guten bzw. geeigneten Betriebszustand aufrechtzuerhalten und zu verhindern, daß der Kraftstoffverbrauch durch Verändern der Schaltstellung in einen niedrigen Gang bzw. auf eine niedrige Geschwindigkeit verschlechtert wird.
  • Zusätzlich kann die vorliegende Vorrichtung einfach ausgeführt sein und Herstellungskosten verringern, da die vorliegende Vorrichtung keine Hilfs-Heizvorrichtungen, wie z.B. Heizelemente oder Brenner zum Heizen beispielsweise des Stickoxidabsorptionsmittels benötigt.
  • Um eine Beeinträchtigung eines Betriebsmodus sowie eines Kraftstoffverbrauchs eines Verbrennungsmotors zu dem Zeitpunkt zu verhindern, zu dem die Temperatur eines Katalysator-vergifteten NOx-Absorptionsmittels angehoben wird, um akkumulierte Schwefelverbindungen zu entfernen, ist eine Abgasreinigungsvorrichtung in einem Abgas- bzw. Auspuffrohr (22) vorgesehen, welches mit einem Verbrennungsmotor (11) verbunden ist. Die Abgasreinigungsvorrichtung umfaßt eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, und einen Kraftstoffeinspeiser zum Einspeisen von Kraftstoff stromaufwärts des Stickoxidabsorptionsmittels; eine Temperatur-Anhebevorrichtung zum Anheben der Temperatur des Stickoxidabsorptionsmittels durch Einspeisen von Kraftstoff vermittels des Kraftstoffeinspeisers, wenn das Absorptionsvermögen des Stickoxidabsorptionsmittels durch die akkumulierten Schwefelverbindungen Katalysatorvergiftet ist; und eine Wiederherstellungsvorrichtung zum Wiederherstellen des Stickoxidabsorptionsvermögens des Stickoxidabsorptionsmittels durch Steuern/Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses derart, daß es durch die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuer/Regelvorrichtung fetter als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemacht wird.

Claims (4)

  1. Abgasreinigungsvorrichtung, vorgesehen in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors (11) mit einem Auspuffrohr (22) und versehen mit einem Stickoxidabsorptionsmittel (26), welches Stickoxide absorbiert, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines dem Motor (11) zugeführten Gemisches magerer ist als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und welches Stickoxide reduziert, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches fetter ist als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis, umfassend: – eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuer/Regelvorrichtung (13, 14, 15, 16, 24) zum Steuern/Regeln des Luft/Kraftstoft-Verhältnisses des dem Motor (11) zugeführten Gemisches, – eine Kraftstoftzuführvorrichtung (29) zum Zuführen von Kraftstoff in das Abgassystem stromaufwärts des Stickoxidabsorptionsmittels (26); – eine Heizvorrichtung (15, 29) zum Erwärmen des Stickoxidabsorptionsmittels (26) • durch Steuern/Regeln des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Gemisches derart, dass es magerer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis wird, sowie • durch Zuführen von Kraftstoff in das Abgassystem durch die Kraftstoftzuführvorrichtung (29), wenn ein Absorptionsvermögen des Stickoxidabsorptionsmittels (26) durch akkumulierte Schwefelverbindungen beeinträchtigt ist; und – eine Wiederherstellvorrichtung (15, 16) zum Wiederherstellen des Stickoxidabsorptionsvermögens des Stickoxidabsorptionsmittels (26) durch Steuern/Regeln des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches derart, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuer/Regelvorrichtung (13, 14, 15, 16, 24) fetter als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, nachdem die Temperatur des Stickoxidabsorptionsmittels (26) durch die Heizvorrichtung angehoben (15, 29) worden ist, wobei die Heizvorrichtung (15, 29) dazu ausgebildet ist die Temperatur des Stickoxidabsorptionsmittels (26) dann anzuheben, wenn die Temperatur des Stickoxidabsorptionsmittels während einer Wiederherstellung des Stickoxidabsorptionsvermögens durch die Wiederherstellvorrichtung (15, 16) unter eine vorbestimmte Temperatur abfällt.
  2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: Eine Zeiterfassungsvorrichtung zum Erfassen der Zeit, während welcher das Stickoxidabsorptionsmittel (26) durch die Wiederherstellvorrichtung (15, 16) wiederhergestellt wird, wobei ein Wiederherstellen des Stickoxidabsorpationsvermögens abgeschlossen ist, wenn die erfasste Zeit eine vorbestimmte Zeit erreicht hat.
  3. Verfahren zur Reinigung von Abgas von einem Verbrennungsmotor (11), insbesondere mit einer Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, – bei welchem Verfahren dann, wenn ein Stickoxidabsorptionsmittel in einem Abgassystem (26) durch akkumulierte Schwefelverbindungen vergiftet ist, beurteilt wird, ob die Temperatur (TCAT) des Stickoxidabsorptionsmittels (26) über einer oberen Grenztemperatur (TCATREF1) liegt (S8), – bei welchem in Abhängigkeit von dem Beurteilungsergebnis die Temperatur (TCAT) des Stickoxidabsorpationsmittels (26) durch Zufuhr von Kraftstoff in das Abgassystem stromaufwärts des Stickoxidsabsorptionsmittels (26) angehoben wird (S9), – bei welchem dann, wenn beurteilt wird, dass die Temperatur (TCAT) des Stickoxidabsorptionsmittels (26) über der oberen Grenztemperatur (TCATREF1) liegt, das dem Verbrennungsmotor (11) zuzuführende Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (KCMD) zur Wiederherstellung des Stickoxidabsorptionsvermögens des Stickoxidabsorptionsmittels (26) für eine vorbestimmte Zeit (RICHREF) fett eingestellt wird (S11), – bei welchem während des Betriebs des Verbrennungsmotors (11) mit fettem Luft/Kraftstoffverhältnis zur Wiederherstellung des Stickoxidabsorptionsvermögens des Stickoxidabsorptionsmittels (26) beurteilt wird, ob die Temperatur (TCAT) des Stickoxidabsorptionsmittels (26) unter einer unteren Grenztemperatur (TCTREF2) liegt (S10) und – bei welchem dann, wenn beurteilt wird, dass die Temperatur (TCAT) des Stickoxidabsorptionsmittels (26) unter der unteren Grenztemperatur (TCAREF2) liegt, die Temperatur (TCAT) des Stickoxidabsorptionsmittels (26) angehoben wird.
  4. Verfahren zur Reinigung von Abgas von einem Verbrennungsmotor (11) nach Anspruch 3, bei welchem dann, wenn beurteilt wird, dass die Temperatur (TCAT) des Stickoxidabsorptionsmittels (26) unter der unteren Grenztemperatur (TCAREF2) liegt, das Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis (KCMD) mager eingestellt wird.
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