DE102004029087A1

DE102004029087A1 - Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102004029087A1
Application number: DE102004029087A
Authority: DE
Inventors: Yasuki Tamura
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: KR20040111054A; US7003945B2; DE102004029087B4; US20040255574A1; JP2005009391A; KR100551849B1

Abstract

Es wird eine Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit einer Modulationseinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und einer Modulationseinstelleinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses bereitgestellt. Die Modulationseinstelleinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses stellt eine magere Periode länger oder den Grad der Abmagerung höher ein, während welcher das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, im Vergleich dazu, wenn eine Sauerstoff-Speicherung (S10) eines Dreiwegekatalysators einen ersten vorgegebenen Wert X1 überschreitet, wenn die Sauerstoff-Speicherung nicht höher als der erste vorgegebene Wert X1 (S16, S18) ist, und eine fette Periode länger oder den Grad der Anfettung höher einstellt, während welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, im Vergleich dazu, wenn eine Reduzierungsmittel-Speicherung (S12) einen zweiten vorgegebenen Wert Y1 überschreitet, wenn die Reduzierungsmittel-Speicherung nicht höher als der zweite vorgegebene Wert Y1 (S20, S22) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, und insbesondere eine Technik zur Verbesserung des Abgasreinigungswirkungsgrades unter Anwendung eines Dreiwegekatalysators.
Im Allgemeinen werden Dreiwegekatalysatoren in großem Umfang als Abgasreinigungskatalysatoren für Fahrzeugverbrennungsmotoren eingesetzt. Die Dreiwegekatalysatoren sind so aufgebaut, daß sie das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases dem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis (stöchiometrischen Verhältnis) annähern können, um dadurch die Oxidation von HC und CO und die Reduktion von NOx zu optimieren und die Abgasreinigung zu beschleunigen.

In letzter Zeit wurde ein Dreiwegekatalysator entwickelt, welcher eine sogenannte Sauerstoff-(O₂)-Speicherkomponente (OSC) enthält. Die OSC ist eine Funktion, die für die Maximierung der Leistung eines Dreiwegekatalysators gedacht ist. Der Katalysator mit der OSC speichert Sauerstoff im Betrieb mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um temporär eine nahezu stöchiometrische Katalysatoratmosphäre zu erzeugen, um sie dadurch von NOx zu reinigen. Danach gibt der Katalysator den gespeicherten Sauerstoff im Betrieb mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis ab, um dadurch die Reinigung von HC und CO zu beschleunigen.

Ein weiterer Dreiwegekatalysator, der eine sogenannte CO-Speicherkomponente (COSC) besitzt, wurde ebenfalls entwickelt (Japanische Patentanmeldung KOKAI Veröffentlichungs-Nr. 2002- 89250). Der Katalysator mit der COSC speichert ein Reduzierungsmittel wie z.B. CO in Betrieb bei fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und gibt dann das gespeicherte CO im Betrieb mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis frei, um dadurch die Reinigung von NOx zu beschleunigen.

Ein Dreiwegekatalysator, der die OSC und COSC kombiniert, wurde ebenfalls bereits entwickelt.

Unter Verwendung des Dreiwegekatalysators dieses Typs wird eine Modulationsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zwischen Betriebzuständen mit magerem und fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt, und die Speicherung und Freisetzung von Sauerstoff und CO oder dergleichen werden abwechselnd wiederholt. Somit können HC und CO zusammen mit NOx kontinuierlich mit hohem Wirkungsgrad gereinigt werden.

Wenn ein Fahrzeug beschleunigt oder abgebremst wird, kann die Zuführung von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor manchmal nicht einem Sollwert folgen, und der Transport des Kraftstoffs kann einer Verzögerung unterliegen.

Wenn die Modulationsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mit einem Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt wird, das so eingestellt ist, daß der Dreiwegekatalysator mit der OSC und der COSC sich in einem optimalen Zustand befindet, kann in diesem Falle ein Fehler vorrübergehend zwischen dem eingestellten Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem tatsächlichen Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis bewirkt werden. Demzufolge sind die Betriebszustände bei mageren und fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht im Gleichgewicht, und das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann möglicherweise zu der mageren oder fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses überschwingen.

Wenn das Gleichgewicht im Betrieb zwischen dem mageren und fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis unterbrochen ist, ist der Zustand des Dreiwegekatalysators nicht mehr optimal. Wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis beispielsweise zu der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses überschwingt, wird ein sauerstoffreicher Zustand aufgebaut. Demzufolge wird die OSC-Fähigkeit überschritten, und der Katalysator befindet sich insgesamt in einer oxidierenden Atmosphäre. Somit wird eine sogenannte NOx-Spitze erzeugt, und die NOx-Reinigungsrate verringert sich kurzzeitig um einen großen Betrag. Wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf die fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Seite überschwingt, wird andererseits ein CO-reicher Zustand aufgebaut. Demzufolge wird die COSC-Fähigkeit überschritten, und der Katalysator befindet sich vollständig in einer reduzierenden Atmosphäre. Somit wird eine sogenannte HC·CO-Spitze erzeugt, und die HC- und CO-Reinigungsraten werden vorrübergehend um einen großen Betrag niedriger.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts dieser Probleme gemacht, und ihre Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, die in der Lage ist, sicher die Erzeugung einer NOx- oder HC·CO-Spitze selbst vorrübergehend zu verhindern, um dadurch den Abgasreinigungswirkungsgrad aufrechtzuerhalten. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche gelöst.

Eine Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Dreiwegekatalysator, welcher in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, und eine Sauerstoff-Speicherungskomponente, die zur Speicherung von Sauerstoff fähig ist, und eine Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente, die zum Speichern von Reduzierungsmitteln fähig ist, kombiniert; eine Modulationseinrichtung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses, welche das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von in den Dreiwegekatalysator strömendem Abgas zwischen einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis moduliert; eine Sauerstoffspeicherungs-Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Sauerstoffspeicherung durch die Sauerstoffspeicherkomponente; eine Reduzierungsmittelspeicherungs-Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Reduzierungsmittelspeicherung durch die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente; und eine Modulationseinstelleinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, welche eine magere Periode länger oder den Grad der Abmagerung höher einstellt, während welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist im Vergleich dazu, wenn die von der Sauerstoffspeicherungs-Schätzeinrichtung geschätzte Sauerstoffspeicherung einen ersten vorgegebenen Wert überschreitet, wenn die Sauerstoffspeicherung nicht höher als der erste vorgegebene Wert ist, und eine fette Periode länger oder den Grad der Anfettung höher einstellt, während welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist im Vergleich dazu, wenn die durch die Reduzierungsmittelspeicherungs-Schätzeinrichtung geschätzte Reduzierungsmittelspeicherung einen zweiten vorgegebenen Wert überschreitet, wenn die Reduzierungsmittelspeicherung nicht höher als der zweite vorgegebene Wert ist.

Somit speichert der Dreiwegekatalysator die Sauerstoffkomponente, die in der Lage ist, Sauerstoff zu speichern und die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente, die in der Lage ist, Reduzierungsmittel, wie z.B. CO und H₂, zu speichern, miteinander. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Dreiwegekatalysator strömenden Abgas (durch stöchiometrische Rückkopplungsregelung, Zwangsmodulation usw.) zwischen dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch die Modulationseinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses moduliert wird, werden daher die Speicherung und Freisetzung von Sauerstoff und CO oder dergleichen abwechselnd durch die Sauerstoff-Speicherungskomponente und die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente wiederholt. Dadurch kann der Dreiwegekatalysator in einem optimalen Zustand gehalten werden, und HC und CO zusammen mit NOx können kontinuierlich mit hohem Wirkungsgrad gereinigt werden. Wenn die durch die Sauerstoffspeicherungs-Schätzeinrichtung geschätzte Sauerstoffspeicherung nicht höher als der erste vorgegebene Wert ist, stellt ferner die Modulationseinstelleinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses die magere Periode, während welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis das magere Verhältnis ist, oder der Grad der Abmagerung länger oder höher ein, als dann, wenn die Sauerstoffspeicherung den ersten vorgegebenen Wert überschreitet. Wenn die von der Reduzierungsmittelspeicherungs-Schätzeinrichtung gespeicherte Reduzierungsmittelspeicherung nicht höher als der zweite vorgegebene Wert ist, stellt die Modulationseinstelleinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses die fette Periode, während welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis das fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, oder der Grad der Anfettung länger oder höher ein als den, wenn die Reduzierungsmittelspeicherung den zweiten vorgegebenen Wert überschreitet. Somit wird der Dreiwegekatalysator in einem solchen Zustand gehalten, daß die Sauerstoff- und Reduzierungsmittelspeicherungen immer die ersten bzw. zweiten vorgegebenen Werte überschreiten.

Selbst wenn das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis kurzzeitig bzw. vorrübergehend auf die magere oder fette Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses aufgrund einer Verzögerung im Transport eines Kraftstoffs zu dem Verbrennungsmotor überschwingt, welche bewirkt wird, wenn ein Fahrzeug beschleunigt oder abgebremst wird, kann daher CO, Sauerstoff, oder NOx, das überschüssig an den Dreiwegekatalysator geliefert wird, zufriedenstellend mit Sauerstoff oder Reduzierungsmittel, das in dem Katalysator belassen und aufbewahrt wird, oxidiert oder reduziert werden. Demzufolge kann der Katalysator davor bewahrt werden, sich vollständig in einer oxidierenden oder reduzierenden Atmosphäre zu befinden, und die Erzeugung einer sogenannten NOx- oder HC·CO-Spitze sicher verhindert werden. Somit kann der Abgasreinigungswirkungsgrad des Katalysators hoch gehalten werden.

Bevorzugt weist in diesem Falle der Dreiwegekatalysator die Sauerstoff-Speicherungskomponente in einem abgasanstromseitigen Abschnitt auf und die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente in einem abgasabstromseitigen Abschnitt.

Gemäß einem Experiment kombinieren beispielsweise Zer (Ce), Zirkon (Zr) usw. beispielsweise die Sauerstoff-Speicherungskomponente und die Reduzierungsmittelkomponente, wenn sie einem Dreiwegekatalysator zugesetzt werden, und die Sauerstoffspeicherungs-Fähigkeit ist höher als die Reduzierungsmittelspeicherungs-Fähigkeit. Es hat sich daher bestätigt, daß Sauerstoff und Reduzierungsmittel, wie z.B. CO, in großem Umfang in dem abgasanstromseitigen Abschnitt bzw. dem abgasabstromseitigen Abschnitt gespeichert werden.

Somit kann unter Verwendung der Sauerstoff- und Reduzierungsmittel-Speicherkomponenten in dem abgasanstrom- bzw. abstromseitigen Abschnitten Sauerstoff und CO oder dergleichen effizient und zufriedenstellend in dem abgasanstrom- bzw. abstromseitigen Abschnitten gehalten werden.

Bevorzugt trägt der Dreiwegekatalysator Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material, das die Sauerstoff-Speicherungskomponente besitzt, auf einen Träger des abgasanstromseitigen Abschnittes und trägt Barium (Ba), Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg) als ein Material, das die Reduzie rungsmittel-Speicherungskomponente besitzt, auf einem Träger des abgasabstromseitigen Abschnittes.

Somit kann mit dem abgasabstromseitigen Abschnitt des Dreiwegekatalysators, welcher Barium (Ba), Kalzium (Ca), und/oder Magnesium (Mg) trägt, CO und andere Reduzierungsmittel effizienter und zufriedenstellender bereitgehalten werden.

Ferner kann der Dreiwegekatalysator aus einem anstromseitigen Katalysator auf der Anstromseite des Abgases und einem abstromseitigen Katalysator auf der Abstromseite bestehen, wobei der anstromseitige bzw. abstromseitige Katalysator die Sauerstoff-Speicherungskomponente und die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente haben.

Somit besteht der Dreiwegekatalysator aus den anstromseitigen und abstromseitigen Katalysatoren mit der Sauerstoff-Speicherungskomponente bzw. der Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente. Da die Sauerstoff-Speicherungskomponente und die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente effektiv in einer unabhängigen Weise addiert werden können, können daher der Sauerstoff effizient und zufriedenstellend in dem abstromseitigen Katalysator und das Reduzierungsmittel wie z.B. CO in dem abstromseitigen Katalysator aufbewahrt werden.

Bevorzugt trägt der Dreiwegekatalysator Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherungskomponente auf einem Träger des anstromseitigen Katalysators, und trägt Barium (Ba), Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg) als ein Material mit der Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente auf einem Träger des abstromseitigen Katalysators.

Der Dreiwegekatalysator kann aus einem Katalysator mit der Sauerstoff-Speicherungskomponente und einem Katalysator mit der Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente bestehen, wobei die Katalysatoren in Schichten auf einem Träger davon angeordnet sind.

Somit besteht der Dreiwegekatalysator aus geschichteten Katalysatoren, welche Sauerstoff- und Reduzierungsmittel-Speicherungskomponenten einzeln enthalten, so daß der Sauerstoff und die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponenten effektiv und kompakt den Schichten hinzugefügt werden können. Wenn die Gesamtlänge des Dreiwegekatalysators reduziert werden soll, kann ferner Sauerstoff und CO oder dergleichen zufriedenstellend in dem Katalysator belassen und gehalten werden.

Bevorzugt besteht der Dreiwegekatalysator aus einem unteren Katalysator mit der Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente und einem oberen Katalysator mit der Sauerstoff-Speicherungskomponente. Bevorzugt trägt ferner der Dreiwegekatalysator Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherungskomponente, und trägt Barium (Ba), Kalzium (Ca), und/oder Magnesium (Mg) als ein Material mit der Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann der Dreiwegekatalysator eine Waschbeschichtung als die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente besitzen, welche mit Poren ausgebildet ist, die in der Lage sind, das Reduzierungsmittel zu speichern.

Bevorzugt ist in diesem Falle der Öffnungsbereich von jeder der Poren groß genug, um CO zu speichern und nicht groß genug, um HC zu speichern.

Im Allgemeinen ist eine Waschbeschichtung auf der Oberfläche eines Trägers eines Dreiwegekatalysators mit einem Edelmetall (einschließlich Pt oder einem anderen Metall, das die Sauerstoff- oder Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente enthält) dotiert, und mit einer großen Anzahl von Löchern ausgestattet, welche HC und CO speichern. Diese Löcher sind Poren mit Öffnungsbereichen dergestalt, daß sie CO speichern können und HC nicht speichern können. Gemäß einem Experiment an diesem Katalysator hat sich bestätigt, daß CO-Partikel kleiner als HC-Partikel sind, und daß CO bevorzugt ohne die Speicherung von HC gespeichert werden kann.

Somit kann CO zufriedenstellend in einem Bereich belassen und gehalten werden, der die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente besitzt, indem eine Menge von Poren in der Waschbeschichtung ausgebildet wird. Wenn die Sauerstoff-Speicherungsfähigkeit höher als die Reduzierungsmittel-Speicherungsfähigkeit ist, wie in dem Falle, bei dem der Dreiwegekatalysator mit Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) dotiert ist, kann beispielsweise die Reduzierungsmittel-Speicherungsfähigkeit verbessert werden, um die Reduzierungsmittel- und Sauerstoff-Speicherungsfähigkeiten anzugleichen.

Bevorzugt trägt der Dreiwegekatalysator Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherungskomponente auf einem Träger des abgasanstromseitigen Abschnittes, und besitzt eine Waschbeschichtung, die mit Poren ausgebildet ist, welche in der Lage sind, das Reduzierungsmittel zu speichern, als die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente auf einem Träger des abgasabstromseitigen Abschnittes.

Weiterhin kann der Dreiwegekatalysator Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherungskomponente auf einem Träger des abgasanstromseitigen Abschnitts tragen, Barium (Ba), Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg) als ein Material mit der Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente auf einem Träger des abgasabstromseitigen Abschnitts tragen, und eine mit Poren zur Fähigkeit der Speicherung des Reduzierungsmittels gebildete Waschbeschich tung als Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente auf einem Träger des abgasabstromseitigen Abschnittes aufweisen.

Gemäß einem weiteren Aspekt kann ferner der Dreiwegekatalysator aus einem stromaufwärtigen bzw. anstromseitigen Katalysator auf der Anstromseite des Abgases, einem Zwischenkatalysator auf der Abgasabstromseite des anstromseitigen Katalysators und aus einem abstromseitigen Katalysator auf der Abgasabstromseite des Zwischenkatalysators bestehen. In diesem Falle kann der Dreiwegekatalysator Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherungskomponente auf einem Träger des anstromseitigen Katalysators tragen, kann Barium (Ba), Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg) als ein Material mit der Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente auf einem Träger des Zwischenkatalysators tragen, und eine Waschbeschichtung, welche mit Poren ausgebildet ist, welche das Reduzierungsmittel speichern können, als die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente auf einem Träger des abstromseitigen Katalysators tragen.

Der Dreiwegekatalysator kann nur Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherungskomponente und der Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente auf seinem Träger tragen.

Die Sauerstoffspeicherungs-Schätzeinrichtung kann zyklisch wiederholt einen Katalysatorsauerstoffeinstrom und einen Katalysator-CO-Einstrom gemäß einer Sauerstoffkonzentration, CO-Konzentration und der Abgasströmungsrate erhalten, und eine letzte Sauerstoffspeicherung (n) aus der nachstehenden Gleichung in Abhängigkeit von dem Katalysatorsauerstoffeinstrom und dem Katalysator-CO-Einstrom erhalten: Letzte Sauerstoffspeicherung (n) = Katalysatorsauerstoffeinstrom – Katalysator-CO-Einstrom × K1 + vorhergehende Sauerstoffspeicherung (n-1),wobei K1 ein Transformationskoeffizient ist.

Ebenso kann die Reduzierungsmittelspeicherungs-Schätzeinrichtung zyklisch wiederholt einen Katalysatorsauerstoffeinstrom und einen Katalysator-CO-Einstrom gemäß einer Sauerstoffkonzentration, CO-Konzentration und der Abgasströmungsrate erhalten, und eine letzte Reduzierungsmittelspeicherung (n) aus der nachstehenden Gleichung in Abhängigkeit von dem Katalysatorsauerstoffeinstrom und dem Katalysator-CO-Einstrom erhalten: Letzte Reduzierungsmittelspeicherung (n) = Katalysator-CO-Einstrom – Katalysatorsauerstoffeinstrom × K2 + vorhergehende Reduzierungsmittelspeicherung (n-1),wobei K2 ein Transformationskoeffizient ist.

Die Modulationseinstelleinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kann die fette Periode kürzer oder den Grad der Anfettung niedriger im Vergleich dazu einstellen, wenn die Reduzierungsmittelspeicherung den zweiten vorgegebenen Wert überschreitet, wenn die magere Periode länger oder der Grad der Abmagerung größer ist im Vergleich dazu eingestellt, wenn die Sauerstoffspeicherung den ersten vorgegebenen Wert abhängig von der von der Sauerstoffspeicherungs-Schätzeinrichtung geschätzten Sauerstoffspeicherungsinformation überschreitet, und die magere Periode kürzer oder den Grad der Abmagerung niedriger im Vergleich dazu einstellen, wenn die Sauerstoffspeicherung den ersten vorgegebenen Wert überschreitet, wenn die fette Periode länger oder der Grad der Anfettung höher eingestellt ist im Vergleich dazu eingestellt, wenn die Redu zierungsmittelspeicherung den zweiten vorgegebenen Wert abhängig von der von der Reduzierungsmittelspeicherungs-Schätzeinrichtung geschätzten Reduzierungsmittel-Speicherungsinformation überschreitet.

Bevorzugt moduliert die Modulationseinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, um eine rechteckige oder wellige Welle dergestalt auszubilden, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis sich zyklisch zwischen einem fetteren Luft/Kraftstoff-Verhältnis als einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnis als dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert.

Bevorzugt enthält ferner die Modulationseinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (22) zum Detektieren und Ermitteln des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses auf der Anstromseite des Katalysators und moduliert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen einem vorgegebenen fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem vorgegebenen mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor getroffenen Entscheidung.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
In den Zeichnungen sind:
1 eine Darstellung, welche eine Skizze einer Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher in einem Fahrzeug eingebaut ist, darstellt;
2 ein Flußdiagramm, welches eine Regelungsroutine für eine Einstellungsregelung der Luft/Kraftstoff-Verhältnismodulation gemäß der Erfindung darstellt;
3 eine Darstellung, welche Beziehungen zwischen einer L/K-, O₂-Konzentration (durchgezogene Linie) und einer CO-Konzentration (unterbrochene Linie) darstellt;
4 eine Darstellung, welche die Beziehung zwischen der O₂-Konzentration und CO-Konzentration im Vergleich zu einer Motordrehzahl Ne und einem Volumenwirkungsgrad Ev darstellt;
5 eine Darstellung, welche O₂-Speicherungen (durchgezogene Linien) und CO-Speicherungen (unterbrochene Linien) des Dreiwegekatalysators darstellt, die erhalten werden, wenn das Abgas-L/K moduliert wird, so daß es sich auf den mageren und fetten Seiten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet;
6 eine Ansicht, welche einen Dreiwegekatalysator gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
7 eine Ansicht, welche einen Dreiwegekatalysator gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;
8(A), 8(B) und 8(C) Ansichten, welche Details in dem Dreiwegekatalysator darstellen;
9 eine Ansicht, welche einen Dreiwegekatalysator gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt;
10 eine Ansicht, welche einen Dreiwegekatalysator gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt;
11 eine Ansicht, welche einen Dreiwegekatalysator gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt;
12 eine Ansicht, welche einen Dreiwegekatalysator gemäß einer siebenten Ausführungsform darstellt;
13 eine Ansicht, welche einen Viertelabschnitt einer Gittereinheit eines Dreiwegekatalysators gemäß einer achten Ausführungsform darstellt; und
14 eine Ansicht, welche einen Viertelabschnitt einer Gittereinheit eines Dreiwegekatalysators gemäß einer neunten Ausführungsform darstellt; Eine erste Ausführungsform wird zuerst beschrieben.
In 1 ist eine Skizze einer Abgasemissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung, welcher in einem Fahrzeug eingebaut ist, dargestellt. Nachstehendes ist eine Beschreibung einer Konfiguration dieser Regelvorrichtung.
Gemäß Darstellung in 1 wird ein Mehrpunkt-Einspritzungs-(MPI)-Benzinmotor für einen Motorkörper 1 (hierin einfach als Motor bezeichnet), einen Verbrennungsmotor, verwendet.
Ein Zylinderkopf 2 des Motors ist mit Zündkerzen 4 für die einzelnen Zylinder ausgestattet. Jede Zündkerze 4 ist mit einer Zündspule 8 verbunden, die Hochspannung abgibt.
Der Zylinderkopf 2 ist mit Einlaßanschlüssen für die einzelnen Zylinder ausgebildet. Ein Ende eines Einlaßverteilers 10 ist so mit dem Kopf 2 verbunden, daß er mit jedem Einlaßanschluß in Verbindung steht. Der Einlaßverteiler 10 ist mit einem elektromagnetischen Kraftstoffeinspritzventil 6 ausgestattet. Eine (nicht dargestellte) Kraftstoffversorgungseinheit mit einem Kraftstofftank ist mit dem Ventil 6 über eine Kraftstoffleitung 7 verbunden.
Ein elektromagnetisches Drosselklappenventil 14 für die Einstellung einer Ansaugluftmasse und ein Drosselklappenpositionssensor (TPS) 16 für die Detektion der Drosselklappenposition des Ventils 14 sind auf der Anstromseite des Einlaßverteilers 10 bezüglich des Kraftstoffeinspritzventils 6 angeordnet. Ferner ist ein Luftstromsensor 18 für die Messung der Ansaugluftmasse an der Anstromseite des Drosselklappen ventils 14 angeordnet. Der verwendete Luftstromsensor 18 ist ein Karman-Turbulenz-Typ (Karmann-Eddy-Typ).
Der Zylinderkopf 2 ist mit Auslaßanschlüssen für die einzelnen Zylinder ausgebildet. Ein Ende eines Abgassammlers 12 ist mit dem Kopf 2 so verbunden, daß er mit jedem Auslaßkanal in Verbindung steht.
Da dieser MPI-Motor ein herkömmlicher ist, wird eine detaillierte Beschreibung des Motors unterlassen.
Ein Abgasrohr (Abgaskanal) 20 ist mit dem anderen Ende des Abgasverteilers 12 verbunden. Das Abgasrohr 20 ist mit einem monolithischen Dreiwegekatalysator 30 als einer Abgasreinigungskatalysatoreinheit versehen, von welcher ein Träger einen gitterartigen Querschnitt aufweist.
In dem Dreiwegekatalysator 30 enthält eine Waschbeschichtung auf der Oberfläche des Trägers Kupfer (Cu), Kobalt (Co), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh), oder Palladium (Pd) als ein aktives Edelmetall. Ferner enthält die Waschbeschichtung des Katalysators 30 Zer (Ce), Zirkon (Zr) usw.
Das Zer, Zirkon, usw, besitzen eine O₂-Speicherkomponente (hierin nachstehend als OSC bezeichnet). Wenn der Dreiwegekatalysator 30 Sauerstoff (O₂) in einer oxidierenden Atmosphäre, von welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Abgas-L/K) ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis (mageres L/K) ist, speichert (oder absorbiert oder einschließt), wird daher das O₂ als gespeichertes O₂ bereitgehalten, bis das Abgas-L/K zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (fettes L/K) wird, so daß eine reduzierende Atmosphäre erhalten wird. Das gespeicherte O₂ kann oxidieren und HC (Kohlenwasserstoff) und CO (Kohlenmonoxid) selbst in der reduzierenden Atmosphäre entfernen.
Ferner besitzen das Ce, Zr usw. eine Reduzierungsmittel-(CO)-Speicherkomponente (hierin nachstehend auch als COSC bezeichnet) zum Speichern eines Reduzierungsmittels, wie z.B. H₂ oder CO (hierin nachstehend als HC oder CO usw. bezeichnet). Daher speichert der Dreiwegekatalysator 30 CO in einer reduzierenden Atmosphäre, von welcher das Abgas-L/K das fette L/K ist, und behält das CO als gespeichertes CO bei, bis das Abgas-L/K zu dem mageren L/K wird, so daß eine oxidierende Atmosphäre erhalten wird. Das gespeicherte CO kann NOx selbst in einer oxidierenden Atmosphäre oxidieren und entfernen.
Somit kann der Dreiwegekatalysator 30 seine hohe Reinigungsleistung selbst dann vollbringen, wenn die OSC und die COSC gut ausgeglichen sind.
Tatsächlich ist in dem Dreiwegekatalysator 30, der mit dem Ce, Zr, usw. als der OSC und der COSC dotiert ist, die Fähigkeit der OSC höher als die der COSC, so daß möglicherweise viel O₂ bevorzugt durch einen abgasanstromseitigen Abschnitt 30a gespeichert werden kann und viel CO oder dergleichen in einem abgasabstromseitigen Abschnitt 30b. Mit anderen Worten, der Katalysator 30, der mit dem Ce, Zr, usw. dotiert ist, hat die Sauerstoff-Speicherungskomponente oder OSC in dem abstromseitigen Abschnitt 30a und die Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente oder COSC in dem abstromseitigen Abschnitt 30b angeordnet. Somit funktionieren die OSC und die COSC einzeln zufriedenstellend in dem Katalysator 30.
An der Anstromseite des Dreiwegekatalysators 30 des Auslaßrohres 20 ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22 angeordnet, welcher ein Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder tatsächliches Luft/Kraftstoff-Verhältnis (tatsächliches L/K) gemäß der Sauerstoffkonzentration des Abgases mißt. Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22 kann entweder ein linearer L/K-Sensor (LAFS) oder ein O₂-Sensor sein.
Eine ECU (elektronische Steuereinheit) 40 weist eine Eingabe/Ausgabe-Einheit, Speichereinheit (ROM, RAM, usw.), eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), Zeitgeberzähler usw. auf. Die ECU 40 steuert im Allgemeinen die den Motor 1 mit umfassende Abgasemissions-Regelungsvorrichtung.
Verschiedene Sensoren sind mit der Eingangsseite der ECU 40 verbunden. Sie umfassen einen Kurbelwellenwinkelsensor 42 für die Detektion des Kurbelwellenwinkels des Motors 1, neben dem TPS 16, einen Luftströmungssensor 18 und einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22. Die Detektionsinformation aus diesen Sensoren wird an den Eingang der ECU 40 angelegt. Eine Motordrehzahl Ne wird anhand einer Kurbelwellenwinkelinformation aus dem Kurbelwellenwinkelsensor 42 detektiert.
Andererseits sind verschiedene Ausgabevorrichtungen, wie z.B. das Kraftstoffeinspritzventil 6, die Zündspule 8, das Drosselklappenventil 14, usw., mit der Ausgangsseite der ECU 40 verbunden. Eine Kraftstoffeinspritzmenge, ein Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Zündzeitpunkt, usw., welche gemäß der Detektionsinformation aus den verschiedenen Sensoren berechnet werden, werden an die Ausgabevorrichtungen geliefert.
Insbesondere wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf ein geeignetes Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Soll-L/K) gemäß der Detektionsinformation aus den verschiedenen Sensoren eingestellt. Eine dem Soll-L/K entsprechende Kraftstoffmenge wird von dem Kraftstoffeinspritzventil 6 zu einem geeigneten Zeitpunkt eingespritzt, das Drosselklappenventil 14 in eine geeignete Drosselklappenposition gestellt, und die Funkenzündung zu einem geeigneten Zeitpunkt durch die Zündkerze 4 ausgeführt.
Insbesondere kann der Dreiwegekatalysator 30 seine hohe Reinigungsleistung erbringen, wenn die OSC und die COSC wie vorstehend erwähnt gut ausgeglichen sind, so daß ein geeigne tes Abgas-L/K (z.B. ein stöchiometrisches) vorliegt, das somit die OSC und die COSC ausgleichen kann. Das Soll-L/K wird auf diesen geeigneten Abgas-L/K eingestellt.
Gemäß dieser Abgasemissions-Regelungsvorrichtung wird das Abgas-L/K zwangsweise zwischen fetten und mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen umgeschaltet, um die Fähigkeit des Dreiwegekatalysators 30 durch effektive Verwendung der OSC und der COSC zu nutzen. Nachdem das Abgas-L/K auf ein vorgegebenes fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis in diesem Falle eingestellt ist, wird es für eine vorgegebene Zeitdauer auf ein vorgegebenes mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis umgeschaltet. Danach wird es wieder auf das vorgegebene fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Rechteck- oder wellige Welle) moduliert, und das Soll-L/K einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Modulation (Zwangsmodulation) so unterworfen, daß die mageren und fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisse zyklisch mit dem Soll-L/K zwischen diesen wiederholt werden (Modulationseinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses). Tatsächlich wird das Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis (Verbrennungs-L/K) in einer Brennkammer des Motors 1 zwangsweise zwischen den fetten und mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnissen gemäß einer Detektionsinformation aus dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22 so moduliert, daß das Abgas-L/K auf das vorgegebene magere und fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.
Wenn der Transport des an dem Motor 1 zu liefernden Kraftstoffes verzögert ist, wenn das Fahrzeug beschleunigt oder abgebremst wird, tendiert, trotz der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Modulation mit dem auf diese Weise eingestellten korrekten Soll-L/K das tatsächliche L/K kurzzeitig bzw. vorrübergehend zu einem Überschießen auf die magere oder fette Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Wenn beispielsweise das L/K auf die magere Seite des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses überschwingt, wird ein sauerstoffreicher Zustand aufgebaut. Demzufolge wird die OSC-Fähigkeit überschritten, und der Dreiwegekatalysator 30 befindet sich vollständig in einer oxidierenden Atmosphäre. Somit wird eine sogenannte NOx-Spitze erzeugt, und die NOx-Reinigungsrate verringert sich kurzzeitig um einen großen Betrag. Wenn andererseits das Abgas-L/K auf die fette Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses überschwingt, wird ein CO-reicher Zustand aufgebaut. Demzufolge wird die COSC-Fähigkeit überschritten, und der Dreiwegekatalysator 30 befindet sich vollständig in einer reduzierenden Atmosphäre. Somit wird eine sogenannte HC·CO-Spitze erzeugt, und die HC- und CO-Reinigungsraten werden kurzzeitig um einen großen Betrag geringer.
Um diese Probleme zu lösen, wird die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Modulation in der Abgasemissions-Regelungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingestellt. Nachstehendes ist eine Beschreibung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Modulations-Einstellverfahrens gemäß der Erfindung.
In 2 ist ein Flußdiagramm dargestellt, das eine Steuerroutine für eine Modulationsregelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses gemäß der vorliegenden Erfindung (Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Modulations-Einstellungseinrichtung) darstellt. Die Regelungsroutine wird nun unter Bezugnahme auf dieses Flußdiagramm beschrieben.
Zuerst wird eine O₂-Speicherung durch die OSC im Schritt S10 geschätzt (Sauerstoffspeicherungs-Schätzeinrichtung), und eine CO-Speicherung durch die COSC wird im Schritt S12 (Reduzierungsmittel-Speicherungs-Schätzeinrichtung) geschätzt.
Gemäß Darstellung in 3 gibt es feste Beziehungen zwischen dem L/K, der O₂-Konzentration (durchgezogene Linie) und der CO-Konzentration (unterbrochene Linie). Die O₂-Konzentration und die CO-Konzentration werden anhand des von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22 detektierten Abgas-L/K erhalten, während eine Abgasströmungsrate aus der Einlaßluftmasseninformation aus dem Luftströmungssensor 18 erhalten wird. Ein Katalysator-O₂-Einstrom, (Katalysatorsauerstoffeinstrom) und ein Katalysator-CO-Einstrom werden gemäß der O₂-Konzentration und der CO-Konzentration erhalten. Basierend auf dem Katalysator-O₂-Einstrom und dem Katalysator-CO-Einstrom, werden eine O₂-Speicherung und eine CO-Speicherung aus den Gleichungen (1) bzw. (2) abgeschätzt. In diesen Gleichungen stellen die Suffixe n und n-1 einen letzten Wert bzw. einen vorhergehenden Wert dar. O2-Speicherung (n) = Katalysator-O2-Einstrom – Katalysator-CO-Einstrom × K1 + O2-Speicherung (n-1), (1) CO-Speicherung (n) = Katalysator-CO-Einstrom – Katalysator-O2-Einstrom × K2 + CO-Speicherung (n-1), (2)
Hier sind K1 und K2 Transformationskoeffizienten, die experimentell erhalten werden können.
Wenn sich das Abgas-L/K auf der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, wird anhand der Gleichungen (1) und (2) geschätzt, daß der Katalysator-O₂-Einstrom so groß ist, daß die O₂-Speicherung zunimmt und die CO-Speicherung abnimmt. Wenn sich das Abgas-L/K auf der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, wird anhand der Gleichungen (1) und (2) geschätzt, daß der Katalysator-CO-Einstrom so groß ist, daß die CO-Speicherung zunimmt und die O₂-Speicherung abnimmt.
Obwohl die Abgasstromrate aus der Einlaßluftmasse unter der Annahme erhalten wird, daß diese Werte im Wesentlichen in diesem Falle gleich sind, kann sie alternativ in einer direkten Weise detektiert werden.
In diesem Falle wird ferner das Verbrennungs-L/K entsprechend der Motordrehzahl Ne und einem Volumenwirkungsgrad Ev, der anhand der Einlaßluftmasse ermittelt wird, so eingestellt, daß die O₂-Konzentration und die CO-Konzentration aus der Motordrehzahl Ne und dem Volumenwirkungsgrad Ev gemäß Darstellung in 4 erhalten werden können.
Im Schritt S14 wird abhängig von Detektionsinformation aus dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22 ermittelt, ob das Abgas-L/K momentan so moduliert wird, daß es sich auf der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, oder daß es sich auf der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet. Wenn aus dieser Entscheidung gefolgert wird, daß das Abgas-L/K so moduliert wird, daß es sich auf der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, geht das Programm zu dem Schritt S16 über.
Im Schritt S16 wird ermittelt, ob die geschätzte O₂-Speicherung nicht höher als eine vorgegebene Größe X1 (erster vorgegebener Wert) ist. Wenn sich das Abgas-L/K auf der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, wird CO in dem Abgas in dem Katalysator durch die COSC gespeichert, und das gespeicherte O₂ wird für die Oxidation von HC, CO, usw. in dem Abgas verwendet und verringert sich. Es wird ermittelt, ob die verringerte O₂-Speicherung nicht höher als die vorgegebene Größe X1 ist.
Wenn die Entscheidung im Schritt S16 "Nein" ist und die O₂-Speicherung daraus als höher als die vorgegebene Größe X1 gefolgert wird, wird diese Routine ohne jede Ausführung beendet. Wenn das Entscheidungsergebnis "Ja" ist und die O₂-Speicherung nicht als höher als die vorgegebene Größe X1 betrachtet wird, geht andererseits das Programm zu dem Schritt S18 über.
Im Schritt S18 wird eine magere Periode, während welcher das Abgas-L/K so moduliert wird, daß es sich auf der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, in der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Modulation so eingestellt, daß sie länger ist als in dem Falle, in welchem die O₂-Speicherung die vorgegebene Menge X1 überschreitet. Alternativ wird der Grad der Modulation (Abmagerungsverstärkung, magerseitige Amplitude, usw.) des Abgas-L/K auf der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses höher eingestellt, als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis abgemagert wird. Ein Abstimmungsparameter für die magere Periode und ein Abmagerungsparameter sollte nur gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 geeignet eingestellt werden. Ferner können die magere Periode und der Grad der Abmagerung verlängert bzw. vergrößert werden.
Wenn dieses geschehen ist, nimmt die O₂-Speicherung durch die OSC zu, wenn das nächste Abgas-L/K so moduliert wird, daß es sich auf der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet. Selbst wenn das Abgas-L/K so moduliert wird, daß es sich auf der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, fällt danach die O₂-Speicherung niemals unter die vorgegebene Größe X1.
Wenn in dem Schritt S14 gefolgert wird, daß das Abgas-L/K momentan so moduliert wird, daß es sich auf der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, geht andererseits das Programm zu dem Schritt S20 über.
Im Schritt S20 wird ermittelt, ob die geschätzte CO-Speicherung nicht höher als eine vorgegebene Größe Y1 (zweiter vorgegebener Wert) ist. Wenn sich das Abgas-L/K auf der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, wird das O₂ in dem Abgas in dem Katalysator durch die OSC gespeichert, und das gespeicherte CO wird für die Reduzierung von O₂ und NOx in dem Abgas verwendet und verringert sich. Es wird ermittelt, ob die verringerte CO-Speicherung nicht höher als die vorgegebene Größe Y1 ist.
Wenn die Entscheidung im Schritt S20 "Nein" ist und daraus die CO-Speicherung als höher als die vorgegebene Größe Y1 gefolgert wird, wird diese Routine ohne jede Ausführung beendet. Wenn die Entscheidung "Ja" ist und die CO-Speicherung daraus nicht als größer als die vorgegebene Größe Y1 gefolgert wird, geht andererseits das Programm zu dem Schritt S22 über.
Im Schritt S22 wird eine fette Periode, während welcher das Abgas-L/K so moduliert wird, daß es sich auf der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, in der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Modulation so eingestellt, daß sie länger ist als in dem Falle, in welchem die CO-Speicherung die vorgegebene Menge Y1 überschreitet. Alternativ wird der Grad der Modulation (Anfettungsverstärkung, fettseitige Amplitude, usw.) des Abgas-L/K auf der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses höher eingestellt, als das Luft/Kraftstoff-Verhältnis angefettet wird. Ein Abstimmungsparameter für die fette Periode und ein Anfettungsparameter sollte nur gemäß dem Betriebszustand des Motors 1 geeignet wie in dem vorstehenden Falle eingestellt werden. Ferner können die fette Periode und der Grad der Anfettung verlängert bzw. vergrößert werden.
Wenn dieses geschehen ist, nimmt die CO-Speicherung durch die COSC zu, wenn das nächste Abgas-L/K so moduliert wird, daß es sich auf der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet. Selbst wenn das Abgas-L/K so moduliert wird, daß es sich auf der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, fällt danach die CO-Speicherung niemals unter die vorgegebene Größe Y1.
Wenn die magere Periode oder der Grad der Abmagerung so eingestellt wird, daß sie länger oder er höher als in dem Fall ist, in welchem die O₂-Speicherung die vorgegebene Größe X1 überschreitet, sollte eine Abweichung der Modulationsperiode verhindert werden, indem entsprechend die fette Periode oder der Grad der Anfettung kürzer oder geringer als in dem Falle eingestellt wird, in welchem die CO-Speicherung die vorgegebene Größe Y1 überschreitet. Wenn die fette Periode oder der Grad der Anfettung so eingestellt wird, daß sie länger oder er höher als in dem Fall ist, in welchem die CO-Speicherung die vorgegebene Größe Y1 überschreitet, sollte andererseits die magere Periode oder der Grad der Abmagerung kürzer oder geringer als in dem Falle eingestellt werden, in welchem die O₂-Speicherung die vorgegebene Größe X1 überschreitet.
Somit kann, wenn die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Modulation ausgeführt wird, die Einstellungsregelung der Luft/Kraftstoff-Verhältnismodulation immer die O₂- und CO-Speicherungen höher als die vorgegebenen Werte X1 bzw. Y1 halten. Demzufolge kann das gespeicherte O₂ und CO immer zufriedenstellend in dem Dreiwegekatalysator 30 belassen und gehalten werden.
In 5 sind schematisch O₂-Speicherungen (durchgezogene Linien) und CO-Speicherungen (unterbrochene Linien) des Dreiwegekatalysators 30 dargestellt, die erhalten werden, wenn das Abgas-L/K so moduliert wird, daß es sich auf den mageren und fetten Seiten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet. Somit kann die O₂-Speicherung nicht niedriger als die vorgegebene Größe X1 in dem anstromseitigen Abschnitt 30a gehalten werden, selbst wenn das Abgas-L/K so moduliert wird, daß es sich auf der fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet. Selbst wenn das Abgas-L/K so moduliert wird, daß es sich auf der mageren Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses befindet, kann die CO-Speicherung nicht niedriger als der vorgegebene Wert Y1 in dem abstromseitigen Abschnitt 30b gehalten werden.
5 stellt nur ein Beispiel dar, und verschiedene weitere Muster können, ohne von dem Erfindungsgedanken und der Erfindung abzuweichen, ausgebildet werden. In 5 sind maximale Werte für die anstromseitigen und abstromseitigen Abschnitte 30a und 30b beispielsweise nicht niedriger als vorgegebene Größen. Alternativ können jedoch minimale Werte für die anstromseitigen und anstromseitigen Abschnitte 30a und 30b so eingestellt werden, daß sie nicht niedriger als vorgegebene Größen sind. Des Weiteren können die gesamten Speicherungen des Katalysators so eingestellt werden, daß sie nicht niedriger als vorgegebene Größen sind.
Wie vorstehend erwähnt, können das gespeicherte O₂ und CO immer zufriedenstellend im dem Dreiwegekatalysator belassen und gehalten werden. Selbst wenn das tatsächliche Abgas-L/K kurzzeitig bzw. vorrübergehend auf die magere Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses überschwingt, können daher überschüssiger O₂ und NOx in dem Abgas zufriedenstellend durch das restliche gespeicherte CO reduziert und entfernt werden. Demzufolge kann sich der Katalysator 30 nicht vollständig in einer oxidierenden Atmosphäre befinden. Demzufolge kann die Erzeugung einer NOx-Spitze sicher verhindert werden. Selbst wenn das tatsächliche Abgas-L/K kurzzeitig auf die fette Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses überschwingt, können andererseits überschüssiges HC und CO in dem Abgas zufriedenstellend durch den restlichen gespeicherten O₂ zufriedenstellend oxidiert und entfernt werden. Demzufolge kann sich der Katalysator 30 nicht vollständig in einer reduzierenden Atmo sphäre befinden. Demzufolge kann die Erzeugung einer HC·CO-Spitze sicher verhindert werden.
Somit können sich die NOx-Reinigungsrate und die HC- und CO-Reinigungsraten sich selbst kurzzeitig bzw. vorrübergehend nicht über einen größeren Betrag verringern, und der Abgasreinigungswirkungsgrad des Dreiwegekatalysators 30 kann hoch gehalten werden.
Nachstehendes ist die Beschreibung einer zweiten Ausführungsform.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur dadurch, daß ein Dreiwegekatalysator 300 anstelle des in 1 dargestellten Dreiwegekatalysators 30 verwendet wird, und die Einstellungsregelung der Luft/Kraftstoff-Verhältnismodulation unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von 2 durchgeführt wird. Daher werden Konfigurationen, Funktionen und Effekte, welche nicht mit der ersten Ausführungsform gemeinsam sind, nachstehend beschrieben.
Gemäß Darstellung in 6 besteht der Dreiwegekatalysator 300 aus einem anstromseitigen Abschnitt 300a und einem abstromseitigen Abschnitt 300b, welche in einem Stück bzw. integral miteinander verbunden sind. Der anstromseitige Abschnitt 300a ist mit Zer (Ce) oder Zirkon (Zr) als der OSC sowie als das Edelmetall dotiert. Andererseits ist der abstromseitige Abschnitt 300b mit einem Alkalierdmetall, wie z.B. Barium (Ba), Kalzium (Ca) oder Magnesium (Mg) als die COSC mit einer besonders großen COSC-Fähigkeit sowie als das Edelmetall dotiert.
Unter Verwendung des in dieser Weise aufgebauten Dreiwegekatalysators 300 wird O₂ zufriedenstellend in dem anstromseitigen Abschnitt 300a auch auf Kosten der hohen OSC- Fähigkeit gespeichert, während CO oder dergleichen zufriedenstellend in dem abstromseitigen Abschnitt 300b gespeichert wird. Wie in dem vorstehend erwähnten Falle kann daher das gespeicherte O₂ und CO immer zufriedenstellend in dem Katalysator 300 belassen und gehalten werden. Somit kann die Erzeugung einer NOx- oder HC·CO-Spitze ebenfalls sicher verhindert werden, und der Abgasreinigungswirkungsgrad des Katalysators 300 hoch gehalten werden.
Nachstehendes ist eine Beschreibung einer dritten Ausführungsform.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorstehenden Ausführungsformen dahingehend, daß ein Dreiwegekatalysator 301 anstelle des Dreiwegekatalysators 30 verwendet wird.
Gemäß Darstellung in 7 besteht der Dreiwegekatalysator 300 aus einem anstromseitigen Abschnitt 301a und einem abstromseitigen Abschnitt 301b, welche in einem Stück bzw. integral miteinander verbunden sind. Der anstromseitige Abschnitt 301a ist mit Zer (Ce) oder Zirkon (Zr) usw. als der OSC sowie als das Edelmetall dotiert. Andererseits ist der abstromseitige Abschnitt 301b mit einer großen Anzahl von Poren in einer Waschbeschichtung als die COSC sowie als das Edelmetall ausgebildet.
8(a) ist eine Ansicht, welche einen Viertelanteil einer Gittereinheit des Dreiwegekatalysators 301 darstellt. 8(b) ist eine vergrößerte Ansicht des Katalysators mit dem beschichteten Viertelabschnitt. 8(c) ist eine vergrößerte Ansicht eines Partikels der Waschbeschichtung). Gemäß detaillierter Darstellung in 8(c) sind die in der Waschbeschichtung ausgebildeten Poren längliche Schlitze.
Gemäß Darstellung in 8(c) besitzen die Poren Öffnungsbereiche dergestalt, daß HC-Partikel, die größer als CO- Partikel sind, nicht in diese gelangen können, und daß die kleineren CO-Partikel problemlos in diese gelangen können. Somit kann die Waschschicht zufriedenstellend CO und dergleichen in dem abstromseitigen Abschnitt 301b speichern.
Demzufolge wird O₂ zufriedenstellend in dem anstromseitigen Abschnitt 301a ebenfalls auf Kosten der hohen OSC-Fähigkeit gespeichert, während CO oder dergleichen zufriedenstellend in dem abstromseitigen Abschnitt 301b gespeichert wird. Wie in dem vorstehend erwähnten Falle kann daher das gespeicherte O₂ und CO immer zufriedenstellend in dem Katalysator 301 belassen und gehalten werden. Somit kann die Erzeugung einer NOx- oder HC·CO-Spitze ebenfalls sicher verhindert werden, und der Abgasreinigungswirkungsgrad des Katalysators 301 hoch gehalten werden.
In diesem Falle kann der abstromseitige Abschnitt 301b mit Ce, Zr, usw. oder einer Kombination von Alkalierdmetallen wie z.B. Ba, Ca, Mg usw. dotiert sein. Somit kann die COSC des abstromseitigen Abschnittes 301b gestärkt werden, die OSC- und COSC-Fähigkeiten des anstromseitigen Abschnittes 301a können angeglichen, und das CO oder dergleichen kann zufriedenstellender in dem abstromseitigen Abschnitt 301b gespeichert werden.
Nachstehendes ist eine Beschreibung einer vierten Ausführungsform.
In der vierten Ausführungsform wird ein Dreiwegekatalysator 302 anstelle des Dreiwegekatalysators 30 verwendet.
Gemäß Darstellung in 9 besteht der Dreiwegekatalysator 302 aus einem anstromseitigen Abschnitt 302a und einem Zwischenabschnitt 302b, welche in einem Stück bzw. integriert miteinander verbunden sind, und aus einem abstromseitigen Katalysatorabschnitt 302c mit einer größeren Anzahl von Poren. Der anstromseitige Abschnitt 302a ist mit Ce oder Zr dotiert.
Der Zwischenabschnitt 302b ist mit einem Alkalierdmetall wie Ba, Ca oder Mg dotiert. Der abstromseitige Katalysatorabschnitt 302c ist auf der Abstromseite des Zwischenabschnittes 302b angeordnet.
Somit kann die COSC ebenfalls gestärkt werden, die OSC- und COSC-Fähigkeiten des anstromseitigen Abschnittes 301a können angeglichen, und das CO oder dergleichen kann zufriedenstellender in dem abstromseitigen Abschnitt 301b gespeichert werden.
Nachstehendes ist eine Beschreibung einer fünften Ausführungsform.
In der fünften Ausführungsform, welche eine Modifikation der zweiten Ausführungsform ist, wird ein Dreiwegekatalysator 303 anstelle des Dreiwegekatalysators 300 verwendet.
Gemäß Darstellung in 10 besteht der Dreiwegekatalysator 303 aus einem anstromseitigen Katalysator 310 und einem abstromseitigen Katalysator 311, die getrennt und in Reihe zueinander angeordnet sind. Der anstromseitige Katalysator 310 ist mit Ce oder Zr als der OSC sowie als das Edelmetall dotiert. Andererseits ist der abstromseitige Abschnitt 311 mit einem Alkalierdmetall, wie z.B. Ba, Ca oder Mg als die COSC mit einer besonders großen COSC-Fähigkeit sowie als das Edelmetall dotiert.
Daher können die OSC als auch die COSC effektiv in einer unabhängigen Weise addiert werden. Demzufolge wird O₂ zufriedenstellend und effektiv in dem anstromseitigen Katalysator 310 ebenfalls auf Kosten der hohen OSC-Fähigkeit gespeichert, und CO oder dergleichen wird zufriedenstellend und effektiv in dem abstromseitigen Katalysator 311 gespeichert. Wie in dem vorstehend erwähnten Falle kann das gespeicherte O₂ und CO immer zufriedenstellend in dem Dreiwegekatalysator 311 belassen und gehalten werden. Somit kann die Erzeugung einer NOx- oder HC·CO-Spitze ebenfalls sicher verhindert werden, und der Abgasreinigungswirkungsgrad des Katalysators 311 hoch gehalten werden.
Nachstehendes ist eine Beschreibung einer sechsten Ausführungsform.
In der sechsten Ausführungsform, welche eine Modifikation der dritten Ausführungsform ist, wird ein Dreiwegekatalysator 304 anstelle des Dreiwegekatalysators 301 verwendet.
Gemäß Darstellung in 11 besteht der Dreiwegekatalysator 304 aus einem anstromseitigen Katalysator 312 und einem abstromseitigen Katalysator 313, die getrennt und in Reihe zueinander angeordnet sind. Der anstromseitige Katalysator 312 ist mit Ce oder Zr als der OSC sowie als das Edelmetall dotiert. Andererseits ist der abstromseitige Katalysator 313 mit einer großen Anzahl von Poren in einer Waschbeschichtung sowie als das Edelmetall ausgebildet.
Wie in dem vorstehendem Fall wird daher O₂ zufriedenstellend und effektiv in dem anstromseitigen Katalysator 312 ebenfalls auf Kosten der hohen OSC-Fähigkeit gespeichert, und CO oder dergleichen wird zufriedenstellend und effektiv in dem abstromseitigen Katalysator 313 gespeichert und das gespeicherte O₂ und CO kann immer zufriedenstellend in dem Dreiwegekatalysator 304 belassen und gehalten werden. Somit kann die Erzeugung einer NOx- oder HC·CO-Spitze ebenfalls sicher verhindert werden, und der Abgasreinigungswirkungsgrad des Katalysators 304 kann hoch gehalten werden.
Wenn der abstromseitige Katalysator 313 mit Ce, Zr, usw. oder einer Kombination von Alkalierdmetallen wie z.B. Ba, Ca, Mg usw. dotiert ist, kann insbesondere die COSC des abstromseitigen Katalysators 313 effizient gestärkt werden, können die OSC- und COSC-Fähigkeiten des anstromseitigen Katalysators 312 angeglichen, und das CO oder dergleichen kann zu friedenstellender in dem abstromseitigen Katalysator 313 gespeichert werden.
Nachstehendes ist eine Beschreibung einer siebenten Ausführungsform.
In der siebenten Ausführungsform, welche eine Modifikation der vierten Ausführungsform ist, wird ein Dreiwegekatalysator 305 anstelle des Dreiwegekatalysators 302 verwendet.
Gemäß Darstellung in 12 besteht der Dreiwegekatalysator 302 aus einem anstromseitigen Abschnitt 314 und einem Zwischenkatalysator 315, welche getrennt und in Reihe zueinander angeordnet sind, und aus einem abstromseitigen Katalysatorabschnitt 316 mit einer großen Anzahl von Poren. Der anstromseitige Abschnitt 314 ist mit Ce oder Zr dotiert. Der Zwischenkatalysator 315 ist mit einem Alkalierdmetall wie Ba, Ca oder Mg dotiert. Der abstromseitige Katalysatorabschnitt 316 ist integriert mit oder getrennt von dem Zwischenkatalysator 315 auf dessen Abstromseite angeordnet.
Somit kann die COSC ebenfalls gestärkt werden, die OSC- und COSC-Fähigkeiten des anstromseitigen Katalysators 314 können angeglichen, und das CO oder dergleichen kann zufriedenstellender in dem Zwischenkatalysator 315 und in dem porösen abstromseitigen Katalysator 316 gespeichert werden.
Nachstehendes ist eine Beschreibung einer achten Ausführungsform.
Die achte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorstehenden Ausführungsformen dahingehend, daß ein Dreiwegekatalysator 306 anstelle des Dreiwegekatalysators 30 verwendet wird.
In 13 ist ein Viertelabschnitt einer Gittereinheit des Dreiwegekatalysators 306 dargestellt. Der Katalysator 306 besteht aus einem oberen Katalysator 318 und einem unteren Katalysator 319, die in Schichten auf einem Träger aufgebracht sind. Der obere Katalysator 318 ist mit Ce oder Zr dotiert. Der untere Katalysator 319 ist mit einem Alkalierdmetall wie z.B. Ba, Ca oder Mg dotiert.
Unter Verwendung des in dieser Weise aufgebauten Dreiwegekatalysators 306 wird O₂ zufriedenstellend in dem oberen Katalysator 318 auch auf Kosten der hohen OSC-Fähigkeit gespeichert, während CO oder dergleichen zufriedenstellend in dem unteren Katalysator 319 gespeichert wird. Wie in dem vorstehend erwähnten Falle kann daher das gespeicherte O₂ und CO immer zufriedenstellend in dem Katalysator 306 belassen und gehalten werden. Somit kann die Erzeugung einer NOx- oder HC·CO-Spitze selbst in dem Falle sicher verhindert werden, in welchem die Gesamtlänge des Katalysators 306 reduziert werden soll.
Nachstehendes ist eine Beschreibung einer neunten Ausführungsform.
In der neunten Ausführungsform, welche eine Modifikation der achten Ausführungsform ist, wird ein Dreiwegekatalysator 307 anstelle des Dreiwegekatalysators 306 verwendet wird.
In 14 ist ein Viertelabschnitt einer Gittereinheit des Dreiwegekatalysators 307 dargestellt. Der Katalysator 307 besteht aus einem oberen Katalysator 320 und einem unteren Katalysator 321, die in Schichten auf einem Träger aufgebracht sind. Der obere Katalysator 320 ist mit Ce oder Zr dotiert, und der untere Katalysator 321 besitzt eine große Anzahl von Poren.
Demzufolge wird O₂ zufriedenstellend in dem oberen Katalysator 320 auch auf Kosten der hohen OSC-Fähigkeit gespeichert, und CO oder dergleichen wird zufriedenstellend in dem unteren Katalysator 319 gespeichert. Wie in dem vorstehend erwähnten Falle kann daher das gespeicherte O₂ und CO immer zufriedenstellend in dem Katalysator 307 belassen und gehalten werden. Somit kann die Erzeugung einer NOx- oder HC·CO-Spitze mit der kompakten Konfiguration verhindert werden, und der Abgasreinigungswirkungsgrad des Katalysators 307 kann hoch gehalten werden.
Wenn der untere Katalysator 321 mit Ce, Zr, usw. oder einer Kombination von Alkalierdmetallen, wie z.B. Ba, Ca, Mg usw., dotiert ist, kann insbesondere die COSC des Katalysators 321 effizient gestärkt werden, können die OSC- und COSC-Fähigkeiten des Katalysators 321 angeglichen, und das CO oder dergleichen kann zufriedenstellender in dem Katalysator 3213 gespeichert werden.
Es dürfte sich verstehen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist.
In den zweiten bis neunten Ausführungsformen ist beispielsweise den anstromseitigen Abschnitten 300a, 301a und 302a, anstromseitigen Katalysatoren 310, 312 und 314 oder oberen Katalysatoren 318 und 320 die OSC-Funktion gegeben, und den unteren Abschnitten 300b, 301b und 302b (einschließlich des Katalysatorabschnittes 302c), den abstromseitigen Katalysatoren 311, 313 und 315 (einschließlich des Katalysators 316) oder unteren Katalysatoren 319 und 321 die COSC-Funktion gegeben. Alternativ können jedoch die anstromseitigen Abschnitte durch die abstromseitigen Abschnitte, und die anstromseitigen Katalysatoren durch die abstromseitigen Katalysatoren, und die oberen Katalysatoren durch die unteren Katalysatoren ersetzt werden. Als eine alternative Ausführungsform kann den anstromseitigen Abschnitten, anstromseitigen Katalysatoren und oberen Katalysatoren die COSC-Funktion gegeben sein. In diesem Falle ist den abstromseitigen Abschnit ten, abstromseitigen Katalysatoren und unteren Katalysatoren die OSC-Funktion gegeben.
Mit dieser Anordnung können das gespeicherte CO und O₂ ebenfalls einzeln zufriedenstellend in dem Dreiwegekatalysator belassen und gehalten werden. Selbst wenn das tatsächliche Abgas-L/K temporär bzw. kurzzeitig auf die magere Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses überschwingt, können daher überschüssiger O₂ und NOx in dem Abgas zufriedenstellend durch das restliche gespeicherte CO reduziert und entfernt werden. Demzufolge kann sich der Katalysator nicht vollständig in einer oxidierenden Atmosphäre befinden. Demzufolge kann die Erzeugung einer NOx-Spitze sicher verhindert werden. Selbst wenn das tatsächliche Abgas-L/K temporär bzw. kurzzeitig auf die fette Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses überschwingt, können andererseits überschüssiges HC und CO in dem Abgas zufriedenstellend durch den restlichen gespeicherten O₂ zufriedenstellend oxidiert und entfernt werden. Demzufolge kann sich der Katalysator nicht vollständig in einer reduzierenden Atmosphäre befinden. Somit kann die Erzeugung einer HC·CO-Spitze sicher verhindert werden.
Gemäß den vorstehenden Ausführungsformen ist ferner die Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Modulation eine Zwangsmodulation. Alternativ kann sie jedoch eine Modulation (Modulationseinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses) sein, die von einer stöchiometrischen Rückkopplungsregelung auf der Basis einer Fett/Mager-Entscheidung durch den Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22 unterstützt wird. In diesem Falle sollte nur der Modulationsgrad des Abgas-L/K auf der mageren oder fetten Seite des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses (Abmagerungs- oder Anfettungsverstärkung oder mager- oder fettseitige Amplitude) alleine eingestellt werden.
Wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 22 ein O₂-Sensor ist, welcher ein λ-Ausgangssignal erzeugt, kann die Differenz zwischen einer voreingestellten mageren oder fetten Periode und der mageren oder fetten Periode, die von dem O₂-Sensor ermittelt wird, und nicht das λ-Ausgangssignal selbst als eine aktuelle L/K-Information verwendet werden, welche für die Einstellung dient.
Obwohl ein Mehrfachpunkteinspritz-Benzinmotor als der Motor 1 gemäß den hierin beschriebenen Ausführungsformen dient, kann der Motor alternativ ein Zylindereinspritz-Benzinmotor oder ein Dieselmotor sein.

Claims

Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit: einem Dreiwegekatalysator (30), welcher in einem Abgaskanal (20) eines Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist und eine Sauerstoff-Speicherkomponente, die zum Speichern von Sauerstoff fähig ist, und eine Reduzierungsmittel-Speicherkomponente, die zum Speichern von Reduzierungsmitteln fähig ist, kombiniert; einer Modulationseinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, welche das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von in den Dreiwegekatalysator strömendem Abgas zwischen einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis moduliert; einer Sauerstoffspeicherungs-Schätzeinrichtung (S10) zum Schätzen einer Sauerstoffspeicherung durch die Sauerstoffspeicherkomponente; einer Reduzierungsmittelspeicherungs-Schätzeinrichtung (12) zum Schätzen einer Reduzierungsmittelspeicherung durch die Reduzierungsmittel-Speicherkomponente; und einer Modulationseinstelleinrichtung (S16, S18, S20, S22) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, welche eine magere Periode länger oder den Grad der Abmagerung höher einstellt, während welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist im Vergleich dazu, wenn die von der Sauerstoffspeicherungs-Schätzeinrichtung geschätzte Sauerstoffspeicherung einen ersten vorgegebenen Wert überschreitet, wenn die Sauerstoffspeicherung nicht höher als der erste vorgegebene Wert ist, und eine fette Periode länger oder den Grad der Anfettung höher einstellt, während welcher das Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist im Vergleich dazu, wenn die durch die Reduzierungsmittelspeicherungs-Schätzeinrichtung geschätzte Reduzierungsmittelspeicherung einen zweiten vorgegebenen Wert überschreitet, wenn die Reduzierungsmittelspeicherung nicht höher als der zweite vorgegebene Wert ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Dreiwegekatalysator (30, 300) die Sauerstoff-Speicherkomponente in einem abgasanstromseitigen Abschnitt und die Reduzierungsmittel-Speicherkomponente in einem abgasabstromseitigen Abschnitt hat.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2, wobei der Dreiwegekatalysator (300) Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherkomponente auf einem Träger des abgasanstromseitigen Abschnittes trägt, und Barium (Ba), Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg) als ein Material mit der Reduzierungsmittel-Speicherkomponente auf einem Träger des abgasabstromseitigen Abschnittes trägt.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Dreiwegekatalysator (303) aus einem anstromseitigen Katalysator auf der Anstromseite des Abgases und einem abstromseitigen Katalysator auf der Abstromseite besteht, und die anstrom- und abstromseitigen Katalysatoren die Sauerstoff- Speicherkomponente bzw. Reduzierungsmittel-Speicherkomponente besitzen.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, wobei der Dreiwegekatalysator (303) Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherungskomponente auf einem Träger des anstromseitigen Abschnittes trägt, und Barium (Ba), Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg) als ein Material mit der Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente auf einem Träger des abstromseitigen Abschnittes trägt.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Dreiwegekatalysator (306) aus einem Katalysator mit der Sauerstoff-Speicherkomponente und einem Katalysator mit der Reduzierungsmittel-Speicherkomponente besteht, wobei die Katalysatoren in Schichten auf einem Träger von diesen angeordnet sind.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei der Dreiwegekatalysator (306) aus einem unteren Katalysator mit der Reduzierungsmittel-Speicherkomponente und einem oberen Katalysator mit der Sauerstoff-Speicherkomponente besteht.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, wobei der Dreiwegekatalysator (306) Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherkomponente trägt, und Barium (Ba), Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg) als ein Material mit der Reduzierungsmittel-Speicherkomponente trägt.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Dreiwegekatalysator (301, 304, 307) eine Waschbeschichtung als die Reduzierungsmittel-Speicherkomponente besitzt, welche mit Poren ausgebildet ist, welche das Reduzierungsmittel speichern können.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 9, wobei der Öffnungsbereich jeder Pore groß genug ist, um CO zu speichern und nicht groß genug ist, um HC zu speichern.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1, 9 und 10, wobei der Dreiwegekatalysator (301, 304, 307) Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherkomponente auf einem Träger eines abgasantromseitigen Abschnittes trägt und eine mit Poren, welche das Reduzierungsmittel speichern können, ausgebildete Waschbeschichtung als die Reduzierungsmittel-Speicherkomponente auf einem Träger eines abgasabstromseitigen Abschnittes besitzt.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 und 9 bis 11, wobei der Dreiwegekatalysator (301, 304, 307) Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherkomponente auf einem Träger eines abgasantromseitigen Abschnittes trägt, Barium (Ba), Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg) als ein Material mit der Reduzierungsmittel-Speicherkomponente auf einem Träger eines abgasabtromseitigen Abschnittes trägt, und eine mit Poren, welche das Reduzierungsmittel speichern können, ausgebildete Waschbeschichtung als die Reduzierungsmittel-Speicherkomponente auf einem Träger eines abgasabstromseitigen Abschnittes besitzt.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Dreiwegekatalysator (302, 305) aus einem anstromseitigen Katalysator auf der Anstromseite des Abgases, einem Zwischenkatalysator auf der Abgasabstromseite des anstromseitigen Katalysators, und einem anstromseitigen Katalysator auf der Abgasabstromseite des Zwischenkatalysators besteht, und der Dreiwegekatalysator Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherkomponente auf einem Träger eines antromseitigen Katalysators trägt, Barium (Ba), Kalzium (Ca) und/oder Magnesium (Mg) als ein Material mit der Reduzierungsmittel-Speicherkomponente auf einem Träger des Zwischenkatalysators trägt, und eine mit Poren, welche das Reduzierungsmittel speichern können, ausgebildete Waschbeschichtung als die Reduzierungsmittel-Speicherkomponente auf einem Träger eines abgasabstromseitigen Katalysators besitzt.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Dreiwegekatalysator (30) Zer (Ce) und/oder Zirkon (Zr) als ein Material mit der Sauerstoff-Speicherkomponente und der Reduzierungsmittel-Speicherungskomponente auf seinem Träger trägt.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Sauerstoffspeicherungs-Schätzeinrichtung (S10) zyklisch wiederholt einen Katalysator-Sauerstoff-Einstrom und einen Katalysator-CO-Einstrom gemäß einer Sauerstoffkonzentration, CO-Konzentration und Abgasströmungsrate erhält, und eine letzte Sauerstoffspeicherung (n) aus der nachstehenden Gleichung gemäß dem Katalysator-Sauerstoff-Einstrom und dem Katalysator-CO-Einstrom erhält: Letzte Sauerstoffspeicherung (n) = Katalysatorsauerstoffeinstrom – Katalysator-CO-Einstrom × K1 + vorhergehende Sauerstoffspeicherung (n-1),wobei K1 ein Transformationskoeffizient ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Reduzierungsmittelspeicherungs-Schätzeinrichtung (S12) zyklisch wiederholt einen Katalysator-Sauerstoff-Einstrom und einen Katalysator-CO-Einstrom gemäß einer Sauerstoffkonzentration, CO-Konzentration und Abgasströmungsrate erhält, und eine letzte Reduzierungsmittelspeicherung (n) aus der nachstehenden Gleichung gemäß dem Katalysator-Sauerstoff-Einstrom und dem Katalysator-CO-Einstrom erhält: Letzte Reduzierungsmittelspeicherung (n) = Katalysator-CO-Einstrom – Katalysatorsauerstoffeinstrom × K2 + vorhergehende Reduzierungsmittelspeicherung (n-1),wobei K2 ein Transformationskoeffizient ist.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Modulationseinstelleinrichtung (S16, S18, S20, S22) des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses die fette Periode kürzer oder den Grad der Anfettung niedriger im Vergleich dazu einstellt, wenn die Reduzierungsmittel-Speicherung den zweiten vorgegebenen Wert überschreitet, wenn die magere Periode länger oder der Grad der Abmagerung höher im Vergleich dazu eingestellt ist, wenn die Sauerstoffspeicherung den ersten vorgegebenen Wert gemäß einer von der Sauerstoffspeicherungs-Schätzeinrichtung geschätzten Sau erstoff-Speicherungsinformation überschreitet, und die magere Periode kürzer oder den Grad der Abmagerung niedriger im Vergleich dazu einstellt, wenn die Sauerstoffspeicherung den ersten vorgegebenen Wert überschreitet, wenn die fette Periode länger oder der Grad der Anfettung höher im Vergleich dazu eingestellt ist, wenn die Reduzierungsmittel-Speicherung den zweiten vorgegebenen Wert gemäß der von der Reduzierungsmittel-Speicherungs-Schätzeinrichtung geschätzten Reduzierungsmittel-Speicherungsinformation einstellt.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Modulationseinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Ausbildung einer rechteckigen oder welligen Welle so moduliert, daß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zyklisch zwischen einem fetteren Luft/Kraftstoff-Verhältnis als einem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnis als dem Soll-Luft/Kraftstoff-Verhältnis verändert.
Abgasemissions-Regelungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Modulationseinrichtung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (22) zum Detektieren und Ermitteln des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses an der Anstromseite des Katalysators enthält, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zwischen einem vorgegebenen fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem vorgegebenen mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer von dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor getroffenen Entscheidung regelt.