DE102005000827B4

DE102005000827B4 - Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102005000827B4
Application number: DE102005000827A
Authority: DE
Inventors: Yasuki Tamura; Keisuke Tashiro; Akihisa Himeji Okumura
Original assignee: ICT Co Ltd; Mitsubishi Motors Corp; International Catalyst Technology Inc
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Umicore Shokubai Japan Co Ltd; Umicore Shokubai USA Inc
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2025-01-06
Also published as: DE102005000827A1; US20050172614A1; CN1648424A; CN100410503C; JP2005193171A

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit:
einem Dreiwegekatalysator (30, 301, 302, 303), der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß:
der Dreiwegekatalysator ein oder mehrere Katalysatorelemente aufweist und zwei oder mehr Porengruppen, die sich in der mittleren Porengröße unterscheiden, in einem Washcoat hat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor und insbesondere eine Technologie zum Erhöhen der Reinigungsleistung eines Dreiwegekatalysators.
Gewöhnlich kommt ein Dreiwegekatalysator als Abgasreinigungskatalysator für einen Verbrennungsmotor für ein Fahrzeug zum Einsatz. Der Dreiwegekatalysator ist so gestaltet, daß er ein Abgas-Kraftstoff/Luft-Verhältnis einem theoretischen Kraftstoff/Luft-Verhältnis (stöchiometrischen Verhältnis) zur Optimierung der Oxidation von HC (Kohlenwasserstoffen) und CO (Kohlenmonoxid) sowie zur Reduktion von NOx annähert, um die Reinigung von Abgasen zu fördern.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung, die unlängst entwickelt wurde, hat einen Aufbau, bei dem der Katalysator z. B. eine poröse Struktur ist, um NOx, Sauerstoff (O₂), HC und CO in Poren einzufangen, um so HC und CO in den Poren einzufangen und sie mit Hilfe des eingefangenen NOx und O₂ in einer reduzierenden Atmosphäre zu oxidieren und um so andererseits NOx und O₂ in den Poren einzufangen und NOx mit Hilfe des eingefangenen HC und CO in einer oxidierenden Atmosphäre zu reduzieren.

Entwickelt wurde außerdem eine Technologie zum ausschließlichen Fördern von Reaktionen, die zur NOx-Reinigung von Nutzen sind, durch Verkleinern der Poren, um HC, die als Reduktionsmittel dienen, daran zu hindern, dem Oxidationskatalysator in der porösen Struktur nahezukommen (siehe z. B. die JP 2001-525241 T2).

EP 1 342 496 A2 beschreibt einen Absorber für Stickoxide mit einer Absorptionsschicht, die eine bimodale Porengrößenverteilung mit Mikroporen und Makroporen aufweisen kann.

Zu beachten ist, daß beim Dreiwegekatalysator allgemein die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit als die von HC und NOx hat. Dies bedeutet, daß wenn es möglich ist, HC und CO voneinander zu trennen und vorzugsweise die Oxidations-Redukti ons-Reaktion von CO und NOx zu bewirken, die Reinigungsleistung für NOx verbessert werden kann.

In der reduzierenden Atmosphäre liegen aber HC und CO im Abgasausstoß gemischt vor. Herkömmliche Technologien im Zusammenhang mit porösen Strukturen, darunter die in der o. g. Veröffentlichung offenbarte Technologie, sind nicht so gestaltet, daß HC und CO getrennt voneinander eingefangen werden. Dadurch entsteht das Problem, daß das Vorhandensein von HC mit großer Molekülgröße die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx mit kleiner Molekülgröße behindert, was die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx verlangsamt, deren Reaktionsgeschwindigkeit schnell ist. Eine solche Verlangsamung der Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx erzeugt das Problem, daß CO teilweise mit O₂ umgesetzt wird, was zu einem Mangel an O₂ für die Oxidation von HC führt.

Die Erfindung kam zur Lösung dieser Probleme zustande, und ihr liegt als Aufgabe zugrunde, eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die so gestaltet ist, daß sie HC und CO aktiv voneinander trennt und vorzugsweise die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx an einem Katalysator bewirkt, um dadurch die Abgasreinigungsleistung zu erhöhen.

Diese Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen festgelegten Merkmale gelöst werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor einen Dreiwegekatalysator auf, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Dreiwegekatalysator ein oder mehrere Katalysatorelemente aufweist und zwei oder mehr Porengruppen mit unterschiedlicher mittlerer Porengröße in einem Washcoat hat.

Dann ist es möglich, mehrere Komponenten (z. B. ein Oxidationsmittel und ein Reduktionsmittel), die in einem Abgasausstoß enthalten sind, entsprechend ihrer Molekülgröße zu sieben, um die Komponenten in jedem Katalysatorelement einzufangen, um dadurch die Oxidationsreaktion und Reduktionsreaktion ohne Behinderung der anderen Komponenten befriedigend zu erzeugen und die Abgasreinigungsleistung zu verbessern.

Vorzugsweise verfügt der Dreiwegekatalysator über ein mikroporöses Katalysatorelement mit einer Mikroporengruppe, deren mittlere Porengröße kleiner als eine vorgeschriebene Größe ist, in einem Washcoat und ein makroporöses Katalysatorelement mit einer Makroporengruppe, deren mittlere Porengröße größer als die vorgeschriebene Größe ist, in einem Washcoat.

Dann ist es möglich, daß unter mehreren Komponenten (z. B. einem Oxidationsmittel und einem Reduktionsmittel), die im Abgasausstoß enthalten sind, Komponenten mit kleiner Molekülgröße im mikroporösen Katalysatorelement und die mit großer Molekülgröße im makroporösen Katalysatorelement eingefangen werden. Das heißt, die Komponenten mit kleiner Molekülgröße und die mit großer Molekülgröße können getrennt voneinander eingefangen werden. Damit können die Oxidationsreaktion und die Reduktionsreaktion ohne Behinderung der anderen Komponenten ungestört ablaufen, was die Abgasreinigungsleistung erhöht.

In diesem Fall ist bevorzugt, daß der Dreiwegekatalysator aufweist: ein mikroporöses Katalysatorelement mit einer Mikroporengruppe, deren mittlere Porengröße kleiner als die Molekülgröße von HC ist, in einem Washcoat, und ein makroporöses Katalysatorelement mit einer Makroporengruppe, deren mittlere Porengröße größer als die Molekülgröße von HC ist, in einem Washcoat.

Damit können unter mehreren Komponenten (z. B. O₂, NOx, HC, CO, H₂), die im Abgasausstoß enthalten sind, insbesondere CO, O₂, NOx und H₂ mit kleiner Molekülgröße im mikroporösen Katalysatorelement getrennt eingefangen werden, und HC mit großer Molekülgröße können im makroporösen Katalysatorelement isoliert und eingefangen werden. Somit ist es möglich, die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx mit Vorrang gegenüber der von HC und NOx ohne Behinderung von HC hauptsächlich in der oxidierenden Atmosphäre befriedigend zu beschleunigen, was die Reinigungsleistung für NOx erhöht. Außerdem macht die Beschleunigung der Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx O₂ in der Oxidationsreaktion von HC voll nutzbar, so daß auch die Reinigungsleistung für HC verbessert ist. Infolgedessen kann die Abgasreinigungsleistung insgesamt gesteigert sein.

Erwünscht ist auch, daß das mikroporöse Katalysatorelement und das makroporöse Katalysatorelement in Reihe miteinander angeordnet sind, wobei sie in Richtung eines Abgasstroms weisen.

Mit dieser Anordnung können CO mit kleiner Molekülgröße und HC mit großer Molekülgröße im mikroporösen Katalysatorelement bzw. makroporösen Katalysatorelement nacheinander eingefangen werden, um mit Sicherheit voneinander getrennt zu sein.

In diesem Fall ist bevorzugt, daß das mikroporöse Katalysatorelement im Abgasstrom stromaufwärts und das makroporöse Katalysatorelement stromabwärts angeordnet ist.

Dies ermöglicht, CO mit kleiner Molekülgröße und HC mit großer Molekülgröße im stromaufwärts im Abgasstrom liegenden mikroporösen Katalysatorelement bzw. im stromabwärts liegenden makroporösen Katalysatorelement getrennt einzufangen. Dadurch kann die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx, deren Reaktionsgeschwindigkeit schnell ist, stromaufwärts im Abgasstrom bevorzugt gegenüber der von HC und NOx herbeigeführt werden, was die Reinigungsleistung für NOx erhöht. Da die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx Vorrang hat, kann O₂ für die Oxidationsreaktion von HC stromabwärts im Abgasstrom voll genutzt werden, was die Reinigungsleistung für HC verbessert. Folglich ist die Abgasreinigungsleistung insgesamt erhöht.

Erwünscht ist ferner, daß das mikroporöse Katalysatorelement und das makroporöse Katalysatorelement in Schichten angeordnet sind.

In diesem Fall können CO mit kleiner Molekülgröße und HC mit großer Molekülgröße im mikroporösen Katalysatorelement bzw. makroporösen Katalysatorelement eingefangen werden, um voneinander getrennt zu sein. Außerdem kann beim Kaltstart des Motors o. ä., die Temperatur des mikroporösen und makroporösen Katalysatorelements zum Anspringen im wesentlichen gleichzeitig angehoben werden, damit sie anspringen.

Vorzugsweise sind in diesem Fall das mikroporöse Katalysatorelement auf einer Oberflächenschichtseite und das makroporöse Katalysatorelement auf einer Innenschichtseite angeordnet.

Dadurch ist es möglich, CO mit kleiner Molekülgröße und HC mit großer Molekülgröße im mikroporösen Katalysatorelement auf der Oberflächenschichtseite bzw. makroporösen Katalysatorelement auf der Innenschichtseite getrennt einzufangen. Als Ergebnis kann die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx, deren Reaktionsgeschwindigkeit schnell ist, an der Oberflächenschichtseite vorrangig gegenüber der von HC und NOx mit Sicherheit bewirkt werden, was die Reinigungsleistung für NOx erhöht. Infolge der Vorrangigkeit der Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx wird O₂ für die Oxidationsreaktion von HC an der Innenschichtseite voll nutzbar, wodurch die Reinigungsleistung für HC gesteigert ist. Somit ist die Abgasreinigungsleistung insgesamt verbessert.

Weiterhin ist vorzugsweise eine Modulationseinrichtung für das Kraftstoff/Luft-Verhältnis zum periodischen Modulieren eines Kraftstoff/Luft-Verhältnisses eines Abgasausstoßes, der in den Dreiwegekatalysator strömt, zwischen einem mageren Kraftstoff/Luft-Verhältnis und einem fetten Kraftstoff/Luft-Verhältnis vorgesehen.

Mit einer solchen Einrichtung ist es möglich, die oxidierende Atmosphäre und reduzierende Atmosphäre periodisch zu erzeugen. Werden z. B. CO mit kleiner Molekülgröße und HC mit großer Molekülgröße, die in der reduzierenden Atmosphäre eingefangen sind, für die Oxidations-Reduktions-Reaktion in der oxidierenden Atmosphäre verwendet, ist es möglich, CO mit kleiner Molekülgröße und HC mit großer Molekülgröße weiterhin wiederholt in der reduzierenden Atmosphäre einzufangen. Dies ermöglicht eine effiziente Beibehaltung der Abgasreinigungsleistung auf hohem Niveau.

In diesem Fall ist erwünscht, von der reduzierenden Atmosphäre auf die oxidierende Atmosphäre umzuschalten, bevor eine Einfangmenge von CO mit kleiner Molekülgröße einen Durchbruchpunkt in der reduzierenden Atmosphäre erreicht, und von der oxidierenden Atmosphäre auf die reduzierende Atmo sphäre, bevor eine Einfangmenge von NOx mit kleiner Molekülgröße einen Durchbruchpunkt in der oxidierenden Atmosphäre erreicht. Dadurch kann die Abgasreinigungsleistung auf konstant hohem Niveau effizienter gewahrt werden.

Das Wesen der Erfindung sowie andere Aufgaben und Vorteile werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen gleiche Bezugszeichen durchweg die gleichen oder ähnliche Teile in den Ansichten bezeichnen. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Aufbaus einer Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform 1 der Erfindung, die in einem Fahrzeug eingebaut ist;
2 eine Ansicht (a) eines Viertelabschnitts einer Zelleinheit eines mikroporösen Katalysatorelements, eine vergrößerte Ansicht (b) von Katalysatoren, die den Viertelabschnitt überziehen, und eine vergrößerte Ansicht (c) eines Teilchens eines Washcoats (W/C);
3 eine Ansicht (a) eines Viertelabschnitts einer Zelleinheit eines makroporösen Katalysatorelements, eine vergrößerte Ansicht (b) von Katalysatoren, die den Viertelabschnitt überziehen, und eine vergrößerte Ansicht (c) eines Teilchens eines Washcoats (W/C);
4 ein Diagramm der Häufigkeitsverteilung der Porengröße im mikroporösen Katalysatorelement (durchgezogene Linie) und im makroporösen Katalysatorelement (gestrichelte Linie) sowie der mittleren Porengröße X und mittleren Porengröße Y des mikroporösen bzw. makroporösen Katalysatorelements;
5 einen Ablaufplan einer Steuerroutine der O₂-Rückkopplungs- (O₂-F/B-) Steuerung gemäß der ersten Ausführungsform;
6 eine Ansicht eines Dreiwegekatalysators gemäß einer weiteren Ausführungsform der ersten Ausführungsform;
7 eine Ansicht eines Dreiwegekatalysators gemäß einer zweiten Ausführungsform;
8 eine Ansicht eines Dreiwegekatalysators gemäß einer weiteren Ausführungsform der zweiten Ausführungsform;
9 eine Ansicht eines Viertelabschnitts einer Zelleinheit eines Dreiwegekatalysators gemäß einer dritten Ausführungsform;
10 eine Ansicht eines Viertelabschnitts einer Zelleinheit eines Dreiwegekatalysators gemäß einer vierten Ausführungsform; und
11 einen Ablaufplan einer Steuerroutine der Kraftstoff/Luft- (A/F-) Modulationssteuerung gemäß einer fünften Ausführungsform.
Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.
Zunächst wird eine erste Ausführungsform beschrieben. 1 ist eine schematische Ansicht eines Aufbaus einer erfindungsgemäßen Abgasreinigung für einen Verbrennungsmotor, die in einem Fahrzeug eingebaut ist. Nachstehend wird der Aufbau der Abgasreinigungsvorrichtung erläutert.
Gemäß 1 ist in einem Zylinderkopf 2 eines Motorkörpers (z. B. eines Ottomotors, im folgenden einfach Motor genannt) 1, der ein Verbrennungsmotor ist, eine Zündkerze 4 in jedem Zylinder angeordnet. Mit der Zündkerze 4 ist eine Zündspule 8 zur Hochspannungsausgabe verbunden.
Im Zylinder 2 ist ein Einlaßkanal für jeden Zylinder ausgebildet, und ein Ende eines Einlaßkrümmers 10 ist mit dem Zylinder 2 verbunden, um mit jedem Einlaßkanal zu kommunizieren. Ein elektromagnetisches Kraftstoffeinspritzventil 6 ist am Einlaßkrümmer 10 befestigt, und eine nicht gezeigte Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit einem Kraftstoffbehälter ist mit dem Kraftstoffeinspritzventil 6 über eine Kraftstoffleitung 7 verbunden.
Eine elektromagnetische Drosselklappe 14 zum Einstellen einer Einlaßluftmenge ist stromaufwärts vom Kraftstoffeinspritzventil 6 des Einlaßkrümmers 10 zusammen mit einem Drosselklappen-Positionssensor (TPS) 16 zum Detektieren der Öffnung der Drosselklappe 14 angeordnet. In die Stromaufwärtsseite der Drosselklappe 14 ist ein Luftmengenmesser 18 zum Messen der Einlaßluftmenge eingefügt.
Ferner ist im Zylinderkopf 2 ein Auslaßkanal für jeden Zylinder ausgebildet, und ein Ende eines Abgaskrümmers 12 ist mit dem Zylinderkopf 2 verbunden, um mit dem Auslaßkanal zu kommunizieren.
Ein Abgasrohr (Abgaskanal) 20 ist mit dem anderen Ende des Abgaskrümmers 12 verbunden. In das Abgasrohr 20 ist ein monolithischer Dreiwegekatalysator 30 mit einem im Schnitt wabenförmigen Katalysatorträger als Abgasreinigungskatalysatorvorrichtung eingefügt.
Der Dreiwegekatalysator 30 weist Kupfer (Cu), Cobalt (Co), Silber (Ag), Platin (Pt), Rhodium (Rh) oder Palladium (Pd) als aktives Metall für einen Washcoat einer Trägeroberfläche auf.
Der Dreiwegekatalysator 30 hat nicht nur das aktive Metall, sondern weist eine große Anzahl von Poren auf, die in einem Washcoat gebildet sind. Insbesondere verfügt der Dreiwegekatalysator 30 über ein mikroporöses Katalysatorelement 30a mit einer Mikroporengruppe, deren mittlere Porengröße kleiner als die Molekülgröße (vorgeschriebene Größe) von HC ist, und ein makroporöses Katalysatorelement 30b mit einer Mikroporengruppe, deren mittlere Porengröße größer als die Molekülgröße von HC ist, wobei das mikroporöse Katalysatorelement 30a stromaufwärts im Abgasstrom angeordnet ist und das makroporöse Katalysatorelement 30b stromabwärts im Abgasstrom in Reihe mit dem mikroporösen Katalysatorelement 30a angeordnet ist.
2 zeigt eine Ansicht (a) eines Viertelabschnitts einer Zelleinheit eines mikroporösen Katalysatorelements 30a zusammen mit einer vergrößerten Ansicht (b) von Katalysatoren, die den Viertelabschnitt überziehen, und einer vergrößerten Ansicht (c) eines Teilchens eines Washcoats (W/C). Gemäß 2 ist im mikroporösen Katalysatorelement 30a eine große Anzahl von Mikroporen S mit kleinerer Porengröße als die Molekülgröße von HC im Washcoat gebildet.
3 zeigt eine Ansicht (a) eines Viertelabschnitts einer Zelleinheit eines makroporösen Katalysatorelements 30b zusammen mit einer vergrößerten Ansicht (b) von Katalysatoren, die den Viertelabschnitt überziehen, und einer vergrößerten Ansicht (c) eines Teilchens eines Washcoats (W/C). Gemäß 3 ist im makroporösen Katalysatorelement 30b eine große Anzahl von Makroporen L mit größerer Porengröße als die Molekülgröße von HC im Washcoat gebildet.
4 zeigt die Häufigkeitsverteilung der Porengröße im mikroporösen Katalysatorelement 30a (durchgezogene Linie) und im makroporösen Katalysatorelement 30b (gestrichelte Linie) sowie die mittlere Porengröße X und mittlere Porengröße Y des mikroporösen bzw. makroporösen Katalysatorelements. Auf diese Weise unterscheiden sich das mikroporöse Katalysatorelement 30a und das makroporöse Katalysatorelement 30b in der mittleren Porengröße. Daher kann der Dreiwegekatalysator 30 CO, O₂, NOx und H₂ mit kleinerer Molekülgröße als HC in den Mikroporen S im mikroporösen Katalysatorelement 30a einfangen, das im Abgasstrom stromaufwärts liegt, und kann außerdem HC mit großer Molekülgröße in den Makroporen L im makroporösen Katalysatorelement 30b einfangen, das im Abgasstrom stromabwärts liegt.
Beispielsweise wird die Porengröße durch ein Imprägnierverfahren, ein CVD- (chemisches Auf dampf-) Verfahren o. ä. gesteuert.
Das mikroporöse Katalysatorelement 30a ist z. B. Zeolith 3A, Ca-Mordenit o. ä. mit etwa 3 bis etwa 3,8 Angström Durchmesser. Andererseits ist das makroporöse Katalysatorelement 30b z. B. Zeolith 5A, ZSM-5, β o. ä. mit etwa 5 bis etwa 6 Angström Durchmesser. Zusätzlich kann das makroporöse Katalysatorelement 30b ein gewöhnlicher Katalysator (z. B. ein sich hauptsächlich aus Al₂O₃ u. ä. zusammensetzender) statt der zuvor beschriebenen sein.
Zu Stoffen, bei denen eine Steuerung des effektiven Porendurchmessers erfolgt, gehören Zeolith, SAPO (Silicoaluminophosphat) und ALPO (Aluminophosphat), sind aber nicht darauf beschränkt. Alle anderen Stoffe können genutzt werden, solange sich die Stoffe im Porendurchmesser unterscheiden. Weiterhin können die Stoffe jede andere Größe und Formen unter der Bedingung haben, daß die Stoffe HC, CO, NOx, H₂ usw. sieben können.
Auf der Stromaufwärtsseite des Dreiwegekatalysators 30 des Abgasrohrs 20 ist ein Kraftstoff/Luft-Verhältnissensor 22 zum Detektieren eines Abgas-Kraftstoff/Luft-Verhältnisses (Abgas-A/F) auf der Grundlage der Sauerstoffkonzentration im Abgasausstoß angeordnet. Als Kraftstoff/Luft-Verhältnissensor 22 wird eine Lambdasonde genutzt, aber statt dessen kann ein linearer Kraftstoff/Luft-Verhältnissensor (LAFS) o. ä. zum Einsatz kommen.
Ein ESG (elektronisches Steuergerät) 40 verfügt über eine Eingangs-/Ausgangsvorrichtung, Speicher (ROM, RAM, nichtflüchtiger RAM usw.), eine Zentraleinheit (CPU), einen Zeitzähler u. ä. Das ESG 40 führt eine umfassende Steuerung der Abgasreinigungsvorrichtung, u. a. des Motors 1, durch.
Mit einer Eingangsseite des ESG 40 sind verschiedene Sensoren verbunden, z. B. ein Kurbelwinkelsensor 42 zum Detektieren eines Kurbelwinkels des Motors 1 zusätzlich zum TPS 16, der Luftmengenmesser 18 und der Kraftstoff/Luft-Verhältnissensor 22. Detektionsinformationen von diesen Sensoren werden in das ESG 40 eingegeben. Auf der Grundlage der Kurbelwinkelinformationen vom Kurbelwinkelsensor 42 wird die Motordrehzahl Ne detektiert.
Mit einer Ausgangsseite des ESG 40 sind verschiedene Ausgangsvorrichtungen verbunden, darunter das Kraftstoffeinspritzventil 6, die Zündspule 8, die Drosselklappe 14 u. ä. Eine Kraftstoffeinspritzmenge, Kraftstoffeinspritzzeit, Zündzeit u. ä., die auf der Grundlage der Detektionsinformationen von den verschiedenen Sensoren berechnet werden, werden zu den verschiedenen Ausgangsvorrichtungen ausgegeben.
Insbesondere wird das Kraftstoff/Luft-Verhältnis auf ein ordnungsgemäßes Soll-Kraftstoff/Luft-Verhältnis (Soll-A/F) auf der Grundlage der Detektionsinformationen von den verschiedenen Sensoren eingestellt, und Kraftstoff mit einer gemäß dem Soll-A/F eingestellten Menge wird aus dem Kraftstoffeinspritzventil 6 zur richtigen Zeit eingespritzt. Weiterhin wird die Drosselklappe 14 so eingestellt, daß sie eine ordnungsgemäße Öffnung hat, und die Funkenzündung erfolgt durch die Zündkerze 4 zur richtigen Zeit.
Insbesondere erfolgt eine O₂-Rückkopplungs- (O₂-F/B-) Steuerung so, daß das Abgas-A/F das Soll-A/F (z. B. stöchiometrisches Verhältnis) wird, auf der Grundlage von Informationen vom Kraftstoff/Luft-Verhältnissensor 22. Als Reaktion darauf schwankt die Kraftstoffeinspritzmenge, und praktisch schwankt das Abgas-A/F periodisch zwischen einem fetten Kraftstoff/Luft-Verhältnis (fetten A/F) und einem mageren Kraftstoff/Luft-Verhältnis (mageren A/F) mit dem Soll-A/F dazwischen (Modulationseinrichtung für das Kraftstoff/Luft-Verhältnis).
Im folgenden wird der Betrieb der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung mit diesem Aufbau beschrieben.
5 zeigt eine Steuerroutine der O₂-F/B-Steuerung in einem Ablaufplan, und Erläuterungen werden anhand des Ablaufplans gegeben.
Zunächst beurteilt Schritt S10 auf der Grundlage der Informationen von der Lambdasonde, die der Kraftstoff/Luft-Verhältnissensor 22 ist, ob das Abgas-A/F derzeit das magere A/F oder das fette A/F ist. Wird beurteilt, daß das Abgas-A/F das magere A/F ist, wird im Schritt S12 ein Fettbetrieb durchgeführt. Konkret wird die Kraftstoffeinspritzmenge so kompensiert, daß sie steigt.
Bei Durchführung des Fettbetriebs auf die o. g. Weise wird das Abgas-A/F zum fetten A/F, und ein Großteil von CO ist zusätzlich zu HC im Abgasausstoß enthalten. Als Ergebnis wird im Dreiwegekatalysator 30 die reduzierende Atmosphäre erzeugt.
Wie später erwähnt, werden vor Bewirken der reduzierenden Atmosphäre im Dreiwegekatalysator 30 NOx und O₂ mit kleinerer Molekülgröße als HC in den Mikroporen S des mikroporösen Katalysatorelements 30a eingefangen. Wird die reduzierende Atmosphäre im Dreiwegekatalysator 30 erzeugt, werden daher NOx und O₂ freigesetzt, um die Oxidations-Reduktions-Reaktion mit CO und HC zu erzeugen, die im Abgasausstoß enthalten sind. Da die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit als die von HC und NOx hat, wird das freigesetzte NOx vorrangig mit CO umgesetzt, während der freigesetzte O₂ gut mit HC umgesetzt wird.
Sobald NOx und O₂ ausreichend freigesetzt sind, werden CO und H₂ mit kleinerer Molekülgröße als HC in den Mikroporen S des mikroporösen Katalysatorelements 30a gut eingefangen, das im Abgasstrom stromaufwärts liegt, während HC mit großer Molekülgröße erfolgreich in den Makroporen L des makroporösen Katalysatorelements 30b eingefangen werden, das im Abgasstrom stromabwärts liegt. Das heißt, im Dreiwegekatalysator 30 werden CO und HC aktiv getrennt und im mikroporösen Katalysatorelement 30a bzw. makroporösen Katalysatorelement 30b eingefangen.
Beurteilt danach Schritt S10, daß das Abgas-A/F das fette A/F ist, wird anschließend im Schritt S14 für den Magerbetrieb gesorgt. Konkret wird die Kraftstoffeinspritzmenge so kompensiert, daß sie abnimmt.
Sobald der Magerbetrieb realisiert ist, wird das Abgas-A/F zum mageren A/F, und ein Großteil von NOx ist im Abgasausstoß zusammen mit O₂ enthalten. Daher wird die oxidierende Atmosphäre im Dreiwegekatalysator 30 erzeugt.
Beim Erzeugen der oxidierenden Atmosphäre im Dreiwegekatalysator 30 werden das CO, H₂ und HC, die beschreibungsgemäß eingefangen wurden, freigesetzt, um die Oxidations-Reduktions-Reaktion mit O₂ und NOx zu bewirken, die im Abgasausstoß enthalten sind. In diesem Fall werden CO und HC im mikroporösen Katalysatorelement 30a bzw. makroporösen Katalysatorelement 30b eingefangen, um voneinander getrennt zu werden, und CO und H₂ werden im mikroporösen Katalysatorelement 30a freigesetzt, das im Abgasstrom stromaufwärts liegt. Als Ergebnis wird das freigesetzte CO vorzugsweise und zuverlässig mit im Abgasstrom enthaltenen NOx im mikroporösen Katalysatorelement 30a umgesetzt, das im Abgasstrom stromaufwärts liegt, was teilweise darauf zurückzuführen ist, daß die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit als die von HC und NOx hat. Durch Verwendung von CO zur Reaktion mit NOx werden die freigesetzten HC vollständig mit im Abgasausstoß enthaltenem O₂ im makroporösen Katalysatorelement 30b umgesetzt, das im Abgasstrom stromabwärts liegt.
Anders gesagt wird in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform das Abgas-A/F zwischen dem mageren A/F und dem fetten A/F infolge der O₂-F/B-Steuerung moduliert, um dadurch die oxidierende Atmosphäre und die reduzierende Atmosphäre zufriedenstellend zu erzeugen. Daher wer den CO und HC wiederholt im Dreiwegekatalysator 30 eingefangen, um in der reduzierenden Atmosphäre voneinander getrennt zu werden. In der oxidierenden Atmosphäre werden andererseits das freigesetzte CO und H2 vorrangig und sicher mit NOx umgesetzt, das im Abgasausstoß enthalten ist, ohne durch die freigesetzten HC behindert zu sein. Als Ergebnis ist die Reinigungsleistung für NOx erhöht. Ferner werden infolge der Verwendung von CO und H₂ zur Reaktion mit NOx die freigesetzten HC gut mit im Abgasausstoß enthaltenen O₂ umgesetzt, was die Reinigungsleistung für HC steigert. Folglich ist die Abgasreinigungsleistung des Dreiwegekatalysators 30 insgesamt verbessert und wird auf hohem Niveau gehalten.
Die vorstehende Erläuterung betraf als Beispiel den Dreiwegekatalysator 30, in dem das mikroporöse Katalysatorelement 30a und das makroporöse Katalysatorelement 30b vollständig gekoppelt und in Richtung des Abgasstroms gemäß 1 miteinander integriert sind. Allerdings brauchen das mikroporöse Katalysatorelement 30a und das makroporöse Katalysatorelement 30b nicht miteinander gekoppelt zu sein, sondern können als weitere Ausführungsform gemäß 6 voneinander entfernt in Richtung des Abgasstroms angeordnet sein.
Im folgenden wird eine zweite Ausführungsform beschrieben.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten nur darin, daß ein Dreiwegekatalysator 301 anstelle des Dreiwegekatalysators 30 zum Einsatz kommt.
Gemäß 7 verfügt der Dreiwegekatalysator 301 über ein makroporöses Katalysatorelement 301a mit Poren, deren mittlere Porengröße größer als die Molekülgröße von HC ist, und ein mikroporöses Katalysatorelement 301b mit Poren, deren mittlere Porengröße kleiner als die Molekülgröße von HC ist. Das makroporöse Katalysatorelement 301a ist im Abgasstrom stromaufwärts und das mikroporöse Katalysatorelement 301b stromabwärts angeordnet. Anders ausgedrückt sind im Dreiwegekatalysator 301 das mikroporöse und makroporöse Katalysatorelement verglichen mit dem Dreiwegekatalysator 30 umgekehrt positioniert.
Im folgenden wird der Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung erläutert, in der beschreibungsgemäß das makroporöse Katalysatorelement 301a im Abgasstrom stromaufwärts und das mikroporöse Katalysatorelement 301b stromabwärts angeordnet sind.
Wird der Fettbetrieb in der O₂-F/B-Steuerung durchgeführt und wird die reduzierende Atmosphäre im Dreiwegekatalysator 301 erzeugt, werden das eingefangene NOx und O₂ freigesetzt, um die Oxidations-Reduktions-Reaktion mit im Abgasausstoß enthaltenem CO und HC wie in der vorstehenden Ausführungsform zu erzeugen. Da die Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit als die von HC und NOx hat, wird das freigesetzte NOx vorrangig mit CO umgesetzt, während der freigesetzte O₂ gut mit HC umgesetzt wird.
Sobald NOx und O₂ ausreichend freigesetzt sind, wird HC mit großer Molekülgröße in Makroporen L des makroporösen Katalysatorelements 301a befriedigend eingefangen, das im Abgasstrom stromaufwärts liegt, während CO und H₂ mit kleinerer Molekülgröße als HC in Mikroporen S des mikroporösen Katalysatorelements 301b befriedigend eingefangen werden, das im Abgasstrom stromabwärts liegt. Ähnlich wie in der vorherigen Ausführungsform werden im Dreiwegekatalysator 301 HC und CO aktiv voneinander getrennt und im makroporösen Katalysatorelement 301a bzw. mikroporösen Katalysatorelement 301b eingefangen.
Andererseits werden bei Durchführung des Magerbetriebs und bei Erzeugung der oxidierenden Atmosphäre im Dreiwegekatalysator 301 die eingefangenen HC, CO und H₂ freigesetzt, um die Oxidations-Reduktions-Reaktion mit im Abgasausstoß enthaltenem O₂ und NOx zu bewirken. In diesem Fall werden HC und CO im makroporösen Katalysatorelement 301a bzw. mikroporösen Katalysatorelement 301b getrennt eingefangen. Daher werden im makroporösen Katalysatorelement 301a stromaufwärts im Abgasstrom die freigesetzten HC gut mit im Abgasausstoß enthaltenem O₂ umgesetzt. Gleichzeitig werden im mikroporösen Katalysatorelement 301b, das im Abgasstrom stromabwärts liegt, das freigesetzte CO und H₂ gut mit im Abgasstrom enthaltenem NOx umgesetzt, ohne durch die freigesetzten HC behindert zu sein.
Dies verbessert nicht nur die Reinigungsleistung für NOx, sondern auch die für HC, wodurch die Abgasreinigungsleistung des Dreiwegekatalysators 301 insgesamt erhöht ist.
Auch in diesem Fall brauchen das makroporöse Katalysatorelement 301a und mikroporöse Katalysatorelement 301b nicht miteinander gekoppelt und integriert zu sein. Dagegen können das makroporöse Katalysatorelement 301a und mikroporöse Katalysatorelement 301b als weitere Ausführungsform in Richtung des Abgasstroms voneinander getrennt angeordnet sein, was 8 zeigt.
Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform beschrieben.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten einfach darin, daß ein Dreiwegekatalysator 302 anstelle des Dreiwegekatalysators 30 zum Einsatz kommt.
9 zeigt einen Viertelabschnitt einer Zelleinheit des Dreiwegekatalysators 302. Ausgebildet ist der Dreiwegekatalysator 302 in Schichten aus einem mikroporösen Katalysatorelement 302a mit Poren, deren mittlere Porengröße kleiner als die Molekülgröße von HC ist, und einem makroporösen Katalysatorelement 302b mit Poren, deren mittlere Porengröße größer als die Molekülgröße von HC ist. Das mikroporöse Katalysatorelement 302a ist auf einer Oberflächenschichtseite angeordnet, das makroporöse Katalysatorelement 302b dagegen auf einer Innenschichtseite.
Im folgenden wird der Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung beschrieben, in der das mikroporöse Katalysatorelement 302a auf der Oberflächenschichtseite und das makroporöse Katalysatorelement 302b auf der Innenschichtseite angeordnet sind.
Wird der Fettbetrieb bei der O₂-F/B-Steuerung durchgeführt und die reduzierende Atmosphäre im Dreiwegekatalysator 302 erzeugt, kommt es zur Freisetzung von eingefangenem NOx und O₂, um wie in den vorstehenden Ausführungsformen die Oxidations-Reduktions-Reaktion mit CO und HC zu bewirken, die im Abgasausstoß enthalten sind. Da in diesem Verfahren die Oxi dations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit als die von HC und NOx hat, wird das freigesetzte NOx vorrangig mit CO umgesetzt, während der freigesetzte O₂ gut mit HC umgesetzt wird.
Sobald NOx und O₂ ausreichend freigesetzt sind, werden CO und H₂ mit kleinerer Molekülgröße als HC in Mikroporen S des mikroporösen Katalysatorelements 302a auf der Oberflächenschichtseite zufriedenstellend eingefangen, und HC mit großer Molekülgröße durchlaufen Spalte im mikroporösen Katalysatorelement 302a, um in Makroporen L des makroporösen Katalysatorelements 302b auf der Innenschichtseite erfolgreich eingefangen zu werden. Wie in den vorstehenden Ausführungsformen werden im Dreiwegekatalysator 302 CO und HC aktiv voneinander getrennt und im mikroporösen Katalysatorelement 302a bzw. makroporösen Katalysatorelement 302b eingefangen.
Bei Durchführung des Magerbetriebs und Erzeugung der oxidierenden Atmosphäre im Dreiwegekatalysator 302 werden eingefangenes CO, H₂ und HC freigesetzt, um die Oxidations-Reduktions-Reaktion mit O₂ und NOx zu erzeugen, die im Abgasausstoß enthalten sind. In diesem Fall werden CO und HC im mikroporösen Katalysatorelement 302a bzw. makroporösen Katalysatorelement 302b wie zuvor erwähnt getrennt eingefangen. Ferner werden CO und H₂ im mikroporösen Katalysatorelement 302a freigesetzt, das auf der Oberflächenschichtseite liegt. Daher werden das freigesetzte CO und H₂ vorzugsweise und sicher mit im Abgasausstoß enthaltenem NOx im mikroporösen Katalysatorelement 302a auf der Oberflächenschichtseite umgesetzt, was teilweise Folge der Tatsache ist, daß die Reaktionsgeschwindigkeit der Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx schneller als die von HC und NOx ist. Durch Verwendung von CO zur Reaktion mit NOx auf diese Weise werden die freigesetzten HC mit im Abgasausstoß enthaltenem O₂ im makroporösen Katalysatorelement 302b auf der Innenschichtseite vollständig umgesetzt.
Dies erhöht nicht nur die Reinigungsleistung für NOx, sondern auch die für HC, was die Abgasreinigungsleistung des Dreiwegekatalysators 302 insgesamt steigert.
Sind ferner das mikroporöse Katalysatorelement 302a und das makroporöse Katalysatorelement 302b in Schichten ausgebildet, wird beim Kaltstart des Motors 1 die Temperatur des mikroporösen Katalysatorelements 302a und des makroporösen Katalysatorelements 302b im wesentlichen gleichzeitig erhöht, und sie springen erfolgreich an.
Im folgenden wird eine vierte Ausführungsform beschrieben.
Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten nur darin, daß ein Dreiwegekatalysator 303 anstelle des Dreiwegekatalysators 302 zum Einsatz kommt.
10 zeigt einen Viertelabschnitt einer Zelleinheit des Dreiwegekatalysators 303. Ausgebildet ist der Dreiwegekatalysator 303 in Schichten aus einem makroporösen Katalysatorelement 303a mit Poren, deren mittlere Porengröße größer als die Molekülgröße von HC ist, und einem mikroporösen Katalysatorelement 303b mit Poren, deren mittlere Porengröße kleiner als die Molekülgröße von HC ist. Das makroporöse Katalysatorelement 303a ist auf der Oberflächenschichtseite angeordnet, das mikroporöse Katalysatorelement 303b auf der Innenschichtseite. Anders gesagt sind im Dreiwegekatalysator 303 das mikroporöse und makroporöse Katalysatorelement verglichen mit dem Dreiwegekatalysator 302 umgekehrt positioniert.
Im folgenden wird der Betrieb der Abgasreinigungsvorrichtung beschrieben, in der das makroporöse Katalysatorelement 303a auf der Oberflächenschichtseite und das mikroporöse Katalysatorelement 303b auf der Innenschichtseite angeordnet sind.
Wird der Fettbetrieb in der O₂-F/B-Steuerung realisiert und die reduzierende Atmosphäre im Dreiwegekatalysator 303 erzeugt, kommt es zur Freisetzung von eingefangenem NOx und O₂, um wie in den vorstehenden Ausführungsformen die Oxidations-Reduktions-Reaktion mit CO und HC zu bewirken, die im Abgasausstoß enthalten sind. Da die Reaktionsgeschwindigkeit der Oxidations-Reduktions-Reaktion von CO und NOx schneller als die von HC und NOx ist, wird das freigesetzte NOx vorran gig mit CO umgesetzt, während der freigesetzte O₂ gut mit HC zur Reaktion gebracht wird.
Sobald NOx und O₂ ausreichend freigesetzt sind, werden HC mit großer Molekülgröße in Makroporen L des makroporösen Katalysatorelements 303a auf der Oberflächenschichtseite zufriedenstellend eingefangen. Andererseits wird CO mit kleinerer Molekülgröße als HC in Mikroporen S des mikroporösen Katalysatorelements 303b auf der Innenschichtseite erfolgreich eingefangen. Wie in den vorstehenden Ausführungsformen werden im Dreiwegekatalysator 303 HC und CO aktiv voneinander getrennt und im makroporösen Katalysatorelement 303a bzw. mikroporösen Katalysatorelement 303b eingefangen.
Bei Durchführung des Magerbetriebs und Erzeugung der oxidierenden Atmosphäre im Dreiwegekatalysator 303 werden eingefangene HC und CO freigesetzt, um die Oxidations-Reduktions-Reaktion mit O₂ und NOx zu erzeugen, die im Abgasausstoß enthalten sind. In diesem Fall werden wie zuvor erwähnt HC und CO im makroporösen Katalysatorelement 303a bzw. mikroporösen Katalysatorelement 303b getrennt eingefangen. Daher werden die freigesetzten HC gut mit im Abgasstrom enthaltenem O₂ im makroporösen Katalysatorelement 303a auf der Oberflächenschichtseite umgesetzt, und das freigesetzte CO wird mit im Abgasausstoß enthaltenem NOx ohne ernste Behinderung durch die freigesetzten HC im mikroporösen Katalysatorelement 303b auf der Innenschichtseite relativ gut umgesetzt.
Folglich ist nicht nur die Reinigungsleistung für NOx, sondern auch für HC erhöht, was die Abgasreinigungsleistung des Dreiwegekatalysators 303 insgesamt steigert.
Auch in diesem Fall sind das makroporöse Katalysatorelement 303a und das mikroporöse Katalysatorelement 303b in Schichten ausgebildet, so daß beim Kaltstart des Motors 1 die Temperatur des makroporösen Katalysatorelements 303a und mikroporösen Katalysatorelements 303b im wesentlichen gleichzeitig erhöht wird und sie erfolgreich anspringen.
Im folgenden wird eine fünfte Ausführungsform beschrieben.
Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten einfach darin, daß die A/F-Modulation (Modulationsein richtung für das Kraftstoff/Luft-Verhältnis) zwangsweise implementiert wird, statt die O₂-F/B-Steuerung durchzuführen.
11 zeigt eine Steuerroutine einer A/F-Modulationssteuerung in einem Ablaufplan. Erläuterungen werden anhand des Ablaufplans vorgenommen.
Zuerst beurteilt Schritt S20, ob ein Zeitzähler eine vorbestimmte Zeit t1 gezählt hat. Die vorbestimmte Zeit t1 ist z. B. auf der Grundlage eines Vorexperiments o. ä. gleich oder kleiner als die Zeit eingestellt, die erwartungsgemäß benötigt wird, bevor eine Einfangmenge von CO im mikroporösen Katalysatorelement 30a des Dreiwegekatalysators 30 einen gesättigten Zustand oder einen Durchbruchpunkt erreicht. Das heißt, Schritt S20 beurteilt, ob die Einfangmenge von CO auf einer Stufe unmittelbar vor Erreichen des Durchbruchpunkts liegt.
Bei verneinendem Ergebnis der Beurteilung im Schritt S20, was bedeutet, daß die vorbestimmte Zeit t1 noch nicht abgelaufen ist, gilt das Einfangen von CO als möglich. Danach geht das Verfahren zu Schritt S22 über, und der Fettbetrieb wird durchgeführt oder fortgesetzt. Bei bejahendem Beurteilungsergebnis, was bedeutet, daß die vorbestimmte Zeit t1 abgelaufen ist, fährt das Verfahren dagegen mit Schritt S24 fort.
Im Schritt S24 wird beurteilt, ob der Zeitzähler eine vorbestimmte Zeit t2 gezählt hat. Die vorbestimmte Zeit t2-t1 ist z. B. auf der Grundlage eines Vorexperiments o. ä. gleich oder kleiner als die Zeit eingestellt, die erwartungsgemäß benötigt wird, bevor eine Einfangmenge von NOx im mikroporösen Katalysatorelement 30a des Dreiwegekatalysators 30 einen gesättigten Zustand oder einen Durchbruchpunkt erreicht. Kurz gesagt beurteilt Schritt S24, ob die Einfangmenge von NOx auf einer Stufe unmittelbar vor Erreichen des Durchbruchpunkts liegt.
Bei verneinendem Ergebnis der Beurteilung von Schritt S24, was bedeutet, daß die vorbestimmte Zeit t2 noch nicht abgelaufen ist, wird NOx als eingfangbar betrachtet. Anschließend geht das Verfahren zu Schritt S26 über, und der Magerbetrieb wird realisiert oder fortgesetzt. Ist dagegen das Beurteilungsergebnis im Schritt S24 bejahend, was bedeutet, daß die vorgeschriebene Zeit t2 abgelaufen ist, geht das Verfahren zu Schritt S28 über, und der Zähler wird auf null zurückgesetzt. Danach werden der Fettbetrieb und Magerbetrieb wiederholt realisiert.
In der fünften Ausführungsform wird im Grunde das Abgas-A/F zwischen dem fetten A/F und dem mageren A/F in einem Bereich effizient moduliert, in dem die Einfangmengen von CO und NOx im Dreiwegekatalysator 30 nicht die jeweiligen Durchbruchpunkte erreichen.
Infolgedessen wird in der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform das Abgas-A/F effizient zwischen dem mageren A/F und dem fetten A/F infolge der A/F-Modulationssteuerung moduliert, um so die oxidierende und reduzierende Atmosphäre zufriedenstellend zu erzeugen. Daher werden CO und HC wiederholt und zufriedenstellend fortgesetzt im Dreiwegekatalysator 30 eingefangen, während sie in der reduzierenden Atmosphäre voneinander getrennt werden. In der oxidierenden Atmosphäre wird das freigesetzte CO mit Sicherheit mit im Abgasausstoß enthaltenen NOx vorrangig zur Reaktion gebracht, ohne durch die freigesetzten HC behindert zu sein. Folglich ist die Reinigungsleistung für NOx verbessert. Durch Verwendung von CO zur Reaktion mit NOx werden die freigesetzten HC mit im Abgasausstoß enthaltenem O₂ vollständig umgesetzt, was zur Erhöhung der Reinigungsleistung für HC führt. Infolgedessen ist die Abgasreinigungsleistung des Dreiwegekatalysators 30 insgesamt erhöht und wird konstant auf hohem Niveau gehalten.
Obwohl der Dreiwegekatalysator 30 der ersten Ausführungsform in der vorstehenden Erläuterung verwendet wird, ist der Dreiwegekatalysator nicht darauf beschränkt, und die fünfte Ausführungsform ist anwendbar, wenn einer der Dreiwegekatalysatoren 301, 302 und 303 der zweiten, dritten und vierten Ausführungsform verwendet wird.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist der Dreiwegekatalysator mit dem mikroporösen und makroporösen Katalysatorelement versehen, die sich in der mittleren Porengröße unterscheiden, um so CO und HC, d. h. zwei im Abgasaus stoß enthaltene Komponenten, zu trennen. Möglich ist aber auch, die mittlere Porengröße je nach einzufangenden Komponenten weiter zu variieren und drei oder mehr Katalysatorelemente (Porengruppe) anzuordnen, um dadurch drei oder mehr Komponenten zu trennen, die im Abgasausstoß enthalten sind. Ferner sind zu trennende Komponenten, die im Abgasausstoß enthalten sind, nicht auf CO und HC beschränkt. Zu trennende Komponenten können dagegen nach Bedarf ausgewählt sein.
Obwohl in den vorstehenden Ausführungsformen der Ottomotor als Motor 1 verwendet wird, kann der Motor 1 ein Dieselmotor sein.
Nachdem die Erfindung beschrieben wurde, ist klar, daß sie auf vielfache Weise variiert werden kann. Solche Variationen sind nicht als Abweichung vom Grundgedanken und Schutzumfang der Erfindung aufzufassen, und alle derartigen Abwandlungen, die dem Fachmann deutlich sein werden, sollen vom Schutzumfang der nachfolgenden Ansprüche erfaßt sein.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mit: einem Dreiwegekatalysator (30, 301, 302, 303), der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß: der Dreiwegekatalysator ein oder mehrere Katalysatorelemente aufweist und zwei oder mehr Porengruppen, die sich in der mittleren Porengröße unterscheiden, in einem Washcoat hat.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: der Dreiwegekatalysator aufweist: ein mikroporöses Katalysatorelement (30a, 301b, 302a, 303b) mit einer Mikroporengruppe, deren mittlere Porengröße kleiner als eine vorgeschriebene Größe ist, in einem Washcoat und ein makroporöses Katalysatorelement (30b, 301a, 302b, 303a) mit einer Makroporengruppe, deren mittlere Porengröße größer als die vorgeschriebene Größe ist, in einem Washcoat.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß: der Dreiwegekatalysator aufweist: ein mikroporöses Katalysatorelement (30a, 301b, 302a, 303b) mit einer Mikroporengruppe, deren mittlere Porengröße kleiner als die Molekülgröße von HC ist, in einem Washcoat und ein makroporöses Katalysatorelement (30b, 301a, 302b, 303a) mit einer Makroporengruppe, deren mittlere Porengröße größer als die Molekülgröße von HC ist, in einem Washcoat.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß: das mikroporöse Katalysatorelement (30a, 301b) und das makroporöse Katalysatorelement (30b, 301a) in Reihe miteinander angeordnet sind, wobei sie in Richtung eines Abgasstroms weisen.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß: das mikroporöse Katalysatorelement (30a) im Abgasstrom stromaufwärts und das makroporöse Katalysatorelement (30b) im Abgasstrom stromabwärts angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß: das mikroporöse Katalysatorelement (302a, 303b) und das makroporöse Katalysatorelement (302b, 303a) in Schichten angeordnet sind.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß: das mikroporöse Katalysatorelement (302a) auf einer Oberflächenschichtseite und das makroporöse Katalysatorelement (302b) auf einer Innenschichtseite angeordnet ist.
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit: einer Modulationseinrichtung für das Kraftstoff/Luft-Verhältnis zum periodischen Modulieren eines Kraftstoff/Luft-Verhältnisses eines Abgasausstoßes, der in den Dreiwegekatalysator strömt, zwischen einem mageren Kraftstoff/Luft-Verhältnis und einem fetten Kraftstoff/Luft-Verhältnis.