DE102005014872A1

DE102005014872A1 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102005014872A1
Application number: DE102005014872A
Authority: DE
Inventors: Minehiro Murata; Yasuhiro Tsutsui; Nobuhiro Kondo; Yoshinori Takahashi
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2005-11-17
Also published as: US20050223698A1; KR100679540B1; KR20060045406A; CN1676893A

Abstract

Eine Abgasreinigungsvorrichtung umfasst einen Reduktionskatalysator zur NO¶x¶-Einlagerung, der NO¶x¶ einlagert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das eingelagerte NO¶x¶ freisetzt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases reich ist, eine Veränderungseinheit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, eine Zufuhreinheit für das Reduktionsmittel, welche dem Reduktionskatalysator zur NO¶x¶-Einlagerung ein Reduktionsmittel zusetzt, eine Temperaturmesseinheit, welche die Temperatur des Reduktionskatalysators zur NO¶x¶-Einlagerung misst, eine Einheit zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung, welche den Zeitpunkt zur Durchführung des Regenerierungsverfahrens der SO¶x¶-Vergiftung zur Freisetzung von SO¶x¶ aus dem Reduktionskatalysator zur NO¶x¶-Einlagerung beurteilt, und eine Steuereinheit.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung zum Eliminieren von schädlichen Komponenten und Mikroteilchen usw., die im Abgas eines Verbrennungsmotors enthalten sind.

Bei einem eine magere Verbrennung ermöglichenden Verbrennungsmotor, wie einem Dieselmotor, in welchem der Motorbetrieb durch Verbrennung eines Gasgemischs mit hohem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (magere Atmosphäre) innerhalb eines weiten Betriebsbereichs durchgeführt wird, ist die Abgasleitung des Motors mit einem NO_x-Katalysator, dessen Funktion die Reinigung des Abgases von Stickoxiden (NO_x) ist, versehen. Verwendung als NO_x-Katalysator findet z.B. ein Katalysator, bei dem ein Katalysator, in welchem ein NO_x-Einlagerungsmittel NO_x in Gegenwart von Sauerstoff einlagern kann, und ein Edelmetallkatalysator, der Kohlenwasserstoffe (HC) katalysieren kann, gemeinsam von einem Träger gehalten werden, der aus poröser Keramik usw. gebildet ist und eine Wabenstruktur aufweist.

Ein NO_x-Katalysator kann NO_x einlagern, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nicht weniger als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis beträgt (dieser Zustand wird hier nachstehend als „magerer" Zustand bezeichnet), und setzt NO_x frei, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nicht mehr als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis beträgt (dieser Zustand wird hier nachstehend als „reicher" Zustand bezeichnet). Wird NO_x im Abgas freigesetzt, wobei HC, CO usw. im Abgas vorliegen, finden Redoxreaktionen, in welchen NO_x als Oxidationskomponente und HC und CO als Reduktionskomponenten wirken, unter diesen Komponenten auf Grund von durch den Edelmetallkatalysator geförderten Oxidationsreaktionen von HC und CO statt. HC und CO werden folglich zu CO₂ und H₂O oxidiert und NO_x wird zu N₂ reduziert.

Selbst wenn das Abgas im mageren Zustand vorliegt, lagert der NO_x-Katalysator nach dem Einlagern einer vorbestimmten Grenzmenge an NO_x durch den NO_x-Katalysator kein NO_x mehr ein. Folglich wird im Allgemeinen, bevor die NO_x-Einlagerungsmenge des NO_x-Katalysators die Grenzmenge erreicht, eine Steuerung des Regenerierungsvorgangs, durch welche Leichtöl oder ein anderes als Kraftstoff an der Stromaufwärtsseite des NO_x-Katalysators in der Abgasleitung verwendetes Reduktionsmittel durch eine Zufuhreinheit für das Reduktionsmittel zugeführt wird, zum Freisetzen und Durchführen einer Reduktionsreinigung des im NO_x-Katalysator eingelagerten NO_x in vorbestimmten Intervallen wiederholt, um dadurch die NO_x-Einlagerungskapazität des NO_x-Katalysators zu reaktivieren.

Da jedoch Schwefelkomponenten im Kraftstoff (Leichtöl) eines Verbren nungsmotors enthalten sind, sind von solchen Schwefelkomponenten im Kraftstoff stammende Schwefeloxide (SO_x) zusammen mit NO_x im Abgas vorhanden. Da das im Abgas vorhandene SO_x von dem NO_x-Katalysator eingelagert und außerdem selbst unter Bedingungen, die zum Freisetzen des im Katalysator eingelagerten NO_x geeignet sind (abgasreiche Bedingungen), vom Katalysator nicht leicht freigesetzt wird, wird das SO_x im Abgas stufenweise im NO_x-Katalysator eingelagert, wodurch eine S-Vergiftung verursacht wird, wenn der Motorbetrieb fortgesetzt wird.

Als Verfahren zum effizienten Zersetzen und Eliminieren von im NO_x-Katalysator eingelagerten Mikroteilchen und SO_x ist eine Betriebssteuerung (hier nachstehend als Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung bezeichnet) bekannt, in welcher die Kraftstoffeinspritzmenge in einen Motor erhöht wird, während die Luftansaugmenge vermindert wird, damit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases dichter und etwas reicher als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (stöchiometrische Verhältnis) wird, und Kraftstoff der Abgasleitung stromaufwärts zum NO_x-Katalysator durch die Zufuhreinheit für das Reduktionsmittel zugesetzt wird, um die Temperatur des NO_x-Katalysators auf eine Zieltemperatur von z.B. 600°C oder höher zu erhöhen. Durch Ausführen einer solchen Steuerung der Regenerierung der S-Vergiftung zersetzen und eliminieren die reduzierenden Komponenten im auf das stöchiometrische Verhältnis oder etwas reicher eingestellten Abgas das im Katalysator eingelagerte SO_x unter der hohen Temperaturbedingung. Da selbst bei einer Eliminierung des im Katalysator eingelagerten SO_x usw. durch die reduzierenden Komponenten im Abgas der Katalysator jedoch durch die Reaktionswärme der reduzierenden Komponenten weiter erwärmt wird, kann die Katalysatortemperatur eine übermäßige Temperaturerhöhung erfahren und die Grenztemperatur des Katalysators oder Katalysatorträgers überschreiten.

Auch beim NO_x-Einlagerungskatalysator wird trotz der Einlagerung von NO_x während der Steuerung des mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beim fortdauernden Betrieb der mageren Kraftstoffverbrennung über einen langen Zeitraum auf Grund der bAGRenzten NO_x-Einlagerungsmenge des Katalysators das NO_x im Abgas im Katalysator nicht weiter eingelagert und an dem Punkt, an welchem die NO_x-Einlagerungsmenge eine Sättigung erreicht, an die Atmosphäre abgegeben. Folglich wird, bevor die Einlagerungsmenge des NO_x-Einlagerungskatalysators eine Sättigung erreicht, ein „Anreichern" genannter Vorgang durchgeführt, wobei ein Umschalten auf einen Betrieb mit reichem Luft-Kraftstoff-Verhältnis periodisch durchgeführt wird, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf nicht mehr als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird.

Die JP-A-2001-304011 beschreibt die stufenweise Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases hin zu der reichen Seite, wenn die Temperatur eines NO_x-Einlagerungskatalysators nicht weniger als eine vorbestimmte Temperatur beträgt.

Obwohl ein NO_x-Einlagerungskatalysator selbst bei einer Temperatur NO_x einlagern kann, die niedriger als oder gleich einer die Reduktion ermöglichenden Temperatur ist, kann das eingelagerte NO_x beim Erhöhen der Katalysatortemperatur im Verfahren zur Durchführung der Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung auf dem NO_x-Einlagerungskatalysator auf Grund der Wärmedissoziation freigesetzt werden, und ein Durchrutschen des NO_x, bei welchem das NO_x ohne Reinigung abgegeben wird, kann beim Übergang auf die Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung auftreten. Die Temperatur, bei welcher NO_x im NO_x-Einlagerungskatalysator eingelagert wird, liegt in einem weiten Bereich von einer niedrigen Abgastemperatur bis zu einer hohen Abgastemperatur, und es wird angenommen, dass das vorstehende Phänomen insbesondere auf Grund der Freisetzung des bei niedrigen Temperaturen eingelagerten NO_x auftritt.

Zwar beschreibt die JP-A-2001-304011 die stufenweise Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases hin zu der reichen Seite, wenn die Temperatur des NO_x-Einlagerungskatalysators nicht weniger als die vorbestimmte Temperatur beträgt, die Wärmedissoziationstemperatur des Katalysators wird jedoch nicht berücksichtigt.

Demgegenüber beschreibt die JP-A-2003-120373 die mehrmalige Zugabe eines Additivs unter Erhöhung der Temperatur des NO_x-Einlagerungskatalysators.

Obwohl ein NO_x-Einlagerungskatalysator die Einlagerung selbst bei einer Temperatur, die nicht höher ist als eine die Reduktion ermöglichende Temperatur, durchführen kann, wird das eingelagerte NO_x beim Erhöhen der Katalysatortemperatur im Verfahren zur Durchführung der Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung auf dem NO_x-Einlagerungskatalysator auf Grund der Wärmedissoziation vor Erreichen der Katalysatoraktivierungstemperatur freigesetzt, und ein Durchrutschen des NO_x, bei welchem das NO_x ohne Reinigung abgegeben wird, kann beim Übergang zur Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung auftreten. Auch kann beim schlagartigen Erhöhen der Temperatur auf die die Regenerierung der S-Vergiftung ermöglichende Temperatur die Katalysatortemperatur eine übermäßige Temperaturerhöhung erfahren und die Grenztemperatur des Katalysators oder des Katalysatorträgers überschreiten.

Zwar beschreibt die JP-A-2003-120373 die mehrmalige Zugabe eines Additivs während der Erhöhung der Temperatur eines NO_x-Einlagerungskatalysators, jedoch berücksichtigt sie eine die Reaktion ermöglichende Temperatur des Katalysators nicht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Abgasreinigungsvorrichtung bereitzustellen, die während der Steuerung der Regenerierung der S-Vergiftung plötzliche Temperaturerhöhungen des NO_x-Einlagerungskatalysators verhindern kann, um das Durchrutschen von NO_x auf Grund der Wärmedissoziation einzuschränken.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung schließt eine Abgasreinigungsvorrichtung Folgendes ein: einen Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung, der in einer Abgasleitung eines eine magere Verbrennung ermöglichenden Verbrennungsmotors angeordnet ist, wobei der Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung NO_x einlagert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines einströmenden Abgases mager ist und das eingelagerte NO_x freisetzt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases reich ist, eine Wechseleinheit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert, eine Zufuhreinheit für ein Reduktionsmittel, die ein Reduktionsmittel dem Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung zusetzt, eine Temperaturmesseinheit, die die Temperatur des Reduktionskatalysators zur NO_x-Einlagerung misst, eine Einheit zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung, die den Zeitpunkt zum Ausführen eines Verfahrens zur Regenerierung der SO_x-Vergiftung zur Freisetzung von SO_x aus dem Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung beurteilt, und eine Steuereinheit, durch welche das Reduktionsmittel von der Zufuhreinheit für das Reduktionsmittel zugesetzt werden kann, wenn die Einheit zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung beurteilt, dass der Zeitpunkt zum Ausführen des Verfahrens zur Regenerierung der SO_x-Vergiftung erreicht wurde, wobei die Steuereinheit die Wechseleinheit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart steuert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen reichen Zustand versetzt wird, wenn die von der Temperaturmesseinheit gemessene Temperatur niedriger als die Wärme dissoziationstemperatur des Reduktionskatalysators zur NO_x-Einlagerung und höher als eine die NO_x-Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur ist.

In der vorliegenden Erfindung wird, wenn die Einheit zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung beurteilt, dass der Zeitpunkt der Verfahrensdurchführung erreicht wurde, die zugesetzte Menge des Reduktionsmittels, das von der Zufuhreinheit für das Reduktionsmittel zugesetzt wird, stufenweise erhöht. Die Temperaturerhöhung des Katalysators erfolgt somit stufenweise. Auch wird, wenn während der Erhöhung der zugesetzten Menge des Reduktionsmittels die von der Temperaturmesseinheit gemessene Temperatur niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur des Reduktionskatalysators zur NO_x-Einlagerung ist, die Wechseleinheit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart gesteuert, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen reichen Zustand versetzt wird. Das im Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung eingelagerte NO_x kann folglich reduziert werden, bevor der Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung die Wärmedissoziationstemperatur erreicht, wodurch das Ausmaß des Durchrutschens von NO_x, welches auftritt, wenn die Wärmedissoziationstemperatur erreicht ist, vermindert wird. Auch kann, da die Temperaturerhöhung des Katalysators stufenweise durchgeführt wird, eine übermäßige Erhöhung der Temperatur (übermäßige Temperaturerhöhung) des Reduktionskatalysators zur NO_x-Einlagerung eingeschränkt werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Diagramm der Anordnung einer Abgasreinigungsvorrichtung einer Ausführungsform dieser Erfindung und einen Motor, an welchem diese Vorrichtung angeschlossen ist;
2 zeigt Liniendiagramme der Beziehungen der Regenerierungsdauer der Vergiftung, der Zufuhrmenge des Reduktionsmittels, der Katalysatortemperatur und des Zeitpunkts der Durchführung der Anreicherung in einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt ein Fließdiagramm einer Ausführungsform der Steuerung durch eine Steuereinheit in einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt Liniendiagramme der Beziehungen der Regenerierungsdauer der Vergiftung, der Zufuhrmenge des Reduktionsmittels, der Katalysatortemperatur und des Zeitpunkts der Durchführung der Anreicherung in einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
5 zeigt ein Strömungsdiagramm einer Ausführungsform der Steuerung durch eine Steuereinheit in einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Erste Ausführungsform>
1 zeigt eine Abgasreinigungsvorrichtung, bei welcher es sich um eine Ausführungsform dieser Erfindung handelt. Diese Abgasreinigungsvorrichtung wird an einem Verbrennungsmotor (hier nachstehend als „Motor" bezeichnet) 1 angebracht. Beim Motor 1 handelt es sich um einen Vierzylindermotor, der mit einem Kraftstoffzufuhrsystem 2, Verbrennungsräumen 3, einem Luftansaugsystem 4, einem Abgassystem 5 usw. als Hauptbestandteile versehen ist. Das Kraftstoffzufuhrsystem 2 ist mit einer Zufuhrpumpe 9, einer Common Rail 6 und Einspritzaggregaten 7, bei welchen es sich um die Haupteinspritzeinheit handelt und die als Wechseleinheit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dienen, ausgestattet. Die Zufuhrpumpe 9 wird durch den Motor 1 angetrieben, übt hohen Druck auf den von einem hier nicht dargestellten Kraftstofftank herauf gepumpten Kraftstoff aus und führt den Kraftstoff der Common Rail 6 über eine Motorkraftstoffleitung 8 zu. Die Common Rail 6 funktioniert als Druckspeicherkammer, die den von der Zufuhrpumpe 9 zugeführten Kraftstoff unter hohem Druck bei einem vorbestimmten Druck hält (den Druck anstaut) und den Kraftstoff unter angestautem Druck auf die Einspritzaggregate 7, die derart angeordnet sind, dass sie den Verbrennungsräumen 3 der jeweiligen Zylinder gegenüberliegen, verteilt.
Jedes Einspritzaggregat 7 ist ein Magnetventil eines bekannten Typs, das in seinem Inneren mit einem veranschaulichten elektromagnetischen Magneten ausgestattet ist. Jedes Einspritzaggregat 7 führt einem entsprechenden Zylinder auf der Basis des Motorbetriebszustands entweder im Ansaugtakt oder im Verdichtungstakt des Motors 1 direkt Kraftstoff zu, und die Grundeinspritzmenge zum Erhalt einer Antriebskraft wird durch ein nicht dargestelltes Kennfeld bestimmt.
Das Luftansaugsystem 4 bildet eine Leitung (Ansaugluftleitung) für die den jeweiligen Verbrennungsräumen 3 zugeführte Ansaugluft, und das Abgassystem 5 bildet eine Leitung (Abgasleitung) für das von den jeweiligen Verbrennungsräumen 3 abgegebene Abgas. Der Motor 1 ist mit einem Turbolader 10 versehen, bei welchem es sich um einen Turbolader eines bekannten Typs handelt. Der Turbolader 10 ist mit Rotoren 12 und 13 ausgestattet, die über eine Welle 11 verbunden sind. Bei einem der Rotoren handelt es sich um ein dem Abgas innerhalb des Abgassystems 5 ausgesetztes Turbinenrad 12 und bei dem anderen Rotor um ein der Ansaugluft innerhalb des Luftansaugsystems 4 ausgesetztes Verdichtungsrad 13. Der Turbolader 10 mit einer derartigen Anordnung führt eine bekannte Form des Turboladens unter Verwendung des Abgasstroms (Abgasdrucks) durch, der durch das Turbinenrad 12 aufgenommen wird, um das Verdichtungsrad 13 zu drehen und den Luftansaugdruck zu erhöhen. An der Stromaufwärtsseite der Luftansaugung in Bezug auf das Verdichtungsrad 13 ist ein Luftstrommessfühler 28 angeordnet, der ein Messsignal entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit (Ansauggeschwindigkeit) der in das Luftansaugsystem 4 eingebrachten Luft (Ansaugluft) ausgibt.
Ein im Luftansaugsystem 4 an der Stromabwärtsseite des Turboladers 10 angeordneter Ladeluftkühler 14 forciert das Kühlen der Ansaugluft, deren Temperatur durch die Turboladung erhöht wurde. Eine Drosselklappe 15, welche weiter stromabwärts vom Ladeluftkühler 14 angeordnet ist und als Wechseleinheit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis funktioniert, ist ein elektronisch betriebenes Öffnungs-/Schließventil, mit welchem das Öffnen in stufenloser Weise eingestellt werden kann, und das die Funktion der Einstellung der Zufuhrgeschwindigkeit (Strömungsgeschwindigkeit) der Ansaugluft durch Verändern der Strömungswegzone für die Ansaugluft unter vorbestimmten Bedingungen ausübt.
Der Motor 1 weist eine darin ausgebildete AGR-Leitung 16 auf, welche als Abgasrückflussleitung dient, die die Stromaufwärtsseiten (Luftansaugsystem 4) und die Stromabwärtsseiten (Abgassystem 5) der Verbrennungsräume 3 umgeht. Die AGR-Leitung 16 weist die Funktion auf, unter geeigneten Verhältnissen einen Teil der Abgase dem Luftansaugsystem 4 zurückzuführen. In der AGR-Leitung 16 sind ein AGR-Ventil 17, welches in stufenloser Weise durch elektronische Steuerung geöffnet und geschlossen wird, die freie Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des durch die Leitung strömenden Abgases (AGR-Gases) ermöglicht und auch als Wechseleinheit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis dient, und ein AGR-Kühler 18, welcher das durch die AGR-Leitung 16 geleitete (zurückströmende) Abgas kühlt, angeordnet.
In der Abgasleitung 50 an der Stromabwärtsseite in Richtung der Abgasausströmung aus dem Turbinenrad 12 sind eine Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel, welche als Reduktionsmittel dienenden Kraftstoff dem durch die Abgasleitung 50 strömenden Abgas zuführt und zusetzt, und ein Reduktionskatalysator 20 zur NO_x-Einlagerung (hier nachstehend als „NO_x-Katalysator" bezeichnet), der in einem Gehäuse 27 untergebracht ist und das Abgas reinigt, angeordnet.
Die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel ist über eine zusätzliche Kraftstoffleitung 23 an die Zufuhrpumpe 9 angeschlossen und wird dadurch mit einem Teil des vom Kraftstofftank herauf gepumpten Kraftstoffs versorgt. In der zusätzlichen Kraftstoffleitung 23 ist ein Magnetregelventil 24 angeordnet, welches die Strömungsgeschwindigkeit des Kraftstoffs von der Zufuhrpumpe 9 zur Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel einstellt und die zusätzliche Kraftstoffleitung 23 öffnet und schließt. Der Zeitpunkt des Öffnens/Schließens des Magnetregelventils 24 wird durch eine Steuereinheit 25 gesteuert und führt und setzt den als Reduktionsmittel dienenden Kraftstoff dem Abgas in der Abgasleitung 50 an der Stromaufwärtsseite des NO_x-Katalysators 20 zu.
Ein Messfühler für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) 30 ist in der Abgasleitung 50 an der Stromaufwärtsseite des NO_x-Katalysators 20 angeordnet. Der Messfühler für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) 30 gibt ein Messsignal aus, welches kontinuierlich entsprechend der Sauerstoffkonzentration im Abgas an der Stromaufwärtsseite des Gehäuses 27 variiert. In der Abgasleitung 50 an der Stromabwärtsseite des NO_x-Katalysators 20 sind ein Abgastemperaturmessfühler 32, welcher als die Temperatur des NO_x-Katalysators 20 messende Temperaturmesseinheit dient, und ein NO_x-Messfühler 31 angeordnet. Der NO_x-Messfühler 31 gibt ein Messsignal aus, welches kontinuierlich entsprechend der NO_x-Konzentration im Abgas an der Stromabwärtsseite des NO_x-Katalysators 20 variiert. Ein Messfühler für die Gaspedalstellung 33 ist an einem nicht dargestellten Gaspedal des Motors 1 montiert und gibt ein Messsignal entsprechend dem Wert, um welchen das Pedal herab gedrückt ist, aus. Ein Kurbelwinkelmessfühler 34 gibt jedes Mal, wenn die Ausgangs welle (Kurbelwelle) des Motors 1 um einen festen Winkel rotiert, ein Messsignal (Impuls) aus. Diese Messfühler 30 bis 40 sind mit der Eingangsseite der Steuereinheit 25 elektrisch verbunden.
Die Steuereinheit 25 wird von einem bekannten Computer, der ausgestattet ist mit CPU, ROM, RAM, Backup RAM, Zeitzähler usw., eingerichtet. Die Steuereinheit 25 nimmt die Messsignale von verschiedenen Messfühlern über eine nicht dargestellte externe Eingabeleitung auf und führt auf der Basis dieser Signale die Steuerung bezüglich der Öffnungs-/Schließabläufe der Ventile der Einspritzaggregate 7, der Öffnungseinstellung des AGR-Ventils 17, der Öffnungseinstellung des Drosselventils 15 und verschiedene andere Steuerungen bezüglich des Betriebszustands des Motors 1 durch.
Der NO_x-Katalysator 20 ist im Gehäuse 27 untergebracht und an die Abgasleitung angeschlossen. Der NO_x-Katalysator 20 weist einen Träger mit honigwabenförmiger Struktur auf, auf dessen Oberfläche ein Alkalimetall wie Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) oder Cäsium (Cs), ein Erdalkalimetall wie Barium (Ba) oder Calcium (Ca), oder ein seltenes Erdmetall wie Lanthan (La) oder Yttrium (Y), aufgenommen ist, wodurch er als NO_x-Einlagerungsmittel wirkt, und ein Edelmetall wie Platin (Pt) aufgenommen ist, wodurch er als Oxidationskatalysator (Edelmetallkatalysator) wirkt.
Ein NO_x-Einlagerungsmittel weist die Eigenschaft auf, NO_x einzulagern, wenn das Abgas im mageren Zustand vorliegt, und das NO_x im reichen Zustand freizusetzen. Wird NO_x im Abgas freigesetzt, finden durch im Abgas vorliegende HC, CO usw. Redoxreaktionen, in welchen NO_x als Oxidationskomponente und HC und CO als Reduktionskomponenten wirken, unter diesen Komponenten auf Grund von durch den Edelmetallkatalysator geförderten Oxidationsreaktionen von HC und CO statt. HC und CO werden folglich zu CO₂ und H₂O oxidiert und NO_x zu N₂ redu ziert.
Da nach dem Einlagern einer vorbestimmten Grenzmenge an NO_x ein NO_x-Einlagerungsmittel selbst dann, wenn das Abgas im mageren Zustand vorliegt, kein NO_x mehr einlagern kann, muss das eingelagerte NO_x zu N₂ usw. in einer reduzierenden Atmosphäre reduziert und wie vorstehend beschrieben eliminiert werden. Folglich wird mit der vorliegenden Abgasreinigungsvorrichtung eine so genannte Anreicherung, in welcher ein Betrieb mit reichem Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Vermindern der Ansaugluftmenge durch das AGR oder die Luftansaugdrossel, Erhöhen der Einspritzmenge in den Motor und Durchführen der Kraftstoffeinspritzung in die Abgasleitung durchgeführt wird, durch einen vorherigen Zyklus und für eine vorbestimmte Zeitdauer durchgeführt, um die Bildung eines CO-Überschusszustands, mit anderen Worten einer reduzierenden Atmosphäre, innerhalb des NO_x-Einlagerungskatalysators 20 und dadurch die Freisetzung, Reduktion und Eliminierung des eingelagerten NO_x (NO_x-Entfernung) zu erzwingen. Tatsächlich wird der vorstehend erwähnte vorbestimmte Zyklus durch einen Zeitzähler innerhalb der ECU 25 zeitlich festgelegt, und das AGR-Ventil 17, das Drosselventil 15, die Einspritzaggregate 7 und die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel werden durch die ECU gesteuert. Obwohl der vorbestimmte Zyklus auf der Basis des Zeitpunkts eingestellt wird, zu welchem das im NO_x-Einlagerungskatalysator eingelagerte NO_x die Sättigungsmenge unter normalem Motorbetrieb vermutlich erreicht, kann der Zyklus z.B. auch auf der Basis der zurückgelegten Strecke eines Fahrzeugs berechnet werden. Das heißt der Betrieb mit reichem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (angereichert) kann nach dem Zurücklegen einer vorbestimmten Strecke durchgeführt werden.
Die ECU 25 führt die Steuerung der Kraftstoffeinspritzung durch die Einspritzaggregate 7 auf der Basis des durch die Messsignale der verschiedenen Messfühler ermittelten Betriebszustands des Motors 1 durch.
Hier handelt es sich bei der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung um die Einspritzung von Kraftstoff in die jeweiligen Verbrennungsräume 3 über die entsprechenden Einspritzaggregate 7 und um eine Reihe von Verfahren, bei welchen Parameter wie die Kraftstoffeinspritzmenge, der Einspritzzeitpunkt und der Einspritzverlauf festgelegt und der Betrieb des Öffnens/Schließens der Ventile der jeweiligen Einspritzaggregate 7 auf der Basis dieser festgelegten Parameter durchgeführt wird. Die ECU 25 führt eine solche Reihe von Verfahren innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer während des Betriebs des Motors 1 wiederholt durch. Die Kraftstoffeinspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt werden auf der Basis des Werts des Herabdrückens des Gaspedals und der Motordrehzahl (ein Parameter, der auf der Basis des Impulssignals von dem Kurbelwinkelmessfühler berechnet werden kann) bestimmt und beziehen sich auf ein nicht dargestelltes vorher eingestelltes Kennfeld.
Hinsichtlich der Einstellung des Kraftstoffeinspritzverlaufs erhält die ECU 25 ein Motorausgangssignal durch die Durchführung der Kraftstoffeinspritzung nahe dem oberen Kompressionstotpunkt als Haupteinspritzung in die jeweiligen Zylinder und führt auch eine Kraftstoffeinspritzung (hier nachstehend als „Voreinspritzung" bezeichnet) vor der Haupteinspritzung und eine Kraftstoffeinspritzung (hier nachstehend als „Nacheinspritzung"), die der Haupteinspritzung als Hilfseinspritzung an ausgewählten Zylindern zu geeigneten ausgewählten Zeitpunkten nachfolgt, durch.
Der durch die Nacheinspritzung in einen Verbrennungsraum 3 eingespritzte Kraftstoff wird im Verbrennungsgas zu leichtem HC modifiziert und an das Abgassystem 5 abgegeben. Das heißt leichter HC, der als Reduktionsmittel wirkt, wird dem Abgassystem 5 über die Nacheinspritzung zugeführt, und dadurch wird die Konzentration der Reduktionskomponente im Abgas erhöht. Die dem Abgassystem zugeführten Reduktionskomponenten reagieren durch den NO_x-Katalysator 20 mit dem vom NO_x-Katalysator freigesetzten NO_x und anderen im Abgas enthaltenen oxidierenden Komponenten. Die bei diesem Verfahren gebildete Reaktionswärme erhöht die Betttemperatur (Temperatur) des NO_x-Katalysators. Wie beim Betrieb mit reichem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (angereichert) kann die Nacheinspritzung anstelle der Steuerung zur Erhöhung der Einspritzmenge der Haupteinspritzung durch die Einspritzaggregate 7 in jedem vorbestimmten Zyklus durchgeführt werden.
Die ECU 25 führt die AGR-Steuerung auf der Basis der von den Messsignalen der verschiedenen Messfühler ermittelten Betriebsbedingungen des Motors 1 durch. Die AGR-Steuerung betrifft den Antrieb und Betrieb des in der AGR-Leitung 16 angeordneten AGR-Ventils 17 zur Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit des durch die AGR-Leitung 16 strömenden Gases, d.h. die Strömungsgeschwindigkeit des von dem Abgassystem 5 in das Luftansaugsystem 4 rückgeführten Abgases.
Der angestrebte Ventilöffnungswert des AGR-Ventils 17 (hier nachstehend als „Zielventilöffnungswert" bezeichnet), wird hauptsächlich auf der Basis der Betriebsbedingungen wie der Last, der Drehzahl usw. des Motors 1 und in Bezug auf ein vorher bestimmtes, nicht dargestelltes Kennfeld bestimmt. Die ECU bestimmt diesen Zielventilöffnungswert zu jedem vorbestimmten Zeitpunkt während des Betriebs des Motors 1 neu und gibt nacheinander Befehlssignale an einen Antriebsschaltkreis des AGR-Ventils 17 aus, so dass der tatsächliche Ventilöffnungswert des AGR-Ventils 17 dem neu bestimmten Zielventilöffnungswert entspricht.
Wie bei der Nacheinspritzung kann die Konzentration der Reduktionskomponente im Abgas erhöht und die Betttemperatur des NO_x-Katalysators 20 infolgedessen durch direkte Zugabe des Kraftstoffs (Reduktionsmittels) durch die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel zum Abgassystem 5 erhöht werden. Im Vergleich zum durch die Nacheinspritzung zugeführten Kraftstoff neigt der durch die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel zugeführte Kraftstoff dazu, eher den makromolekularen Zustand beizubehalten und ungleichmäßig im Abgas verteilt zu werden. Auch sind mit der Kraftstoffzugabe durch die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel die Freiheitsgrade hinsichtlich der Kraftstoffmenge, die auf einmal zugegeben werden kann, und des Zeitpunkts der Zugabe größer als im Falle der Nacheinspritzung.
Die Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung wird nun im Überblick beschrieben. Da sowohl die vorstehend beschriebene Nacheinspritzung als auch die Steuerung der Kraftstoffzugabe der Erhöhung der Reduktionskomponenten im Abgas durch wiederholtes Durchführen einer der beiden Steuerungen zu vorbestimmten Intervallen dienen, kann das im NO_x-Katalysator 20 eingelagerte NO_x freigesetzt und der Reduktionsreinigung zum Wiedererlangen der NO_x-Einlagerungskapazität des NO_x-Katalysators 20 unterzogen werden.
Um das bei Fortsetzung des Motorbetriebs des Motors 1 stufenweise im NO_x-Katalysator eingelagerte SO_x usw. zu eliminieren, führt die ECU 25 eine Anreicherungssteuerung (hier nachstehend als „Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung" bezeichnet) durch, wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vor dem Katalysator nach dem Erhöhen der Temperatur des NO_x-Katalysators 20 auf nicht weniger als eine Zieltemperatur (z.B. etwa 600°C), wie in 2 gezeigt, auf nicht mehr als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird. Durch die Durchführung der Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung eliminiert die große Menge der dem NO_x-Katalysator 20 zugeführten Reduktionskomponenten unter der Hochtemperaturbedingung das im Katalysator eingelagerte SO_x. Als Teil der Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung führt die ECU 25 die vorstehend erwähnte Nacheinspritzung oder die Steuerung der Abgaskraftstoffzugabe durch, um die Temperatur des NO_x-Katalysators 20 auf die Zieltemperatur zu erhöhen. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Steuerung (hier nachstehend als „Zufuhrsteuerung der Reduktionskomponente" bezeichnet) durchgeführt, durch welche eine größere Kraftstoffmenge (Reduktionskomponenten), als zum Freisetzen und zur Reduktionsreinigung des im NO_x-Katalysator 20 eingelagerten NO_x erforderlich wäre, der Stromaufwärtsseite des NO_x-Katalysators 20 durch die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel zugeführt wird.
Bei der Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung wird eine große Menge an Reduktionskomponenten der Stromaufwärtsseite des NO_x-Katalysators 20 im Abgassystem durch Festsetzen der Bedingung des Beibehaltens der Temperatur des NO_x-Katalysators 20 bei der für die Regenerierung der S-Vergiftung nötigen Zieltemperatur für die S-Entfernung (600°C), wie in 2 gezeigt, zugeführt. Obwohl jedoch die große Menge an dem Abgassystem zugeführten Reduktionskomponenten die Funktion des Eliminierens des im NO_x-Katalysator 20 unter der Hochtemperaturbedingung eingelagerten SO_x usw. ausübt, weist sie auch das Merkmal der weiteren Temperaturerhöhung des NO_x-Katalysators 20 auf. Folglich kann bei kontinuierlicher Zufuhr der großen Menge an Reduktionskomponenten zu der Stromaufwärtsseite des NO_x-Katalysators 20 im Abgassystem unter normalen Betriebsbedingungen der NO_x-Katalysator 20 übermäßig erwärmt und das eingelagerte NO_x auf Grund der Wärmedissoziation freigesetzt werden.
Die ECU 25 weist folglich eine Einheit 42 zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung auf, und erhöht, wenn durch die Einheit 42 zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung beurteilt wird, dass der Zeitpunkt zum Durchführen des Regenerierungsverfahrens erreicht ist, die zusätzliche durch die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel zugeführte Menge an Reduktionsmittel stufenweise und steuert, wenn die vom Abgastemperaturmessfühler 32 gemessene Temperatur eine vorbestimmte Temperatur (2) ist, die niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur des NO_x-Katalysators 20 ist, das AGR-Ventil 17, das Drosselventil 15, die Einspritzaggregate 7 und die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel, um eine das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen reichen Zustand versetzende Anreicherung durchzuführen. Das heißt falls der vorbestimmte Zyklus der Anreicherung eintritt, wobei die Temperatur niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur ist, wird die Anreicherung durchgeführt, während der vorbestimmte Zyklus, wenn der Zustand, in welchem die Temperatur niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur ist, in Bezug auf den vorbestimmten Zeitpunkt zeitlich versetzt ist, ignoriert und die Durchführung der Anreicherung erzwungen wird, sofern die Temperatur niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur ist.
Die Einheit 42 zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung beurteilt, ob die S-Vergiftung des NO_x-Katalysators 20 fortschreitet oder nicht. Bei der vorliegenden Ausführungsform beurteilt die Einheit 42 zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung den Zeitpunkt zur Regenerierung aus der Historie der Messsignale vom NO_x-Messfühler 31 und gibt, falls sie erkennt, dass die NO_x-Reinigungsfunktion des NO_x-Katalysators 20 nachlässt, ein S-Entfernungssignal aus, welches den Zeitpunkt zur Durchführung der Steuerung der Regenerierung der S-Vergiftung meldet.
Die zugesetzte Menge an von der Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel zugesetztem Reduktionsmittel wird vorher durch einen Test bestimmt und so aufgezeichnet, dass sie im Laufe der Zeit ausgehend von dem Punkt, an welchem das S-Entfernungssignal ausgegeben wird, ansteigt, wie in 2 gezeigt.
Die Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung der Abgasreinigungseinheit mit einer solchen Anordnung wird nun in Übereinstimmung mit dem in 5 gezeigten Fließdiagramm beschrieben. Ungeachtet dessen, ob die Ausgabe des Entfernungssignals beurteilt wird oder nicht, – und falls dieses Signal ausgegeben wird, tritt Schritt S2 ein- wird in Schritt S1 das Magnetregelventil 24 durch die ECU 25 gesteuert und der als das Reduktionsmittel dienende Kraftstoff durch Einspritzen durch die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel mit der niedriger als normal eingestellten Kraftstoffeinspritzmenge (Zugabemenge) dem Abgas zugesetzt. Im Abgassystem 5 steigt die Temperatur des NO_x-Katalysators 20 stufenweise auf Grund des zugesetzten Kraftstoffs an, wie in 2 gezeigt. Die ECU nimmt das Signal vom Abgastemperaturmessfühler 32 auf, und falls in Schritt S3 die gemessene Katalysatortemperatur nicht weniger als die die NO_x-Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur und weniger als die vorbestimmte Temperatur (eine Temperatur, die um einen vorbestimmten Wert niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur ist) beträgt, tritt Schritt S4 ein und eine Anreicherung wird durchgeführt.
Folglich erfolgt die Temperaturerhöhung des Katalysators stufenweise, wenn das den Zeitpunkt zur Durchführung der Regenerierung der Vergiftung meldende S-Entfernungssignal von der Einheit 42 zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung ausgegeben wird, da die Öffnungs-/Schließsteuerung des Magnetregelventils 24 durchgeführt wird, um die zugesetzte Menge an von der Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel zugesetztem Reduktionsmittel stufenweise zu erhöhen. Auch kann, da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den reichen Zustand versetzt wurde, wenn während der Erhöhung der zugesetzten Menge des Reduktionsmittels die vom Abgastemperaturmessfühler 32 gemessene Temperatur eine vorbestimmte Temperatur ist, die niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur des NO_x-Katalysators 20 ist, das im NO_x-Katalysator 20 eingelagerte NO_x reduziert werden, bevor der NO_x-Katalysator 20 die Wärmedissoziationstemperatur erreicht. Das Ausmaß des Durchrutschens von NO_x, das auftritt, wenn sich die Temperatur des NO_x-Katalysators 20 auf Grund des Abgases erhöht und die Wärmedissoziationstemperatur erreicht, kann folglich verringert werden. Auch kann, da die Temperaturerhöhung des Katalysators stufenweise erfolgt, eine übermäßige Erhöhung der Temperatur (übermäßige Temperaturerhöhung) des NO_x-Katalysators 20 unterdrückt werden, um dadurch die Wärmedissoziation zu reduzieren und die Haltbarkeit zu verbessern.
In 2 geben die Strichpunktlinien mit abwechselnd einer langen und zwei kurzen Linien das Ausmaß des Durchrutschens von NO_x und die Temperaturerhöhung des NO_x-Katalysators 20 an, wenn das Additiv von der Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel in einer Menge, welche die Temperatur des NO_x-Katalysators 20 auf die Zieltemperatur der S-Entfernung schlagartig erhöht, eingespritzt wird, und die durchgezogenen Linien geben das Ausmaß des Durchrutschens von NO_x und die Merkmale der Temperaturerhöhung des Katalysators an, wenn wie in der vorliegenden Ausführungsform die Menge des Additivs von der Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel stufenweise erhöht und eine Anreicherung vor Erreichen der Wärmedissoziationstemperatur einmal durchgeführt wird. Wie aus 2 deutlich wird, sinkt die Menge des durchgerutschten NO_x drastisch, wenn die Anreicherung bei einer vorbestimmten Temperatur, die niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur ist, durchgeführt wird.
<Zweite Ausführungsform>
Nun wird nachstehend eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In dieser zweiten Ausführungsform wird, wie in 4 gezeigt, bei der Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung eine große Menge an Reduktionskomponenten der Stromaufwärtsseite des NO_x-Katalysators im Abgassystem durch Festsetzen der Bedingungen des Beibehaltens der Temperatur des NO_x-Katalysators 20 bei der für die Regenerierung der S-Vergiftung nötigen Zieltemperatur der S-Entfernung (600°C) zugeführt. Obwohl jedoch die große Menge an dem Abgassystem zugeführten Reduktionskomponenten die Funktion des Eliminierens des im NO_x-Katalysator 20 unter der Hochtemperaturbedingung eingelager ten SO_x usw. ausübt, weist sie auch das Merkmal der weiteren Temperaturerhöhung des NO_x-Katalysators 20 auf. Folglich kann bei kontinuierlicher Zufuhr der großen Menge an Reduktionskomponenten zur Stromaufwärtsseite des NO_x-Katalysators 20 im Abgassystem der NO_x-Katalysator 20 einer übermäßigen Temperaturerhöhung ausgesetzt sein, das eingelagerte NO_x kann auf Grund der Wärmedissoziation freigesetzt werden, und, falls das Additiv (HC) dem Abgas zugesetzt wird, bevor die die Reaktion ermöglichende Temperatur (HC-Anspringtemperatur), bei welcher der NO_x-Katalysator 20 zumindest seine minimale Funktion aufweist, erreicht ist, kann unverbranntes HC in die Atmosphäre freigesetzt oder das HC an dem Katalysator adsorbiert werden, und nachdem der Katalysator die die Katalysatorreaktion ermöglichende Temperatur erreicht hat, kann dieses HC schlagartig verbrennen und dadurch eine übermäßige Temperaturerhöhung verursachen.
Die ECU 25 weist folglich eine Einheit 42 zur Beurteilung des Zeitpunkts zu Regenerierung der Vergiftung auf und führt, wenn durch die Einheit 42 zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung beurteilt wird, dass der Zeitpunkt zur Durchführung des Regenerierungsverfahrens erreicht ist, eine erste Zugabe an Reduktionsmittel (erste Zugabe), angezeigt durch das Symbol A in 4, durch die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel derart durch, dass die vom Abgastemperaturmessfühler 32 gemessene Temperatur t0 nicht weniger als die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur t2 des NO_x-Katalysators 20 und dennoch weniger als die Wärmedissoziationstemperatur t4 beträgt, und führt, wenn die vom Messfühler 32 für die Abgastemperatur gemessene Temperatur t0 die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur t2 übersteigt, eine Anreicherung durch, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den reichen Zustand zu versetzen, und steuert nach der Durchführung dieser Anreicherung die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel, um eine zweite Reduktionsmittelzugabe (zweite Zugabe), angezeigt durch das Symbol B in 4, derart durchzuführen, dass die vom Abgastemperaturmessfühler 32 gemessene Temperatur t0 gleich der Zieltemperatur zur Regenerierung der SO_x-Vergiftung t3 des NO_x-Katalysators 20 wird. Bei der Durchführung der Anreicherung werden das AGR-Ventil 17, das Drosselventil 15, die Einspritzaggregate 7 und die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel gesteuert.
Auch wenn die vom Abgastemperaturmessfühler 32 gemessene Temperatur t0 niedriger ist als die HC-Anspringtemperatur t1, welche die die Reaktion ermöglichende Temperatur des Katalysators ist, führt die ECU 25 die Steuerung der Temperaturerhöhung des Motors 1 so durch, dass die vom Abgastemperaturmessfühler 32 gemessene Temperatur t0 gleich der HC-Anspringtemperatur t1 wird.
Die Einheit 42 zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung beurteilt, ob die S-Vergiftung des NO_x-Katalysators 20 fortschreitet oder nicht. In der vorliegenden Ausführungsform beurteilt die Einheit 42 zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung den Zeitpunkt zur Regenerierung aus der Historie der Messsignale vom NO_x-Messfühler 31 und gibt, falls sie feststellt, dass die NO_x-Entfernungsfunktion des NO_x-Katalysators 20 nachlässt, ein S-Entfernungssignal aus, welches den Zeitpunkt zur Durchführung der Steuerung zur Regenerierung der S-Vergiftung meldet.
Die von der Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel zugesetzte Reduktionsmittelmenge wird vorher durch einen Test bestimmt und so festgelegt, dass bei der Einspritzung bei der ersten Zugabe die Katalysatortemperatur nicht niedriger als die die Reduktion ermöglichende Temperatur und dennoch niedriger als die NO_x-Wärmedissoziationstemperatur ist, und dass bei der Einspritzung bei der zweiten Zugabe nach Ausführen der Anreicherung die Zusatzmenge so ist, dass die Katalysatortemperatur die Zieltemperatur der Regenerierung der SO_x-Vergiftung, wie in 4 gezeigt, erreichen kann. Die jeweilige Information betreffend die HC- Anspringtemperatur t1, die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur t2 und die Temperatur der Regenerierung der SO_x-Vergiftung t3 werden gespeichert und in das ROM der ECU 25 eingegeben. In der vorliegenden Ausführungsform wird von einer die Reaktion ermöglichenden Temperatur t1 von 200°C, einer die Reduktionsreaktion ermöglichenden Temperatur t2 von 250°C, welche höher als die HC-Anspringtemperatur t1 und niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur t4 ist, und einer Zieltemperatur der Regenerierung der SO_x-Vergiftung t3 von 600°C ausgegangen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird, ebenso wie die Steuerung der Temperaturerhöhung durch den Motor 1, die Abgastemperatur durch die Steuerung der Motorverbrennung durch Erhöhen der Leerlaufdrehzahl, Schließen der Ansaugdrossel usw. erhöht.
Die Steuerung der Regenerierung der S-Vergiftung der Abgasreinigungsvorrichtung mit einer derartigen Anordnung wird nun in Übereinstimmung mit dem in 5 gezeigten Fließdiagramm beschrieben. In Schritt S1 tritt, ungeachtet dessen, ob das Messsignal (Katalysatortemperatur t0) vom Abgastemperaturmessfühler 32 höher als die die Reaktion ermöglichende Temperatur t1 des Katalysators beurteilt wird oder nicht, und wenn die Katalysatortemperatur t0 niedriger als die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur t1 des Katalysators ist, Schritt S2 ein, und die Steuerung der Abgastemperatur des Motors wird durchgeführt. Wird durch diese Steuerung der NO_x-Katalysator 20 erwärmt und überschreitet die Katalysatortemperatur t0 die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur des Katalysators t1 (HC-Anspringtemperatur), tritt Schritt S3 ein. Ungeachtet dessen, ob die Ausgabe des S-Entfernungssignals beurteilt wird oder nicht, – und wenn dieses Signal ausgegeben wird, tritt Schritt S4 ein –, wird in Schritt S3 das Magnetregelventil 24 durch die ECU 25 gesteuert und das Reduktionsmittel der ersten Zugabe aus der Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel wird in das Abgas eingespritzt. Durch diese Einspritzung findet eine Verbrennung im NO_x-Katalysator 20 statt und die Katalysatortemperatur wird erhöht, und die Temperaturverteilung des sich in Wegrichtung der Abgasströmung erstreckenden NO_x-Katalysators 20 wird einer Temperatur, die niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur ist, angeglichen.
In Schritt S5 wird, ungeachtet dessen, ob die Katalysatortemperatur t0 erreicht wurde oder nicht, die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur t2 beurteilt, und wenn die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur t2 erreicht wurde, tritt Schritt S6 ein, um eine Anreicherung durch Steuerung des AGR-Ventils 17, des Drosselventils 15 und der Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel durchzuführen, und dann tritt Schritt S7 ein. Wird die Anreicherung in Schritt S6 durchgeführt, weil die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur t2 nicht höher als die Wärmedissoziationstemperatur t4 ist, kann das im NO_x-Katalysator 20 eingelagerte NO_x verringert werden, bevor der NO_x-Katalysator 20 die Wärmedissoziationstemperatur erreicht.
In Schritt S7 steuert die ECU 25 das Magnetregelventil 24, damit das Reduktionsmittel aus der zweiten Zugabe von der Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel in das Abgas in der Abgasleitung 50 eingespritzt wird, und in Schritt S8 wird das Reduktionsmittel zugesetzt, bis die Katalysatortemperatur t0 gleich der Zieltemperatur t3 der Regenerierung der SO_x-Vergiftung ist. Durch die Einspritzung des Reduktionsmittels findet eine angemessene Verbrennung im NO_x-Katalysator 20 statt, und da die Temperatur auf die Zieltemperatur t3 erhöht wurde, wird das im NO_x-Katalysator 20 eingelagerte SO_x eliminiert.
Da zum Zeitpunkt der Durchführung des Verfahrens zur Regenerierung der SO_x-Vergiftung zum Freisetzen von SO_x aus dem NO_x-Katalysator 20 die erste Zugabe an Reduktionsmittel durch die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel so durchgeführt wird, dass die vom Abgastemperatur messfühler 32 gemessene Temperatur t0 die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur t2 ist, die nicht niedriger als die Katalysatorreaktion ermöglichende Temperatur t1 des NO_x-Katalysators 20 und dennoch niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur t4 ist, und wenn die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur t2 überschritten wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen reichen Zustand versetzt, das im NO_x-Katalysator 20 eingelagerte NO_x kann wirksam reduziert und das Durchrutschen von NO_x auf Grund der Wärmedissoziation vermindert werden. Auch wenn die zweite Zugabe an Reduktionsmittel durch die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel so durchgeführt wird, dass die vom Abgastemperaturrnessfühler 32 gemessene Temperatur t0 nach der Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleich der Zieltemperatur t3 der Regenerierung der SO_x-Vergiftung des Reduktionskatalysators zur NO_x-Einlagerung wird, wird die Katalysatortemperatur auf die Zieltemperatur t3 der Regenerierung der SO_x-Vergiftung vom Zustand, in welchem die Temperaturverteilung des Katalysators stabilisiert wurde, erhöht und das Verfahren zur Regenerierung der SO_x-Vergiftung kann folglich durchgeführt werden, während eine übermäßige Temperaturerhöhung des NO_x-Katalysator 20 unterdrückt wird.
Weiterhin kann in der vorliegenden Ausführungsform, da eine Temperaturerhöhung durch die Steuerung der Verbrennung des Motors 1 durchgeführt wird, wenn die Katalysatortemperatur t0 niedriger als die die Katalysatorreaktion ermöglichende Temperatur t1 ist, die Menge des HC, die auf den Katalysator adsorbiert wird, verringert werden, und das Ausmaß des Durchrutschens von unverbranntem HC kann im Vergleich zu dem Fall, in welchem das Reduktionsmittel direkt der Abgasleitung 50 zugesetzt wird, verringert werden.
In 4 geben die Strichpunktlinien mit abwechselnd langer und zwei kurzen Linien das Ausmaß des Durchrutschens von NO_x und die Tempe raturerhöhung des NO_x-Katalysators an, wenn das Additiv durch die Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel in einer Menge, die die Temperatur des NO_x-Katalysators 20 schlagartig auf die Zieltemperatur der S-Entfernung erhöht, eingespritzt wird, und die durchgezogenen Linien geben das Ausmaß des Durchrutschens von NO_x und die Merkmale der Temperaturerhöhung des Katalysators an, wenn wie in der vorliegenden Ausführungsform das Additiv von der Einspritzdüse 21 für das Reduktionsmittel in zwei Stufen eingespritzt und die Anreicherung zwischen der ersten Zugabe und der zweiten Zugabe durchgeführt wird. Wie aus 4 deutlich wird, verringert sich das Ausmaß des Durchrutschens von NO_x drastisch, wenn die Anreicherung in dem Zustand, in welchem die Katalysatortemperatur durch die erste Zugabe auf die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur t2, welche niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur ist, erhöht wurde, durchgeführt wird.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung, umfassend: einen in einer Abgasleitung eines eine magere Verbrennung ermöglichenden Verbrennungsmotors angeordneten Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung, wobei der Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung NO_x einlagert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines einströmenden Abgases mager ist, und das eingelagerte NO_x freisetzt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases reich ist, eine Veränderungseinheit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welche das Luft-Kraftstoff-Verhältnis verändert, eine Zufuhreinheit für das Reduktionsmittel, welche ein Reduktionsmittel dem Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung zusetzt, eine Temperaturmesseinheit, welche die Temperatur des Reduktionskatalysators zur NO_x-Einlagerung misst, eine Einheit zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung, welche den Zeitpunkt zur Durchführung des Verfahrens zur Regenerierung der SO_x-Vergiftung zur Freisetzung von SO_x aus dem Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung beurteilt, und eine Steuereinheit, die dafür sorgt, dass das Reduktionsmittel von der Zufuhreinheit für das Reduktionsmittel zugesetzt wird, wenn die Einheit zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung beurteilt, dass der Zeitpunkt für die Durchführung des Verfahrens zur Regenerierung der SO_x-Vergiftung erreicht ist, und die das Luft-Kraftstoff-Verhältnis steuernde Steuereinheit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den reichen Zustand versetzt, wenn die von der Temperaturmesseinheit gemessene Temperatur niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur des Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung und höher als die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur ist.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn die Einheit zur Beurteilung des Zeitpunkts zur Regenerierung der Vergiftung beurteilt, dass der Zeitpunkt zur Durchführung des Verfahrens zur Regenerierung der SO_x-Vergiftung erreicht wurde, die Steuereinheit dafür sorgt, dass die von der Zufuhreinheit für das Reduktionsmittel zugesetzte Menge an Reduktionsmittel stufenweise erhöht wird, und, wenn die von der Temperaturmesseinheit gemessene Temperatur niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur des Reduktionskatalysators zur NO_x-Einlagerung und höher als die die NO_x-Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur ist, die Steuereinheit die Veränderungseinheit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis steuert, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen reichen Zustand zu versetzen.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend eine Steuereinheit, welche im Verfahren zur Regenerierung der SO_x-Vergiftung zur Freisetzung von SO_x vom Reduktionskatalysator zur NO_x-Einlagerung die Veränderungseinheit des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die Zufuhreinheit für das Reduk tionsmittel steuert, um eine erste Reduktionsmittelzufuhr durch die Zufuhreinheit für das Reduktionsmittel so durchzuführen, dass die von der Temperaturmesseinheit gemessene Temperatur zu einer Temperatur in einem Bereich wird, der höher als die die Reduktionsreaktion ermöglichende Temperatur des Reduktionskatalysators zur NO_x-Einlagerung und niedriger als die Wärmedissoziationstemperatur des Reduktionskatalysators zur NO_x-Einlagerung ist, und, wenn die von der Temperaturmesseinheit gemessene Temperatur zu einer Temperatur in diesem Bereich wird, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die Veränderungseinheit für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in einen reichen Zustand versetzt wird, und eine zweite Reduktionsmittelzugabe durch die Zufuhreinheit für das Reduktionsmittel so durchgeführt wird, dass die von der Temperaturmesseinheit gemessene Temperatur gleich der Zieltemperatur der Regenerierung der SO_x-Vergiftung des Reduktionskatalysators zur NO_x-Einlagerung wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei, wenn die von der Temperaturmesseinheit gemessene Temperatur niedriger als die die Reaktion ermöglichende Temperatur des Katalysators ist, die Steuereinheit eine Steuerung der Temperaturerhöhung des Verbrennungsmotors so durchführt, dass die von der Temperaturmesseinheit gemessene Temperatur gleich der die Reaktion ermöglichenden Temperatur wird.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei bei der zweiten Reduktionsmittelzugabe die zugesetzte Menge an Reduktionsmittel höher als bei der ersten Reduktionsmittelzugabe ist.