DE102007000795B4

DE102007000795B4 - Abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007000795B4
Application number: DE102007000795.9A
Authority: DE
Inventors: Jyun Kawamura; Masakuni Yokoyama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2016-10-27
Anticipated expiration: 2027-09-29
Also published as: DE102007000795A1; JP2008082315A; US20080078168A1; US8033103B2; JP4363433B2

Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Okklusionsreinigungsabschnitt (21), der eine spezifische Komponente, die in einem Abgas enthalten ist, unter einer Okklusionsbedingung okkludiert und der die okkludierte Abgaskomponente unter einer Reinigungsbedingung reinigt und abgibt; einer Vollwiederherstellungsvorrichtung (S31–S38), die einen Hauptwiederherstellungsprozess zum Abgeben eines im Wesentlichen gesamten Anteils der in dem Okklusionsreinigungsabschnitt okkludierten Abgaskomponente auf einmal auf der Basis der Erfüllung einer Ausführungsbedingung des Hauptwiederherstellungsprozesses durchführt, um die Abgasreinigungsleistung des Okklusionsreinigungsabschnitts (21) wiederherzustellen; und einer Teilwiederherstellungsvorrichtung (S21–S28), die einen Teilwiederherstellungsprozess zum Abgeben nur eines Teils der in dem Okklusionsreinigungsabschnitt (21) okkludierten Abgaskomponente vor der Ausführung des Hauptwiederherstellungsprozesses durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfordernis oder eine Gesamtheit von Erfordernissen für die Erfüllung der Ausführungsbedingung des Hauptwiederherstellungsprozesses ist, dass eine Anzahl von Malen, die der Teilwiederherstellungsprozess durch die Teilwiederherstellungsvorrichtung (S21–S28) seit dem ersten oder bestimmten Teilwiederherstellungsprozess, falls der Hauptwiederherstellungsprozess noch nicht durchgeführt worden ist, oder seit dem letzten Hauptwiederherstellungsprozess, falls der Hauptwiederherstellungsprozess durchgeführt worden ist, ausgeführt wird, gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Zahl wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die für eine Brennkraftmaschine bzw. einen Verbrennungsmotor verwendbar ist.
Im Allgemeinen wird in einem Dieselmotor für ein Fahrzeug oder dergleichen eine Verbrennung (magere Verbrennung) in einem Zustand eines mageren Luft-Kraftstoffverhältnisses durchgeführt (Luftkraftstoffverhältnis, das einem Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht, das niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist). Demzufolge erhöht sich eine Menge von NOx (Stickoxide), die im Abgas enthalten sind. Deshalb ist eine Verringerung einer NOx-Emissionsmenge vom Standpunkt des Umweltschutzes her erfordert.
In vergangenen Jahren hat eine Vorrichtung, die einen NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator verwendet, das heißt einen NOx-Katalysator, Aufmerksamkeit als eine von Abgasreinigungsvorrichtungen für ein Reinigen des in dem Abgas enthaltenen NOx erhalten. Der NOx-Katalysator, der für die Vorrichtung verwendet wird, besteht bspw. aus einem erdalkalischen Material (Okklusionsmaterial) und Platin. Der NOx-Katalysator hat die Eigenschaft des Okkludierens des NOx in dem Abgas, wenn die Atmosphäre des Abgases das magere Luft-Kraftstoffverhältnis ist, und des Reduzierens und Eliminierens des okkludierten NOx mit Hilfe von Reduktionskomponenten, wie HC und CO, die in dem Abgas enthalten sind, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis fett wird (Luft-Kraftstoffverhältnis, das einem Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht, das höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist). Diese Vorrichtung verwendet die derartige Eigenschaft des Katalysators. Die Vorrichtung wiederholt die Okklusion und die Reduktion (Abgabe) des NOx mit dem Katalysator, um das NOx in dem Abgas zu reinigen und die NOx-Emissionsmenge zu verringern.
Jedoch gibt es in solch einer Vorrichtung eine Grenze der Okklusionsfähigkeit des NOx-Katalysators. Falls der Katalysator kontinuierlich in der Umgebung verwendet wird, wo die NOx-Reduktionsmenge (NOx-Abgabemenge) die NOx-Okklusionsmenge übersteigt und sich die NOx-Okklusionsmenge der Okklusionsgrenze annähert, sinkt die NOx-Reinigungsfähigkeit des Katalysators deshalb signifikant ab. Deshalb verringert und entfernt eine bekannte Abgasemissionsreinigungsvorrichtung in herkömmlicher Weise periodisch das NOx, das durch den NOx-Katalysator okkludiert ist, durch einen Prozess (Katalysatorwiederherstellungsprozess) für ein Wiederherstellen bzw. einem Erholen von dem Abfall der NOx-Reinigungsfähigkeit (temporäre Leistungsverschlechterung korrespondierend zur NOx-Okklusionsmenge) (bspw. wie in der JP 2000 034 946 A oder dem Japanischen Patentblatt Nr. 2692380 beschrieben ist).
Als nächstes wird mit Bezug auf 9A und 9B ein Überblick über den NOx-Katalysatorwiederherstellungsprozess gegeben, der derzeit durch herkömmliche und allgemeine Vorrichtungen, eingeschlossen der vorstehend beschriebenen Vorrichtung, ausgeführt wird. Als Beispiel wird ein Abgasreinigungssystem für einen Fahrzeugdieselmotor erklärt, der einen gewöhnlichen Betrieb bei einer mageren Verbrennung ausführt. Die magere Verbrennung wird in dem Motor als das Ziel der Abgasreinigung durchgeführt. Nachdem die NOx-Okklusion mit dem NOx-Katalysator begonnen hat, erhöht sich die NOx-Okklusionsmenge Qnox deshalb mit der Zeit, wie durch eine durchgehende Linie L5a in 9A gezeigt ist. Die NOx-Reinigungsleistung (in diesem Beispiel als NOx-Reinigungsrate Rnox berechnet) des NOx-Katalysators nimmt ab, wie durch eine durchgehende Linie L5b in 9b gezeigt ist, wenn sich die NOx-Okklusionsmenge Qnox erhöht.
Die Vorrichtung führt fortlaufend bzw. hintereinander einen Wiederherstellungsprozess durch, um im Wesentlichen das gesamte NOx, das in dem Katalysator okkludiert ist (das gesamte oder fast das gesamte), auf einmal jedes Mal dann abzugeben, wenn eine Ausführungsbedingung des Prozesses erfüllt ist (bspw. bei jedem Verstreichen einer vorbestimmten Zeit). Im Speziellen führt die Vorrichtung eine Überzufuhr des Kraftstoffs (das heißt ein fettes Spülen bzw. eine Anfettung) bspw. bei einer Zeit t50 durch, bei der die Ausführungsbedingung erfüllt ist, um das Luft-Kraftstoffverhältnis in dem NOx-Katalysators temporär fett zu machen. Somit wird das okkludierte NOx durch das HC, das CO und dergleichen reduziert, die in dem Abgas enthalten sind, und entfernt. Die Vorrichtung führt periodisch die fette Spülung (englisch: „rich purge“) durch, um im Wesentlichen das gesamte okkludierte NOx zu reduzieren und zu entfernen, um die Reinigungsleistung (Abgasreinigungsleistung) des NOx-Katalysators periodisch wiederherzustellen.
In solch einer Vorrichtung wird durch geeignetes Festlegen der Ausführungsbedingung (bspw. durch Festlegen eines geeigneten Ausführungsintervalls) der Wiederherstellungsprozess (fette Spülung) durchgeführt, bevor die Reinigungsrate unter einen erforderten Wert TR (erforderte Reinigungsrate) abfällt. Die Reinigungsfähigkeit des NOx-Katalysators wird jedes Mal wiederhergestellt, wenn der Wiederherstellungsprozess durchgeführt wird. Als eine Folge kann der Katalysator kontinuierlich verwendet werden. Somit sieht jede der herkömmlichen Vorrichtungen, eingeschlossen der vorstehend beschriebenen Vorrichtung, das System (d. h. das LNT-System: Mager-NOx-Fangsystem) vor, das das NOx reduziert, indem das Luft-Kraftstoffverhältnis durch die Überzufuhr des Kraftstoffs zeitweise fett gemacht wird. Das System führt wiederholt den Wiederherstellungsprozess, wie in 9A und 9B gezeigt ist, auf Basis der geeigneten Ausführungsbedingung durch, um das Abgas (NOx) kontinuierlich mit einer hohen Reinigungsrate zu reinigen.
Jedoch hängt die Abgasreinigungsleistung des NOx-Katalysators nicht notwendigerweise nur von der NOx-Okklusionsmenge ab. Vielmehr kann in einigen Fällen die Leistungsverschlechterung des Katalysators durch andere Faktoren als die NOx-Okklusionsmenge verursacht werden. Da bspw. eine Schwefelkomponente in dem Motorkraftstoff enthalten ist, wird SOX (Schwefeloxide) als Oxide des Schwefels während der Verbrennung erzeugt und wird von dem NOx-Katalysator wie das NOx okkludiert. Da das SOX eine chemisch stabile Substanz ist, ist es schwierig das SOX von dem NOx-Katalysator frei zu setzen, selbst wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis fett gemacht wird. Falls ein Zustand einer erhöhten SOX-Okklusionsmenge (Schwefelvergiftung) erreicht ist, nimmt deshalb die NOx-Reinigungsfähigkeit aufgrund der SOX-Okklusionsmenge ab. In dem Zustand, wo die Schwefelvergiftung aufgetreten ist, fällt in einem Grafen (Zeitdiagramm), der die Reinigungscharakteristik des NOx-Katalysators zu der Zeit des Anwendens des Wiederherstellungsprozesses, der in 9A und 9B gezeigt ist, auf den NOx-Katalysator zeigt, die NOx-Reinigungsrate als ein ganzes, bspw. wie durch gestrichelte Linien L6a, L6b in 9A bzw. 9B gezeigt ist, im Vergleich zu dem Graph ab, der durch die durchgehenden Linien L5a und L5b gezeigt ist. Deshalb gibt es, wie in 9B gezeigt ist, Bedenken, dass die Reinigungsrate Rnox des NOx-Katalysators bspw. zu einer Zeit t51 vor der Zeit t50, bei der der Wiederherstellungsprozess auf den Katalysator angewendet wird, geringer als die geforderte Reinigungsrate TR wird.
Das heißt, bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung geht, selbst wenn die Ausführungsbedingung in geeigneter Weise eingestellt worden ist, die Eignung bzw. Angemessenheit der Bedingung verloren, falls eine Verschlechterung (bspw. eine Schwefelvergiftung) in dem NOx-Katalysator in Verbindung mit dem Verstreichen einer Zeit auftritt. Demzufolge treten Bedenken auf, dass die Reinigungsrate (Abgasreinigungsleistung) des Katalysators unter die geforderte Reinigungsrate fällt.
Eine gattungsbildende Abgasreinigungsvorrichtung ist aus der JP 2005 106 005 A bekannt. Weiterer Stand der Technik ist in der DE 696 30 826 T2 und der DE 199 48 156 A1 diskutiert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine gattungsbildende Abgasreinigungsvorrichtung so weiterzubilden, dass sie eine Reinigungsrate, die gleich wie oder höher als eine geforderte Reinigungsrate ist, sicher aufrecht erhalten kann, selbst wenn bspw. eine Verschlechterung, wie eine Schwefelvergiftung, in einem Okklusionsreinigungsabschnitt auftritt, der aus einem NOx-Katalysator oder dergleichen besteht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Abgasreinigungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Wie vorstehend beschrieben ist, verringert sich in der herkömmlichen Vorrichtung, während die Okklusion in dem Okklusionsreinigungsabschnitt (bspw. einem NOx-Katalysator) durchgeführt wird, die Reinigungsrate des Okklusionsreinigungsabschnitts weiter (wie in 9A und 9B gezeigt ist). Im Gegensatz dazu hat die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Teilwiederherstellungsvorrichtung. Demzufolge kann ein Teilwiederherstellungsprozess zum Abgeben nur eines Teils der Abgaskomponente durchgeführt werden, die in dem Okklusionsreinigungsabschnitt okkludiert ist, bevor der Hauptwiederherstellungsprozess für ein Abgeben des im Wesentlichen gesamten Anteils (Gesamtanteil oder großer Anteil, der nahe dem Gesamtanteil ist) der okkludierten Komponente bei der Zeit t50 durchgeführt wird, wie in 9B gezeigt ist. Im Speziellen steuert der Teilwiederherstellungsprozess die Abgabemenge der Okklusionskomponente in dem Okklusionsreinigungsabschnitt, bspw. auf Basis von Bedingungen, wie einer Ausführungszeit des Teilwiederherstellungsprozesses und der Abgabemenge pro Zeiteinheit, die durch den Prozess abgegeben wird. Somit wird die Abgabe gestoppt, wenn die Abgabemenge kleiner als in dem Fall des Hauptwiederherstellungsprozesses ist, was keine spezielle Steuerung der Abgabemenge erfordert. Deshalb kann die okkludierte Abgaskomponente, die in dem Okklusionsreinigungsabschnitt okkludiert ist, bei jeder Ausführung des Teilwiederherstellungsprozesses reduziert werden, und die Abgasreinigungsleistung des Okklusionsreinigungsabschnitts kann teilweise wiederhergestellt werden. Das heißt, durch den Teilwiederherstellungsprozess kann die Reinigungsrate durch Hemmen des Abfalls der Reinigungsrate (d.h. allmähliches Ändern der Reinigungsrate) auf einem hohen Wert aufrechterhalten werden. Somit kann die Vorrichtung die Reinigungsrate, die gleich wie oder höher als die erforderte Reinigungsrate ist, sicherer aufrecht erhalten, selbst wenn die Verschlechterung, wie die Schwefelvergiftung, in dem Okklusionsreinigungsabschnitt auftritt, der aus dem NOx-Katalysator oder dergleichen besteht.
Ein Verfahren zum Festlegen des Ausführungsintervalls (Zeitspanne vor der Zeit t50 in 9B) des Hauptwiederherstellungsprozesses auf eine kurze Zeit durch Annehmen der Reinigungsrate bezüglich der Verschlechterung von dem Beginn an, kann als das Verfahren zum Aufrechterhalten der hohen Reinigungsrate verwendet werden. Falls jedoch bspw. die vorstehend beschriebene fette Spülung in einem Fahrzeugmotor häufig durchgeführt wird, um so den Hauptwiederherstellungsprozess durchzuführen, verschlechtert sich ein Kraftstoffverbrauch (eine Kraftstoffverbrauchsrate). Auch bezüglich dieses Punkts, da es in dem vorstehend beschriebenen Schema der vorliegenden Erfindung keine Notwendigkeit gibt, die Anzahl der Hauptwiederherstellungsprozesse zu erhöhen, kann als eine Folge ein unnützer Kraftstoffverbrauch verhindert werden und der bevorzugte Kraftstoffverbraucht kann aufrecht erhalten werden.
Der Hauptwiederherstellungsprozess und der Teilwiederherstellungsprozess sollten vorzugsweise mit der gemeinsamen bzw. gleichen Vorrichtung ausgeführt werden, um den Aufbau zu vereinfachen.
Merkmale und Vorteile einer Ausführungsform, genauso wie Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Teile, werden von einem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung, der angehängten Ansprüche und den Zeichnungen offensichtlich, die alle einen Teil dieser Anmeldung bilden.
1 ist ein schematisches Diagramm, das ein Motorsteuersystem mit einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A ist ein Zeitdiagramm, das eine Übergangszeit bzw. einen Verlauf einer NOx-Okklusionsmenge während eines Katalysatorwiederherstellungsprozesses gemäß der Ausführungsform zeigt;
2B ist ein Zeitdiagramm, das einen Verlauf einer NOx-Reinigungsrate während des Katalysatorwiederherstellungsprozesses gemäß der Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der NOx-Okklusionsmenge und einer momentanen NOx-Reinigungsrate eines NOx-Katalysators gemäß der Ausführungsform zeigt;
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Katalysatorwiederherstellungsprozesses gemäß der Ausführungsform zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Katalysatorwiederherstellungsprozesses gemäß der Ausführungsform zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Katalysatorwiederherstellungsprozesses gemäß der Ausführungsform zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das einen Ablauf des Katalysatorwiederherstellungsprozesses gemäß der Ausführungsform zeigt;
8 ist ein Graph, der ein Kennfeld zeigt, das für den Katalysatorwiederherstellungsprozess gemäß der Ausführungsform verwendet wird;
9A ist ein Zeitdiagramm, das einen Verlauf einer NOx-Okklusionsmenge während eines Katalysatorwiederherstellungsprozesses zeigt, der durch eine Abgasreinigungsvorrichtung des Stands der Technik durchgeführt wird; und
9B ist ein Zeitdiagramm, das einen Verlauf einer NOx-Reinigungsrate während des Katalysatorwiederherstellungsprozesses zeigt, der durch die Abgasreinigungsvorrichtung des Stands der Technik durchgeführt wird.
Mit Bezug auf 1 ist ein Fahrzeugmotorsteuersystem dargestellt, dass eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat. Die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform sieht ein System vor (d.h. ein LNT-System: Mager-NOx-Fangsystem), das NOx reduziert, indem ein Luft-Kraftstoffverhältnis durch Überzufuhr von Kraftstoff (fette Spülung bzw. Anfettung) in dem Verbrennungsmotorsteuersystem zeitweise fett gemacht wird, wie bei der Vorrichtung, die in der JP 2000 034 946 A oder dem Japanischen Patentblatt Nr. 2692380 beschrieben ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Abgasreinigungsvorrichtung auf ein Fahrzeug (Dieselfahrzeug) angewendet, das einen Dieselmotor (Brennkraftmaschine) als eine Antriebsquelle hat. Ein Mehrzylinderkolbenmotor wird als ein Motor in der vorliegenden Ausführungsform angenommen. In 1 ist zur besseren Erklärung nur ein Zylinder dargestellt.
Wie in 1 gezeigt ist, hat das System die Brennkraftmaschine 10 als einen Dieselmotor. Das System hat auch verschiedene Sensoren, eine ECU 30 (elektronische Steuereinheit) und dergleichen für ein Steuern des Motors 10. Der Motor 10 hat Injektoren 11, die von einer elektromagnetisch angetriebenen (oder bspw. einer piezoangetriebenen) Bauart sind, in den jeweiligen Zylindern. Eine Kraftstoffeinspritzung von den Injektoren 11 in Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder wird gemäß einer vorbestimmten Verbrennungsreihenfolge durchgeführt.
Ein Kraftstoffzuführsystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet ein Common Rail-Kraftstoffzuführsystem. Eine Hochdruckpumpe 14 druckbeaufschlagt den Kraftstoff (Leichtöl), der von einem Kraftstoffbehälter 13 angesaugt wird, und pumpt den Kraftstoff zu einer Common Rail 15 als ein Druckspeicherrohr. Der Kraftstoff in der Common Rail 15 wird durch das Kraftstoffpumpen von der Pumpe 14 in einem Hochdruckzustand gehalten. Der Hochdruckkraftstoff in der Common Rail 15 wird zu den Injektoren 11 zugeführt, und der Hochkraftstoff wird gemäß Ventilöffnungsbetrieben der Injektoren 11 in die jeweiligen Zylinder eingespritzt und zugeführt. Ein Einlassrohr 17 und ein Auslassrohr 18 sind mit dem Motor 10 verbunden. Wenn ein Einlassventil 17a öffnet, wird Luft durch das Einlassrohr 17 hindurch in den Zylinder eingeleitet (angesaugt). Wenn ein Auslassventil 18a öffnet, wird Abgas, das durch Verbrennen des Kraftstoffs erzeugt wird, durch das Auslassrohr 18 hindurch abgegeben.
Ein DPF (Dieselpartikelfilter) 20 für ein Sammeln von Partikeln, die in dem Abgas enthalten sind, und ein Katalysator 21 (NOx-Katalysator) einer NOx-Okklusions-Reduktionsbauart für ein Reinigen von NOx, das in dem Abgas enthalten ist, sind als ein Abgasnachbehandlungssystem für ein Durchführen einer Abgasreinigung in dem Auslassrohr 18 vorgesehen, und bilden ein Abgassystem des Verbrennungsmotors 10. In der vorliegenden Ausführungsform ist der DPF 20 in einem stromaufwärtigen Abschnitt des Auslassrohrs 18 vorgesehen, und der NOx-Katalysator 21 ist in einem stromabwärtigen Abschnitt des Auslassrohrs 18 vorgesehen.
Der NOx-Katalysator 21 ist ein NOx-Katalysator einer Art, die im Allgemeinen und weit verbreitet aus bspw. einem erdalkalischen Material (Okklusionsmaterial) und Platin besteht. Der NOx-Katalysator 21 hat die Charakteristik des Okkludierens des NOx in dem Abgas, wenn die Atmosphäre des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoffverhältnis ist (Luft-Kraftstoffverhältnis, das einem Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht, das niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist) und des Reduzierens und Eliminierens des okkludierten NOx mit Hilfe von Reduktionskomponenten, wie HC und CO, die in dem Abgas enthalten sind, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis fett wird (Luft-Kraftstoffverhältnis, das einem Luft-Kraftstoffverhältnis entspricht, das höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist).
Ein A/F-Sensoren 23 bzw. 24 ist stromaufwärts bzw. stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen. Die A/F-Sensoren 23, 24 sind Sauerstoffkonzentrationssensoren, die Sauerstoffkonzentrationserfassungssignale ausgeben, die zu gegenwärtigen Sauerstoffkonzentrationen in dem Abgas korrespondieren. Das Luft-Kraftstoffverhältnis wird fortlaufend auf Basis der Sauerstoffkonzentrationserfassungssignale berechnet. Im Allgemeinen wird eine Einstellung so gemacht, dass das Sauerstoffkonzentrationserfassungssignal als die Sensorausgabe von jedem der A/F-Sensoren 23, 24 sich linear gemäß der Sauerstoffkonzentration ändert. Ein Abgastemperatursensor 25 für ein Erfassen einer Abgastemperatur ist in dem Auslassrohr 18 stromaufwärts (oder stromabwärts) des DPF 20 vorgesehen.
Die ECU 30 ist der Hauptteil, der eine Motorsteuerung als eine elektronische Steuereinheit in dem System durchführt. Zusätzlich zu den Sensorausgaben (Erfassungssignale) der A/F-Sensoren 23, 24 und des Abgastemperatursensors 25 werden Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren, wie einem Drehzahlsensor 31 für ein Erfassen einer Motordrehzahl Ne und einem Gaspedalsensor 32 für ein Erfassen eines Betätigungsbetrags eines Gaspedals (Gaspedalposition ACCP), die durch einen Nutzer (Fahrer) bewirkt werden, fortlaufend in die ECU 30 eingegeben. Die ECU 30 betreibt die verschiedenen Stellglieder, wie die Injektoren 11, in gewünschten Moden auf Basis der Erfassungssignale der verschiedenen Sensoren für ein Erfassen der Betriebszustände des Verbrennungsmotors 10 und der Forderung des Nutzers, um verschiedene Steuerarten des Motors 10 auszuführen (bspw. eine Kraftstoffeinspritzsteuerung, die die Einspritzmenge und einen Einspritzdruck des Kraftstoffs betrifft, der in einer Verbrennung verwendet wird).
Genauer gesagt hat die ECU 30 einen Mikrocomputer mit einem bekannten Aufbau (nicht gezeigt). Grundsätzlich besteht der Mikrocomputer aus verschiedenen Arten von Berechnungseinheiten, Speichervorrichtungen, Kommunikationsvorrichtungen und dergleichen, wie einer CPU (grundlegende Verarbeitungseinheit) für ein Durchführen verschiedener Arten von Berechnungen, einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) als ein Hauptspeicher für ein temporäres Speichern von Daten während des Voranschreitens der Berechnung, eines Ergebnisses der Berechnung und dergleichen, einem ROM (Nur-Lesespeicher) als ein Programmspeicher, einem EEPROM (elektrisch wiederbeschreibbarer, nicht flüchtiger Speicher) als ein Speicher für eine Datenspeicherung, und Eingabe-/Ausgabeanschlüssen für ein Eingeben/Ausgeben der Signale von/zu einer Außenseite. Verschiedene Arten von Programmen, Steuerkennfelder und dergleichen, die die Motorsteuerung betreffen, eingeschlossen des Programms, das die Abgasreinigungssteuerung betrifft, sind im Voraus in dem ROM gespeichert. Verschiedene Arten von Steuerdaten, eingeschlossen Konstruktionsdaten des Motors 10 sind im Voraus in dem Speicher für eine Datenspeicherung (EEPROM) gespeichert.
Das System gemäß der vorliegenden Ausführungsform verwendet die Charakteristik des NOx-Katalysators 21 und wiederholt die Okklusion und Reduktion (Abgabe) des NOx mit dem NOx-Katalysator 21, wie die Vorrichtung von der JP 2000 034 946 A oder des Japanischen Patentblatts Nr. 2692380 (9A und 9B). Somit reinigt das System das NOx, das in dem Abgas enthalten ist, um die NOx-Emissionsmenge zu verringern. Wie die Vorrichtung, die in der JP 2000 034 946 A oder dem Japanischen Patentblatt Nr. 2692380 beschrieben ist, wird die Reinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 durch die Erhöhung der NOx-Menge (NOx-Okklusionsmenge) in dem NOx-Katalysator 21 verringert. Deshalb reduziert und entfernt das System bei einem vorbestimmten Ausführungsintervall fortlaufend das NOx, das von dem NOx-Katalysator 21 okkludiert ist, in einem Prozess (Katalysatorwiederherstellungsprozess) für ein Wiederherstellen bzw. Erholen von dem Abfall der NOx-Reinigungsfähigkeit (zeitweilige Leistungsverschlechterung gemäß einer NOx-Okklusionsmenge).
Jedoch führt im Gegensatz zu der herkömmlichen Vorrichtung, wie in 2A, 2B und 3 gezeigt ist, die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Teilwiederherstellungsprozess für ein Abgeben eines Teils der Abgaskomponenten (NOx), die in dem NOx-Katalysator 21 okkludiert sind, (wie in 2A und 2B gezeigt ist) vor dem Wiederherstellungsprozess durch, der zu der Zeit t50 von 9B durchgeführt wird, das heißt vor dem Hauptwiederherstellungsprozess für ein Abgeben im Wesentlichen des gesamten Teils (gesamter Teil oder fast der gesamte Teil) des okkludierten NOx (der okkludierten Komponenten). Somit hält das System die Reinigungsrate sicherer gleich wie oder höher als die erforderte Reinigungsrate TR, auch wenn eine Verschlechterung, wie die Schwefelvergiftung (Adsorption von Schwefeloxiden), in dem NOx-Katalysator 21 (bei einem Punkt M2a in 3) auftritt.
Als nächstes wird der Katalysatorwiederherstellungsprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform einschließlich des Teilwiederherstellungsprozesses detailliert mit Bezug auf 2A, 2B, 3 und 4 bis 8 erklärt. Zur Erklärung wird ein allgemeiner Betriebsmodus des Dieselmotors als Beispiel herangezogen, das heißt der Fall, wo der stationäre Betrieb des Motors 10 mit der mageren Verbrennung durchgeführt wird.
Zuerst wird ein Unterschied zwischen dem Katalysatorwiederherstellungsprozess, der in 9A und 9B gezeigt ist, und dem Katalysatorwiederherstellungsprozess gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 2A bis 3 erklärt. 2A bzw. 2B ist ein Zeitdiagramm, das zu 9A bzw. 9B korrespondiert. 2A und 2B sind Zeitdiagramme, die Verläufe bzw. Übergangsstadien der NOx-Okklusionsmenge Qnox und der NOx-Reinigungsleistung (NOx-Reinigungsrate Rnox) in dem Fall zeigen, wo der Katalysatorwiederherstellungsprozess gemäß der Ausführungsform durchgeführt wird. 3 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen der NOx-Okklusionsmenge Qnox und der momentanen NOx-Reinigungsrate Rnox des NOx-Katalysators 21 zeigt. In 2A bis 3 zeigen durchgehende Linien L1a, L1b, L3a die Eigenschaften des NOx-Katalysators 21 vor einer Verschlechterung (Schwefelvergiftung). Gestrichelte Linien L2a, L2b, L3b zeigen die Charakteristik des NOx-Katalysators 21 nach der Verschlechterung (Schwefelvergiftung).
Wie in 2A bis 3 gezeigt ist, führt die Vorrichtung den Hauptwiederherstellungsprozess für ein Abgeben im Wesentlichen des gesamten Teils (gesamter Teil oder fast der gesamte Teil) des okkludierten NOx auf einmal jedes Mal dann durch, wenn die Ausführungsbedingung des Prozesses erfüllt ist. Im Speziellen führt die Vorrichtung eine Überzufuhr (das heißt eine fette Spülung) des Kraftstoffs (Leichtöl) zu dem NOx-Katalysator 21 bspw. bei einer Zeit t10 durch, bei der die Ausführungsbedingung erfüllt ist, um das Luft-Kraftstoffverhältnis in dem NOx-Katalysator 21 durch Einstellen (geeignetes Steuern) der Kraftstoffeinspritzmenge des Injektors 11, eines Öffnungsgrads eines Einlassluftdrosselventils (Drosselventil) (nicht gezeigt) oder dergleichen zeitweise fett zu machen. Die Vorrichtung führt eine Reduktionskomponente (Reduktionsmittel), wie das HC und das CO, in ausreichender Menge zu, um den im Wesentlichen gesamten Anteil des okkludierten NOx auf einmal von dem NOx-Katalysator 21 abzugeben. Somit wird im Wesentlichen der gesamte Anteil des NOx, das in dem NOx-Katalysator 21 okkludiert ist, zu Stickstoff (N₂), Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) reduziert und wird entfernt. Die NOx-Reinigungsfähigkeit des NOx-Katalysators 21 wird durch die Reduktion und das Entfernen des NOx wieder hergestellt.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt auch den Teilwiederherstellungsprozess für ein Abgeben nur eines Teils des okkludierten NOx vor dem Hauptwiederherstellungsprozess durch. Im Speziellen führt die Vorrichtung die Überzufuhr des Kraftstoffs (d.h. fette Spülung) bspw. bei Zeiten t1 bis t8 durch, bei denen die Ausführungsbedingung des Teilwiederherstellungsprozesses erfüllt ist, um das Luft-Kraftstoffverhältnis in dem NOx-Katalysator 21 temporär fett zu machen, wie in 2A und 2B gezeigt ist, wie in dem Fall des Hauptwiederherstellungsprozesses. Die Vorrichtung führt die Reduktionskomponente (HC, CO und dergleichen) in ausreichender Menge zu, um nur den Teil des okkludierten NOx von dem NOx-Katalysator 21 abzugeben. In dem Teilwiederherstellungsprozess wird die Abgabemenge es okkludierten NOx bspw. auf Basis einer Ausführungszeitspanne des Prozesses gesteuert, und die NOx-Abgabe von dem Katalysator 21 wird in der Mitte gestoppt. Somit nimmt die Okklusionsmenge jedes Mal dann teilweise ab, wenn der Teilwiederherstellungsprozess durchgeführt wird. Als eine Folge wird ein Absinken der Reinigungsrate korrespondierend zu der NOx-Okklusionsmenge verhindert, und die NOx-Reinigungsrate wird bei einem höheren Wert gehalten.
Beispielsweise wird die Abnahme der Reinigungsrate in dem Fall, wo sich der NOx-Katalysator 21 verschlechtert, in dem Modus gehemmt, der in 3 gezeigt ist. Das heißt mit der Vorrichtung, die in 9A und 9B gezeigt ist, fällt die Reinigungsrate Rnox in 3 von einer Rate, die durch einen Punkt M1 gezeigt ist, zu einer Rate ab, die durch einen Punkt M2b gezeigt ist. Im Gegensatz dazu ist mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Abfall in 3 auf den Abfall von der Rate, die durch den Punkt M1 gezeigt ist, auf eine Rate begrenzt, die durch den Punkt M2a gezeigt ist. Des Weiteren führt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wiederholt den Teilwiederherstellungsprozess vor dem Ausführen des Hauptwiederherstellungsprozesses durch und steuert in geeigneter Weise den Parameter (Ausführungszeitspanne), der den Teilwiederherstellungsprozess betrifft. Somit sättigt die Vorrichtung die Erhöhung der NOx-Okklusionsmenge und als eine Folge das Verringern der Reinigungsrate des NOx-Katalysators 21, um zu verhindern, dass die Reinigungsrate des NOx-Katalysators 21 unter den Sättigungswert (geforderte Reinigungsrate TR) abfällt.
Im Detail, wie durch gestrichelte Linien L2a, L2b in 2A und 2B gezeigt ist, im Speziellen wenn sich der NOx-Katalysator 21 verschlechtert, nimmt die NOx-Okklusionsmenge Qnox pro Zeiteinheit zwischen den Teilwiederherstellungsprozessen (äquivalent zu einer Neigung des Graphen, der in 2A gezeigt ist) mit der Zeit ab. Schließlich sind die Abgabemenge und die Okklusionsmenge des NOx im Gleichgewicht. Somit ist die NOx-Okklusionsmenge Qnox bei einem konstanten Wert (konstanter Zyklus) gesättigt. 2B zeigt einen Fall, in dem die Parameter bezüglich des Teilwiederherstellungsprozesses so gesteuert werden, dass der Sättigungswert QSAT und die geforderte Reinigungsrate TR der NOx-Reinigungsrate Rnox exakt miteinander zusammenfallen.
Obwohl aus Gründen der besseren Erklärung nur ein Fall dargestellt ist, bei dem der Teilwiederherstellungsprozess nur achtmal vor dem Hauptwiederherstellungsprozess durchgeführt wird, wird praktisch angenommen, dass der Teilwiederherstellungsprozess ungefähr zwanzigmal durchgeführt wird (Ausführungsintervall reicht bspw. von 1 Minute zu mehreren Minuten). Es wird bspw. angenommen, dass das Ausführungsintervall des Hauptwiederherstellungsprozesses ungefähr zwanzig Minuten ist. In der vorliegenden Ausführungsform werden sowohl der Hauptwiederherstellungsprozess als auch der Teilwiederherstellungsprozess durch die Überzufuhr (fette Spülung) des Kraftstoffs durchgeführt. Nachstehend wird der Hauptwiederherstellungsprozess Vollspülung (englisch: „full purge“) genannt, und der Teilwiederherstellungsprozess wird Teilspülung (englisch: „partial purge“) genannt.
4 bis 7 sind Flussdiagramme, die einen Ablauf des Katalysatorwiederherstellungsprozesses zeigen, der durch die Vorrichtung (ECU 30) gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. Die Werte der verschiedenen Parameter, die in den Prozessen verwendet werden, die in 4 bis 7 gezeigt sind, sind zu jeder Zeit in den in der ECU 30 eingebauten Speichervorrichtungen gespeichert, wie der RAM und der EEPROM, und werden zu jeder Zeit aktualisiert, wenn es notwendig ist. Grundsätzlich wird eine Abfolge des Prozesses, der in 4 bis 7 gezeigt ist, fortlaufend in einem vorbestimmten Zeit- oder Kurbelwinkelzyklus durch Ausführen der Programme durchgeführt, die in dem ROM gespeichert sind und durch die ECU 30 ausgeführt werden. Ein erster Schritt des Prozesses, der in jeder von 5 bis 7 gezeigt ist, bestimmt, ob die Ausführungsbedingung vorliegt. Das heißt falls ein Flag F1 auf 1 eingestellt ist, ist die Ausführungsbedingung des Prozesses von 5 erfüllt. In gleicher Weise, falls ein Flag F2 oder ein Flag F3 auf 1 eingestellt ist, ist die Ausführungsbedingung des Prozesses von 6 oder 7 erfüllt. Die Bestimmung der Ausführungsbedingung wird wiederholt durchgeführt, bis die Ausführungsbedingung erfüllt ist, und der Prozess geht weiter zu einem nächsten Schritt, falls die Ausführungsbedingung erfüllt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Anfangswert von jedem der Flags F1 bis F3 auf 0 eingestellt. Deshalb schreitet am Anfang nur der Prozess von 4 fort.
Zunächst wird der Prozess von 4 erklärt. Wie in 4 gezeigt ist, berechnet (zählt zusammen) in einer Abfolge des Prozesses zuerst Schritt S11 eine Einleitungsmenge S durch Integrieren (über die Zeit Δt) einer Einleitungs-NOx-Menge (Produkt aus der Abgasströmungsrate G und der Einleitungs-NOx-Konzentration D), die pro Zeiteinheit durch das Auslassrohr 18 in den NOx-Katalysator 21 eingeleitet wird. Beispielsweise wird die Einleitungs-NOx-Menge S durch eine Formel: S = ∑G∙D∙Δt berechnet. Die Einleitungs-NOx-Konzentration D kann beispielsweise auf Basis des Motorbetriebszustands (Betriebsmodus) von jeder Zeit jedem Mal und dergleichen geschätzt werden. Das heißt, eine Verbrennungstemperatur kann auf Basis der Motordrehzahl NE und einer Last (Gaspedalbetätigungsbetrag ACCP) berechnet werden, und die Einleitungs-NOx-Konzentration D kann auf Basis der Verbrennungstemperatur geschätzt werden. Die Einleitungs-NOx-Konzentration D kann auch durch Vorsehen eines NOx-Sensors in dem Auslassrohr 18 und durch direktes Erfassen der NOx-Konzentration in dem Abgas berechnet werden. Die Abgasströmungsrate G kann bspw. durch Vorsehen eines Luftmengenmessers oder dergleichen in dem Einlasssystem erfasst werden. Die Abgasströmungsrate G kann auf Basis des Motorbetriebsbereichs berechnet werden. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Abgasströmungsrate G mit dem Luftmengenmesser erfasst (nicht gezeigt).
Dann bestimmt Schritt S12, ob die Einleitungs-NOx-Menge S, die bei Schritt S11 berechnet wird, „gleich wie oder größer als“ ein vorbestimmter Schwellenwert K1 ist (äquivalent zu einem Parameter für ein Bestimmen eines Ausführungsintervalls der Teilspülung). Falls bestimmt wird, dass die Einleitungs-NOx-Menge S geringer als der Schwellenwert K1 ist (S < K1), wird bestimmt, dass die Ausführung der fetten Spülung zu dieser Zeit unnötig ist, und die Abfolge des Prozesses wird beendet, so wie er ist.
Falls bestimmt ist, dass die Einleitungs-NOx-Menge S „gleich wie oder größer als“ der Schwellenwert K1 ist (S ≥ K1), geht der Prozess weiter zu Schritt S13, um zu bestimmen, ob die Ausführungsbedingung der Vollspülung erfüllt ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vollspülungsausführungsbedingung erfüllt, falls die Ausführungszeitenanzahl N der Teilspülung seit der vorherigen Ausführung der Vollspülung in dem Fall, wo die Vollspülung schon ausgeführt worden ist, oder seit der Ausführung der ersten Teilspülung (oder seit Ausführung einer gewissen Teilspülung, bspw. der zweiten Teilspülung) in dem Fall, wo die Vollspülung noch nicht ausgeführt worden ist, gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Anzahl wird (bspw. 8). Beispielsweise wird in dem frühen Stadium, wo die Teilspülung nicht durchgeführt worden ist, bei Schritt S13 bestimmt, dass die Vollspülungsausführungsbedingung nicht erfüllt ist.
Falls bei Schritt S13 bestimmt wird, dass die Vollspülungsausführungsbedingung nicht erfüllt ist, wird das Vollspülungsausführungsflag F1 bei dem folgenden Schritt S14 auf 0 zurück gestellt, und das Teilspülungsausführungsflag F2 wird bei dem folgenden Schritt S15 auf 1 eingestellt. Das Vollspülungsausführungsflag F1 und das Teilspülungsausführungsflag F2 beziehen sich auf die Ausführungsbedingungen der Prozesse von 6 bzw. 5, wie vorstehend beschrieben ist. Das heißt, die Ausführungsbedingung des Prozesses von 5 wird durch den Prozess von Schritt S15 erfüllt.
Als nächstes wird der Prozess von 5 erklärt. Wie in 5 gezeigt ist, bestimmt in dem Prozess zuerst Schritt S21, ob die Ausführungsbedingung erfüllt ist. Falls die Bedingung erfüllt ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S22. Schritt S22 schaltet das Luft-Kraftstoffverhältnis von dem mageren Zustand zu dem fetten Zustand (falls das Luft-Kraftstoffverhältnis fett war, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis fett gehalten). In der vorliegenden Ausführungsform wird die Überzufuhr (fette Spülung) des Kraftstoffs zu dem NOx-Katalysator 21 bspw. bei dem Luft-Kraftstoffverhältnis von ungefähr 12,0 durchgeführt. Diese fette Spülung entspricht der vorstehend beschriebenen Teilspülung (2A und 2B). Die Ausführung der fetten Spülung kann auf Basis des Erfassungssignals des A/F-Sensors 23 bestimmt werden, der stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen ist (d.h. ein Luftkraftstoffverhältnis ist während der Ausführung der fetten Spülung fett). Falls jedoch die Reduktion und die Entfernung des okkludierten NOx voranschreiten, wird die zugeführte Reduktionskomponente (Reduktionsmittel) durch die Reduktion und das Entfernen selbst während der Ausführung der fetten Spülung verbraucht. Deshalb liefert, im Gegensatz zu dem Erfassungssignal des A/F-Sensors 23, der A/F-Sensor 24, der stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen ist, das Erfassungssignal, dass das magere Luft-Kraftstoffverhältnis oder das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis anzeigt.
Somit berechnet in dem Zustand, wo die fette Spülung durchgeführt wird, der folgende Schritt S23 die Menge des Reduktionsmittels, die durch die Steuerung der fetten Spülung verbraucht wird (Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF2), durch Integrieren der Reduktionsmittelmenge, die pro Zeiteinheit Δt verbraucht wird (durch Zeitintegration). Die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF2 wird jedes Mal zurück gestellt, wenn das Flag F2 von 0 auf 1 geändert wird. Die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF2 wird auf Basis der Sensorausgaben AFf, AFr (Erfassungssignale) der A/F-Sensoren 23, 24, die stromaufwärts und stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen sind, und der Abgasströmungsrate G berechnet und aktualisiert. Beispielsweise wird die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF2 durch eine Formel: ΔAF2 = ∑[(1/AFf) – (1/AFr)]∙G∙Δt berechnet und aktualisiert, während der anfängliche Wert oder der vorherige Wert ausgelesen wird.
Der folgende Schritt S24 bestimmt, ob eine vorbestimmte Beendigungsbedingung erfüllt ist, die die Teilspülung betrifft. Beispielsweise wird bestimmt, ob die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF2, die bei Schritt S23 berechnet wird, größer als eine Menge (Wert, der auf Basis eines Kennfelds oder dergleichen umgewandelt ist) ist, die einem vorbestimmten Verhältnis bzw. Anteil (bspw. 70%) der Einleitungs-NOx-Menge S entspricht, die bei Schritt S11 von 4 berechnet wird (d.h. ΔAF2 > umgewandelter Wert (S∙0,7)). Das vorbestimmte Verhältnis der Einleitungs-NOx-Menge S sollte vorzugsweise auf einen geeigneten Wert gemäß der geforderten Reinigungsrate TR eingestellt sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist das vorbestimmte Verhältnis der fixierte Wert. Alternativ kann das Verhältnis variabel gemäß dem Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21 oder dergleichen eingestellt sein. Die fette Spülung wird kontinuierlich auf den NOx-Katalysator 21 angewendet, und die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF2 wird bei Schritt S23 integriert und kontinuierlich aktualisiert, bis Schritt S24 bestimmt, dass die vorbestimmte Beendigungsbedingung, die die Teilspülung betrifft, erfüllt ist (d.h. die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF2 übersteigt einen umgewandelten Wert, der auf einer Einleitungs-NOx-Menge S basiert).
Falls bei Schritt S24 bestimmt wird, dass die vorbestimmte Beendigungsbedingung erfüllt ist, die die Teilspülung betrifft, zählt der folgende Schritt S25 die Ausführungszeitenanzahl N der Teilspülung zusammen (N = N + 1). Dann stellt der folgende Schritt S26 die Einleitungs-NOx-Menge S auf 0 zurück.
Der folgende Schritt S27 schaltet das Luft-Kraftstoffverhältnis von dem fetten Zustand wieder zu dem mageren Zustand (Luft-Kraftstoffverhältnis des stetigen Betriebs). Somit ist die Teilspülung beendet. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform die Überzufuhr (fette Spülung) des Kraftstoffs zu dem NOx-Katalysator 21 durchgeführt, bspw. bei dem Luft-Kraftstoffverhältnis von ungefähr 12,0. Um die Abgabemenge des okkludierten NOx von dem Katalysator 21 auf Basis der Ausführungszeitspanne der fetten Spülung zu steuern, wird die Abgabe in der Mitte gestoppt, und das Luft-Kraftstoffverhältnis wird von dem fetten Zustand zu dem mageren Zustand geschaltet. Dann stellt der folgende Schritt S28 das Teilspülungsausführungsflag F2 auf 0 zurück. Somit ist die Ausführungsbedingung des Prozesses von 5 nicht erfüllt, und die Abfolge des Prozesses der Teilspülung wird beendet.
Wie in 4 gezeigt ist, wird in der Abfolge des Prozesses das Teilspülungsausführungsflag F2 bei Schritt S15 auf 1 eingestellt, und der Prozess von 5 wird jedes Mal durchgeführt, wenn die Einleitungs-NOx-Menge S gleich wie oder größer als der Schwellenwert K1 wird (was bei Schritt S12 bestimmt wird), bis bei Schritt S13 bestimmt wird, dass die Vollspülungsausführungsbedingung erfüllt ist, d.h. bis die Bedingung N ≥ 8 erfüllt ist. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform die Überzufuhr (fette Spülung) des Kraftstoffs zu dem NOx-Katalysator 21 bei den Zeiten t1 bis t18 in dem Zeitdiagramm durchgeführt, das in 2B gezeigt ist.
Falls bei Schritt S13 bestimmt wird, dass die Vollspülungsausführungsbedingung erfüllt ist, wird das Teilspülungsausführungsflag F2 bei dem folgenden Schritt S16 auf 0 zurück gestellt, und das Vollspülungsausführungsflag F1 wird bei dem folgenden Schritt S17 auf 1 eingestellt. Somit ist die Ausführungsbedingung des Prozesses von 6 erfüllt.
In einer Abfolge des Prozesses, der in 6 gezeigt ist, bestimmt zuerst Schritt S31, ob die Ausführungsbedingung erfüllt ist. Falls die Bedingung erfüllt ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S32. Schritt S32 schaltet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem mageren Zustand zu dem fetten Zustand (falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gewesen ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gehalten). In der vorliegenden Ausführungsform wird die Überzufuhr (fette Spülung) des Kraftstoffs zu dem NOx-Katalysator 21 bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von bspw. ungefähr 12,0 durchgeführt. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform die Überzufuhr (fette Spülung) des Kraftstoffs zu dem NOx-Katalysator 21 bei der Zeit t10 des Zeitdiagramms durchgeführt, das in 2B gezeigt ist. Diese fette Spülung entspricht der vorstehend beschriebenen Vollspülung. Die Ausführung der fetten Spülung kann auf Basis des Erfassungssignals des A/F-Sensors 23 bestimmt werden, der stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen ist (das heißt, ein Kraftstoffverhältnis ist während der Ausführung der fetten Spülung fett).
Somit berechnet in dem Zustand, wo die fette Spülung durchgeführt wird, der folgende Schritt S33 die Menge des Reduktionsmittels, die durch die Steuerung der fetten Spülung verbraucht wird (Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF1), durch Integrieren der Reduktionsmittelmenge, die pro Zeiteinheit Δt verbraucht wird (durch Zeitintegration). Dieser Prozess ist gleich zu dem Prozess in Schritt S23 von 5.
Der folgende Schritt S34 bestimmt, ob ein im Wesentlichen gesamter Anteil des NOx, das in dem NOx-Katalysator 21 okkludiert ist, durch die fette Spülung reduziert und entfernt ist. Im Speziellen wird auf Basis des Erfassungssignals des stromabwärtigen A/F-Sensors 24 bestimmt, ob das Reduktionsentfernen des okkludierten NOx beendet ist. Das heißt, falls das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den A/F-Sensor 24 erfasst wird, wird bestimmt, dass das Reduktionsentfernen des okkludierten NOx beendet ist. Wie vorstehend erwähnt ist, wird das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den A/F-Sensor 24 erfasst, bis das Reduktionsentfernen beendet ist. Die fette Spülung wird kontinuierlich auf den NOx-Katalysator 21 angewendet und die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF1 wird kontinuierlich bei Schritt S33 integriert, bis Schritt S34 bestimmt, dass der im Wesentlichen gesamte Anteil des okkludierten NOx reduziert und entfernt ist (d.h. ein Reduktionsentfernen der okkludierten NOx ist beendet).
Falls bei Schritt S34 bestimmt wird, dass der im Wesentlichen gesamte Anteil des okkludierten NOx reduziert und entfernt ist, stellt der folgende Schritt S35 die Einleitungs-NOx-Menge S bzw. die Teilspülungsausführungszeitenanzahl N auf 0 zurück. Somit wird bei Schritt S13 der 4 bestimmt, dass die Vollspülungsausführungsbedingung nicht erfüllt ist, so dass die Teilspülung wieder ausgeführt wird.
Der folgende Schritt S36 schaltet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem fetten Zustand wieder zu dem mageren Zustand (Luft-Kraftstoff-Verhältnis des stetigen Betriebs). Somit ist die Vollspülung beendet. Dann wird das Ausführungsflag F1 bei dem folgenden Schritt S37 auch auf 0 zurück gestellt, und das Verschlechterungsbestimmungsausführungsflag F3 wird bei dem folgenden Schritt S38 auf 1 eingestellt. Somit ist die Ausführungsbedingung des Prozesses von 7 erfüllt, und die Ausführungsbedingung des Prozesses von 6 ist nicht erfüllt.
Als nächstes wird der Prozess von 7 erklärt. In einer Abfolge des Prozesses, der in 7 gezeigt ist, bestimmt zuerst Schritt S41, ob die Ausführungsbedingung erfüllt ist. Falls die Bedingung erfüllt ist, geht der Prozess weiter zu Schritt S42. Schritt S42 berechnet die NOx-Okklusionsmenge (äquivalent zu einem Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21) auf Basis der Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF1, die bei Schritt S33 von 6 berechnet wird. Im Detail wird die NOx-Okklusionsmenge auf Basis der Beziehung zwischen der Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF1 und der NOx-Okklusionsmenge Qnox berechnet, wie in 8 gezeigt ist, das heißt dem Kennfeld, das durch Experimente und dergleichen im Voraus erhalten wurde und in dem ROM gespeichert ist. Grundsätzlich gibt es, wie in 8 gezeigt ist, die Beziehung (die im Wesentlichen proportionale Beziehung in 8), dass sich die NOx-Okklusionsmenge Qnox erhöht, wenn sich die Reduktionsmittelverbrauchsmenge ΔAF1 erhöht.
Der folgende Schritt S43 bestimmt, ob die NOx-Okklusionsmenge Qnox (Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators), die bei Schritt S42 berechnet (gemessen) wird, „gleich wie oder geringer“ als ein vorbestimmter Schwellenwert K2 ist. Falls bestimmt wird, dass die NOx-Okklusionsmenge größer als der Schwellenwert K2 ist (Qnox > K2), wird bestimmt, dass der NOx-Katalysator 21 nicht verschlechtert ist (keine Verschlechterung) und der folgende Schritt S431 führt einen vorbestimmten Prozess aus einem Prozess der Nichtverschlechterung aus (bspw. wird ein Bestimmungsergebnis in dem EEPROM gespeichert). Falls bestimmt wird, dass die NOx-Okklusionsmenge Qnox gleich oder geringer als der Schwellenwert K2 ist (Qnox ≤ K2), wird bestimmt, dass der NOx-Katalysator 21 verschlechtert ist (es besteht eine Verschlechterung, d.h. eine Leistungsverschlechterung aufgrund eines anderen Faktors als die NOx-Okklusionsmenge tritt auf), und der folgende Schritt S432 führt den vorbestimmten Prozess als einen Prozess der Verschlechterung durch (bspw. einen Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess). In dem Fall, wo der Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess durchgeführt wird, wird die fette Spülung während einer langen Zeitspanne durchgeführt (bspw. 20 bis 30 Min.), um den Zustand der hohen Temperatur und des fetten Luft-Kraftstoffverhältnisses aufrechtzuerhalten. Somit wird das SOX abgegeben, das dem NOx-Katalysator 21 anhaftet, und die Reinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 wird wiederhergestellt. Das heißt, der NOx-Katalysator 21 wird von der Schwefelvergiftung durch Durchführen des Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozesses wiederhergestellt bzw. befreit. Es gibt jedoch einige Fälle, wo der NOx-Katalysator 21, selbst wenn der Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess durchgeführt wird, aufgrund von anderen Faktoren, wie einer Wärmeverschlechterung, nicht vollständig wiederhergestellt wird (Reinigungsfähigkeit wird nicht wiederhergestellt). In diesem Fall wird ein vorbestimmter Fail-Safe-Prozess gemäß der Situation zu jeder Zeit bzw. von jedem Mal durchgeführt. Beispielsweise wird die Situation dem Benutzer berichtet, um den Benutzer zu einer geeigneten Handlung bzw. Behandlung zu drängen, bspw. durch Anschalten einer Warnleuchte (MIL-Leuchte).
Ungeachtet des Vorhandenseins oder Nicht-Vorhandenseins der Verschlechterung, wird das Verschlechterungsbestimmungsausführungsflag F3 bei Schritt S44, der Schritt S431 oder S432 folgt, auf Null eingestellt. Somit wird die Ausführungsbedingung des Prozesses von 7 nicht erfüllt, und die Abfolge des Prozesses der Verschlechterungsbestimmung wird beendet.
Somit führt die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Teilspülung (Teilwiederherstellungsprozess) für ein Abgeben nur eines Teils der Abgaskomponente (NOx), die in dem NOx-Katalysator 21 okkludiert ist, vor der Vollspülung (Hauptwiederherstellungsprozess) für ein Abgeben des im Wesentlichen gesamten Anteils des okkludierten NOx (okkludierte Komponente) durch, wie in 2A, 2B und 4 gezeigt ist. Somit, auch wenn eine Verschlechterung, wie die Schwefelvergiftung (Adsorption von Schwefeloxiden), die vorstehend beschrieben ist, in dem NOx-Katalysator 21 auftritt, kann die Reinigungsrate, die gleich wie oder größer als die erforderte Reinigungsrate ist, sicher aufrecht erhalten werden (wie durch einen Punkt M2a in 3 gezeigt ist).
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform übt bspw. die folgenden Effekte aus.

(1) Die Vorrichtung hat den NOx-Katalysator 21 (Okklusionsreinigungsabschnitt), der die spezifische Komponente (NOx), die in dem Abgas enthalten ist, unter einer Okklusionsbedingung (mageres Luft-Kraftstoffverhältnis) okkludiert, und der die okkludierte Abgaskomponente (okkludiertes NOx) unter einer Reinigungsbedingung (fettes Luft-Kraftstoffverhältnis) reinigt (reduziert) und abgibt. Die Vorrichtung führt die Vollspülung (Hauptwiederherstellungsprozess) für ein Abgeben des im Wesentlichen gesamten Anteils des okkludierten NOx auf einmal auf Basis einer Einrichtung der entsprechenden Ausführungsbedingung durch, um die Abgasreinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 wiederherzustellen. Die Abgasreinigungsvorrichtung hat das Programm (Teilwiederherstellungsvorrichtung, die in 5 gezeigt ist) für ein Durchführen der Teilspülung (Teilwiederherstellungsprozess) für ein Abgeben nur eines Teils der Abgaskomponente (okkludiertes NOx), das von dem NOx-Katalysator 21 okkludiert ist, vor der Ausführung der Vollspülung. Somit, selbst wenn die Verschlechterung, wie die Schwefelvergiftung, in dem NOx-Katalysator 21 auftritt, kann die Reinigungsrate, die gleich oder höher als die erforderte Reinigungsrate ist, sicherer aufrecht erhalten werden.
(2) Der bevorzugte Kraftstoffverbrauch kann durch Minimieren der Spülmenge (Reduktionsmittelmenge) und durch Hemmen bzw. Vermeiden einer übermäßigen Ausführung der Vollspülung aufrechterhalten werden.
(3) In einer Abfolge des Prozesses von 5 ist der Aufbau derart gemacht, dass die Teilspülung fortlaufend außer für die Zeitspanne wiederholt wird, für die die Vollspülung durchgeführt wird. Somit können die Parameter, die die Teilspülung betreffen, in geeigneter Weise gesteuert werden (bspw. werden Parameter variabel gesteuert oder auf geeignete feste Werte eingestellt), derart, dass die Erhöhung der Okklusionsmenge Qnox (2A) und das schließliche Absinken der Reinigungsrate Rnox des NOx-Katalysators (2B) gesättigt sind. Somit kann verhindert werden, dass die Reinigungsrate Rnox des NOx-Katalysators 21 unter den Sättigungswert QSAT abfällt.
(4) Die Vorrichtung hat das Programm (Ausführungszeitspannenvariiervorrichtung, Schritt S24 von 5), das die Ausführungszeitspanne (Ausführungszeitlänge) jeder Teilspülung auf Basis der Einleitungsmenge (Einleitungs-NOx-Menge S) des NOx bestimmt, das in den NOx-Katalysator 21 eingeleitet wird. Somit kann die Abnahme der Reinigungsrate des NOx-Katalysators 21 exakt gesättigt werden.
(5) Die Vorrichtung hat das Programm (Ausführungsintervallvariiervorrichtung, Schritt S12 von 4), das jedes Ausführungsintervall der Teilspülung auf Basis der Einleitungsmenge (Einleitungs-NOx-Menge S) des NOx definiert, das in den NOx-Katalysator 21 eingeleitet wird. Somit wird die Ausführungszeitabstimmung der Teilspülung auf eine geeignetere Zeitabstimmung eingestellt.
(6) Als das Verfahren zum Berechnen der Einleitungsmenge (Einleitungs-NOx-Menge S) des NOx, das in den NOx-Katalysator 21 eingeleitet wird, wird das Verfahren zum Berechnen der Einleitungsmenge der Abgaskomponente durch Integrieren der Abgaskomponenteneinleitungsmenge pro Zeiteinheit auf Basis des Produkts aus der Konzentration (Einleitungs-NOx-Konzentration D) der Abgaskomponente und der Abgasströmungsrate (Abgasströmungsrate G) von jeder Zeit bzw. für jedes Mal verwendet (Schritt S11 von 4). Somit kann die Einleitungsmenge (Einleitungs-NOx-Menge S) der Abgaskomponente präziser berechnet werden.
(7) Die Gesamtheit der Erfordernisse für die Einrichtung bzw. Erfüllung der Ausführungsbedingung der Vollspülung ist, dass die Ausführungszeitenanzahl der Teilspülung seit der ersten Ausführung der Teilspülung, falls die Vollspülung nicht durchgeführt worden ist, oder seit der letzten Ausführung der Vollspülung, falls die Vollspülung schon durchgeführt worden ist, gleich oder größer als die vorbestimmte Anzahl (acht in der Ausführungsform) wird (Schritt S13 von 4). Somit ist die Ausführungszeitabstimmung der Vollspülung durch eine einfache Steuerung auf Basis der Ausführungszeitenanzahl der Teilspülung auf eine geeignete Zeitabstimmung eingestellt.
(8) Der NOx-Okklusions-Reduktionskatalysator 21, der die Okklusion, die Reduktion und die Reinigung des NOx (Stickoxide) durchführt, wird als der Abschnitt (Okklusionsreinigungsabschnitt) für ein Durchführen der Abgasreinigung durch die Okklusion und die Abgabe verwendet. Die Abgabe der okkludierten Abgaskomponente (okkludiertes NOx) als der Katalysatorwiederherstellungsprozess wird durch die fette Spülung durchgeführt (Vollspülung und Teilspülung). In der fetten Spülung wird die Abgaskomponente (okkludiertes NOx), die in dem Katalysator 21 okkludiert ist, durch Zuführen der NOx-Reduktionskomponenten (HC, CO und dergleichen) zu dem Katalysator 21 reduziert und abgegeben. Mit solch einem Schema kann die Abgabemenge des NOx, die heutzutage im Speziellen in dem Dieselauto und dergleichen das Problem aufwirft, genauer verringert werden, und die Reinigung des Abgases kann realisiert werden.
(9) Die Abgasreinigungsvorrichtung wird auf das Fahrzeug angewendet, in dem der Dieselmotor montiert ist. Somit wird das Dieselauto realisiert, das die höhere Abgasreinigungsleistung hat und das sauberere Abgas abgibt.
(10) Die Vorrichtung hat das Programm (Verschlechterungsgradmessvorrichtung, Schritt S42 von 7), das den Verschlechterungsgrad des Katalysators 21 auf Basis der Verbrauchsmenge der NOx-Reduktionskomponente misst, die zu dem Katalysator 21 zugeführt wird und von diesem verbraucht wird, wenn die Vollspülung durchgeführt wird. Durch Messen des Verschlechterungsgrads, kann ein Prozess durchgeführt werden (bspw. ein Prozess von Schritt S431 oder S432 in 7), der zu dem Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21 korrespondiert.
(11) Als ein Verfahren zum Berechnen der Verbrauchsmenge (Reduktionsmittelverbrauchsmenge) der NOx-Reduktionskomponenten (HC, CO und dergleichen) in dem NOx-Katalysator wird das Verfahren zum Berechnen der Reduktionsmittelverbrauchsmenge auf Basis des Sensorausgaben der Sauerstoffkonzentrationssensoren (A/F-Sensoren 23, 24), die stromaufwärts bzw. stromabwärts des Katalysators 21 vorgesehen sind, und des Luftmengenmessers, der in dem Einlasssystem des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen ist, als das Objekt bzw. Ziel der Abgasreinigung verwendet (Schritt S23 von 5 und Schritt S33 von 6). Somit kann die Reduktionsmittelverbrauchsmenge und der Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21 mit höherer Genauigkeit berechnet werden.
(12) Die Vorrichtung hat das Programm (Verschlechterungsbestimmungsvorrichtung, Schritt S43 von 7), das die Größe des Verschlechterungsgrads des Katalysators 21 bestimmt, der bei Schritt S42 von 7 berechnet (gemessen) wird, und das Programm (Schwefelvergiftungswiederherstellungsvorrichtung, Schritt S432 von 7), das einen Prozess (Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess) für ein Wiederherstellen der Abgasreinigungsleistung des Katalysators 21 durchführt, der durch die Schwefelvergiftung verschlechtert ist, wenn bei Schritt S43 von 7 bestimmt wird, dass der Verschlechterungsgrad des Katalysators 21 groß ist, d.h. wenn bestimmt wird, dass die NOx-Okklusionsmenge Qnox gleich wie oder geringer als der vorbestimmte Schwellenwert K2 ist. Somit wird die hohe Abgasreinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 sicherer aufrechterhalten.
(13) Der vorbestimmte Failsafe-Prozess (bspw. das Aufleuchten einer Warnleuchte) wird durchgeführt, wenn der Katalysator 21 nicht vollständig wiederhergestellt ist, selbst wenn der Schwefelvergiftungswiederherstellungsprozess bei Schritt S432 von 7 durchgeführt worden ist. Somit ist der Failsafe-Prozess, der dem Wiederherstellungsfehler bzw. -scheitern Rechnung trägt, automatisch durchgeführt.
(14) Der Aufbau ist durch Ausführen des Hauptwiederherstellungsprozesses (Vollspülung) und des Teilwiederherstellungsprozesses (Teilspülung) mit der gemeinsamen Vorrichtung (Injektor 11) vereinfacht.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform kann bspw. wie folgt modifiziert werden.
Ein Programm (Ausführungsbedingungsvariiervorrichtung) kann verwendet werden, das die Ausführungsbedingung der Vollspülung (deren Einrichtung bzw. Erfüllung bei Schritt S13 von 4 bestimmt wird) gemäß dem Verschlechterungsgrad des Katalysators 21 (der als NOx-Okklusionsmenge berechnet wird) variiert, der bei Schritt S42 von 7 gemessen wird. Beispielsweise kann die Ausführungszeitabstimmung der Vollspülung vorauseilender gemacht bzw. mehr zur vorauseilenden Seite geändert werden, wenn sich der Verschlechterungsgrad 21 erhöht. Somit kann die Katalysatorverschlechterung über einem zulässigen Niveau in einem frühen Stadium erfasst werden.
In der Ausführungsform bildet die Bedingung (die bei einer vorbestimmten Ausführungszeitenanzahl oder darüber seit der ersten Ausführung der Teilspülung eingerichtet wird), die auf der Ausführungszeitenanzahl der Teilspülung basiert, das Erfordernis für die Einrichtung der Ausführungsbedingung der Vollspülung (deren Einrichtung bei Schritt S13 von 4 bestimmt wird). Alternativ können andere Erfordernisse zusätzlich oder anstelle dieses Erfordernisses verwendet werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung ein Programm haben (Okklusionsmengenschätzvorrichtung), das die Okklusionsmenge (NOx-Okklusionsmenge) des NOx schätzt, das in dem NOx-Katalysator 21 okkludiert ist, und die Bedingung, dass die geschätzte NOx-Okklusionsmenge gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Menge wird, kann als ein Teil oder eine Gesamtheit der Erfordernisse für die Einrichtung bzw. Erfüllung der Ausführungsbedingung für die Vollspülung verwendet werden. Darüber hinaus kann in diesem Fall die Ausführungszeitabstimmung der Vollspülung exakter auf eine geeignete Zeitabstimmung auf Basis der Okklusionsmenge des NOx (Abgaskomponente) eingestellt werden.
In einem derartigen Schema kann die NOx-Okklusionsmenge effektiv durch Verwenden eines Kennfelds, einer Formel oder dergleichen auf Basis wenigstens einer Größe von den Größen Konzentration des NOx (Abgaskomponente) in dem Abgas (Einleitungs-NOx-Konzentration D), Abgasströmungsrate (Abgasströmungsrate G) und Abgasreinigungsleistung des NOx-Katalysators (äquivalent zur NOx-Okklusionsmenge pro Zeiteinheit) geschätzt werden. Mit derartigen Parametern kann die Okklusionsmenge mit ausreichender Genauigkeit geschätzt werden. Die Abgasreinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 kann bspw. auf Basis der Temperatur des Katalysators 21 (Katalysatorbetttemperatur), des Verschlechterungsgrads des Katalysators 21 (der bei Schritt S42 von 7 gemessen wird) und dergleichen geschätzt werden.
In der Ausführungsform wird nur die Ausführungszeitspanne (Ausführungszeitlänge) jeder Teilspülung auf Basis der Einleitungs-NOx-Menge S von jeder Zeit bzw. jedem Mal definiert (Schritt S24 von 5). Alternativ kann die Vorrichtung ein Programm haben (Abgabemengenvariiervorrichtung), das die Abgabemenge der Okklusionskomponente pro Zeiteinheit der Teilspülung auf Basis der Einleitungs-NOx-Menge S von jeder Zeit bzw. jedem Mal bestimmt. Im Speziellen ist in dem Fall, wo die Vorrichtung gemäß der Ausführungsform ein derartiges Programm hat, ein Programm effektiv, das den Anfettungsgrad (Tiefe) der Teilspülung, d.h. das Luft-Kraftstoffverhältnis, gemäß der Einleitungs-NOx-Menge S von jeder Zeit bzw. jedem Mal variiert, um die Abgabemenge der Okklusionskomponente pro Zeiteinheit auf einen geeigneten Wert einzustellen. Beispielsweise kann ein derartiges Programm als der Prozess von Schritt S22 von 5 durchgeführt werden. Solch ein Schema kann einen Effekt ausüben, der der gleiche oder ähnlich zu dem Effekt (4) ist. Des Weiteren kann die Steuergenauigkeit durch Kombinieren eines derartigen Schemas mit dem Schema zum Steuern der Ausführungszeitspanne noch weiter verbessert werden.
Ein Schema zum regelmäßigen Durchführen wenigstens einer Spülung von der Vollspülung und der Teilspülung (in einem konstanten Zeitzyklus) kann verwendet werden. Somit ist die Steuerung vereinfacht und die Steuerbarkeit ist verbessert.
Ein Schema zum Einstellen des Ausführungsintervalls der Teilspülung (das bspw. mit dem Schwellenwert K1 in Verbindung steht, der bspw. bei Schritt S12 von 4 verwendet wird) bzw. der Abgabenmenge der Okklusionskomponente pro Zeiteinheit (die mit dem Luftkraftstoffverhältnis oder dergleichen in Verbindung steht) wenigstens während der wiederholten Ausführung der Teilspülung auf einen konstanten Wert ist auch effektiv. Mit einem derartigen Schema wird die Steuerung leicht und eine fehlerhafte Steuerung oder dergleichen wird vermieden. Als eine Folge ist die Steuerbarkeit verbessert. Des Weiteren neigt in diesem Fall die Abnahme der Reinigungsrate des NOx-Katalysators 21 dazu, grundsätzlich gesättigt zu sein (ähnlich zu der Tendenz von 2B).
Ein Schema ist auch effektiv, das eine Vorrichtung bzw. Einrichtung (bspw. ein Programm) für ein Variieren (wenigstens einer Größe von den Größen jede Ausführungszeitspanne (die bspw. mit einem Bedingungsparameter in Beziehung steht, der den Prozess von Schritt S24 von 5 betrifft) der Teilspülung (die in 5 gezeigt ist) und Abgabemenge der Okklusionskomponente pro Zeiteinheit, die durch die Teilspülung (die bspw. mit dem Luftkraftstoffverhältnis oder dergleichen in Verbindung steht) gemäß dem Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21 (der bei Schritt S42 von 7 gemessen wird) abgegeben wird.
Das Ausführungsintervall der Teilspülung kann auf einen beliebigen Wert eingestellt sein. Das heißt das Ausführungsintervall der Teilspülung kann als ein fixer Wert oder als ein variabler Wert eingestellt sein.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird in dem Prozess von 7 der Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21 auf Basis der Menge des Reduktionsmittels (Reduktionsmittelverbrauchsmenge) gemessen, die in der Reduktion des Okklusions-NOx in der Vollspülung erfordert ist (bei Schritt S42 von 7). Alternativ kann die Messung bspw. auf Basis der Zeitspanne durchgeführt werden (Zeitspanne, die für eine Reduktion notwendig ist), die in der Reduktion des Okklusions-NOx durch die Vollspülung erfordert ist. Im Detail wird in diesem Fall die Zeit, bei der die Zufuhr der Reduktionskomponente (fette Komponente) zu dem NOx-Katalysator 21 tatsächlich begonnen wird, mit dem Erfassungssignal des stromaufwärtigen A/F-Sensors 23 erfasst, wenn die Vollspülung durchgeführt wird, und die Zeit, bei der das Reduktionsentfernen des Okklusions-NOx in dem NOx-Katalysator 21 beendet ist, wird mit dem Erfassungssignal des stromabwärtigen A/F-Sensors 24 erfasst. Der Verschlechterungsgrad (Abfallgrad der Reinigungsleistung) des NOx-Katalysators 21 wird auf Basis der zur Reduktion notwendigen Zeitspanne als der Unterschied (Zeitunterschied) zwischen den Zeiten gemessen. In diesem Fall gibt es Bedenken hinsichtlich einer Antwortverzögerung der A/F-Sensoren 23, 24. Deshalb ist es effektiv, um die Genauigkeit der Messung und der Verschlechterungsbestimmung zu verbessern, den Fettheitsgrad (Luft-Kraftstoffverhältnis) der Vollspülung gemäß dem Verschlechterungsgrad des NOx-Katalysators 21 zu ändern. In diesem Fall kann der Verschlechterungsgrad einfach gemessen werden, ohne die Erfassungssignale des A/F-Sensors 23 stromaufwärts des Katalysators zu verwenden. Das heißt die Zeitspanne, bis die fette Komponente durch den A/F-Sensor 24 stromabwärts des Katalysators erfasst wird, kann als die zur Reduktion notwendige Zeitspanne auf Basis der Startzeit der Vollspülung (NOx-Reduktionssteuerung) berechnet werden. Das heißt in diesem Fall kann der A/F-Sensor nur stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen sein.
In dem Prozess von 7 kann ein Schema zum Durchführen der Messung und der Bestimmung des Verschlechterungsgrads des NOx-Katalysators 21 (bspw. ein Einstellen des Verschlechterungsbestimmungsausführungsflag F3 auf 1) unter einer Bedingung (Ausführungsbedingung) verwendet werden, dass die Temperatur (im Speziellen die Betttemperatur) des NOx-Katalysators 21 in einen vorbestimmten Bereich fällt (bspw. einen Bereich von 300 bis 450°C, wo die Charakteristik des Katalysators 21 stabilisiert ist). Somit kann die Genauigkeit der Messung und die Bestimmung verbessert werden. Die Temperatur des NOx-Katalysators 21 kann bspw. auf Basis des Erfassungssignals des Abgastemperatursensors 25 geschätzt werden (die äquivalent zur Abgastemperatur ist).
Der Prozess von 7 kann nur unter einer Bedingung durchgeführt werden, dass angenommen wird, dass die Reinigungsleistung des NOx-Katalysators 21 in Verbindung mit der Schwefelvergiftung oder der Katalysatorverschlechterung verschlechtert ist. Beispielsweise kann eine Bedingung, dass eine Fahrdistanz des Fahrzeugs eine vorbestimmte Distanz (bspw. 10.000 km) erreicht, oder eine Gesamtmenge der Kraftstoffeinspritzmenge, die durch den Injektor 11 eingespritzt wird (Integrationswert von jeweiligen Kraftstoffeinspritzmengen) eine vorbestimmte Menge erreicht, als die Ausführungsbedingung verwendet werden, und die Messung und die Bestimmung der Katalysatorverschlechterung kann nur durchgeführt werden, wenn die Ausführungsbedingung erfüllt ist (bspw. kann Verschlechterungsbestimmungsausführungsflag F3 auf 1 eingestellt sein). Die Messung oder die Bestimmung der Katalysatorverschlechterung sind keine unverzichtbaren Faktoren. Die vorliegende Erfindung kann selbst ohne die Messung oder die Bestimmung als die Erfordernisse angewendet werden.
Die Abgasreinigungsvorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung angewendet wird, ist nicht auf die Vorrichtung gemäß der Ausführungsform beschränkt, sondern kann beliebig sein. Das heißt der Aufbau kann in geeigneter Weise gemäß der Verwendung oder dergleichen geändert sein. Beispielsweise können die Einbaupositionen des DPF 20 und des NOx-Katalysators 21 umgekehrt sein. Eine Reinigungsvorrichtung, in der der DPF 20 und der NOx-Katalysator 21 integriert sind, kann in dem Auslassrohr 18 vorgesehen sein. Ein Oxidationskatalysator oder dergleichen kann zusätzlich stromabwärts des NOx-Katalysators 21 vorgesehen sein. Anstelle der A/F-Sensoren 23, 24 kann ein O2-Sensor einer elektromotorischen Kraft bzw. Ursprungsspannung ausgebenden Bauart verwendet werden, der ein binäres Signal der elektromotorischen Kraft bzw. ein Ursprungsspannungssignal ausgibt, das gemäß davon variiert, ob das Abgas mager oder fett ist.
In der Ausführungsform wird angenommen, dass die Teilspülung und die Vollspülung hauptsächlich in der Luft-Kraftstoffverhältnissteuerung durchgeführt werden, die auf der Kraftstoffeinspritzmenge des Injektors 11 basiert (d.h. als fette Spülung). Die Art des Zuführens des unverbrannten Kraftstoffs zu dem NOx-Katalysator 21 ist beliebig. Beispielsweise kann eine spätere Einspritzung (bspw. ein Nachspritzen oder eine Nacheinspritzung) als eine von mehrstufigen Einspritzungen nach einer Haupteinspritzung durchgeführt werden, und das Reduktionsentfernen des Okklusions-NOx kann mit dem unverbrannten Kraftstoff durchgeführt werden, der durch die spätere Einspritzung zugeführt wird. Alternativ kann ein Kraftstoffzusatzventil stromaufwärts des NOx-Katalysators 21 des Abgassystems vorgesehen sein, und der Kraftstoff (unverbrannter Kraftstoff) kann direkt zu dem NOx-Katalysator 21 zugeführt werden (nicht durch den Motor 10 hindurch). Darüber hinaus können diese Arten kombiniert werden, und eine Art kann gemäß dem Betriebsbereich des Motors 10 ausgewählt und ausgeführt werden. Beispielsweise ist ein Schema zum Durchführen der NOx-Reduktionssteuerung mit dem Kraftstoffzusatzventil während einer Hochlastbetriebszeitspanne oder einer Hochdrehzahlbetriebszeitspanne des Motors 10, in denen Bedenken hinsichtlich der Abgabe von Rauch aufkommen, und zum Durchführen der fetten Spülung mit dem Injektor 11 in der anderen Zeitspanne wirksam.
Der Hauptwiederherstellungsprozess (Vollspülung) und der Teilwiederherstellungsprozess (Teilspülung) können mit verschiedenen Vorrichtungen ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein Schema zum Ausführen der Vollspülung mit dem Kraftstoffzusatzventil und zum Ausführen der Teilspülung mit dem Injektor 11 jeweils verwendet werden.
Wenn der Hauptwiederherstellungsprozess oder der Teilwiederherstellungsprozess durchgeführt wird, falls die erforderte Menge des NOx (Abgaskomponente) abgegeben wird, die in dem NOx-Katalysator 21 okkludiert ist (Okklusionsreinigungsabschnitt), ist dies genug. Jedes Verfahren kann zusätzlich zu den verschiedenen Typen der Kraftstoffzuführarten verwendet werden, solange das Verfahren diese Bedingung erfüllt.
Obwohl das typische Bespiel des NOx-Katalysators als die Ausführungsform dargestellt ist, ist die Art des NOx-Katalysators 21 beliebig. Obwohl die Forderung bezüglich des NOx-Katalysators derzeit hauptsächlich ist, kann die vorliegende Erfindung in gleicher Weise auf andere Verwendungen angewendet werden, solange der Aufbau einen Okklusionsreinigungsabschnitt hat (der eine Okklusion bzw. Reinigung unter gewissen Bedingungen durchführt), der eine Charakteristik hat, die ähnlich zu der des NOx-Katalysators ist.
In der Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung als ein Beispiel auf das Common Rail-System des Fahrzeugdieselmotors angewendet. Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung in gleicher Weise auch auf einen Ottomotor (im Speziellen auf einen Direkteinspritzmotor) angewendet werden.
In der Ausführungsform wird die Teil der Hauptwiederherstellungsprozess oder der Teilwiederherstellungsprozess durchgeführt wird fortlaufend bzw. hintereinander und wiederholt außer für die Zeitspanne, in der die Vollspülung durchgeführt wird, in der Abfolge des Prozesses von 5 ausgeführt. Alternativ kann die Teilspülung wiederholt nur während eines vorbestimmten Intervalls vor der Ausführung der Vollspülung ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein Schema, das die Teilspülung in einer vorbestimmten Zeitspanne unmittelbar nach der Vollspülungsausführung nicht ausführt, in geeigneter Weise gemäß der Verwendung oder dergleichen verwendet werden.
Die wiederholte Ausführung der Teilspülung ist nicht das unverzichtbare Schema. Solange die Abgasreinigungsvorrichtung die Vorrichtung für ein Durchführen des Teilwiederherstellungsprozesses hat, der nur einen Teil der Abgaskomponente, die in dem Okklusionsreinigungsabschnitt (bspw. dem NOx-Katalysator 21) als die Reinigungsvorrichtung okkludiert ist, vor Ausführung des Hauptwiederherstellungsprozesses abgibt, kann ein Effekt ausgeübt werden, der der selbe oder ähnlich zu dem Effekt (1) ist, und die gewünschte Aufgabe bzw. das gewünschte Ziel kann erreicht werden.
In der Ausführungsform und den Modifikationen wird angenommen, dass verschiedene Arten von Software (Programme) verwendet werden, um die Abgasreinigungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zu verkörpern bzw. auszuführen. Alternativ kann dieselbe Funktion durch Hardware, wie ein bestimmter Schaltkreis, realisiert sein.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt werden, sondern kann auf viele andere Arten umgesetzt werden, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Okklusionsreinigungsabschnitt (21), der eine spezifische Komponente, die in einem Abgas enthalten ist, unter einer Okklusionsbedingung okkludiert und der die okkludierte Abgaskomponente unter einer Reinigungsbedingung reinigt und abgibt; einer Vollwiederherstellungsvorrichtung (S31–S38), die einen Hauptwiederherstellungsprozess zum Abgeben eines im Wesentlichen gesamten Anteils der in dem Okklusionsreinigungsabschnitt okkludierten Abgaskomponente auf einmal auf der Basis der Erfüllung einer Ausführungsbedingung des Hauptwiederherstellungsprozesses durchführt, um die Abgasreinigungsleistung des Okklusionsreinigungsabschnitts (21) wiederherzustellen; und einer Teilwiederherstellungsvorrichtung (S21–S28), die einen Teilwiederherstellungsprozess zum Abgeben nur eines Teils der in dem Okklusionsreinigungsabschnitt (21) okkludierten Abgaskomponente vor der Ausführung des Hauptwiederherstellungsprozesses durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfordernis oder eine Gesamtheit von Erfordernissen für die Erfüllung der Ausführungsbedingung des Hauptwiederherstellungsprozesses ist, dass eine Anzahl von Malen, die der Teilwiederherstellungsprozess durch die Teilwiederherstellungsvorrichtung (S21–S28) seit dem ersten oder bestimmten Teilwiederherstellungsprozess, falls der Hauptwiederherstellungsprozess noch nicht durchgeführt worden ist, oder seit dem letzten Hauptwiederherstellungsprozess, falls der Hauptwiederherstellungsprozess durchgeführt worden ist, ausgeführt wird, gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Zahl wird.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Teilwiederherstellungsvorrichtung (S21–S28), wenigstens während der Hauptwiederherstellungsprozess jedes Mal dann durchgeführt wird, wenn die Ausführungsbedingung eingerichtet ist, den Teilwiederherstellungsprozess bei einem beliebigen Ausführungsintervall fortlaufend außer für eine Zeitspanne, in der der Hauptwiederherstellungsprozess durchgeführt wird, oder während eines vorbestimmten Intervalls vor der Ausführung des Hauptwiederherstellungsprozesses wiederholt durchführt.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, des Weiteren mit einer Ausführungszeitspannenvariiervorrichtung (S24), die eine Ausführungszeitspanne jedes Teilwiederherstellungsprozesses für jedes Mal auf der Basis einer Einleitungsmenge der Abgaskomponente bestimmt, die in den Okklusionsreinigungsabschnitt (21) eingeleitet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, des Weiteren mit einer Abgabemengenvariiervorrichtung, die eine Abgabemenge der okkludierten Komponente, die pro Zeiteinheit durch den Teilwiederherstellungsprozess abgegeben wird, für jedes Mal auf der Basis der Einleitungsmenge der Abgaskomponente bestimmt, die in den Okklusionsreinigungsabschnitt (21) eingeleitet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, des Weiteren mit einer Ausführungsintervallvariiervorrichtung (S12), die jedes Ausführungsintervall des Teilwiederherstellungsprozesses für jedes Mal auf der Basis der Einleitungsmenge der Abgaskomponente bestimmt, die in den Okklusionsreinigungsabschnitt (21) eingeleitet wird.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Ausführungsintervall des Teilwiederherstellungsprozesses und die Abgabemenge der okkludierten Komponente pro Zeiteinheit, die durch den Teilwiederherstellungsprozess abgegeben wird, wenigstens während der wiederholten Ausführung des Teilwiederherstellungsprozesses konstant eingestellt sind.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, des Weiteren mit einer Okklusionsmengenschätzvorrichtung (S11), die die Okklusionsmenge der Abgaskomponente schätzt, die in dem Okklusionsreinigungsabschnitt (21) okkludiert ist, wobei ein Erfordernis oder eine Gesamtheit von Erfordernissen für die Einrichtung der Ausführungsbedingung des Hauptwiederherstellungsprozesses ist, dass die Okklusionsmenge der Abgaskomponente, die durch die Okklusionsmengenschätzvorrichtung (S11) geschätzt wird, gleich wie oder größer als eine vorbestimmte Menge wird.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Okklusionsmengenschätzvorrichtung (S11) die Okklusionsmenge auf Basis wenigstens einer Größe von den Größen Konzentration der Abgaskomponente in dem Abgas, Abgasströmungsrate und Abgasreinigungsleistung des Okklusionsreinigungsabschnitts (21) schätzt.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Okklusionsreinigungsabschnitt (21) einen Stickoxid-Okklusions-Reduktionskatalysator hat, der Stickoxide als die spezifische Komponente okkludiert, reduziert und reinigt, und die Teilwiederherstellungsvorrichtung (S21–S28) dem Katalysator eine stickoxidreduzierende Komponente zuführt, um die durch den Katalysator okkludierte Abgaskomponente zu reduzieren und abzugeben.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, des Weiteren mit einer Verschlechterungsgradmessvorrichtung (S42), die einen Verschlechterungsgrad des Katalysators auf Basis einer Verbrauchsmenge der stickoxidreduzierenden Komponente, die dem Katalysator während des Hauptwiederherstellungsprozesses zugeführt wird, an dem Katalysator misst.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, des Weiteren mit einer Verschlechterungsbestimmungsvorrichtung (S43), die eine Größe des Verschlechterungsgrads des Katalysators bestimmt, der durch die Verschlechterungsgradmessvorrichtung (S42) gemessen wird; und einer Schwefelvergiftungswiederherstellungsvorrichtung (S432), die einen Prozess zum Wiederherstellen der durch eine Schwefelvergiftung verschlechterten Abgasreinigungsleistung des Katalysators durchführt, wenn die Verschlechterungsbestimmungsvorrichtung (S43) bestimmt, dass der Verschlechterungsgrad des Katalysators hoch ist.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, des Weiteren mit einer Ausführungsbedingungsvariiervorrichtung, die die Ausführungsbedingung des Hauptwiederherstellungsprozesses gemäß dem Verschlechterungsgrad des Katalysators variiert, der durch die Verschlechterungsgradmessvorrichtung (S42) gemessen wird.