DE102017217435B4 - Abgassteuersystem für verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Abgassteuersystem umfassend:einen NSR-Katalysator (3), der ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist;ein Kraftstoffzufuhrmittel (6), das konfiguriert ist zum Zuführen von Kraftstoff zu dem in den NSR-Katalysator (3) strömenden Abgas und Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases;einen SCR-Katalysator (5), der im Abgaskanal auf einer stromabwärtsliegenden Seite des NSR-Katalysators (3) vorgesehen ist und konfiguriert ist zum selektiven Reduzieren von NOx mit Ammoniak als Reduktionsmittel;ein Zugabemittel (7), das konfiguriert ist zum Zugeben von einem von Ammoniak und einem Vorläufer von Ammoniak als ein Additiv zu dem in den SCR-Katalysator (5) strömenden Abgas; undein Reduktionssteuermittel (20), das konfiguriert ist zum Zugeben des Additivs durch das Zugabemittel (7) und zum Durchführen einer spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator (3) strömenden Abgases durch das Kraftstoffzufuhrmittel (6), wenn die Temperatur des NSR-Katalysators (3) eine Temperatur in einem spezifizierten NSR-Temperaturbereich ist, in dem NOx durch den NSR-Katalysator (3) reduziert werden kann, und die Temperatur des SCR-Katalysators (5) eine Temperatur in einem spezifizierten SCR-Temperaturbereich ist, in dem NOx durch den SCR-Katalysator (5) reduziert werden kann, wobei die spezifizierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umfasst:eine erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei der die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzufuhrmittel (6) so gesteuert wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator (3) strömenden Abgases ein erstes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, das magerer ist als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wobei das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das eine Emission des im NSR-Katalysator (3) gespeicherten NOx bewirkt; undeine zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei der die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzufuhrmittel (6) so gesteuert wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator (3) strömenden Abgases ein zweites mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, das magerer ist als das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und wobei das Reduktionssteuermittel (20) konfiguriert ist zum wiederholten abwechselnden Durchführen der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei der spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgassteuersystem für einen Verbrennungsmotor.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Es kann ein Abgaskanal eines Verbrennungsmotors mit einem NSR-Katalysator, welches ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist, und einem SCR-Katalysator, welches ein Katalysator zur selektiven NOx-Reduktion ist, angenommen werden, wobei der NSR-Katalysator und der SCR-Katalysator auf einer stromaufwärts- bzw. einer stromabwärtsliegenden Seite des Abgaskanal angeordnet sind. Bei einer derartigen Abgaskonfiguration speichert/absorbiert der NSR-Katalysator NOx im Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases zeitweilig auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, das gespeicherte NOx von dem NSR-Katalysator emittiert und wird bei einer Reaktion mit einem Reduktionsmittel im Abgas reduziert. Wenn das Abgas in den SCR-Katalysator strömt, wird Ammoniak als ein Reduktionsmittel dem SCR-Katalysator zugeführt, wodurch eine selektive Reduktion von NOx im Abgas bewirkt wird.
  • In einer Abgaskonfiguration eines in der japanischen Patentanmeldung JP 2008 - 286 001 A offenbarten Verbrennungsmotors ist ein Abgaskanal mit einem NSR-Katalysator und einem SCR-Katalysator ausgestattet, welche von der stromaufwärtsliegenden Seite der Reihe nach angeordnet sind. Damit das im NSR-Katalysator gespeicherte NOx emittiert und reduziert wird, wird dem Abgas Kraftstoff zugeführt. Zu diesem Zeitpunkt, wird das von dem NSR-Katalysator zu der stromabwärtsliegenden Seite strömende NOx im SCR-Katalysator reduziert. Eine für die Reduktion von NOx im SCR-Katalysator erforderliche Ammoniakzuführmenge wird bestimmt unter Berücksichtigung der Menge an im NSR-Katalysator gespeichertem NOx ebenso wie einem Umwandlungsphänomen von NOx zu Ammoniak während der NOx-Emission. Demgemäß wird eine übermäßige Zugabe von Ammoniak zu dem SCR-Katalysator vermieden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Wenn ein Abgassteuersystem konstruiert ist zum Reduzieren von NOx unter Verwendung eines NSR-Katalysators und eines SCR-Katalysators, welche der Reihe nach in der stromaufwärtsliegenden Seite in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet sind, ist es für eine effiziente NOx-Reduktion im SCR-Katalysator notwendig, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den SCR-Katalysator strömenden Abgases auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis, bei dem Sauerstoff in einem gewissen Ausmaß enthalten ist, einzustellen. Als Grund hierfür wird angenommen, dass es notwendig ist, dass die Wertigkeit eines reduzierenden Metallelements (beispielsweise Kupfer Cu oder dergleichen), das auf einem Basismaterial geträgert ist, aufgrund eines Ionenaustausches im SCR-Katalysator eine für eine Reduktionsreaktion mit Sauerstoff erforderliche Wertigkeit ist. Wenn demgemäß das auf der stromaufwärtsliegenden Seite in den NSR-Katalysator strömende Abgas, um gespeichertes NOx zu emittieren und reduzieren, auf ein spezifiziertes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, wird in dem auf der stromabwärtsliegenden Seite angeordneten SCR-Katalysator keine Luft-Kraftstoff-Verhältnisatmosphäre gebildet, die für die Reduktionsreaktion von NOx geeignet ist. Demgemäß kann es schwierig werden, das aus der stromaufwärtsliegende Seite strömende NOx kontinuierlich im SCR-Katalysator zu reduzieren.
  • Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung eine Technologie für ein Abgassteuersystem mit einem NSR-Katalysator und einem SCR-Katalysator, welche der Reihe nach von der stromaufwärtsliegende Seite in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet sind, zur Verfügung, wobei die Technologie eine adäquate Verwendung von den beiden Katalysatoren als ein System implementiert, um ein NOx-Reinigungsvermögen zu verbessern.
  • Ein Erfinder der vorliegenden Erfindung verwendete die Konfiguration eines wechselweisen Wiederholens der Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Emittieren von im NOx-Katalysator gespeichertem NOx und der Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum Wiederherstellen eines NOx-Reduktionsvermögens des SCR-Katalysators. Als Folge davon wird konstant eine Marge der NOx-Speicherung im NSR-Katalysator zugegeben, während das von dem NSR-Katalysator emittierte NOx im SCR-Katalysator reduziert wird, und wird zudem das NOx-Reduktionsvermögen des SCR-Katalysators wiederhergestellt. In der vorliegenden Erfindung, schließt die Speicherung von NOx durch den NSR-Katalysator die Form einer sogenannten Adsorption von NOx ein.
  • Im Speziellen ist die vorliegende Erfindung ein Abgassteuersystem für einen Verbrennungsmotor umfassend: einen NSR-Katalysator, der ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; Kraftstoffzufuhrmittel zum Zuführen von Kraftstoff zu dem in den NSR-Katalysator strömenden Abgas und Regulieren eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases; einen SCR-Katalysator, der im Abgaskanal auf einer stromabwärtsliegenden Seite des NSR-Katalysators vorgesehen ist, wobei der SCR-Katalysator konfiguriert ist zum selektiven Reduzieren von NOx mit Ammoniak als Reduktionsmittel; Zugabemittel zum Zugeben von Ammoniak oder einem Vorläufer von Ammoniak als ein Additiv zu dem in den SCR-Katalysator strömenden Abgas; und Reduktionssteuermittel zum Zugeben des Additiv mittels des Zugabemittels und Durchführen einer spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases mit dem Kraftstoffzufuhrmittel, wenn die Temperatur des NSR-Katalysators innerhalb eines spezifizierten NSR-Temperaturbereichs liegt, wo NOx durch den NSR-Katalysator reduziert werden kann, und die Temperatur des SCR-Katalysators innerhalb eines spezifizierten SCR-Temperaturbereichs liegt, wo NOx durch den der SCR-Katalysator reduziert werden kann. Die spezifizierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umfasst eine erste Magermanipulation eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eine zweite Magermanipulation eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wobei die erste Magermanipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Manipulation ist, bei der eine Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzufuhrmittel bewirkt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases ein erstes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das magerer als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis eine Emission des im NSR-Katalysator gespeicherten NOx bewirkt, die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Manipulation ist, bei der eine Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzufuhrmittel derart gesteuert wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases ein zweites mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das magerer als das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das Reduktionssteuermittel führt bei der spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wiederholt abwechselnd die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch. Die vorliegende Erfindung kann auch folgendermaßen definiert werden. Ein Abgassteuersystem umfasst: einen NSR-Katalysator, der ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors vorgesehen ist; eine Kraftstoffzufuhreinrichtung, die konfiguriert ist zum Zuführen von Kraftstoff zu dem in den NSR-Katalysator strömenden Abgas und Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases; einen SCR-Katalysator, der im Abgaskanal auf einer stromabwärtsliegenden Seite des NSR-Katalysators vorgesehen ist, wobei der SCR-Katalysator konfiguriert ist zum selektiven Reduzieren von NOx mit Ammoniak als Reduktionsmittel; eine Zugabeeinrichtung, die konfiguriert ist zum Zugeben von einem von Ammoniak und einem Vorläufer von Ammoniak als ein Additiv zu dem in den SCR-Katalysator strömenden Abgas; und eine elektronische Steuereinheit, die derart konfiguriert ist, dass wenn die Temperatur des NSR-Katalysators eine Temperatur in einem spezifizierten NSR-Temperaturbereich ist, in dem NOx durch den NSR-Katalysator reduziert wird, und die Temperatur des SCR-Katalysators eine Temperatur in einem spezifizierten SCR-Temperaturbereich ist, in dem NOx durch den SCR-Katalysator reduziert wird, i) das Additiv durch die Zugabeeinrichtung zugegeben wird und ii) wiederholt abwechselnd eine erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und eine zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt werden, wobei die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Manipulation ist, bei der die Kraftstoffzufuhr durch die Kraftstoffzufuhreinrichtung derart gesteuert wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases ein erstes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, das magerer ist als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das eine Emission von gespeichertem NOx von dem NSR-Katalysator bewirkt, die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Manipulation ist, bei der die Kraftstoffzufuhr durch die Kraftstoffzufuhreinrichtung derart gesteuert wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases ein zweites mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, das magerer ist als das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • In dem Abgassteuersystem für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung sind der Reihe nach von der stromaufwärtsliegende Seite im Abgaskanal ein NSR-Katalysator, der ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist, und ein SCR-Katalysator, der ein Katalysator zur selektiven NOx-Reduktion ist, angeordnet. Der NSR-Katalysator speichert NOx in einer mageren Atmosphäre und verwendet den durch das Kraftstoffzufuhrmittel zugeführten Kraftstoff als ein Reduktionsmittel. Als Folge davon kann eine NOx-Reduktion durch den NSR-Katalysator erreicht werden. Im Speziellen wird Kraftstoff durch das Kraftstoffzufuhrmittel zugeführt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf ein spezifiziertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen, und wenn das Abgas mit dem spezifizierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den NSR-Katalysator strömt, kann in dem NSR-Katalysator gespeichertes NOx mit dem Kraftstoff als Reduktionsmittel reduziert werden. In dem SCR-Katalysator kann mit der Verwendung eines durch das Zugabemittel zugegebenen Additivs eine NOx-Reduktion mit Ammoniak als Reduktionsmittel durchgeführt werden.
  • Hierbei variiert in dem Abgassteuersystem der vorliegenden Erfindung die Temperatur des NSR-Katalysators und des SCR-Katalysators gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Insbesondere wenn die Temperatur des NSR-Katalysators in einem spezifizierten NSR-Temperaturbereich liegt und die Temperatur des SCR-Katalysators in einem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt, kann NOx im Abgas unter Verwendung von sowohl dem NOx-Reduktionsvermögen des NSR-Katalysators als auch dem NOx-Reduktionsvermögen des SCR-Katalysators reduziert werden. Wenn jedoch in der Vergangenheit gespeichertes NOx im NSR-Katalysator reduziert wurde, wurde das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases einfach auf ein festgesetztes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt. Da der SCR-Katalysator stromabwärts des NSR-Katalysators angeordnet war, wies das den SCR-Katalysator umgebende Abgas kein Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf, das für eine NOx-Reduktion ausreichend ist. Infolgedessen war es schwierig, das NOx-Reinigungsvermögen des Abgassteuersystems in ausreichendem Maße zu verbessern.
  • Demgemäß wird in dem Abgassteuersystem der vorliegenden Erfindung, auch wenn das NOx-Reduktionsvermögen der beiden Katalysatoren zur Verfügung steht, keine auf dem NSR-Katalysator basierende NOx-Reduktion durchgeführt, die durch Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases auf ein festgesetztes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird. Vielmehr wird eine auf dem SCR-Katalysator basierende NOx-Reduktion durchgeführt, nicht indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases auf ein festgesetztes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, sondern durch Zugeben eines Additivs zu dem Abgas. Da die NOx-Reduktion mittels des SCR-Katalysators eine selektive NOx-Reduktion mit Ammoniak als Reduktionsmittel ist, ist die Effizienz der NOx-Reduktion relativ hoch und kann daher das NOx-Reinigungsvermögen des Abgassteuersystems auf einfache Weise verbessert werden. Wenn zudem die auf dem SCR-Katalysator basierende NOx-Reduktion durchgeführt wird, kann die Menge der Kraftstoffzufuhr zu dem Abgas verringert werden und kann ein Abgeben von Kraftstoff nach Außerhalb des Systems unterbunden werden. Wenn eine NOx-Reduktion durch den SCR-Katalysator bevorzugt durchgeführt wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Demgemäß wird die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator auf hohen Niveaus gehalten, welche eine plötzliche Emission einer großen Menge an NOx bewirken können, die für den SCR-Katalysator zum Reduzieren zu groß ist, wenn die Last des Verbrennungsmotors schwankt. Demgemäß wird in dem Abgassteuersystem unter Berücksichtigung einer NOx-Reduktionsreaktion im SCR-Katalysator die Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt als eine spezifizierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases für die auf dem SCR-Katalysator basierende NOx-Reduktion, wobei die Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einschließt.
  • Die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bewirkt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases ein erstes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann eine Emission von im NSR-Katalysator gespeichertem NOx bewirken. Wenn die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, wird demgemäß das gespeicherte NOx von dem NSR-Katalysator mit einer Emissionsgeschwindigkeit emittiert (NOx-Emissionen pro Zeiteinheit), die so gesteuert wird, dass sie relativ niedrig ist. Die Menge an gespeichertem NOx nimmt naturgemäß mit der Emission des gespeicherten NOx ab. Der Großteil des emittierten NOx wird durch den NSR-Katalysator nicht reduziert, sondern strömt aus der stromabwärtsliegenden Seite aus. Während die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, wird hierbei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den SCR-Katalysator strömenden Abgases ebenfalls zu einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis das dem ersten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zugeschrieben wird. Demgemäß kann das NOx-Reduktionsvermögen des SCR-Katalysators demonstriert werden. Da jedoch die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzufuhrmittel durchgeführt wird, um das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bilden, ist es schwierig, die lonenwertigkeit eines reduzierenden Metallelements im SCR-Katalysator problemlos wiederherzustellen als vergleichsweise, wenn keine Kraftstoffzufuhr durchgeführt wird. Dies deutet darauf hin, dass das NOx-Reduktionsvermögen des SCR-Katalysators sich verschlechtern kann, wenn die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses andauert.
  • Demgemäß wird bei der spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt nachdem die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wurde. Die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bewirkt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases ein zweites mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das magerer ist als das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Infolgedessen nimmt die Geschwindigkeit an von dem NSR-Katalysator emittiertem NOx ab oder stoppt die NOx-Emission im Wesentlichen. Gleichzeitig ermöglicht das Zuführen des Abgases, das mehr Sauerstoff enthält, in den SCR-Katalysator es, dass eine wirksame Wiederherstellung der lonenwertigkeit des reduzierenden Metallelements im SCR-Katalysator erreicht werden kann. Bei der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses kann die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzufuhrmittel gestoppt werden, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases auf das zweite magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen. Da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases so weit als möglich auf ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, wird in diesem Fall die Wiederherstellung der lonenwertigkeit des reduzierenden Metallelements im SCR-Katalysator schneller erreicht. Da die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die lonenwertigkeit des reduzierenden Metallelements im SCR-Katalysator auf diese Weise wiederherstellt, kann der Zustand, bei dem das NOx durch den SCR-Katalysator reduziert werden kann, erneut gebildet werden in dem Fall, bei dem die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach dem Ende der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erneut durchgeführt wird, was später beschrieben wird.
  • Bei der spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases werden die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses abwechselnd wiederholt. Im Speziellen wird im NSR-Katalysator die Emission des gespeicherten NOx hauptsächlich aufgrund der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt. Nach der Emission des gespeicherten NOx wird das emittierte NOx im SCR-Katalysator reduziert. Dann wird nach der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt, so dass die lonenwertigkeit des reduzierenden Metallelements im SCR-Katalysator in dem Zustand vorliegt, der für eine NOx-Reduktion geeignet ist. Zu diesem Zeitpunkt wird die NOx-Reduktion durch den SCR-Katalysator ebenfalls effizient durchgeführt. Bei einer derartigen Wiederholung der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird die NOx-Reduktion hauptsächlich durch den SCR-Katalysator ausgeführt. Hinsichtlich der Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator wird die Menge an gespeichertem NOx durch die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses quantitativ verringert während die Menge an gespeichertem NOx durch die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhöht wird. Demgemäß führt das Reduktionssteuermittel die spezifizierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vorzugsweise derart durch, dass die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator in einem spezifizierten Bereich der Menge an gespeichertem NOx liegt. Demzufolge kann der NSR-Katalysator eine Spanne sicherstellen, die eine NOx-Speicherung ermöglicht, und kann ein Ausströmen von NOx aus dem NSR-Katalysator aufgrund derartiger Ursachen wie einer Erhöhung der Last des Verbrennungsmotors so weit als möglich unterbunden werden.
  • Wenn wie zuvor beschrieben die NOx-Reduktion durch das Reduktionssteuermittel durchgeführt wird, verwirklicht die spezifizierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine effiziente NOx-Reduktion auf Basis des SCR-Katalysators. Infolgedessen werden beide Katalysatoren als ein System in angemessener Weise zur Verbesserung des NOx-Reinigungsvermögens verwendet.
  • Wenn bei dem Abgassteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung die Temperatur des NSR-Katalysators in dem spezifizierten NSR-Temperaturbereich liegt, die Temperatur des SCR-Katalysators jedoch nicht in dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt, kann die NOx-Reduktionsbehandlung im NSR-Katalysator durchgeführt werden unter Verwendung von lediglich der Kraftstoffzufuhr mit dem Kraftstoffzufuhrmittel. Im Speziellen stellt die Kraftstoffzufuhr das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein, das für eine Reduktion von gespeichertem NOx geeignet ist. In dem Fall, bei dem die Temperatur des SCR-Katalysators in dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt, die Temperatur des NSR-Katalysators jedoch nicht in dem spezifizierten NSR-Temperaturbereich liegt, kann die NOx-Reduktionsbehandlung nicht durch eine Kraftstoffzufuhr mit dem Kraftstoffzufuhrmittel durchgeführt werden, sondern durch Zugabe eines Additiv mit dem Zugabemittel.
  • Bei dem bisher beschriebenen Abgassteuersystem für einen Verbrennungsmotor strömt das Abgas, das eine relativ große Menge an Sauerstoff enthält, in den SCR-Katalysator, wenn die Kraftstoffzufuhr bei der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestoppt wird, um so das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator strömenden Abgases auf das zweite magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen. In einem derartigen Fall kann eine Wiederherstellung der lonenwertigkeit des reduzierenden Metallelements im SCR-Katalysator durch die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses relativ schnell verwirklicht werden. Demgemäß kann in einem derartigen Fall das Reduktionssteuermittel die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stoppen und auf die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umstellen, wenn bei der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NSR-Katalysator strömenden Abgases zu dem zweiten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder Luft-Kraftstoff-Verhältnissen in der Nähe des zweiten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (nachfolgend als „Luft-Kraftstoff-Verhältnisse wie das zweite magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ bezeichnet) wird. Sobald die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestartet ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NSR-Katalysator strömenden Abgases auf diese Weise zu Luft-Kraftstoff-Verhältnissen wie das zweite magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, wird davon ausgegangen, dass bald eine erforderliche Menge an Sauerstoff dem auf der stromabwärtsliegenden Seite angeordneten SCR-Katalysator zugeführt wird. Demgemäß kann der Zeitpunkt, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NSR-Katalysator strömenden Abgases zu Luft-Kraftstoff-Verhältnissen wie das zweite magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, nachdem die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestartet ist, als ein rationaler Zeitpunkt zum Stoppen der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und Umschalten auf die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses angesehen werden.
  • Wenn bei dem bisher beschriebenen Abgassteuersystem für einen Verbrennungsmotor bei der spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine NOx-Reinigungsrate durch den SCR-Katalysator geringer als ein spezifizierter Grenzwert der Reinigungsrate wird, kann das Reduktionssteuermittel die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umstellen und dann die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während eines vorbestimmt Zeitraums fortführen. Wenn, wie zuvor beschrieben, die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei der spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, kann die lonenwertigkeit des reduzierenden Metallelements im SCR-Katalysator auf der stromabwärtsliegenden Seite sich im Verlauf der Zeit zu dem Zustand ändern, der für eine NOx-Reduktion ungeeignet ist. Infolgedessen verschlechtert sich die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators. Wenn die NOx-Reinigungsrate geringer als der der spezifizierte Grenzwert der Reinigungsrate wird, kann demgemäß vernünftigerweise festgestellt werden, dass zu diesem Zeitpunkt die lonenwertigkeit des reduzierenden Metallelements im SCR-Katalysator wiederhergestellt werden sollte. Zu dem Zeitpunkt, bei dem die NOx-Reinigungsrate geringer als der spezifizierte Grenzwert der Reinigungsrate wird, wird die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umgestellt, um so die lonenwertigkeit des reduzierenden Metallelements im SCR-Katalysator wiederherzustellen. Wenn die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, wird dem SCR-Katalysator Abgas mit einer größeren Menge an Sauerstoff zugeführt. Demgemäß wird die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während eines vorbestimmten Zeitraums fortgeführt, der ein Zeitraum ist, der zur Wiederherstellung der lonenwertigkeit des reduzierenden Metallelements im SCR-Katalysator erforderlich ist, und wird dann die Manipulation gestoppt. Wenn die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestoppt ist, wird die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erneut durchgeführt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann in dem Abgassteuersystem mit einem NSR-Katalysator und einem SCR-Katalysator, die von der stromaufwärtsliegenden Seite der Reihe nach in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet sind, eine angemessene Verwendung der beiden Katalysatoren als ein System zur Verbesserung des NOx-Reinigungsvermögens erreicht werden.
  • Figurenliste
  • Merkmale, Vorteile und technische und industrielle Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleichartige Elemente mit denselben Ziffern bezeichnet sind, und wobei:
    • 1 einen schematischen Aufbau eines Abgassteuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
    • 2A einen Zusammenhang zwischen Katalysatortemperatur und NOx-Reinigungsvermögen in dem NSR-Katalysator veranschaulicht, der in dem in 1 dargestellten Abgassteuersystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen ist;
    • 2B einen Zusammenhang zwischen Katalysatortemperatur und NOx-Reinigungsvermögen im SCR-Katalysator veranschaulicht, der in dem in 1 dargestellten Abgassteuersystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen ist;
    • 3 ein Modelldiagramm zum Veranschaulichen einer NOx-Reduktionsreaktion im SCR-Katalysator ist;
    • 4 ein Flussdiagramm einer ersten Abarbeitung der NSR-seitigen Einstellung zum Bestimmen der Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, das in dem in 1 dargestellten Abgassteuersystem für einen Verbrennungsmotor durchgeführt wird;
    • 5 ein Flussdiagramm einer Abarbeitung der SCR-seitigen Einstellung zum Bestimmen einer Ammoniakzufuhr zu dem SCR-Katalysator ist, das in dem in 1 dargestellten Abgassteuersystem für einen Verbrennungsmotor durchgeführt wird;
    • 6 ein Flussdiagramm einer SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, das in dem in 1 dargestellten Abgassteuersystem für einen Verbrennungsmotor durchgeführt wird; und
    • 7 die Änderung von Parametern betreffend die NOx-Reduktion veranschaulicht, wenn die in 6 dargestellte SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend wird unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ein spezifischer Modus der Implementierung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es sei angemerkt, dass Größen, Materialien, Ausformungen und relative Anordnungen von in einer Ausführungsform offenbarten Bauteilen nicht dazu beabsichtigt sind, den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung darauf einzuschränken, insofern dies nicht speziell angegeben ist.
  • Die Ausführungsform des Abgassteuersystems für einen Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die der Beschreibung der vorliegenden Anmeldung beiliegen. 1 veranschaulicht einen schematischen Aufbau eines Abgassteuersystems für einen Verbrennungsmotor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Der Verbrennungsmotor 1 ist ein Dieselmotor zum Antrieb eines Fahrzeugs.
  • Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Abgaskanal 2 verbunden. Der Abgaskanal 2 ist mit einem SCR-Katalysator 5 ausgestattet, der ein Katalysator zur selektiven NOx-Reduktion ist, der konfiguriert ist zum selektiven Reduzieren von NOx im Abgas mit Ammoniak als Reduktionsmittel. Der SCR-Katalysator 5 ist derart konfiguriert, dass Kupfer Cu, das ein reduzierendes Metallelement ist, ionenausgetauscht ist und dadurch auf Zeolith, das als ein Basismaterial verwendet wird, geträgert ist. Um Ammoniak zu erzeugen, das als ein Reduktionsmittel fungiert im SCR-Katalysator 5, wird gemäß der vorliegenden Erfindung Harnstoffwasser, das ein Vorläufer von Ammoniak ist und in einem Harnstofftank 8 gelagert ist, dem Abgas als ein Additiv zugegeben mittels eines Zugabeventils 7, das auf der stromaufwärtsliegenden Seite des SCR-Katalysators 5 angeordnet ist. Das durch das Zugabeventil 7 zugegebene Harnstoffwasser wird durch die Wärme des Abgases hydrolysiert, um Ammoniak zu erzeugen, und das erzeugte Ammoniak wird auf dem SCR-Katalysator 5 adsorbiert. Das Ammoniak bewirkt eine Reduktionsreaktion mit NOx im Abgas, was zu einer Entfernung von NOx führt. Die Zugabe von Harnstoffwasser mit dem Zugabeventil 7 entspricht der Manipulation mit dem Zugabemittel gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl in der vorliegenden Ausführungsform wie oben beschrieben das Harnstoffwasser durch das Zugabeventil 7 zugegeben wird, kann stattdessen Ammoniak oder wässriges Ammoniak dem Abgas direkt zugegeben werden.
  • Auf der stromabwärtsliegenden Seite des SCR-Katalysators 5 ist ein Oxidationskatalysator (nachfolgend als „ASC-Katalysator“ bezeichnet) zum Oxidieren von Ammoniak, das durch den SCR-Katalysator 5 hindurchgeht (slip), vorgesehen. In 1 ist der ASC-Katalysator weggelassen. Der ASC-Katalysator kann ein Katalysator sein, der aus einem Oxidationskatalysator und einem SCR-Katalysator, der NOx im Abgas mit Ammoniak als Reduktionsmittel reduziert, konfiguriert ist. In diesem Fall kann der Oxidationskatalysator beispielsweise aus einem Edelmetall wie Platin Pt gebildet sein, das auf einem Träger geträgert ist, der aus einem Material wie Aluminiumoxid Al2O3 und Zeolith hergestellt ist. Der SCR-Katalysator kann aus einem Material wie Kupfer Cu und Eisen Fe gebildet sein, das auf einem aus Zeolith hergestellten Träger geträgert ist. Wenn der ASC-Katalysator als ein Katalysator mit einer derartigen Konfiguration gebildet ist, können HC, CO und Ammoniak im Abgas oxidiert werden. Darüber hinaus kann Ammoniak teilweise oxidiert werden, um NOx zu erzeugen, und kann das erzeugte NOx ebenfalls mit einem Überschuss an Ammoniak reduziert werden.
  • Der Abgaskanal 2 ist ferner mit einem NSR-Katalysator 3 ausgestattet, der ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist, der auf der stromaufwärtsliegenden Seite des SCR-Katalysators 5 und des Zugabeventils 7 vorgesehen ist. Der NSR-Katalysator 3 weist ein Speichermittel auf, das NOx speichert. Wenn ein Einstrom an Abgas eine hohe Sauerstoffkonzentration aufweist, speichert der NSR-Katalysator 3 NOx im Abgas. Wenn der Einstrom an Abgas eine geringe Sauerstoffkonzentration aufweist und ein Reduktionsmittel wie der Kraftstoff des Verbrennungsmotors 1 vorhanden ist, emittiert und reduziert der NSR-Katalysator 3 das gespeicherte NOx. In der vorliegenden Ausführungsform ist das im NSR-Katalysator 3 verwendete Reduktionsmittel der Kraftstoff des Verbrennungsmotors 1, der durch ein Kraftstoffzuführventil 6 zugeführt wird, das auf der stromaufwärtsliegenden Seite des NSR-Katalysators 3 vorgesehen ist. Der durch das Kraftstoffzuführventil 6 zugeführte Kraftstoff strömt zusammen mit dem Abgas in den NSR-Katalysator 3 und fungiert darin als ein Reduktionsmittel. Da die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 ebenfalls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases steuert, entspricht die Kraftstoffzufuhr der Manipulation durch das Kraftstoffzufuhrmittel der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 als das Kraftstoffzufuhrmittel durchgeführt. Anstelle der Kraftstoffzufuhr kann eine Anpassung der Kraftstoffeinspritzbedingungen (wie der Kraftstoffeinspritzmenge und dem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt) im Verbrennungsmotor 1 durchgeführt werden, um den Kraftstoff zu steuern, der in dem vom Verbrennungsmotor 1 emittierten Abgas enthalten ist.
  • Auf der stromabwärtsliegenden Seite des NSR-Katalysators 3 und auf der stromaufwärtsliegenden Seite des SCR-Katalysators 5 sind ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases erfasst, ein NOx Sensor 11, der die NOx-Konzentration im Abgas erfasst, und ein Temperatur Sensor 12, der die Temperatur des Abgases erfasst, vorgesehen. Auf der stromabwärtsliegenden Seite des SCR-Katalysators 5 sind ein NOx Sensor 13, der die NOx-Konzentration des aus dem SCR-Katalysator 5 strömenden Abgases erfasst, und ein Temperatur Sensor 14, der die Temperatur des Abgases erfasst, vorgesehen. Das Abgassteuersystem des Verbrennungsmotors 1 verfügt über eine elektronische Steuereinheit (ECU) 20. Die ECU 20 ist eine Einheit, die einen Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1, das Abgassteuersystem und dergleichen steuert. Die ECU 20 ist mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis Sensor 10, den NOx-Sensoren 11, 13, und den Temperatursensoren 12, 14, welche zuvor beschrieben wurden, elektrisch verbunden. Die ECU 20 ist zudem mit anderen Sensoren verbunden, wie einem Kurbelwellensensor 21, einem Gaspedalöffnungssensor 22 und einem Luftmassenmesser 26, der in einem Ansaugkanal 25 des Verbrennungsmotors 1 installiert ist. Die Erfassungswerte der jeweiligen Sensoren werden der ECU 20 zugeführt. Die ECU 20 kann daher Parameters betreffend den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 erfassen, wie eine Ansaugluftmenge basierend auf dem Erfassungswert des Luftmassenmessers 26, eine Abgasdurchflussmenge berechnet basierend auf der Ansaugluftmenge, eine Motorgeschwindigkeit basierend auf dem Erfassungswert des Kurbelwellensensors 21 und eine Motorlast basierend auf dem Erfassungswert des Gaspedalöffnungssensors 22. Die ECU 20 kann die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 basierend auf dem Erfassungswert des Temperatursensors 12 abschätzen und kann auch die Temperatur des SCR-Katalysators 5 basierend auf dem Erfassungswert des Temperatursensors 14 abschätzen.
  • Die NOx-Konzentration in dem in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgas entspricht der NOx-Konzentration des Abgases, das aus dem Verbrennungsmotor 1 ausgeleitet wird. Demgemäß kann in der vorliegenden Ausführungsform die ECU 20 die NOx-Konzentration im Abgas, das in den NSR-Katalysator 3 strömt, basierend auf dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 abschätzen. Ferner strömt das Abgas in den NSR-Katalysator 3 und wird NOx im Abgas im NSR-Katalysator 3 gespeichert. Demgemäß kann die ECU 20 die Menge an im NSR-Katalysator 3 gespeichertem NOx (Menge an gespeichertem NOx) abschätzen basierend auf der NOx-Konzentration im Abgas, das in den NSR-Katalysator 3 strömt, und der Abgasdurchflussmenge. Die Abgasdurchflussmenge wird berechnet basierend auf Parametern wie der Einlassdurchflussmenge, die mit dem Luftmassenmesser 26 erfasst wird, und der Menge an in den Verbrennungsmotor 1 eingespritztem Kraftstoff.
  • Betreffend den SCR-Katalysator 5 gibt die ECU 20 eine Anweisung an das Zugabeventil 7 entsprechend der NOx-Konzentration (d.h., dem Erfassungswert des NOx-Sensors 11) im Abgas, das in den SCR-Katalysator 5 strömt, um so dem Abgas die Menge an Harnstoffwasser zuzuführen, die zur Reduktion und Reinigung von NOx erforderlich ist. Beispielsweise kann die Menge an Harnstoffwasser, die durch das Zugabeventil 7 zugegeben wird, basierend auf der abgeschätzten Menge an auf dem SCR-Katalysator 5 adsorbiertem Ammoniak bestimmt werden. Da die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 5 mittels herkömmlicher Technologie abgeschätzt werden kann, wird in dieser Beschreibung auf deren ausführlicher Beschreibung verzichtet. Alternativ dazu kann die Harnstoffwasserzugabe durch das Zugabeventil 7 derart gesteuert werden, dass die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators 5, die bestimmt wird gemäß dem nachfolgenden Ausdruck 1, innerhalb eines spezifizierten Bereichs liegt, der im Hinblick auf eine Abgasreinigung bevorzugt ist. Gemäß einer weiteren Alternative kann die Harnstoffwasserzugabe durch das Zugabeventil 7 gesteuert werden basierend auf einem Unterschied zwischen den Erfassungswerten der NOx-Sensoren 11, 13, die auf der stromaufwärtsliegenden Seite bzw. der stromabwärtsliegenden Seite des SCR-Katalysators 5 angeordnet sind. NOx-Reinigungsrate = 1 − ( Erfassungswert des NOx-Sensors ) / ( Erfas- sungswert des NOx-Sensors 11 )
    Figure DE102017217435B4_0001
  • Es wird hier unter Bezug auf die 2A und 2B das NOx-Reinigungsvermögen des NSR-Katalysators 3 wie auch des SCR-Katalysators 5 beschrieben, welche in dem in 1 dargestellten Abgassteuersystem des Verbrennungsmotors 1 enthalten sind. Das NOx-Reinigungsvermögen des NSR-Katalysators 3 repräsentiert eine Gesamtsumme der Reduktionsmenge des gespeicherten NOx pro Zeiteinheit und der Menge an in dem NSR-Katalysator 3 gespeichertem NOx pro Zeiteinheit, wobei das NOx-Reinigungsvermögen aufgezeigt wird, wenn eine notwendige und ausreichende Menge des Reduktionsmittels (Kraftstoff) zugeführt wird. Daher kann das NOx-Reinigungsvermögen des NSR-Katalysators 3 auch aufgezeigt werden, wenn die Katalysatortemperatur in einem Temperaturbereich liegt, bei dem das gespeicherte NOx nicht reduziert werden kann. Das NOx-Reinigungsvermögen des SCR-Katalysators 5 repräsentiert eine Menge an selektiv reduziertem NOx pro Zeiteinheit, wobei das NOx-Reinigungsvermögen aufgezeigt wird, wenn eine notwendige und ausreichende Menge des Reduktionsmittels (Ammoniak) zugeführt wird. Daher kann das NOx-Reinigungsvermögen des SCR-Katalysators 5 als das NOx-Reduktionsvermögen des SCR-Katalysators 5 identifiziert werden.
  • 2A veranschaulicht mit einer Linie L1 einen Zusammenhang zwischen der Katalysatortemperatur und dem NOx-Reinigungsvermögen des NSR-Katalysators 3. 2B veranschaulicht mit einer Linie L2 einen Zusammenhang zwischen der Katalysatortemperatur und dem NOx-Reinigungsvermögen des SCR-Katalysators 5. Im NSR-Katalysator 3 kann, wenn die Katalysatortemperatur in dem Bereich von TN1 bis TN2 liegt (TN2 > TN1), das gespeicherte NOx mit dem Kraftstoff, der durch das Kraftstoffzuführventil 6 als ein Reduktionsmittel zugeführt wird, reduziert werden und kann so das NOx-Reinigungsvermögen des NSR-Katalysators 3 angemessen aufgezeigt werden. Daher entspricht der Temperaturbereich (Temperaturbereich von TN1 bis TN2) dem spezifizierten NSR-Temperaturbereich gemäß der vorliegenden Erfindung. In dem Fall, bei dem die Temperatur des NSR-Katalysators 3 kleiner als TN1 ist und größer oder gleich TN0 ist (TN0 < TN1), ist es für den NSR-Katalysator 3 schwierig NOx zu reduzieren. Da jedoch NOx im Abgas im NSR-Katalysator 3 gespeichert wird, wird als ein Ergebnis das NOx-Reinigungsvermögen in einem gewissen Ausmaß aufgezeigt.
  • Wenn im SCR-Katalysator 5 die Katalysatortemperatur im Bereich von TS1 bis TS2 liegt (TS2 > TS1), kann NOx mit Ammoniak als Reduktionsmittel reduziert werden, das aus Harnstoffwasser erzeugt wird, das durch das Zugabeventil 7 zugegeben wird, und kann so das NOx-Reinigungsvermögen des SCR-Katalysators 5 angemessen aufgezeigt werden. Daher entspricht der Temperaturbereich (Temperaturbereich von TS1 bis TS2) dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die entsprechenden Katalysatoren sind derart ausgestaltet, dass das NOx-Reinigungsvermögen durch den SCR-Katalysator 5 als einzelnes Element bei niedrigeren Temperaturen aufgezeigt wird als das NOx-Reinigungsvermögen durch den NSR-Katalysator 3 als einzelnes Element. Dies liegt daran, dass zu berücksichtigen ist, dass in dem Abgassteuersystem der SCR-Katalysator 5 stromabwärts des NSR-Katalysators 3 angeordnet ist und daher die Temperatur des SCR-Katalysators 5 dazu neigt, geringer zu sein als die Temperatur des NSR-Katalysators 3 zu demselben Zeitpunkt. Da der SCR-Katalysator 5 so ausgestaltet ist, dass er das NOx-Reduktionsvermögen aufzeigen kann, während die Katalysatortemperatur relativ gering ist, kann das NOx-Reinigungsvermögen des Abgassteuersystems verbessert werden.
  • In dem Abgassteuersystem werden die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 und die Harnstoffwasserzugabe durch das Zugabeventil 7 derart durchgeführt, dass die NOx-Reduktion durch den NSR-Katalysator 3 bzw. den SCR-Katalysator 5 entsprechend der Katalysatortemperatur des jeweiligen Katalysators durchgeführt wird. Wenn beispielsweise die NOx-Reduktion durch lediglich den NSR-Katalysator 3 durchgeführt wird, da die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 in dem spezifizierten NSR-Temperaturbereich liegt, die Temperatur des SCR-Katalysators 5 jedoch nicht in dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt, oder wenn die NOx-Reduktion durch lediglich den der SCR-Katalysator 5 durchgeführt wird, da die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 nicht in dem spezifizierten NSR-Temperaturbereich liegt, die Temperatur des SCR-Katalysators 5 jedoch in dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt, wird die NOx-Reduktion durch lediglich einen Katalysator ausgeführt.
  • Wenn die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 in dem spezifizierten NSR-Temperaturbereich liegt und die Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 5 in dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt, kann die NOx-Reduktion durch beide Katalysatoren ausgeführt werden. Es wird nun die NOx-Reduktionsreaktion im SCR-Katalysator 5 unter Bezug auf 3 beschrieben. 3 veranschaulicht schematisch die NOx-Reduktionsreaktion, um diese zu verdeutlichen. Die NOx-Reduktionsreaktion im SCR-Katalysator 5 findet auf dem reduzierenden Metallelement Cu statt, das in Zeolith geträgert ist. Die NOx-Reduktionsreaktion kann schematisch in vier Schritte (a) bis (d) unterteilt werden. Als erstes wird im Schritt (a) Ammoniak (NH3) auf einem Kupferion mit einer Wertigkeit von 2+ adsorbiert. Im Schritt (b) wird zudem NOx (NO) auf dem Kupferion adsorbiert. Infolgedessen findet im Schritt (c) eine Reduktionsreaktion von NO statt, so dass Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) erzeugt werden, während sich die Wertigkeit des Kupferion auf 1+ ändert. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Wasserstoffion H+ auf dem Kupferion Cu+ adsorbiert. Wenn in diesem Zustand Sauerstoff (1/4 O2) dem Kupferion Cu+ zugeführt wird, wird im Schritt (d) Wasser (1/2 H2O) gebildet, während die Wertigkeit des Kupferions wieder zu 2+ wird. Demgemäß kann die Reaktion ausgehend von Schritt (a) der Reihe nach erneut fortgeführt werden, so dass eine kontinuierliche NOx-Reduktion durch den SCR-Katalysator 5 erreicht werden kann. Um im SCR-Katalysator 5 eine kontinuierliche NOx-Reduktion zu implementieren, wird somit davon ausgegangen, dass die Wertigkeit des Kupferions im Schritt (d) wiederhergestellt werden muss (Cu+ → Cu2+). Wenn jedoch versucht wird, dass der NSR-Katalysator 3 das gespeicherte NOx reduziert, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases auf ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, wenn beide Katalysatoren für die NOx-Reduktion verwendet werden, strömt letztendlich NOx aus der stromabwärtsliegende Seite und wird der SCR-Katalysator 5 einer stöchiometrischen oder fetten Atmosphäre ausgesetzt. Infolgedessen wird die Sauerstoffzufuhr im Schritt (d) unzureichend, was die Wiederherstellung der Wertigkeit (Cu+→ Cu2+) des Kupferions als reduzierendes Metallelement im SCR-Katalysator 5 beeinträchtigt oder verhindert. Dies erschwert die Implementierung einer kontinuierlichen NOx-Reduktion für den SCR-Katalysator 5. Wenn demgemäß beide Katalysatoren auf diese Weise NOx reduzieren können, ist es notwendig, das NOx-Reinigungsvermögen des gesamten Abgassteuersystems unter angemessener Berücksichtigung insbesondere der katalytischen Eigenschaften des SCR-Katalysators 5 auszubilden.
  • Basierend auf dem oben dargestellten wird die Abarbeitung betreffend die NOx-Reduktion im Abgassteuersystem unter Bezug auf die 4 bis 6 beschrieben. 4 ist ein Flussdiagramm der Abarbeitung der NSR-seitigen Einstellung zum Bestimmen der Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases zum Zeitpunkt der Durchführung einer NOx-Reduktion durch den NSR-Katalysator 3. Es wird ein Parameter mdcat, der bei der Abarbeitung der NSR-seitigen Einstellung bestimmt wird, zur Steuerung des Modus der Kraftstoffzufuhr zu dem NSR-Katalysator 3 durch das Kraftstoffzuführventil 6 verwendet. 5 ist ein Flussdiagramm der Abarbeitung der SCR-seitigen Einstellung zum Bestimmen einer Harnstoffwasserzugabeanforderung durch das Zugabeventil 7 zur Durchführung einer NOx-Reduktion durch den SCR-Katalysator 5. Wenn die bei der Abarbeitung der SCR-seitigen Einstellung bestimmte Harnstoffwasserzugabeanforderung auf EIN gesetzt ist, wird damit gekennzeichnet, dass die Harnstoffwasserzugabe durch das Zugabeventil 7 angefordert ist. 6 ist ein Flussdiagramm der SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, welche eine Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist, die eine Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 beinhaltet, wobei die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird, wenn bei der Abarbeitung der NSR-seitigen Einstellung der Parameter mdcat auf „2“ gesetzt ist. Jede der in den 4 bis 6 dargestellte Abarbeitung wird zu festgelegten Intervallen basierend auf in der ECU 20 gespeicherten Steuerungsprogrammen wiederholt und unabhängig ausgeführt.
  • Als erstes wird unter Bezug auf 4 die Abarbeitung der NSR-seitigen Einstellung beschrieben. In S101 wird bestimmt, ob die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 geringer als eine Temperatur TN1 ist, die eine untere Grenze des spezifizierten NSR-Temperaturbereichs ist, der in 2A dargestellt ist. Wenn in S101 eine positive Bestimmung gemacht wird, bedeutet dies, dass die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 außerhalb des spezifizierten NSR-Temperaturbereichs liegt. Als Folge davon geht die Abarbeitung zu S102 über. In S102 wird der Parameter mdcat auf den Wert „0“ gesetzt. Wenn in S101 eine negative Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S103 über. In S103 wird bestimmt, ob die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 kleiner oder gleich einer Temperatur TN2 ist, die eine obere Grenze des spezifizierten NSR-Temperaturbereichs ist. Wenn in S103 eine negative Bestimmung gemacht wird, bedeutet dies ebenfalls, dass die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 außerhalb des spezifizierten NSR-Temperaturbereichs liegt. Als Folge davon geht die Abarbeitung zu S106 über. In S106 wird der Parameter mdcat auf den Wert „0“ gesetzt.
  • Wenn hierbei in S103 eine positive Bestimmung gemacht wird, bedeutet dies, dass die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 in dem spezifizierten NSR-Temperaturbereich liegt. Wenn in S103 eine positive Bestimmung gemacht wird, geht demgemäß die Abarbeitung zu S104 über. In S104 wird bestimmt, ob die Harnstoffzugabeanforderung auf EIN gesetzt ist. Eine spezifische Abarbeitung der Festsetzung der Harnstoffzugabeanforderung wird später unter Bezug auf 5 beschrieben. Wenn die Harnstoffzugabeanforderung auf EIN gesetzt ist, bedeutet dies, dass Zugabe von Harnstoffwasser durch das Zugabeventil 7 angefordert ist zur Durchführung der NOx-Reduktion durch den SCR-Katalysator 5. Wenn die Harnstoffzugabeanforderung nicht auf EIN gesetzt ist, das heißt, wenn die Harnstoffzugabeanforderung auf AUS gesetzt ist, bedeutet dies, dass die Harnstoffwasserzugabe durch das Zugabeventil 7 nicht angefordert ist. Wenn in S104 eine positive Bestimmung gemacht wird, bedeutet dies, dass in der Situation, bei der eine NOx-Reduktion durch den SCR-Katalysator 5 durchgeführt wird, die Situation erzeugt wird, bei der eine NOx-Reduktion auch durch den NSR-Katalysator 3 durchgeführt werden kann. In einem derartigen Fall wird bei der Abarbeitung von S105 der Parameter mdcat auf den Wert „2“ gesetzt. Wenn in S104 eine negative Bestimmung gemacht wird, bedeutet dies, dass in der Situation, bei der eine NOx-Reduktion nicht durch den SCR-Katalysator 5 durchgeführt wird, die Situation erzeugt wird, bei der eine NOx-Reduktion durch den NSR-Katalysator 3 durchgeführt werden kann durch eine Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6. In einem derartigen Fall wird bei der Abarbeitung von S107 der Parameter mdcat auf den Wert gesetzt „1“.
  • Als Nächstes wird unter Bezug auf 5 die Abarbeitung der SCR-seitigen Einstellung beschrieben. In S201 wird bestimmt, ob die Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 5 geringer als eine Temperatur TS1 ist, die eine untere Grenze des in 2B dargestellten spezifizierten SCR-Temperaturbereichs ist. Wenn in S201 eine positive Bestimmung gemacht wird, bedeutet dies, dass die Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 5 außerhalb des spezifizierten SCR-Temperaturbereichs liegt. Als Folge davon geht die Abarbeitung zu S202 über. In S202 wird die Harnstoffwasserzugabeanforderung auf AUS gesetzt. Wenn in S201 eine negative Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S203 über. In S203 wird bestimmt, ob die Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 5 kleiner oder gleich einer Temperatur TS2 ist, die eine obere Grenze des spezifizierten SCR-Temperaturbereichs ist. Wenn in S203 eine negative Bestimmung gemacht wird, bedeutet dies ebenfalls, dass die Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 5 außerhalb des spezifizierten SCR-Temperaturbereichs liegt. Als Folge davon geht die Abarbeitung zu S205 über. In S205 wird die Harnstoffwasserzugabeanforderung auf AUS gesetzt.
  • Wenn hierbei in S203 eine positive Bestimmung gemacht wird, bedeutet dies, dass die Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 5 in dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt. Wenn in S203 eine positive Bestimmung gemacht wird, geht demgemäß die Abarbeitung zu S204 über. In S204 wird die Harnstoffwasserzugabeanforderung auf EIN gesetzt.
  • Gemäß der zuvor beschriebenen Abarbeitung der NSR-seitigen Einstellung und der Abarbeitung der SCR-seitigen Einstellung wird, wenn die Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 5 in dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt, die Harnstoffwasserzugabeanforderung auf EIN gesetzt und dadurch die Zugabe von Harnstoffwasser zu dem SCR-Katalysator 5 durch das Zugabeventil 7 ausgeführt. Bei der Abarbeitung der Harnstoffwasserzugabe kann die Menge an zuzugebendem Harnstoffwasser derart gesteuert werden, dass die Ammoniakadsorptionsmenge im SCR-Katalysator 5 zu einer spezifizierten Menge wird, oder kann basierend auf einem Parameter wie der NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators 5 und einem Unterschied zwischen den Erfassungswerten der NOx-Sensoren 11, 13 gesteuert werden.
  • Für den NSR-Katalysator 3 wird eine Bearbeitung (nachfolgend vereinfacht als „Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses“ bezeichnet) betreffend das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases durch eine Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 ausgeführt entsprechend dem Wert des festgesetzten Parameters mdcat. Im Speziellen, wenn der Wert „0“ für den Parameter mdcat festgesetzt ist, liegt die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 nicht im spezifizierten NSR-Temperaturbereich. Demgemäß wird keine Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 durchgeführt. Infolgedessen wird durch den NSR-Katalysator 3 keine NOx-Reduktion durchgeführt. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 größer oder gleich der in 2A dargestellten Temperatur TN0 ist, wird eine Speicherung von NOx durch den NSR-Katalysator 3 durchgeführt. Wenn für den Parameter mdcat der Wert „1“ festgesetzt ist, wird als Nächstes eine NOx-Reduktion durch den NSR-Katalysator 3 durchgeführt unter der Situation, bei der im SCR-Katalysator 5 keine NOx-Reduktion durchgeführt wird. Wenn im NSR-Katalysator 3 eine NOx-Reduktion durchgeführt, ist es demgemäß nicht notwendig, die Bedingungen für eine NOx-Reduktion im SCR-Katalysator 5 zu berücksichtigen. Demgemäß ist bei der Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wenn der Parameter mdcat „1“ ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases ein spezifiziertes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das fetter als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Folglich wird das im NSR-Katalysator 3 gespeicherte NOx emittiert und wird das emittierte NOx mit einer Kraftstoffkomponente im Abgas als ein Reduktionsmittel reduziert. Wenn der Parameter mdcat „1“ ist, kann die Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt werden, wenn die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 eine spezifizierte Menge übersteigt. Das heißt, die Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird durchgeführt, wenn die Menge an gespeichertem NOx auf das Niveau erhöht ist, das der NSR-Katalysator 3 benötigt, um die Kapazität sicherzustellen, die eine NOx-Speicherung zulässt. Dies macht es möglich, dass die Wiederholungsfrequenz der Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gering gehalten wird und der Verbrauch an Kraftstoff, der notwendig ist zum Durchführen der Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, gering gehalten wird.
  • Wenn der Parameter mdcat auf den Wert „2“ gesetzt ist, ist eine NOx-Reduktion durch den NSR-Katalysator 3 unter der Situation ausführbar, bei der eine NOx-Reduktion im SCR-Katalysator 5 durchgeführt wird. Wenn im NSR-Katalysator 3 eine Reduktion von gespeichertem NOx durchgeführt wird, wie in dem Fall, bei dem der Parameter mdcat „1“ ist, wird eine Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 durchgeführt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases auf ein spezifiziertes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen, das notwendig ist für ein Emittieren des gespeicherten NOx und Reduzieren des emittierten NOx. Demgemäß wird der SCR-Katalysator 5 in diesem Fall ebenfalls einer stöchiometrischen oder fetten Atmosphäre ausgesetzt.
  • Die Reduktionsreaktion von NOx im SCR-Katalysator 5 ist in 3 veranschaulicht. Die Reduktionsreaktion kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. NO + NH3 + 1/4O2 → N2 + 3/2H2O
  • Wie zuvor beschrieben, wird die kontinuierliche Reduktionsreaktion von NOx im SCR-Katalysator 5 nur möglich, nachdem eine erforderliche Menge an Sauerstoff im Abgas enthalten ist, das in den SCR-Katalysator 5 strömt. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases auf das spezifizierte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt wird, wie in dem Fall, bei dem der Parameter mdcat „1“ ist, und in diesem Zustand die NOx-Reduktion durch den NSR-Katalysator 3 durchgeführt wird, wird es demgemäß schwierig, eine wirksame NOx-Reduktion durch den SCR-Katalysator 5 zu implementieren.
  • Demgemäß wird basierend auf derartigen Charakteristiken des SCR-Katalysators 5 die in 6 dargestellte SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in dem Abgassteuersystem des Verbrennungsmotors 1 in der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt. Die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses entspricht der spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der vorliegenden Erfindung. Die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist die Abgas Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, um hauptsächlich eine NOx-Reduktion durch den SCR-Katalysator 5 durchzuführen, in welcher eine NOx-Reduktion durch den NSR-Katalysator 3 im Wesentlichen nicht durchgeführt wird, auch wenn die NOx-Reduktion durch den NSR-Katalysator 3 durchführbar ist unter der Situation, bei der eine NOx-Reduktion durch den SCR-Katalysator 5 durchgeführt wird. Dies basiert auf der Tatsache, dass eine relativ wirksame NOx-Reduktion implementiert werden kann, wenn die Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 5 in dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt. Zudem kann bei der NOx-Reduktion durch den NSR-Katalysator 3 eine Kraftstoffkomponente aus dem System ausströmen, da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf das spezifizierte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingestellt ist. Wenn jedoch die auf dem SCR-Katalysator 5 basierende NOx-Reduktion ausgeführt wird, kann die Menge an Kraftstoffzufuhr zu dem Abgas verringert werden. Daher kann ein derartiges Ausströmen der Kraftstoffkomponente unterbunden werden.
  • Wenn eine NOx-Reduktion durch den SCR-Katalysator 5 durchgeführt wird, ist es bevorzugt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den SCR-Katalysator 5 strömenden Abgases ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist), bei dem der Sauerstoffgehalt hoch genug ist, um eine kontinuierliche Wiederherstellung der Wertigkeit des Kupferions im SCR-Katalysator 5 zu ermöglichen. In diesem Fall kann die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3, der auf der stromaufwärtsliegenden Seite des SCR-Katalysators 5 angeordnet ist, zunehmen. Wenn eine Erhöhung der Motorlast des Verbrennungsmotors 1 oder dergleichen stattfinden kann, während sich eine NOx-Speicherung im NSR-Katalysator 3 in einem derartigen Zustand befindet, kann das gespeicherte NOx möglicherweise von dem NSR-Katalysator 3 mit einer Geschwindigkeit emittiert werden, die schnell genug ist, eine Reduktionsbehandlung im SCR-Katalysator 5 zu verhindern. Demgemäß wird bei der SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Manipulation zur Steuerung der Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 durchgeführt, um zu ermöglichen, dass der SCR-Katalysator 5 eine kontinuierliche NOx-Reduktion durchführen kann.
  • 7 veranschaulicht die Änderung verschiedener Parameter betreffend die NOx-Reduktion, wenn die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird. Im Speziellen veranschaulicht 7 die Änderung von jedem der Parameter einschließlich einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases (Änderung ist mit einer durchgehenden Linie L3 dargestellt), einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases (Änderung ist mit einer gestrichelten Linie L4 dargestellt), einer Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3, einer Zunahme ΔNOx der Menge an gespeichertem NOx (nachfolgend bezeichnet als „NOx-Speicherungszunahme“), einer Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq, einer NOx-Konzentration stromabwärts des NSR-Katalysators 3 und einer NOx-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators 5.
  • Die verschiedenen Parameter sind folgendermaßen definiert. Die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx ist ein Parameter, der eine Zunahmespanne der Menge an gespeichertem NOx darstellt, die erhöht wird, wenn NOx im NSR-Katalysator 3 gespeichert wird, während die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 nicht in Betrieb ist. Ein Referenzzeitpunkt (als Referenz für die Berechnung der Zunahmespanne verwendeter Zeitpunkt) der NOx-Speicherungszunahme ΔNOx ist der letzte Zeitpunkt, bei dem die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 gestoppt wurde. Die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 wird berechnet entsprechend der Menge an NOx im Abgas, die abgeschätzt wird basierend auf dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1. Die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq ist die Gesamtmenge an durch das Kraftstoffzuführventil 6 zugeführtem Kraftstoff zu einer vorbestimmten Zeit. Die vorbestimmt Zeit beginnt bei dem Zeitpunkt, bei dem die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq bei der in 6 dargestellten SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zurückgesetzt wird. Ein Wert q ist die Menge an Kraftstoff, die pro Zeiteinheit durch das Kraftstoffzuführventil 6 zugeführt wird. Die bei der SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von 6 verwendeten Parameter schließen auch einen Parameter Q und einen Parameter NOxf ein, welche in 7 keine Änderung darstellen. Der Parameter Q betrifft eine Gesamtmenge an durch das Kraftstoffzuführventil 6 zugeführtem Kraftstoff, wobei die Gesamtmenge eine Menge ist, die notwendig ist zum Emittieren einer Zielmenge an gespeichertem NOx durch den NSR-Katalysator 3. Der Parameter NOxf ist ein Parameter zum Festsetzen einer oberen Grenze der NOx-Speicherungszunahme ΔNOx.
  • Als erstes wird in S301 bestimmt, ob die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 größer oder gleich einer unteren Limitgrenze m2 ist, die eine untere Grenze der Menge an gespeichertem NOx ist zum Geringhalten der Menge an Kraftstoff, die durch den NSR-Katalysator 3 hindurchgeht und zu der stromabwärtsliegenden Seite strömt in S306, was später bei der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beschrieben wird. Wenn in S301 eine positive Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S302 über. Wenn eine negative Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S308 über.
  • Als Nächstes wird in S302 bestimmt, ob die Kraftstoffzufuhrmenge q pro Zeiteinheit größer als Null ist, das heißt, ob eine Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 durchgeführt wird. Wenn in S302 eine positive Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S305 über. Wenn eine negative Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S303 über. In S303 wird bestimmt, ob die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx größer oder gleich einem festgesetzten Wert von NOxf ist. Wenn in S303 eine positive Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S305 über. Wenn eine negative Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S304 über. In S304 wird bestimmt, ob die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 größer oder gleich einer oberen Limitgrenze m2' ist, die eine wesentliche obere Grenze der Menge an gespeichertem NOx ist, wenn die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sich in der Ausführung befindet. Wenn in S304 eine positive Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S305 über. Wenn eine negative Bestimmung gemacht wird, wird die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beendet.
  • Als Nächstes wird in S305 bestimmt, ob die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq kleiner oder gleich einem festgesetzten Wert des Parameters Q ist. Bei der SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ist der als Parameter Q gesetzte Wert entweder Q1, der in dem später beschriebenen S307 festgesetzt wird, oder „0“, der in dem später beschriebenen S309 festgesetzt wird. Diese festgesetzten Werte werden verwendet zum Bestimmen, ob eine angenommene Menge des gespeicherten NOx von dem NSR-Katalysator 3 emittiert wird in Bezug auf die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq durch das Kraftstoffzuführventil 6. Einzelheiten hierzu werden später beschrieben. Wenn in S305 eine positive Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S306 über. Wenn eine negative Bestimmung gemacht wird, geht die Abarbeitung zu S308 über.
  • In S306 wird eine Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 ausgeführt und wird die Kraftstoffzufuhrmenge q pro Zeiteinheit auf α festgesetzt. Die Kraftstoffzufuhr in S306 bewirkt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases ein erstes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 ist. Das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 ist ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wobei das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 ermöglicht, dass der NSR-Katalysator 3 gespeichertes NOx emittiert. Beispielsweise ist das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 ungefähr 16. Daher entspricht die Abarbeitung von S306 zum Bilden des Abgases mit dem ersten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der vorliegenden Erfindung. Nach der Abarbeitung von S306 wird dann in S307 die in S306 zugeführte Kraftstoffmenge integriert, so dass die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq aktualisiert (upgedated) wird, und der Parameter Q wird auf Q1 gesetzt. Der Wert Q1 ist die Gesamtzufuhrmenge an Kraftstoff entsprechend der bei der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses angenommenen Menge an gespeichertem NOx, die von dem NSR-Katalysator 3 emittiert wird. Nach der Abarbeitung von S307 wird die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beendet.
  • Wenn die Abarbeitung zu S308 übergeht, nachdem in S305 eine negative Bestimmung gemacht wird oder nachdem in S301 eine negative Bestimmung gemacht wird, wird in S308 die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 gestoppt. Daher wird die Kraftstoffzufuhrmenge q pro Zeiteinheit in diesem Fall zu „0“. Da die Kraftstoffzufuhr in S308 gestoppt wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases zu einem zweiten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL2, das magerer ist als das in S306 gebildete erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1. Daher entspricht die Abarbeitung von S308 zur Bildung des Abgases mit dem zweiten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL2 der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der vorliegenden Erfindung. Das zweite magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL2 ist beispielsweise ungefähr 24. Nach der Abarbeitung von S308 wird dann in S309 die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq auf „0“ gesetzt, wird der Parameter Q auf „0“ gesetzt und wird der Parameter NOxf NOxh gesetzt. Der Wert NOxh ist ein Zielwert der Menge an gespeichertem NOx, die sich im NSR-Katalysator 3 erhöht, während in S308 die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, wobei der Wert NOxh ein festgesetzter Wert ist zum zumindest Sicherstellen einer Dauer (vorbestimmte Zeitdauer der vorliegenden Erfindung), die erforderlich ist zur Wiederherstellung der Wertigkeit des Kupferions im SCR-Katalysator 5 bei der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
  • Die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx, die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq, die Kraftstoffzufuhrmenge q pro Zeiteinheit und die Parameter NOxf und Q werden zurückgesetzt, wenn der Wert des Parameters mdcat durch die Abarbeitung der NSR-seitigen Einstellung geändert wird. Im Speziellen wird die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx auf „0“ zurückgesetzt, wird die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq auf „0“ zurückgesetzt, wird die Kraftstoffzufuhrmenge q pro Zeiteinheit auf „0“ zurückgesetzt, wird der Parameter NOxf auf „0“ zurückgesetzt und wird der Parameter Q auf „0“ zurückgesetzt. Diese Parameter werden auch zurückgesetzt, wenn der Verbrennungsmotor 1 nach dem Einschalten der Zündung gestartet wird.
  • Es wird hier der Ablauf der in 6 dargestellten SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beschrieben basierend auf der in 7 dargestellten Änderung der Parameter betreffend die NOx-Reduktion. 7 veranschaulicht eine typische Zeit t1 bis t5, wenn die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird. Nachfolgend wird der zeitliche Ablauf der SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beschrieben.
  • Als erstes wird in einem Zeitraum zu der Zeit t1 der Parameter mdcat auf „0“ gesetzt durch die Abarbeitung der NSR-seitigen Einstellung. Da das von dem Verbrennungsmotor 1 ausgestoßene Abgas direkt in den NSR-Katalysator 3 strömt, wird demgemäß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases ähnlich zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL2 (mit einem Wert von ungefähr 24), das magerer ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 erhöht sich im Laufe der Zeit (ein Wert M, der in 7 dargestellt ist bei der Änderung der Menge an gespeichertem NOx, ist ein Grenzwert, der als ein Auslöser zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases auf das spezifizierte fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwendet wird, wenn mdcat auf „1“ gesetzt ist). Zu diesem Zeitpunkt wird angenommen, dass die Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators 5 in dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt, wird bei der Abarbeitung der SCR-seitigen Einstellung die Harnstoffzugabeanforderung auf EIN gesetzt und wird die Harnstoffwasserzugabe durch das Zugabeventil 7 durchgeführt. Da die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nicht in dem Zeitraum zu der Zeit t1 durchgeführt wird, sind somit die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx und die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq gleich „0“. Da bei derartigen Bedingungen der NSR-Katalysator 3 NOx im Abgas speichert, ist die NOx-Konzentration auf der stromabwärtsliegenden Seite des NSR-Katalysators 3 gering. Da im SCR-Katalysator 5 mit dem durch das Zugabeventil 7 zugegebenen Harnstoffwasser und mit Ammoniak als Reduktionsmittel eine NOx-Reduktion durchgeführt wird, ist auch die NOx-Konzentration auf der stromabwärtsliegenden Seite des SCR-Katalysators 5 gering.
  • Zu der Zeit t1 liegt die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 in dem spezifizierten NSR-Temperaturbereich und ist der Parameter mdcat auf „2“ gesetzt bei der Abarbeitung der NSR-seitigen Einstellung. Als Folge davon wird die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestartet. Zum Startzeitpunkt der Abarbeitung ist die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 größer oder gleich m2. Folglich wird in S301 eine positive Bestimmung gemacht. Da die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 noch nicht gestartet ist, wird in S302 eine negative Bestimmung gemacht. Da in S303 die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx gleich „0“ ist und der Parameter NOxf ebenfalls gleich „0“ ist, wird eine positive Bestimmung gemacht. Ferner wird in S305 eine positive Bestimmung gemacht, da die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq gleich „0“ ist und der Parameter Q ebenfalls gleich „0“ ist. Infolgedessen wird in S306 zu der Zeit t1 die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestartet. Zu diesem Zeitpunkt wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases zu dem ersten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1. In S307 wird dann die Kraftstoffzufuhrmenge q durch das Kraftstoffzuführventil 6 integriert und wird der Parameter Q auf Q1 gesetzt. Wie zuvor beschrieben, ist der Wert Q1 die Gesamtmange an Kraftstoff entsprechend der angenommenen Menge an gespeichertem NOx, die bei der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem NSR-Katalysator 3 emittiert wird. Das heißt, der Wert Q1 ist die Gesamtmange an Kraftstoff, die erforderlich ist, um eine angenommene Menge an gespeichertem NOx zu emittieren in dem Bereich, bei dem eine Menge an aus dem Abgassteuersystem ausströmenden NOx während der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gering gehalten werden kann.
  • Wenn die Abarbeitung von S307 beendet ist, wird die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgehend von S301 erneut wiederholt. Nachdem die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu der Zeit t1 gestartet ist, wird demgemäß in S301 eine positive Bestimmung gemacht und wird dann in S302 eine positive Bestimmung gemacht bevor die Abarbeitung S305 erreicht. Obwohl die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq durch die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhöht wird, erreicht sie noch nicht den in S307 gesetzten Q1. Demgemäß wird in S305 eine positive Bestimmung gemacht und werden die Abarbeitung von S306 und S307 nacheinander durchgeführt.
  • Wie zuvor beschrieben, wird die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem Zeitraum nach der Zeit t1 und vor der später beschriebenen Zeit t2 fortgeführt, so dass das im NSR-Katalysator 3 gespeicherte NOx emittiert wird. Demgemäß wird die Menge an gespeichertem NOx reduziert. Da das emittierte NOx das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 aufweist, das magerer ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wird das NOx im NSR-Katalysator 3 im Wesentlichen nicht reduziert, sondern strömt in den SCR-Katalysator 5. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases auf das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 eingestellt ist, nähert sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases (d.h., das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den SCR-Katalysator 5 strömenden Abgases) nicht unmittelbar dem ersten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 (siehe Änderung der gestrichelten Linie L4). Zu diesem Zeitpunkt wird im SCR-Katalysator 5 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases beibehalten, das eine kontinuierliche Reduktion von NOx ermöglicht. Daher wird das vom NSR-Katalysator 3 emittierte NOx durch den SCR-Katalysator 5 angemessen reduziert.
  • Wenn die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine Zeitlang andauert, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den SCR-Katalysator 5 strömenden Abgases auch zu dem ersten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1. Obwohl das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 magerer als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, ist es weiterhin das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das gebildet wird durch die bei der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführte Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6. Daher behindert die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine reibungslose Wiederherstellung der Wertigkeit des Kupferions im SCR-Katalysator 5, was zu einer Verschlechterung des NOx-Reduktionsvermögens des SCR-Katalysators 5 führt. Demgemäß wird in der vorliegenden Ausführungsform in S305 eine negative Bestimmung gemacht, so dass die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beendet wird, wenn die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq den in S307 gesetzten Q1 übersteigt. In 7 wird in S305 zu der Zeit t2 eine negative Bestimmung gemacht, da die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq Q1 übersteigt.
  • Alternativ dazu kann das Erreichen der Zeit t2 bestimmt werden, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases zu dem ersten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 wird und dadurch das NOx-Reduktionsvermögen des SCR-Katalysators 5 verschlechtert ist. Gemäß einer weiteren Alternative kann das Erreichen der Zeit t2 bestimmt werden, wenn die durch die NOx-Sensoren 11, 13 berechnete NOx-Reinigungsrate durch den SCR-Katalysator 5 geringer als eine Referenzreinigungsrate wird und dadurch das NOx-Reduktionsvermögen des SCR-Katalysators 5 verschlechtert ist. Gemäß noch einer weiteren Alternative kann das Erreichen der Zeit t2 bestimmt werden, wenn der Erfassungswert des NOx-Sensors 13 eine Referenz-NOx-Konzentration übersteigt, betreffend den NOx-Ausstrom aus dem SCR-Katalysator 5, was einer Verschlechterung der NOx-Reduktionseffizienz im SCR-Katalysator 5 zugeschrieben wird, und dadurch das NOx-Reduktionsvermögen des SCR-Katalysators 5 verschlechtert ist.
  • Demgemäß wird als Ergebnis einer negativen Bestimmung in S305 die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in S308 zu der Zeit t2 gestartet. Zu diesem Zeitpunkt wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases zu dem zweiten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL2. In S309 wird dann die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq auf „0“ zurückgesetzt und wird der Parameter Q ebenfalls auf „0“ zurückgesetzt. Der Parameter NOxf wird auf NOxh gesetzt.
  • Wenn die Abarbeitung von S309 beendet ist, wird ausgehend von S301 die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erneut wiederholt. Wenn nach der Zeit t2 die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestartet ist, erhöht sich demgemäß die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 und wird daher in S301 ebenfalls eine positive Bestimmung gemacht. In S302 wird dann eine negative Bestimmung gemacht, da die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 gestoppt ist. In S303 wird dann bestimmt, ob die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx ab der Zeit t2, welches die letzte Kraftstoffzufuhr-Stoppzeit ist, größer oder gleich dem in S309 gesetzten NOxh ist. Wenn der Zeitraum, in welchem die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ab der Zeit t2 andauert, kurz ist, erreicht die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx noch nicht NOxh. In diesem Fall geht die Abarbeitung zu S304 über. In S304 wird eine Bestimmung basierend auf der Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 durchgeführt. Mit einer derartigen Konfiguration, wenn die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx noch nicht NOxh erreicht und die Menge an gespeichertem NOx geringer als die obere Limitgrenze m2' ist, wird die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einmal beendet und erneut gestartet. Das heißt, die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird fortgeführt.
  • Wenn die Dauer der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem gewissen Maße verlängert wird und die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx NOxh erreicht (positive Bestimmung in S303) oder die Menge an gespeichertem NOx größer als die obere Limitgrenze m2' wird (positive Bestimmung in S304), wird die Abarbeitung nach S305 durchgeführt, wird die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestoppt und wird auf die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umgestellt. Im Speziellen ist in der vorliegenden Ausführungsform die Dauer der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ein Zeitraum der Zeit bis die Zunahme der Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 eine vorbestimmt Menge (NOxh) erreicht aufgrund der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder ein Zeitraum der Zeit bis die Menge an gespeichertem NOx selbst die Menge (m2') erreicht, die festgesetzt ist, um eine übermäßige Zunahme zu verhindern. Alternativ dazu kann die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestoppt werden und kann die Abarbeitung nach S305 durchgeführt werden, wenn das durch den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 10 erfasste Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases nach einer Durchführung der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem zweiten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL2 wird oder zu Luft-Kraftstoff-Verhältnissen in der Nähe des zweiten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses AFL2 wird (nachfolgend auch als „Luft-Kraftstoff-Verhältnisse wie das zweite magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL2“ bezeichnet). Denn wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases zu Luft-Kraftstoff-Verhältnissen wie das zweite magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL2 wird, wird davon ausgegangen, dass Sauerstoff, der erforderlich ist zum Wiederherstellen der Wertigkeit des Kupferions im SCR-Katalysator 5, bald dem SCR-Katalysator 5, der auf der stromabwärtsliegenden Seite des NSR-Katalysators 3 angeordnet ist, zugeführt werden kann. Wenn die Abarbeitung zu S305 übergeht, wird in S305 eine positive Bestimmung gemacht, da die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq und der Parameter Q gleich „0“ sind. Infolgedessen geht die Abarbeitung zu S306 über und wird dadurch die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses beendet. Dann wird die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum zweiten Mal gestartet und ist die Startzeit der Abarbeitung die Zeit t3. In 7 wird die Zeit t3 erreicht, wenn die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx NOxh erreicht.
  • Wenn in S306 zu der Zeit t3 die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum zweiten Mal gestartet wird, dann wird die Kraftstoffzufuhrmenge q durch das Kraftstoffzuführventil 6 in S307 integriert (die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq ist in diesem Fall die Gesamtmenge auf Basis der Startzeit der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das zweite Mal). Gleichzeitig wird der Parameter Q auf Q1 gesetzt und wird die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgehend von S301 erneut wiederholt. Der nachfolgende Ablauf der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das zweite Mal ist verschieden von der zuvor beschriebenen ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das erste Mal. Das heißt, die Abarbeitung geht zu S308 über, wenn in S301 eine negative Bestimmung gemacht wird (Zeit t4), da die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 geringer wird als die untere Limitgrenze m2 in S301 bevor die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq den in S307 gesetzten Q1 übersteigt. Dann wird die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum zweiten Mal gestartet.
  • Wenn in S308 zu der Zeit t4 die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum zweiten Mal gestartet wird, dann wird in S309 die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq auf „0“ zurückgesetzt und wird der Parameter Q ebenfalls auf „0“ zurückgesetzt. Der Parameter NOxf wird auf NOxh gesetzt. Die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird dann ausgehend von S301 erneut wiederholt. Der anschließende Ablauf des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das zweite Mal wird fortgesetzt, wie bei der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses für das erste Mal, bis die NOx-Speicherungszunahme ΔNOx NOxh erreicht (positive Bestimmung in S303) oder bis die Menge an gespeichertem NOx größer oder gleich der oberen Limitgrenze m2' wird (positive Bestimmung in S304). In S305 wird dann eine positive Bestimmung gemacht und geht die Abarbeitung zu S306 über, da die Kraftstoffzufuhrgesamtmenge Σq und der Parameter Q gleich „0“ sind. Als Folge davon wird die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zum dritten Mal gestartet und ist die Startzeit der Abarbeitung die Zeit t5.
  • Nach der Zeit t5 werden die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wie zuvor beschrieben, abwechselnd wiederholt, bis der Wert des Parameters mdcat bei der Abarbeitung der NSR-seitigen Einstellung auf andere Werte als „2“ geändert wird.
  • Somit ist in dem Abgassteuersystem des Verbrennungsmotors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vorgesehen. Auch wenn die Katalysatortemperatur des NSR-Katalysators 3 in dem spezifizierten NSR-Temperaturbereich liegt, wird demgemäß die NOx-Reduktion hauptsächlich durch den SCR-Katalysator 5 durchgeführt, dessen Katalysatortemperatur in dem spezifizierten SCR-Temperaturbereich liegt, während im NSR-Katalysator 3 im Wesentlichen keine NOx-Reduktion durchgeführt wird. Wenn die SCR-basierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeführt wird, werden die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in abwechselnder Weise wiederholt ausgeführt. Demgemäß wird die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 verringert und wird das bei der Abarbeitung emittierte NOx durch den SCR-Katalysator 5 reduziert, während die Wiederherstellung der Wertigkeit des Kupferions im SCR-Katalysator 5 erreicht wird. Als Folge davon wird auf angemessene Weise eine kontinuierliche Behandlung des emittierten NOx durch den SCR-Katalysator 5 durchgeführt, wodurch ein Ausleiten von NOx nach außerhalb des Systems unterbunden wird. Als Folge davon kann, während die auf dem SCR-Katalysator 5 basierende NOx-Reduktion durchgeführt wird, die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 auf einer relativ geringen Menge gehalten werden, die kaum durch solche Faktoren wie eine Erhöhung der Last des Verbrennungsmotors beeinflusst wird. Bei der in 6 dargestellten SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses werden die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses derart durchgeführt, dass die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 im Speichermengenbereich (entsprechend dem spezifizierten Bereich der Menge an gespeichertem NOx der vorliegenden Erfindung) von der unteren Limitgrenze m2 bis zur oberen Limitgrenze m2' liegt. Jedoch kann die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator 3 bei der SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses außerhalb des Speichermengenbereichs liegen solange als das NOx-Reinigungsvermögen des Abgassteuersystems dies zulässt. Bei der SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird die zugeführte Kraftstoffkomponente weniger wahrscheinlich nach außerhalb des System abgegeben, da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator 3 strömenden Abgases magerer ist als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
  • Um die Abgabe von NOx aus dem Abgassteuersystem nach Außen soweit als möglich zu unterbinden, ist daher die Kraftstoffzufuhrmenge α durch das Kraftstoffzuführventil 6 pro Zeiteinheit zur Zeit der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vorzugsweise die Kraftstoffzufuhrmenge, die eine Emissionsmenge an NOx ist, die auf der stromabwärtsliegenden Seite im SCR-Katalysator 5 reduziert werden kann.
  • Bei der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei der zuvor erwähnten SCR-basierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird das zweite magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL2 gebildet durch Stoppen der Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzuführventil 6 in S308. Anstelle dieser Vorgehensweise in S308 kann die Kraftstoffzufuhrmenge durch das Kraftstoffzuführventil 6 auf die Menge gesteuert werden, die geringer ist als der Wert α in dem Bereich, bei dem die Wertigkeit des Kupferions im SCR-Katalysator 5 wiederhergestellt werden kann. Als Folge davon wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den SCR-Katalysator 5 strömenden Abgases magerer als das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis AFL1 eingestellt.

Claims (5)

  1. Abgassteuersystem umfassend: einen NSR-Katalysator (3), der ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist; ein Kraftstoffzufuhrmittel (6), das konfiguriert ist zum Zuführen von Kraftstoff zu dem in den NSR-Katalysator (3) strömenden Abgas und Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases; einen SCR-Katalysator (5), der im Abgaskanal auf einer stromabwärtsliegenden Seite des NSR-Katalysators (3) vorgesehen ist und konfiguriert ist zum selektiven Reduzieren von NOx mit Ammoniak als Reduktionsmittel; ein Zugabemittel (7), das konfiguriert ist zum Zugeben von einem von Ammoniak und einem Vorläufer von Ammoniak als ein Additiv zu dem in den SCR-Katalysator (5) strömenden Abgas; und ein Reduktionssteuermittel (20), das konfiguriert ist zum Zugeben des Additivs durch das Zugabemittel (7) und zum Durchführen einer spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Bezug auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator (3) strömenden Abgases durch das Kraftstoffzufuhrmittel (6), wenn die Temperatur des NSR-Katalysators (3) eine Temperatur in einem spezifizierten NSR-Temperaturbereich ist, in dem NOx durch den NSR-Katalysator (3) reduziert werden kann, und die Temperatur des SCR-Katalysators (5) eine Temperatur in einem spezifizierten SCR-Temperaturbereich ist, in dem NOx durch den SCR-Katalysator (5) reduziert werden kann, wobei die spezifizierte Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses umfasst: eine erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei der die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzufuhrmittel (6) so gesteuert wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator (3) strömenden Abgases ein erstes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, das magerer ist als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wobei das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, das eine Emission des im NSR-Katalysator (3) gespeicherten NOx bewirkt; und eine zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei der die Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzufuhrmittel (6) so gesteuert wird, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator (3) strömenden Abgases ein zweites mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird, das magerer ist als das erste magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und wobei das Reduktionssteuermittel (20) konfiguriert ist zum wiederholten abwechselnden Durchführen der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei der spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses.
  2. Abgassteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Reduktionssteuermittel (20) konfiguriert ist zum Durchführen der spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses derart, dass die Menge an gespeichertem NOx im NSR-Katalysator (3) in einem spezifizierten Bereich der Menge an gespeichertem NOx liegt.
  3. Abgassteuersystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Reduktionssteuermittel (20) konfiguriert ist zum Stoppen der Kraftstoffzufuhr durch das Kraftstoffzufuhrmittel (6) bei der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses derart, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NSR-Katalysator (3) strömenden Abgases das zweite magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird.
  4. Abgassteuersystem nach Anspruch 3, wobei das Reduktionssteuermittel (20) konfiguriert ist zum Stoppen der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und Umstellen auf die erste Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wenn bei der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des aus dem NSR-Katalysator (3) strömenden Abgases eines von dem zweiten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Nähe des zweiten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird.
  5. Abgassteuersystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Reduktionssteuermittel (20) konfiguriert ist zum Umstellen der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf die zweite Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und dann Fortführen der zweiten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während eines vorbestimmt Zeitraums in der spezifizierten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wenn während der ersten Manipulation des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eine NOx-Reinigungsrate durch den SCR-Katalysator (5) geringer wird als ein spezifizierter Grenzwert der Reinigungsrate.
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