DE10303085A1 - Abgassteuerungsvorrichtung und -verfahren eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abgassteuerungsvorrichtung und -verfahren eines Verbrennungsmotors Download PDF

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Abstract

Die Öffnungsgrade eines Drosselventils und eines EGR-Ventils werden gesteuert und Kraftstoff wird intermittierend in einen Abgasdurchgangsstrom aufwärts von einem NOx-Katalysator zugegeben. Die SOx-Vergiftungswiederherstellung des NOx-Katalysators wird durch intermittierendes Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases auf die Stöchiometrie oder auf die fette Seite der Stöchiometrie gesteuert und durch Steuern der Temperatur des NOx-Katalysators auf eine Temperatur, die eine Wiederherstellung von der SOx-Vergiftung gestattet und die die Verschlechterung des NOx-Katalysator nicht beschleunigt.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Bereich der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsmotorabgassteuervorrichtung und ein zugehöriges Verfahren, die einen NOx-Katalysator hat, und insbesondere eine Technologie zum Regenerieren eines NOx-Katalysators nach der Vergiftung des Katalysators durch Schwefeloxide (SOx).
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Bei Magerverbrennungsmotoren, die durch Dieselverbrennungsmotoren dargestellt werden, wurden verschiedenartige Massnahmen angenommen, um die Emissionsmengen von Stickstoffoxiden (NOx) und unverbrannten Komponenten (HC, CO) zu verringern.
  • Eine dieser Massnahmen ist eine Abgassteuerungsvorrichtung, die einen NOx-Katalysator aufweist, der in einem Abgasdurchgang vorgesehen ist.
  • Der NOx-Katalysator führt eine Abgassteuerungsfunktion wie folgt durch. Der NOx-Katalysator absorbiert und speichert nämlich NOx aus dem Abgas, das in den Katalysator einströmt, wenn das Abgas eine hohe Konzentration von Sauerstoff aufweist, das heisst, wenn das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases von der Stöchiometrie ausgehend mager ist. Wenn dagegen die Sauerstoffkonzentration der Abgaseinströmung niedrig ist, das heisst, wenn das Abgas-Luftkraftstoffverhältnis von der Stöchiometrie ausgehend fett ist, gibt der NOx-Katalysator das gespeicherte NOx in das Abgas in der Form von Stickstoffdioxid NO2 oder Stickstoffmonoxid NO durch eine Reduktion ab. Gleichzeitig wird verursacht, dass NO2 und NO einer Oxidation mit unverbrannten Komponenten, wie zum Beispiel C0, HC, unterzogen werden, die in dem Abgas vorhanden sind. Auf diese Weise wird NOx, CO, und HC in Wasserdampf H2O und Kohlendioxid CO2 umgewandelt, die ungiftig sind.
  • Der NOx-Katalysator hat eine Charakteristik zum Speichern von Schwefeloxiden SOx, wenn SOx in dem Abgas vorhanden ist, wie es der Fall mit dem NOx ist. Im Vergleich mit dem NOx ist SOx stabiler an dem NOx-Katalysator gespeichert und wird weniger rasch bzw. einfach reduziert. Daher gibt es die Neigung, dass das SOx durchgehend in dem NOx-Katalysator gespeichert wird. Als Folge erhöht sich die Speicherung des SOx in dem NOx-Katalysator und verringert sich die Menge von NOx, die gespeichert werden kann, entsprechend, das heisst, dass die NOx-Speicherfähigkeit des NOx-Katalysator sich verschlechtert. Somit verringert sich die ursprüngliche Abgassteuerungsleistungsfähigkeit des NOx-Katalysators (im folgenden wird dieses Phänomen als SOx-Vergiftung bezeichnet).
  • Daher wird gemäss dem Stand der Technik eine SOx-Vergiftungswiederherstellungssteuerung zum Regenerieren eines NOx-Katalysators nach einer SOx-Vergiftung durchgeführt.
  • Zum Ablassen bzw. zum Abgeben bzw. zum Freisetzen von SOx, das an dem NOx-Katalysator gespeichert ist, ist es geeignet, die Temperatur des NOx-Katalysators über die NOx-Reduktionstemperatur anzuheben und eine reduzierende Atmosphäre um den Katalysator vorzusehen, um das SOx zu reduzieren. Das heisst, dass während die Temperatur des NOx-Katalysators angehoben wird, eine reduzierende Atmosphäre äquivalent zu dem Abgas, das durch die Verbrennung bei einem Luftkraftstoffverhältnis erzeugt wird, das von dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis (oder einem Luftkraftstoffverhältnis in der Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses) ausgehend fett ist, um den Katalysator vorgesehen wird, wodurch SOx reduziert wird. Auf diese Weise wird der NOx-Katalysator nach der SOx-Vergiftung regeneriert.
  • Bei Dieselverbrennungsmotoren eine Niedrigtemperaturverbrennung während des Leerlaufs oder während eines Niedriglastbetriebs zum Verringern der Emission von NOx und Russ (Rauch) durchgeführt.
  • Bei einem Dieselverbrennungsmotor wird Abgas zu einem Verbrennungsmotoreinlassdurchgang über einen Abgas-Rezirkulationsdurchgang (im folgenden als "EGR-Durchgang" bezeichnet) rezirkuliert, das heisst, dass das EGR-Gas eine relativ hohe spezifische Wärme hat und daher in der Lage ist, eine relativ grosse Wärmemenge zu absorbieren. Wenn die Menge des EGR erhöht wird, das heisst, wenn die EGR-Rate (Menge des EGR-Gases/(Menge des EGR-Gases + Menge der Einlassluft)) erhöht wird, verringert sich die Verbrennungstemperatur in einer Brennkammer. Verringerungen hinsichtlich der Verbrennungstemperatur verringern die erzeugte NOx-Menge. Daher verringern Erhöhungen der EGR-Rate fortschreitend die erzeugte NOx-Menge. Wenn eine EGR-Gasmenge kontinuierlich erhöht wird, wobei die Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung feststeht, erhöht sich die Erzeugung von Rauch allmählich. Wenn sich jedoch das EGR-Gas über einen Punkt erhöht, bei der die Erzeugung von Rauch eine Spitze aufweist, beginnt die Erzeugung von Rauch sich rasch zu verringern. Die Erzeugung von Rauch wird im wesentlichen 0, wenn die EGR-Rate 70% oder höher in einem normalen Fall ist, und ungefähr 55% oder höher ist, wenn das EGR-Gas intensiv gekühlt wird. Das heisst, dass es bekannt ist, dass die Erzeugung von Russ im wesentlichen 0 mit derartigen EGR-Raten wird. Für diesen Fall wird die Erzeugung von NOx ebenso sehr klein.
  • Die Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, wobei die EGR-Gas-Rate erhöht wird, dass im wesentlichen kein Russ erzeugt wird, wird Niedertemperaturverbrennung genannt. Das heisst, dass die Niedertemperaturverbrennung eine Verbrennung mit hoher EGR-Rate durch Verringern der Öffnung eines Einlassdrosselventils und durch Setzen eines EGR-Ventils auf einen im wesentlichen vollständig geöffneten Zustand erzielt wird, wodurch die Erzeugung von Russ beseitigt wird und die Erzeugung von NOx verringert wird. Des weiteren gestattet der Verbrennungsmotorbetrieb mit dem hohen EGR-Verhältnis, dass das Abgas-Luftkraftstoffverhältnis zu der fetten Seite von dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis (oder der Umgebung des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses) verschoben wird, und gestattet daher, dass der Abgassteuerungskatalysator rasch erwärmt wird.
  • Daher ermöglicht die Niedertemperaturverbrennung während des Leerlaufs und des Niedriglastbetriebs, den NOx-Katalysator mit einer Umgebungsatmosphäre zu versehen, die ein Luftkraftstoffverhältnis hat, das von dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis (oder der Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses) ausgehend fett ist, und gleichzeitig die Temperatur des NOx-Katalysators zu erhöhen, wodurch der NOx-Katalysator nach der SOx-Vergiftung regeneriert werden kann.
  • Jedoch wird während eines Mittel- bis Hochlastbetriebs ein Dieselverbrennungsmotor in einem normalen Verbrennungszustand betrieben, das heisst, er wird mit einer Überschussluftmenge betrieben, das heisst mit einem A/F, das in dem Bereich von 25 bis 40 liegt. Wenn des weiteren die Einlassluftmenge einen bestimmten Betrag übersteigt, wird es unmöglich, eine Niedertemperaturverbrennung auszuführen. Daher kann während des Mittel- bis Hochlastbetriebs die Niedertemperaturverbrennung nicht durchgeführt werden. Daher kann während des Mittel- bis Hochlastbetriebs der NOx-Katalysator nach der SOx-Vergiftung gemäss der Technik nicht regeneriert werden.
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  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Regeneration eines NOx-Katalysators einer Abgassteuerungsvorrichtung, die an einem Abgasdurchgang eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, zu ermöglichen, nachdem der NOx-Katalysator durch SOx vergiftet ist.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Abgassteuerungsvorrichtung und ein zugehöriges Verfahren eines Verbrennungsmotors zu schaffen, die eine wünschenswertere Regeneration eines NOx-Katalysators nach einer SOx-Vergiftung unabhängig von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors ermöglichen, der den NOx-Katalysator aufweist, der an dem Abgasdurchgang angeordnet ist. Um diese Aufgabe zu lösen, werden die folgenden Anordnungen und Konstruktionen nach der Erfindung angenommen.
  • Bei der Erfindung wird nämlich das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zunächst auf ein vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis gesteuert, das eine obere Grenze einer zulässigen erzeugten Menge von Rauch ist, und das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases wird dann auf ein fettes Luftkraftstoffverhältnis oder ein stöchiometrisches Luftkraftstoffverhältnis gesteuert, während die Temperatur des NOx-Katalysators sich zum Abgeben von SOx aus dem NOx-Katalysator erhöht.
  • Eine Abgassteuerungsvorrichtung gemäss der Erfindung hat einen NOx-Katalysator, der an einem Abgasdurchgang vorgesehen ist; eine NOx-Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung zum Erfassen der Temperatur des NOx-Katalysators; eine Abgas-Luftkraftstoffverhältnis-Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases in dem Abgasdurchgang; und eine Abgas-Luft-Kraftstoff-Steuerungseinrichtung zum Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases in dem Abgasdurchgang auf der Grundlage der Temperatur des NOx-Katalysators, die durch die NOx-Katalysator-Temperaturerfassungseinrichtung erfasst wird, und des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases, das durch die Abgas-Luftkraftstoffverhältnis-Erfassungseinrichtung erfasst wird. Wenn mit der Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das durch die Abgas-Luft-Kraftstoff-Erfassungseinrichtung erfasst wird, von dem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis mager ist, steuert die Abgas-Luftkraftstoffverhältnis-Steuerungseinrichtung das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zu dem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis und steuert darauf intermittierend das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf ein zweites vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis, das von dem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend fett ist und das die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung gestattet, während die Temperatur des NOx-Katalysators innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gesteuert wird, der die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung gestattet und die eine Verschlechterung des NOx-Katalysators nicht beschleunigt.
  • Bei dem vorstehenden Aufbau ist es vorzuziehen, dass das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis ein Luftkraftstoffverhältnis ist, mit dem die Erzeugung von Russ einen Spitzenwert zeigt, und dass das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis ein fettes Luftkraftstoffverhältnis oder das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis ist.
  • Gemäss diesem Aufbau kann durch intermittierendes Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis, nachdem es auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wurde, die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung erzielt werden, während die erzeugte Menge von Rauch unabhängig von dem Verbrennungsmotorbetriebszustand verringert wird.
  • Wenn sich das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases verringert, erhöht sich die Temperatur des NOx-Katalysators. Wenn der NOx- Katalysator so auf eine Temperatur aufgewärmt wird, die eine Reduktion und ein Abgeben des SOx verursacht (beispielsweise 600°C oder höher), wenn das Luftkraftstoffverhältnis der Umgebungsatmosphäre fett ist oder dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis gleich ist, findet eine Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung statt. Zu diesem Zeitpunkt gibt es jedoch eine Möglichkeit einer Verschlechterung des NOx-Katalysators, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators übermässig hoch wird (beispielsweise 700°C oder höher), wobei das Luftkraftstoffverhältnis der Umgebungsatmosphäre fett gehalten wird oder auf dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis gehalten wird.
  • Daher wird das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf ein fettes Luftkraftstoffverhältnis oder das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis zum Erhöhen der Temperatur des NOx-Katalysators unter Verhindern einer übermässigen Erhöhung davon gesteuert. Auf diesem Weg kann die Temperatur des NOx-Katalysators auf eine Temperatur gesteuert werden, die die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung gestattet, aber die Verschlechterung davon nicht beschleunigt.
  • Da ebenso das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zuerst auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, kann das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis rascher und zuverlässiger gesteuert werden. Wenn das Abgas übermässig fett wird, kann das verursachen, dass die Temperatur des NOx-Katalysators übermässig hoch wird, und eine Erhöhung der Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten verursachen. Gemäss dem Abgassteuerungsverfahren der Erfindung kann jedoch der NOx-Katalysator rasch nach der SOx-Vergiftung regeneriert werden, während eine solche übermässige Erhöhung der Temperatur des NOx-Katalysators verhindert wird und eine derartige Erhöhung der Emission von unverbranntem Kraftstoffkomponenten verhindert wird.
  • Wenn das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf ein fettes Luftkraftstoffverhältnis oder das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, bedeutet das, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend mager wird. Daher kann für den Fall, dass ein Katalysator, der eine Sauerstoffspeicherfähigkeit hat, die durch ein Partikelfilter vorgesehen wird, oder ähnliches und somit in der Lage ist, Partikelstoffe (beispielsweise Russ), die in dem Abgas vorhanden sind, durch Oxidieren von diesen steuern kann, verwendet wird, durch Abwechseln des Einführen von fettem Abgas und magerem Abgas in den Katalysator auf die vorstehend beschriebene Art die Regeneration des NOx-Katalysators unter Verringerung der Erzeugung von Rauch wirksamer erzielt werden.
  • Die Abgassteuerungsvorrichtung, die vorstehend beschrieben ist, kann bei einem Verbrennungsmotor mit einer Schalteinrichtung verwendet werden, die wahlweise eine Verbrennung zwischen einer Erstverbrennung, bei der dann, wenn die Menge des Rezirkulationsabgases, das der Brennkammer zugeführt wird, vergrössert wird, die Erzeugung von Russ sich allmählich erhöht und einen Spitzenwert erreicht, und wenn die Menge des Rezirkulationsabgases, das der Brennkammer zugeführt wird, weiter erhöht wird, die Temperatur von Kraftstoff zu dem Zeitpunkt der Verbrennung in der Brennkammer und die Temperatur des Gases um den Kraftstoff niedriger als eine Russerzeugungstemperatur werden, und sich daher die Erzeugung von Russ verringert, und einer zweiten Verbrennung, bei der die Menge des Rezirkulationsabgases, das der Brennkammer zugeführt wird, geringer als die Menge des Rezirkulationsabgases ist, mit der die Erzeugung von Russ einen Spitzenwert aufweist.
  • Hier entspricht die erste Verbrennung der Niedertemperaturverbrennung und die zweite Verbrennung der normalen Verbrennung.
  • Gemäss der Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung kann somit die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung unabhängig von dem Verbrennungsmotorbetriebszustand auch bei einem Verbrennungsmotor, wie zum Beispiel einem Dieselverbrennungsmotor erzielt werden, der die Niedertemperaturverbrennung während des Leerlauf und des Niedriglastbetriebs durchführt und der die Normalverbrennung während des Mittel- bis Hochlastbetriebs durchführt.
  • Wenn die Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung ein Drosselventil zum Steuern der Einlassluftmenge, die der Brennkammer zugeführt wird, und ein Rezirkulationsabgassteuerventil zum Steuern der Rezirkulationsabgasmenge aufweist, das in die Brennkammer rezirkuliert wird, (im folgenden als "EGR-Gas" bezeichnet, wo dies geeignet ist), kann das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern von zumindest entweder dem Öffnungsgrad des Drosselventils oder dem Öffnungsgrad des Rezirkulationsabgassteuerventils gesteuert werden.
  • Mit diesem Aufbau wird das Luftkraftstoffverhältnis in der Brennkammer auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern von zumindest entweder der Luftmenge, die in die Brennkammer eingeführt wird, oder der Menge des EGR-Gases gesteuert, wodurch das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert werden kann.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung kann ebenso das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern der Zugabe des Kraftstoffs in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors gesteuert werden, nachdem das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wurde, und kann gleichzeitig die Temperatur des NOx-Katalysators innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gesteuert werden.
  • Durch intermittierendes Zugeben von Kraftstoff in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors kann das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert werden. Ebenso kann die Temperatur innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs gleichzeitig gesteuert werden.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung, wie vorstehend beschrieben ist, kann die Zugabe von Kraftstoff in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors intermittierend durchgeführt werden und kann die Zugabe von Kraftstoff durchgeführt werden, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators niedriger als die Temperatur ist, die die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung gestattet, und kann die Zugabe von Kraftstoff ausgesetzt werden, wenn es die Möglichkeit gibt, dass die Temperatur des NOx-Katalysators die Temperatur erreicht, die eine Verschlechterung des NOx-Katalysators beschleunigt.
  • Wenn die Zugabe von Kraftstoff ausgesetzt wird, erhöht sich das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases und fällt dadurch die Temperatur des NOx-Katalysators rasch ab, was die Verschlechterung des NOx-Katalysators verringert und die nächste Zugabe von Kraftstoff ermöglicht, die durchzuführen ist. Somit kann durch wiederholtes Durchführen der Zugabe des Kraftstoffs und dessen Aussetzung die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung erzielt werden, während die Verschlechterung des NOx-Katalysators verringert wird.
  • Ebenso kann bei der Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung die Zugabe des Kraftstoffs in die Brennkammer des Verbrennungsmotors, die durch die Abgas-Luftkraftstoffverhältnis-Steuerungseinrichtung gesteuert wird, durch eine Nacheinspritzung eher als durch eine Haupteinspritzung erzielt werden, bei der Kraftstoff in die Brennkammer zum Erzeugen einer Verbrennungsmotorabgabe eingespritzt wird.
  • Beispielsweise kann die Nacheinspritzung derart sein, dass Kraftstoff zusätzlich in die Brennkammer eingespritzt wird, wenn Kraftstoff, der zu verbrennen ist, um die Verbrennungsmotorabgabe zu erzeugen, einem Expansionshub oder einem Ausstosshub in dem Zylinder des Verbrennungsmotors ausgesetzt ist.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung kann ein Abgassteuerungskatalysator des weiteren an einer stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators, der nach der SOx-Vergiftung zu regenerieren ist, in einer Reihenanordnung angeordnet sein.
  • Mit dieser Konstruktion werden NOx oder unverbrannte Kraftstoffkomponenten (CO, HC), die in dem Abgas vorhanden sind, in dem Abgassteuerungskatalysator oxidiert oder reduziert, der an der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators angeordnet ist. Aufgrund einer Reaktionswärme von der Oxidation und der Reduktion von NOx und unverbrannten Kraftstoffkomponenten wird die Temperaturverteilung an den NOx-Katalysator, der nach der SOx-Vergiftung zu regenerieren ist, einheitlicher als für einen Fall, bei dem ein NOx-Katalysator allein angeordnet ist. Daher wird die Temperatursteuerung des NOx-Katalysators einfacher.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung kann ein Oxidationskatalysator ebenso in dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem NOx-Katalysator zum Reduzieren unverbrannter Kraftstoffkomponenten von dem Abgas stromabwärts von dem NOx-Katalysator angeordnet sein.
  • Mit diesem Aufbau kann die Zugabe des Verbrennungsmotorkraftstoffs in die Brennkammer oder den Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors auf der Grundlage der Temperatur des Oxidationskatalysators gesteuert werden, der stromabwärts von dem NOx-Katalysator angeordnet ist.
  • Wenn beispielsweise die Temperatur des Oxidationskatalysators niedrig ist, wird die Zugabe von Kraftstoff in die Brennkammer oder den Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors durchgeführt, um die Temperatur des Oxidationskatalysators auf seine Aktivierungstemperatur vor dem Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durchgeführt, dass die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung gestattet. Mit dem vorstehend genannten Aufbau wird die Abgassteuerfähigkeit des Oxidationskatalysators, der stromabwärts von dem NOx-Katalysator angeordnet ist, erhöht, bevor die SOx-Vergiftungswiederherstellung des NOx-Katalysators durchgeführt wird. Daher kann die Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten verringert werden.
  • Mit dem vorstehend genannten Aufbau kann die Zugabe des Kraftstoffs zum Aufheizen des Oxydationskatalysators intermittierend durchgeführt werden und kann zumindest entweder die Kraftstoffmenge, die zugegeben werden soll, oder das Intervall zum Durchführen der Zugabe des Kraftstoffs auf der Grundlage der Temperatur des Oxydationskatalysators gesteuert werden.
  • Beispielsweise kann die Kraftstoffmenge, die zuzugeben ist, erhöht werden oder kann das Intervall zum Durchführen der Zugabe des Kraftstoffs erweitert bzw. verlängert werden, wenn sich die Temperatur des Oxydationskatalysators verringert.
  • Mit einer solchen Steuerung kann die Temperatur des Oxydationskatalysators rasch auf die Aktivierungstemperatur erhöht werden.
  • Wenn die Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung des weiteren mit einem Oxydationskatalysator an dem Abgasdurchgangsstrom abwärts von dem NOx-Katalysator zum Verringern von unverbrannten Kraftstoffkomponenten in dem Abgas in dem Abgasdurchgangsstrom abwärts von dem NOx-Katalysator versehen ist, kann ebenso das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases so gesteuert werden, dass das Luftkraftkraftstoffverhältnis des Abgases in dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem Oxydationskatalysator höher als ein vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis wird.
  • Wenn es beispielsweise die Möglichkeit gibt, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases stromabwärts von dem Oxydationskatalysator fett von dem vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend aufgrund einer Reduktion der Oxydationskapazität des Oxydationskatalysators wird, wird die Kraftstoffmenge, die zumindest entweder in die Brennkammer oder den Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors zuzugeben ist, verringert oder wird die Zugabe von Kraftstoff zum Erhöhen des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases ausgesetzt.
  • Eine derartige Steuerung verhindert, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases übermäßig fett wird und verringert dadurch die Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten.
  • Des weiteren kann in der Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung eine Sekundärluftzufuhreinrichtung an dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem NOx-Katalysator, aber stromaufwärts von dem Oxydationskatalysator vorgesehen sein.
  • Wenn beispielsweise eine relativ erhöhte Menge von Verbrennungsmotorkraftstoff in den Abgasdurchgang oder die Brennkammer des Verbrennungsmotors zum Vereinfachen der Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung zugegeben wird, tritt ein entsprechender Mangel der Menge des Sauerstoffs (O2) auf, die zum Oxydieren der unverbrannten Kraftstoffkomponenten in dem Abgas stromabwärts von dem NOx-Katalysator benötigt wird, an dem Oxydationskatalysator. Gemäß dem vorstehend genannten Aufbau kann dieser Mangel der Menge des Sauerstoffs durch Zuführen von Sekundärluft über die Luftzufuhreinrichtung versetzt beziehungsweise ersetzt werden.
  • Das heißt, dass mit dem vorstehend genannten Aufbau das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases um den NOx-Katalysator weitergehend zu einer fetten Seite geschoben werden kann, so dass die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung in einer kurzen Zeit erzielt werden kann. Da des weiteren das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases um den Oxydationskatalysator zu der fetten Seite oder der Umgebung des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses geschoben werden kann, kann die Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten ebenso verhindert werden.
  • Des weiteren kann bei der Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung der NOx-Katalysator, der nach der SOx-Vergiftung zu regenerieren ist, oder der Abgassteuerungskatalysator, der an der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysators angeordnet ist, ein Katalysator sein, der keine Sauerstoffspeicherfähigkeit hat. Ein Grund zum Annehmen dieses Aufbaus ist derjenige, dass, wenn Sauerstoff an dem NOx-Katalysator vorhanden ist, der nach der SOx-Vergiftung zu regenerieren ist, oder an dem Abgassteuerungskatalysator, der an der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysator angeordnet ist, dieser die Erhöhung des Luftkraftstoffverhältnisses der Umgebungsatmosphäre um den NOx- Katalysator behindern kann, was die Wiederherstellung der SOx-Vergiftung erschwert.
  • Ebenso kann bei der Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung der Oxydationskatalysator, der stromabwärts von dem NOx-Katalysator angeordnet ist, der nach der SOx-Vergiftung zu regenerieren ist, ein Katalysator sein, der eine hohe Sauerstoffspeicherfähigkeit hat, um die Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten wirksamer zu verringern.
  • Des weiteren wird bei dem vorstehend genannten Verbrennungsmotor mit der Schalteinrichtung zum Ändern der Verbrennung zwischen der ersten Verbrennung, die nämlich eine Niedertemperaturverbrennung ist, und der zweiten Verbrennung, die nämlich die normale Verbrennung ist, die Niedertemperaturverbrennung in einem Niedriglastbereich durchgeführt, während die normale Verbrennung in einem Mittel- bis Hochlastbetriebsbereich durchgeführt wird.
  • Wenn die Abgassteuerungsvorrichtung der Erfindung bei der Abgassteuerungsvorrichtung verwendet wird, wie vorstehend beschrieben ist, kann, da das Luftkraftstoffverhältnis auf ein fettes Luftkraftstoffverhältnis oder das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis gesteuert werden kann, wenn die Niedrigtemperaturverbrennung während des Niedriglastbereichs läuft, die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung durch Durchführen von entweder einer Steuerung, bei der das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses in der Brennkammer auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, oder eine Steuerung, bei der das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses in der Brennkammer erzielt werden, worauf das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Zugeben von Kraftstoff in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang gesteuert wird. Unterdessen kann während des Mittel- bis Hochlastbetriebs die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung durch Durchführen einer Steuerung erzielt werden, bei der dann, wenn die normale Verbrennung läuft, das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses in der Brennkammer gesteuert wird, worauf das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Zugeben von Kraftstoff in zumindest die Brennkammer oder den Abgasdurchgang gesteuert wird.
  • Bei der Abgassteuerungsvorrichtung, wie vorstehend beschrieben ist, kann die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung unabhängig von dem Verbrennungsmotorbetriebszustand auch bei einem Verbrennungsmotor, wie zum Beispiel einer Dieselverbrennungsmaschine, durchgeführt werden, die eine Niedrigtemperaturverbrennung während des Leerlaufs und des Niedriglastbetriebs durchführt und die eine normale Verbrennung während des Mittel- bis Hochlastbetriebs durchführt.
  • Des weiteren ist ein Abgassteuerungsverfahren eines Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung derart, dass, wenn ein NOx-Katalysator, der an einem Abgasdurchgang angeordnet ist, nach der SOx-Vergiftung regeneriert wird, das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zunächst auf ein erstes vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, wonach das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf ein zweites vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, das von dem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend fett ist und das die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung gestattet, und gleichzeitig der NOx-Katalysator innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gesteuert wird, der die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung gestattet, und der die Verschlechterung des NOx-Katalysators nicht beschleunigt.
  • Hier ist das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis eine obere Grenze der zulässigen erzeugten Menge von Rauch und ist das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis das fette Luftkraftstoffverhältnis oder das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis.
  • Gemäß dem Abgasteuerverfahren der Erfindung kann durch Intermiettieren des Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis, nachdem es auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wurde, die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung durchgeführt werden, während die Menge des erzeugten Rauchs unabhängig von dem Verbrennungsmotorbetriebszustand verringert wird.
  • Ebenso kann dadurch, dass zunächst das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis rascher und zuverlässiger gesteuert werden. Wenn das Abgas übermäßig fett wird, kann dies verursachen, dass die Temperatur des NOx-Katalysators übermäßig hoch wird, was zu einer Erhöhung der Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten führt. Gemäß dem Abgassteuerungsverfahren der Erfindung kann jedoch der NOx-Katalysator rascher nach der SOx-Vergiftung regeneriert werden, während eine derartige übermäßige Erhöhung der Temperatur des NOx-Katalysators verhindert wird und eine derartige Erhöhung der Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten verhindert wird.
  • Ebenso kann durch intermittierendes Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases auf ein fettes Luftkraftstoffverhältnis oder das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis die Temperatur des NOx-Katalysator erhöht werden, während eine übermäßige Erhöhung davon verhindert wird. Somit kann die Temperatur des NOx-Katalysators auf eine Temperatur gesteuert werden, die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung gestattet aber die Verschlechterung davon nicht beschleunigt.
  • Wenn ebenso das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf ein fettes Luftkraftstoffverhältnis oder das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, bedeutet das, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend mager wird. Daher kann für den Fall, dass ein Katalysator, der eine Sauerstoffspeicherfähigkeit hat, mit einem Partikelfilter versehen ist, oder dergleichen und der somit in der Lage ist, die Partikelstoffe (beispielsweise Ruß), die in dem Abgas enthalten sind, durch ihre Oxidierung zu steuern, durch Einführen von fettem Abgas und magerem Abgas, das abwechselnd in den Katalysator auf die vorstehend beschriebene Weise eingeführt wird, die Erzeugung von Rauch wirksamer verringert werden.
  • Ebenso kann für den Fall, dass der Verbrennungsmotor ein Drosselventil zum Steuern der in die Brennkammer zugeführten Einlassluftmenge und ein Rezirkulationsabgassteuerungsventil zum Steuern der in die Brennkammer rezirkulierten Rezirkulationsabgasmenge aufweist, zum Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis, beispielsweise das Luftkraftstoffverhältnis in der Brennkammer, auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern der Öffnung von zumindest entweder dem Drosselventil oder dem Rezirkulationsabgassteuerungsventil gesteuert werden.
  • Des weiteren wird zum intermittierendem Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis, nachdem dieses auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wurde, Kraftstoff in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang zugegeben. Ein Verfahren nämlich, bei dem Kraftstoff intermittierend in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang zugegeben wird, kann verwendet werden.
  • Ebenso kann für den Fall, dass das Abgassteuerungsverfahren bei einem Verbrennungsmotor verwendet wird, bei dem ein NOx-Katalysator an einem Abgasdurchgang vorgesehen ist und eine Verbrennung wahlweise zwischen einer Niedertemperaturverbrennung und einer normalen Verbrennung geändert wird, wenn der NOx-Katalysator nach der SOx-Vergiftung während der normalen Verbrennung regeneriert wird, das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf ein erstes vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses in der Brennkammer gesteuert werden, worauf das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf ein zweites vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis gesteuert werden kann, das von dem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend fett ist und das die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung gestattet, durch Steuern der Zugabe des Kraftstoffs in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang, nämlich durch intermittierendes Zugeben des Kraftstoffs, und wobei gleichzeitig die Temperatur des NOx-Katalysators innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gesteuert wird, der die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung gestattet und der die Verschlechterung des NOx-Katalysators nicht beschleunigt, und wenn der NOx-Katalysator nach der SOx-Vergiftung während der Niedertemperaturverbrennung regeneriert wird, zumindest eine von den Steuerungen durchgeführt werden kann, wobei eine der Steuerung derart ist, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses in der Brennkammer gesteuert wird, und die andere der Steuerungen derart ist, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern der Zugabe von Kraftstoff in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang gesteuert wird, nachdem das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses in der Brennkammer gesteuert wurde.
  • Gemäß dem Abgassteuerungsverfahren, das vorstehend beschrieben ist, kann die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung unabhängig von dem Verbrennungsmotorbetriebszustand auch bei einem normalen Verbrennungsmotor erzielt werden, wie zum Beispiel einem Dieselverbrennungsmotor, der eine Niedertemperaturverbrennung während des Leerlaufs und des Niedriglastbetriebs durchführt und der eine normale Verbrennung während des Mittel- bis Hochlastbetriebs durchführt.
  • Wenn das Abgassteuerungsverfahren der Erfindung bei einem Verbrennungsmotor mit einem Oxydationskatalysator, der an dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem NOx-Katalysator angeordnet ist, verwendet wird, um die unverbrannten Kraftstoffkomponenten in dem Abgas in dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem NOx-Katalysator zu verringern, kann der Oxidationskatalysator auf seine Aktivierungstemperatur durch Steuern der Zugabe des Kraftstoffs in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang aufgewärmt werden, worauf das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert werden kann, um den NOx-Katalysator nach der SOx-Vergiftung zu regenerieren.
  • Gemäß dieser Steuerung wird die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vergiftung durchgeführt, nachdem die Abgassteuerungsfähigkeit des Oxydationskatalysators, der in dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem NOx-Katalysator angeordnet ist, erhöht wurde, wodurch die Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten verringert werden kann.
  • Ebenso kann für den Fall, dass das Abgassteuerungsverfahren gemäß der Erfindung bei einem Verbrennungsmotor mit einem Oxydationskatalysator in dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem NOx-Katalysator verwendet wird, um die unverbrannten Kraftstoffkomponenten zu verringern, die in dem Abgas stromabwärts von dem NOx-Katalysator enthalten sind, das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases derart gesteuert werden, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases stromabwärts von dem Oxidationskatalysator höher als ein vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis wird.
  • Wenn es beispielsweise die Möglichkeit gibt, dass das Abgas stromabwärts von dem Oxydationskatalysator von dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis ausgehend fett wird, nachdem die Oxydationskapazität verringert wurde, wird die Menge von in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors zugegebenen Kraftstoffs verringert oder die Zugabe von Kraftstoff zum Erhöhen des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases ausgesetzt.
  • Eine derartige Steuerung verhindert, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases übermäßig fett wird, und verringert dadurch die Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten.
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  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehend genannten und weitergehende Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar, in denen ähnliche Bezugszeichen zum Darstellen von ähnlichen Elementen verwendet werden.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das den Aufbau eines Verbrennungsmotors und eine Abgassteuerungsvorrichtung des Verbrennungsmotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
  • 2 ist ein Diagramm, das einen inneren Aufbau eines Partikelfilters darstellt, das eine Art eines Abgassteuerungskatalysators ist;
  • 3 ist eine Grafik zum Darstellen einer Korrelation zwischen einer erzeugten Rußmenge und der EGR-Rate;
  • 4 ist eine Graphik zur Darstellung von Beziehungen des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases zu der Temperatur des Partikelfilters und der SOx-Menge, die in dem Abgas abgegeben wird, wenn das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend gesteuert wird;
  • 5 ist eine Graphik zum Darstellen des Betriebsbereichs des Verbrennungsmotors, wo die SOx-Vergiftungswiederherstellung erzielt werden kann;
  • 6 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus des Verbrennungsmotors und einer Abgassteuerungsvorrichtung des Verbrennungsmotors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 7 ist eine schematische Darstellung der Konstruktionen eines Verbrennungsmotors und einer Abgassteuerungsvorrichtung des Verbrennungsmotors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • 8 ist ein Diagramm zum Darstellen von Strömungsmengen bzw. Durchflussmengen von Abgas und dem Temperaturanstieg des Partikelfilters, der durch die Zugabe des Verbrennungsmotorkraftstoffs verursacht wird;
  • 9 ist ein Diagramm zum Darstellen des Übergangs des Temperaturanstiegs von dem Partikelfilter 50b, wenn Verbrennungsmotorkraftstoff intermittierend zugegeben wird;
  • 10 ist eine Grafik zum Andeuten der Temperaturverteilung in dem Partikelfilter für einen Fall, bei dem ein NOx-Katalysator stromabwärts von dem Partikelfilter angeordnet ist, und
  • 11 ist eine Grafik zum Andeuten der Temperaturverteilung in den Partikelfilter für einen Fall, bei dem das Partikelfilter allein angeordnet ist.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Verbrennungsmotorabgassteuerungsvorrichtung der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • [ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
  • 1 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Erfindung auf eine Abgassteuerungsvorrichtung eines Fahrzeugdieselverbrennungsmotors angewendet wird, der ein Magerverbrennungsmotor ist. Unter Bezugnahme auf 1 hat ein Verbrennungsmotor 1 vier Zylinder 2 (Brennkammern), ein Kraftstoffzufuhrsystem, ein Einlasssystem, ein Abgassystem, ein Steuerungssystem usw. als Hauptkomponenten.
  • Das Kraftstoffzufuhrsystem mit Kraftstoffeinspritzventilen 3, einer gemeinsamen Leitung (Drucksammelkammer) 4, einem Kraftstoffzufuhrrohr 5, einer Kraftstoffpumpe 6 usw. führt Kraftstoff jedem Zylinder 2 zu. Die Kraftstoffeinspritzventile 3 sind elektromagnetisch angetriebene Offen-Geschlossen-Ventile, die für die individuellen Zylinder 2 vorgesehen sind. Die Kraftstoffeinspritzventile 3 sind mit der gemeinsamen Leitung 4 verbunden, die als ein Kraftstoffverteilungsrohr dient. Die gemeinsame Leitung 4 ist mit der Kraftstoffpumpe 6 über das Kraftstoffzufuhrrohr 5 verbunden. Eine Riemenscheibe 6a der Kraftstoffpumpe 6 ist über einen Riemen 7 mit einer Kurbelwelle 1a, d. h. einer Ausgangswelle des Verbrennungsmotors verbunden. Die Kraftstoffpumpe 6 wird unter Verwendung der Drehung der Kurbelwelle 1a als Antriebsleistungsquelle angetrieben.
  • Bei dem Kraftstoffzufuhrsystem, das aufgebaut ist, wie es vorstehend beschrieben ist, wird Kraftstoff von einem (nicht gezeigten) Kraftstofftank durch die Kraftstoffpumpe 6 abgepumpt. Der abgepumpte Kraftstoff wird der gemeinsamen Leitung 4 über das Kraftstoffzufuhrrohr 5 zugeführt. Der Kraftstoff, der der gemeinsamen Leitung 4 zugeführt wird, wird auf einen vorbestimmten Kraftstoffdruck innerhalb der gemeinsamen Leitung 4 druckbeaufschlagt und wird dann zu den Kraftstoffeinspritzventilen 3 verteilt. Wenn eine Antriebsspannung auf ein Kraftstoffeinspritzventil 3 aufgebracht wird, wird das Kraftstoffeinspritzventil 3 geöffnet, um Kraftstoff in einen entsprechenden von den Zylindern 2 einzuspritzen.
  • Das Einlasssystem mit einem Einlassrohr 9, einem Drosselventil 13, einem Einlasskrümmer 8, einem Luftfilterkasten 10, einem Zwischenfühler 16u usw. bildet einen Einlassdurchgang zum Zuführen von Luft zu den Zylindern 2.
  • Das Einlassrohr 9 bildet einen Durchgang, der Luft, der über den Luftreinigerkasten 10 aufgenommen wird, zu dem Einlasskrümmer 8 führt. Der Einlasskrümmer 8 bildet einen Durchgang, der Luft von dem Einlassrohr 9 zu individuellen Zylindern 2 verteilt. Ein Einlasstemperatursensor 44a zum Messen der Temperatur von der Luft, die in das Einlassrohr 9 strömt, ist in der Nähe eines Verbindungsabschnitts zwischen dem Einlassrohr 9 und dem Luftreinigerkasten 10 vorgesehen.
  • In dem Einlassrohr 9 von dem Luftreinigerkasten 10 zu einem Drosselventil 13 sind Turbolader 15 (ein Verdichtergehäuse 15a) zum Verdichten von Einlassluft und der Zwischenkühler 16 zum Kühlen der durch den Turbolader 15 verdichteten Luft vorgesehen. Stromaufwärts von dem Turbolader 15 ist ein Luftdurchflussmessgerät 45 zum Messen der Durchflussmenge der Luft vorgesehen, die über das Einlassrohr 9 in die Brennkammern 2 eintritt.
  • Das Drosselventil 13 zum Einstellen der Luftmenge, die in die Zylinder 2 über das Einlassrohr 9 einströmt, ist unmittelbar stromaufwärts von dem Einlasskrümmer 8 vorgesehen. Der Grad der Öffnung des Drosselventils 13 wird über ein Betätigungsglied 14 gesteuert, das durch einen Schrittmotor oder dergleichen ausgebildet ist. Unmittelbar stromabwärts von dem Drosselventil 13 sind ein Einlasstemperatursensor 44b zum Messen der Temperatur in dem Einlasskrümmer 8 und ein Einlassdrucksensor 46 zum Messen des Drucks in dem Einlasskrümmer 8 vorgesehen.
  • In dem Einlasssystem, dass wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, strömt Luft, die den individuellen Zylindern 2 zuzuführen ist, in den Luftreinigerkasten 10 aufgrund des Unterdrucks, der durch den Betrieb des Verbrennungsmotors erzeugt wird. Nach der Entfernung von Staub und Schmutz aus der Luft in dem Luftreinigerkasten 10 strömt die Luft in den Turbolader 15 über das Einlassrohr 9. Die Luft in dem Turbolader 15 wird durch ein Verdichterrad 15a verdichtet. Dann wird die Luft durch den Zwischenkühler 16 gekühlt. Nachdem die Durchflussmenge der Luft durch das Drosselventil 13 gemäß der Anforderung eingestellt ist, strömt die Luft in den Einlasskrümmer 8. Die Luft in dem Einlasskrümmer 8 wird zu individuellen Zylindern 2 über entsprechende Abzweigungsrohre verteilt und wird einer Verbrennung mit von den Kraftstoffeinspritzventilen 3 eingespritztem Kraftstoff unterzogen. Ausgänge bzw. Abgaben von verschiedenartigen Sensoren werden einer elektronischen Steuerungseinheit 30 eingegeben, die nachstehend beschrieben wird, und werden beispielsweise für eine Basiskraftstoffeinspritzsteuerung des Verbrennungsmotors und dergleichen zurückgeführt.
  • Das Abgassystem entspricht einer Abgassteuerungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Das Abgassystem weist einen Abgaskrümmer 18 und ein Abgasrohr 19 auf und bildet einen Abgasdurchgang zum Ausstoßen von Abgas aus den Zylindern 2 nach außen von dem Verbrennungsmotor. Das Abgassystem hat des weiteren eine EGR-Vorrichtung 20, einen katalytischen Wandler 50, eine Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60, und so weiter und funktioniert als eine Abgassteuerungsvorrichtung, die Stickstoffoxyde (NOx) und Partikelstoffe (beispielsweise Ruß) steuert, die in dem Abgas vorhanden sind.
  • Der Abgaskrümmer 18 bildet einen Durchgang, der sich mit Abgasanschlüssen 18a der individuellen Zylindern 2 verbindet und der Abgas von den Abgasanschlüssen 18a aufnimmt und dieses zu dem Turbinengehäuse 15b des Turboladers 15 führt. Das Abgasrohr 19 bildet einen Durchgang, der sich von dem Turbinengehäuse 15b zu einem (nicht gezeigten) Schalldämpfer erstreckt. In 1 stellt das Bezugszeichen 59 einen bekannten katalytischen Oxydationswandler dar, der einen (nicht gezeigten) Oxydationskatalysator enthält.
  • Die EGR-Vorrichtung 20 weist einen EGR-Durchgang 25, ein EGR-Ventil 26, dass für die EGR-Vorrichtung 20 vorgesehen ist, und einen Oxidationskatalysator 28, einen EGR-Kühler 27 und so weiter auf.
  • Der EGR-Durchgang 25 ist ein Durchgang, der den Abgaskrümmer 18 und den Einlasskrümmer 8 miteinander verbindet. Das EGR-Ventil 26 ist ein elektrisches Offen-Geschlossen-Ventil, das in einem Verbindungsabschnitt zwischen dem EGR-Durchgang 25 und dem Einlasskrümmer 8 vorgesehen ist. Das EGR-Ventil 26 stellt die Abgasmenge, die in dem EGR-Durchgang 25 strömt (EGR-Gas) auf der Grundlage eines Verbrennungszustandsänderungssteuerungsprogramm und der gleichen ein, dass in der elektronischen Steuerungseinheit 30 ausgeführt wird. Der Oxidationskatalysator 28 für die EGR-Vorrichtung 20 ist in dem EGR-Durchgang 25 angeordnet, der den Abgaskrümmer 18 und den EGR-Kühler 27 verbindet, und entfernt unverbrannte Kraftstoffkomponenten aus dem EGR-Gas, dass von dem Abgaskrümmer 18 strömt. Der EGR-Kühler 27 kühlt Abgas, das in dem EGR-Durchgang 25 strömt, durch verwenden des Verbrennungsmotorkühlwassers als ein Wärmemedium. In der nachstehenden Beschreibung wird Abgas, das in den Abgaskrümmer 8 über den EGR-Durchgang 25 strömt, einfach als EGR-Gas in einigen Fällen bezeichnet.
  • Bei der EGR-Vorrichtung 20, die aufgebaut ist wie vorstehend beschrieben ist, strömt ein Teil des Abgases, dass in dem Abgaskrümmer 18 strömt, in den EGR-Durchgang 25 mit einer Durchflussrate entsprechend dem Grad der Öffnung des EGR-Ventils 26. Das EGR-Gas (Abgas) in dem EGR-Durchgang 25 strömt in dem EGR-Kühler 27 über den Oxidationskatalysator 28 der EGR-Vorrichtung 20. Bei dem hindurchtreten durch den EGR-Kühler 27 wird das EGR-Gas gekühlt. Darauf strömt das EGR-Gas in den Einlasskrümmer 8. Nach dem einströmen in den Einlasskrümmer 8 mischt sich das EGR-Gas mit Luft (Frischluft), die von einer stromaufwärtigen Seite des Einlasskrümmers 8 strömt, und bildet daher eine Einlassluft, die einer Verbrennung mit von dem Kraftstoffeinspritzventilen 3 eingespritzten Kraftstoff unterzogen wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet nämlich Luft (Frischluft) und EGR-Gas ein Luftkraftstoffgemisch.
  • Abgas, das das EGR-Gas ausbildet enthält inerte Gase, wie zum Beispiel Wasserdampf (H2O) Kohlendioxid (CO2) und so weiter. Wenn daher Abgas, das Inertgase enthält, in die Brennkammern 2 strömt, fällt die Verbrennungstemperatur aufgrund der Einführung von Abgas ab und wird daher die Erzeugung von Stickstoffoxiden (NOx) verringert. Die Einführung von EGR-Gas verringert ebenso die Sauerstoffmenge in den Brennkammern 2. In dieser Hinsicht wird auch die Verbindung zwischen Stickstoffoxiden (NOx) und Sauerstoff (O2) beschränkt und wird daher die Emission von Stickstoffoxiden (NOx) verringert.
  • Nachstehend wird der katalytische Wandler 50 beschrieben.
  • Der katalytische Wandler 50 hat eine Einfassung 51 und Abgassteuerungskatalysatoren 50a 50b gemäß der Erfindung, die in der Einfassung 51 enthalten sind. Der katalytische Wandler 50 führt eine Abgassteuerungsfunktion zum entfernen von schädlichen Komponenten aus dem Abgas durch, das von dem Verbrennungsmotorkörper 1 ausgestoßen wird.
  • Genauer gesagt ist die Einfassung 51 in der Nähe einer Auslassöffnung des Turbinengehäuses 15b angeordnet. Die Einfassung 51 enthält einen Partikelfilter (DPNR) 50b zum entfernen von kleinen Partikeln und von NOx aus dem Abgas und enthält ebenso einen NOx-Katalysator 50a an einer stromaufwärtigen Seite des Partikelfilters (DPNR) 50b. Der katalytische Wandler 50 ist so ausgebildet. Das Partikelfilter (DPNR) 50b kann durch einen NOx-Katalysator der Speicher-Reduktionsbauart ersetzt werden und der NOx-Katalysator der stromaufwärts von dem Partikelfilter (DPNR) 50b angeordnet ist, kann durch einen Oxidationskatalysator ausgebildet werden.
  • Das Partikelfilter 50b führt eine Abgassteuerungsfunktion zum oxidieren und verbrennen von Partikeln durch, die in dem Abgas vorhanden sind, wie zum Beispiel Ruß und dergleichen. Genauer gesagt hat das Partikelfilter 50b ein Filter 58, dass daran ein aktiviertes Sauerstoffabgabemittel trägt. Kleine Partikel werden durch fangen von Partikeln an dem Filter 58 und durch verbrennen der gefangenen Partikel mit dem aktivierten Sauerstoff entfernt (gesteuert). Die Abgassteuerungsfunktion wird so erzielt.
  • Das Filter 58 selbst hat einen Wabenaufbau, der aus einem porösem Material ausgebildet ist, wie zum Beispiel Kordierit, wie in 2 gezeigt ist. Das Filter 58 hat eine Vielzahl von Strömungsfaden 55, 56, die sich parallel zu einander erstrecken. Genauer gesagt hat das Filter 58 Abgaseinströmdurchgänge 55, deren stromabwärtigen Enden durch Stopfen 55a geschlossen sind, und Abgasausströmdurchgänge 56, deren stromaufwärtigen Enden durch Stopfen 56a geschlossen sind. Die Abgaseinströmdurchgänge 55 und die Abgasausströmdurchgänge 56 sind in vertikale und horizontale Richtungen in dem Filter mit dünnen Trennwänden 57 angeordnet.
  • Flächen und innere Poren der Trennwände 57 sind mit einer Stützschicht versehen, die aus Aluminiumoxid (Al2O3) oder ähnlichem ausgebildet ist. Die Stütze ist mit einem Edelmetallkatalysator aus Platin (Pt) oder dergleichen beladen und ein aktiviertes Sauerstoffabgabemittel, das Sauerstoff absorbiert, wenn übermäßiger Sauerstoff um das Mittel vorhanden ist, und gespeicherten Sauerstoff in der Form von aktiviertem Sauerstoff abgibt, wenn die Konzentration von Sauerstoff um den Katalysator abfällt.
  • Als das aktivierte Sauerstoffabgabemittel ist es geeignet, zumindest ein Element aus einer Gruppe bestehend aus Alkalimetallen, wie zum Beispiel Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li), Cäsium (Cs), Rubidium (Rb), und so weiter, den Erdalkalimetallen, wie zum Beispiel Barium (Ba), Kalzium (Ca), Strontium (Sr) und so weiter, den seltenen Erden, wie zum Beispiel Lanthan (La), Yttrium (Y) und so weiter, sowie den Übergangsmetallen wie zum Beispiel Cer (Ce), Zinn (Sn) und so weiter auszuwählen.
  • Des Weiteren ist es als das aktivierte Sauerstoffabgabemittel vorzuziehen, ein Alkalimetall oder ein Erdalkalimetall zu verwenden, das eine höhere Ionisationsneigung als Kalzium (Ca) hat, das heißt, Kalium (K), Lithium (Li), Cäsium (Cs), Rubidium (Rb), Barium (Ba), Strontium (Sr) und so weiter zu verwenden.
  • In dem Partikelfilter 50b, der aufgebaut ist wie vorstehend beschrieben ist, strömt Abgas in der Reihenfolge von den Abgaseinströmdurchgängen 55 → die Trennwände 57 → die Abgasausströmdurchgänge 56 (wie durch Pfeile in 2 angedeutet ist). Kleine Partikel, die in dem Abgas vorhanden sind, wie zum Beispiel Ruß und dergleichen, werden an oder in den Trennwänden 57 während des Vorgangs des Hindurchtretens durch die Trennwände 57 gefangen. Die Partikel, die durch die Trennwände 57 gefangen werden, werden durch den aktivierten Sauerstoff oxidiert und dabei ohne ausbilden von Flammen verbrannt. Auf diese Weise werden gefangene Partikel von dem Filter 58 entfernt. Die Menge des aktivierten Sauerstoffs wird durch mehrmaliges ändern der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas erhöht, das in die Trennwände 57 (Filter) strömt.
  • Das Partikelfilter 50b hat ebenso eine Abgassteuerungsfunktion zum entfernen von Stickstoffoxiden (NOx) von dem Abgas. Genauer gesagt absorbiert das Partikelfilter 50b Sauerstoff, wenn Abgas, das in den Filter 50b strömt, eine hohe Sauerstoffkonzentration hat. Wenn Abgas, das in das Filter 50b strömt, eine niedrige Sauerstoffkonzentration hat, das heißt, wenn das Abgas ein niedriges Luftkraftstoffverhältnis hat, gibt das Partikelfilter 50b die gespeicherten Stickstoffoxide (NOx) in der reduzierten Form von Stickstoffdioxid (NO2) und Stickstoffmonoxid (NO) in das Abgas ab. Gleichzeitig verursacht das Filter, das Stickstoffdioxid (NO2) und Stickstoffmonoxid (NO) Oxidationsreduktionen mit unverbrannten Kraftstoffkomponenten (CO, HC) durchlaufen, die in dem Abgas vorhanden sind, wobei dadurch Wasserdampf (H2O) und Kohlendioxid (CO2) erzeugt werden, die ungiftig sind.
  • Die Abgassteuerungsfunktion wird weitergehend beschrieben. Bei dem Magerverbrennungsmotor 1 dieses Ausführungsbeispiels wird die Verbrennung normalerweise in einer Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff durchgeführt. Daher fällt die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas, das nach der Verbrennung ausgestoßen wird im wesentlichen niemals auf ein Niveau, das den vorstehend genannten Reduktions-Abgabe-Betrieb vorantreibt, und die Menge unverbrannter Kraftstoffkomponenten (CO, HC), die in dem Abgas vorhanden sind ist ebenso sehr gering.
  • Des Weiteren wird in dem Ausführungsbeispiel der Abgassteuerungsbetrieb durch einspritzen des Verbrennungsmotorkraftstoffs (HC) als ein Reduktionsmittel in das Abgas vorangetrieben, um eine Reduktion der Sauerstoffkonzentration und eine Ersetzung der unverbrannten Kraftstoffkomponenten, wie zum Beispiel Kohlenwasserstoff (HC) und so weiter zu verursachen. Die Einspritzungszufuhr von Reduktionsmittel wird durch die nachstehend beschriebene Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 durchgeführt. Die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 wird nachstehend genauer beschrieben.
  • Somit steuert in diesem Ausführungsbeispiel das Partikelfilter 50b, das in dem Abgasdurchgang angeordnet ist, die Stickstoffoxide (NOx) und Partikel von Ruß oder dergleichen, die in dem Abgas vorhanden sind.
  • Des Weiteren ist in dem vorstehend genannten Ausführungsbeispiel der NOx-Katalysator 50a stromaufwärts von dem Partikelfilter 50b in Reihe angeordnet. Ein Grund für diese Reihenverbindung ist, dass aufgrund der Reaktionswärme von der Oxidation und der Reduktion das NOx und von unverbrannten Kraftstoffkomponenten, die in dem Abgas vorhanden sind, die an der stromaufwärtigen Seite des NOx-Katalysator 50a auftritt, die Temperaturverteilung in den Partikelfilter 50b einheitlicher als für einen Fall wird, bei dem das Partikelfilter 50b allein angeordnet ist. Eine einheitliche Temperaturverteilung in dem Partikelfilter 50b vereinfacht die Steuerung der Temperatur des Partikelfilters 50b. Die Temperaturverteilung in dem Partikelfilter 50b für den Fall, dass das Filter allein angeordnet ist, ist in 10 angedeutet. Die Temperaturverteilung an den Partikelfilter 50b für den Fall, dass das Filter stromabwärts von dem NOx-Katalysator 50a in Reihe angeordnet ist, ist in 11 angedeutet.
  • Der Fall, dass das Partikelfilter 50b allein angeordnet ist, kann als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung aufgefasst werden.
  • Nachstehend wird die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 zum vorantreiben der Abgassteuerungsfunktion des Abgassteuerungskatalysators beschrieben.
  • Die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 weist ein Reduktionsmitteldosierventil 61, ein Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 62, ein Kraftstoffdrucksteuerungsventil 64, einen Kraftstoffdrucksensor 63, ein Notfallabschaltventil 66 und so weiter auf. Die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 dosiert eine geeignete Menge des Reduktionsmittels (Verbrennungsmotorkraftstoff) in den Abgasdurchgang stromaufwärts von dem katalytischen Wandler 50 anforderungsgemäß. Die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 führt Verbrennungsmotorkraftstoff als ein Reduktionsmittel in das Abgas ein, so dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in den katalytischen Wandler 50 strömt ein Zielluftkraftstoffverhältnis erreicht.
  • Das Reduktionsmitteldosierventil 61 ist ein elektrisches Offen-Geschlossen-Ventil, das in einem Zusammenführungsabschnitt des Abgaskrümmers 18 vorgesehen ist, und das sich beim aufnehmen einer vorbestimmten Spannung öffnet. Der Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 62 bildet einen Durchgang zum leiten eines Teils des Kraftstoffs, der durch die Kraftstoffpumpe 6 abgepumpt wird, zu dem Reduktionsmitteldosierventil 61. Das Kraftstoffdrucksteuerungsventil 64 ist in einem mittleren Abschnitt des Reduktionsmittelzufuhrdurchgangs 62 angeordnet und erhält einen vorbestimmten Kraftstoffdruck in dem Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 62 aufrecht. Der Kraftstoffdrucksensor 63 erfasst den Kraftstoffdruck in dem Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 62. Das Notfallabschaltventil 66 hält die Zufuhr des Kraftstoffs in den Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 62 an, wenn eine Druckabnormalität in dem Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 62 auftritt.
  • Bei der Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60, die wie vorstehend aufgebaut ist, wird der Kraftstoff, der aus der Kraftstoffpumpe 6 ausgespritzt wird, auf einem vorbestimmten Kraftstoffdruck durch das Kraftstoffdrucksteuerungsventil 64 gehalten und wird dem Reduktionsmitteldosierventil 61 über den Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 62 zugeführt. Wenn nachfolgend eine vorbestimmte Spannung auf das Reduktionsmitteldosierventil 61 aufgebracht wird, nimmt das Reduktionsmitteldosierventil 61 einen offenen Zustand an, so dass Kraftstoff in dem Reduktionsmittelzufuhrdurchgang 62 in den Abgaskrümmer 18 über das Reduktionsmitteldosierventil 61 eingespritzt wird. Der Kraftstoff (das Reduktionsmittel), der in den Abgaskrümmer 18 zugeführt wird, wird in dem Turbinengehäuse 15b verrührt beziehungsweise gemischt und strömt dann in den katalytischen Wandler 50 über das Abgasrohr 19. Daher nimmt der katalytische Wandler 50 das Abgas, dass eine hohe Sauerstoffkonzentration hat und Kohlenwasserstoffe (HC) als eine unverbrannte Kraftstoffkomponente enthält, auch, so dass der vorstehend genannte Abgassteuerungsbetrieb vorangetrieben wird.
  • Die Menge des Reduktionsmittels, dass dosiert wird, und dessen Dosierzeitabstimmung werden unter Verwendung der Abgabe eines Luftkraftstoffverhältnisses (A/F Sensor) 47 ermittelt, der stromabwärts von dem katalytischen Wandler 50 angeordnet ist, von den Abgaben der Abgastemperatursensoren 48a, 48b, die stromaufwärts und stromabwärts von dem Partikelfilter 50b angeordnet sind, den Betriebsverläufen, die in der elektronischen Steuerungseinheit 30 aufgezeichnet sind, wie nachstehend beschrieben wird, und so weiter.
  • Wie vorstehend in Verbindung mit dem Stand der Technik beschrieben ist, absorbiert und speichert das Partikelfilter 50b Schwefeloxide (SOx) von dem Abgas ähnlich den Stickoxiden. Der Mechanismus der Absorption und der Speicherung funktioniert wie folgt.
  • Wenn Abgas, das in das Partikelfilter 50b einströmt, ein hohes Luftkraftstoffverhältnis hat, lagert sich Sauerstoff O2 aus dem Abgas in der Form von 0– 2 oder O2 – an Platin (Pt) ab, das von dem Träger getragen wird. Daher werden Schwefeloxide (SOx) in dem Abgas zu SO3 – oder SO4 – an Platin (Pt) ähnlich den Stickstoffoxiden (NOx) oxidieren.
  • Nachfolgend wird so erzeugtes SO3 – oder SO4 – weiter in Sulfat-Ionen (SO4 2–) oxidiert, die in dem Partikelfilter 50b absorbiert werden, während sie sich mit Bariumoxid (Ba) verbindet. Die absorbierten Sulfat-Ionen (SO4 2–) verbinden sich zu Barium-Ionen (Ba2+) um ein chemisch stabiles Sulfatsalz (BaSO4) zu bilden, wenn die Zeit abläuft.
  • Sulfatoxide (SOx) werden auf die vorstehend beschriebene Weise als absorbiert und gespeichert gehalten. Das Sulfatsalz (BaSO4), das in Verbindung mit der Speicherung der Schwefeloxide (SOx) erzeugt wird, bildet wahrscheinlich große Kristalle und ist chemisch stabil und daher ist es schwierig, es zu zersetzen. Auch wenn das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases wie für den Fall der Reduktion und der Abgabe der Stickstoffoxide (NOx) verringert wird, werden die gespeicherten Schwefeloxide (SOx) nicht sofort abgelassen, sondern sie werden als Sulfatsalze (BaSO4) gespeichert.
  • Wenn die Sulfatsalzmenge (BaSO4), die gesammelt wurde, übermäßig groß wird, verringert sich die Menge des Bariumoxids (Ba), die den Betrieb der Absorption und des Ablassens von Stickstoffoxiden (NOx) beiträgt, so dass die Menge des abgelassenen beziehungsweise freigesetzten aktivierten Sauerstoffs in den Partikelfilter 50b klein wird, und die Filterfläche, die der Oxidationsverbrennung der Partikel beiträgt, ebenso klein wird. Des Weiteren senkt sich die Fähigkeit des Partikelfilters 50b zum speichern von Stickstoffoxiden (NOx) ebenso. Das heißt, dass eine allgemein so bezeichnete „SOx-Vergiftung" auftritt, bei der die Abgassteuerungswirksamkeit bei dem Abgassteuerungskatalysator sich verringert, der NOx speichert und reduziert.
  • Daher ist eine SOx-Vergiftungswiderherstellungssteuerung erforderlich.
  • Die Bedingung zum regenerieren des Partikelfilters 50b nach der SOx-Vergiftung wird nachstehend beschrieben.
  • Zum freisetzen von SOx aus dem Partikelfilter 50b wird die Temperatur des Partikelfilters 50b auf eine Temperatur (beispielsweise 600–700°C) angehoben, die höher als die Temperatur für die Reduktion des NOx ist, wodurch gesammeltes Bariumsulfat (BaSO4) thermisch zu SO2 – und SO4 – zersetzt wird. Gleichzeitig wird das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in das Partikelfilter 50b strömt, auf ein Luftkraftstoffverhältnis gebracht, das fett oder in der nähe stechometrischen Luftkraftstoffverhältnisses ist, so dass verursacht wird, dass SO2 – und SO4 –, das durch die thermische Zersetzung des Bariumsulfats (BaSO4) erzeugt wird, mit Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) reagiert, das in dem Abgas vorhanden ist, und daher zu SO2 – in dem Gaszustand reduziert wird. Das gasförmige SO2 – wird gemeinsam mit dem Abgas freigesetzt, das in das Partikelfilter 50b strömt.
  • Nachstehend wird das Steuerungssystem beschrieben.
  • Das Steuerungssystem hat die allgemein so bezeichnete elektronische Steuerungseinheit (ECU) 30, die ein ROM (nur Lesespeicher) 34, ein RAM (Random Access-Speicher) 33, eine CPU (zentrale Prozessoreinheit) 34, einen Eingabeanschluss 35 und einen Ausgabeanschluss 36 hat, die über einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind.
  • Der Eingabeanschluss 35 nimmt die Ausgangssignale der vorstehend genannten verschiedenartigen Sensoren und Signale von einem Lastsensor 41 zum erfassen des Niederdrückbetrags eines Beschleunigerpedals 40, eines Kurbelwinkelsensors 42 zum erfassen der Drehzahl einer Kurbelwelle 1a, eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 43 zum messen der Fahrzeuggeschwindigkeit und so weiter über entsprechende A/D-Wandler 37 oder als Direkteingabe auf. Der Ausgabeanschluss 36 ist mit den Kraftstoffeinspritzventilen 3, dem Reduktionsmitteldosierventil 61, dem Drosselventilantriebsbetätigungsglied 14, dem EGR-Ventil 26 und so weiter über entsprechende Antriebsschaltkreise 38 verbunden.
  • Der ROM 32 speichert Steuerungsprogramme für verschiedenartige Vorrichtungen, Steuerungsabbildungen beziehungsweise Steuerungskennfelder, auf die bei der Verarbeitungszeit der Programme bezug genommen wird und so weiter entsprechend der verschiedenen Vorrichtungen. Der RAM 33 speichert Ausgangssignale der verschiedenartiger Sensoren, die dem Eingabeanschluss 35 eingegeben werden, und Steuerungssignale, die zu dem Ausgabeanschluss 36 ausgegeben werden, und so weiter als einen Betriebsverlauf des Verbrennungsmotors. Die CPU 34 vergleicht die Ausgangssignale von den verschiedenartigen Sensoren, die an dem RAM 33 aufgezeichnet werden, die Steuerungskennfelder, die an dem ROM 32 abgelegt werden, an einem gewünschten Programm und gibt verschiedene Steuerungssignale ab, die während des Prozesses zu einer entsprechenden Vorrichtung über den Ausgabeanschluss 36 abgegeben werden. Somit steuert die CPU 34 zentral diese verschiedenartigen Vorrichtungen.
  • Beispielsweise steuert die CPU 34 auf der Grundlage der Ausgangssignale des Luftkraftstoffverhältnissensors (A/F-Sensor) 47 der stromabwärts von dem katalytischen Wandler 50 vorgesehen ist, und den Abgastemperatursensoren 48a, 48b, die stromaufwärts und stromabwärts von dem Partikelfilter 50b vorgesehen sind, die Offen-Geschlossen-Zeitabstimmungen und den Grad der Öffnung der Kraftstoffeinspritzventile 3, des Reduktionsmitteldosierventils 61, des Drosselventils 13 und des EGR-Ventils 26, um das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases zu steuern, dass in das Partikelfilter 50b einströmt.
  • Die Verbrennungscharakteristik des Verbrennungsmotors in diesem Ausführungsbeispiel wird beschrieben.
  • Der Dieselverbrennungsmotor in diesem Ausführungsbeispiel nimmt eine Niedertemperaturverbrennungstechnologie, die in dem vorstehend genannten Stand der Technik offenbart ist, das heißt eine Verbrennungstechnologie zum beschränken des Wachstums von Rauch an, der durch die Verbrennung erzeugt wird, durch beträchtliches erhöhen der Proportion des Inertgases zu der Einlassluft (Gemisch), die der Verbrennung ausgesetzt wird.
  • 3 ist eine Grafik, die gemäß tatsächlichen Experimentalergebnissen erhalten wurden, die eine Korelation zwischen der Proportion des Inertgases zu der Einlassluft und der durch die Verbrennung erzeugten Rauchmenge darstellt.
  • In der nachstehenden Beschreibung wird die Proportion des in Erdgases zu der Einlassluft einfach als EGR-Rate für einige Fälle bezeichnet.
  • Wie in 3 angedeutet ist, zeigt die Menge des Rußes, der erzeugt wird, bei einer EGR-Rate zwischen ungefähr 40% und ungefähr 50% eine Spitze. Bei einem Bereich der EGR-Rate oberhalb von 55% wird im Wesentlichen kein Ruß erzeugt. Wenn daher der Verbrennungsmotor in einem Bereich von einer EGR-Rate von 55% oder höher, vorzugsweise 65% oder höher, betrieben wird, ist es möglich den Verbrennungsmotor zu betreiben während die Emission des Rußes im Wesentlichen auf ein Niveau von Null gesteuert wird. Die EGR-Rate, bei der die Emission des Rußes im Wesentlichen Null wird, kann durch Kühlen des EGR-Grades über den EGR-Kühler 27 oder ähnliches verringert werden.
  • Jedoch ergibt sich während des Betriebs mit der EGR-Rate von 65% oder höher ein Nachteil der unzureichenden Verbrennungsmotorabgabe aufgrund einer unzureichenden Luftmenge oder eines verringerten Verbrennungsdrucks. Dagegen wird in einem Bereich von der EGR-Rate unterhalb von 40%, in dem eine ausreichende Verbrennungsmotorabgabe möglich ist, Ruß in einer kleinen Menge erzeugt aber die Rußmenge, die erzeugt wird, ist ausreichend kleiner als die Menge, die in einem Betriebsbereich erzeugt wird, bei dem die EGR-Rate 40 bis 50% beträgt.
  • Daher wird während Verbrennungsmotorbetriebszuständen, bei denen die erforderliche Verbrennungsmotorabgabe relativ klein ist, beispielsweise während des Lehrlaufs und des Niedriglastfahrzeugbetriebs, der Verbrennungsmotor betrieben, wobei die EGR-Rate an oder oberhalb von 65% gehalten wird. Wenn eine ausreichend hohe Verbrennungsmotorabgabe erforderlich ist, beispielsweise während eines Hochlastfahrzeugbetriebs oder ähnlichem, wird der Verbrennungsmotor betrieben, wobei die EGR-Rate unterhalb von 40% gesteuert wird. Auf diese Weise wird ein komfortabler Betriebszustand gesichert, während die Erzeugung von Ruß gesteuert wird.
  • D. h., dass der Dieselverbrennungsmotor in diesem Ausführungsbeispiel sowohl eine verringerte Emission von Ruß als auch eine gute Fahrbarkeit durch Ändern des Zustands der Verbrennung auf eine Stufenweise erzielt, um zu verhindern, dass der Verbrennungsmotorbetrieb mit der EGR-Rate in den Bereich von 40% bis 50% vermieden wird, bei dem die Erzeugung von Ruß ein Spitzenwert zeigt.
  • Bei dieser Erfindung entspricht eine erste Verbrennung (Niedrigtemperaturverbrennung) einem Zustand der Verbrennung, die durch die hohe EGR-Rate realisiert wird, wie vorstehend erwähnt ist, und eine zweite Verbrennung entspricht einem Zustand der Verbrennung, die durch die niedrige EGR-Rate realisiert wird.
  • Die vorstehend genannten Werte, d. h., die spezifischen Werte der EGR-Rate, sind lediglich Beispiele und die Werte EGR-Rate ändern sich um ein gewisses Ausmaß in Abhängigkeit von der intrinsischen Verbrennungscharakteristik eines Verbrennungsmotors dieser Anwendung, der Kühltemperatur des EGR-Gases und dergleichen. Jedoch ist die Rußemissionscharakteristik, d. h. die Existenz eines Spitzenwerts und dergleichen, im Wesentlichen bei den Verbrennungsmotoren allgegenwärtig.
  • Nachstehend wird eine Steuerung zum Durchführen der vorstehend beschriebenen SOx-Vergiftungswiederherstellung des Partikelfilters 50b während des Hochlastbetriebs des Dieselverbrennungsmotors 1 des Ausführungsbeispiels beschrieben.
  • Wie vorstehend erwähnt ist, befindet sich der Dieselverbrennungsmotor 1 während eines Mittel- bis Hochlastbetriebs in einem zweiten Verbrennungszustand, bei dem der Verbrennungsmotor bei einem Luftkraftstoffverhältnis von A/F = 25 bis 40 betrieben wird, d. h. mit einem Luftüberschuss.
  • Für die SOx-Vergiftungswiederherstellung des Partikelfilters 50b wird Verbrennungsmotorkraftstoff intermittierend in den Abgasdurchgang stromaufwärts von dem katalytischen Wandler 50 durch wiederholtes Öffnen und Schließen des Reduktionsmitteldosierventils 61 der Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 zugegeben, wie in 4 angedeutet ist. D. h., dass die Steuerung so durchgeführt wird, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in das Partikelfilter 50b strömt, intermittierend das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis (oder ein Luftkraftstoffverhältnis in der Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses) erreicht. Des weiteren wird die Steuerung so durchgeführt, dass die Temperatur des Partikelfilters 50b den Bereich von 600 bis 700°C erreicht. Aufgrund dieser Steuerung wirkt SOx das in den Partikelfilter 50b gespeichert ist, intermittierend in das Abgas abgegeben, sodass das Partikelfilter 50b sich von der SOx-Vergiftung wiederherstellt. Zum raschen Erzielen der Wiederherstellung von der SOx-Vergiftung wird Verbrennungsmotorkraftstoff intermittierend zugegeben, nachdem die Gerade der Öffnung des Drosselventils 15 und des EGR-Ventils 26 gesteuert wurden, um das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in das Partikelfilter 50b strömt, auf A/F = 20 bis 25 zu reduzieren, wie in 4 angedeutet ist. Durch Verringern des Luftkraftstoffverhältnisses auf diese Weise im Voraus wird es möglich, die Steuerung des Luftkraftstoffverhältnisses auf das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis (oder die Umgebung des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses) rasch zu erzielen.
  • Ein Grund zum Setzen der Temperatur des Partikelfilters 50b innerhalb des Bereichs von 600°C bis 700°C ist der, dass SOx, das in dem Partikelfilter 50b gespeichert ist, bei oder oberhalb von 600°C freigesetzt wird, aber eine Verschlechterung des Partikelfilters 50b beschleunigt wird, wenn die Temperatur davon bei oder oberhalb von 700°C liegt.
  • Wie in 7 angedeutet ist, erhöht sich der Temperaturanstieg des Partikelfilters 50b, der durch die Zugabe des Verbrennungsmotorkraftstoffs in den Abgasdurchgang verursacht wird, wenn sich die Durchflussmenge des Abgases durch den Abgasdurchgang erhöht wie in 8 angedeutet ist. Daher ist es während des Hochlastverbrennungsmotorbetriebs notwendig, intermittierend die Zugabe des Verbrennungsmotorkraftstoffs in den Abgasdurchgang zum Steuern des Temperaturanstiegs des Partikelfilters 50b innerhalb eines geeigneten Bereichs durchzuführen.
  • In 8 deutet die horizontale Achse die Male bzw. Zyklen einer kontinuierlichen Zugabe von Kraftstoff in den Abgasdurchgang an und deutet die vertikale Achse den Temperaturanstieg des Partikelfilters 50b an.
  • D. h., dass die Zugabe des Verbrennungsmotorkraftstoffs in den Abgasdurchgang durchgeführt wird, wenn die Temperatur des Partikelfilters 50b niedriger als 600°C ist. Wenn es die Möglichkeit gibt, dass die Temperatur des Partikelfilters 50b über 700°C ansteigt, wird die Zugabe des Verbrennungsmotorkraftstoffs in den Abgasdurchgang ausgesetzt (beispielsweise eine 9-Sekundenkraftstoffzugabe und eine 13-Sekundenaussetzung der Kraftstoffzugabe werden in Zyklen durchgeführt).
  • Da in diesem Ausführungsbeispiel die Zugabe des Verbrennungsmotorkraftstoffs in den Abgasdurchgang intermittierend durchgeführt wird, wird das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in das Partikelfilter 50b einströmt, intermittierend mager von der Stöchiometrie ausgehend. Daher kann Partikelstaub, der in dem Abgas vorhanden ist, wie zum Beispiel Ruß und ähnliches durch die Oxidationsverbrennung an dem Partikelfilter 50b entfernt werden.
  • 9 deutet den Übergang des Temperaturanstiegs des Partikelfilters 50b an, wenn die Zugabe des Verbrennungsmotorkraftstoff intermittierend durchgeführt wird. Unter Bezugnahme auf 9, werden wenn die Zugabe des Verbrennungsmotorkraftstoffs in den Abgasdurchgang intermittierend durchgeführt wird, kleine Partikel an dem Partikelfilter 50b oxidiert und verbrannt, sodass der Temperaturanstieg des Partikelfilters 50b sich verringert.
  • Das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in das Partikelfilter 50b einströmt, und die Temperatur des Partikelfilters 50b werden durch die CPU 34 aus den Ausgangssignalen des Luftkraftstoffverhältnissensor 47 und der Abgastemperatursensoren 48a, 48b vorhergesagt. Die Öffnungs- und Schließzeitabstimmungen des Reduktionsmitteldosierventils 61 oder die Gerade der Öffnung des Drosselventils 13 und des EGR-Ventils 26 werden durch die CPU 34 gesteuert.
  • Anstelle der intermittierenden Einspritzung des Verbrennungsmotorkraftstoffs in den Abgasdurchgang, um das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das in das Partikelfilter 50b einströmt, zu dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis (oder die Nähe des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses) zu ändern, ist es möglich, eine Nacheinspritzung des Kraftstoffs in die Brennkammern 2 durchzuführen.
  • Normalerweise wird die Haupteinspritzung von Kraftstoff, der in einer Brennkammer zu verbrennen ist, um eine Verbrennungsmotorabgabe zu erzeugen, durch Einspritzen von Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 3 in die Brennkammer 2 in der Umgebung des oberen Totpunkts des Verdichtungstakts erzielt. Dagegen bezieht sich die vorstehend genannte Einspritzung auf eine Zusatzeinspritzung, bei der Kraftstoff aus dem Kraftstoffeinspritzventil 3 in die Brennkammer 2 eingespritzt wird, während der Kraftstoff, der durch die Haupteinspritzung zugeführt wird, dem Expansionstakt oder dem Abgastakt ausgesetzt ist.
  • Es ist aus der vorstehend genannten Beschreibung erkennbar, dass dieses Ausführungsbeispiel in der Lage ist, die SOx-Vergiftungswiederherstellung während des Mittel- bis Hochlastbetriebs durchzuführen, das nach dem Stand der Technik nicht möglich ist. 5 deutet die Betriebsbereiche an, bei der die SOx-Vergiftungswiederherstellung gemäß dem Ausführungsbeispiel möglich ist. Wie in 5 angedeutet ist, dehnt sich der Betriebsbereich, der die SOx-Vergiftungswiederherstellung gestatten, weitergehend aus, wenn die Wärmehaltbarkeitstemperatur des Partikelfilters 50b angehoben wird.
  • [ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
  • 6 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der Verbrennungsmotorabgassteuerungsvorrichtung der Erfindung dar.
  • Dieses Ausführungsbeispiel nimmt als eine Grundstruktur das Abgassystem des Fahrzeugdieselverbrennungsmotors des ersten Ausführungsbeispiels an und weist des Weiteren einen Abgastemperatursensor 67 sowie einen Luftkraftstoffverhältnissensor 68 auf, wie stromabwärts von den katalytischen Oxidationswandler 59 angeordnet sind.
  • Wenn in dem zweiten Ausführungsbeispiel der Verbrennungsmotor sich in einem normalen Verbrennungszustand befindet, beträgt die Temperatur des Partikelfilters 50b ungefähr 300°C und beträgt die Temperatur des Oxidationskatalysators, der in dem katalytischen Oxidationswandler 59 enthalten ist, ungefähr 250°C. Zum Anheben der Temperatur des Oxidationskatalysators in dem katalytischen Oxidationswandler 59 wird, bevor das Reduktionsmitteldosierventil 61 der Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 wiederholt geöffnet und geschlossen wird, um intermittierend Verbrennungsmotorkraftstoff in den Abgasdurchgang stromaufwärts von dem katalytischen Wandler 50 zuzugeben, und um dadurch die SOx-Vergiftungswiederherstellung des Partikelfilters 50b zu erzielen, die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 gesteuert, um graduell bzw. allmählich Verbrennungsmotorkraftstoff in den Abgasdurchgang zuzugeben.
  • Aufgrund dieser Steuerung wird die Temperatur des Oxidationskatalysators der in dem katalytischen Oxidationswandler 59 enthalten ist, hoch, d. h., dass die Abgassteuerungsfähigkeit hoch wird, bevor die SOx-Vergiftungswiederherstellung des Partikelfilters 50b durchgeführt wird. Daher kann die Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten verringert werden.
  • Wenn es des Weiteren in diesem Ausführungsbeispiel eine Möglichkeit gibt, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases stromabwärts von dem katalytischen Oxidationswandler 59 von der Stöchiometrie ausgehend fett wird, wird die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 gesteuert, um die Zugabe des Verbrennungsmotorkraftstoffs in den Abgasdurchgang zu reduzieren oder auszusetzen.
  • Diese Steuerung verhindert eine Zugabe einer großen Menge von Verbrennungsmotorkraftstoff, wenn die Abgassteuerungsfähigkeit des Oxidationskatalysators, der in dem katalytischen Oxidationswandler 59 enthalten ist, sich gesenkt hat, und ermöglicht daher, die Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten zu verringern.
  • Die Temperatur des katalytischen Oxidationswandlers 59 wird durch die CPU 34 von den Ausgangssignalen der Abgastemperatursensoren 48b, 67 vorhergesagt. Das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases stromabwärts von dem katalytischen Oxidationswandler 59 wird durch den Luftkraftstoffverhältnissensor 68 erfasst.
  • Des Weiteren sind in diesem Ausführungsbeispiel das Partikelfilter 50b und der NOx-Katalysator 50a, der in dem katalytischen Wandler 50 enthalten ist, durch einen Katalysator ausgebildet, der keine Sauerstoffspeicherfähigkeit hat, und ist der Oxidationskatalysator, der in dem katalytischen Oxidationswandler 59 enthalten ist, durch einen Katalysator ausgebildet, der eine hohe Speicherfähigkeit von Sauerstoff hat.
  • Ein Grund für diesen Aufbau ist der, dass dann, wenn Sauerstoff an dem Partikelfilter 50b und dem NOx-Katalysator 50a vorhanden ist, die SOx-Vergiftungswiederherstellung verhindert wird.
  • [DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL]
  • 7 stellt ein drittes Ausführungsbeispiel der Verbrennungsmotorabgassteuerungsvorrichtung der Erfindung dar.
  • In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Sekundärluftzufuhrvorrichtung 69 zu dem Abgassystem des Fahrzeugdieselverbrennungsmotors des zweiten Ausführungsbeispiels hinzugefügt. Die Sekundärluftzufuhrvorrichtung 69 ist mit einem Abgasrohr 19 stromabwärts von dem katalytischen Wandler 50 aber stromaufwärts von dem katalytischen Oxidationswandler 59 verbunden. Die Sekundärluftzufuhrvorrichtung 69 hat eine Sekundärluftpumpe 70 zum Zuführen von Sekundärluft in den Abgasdurchgang und ein Sekundärluftströmungseinstellventil 71 zum Einstellen der Strömungsmenge bzw. Durchflussmenge der Sekundärluft.
  • Die Zufuhr der Sekundärluft von dem katalytischen Oxidationswandler 59 zu einem Ort, der stromabwärts von dem katalytischen Wandler 50 aber stromaufwärts von dem katalytischen Oxidationswandler 59 gelegen ist, wird durch die CPU 34 wie bei den Steuerungen der verschiedenartigen Vorrichtungen in dem ersten Ausführungsbeispiel gesteuert.
  • Wenn eine relativ erhöhte Menge von Verbrennungsmotorkraftstoff in den Abgasdurchgang durch die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 60 zum Beschleunigen der SOx-Vergiftungswiederherstellung des Partikelfilters 50b zugegeben wird, tritt ein entsprechender Mangel der Sauerstoffmenge (O2) auf, der erforderlich ist, um die unverbrannten Kraftstoffkomponenten in dem Abgas stromabwärts von dem katalytischen Wandler 50 zu oxidieren, an dem Oxidationskatalysator, der in dem katalytischen Oxidationswandler 59 enthalten ist. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel kann dieser Mangel der Sauerstoffmenge durch Zuführen von Sekundärluft über die Sekundärluftzufuhrvorrichtung 69 ersetzt bzw. verschoben werden.
  • Daher kann das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases um das Partikelfilter 50b weitergehend zu einer fetten Seite verschoben werden, sodass die SOx-Vergiftungswiederherstellung von dem Partikelfilter 50b mit einer verringerten Zeit erzielt werden kann. Da des Weiteren das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases um den Oxidationskatalysator, der in dem katalytischen Oxidationswandler 59 enthalten ist, zu der mageren Seite von dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis (oder der Umgebung des stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnisses) verschoben werden kann, kann eine Emission von unverbrannten Kraftstoffkomponenten verhindert werden.
  • Gemäß den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen kann auch während des Mittel- bis Hochlastbetriebs des Verbrennungsmotors der NOx-Katalysator nach der SOx-Vergiftung durch Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases regeneriert werden, um intermittierend das stöchiometrische Luftkraftstoffverhältnis oder die fette Seite von dem stöchiometrischen Luftkraftstoffverhältnis zu erreichen, und durch Anheben der Temperatur des NOx-Katalysators. Daher sind die Ausführungsbeispiele in der Lage, die SOx-Vergiftungswiederherstellung des NOx-Katalysators in einem weiteren Betriebsbereich als der Stand der Technik zu erzielen.
  • Während die Erfindung unter Bezugnahme auf das beschrieben ist, was gegenwärtig als ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele betrachtet wird, ist es verständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele oder Konstruktionen beschränkt ist. Dagegen ist mit der Erfindung beabsichtigt, dass sie verschiedenartige Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abdeckt. Während die verschiedenartigen Elemente der offenbarten Erfindung in verschiedenartigen Kombinationen oder Konfigurationen gezeigt sind, die beispielhaft sind, liegen zusätzlich andere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder nur einem einzelnen Ausführungsbeispiel ebenso innerhalb dem Grundgedanken und dem Anwendungsbereich der Erfindung.
  • Die Öffnungsgrade des Drosselventils und des EGR-Ventils werden somit gesteuert und Kraftstoff wird intermittierend in den Abgasdurchgangsstrom aufwärts von einem NOx-Katalysator zugegeben. Die SOx-Vergiftungswiederherstellung des NOx-Katalysators wird durch intermittierendes Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases auf die Stöchiometrie oder auf die fette Seite des Stöchiometrie gesteuert und durch Steuern der Temperatur des NOx-Katalysators auf eine Temperatur, die eine Wiederherstellung von der SOx-Vergiftung gestattet und die Verschlechterung des NOx-Katalysators nicht beschleunigt.

Claims (19)

  1. Abgassteuerungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors mit: einem NOx-Katalysator (50b), der an einem Abgasdurchgang (18, 19) vorgesehen ist; einer NOx-Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (48a, 48b) zum Erfassen einer Temperatur des NOx-Katalysators (50b); einer Abgasluftkraftstoffverhältniserfassungseinrichtung (47) zum Erfassen eines Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases in dem Abgasdurchgang (18, 19); und einer Abgasluftkraftstoffsteuerungseinrichtung (30) zum Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases in dem Abgasdurchgang (18, 19) auf der Grundlage der Temperatur des NOx-Katalysators (50b), die durch die NOx-Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (48a, 48b) erfasst wird, und des Luftkraftstoffverhältnisses des Abgases, das durch die Abgasluftkraftstoffverhältniserfassungseinrichtung (47) erfasst wird, wobei, wenn das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das durch die Abgasluftkraftstoffverhältniserfassungseinrichtung (47) erfasst ist, von einem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend mager ist, die Abgasluftkraftstoffverhältnissteuerungseinrichtung (30) das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf ein erstes vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis steuert und darauf intermittierend das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf ein zweites vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis steuert, das von dem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend fett ist und das die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach einer SOx-Vergiftung gestattet, während eine Temperatur des NOx-Katalysators (50b) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gesteuert wird, die die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung gestattet und die die Verschlechterung des NOx-Katalysators (50b) nicht beschleunigt.
  2. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Drosselventil (13) zum Steuern einer Einlassluftmenge, die der Brennkammer (2) zugeführt wird; und ein Rezirkulationsabgassteuerungsventil (20) zum Steuern einer Rezirkulationsabgasmenge, die in die Brennkammer (2) rezirkuliert wird, wobei bei dem Verbrennungsmotor, wenn die Rezirkulationsabgasmenge, die in die Brennkammer (2) zugeführt wird, erhöht wird, die Erzeugung von Ruß sich allmählich erhöht und einen Spitzenwert erreicht, und wenn die Rezirkulationsabgasmenge, die in die Brennkammer (2) zugeführt wird, weitergehend erhöht wird, eine Temperatur von Kraftstoff zu dem Zeitpunkt der Verbrennung in der Brennkammer (2) und eine Temperatur eines Gases um den Kraftstoff herum niedriger als eine Rußerzeugungstemperatur wird und sich daher die Erzeugung von Ruß verringert, wobei die Verbrennung wahlweise zwischen einer ersten Verbrennung, bei der die Rezirkulationsabgasmenge, die in die Brennkammer (2) zugeführt wird, größer als die Rezirkulationsabgasmenge ist, bei der die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert zeigt, und daher die Erzeugung von Ruß verringert wird, und einer zweiten Verbrennung änderbar ist, bei der die Rezirkulationsabgasmenge, die in die Brennkammer (2) zugeführt wird, geringer als die Rezirkulationsabgasmenge ist, mit der die Erzeugung von Ruß ein Spitzenwert zeigt, durch Ändern von zumindest entweder einem Grad einer Öffnung des Drosselventils (13) oder einem Grad einer Öffnung des Rezirkulationsabgassteuerungsventils (26), wobei während der zweiten Verbrennung des Verbrennungsmotors, wenn das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases, das durch die Abgasluftkraftstoffverhältniserfassungseinrichtung (47) erfasst ist, von dem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend mager ist, das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern von zumindest entweder dem Grad der Öffnung des Drosselventils (13) oder dem Grad der Öffnung des Rezirkulationsabgassteuerungsventils (26) über die Abgasluftkraftstoffverhältnissteuerungseinrichtung (30) gesteuert wird, und wobei darauf das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf ein zweites vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis, das von dem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend fett ist und das die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung gestattet, durch Steuern der Zugabe des Kraftstoffs in zumindest entweder die Brennkammer (2) oder den Abgasdurchgang (18, 19) des Verbrennungsmotors über die Abgasluftkraftstoffverhältnissteuerungseinrichtung (30) gesteuert wird, und gleichzeitig die Temperatur des NOx-Katalysators (50b) auf eine vorbestimmte Temperatur gesteuert wird, die die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung gestattet und die Verschlechterung des NOx-Katalysators (50b) nicht beschleunigt.
  3. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe von Kraftstoff in zumindest entweder die Brennkammer oder den Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors, die durch die Abgasluftkraftstoffverhältnissteuerungseinrichtung (30) gesteuert wird, durchgeführt wird, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators (50b), die durch die NOx-Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (48a, 48b) erfasst wird, niedriger als die Temperatur ist, die die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung gestattet, und wobei die Zugabe des Kraftstoffs ausgesetzt wird, wenn die Möglichkeit besteht, dass die Temperatur des NOx-Katalysators (50b) eine Temperatur erreicht, die die Verschlechterung des NOx-Katalysators (50b) beschleunigt.
  4. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe von Kraftstoff in die Brennkammer des Verbrennungsmotors, die durch die Abgasluftkraftstoffverhältnissteuerungseinrichtung gesteuert wird, durch eine Nacheinspritzung eher als durch eine Haupteinspritzung erzielt wird, bei der Kraftstoff in die Brennkammer zum Erzeugen der Verbrennungsmotorabgabe eingespritzt wird.
  5. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe von Kraftstoff, die durch die Abgasluftkraftstoffverhältnissteuerungseinrichtungen (30) gesteuert wird, durch zumindest entweder die Zugabe von Kraftstoff in den Abgasdurchgang (18, 19) oder eine Nacheinspritzung erzielt wird, bei der Kraftstoff zusätzlich in die Brennkammer (2) eingespritzt wird, wenn Kraftstoff, der verbrannt werden soll, um Verbrennungsmotorabgabe zu erzeugen, bei einem Expansionstakt oder einem Ausstoßtakt in einem Zylinder des Verbrennungsmotors ausgesetzt ist, und wobei die Zugabe des Kraftstoffs durchgeführt wird, wenn die Temperatur des NOx-Katalysators (50b), die durch die NOx-Katalysatortemperaturerfassungseinrichtung (48a, 48b) erfasst wird, niedriger als die Temperatur ist, die die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung gestattet, und wobei die Zugabe des Kraftstoffs ausgesetzt wird, wenn die Möglichkeit besteht, dass die Temperatur der NOx-Katalysators (50b) eine Temperatur erreicht, die die Verschlechterung des NOx-Katalysators (50b) beschleunigt.
  6. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Abgassteuerungskatalysator (50a), der stromaufwärts von dem NOx-Katalysator (50b) angeordnet ist.
  7. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Oxidationskatalysator (59), der stromabwärts von dem NOx-Katalysator (50b) angeordnet ist; und eine Oxidationskatalysatortemperaturerfassungseinrichtung (67) zum Erfassen der Temperatur des Oxidationskatalysators (59); wobei, wenn die Temperatur des Oxidationskatalysators (59), die durch die Oxidationskatalysatortemperaturerfassungseinrichtung (67) erfasst wird, niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, die Zugabe von Verbrennungsmotorkraftstoff in zumindest entweder den Abgasdurchgang (18, 19) oder die Brennkammer (2) des Verbrennungsmotors so gesteuert wird, dass die Temperatur des Oxidationskatalysators (59) größer oder gleich der vorbestimmten Temperatur wird, bevor das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend zu dem zweiten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, das die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung gestattet, durch Steuern der Zugabe von Verbrennungsmotorkraftstoff in zumindest entweder den Abgasdurchgang (18, 19) oder die Brennkammer (2) des Verbrennungsmotors über die Abgasluftkraftstoffverhältnissteuerungseinrichtung (30).
  8. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasluftkraftstoffverhältnissteuerungseinrichtung zumindest entweder eine Kraftstoffmenge, die zumindest entweder in die Brennkammer oder den Abgasdurchgang des Verbrennungsmotors zuzugeben ist, oder ein Intervall zum Einspritzen des Kraftstoffs auf der Grundlage einer Temperatur des Oxidationskatalysators steuert.
  9. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Oxidationskatalysator (59), der stromabwärts von dem NOx-Katalysator (50b) angeordnet ist, wobei das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases durch die Abgasluftkraftstoffverhältnissteuerungseinrichtung (30) so gesteuert wird, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases stromabwärts von dem Oxidationskatalysator (59) von einem vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend mager wird.
  10. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Sekundärluftzufuhreinrichtung, die in dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem NOx-Katalysator und stromaufwärts von dem Oxidationskatalysator angeordnet ist.
  11. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Katalysator (50b) oder der Abgassteuerungskatalysator (50a) ein Katalysator ist, der keine Sauerstoffspeicherfähigkeit hat.
  12. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxidationskatalysator (59) ein Katalysator ist, der eine hohe Sauerstoffspeicherfähigkeit hat.
  13. Abgassteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbrennung durchgeführt wird, wenn der Verbrennungsmotor in einem Niedriglastbetriebsbereich betrieben wird, während die zweite Verbrennung durchgeführt wird, wenn der Verbrennungsmotor in einem Mittel- bis Hochlastbetriebsbereich betrieben wird, wobei in dem Niedriglastbetriebsbereich die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung durch Durchführung von zumindest entweder einer Steuerung, bei der die erste Verbrennung durchgeführt wird und das Luftkraftstoffverhältnis in der Brennkammer (2) gesteuert wird, um das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis zu steuern oder eine Steuerung erzielt wird, bei der die erste Verbrennung durchgeführt wird und das Luftkraftstoffverhältnis in der Brennkammer (2) so gesteuert wird, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis wird, worauf Kraftstoff in zumindest entweder die Brennkammer (2) oder den Abgasdurchgang (18, 19) zugegeben wird, um das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis zu steuern und wobei in dem Mittel- bis Hochlastbetriebsbereich die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung durch Durchführen einer Steuerung erzielt wird, bei der die zweite Verbrennung durchgeführt wird und das Luftkraftstoffverhältnis in der Brennkammer (2) gesteuert wird, so dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis wird, worauf Kraftstoff in zumindest entweder die Brennkammer (2) oder den Abgasdurchgang (18, 19) zugegeben wird, um das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis intermittierend zu steuern.
  14. Verfahren zum Steuern des Abgases eines Verbrennungsmotors, wobei, wenn ein NOx-Katalysator (50b), der in einem Abgasdurchgang (18, 19) angeordnet ist, nach einer SOx-Vergiftung regeneriert wird, ein Luftkraftstoffverhältnis eines Abgases zuerst auf ein erstes vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, worauf das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf ein zweites vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, das von dem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend fett ist und das die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung gestattet, und wobei gleichzeitig die Temperatur des NOx-Katalysators (50b) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gesteuert wird, der die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung gestattet und der die Verschlechterung des NOx-Katalysators (50b) nicht beschleunigt.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor ein Drosselventil (13) zum Steuern einer Einlassluftmenge, die in die Brennkammer (2) zugeführt wird, und ein Rezirkulationsabgassteuerungsventil (26) zum Steuern der Rezirkulationsabgasmenge hat, die in die Brennkammer (2) rezirkuliert wird, und wobei das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern einer Öffnung von zumindest dem Drosselventil (13) oder dem Rezirkulationsabgassteuerungsventil (26) gesteuert wird.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass nachdem das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wurde, das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf das zweite Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern der Zugabe des Kraftstoffs in zumindest entweder die Brennkammer (2) oder den Abgasdurchgang (18, 19) des Verbrennungsmotors gesteuert wird, und wobei gleichzeitig die Temperatur des NOx-Katalysators (50b) innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs gesteuert wird.
  17. Verfahren zum Steuern des Abgases eines Verbrennungsmotors, bei dem ein NOx-Katalysator (50b) an einem Abgasdurchgang (18, 19) vorgesehen ist, und eine Verbrennung wahlweise zwischen einer ersten Verbrennung, bei der, wenn eine Menge eines Rezirkulationsabgases, das in eine Brennkammer (2) zugeführt wird, erhöht wird, eine Erzeugung von Ruß sich allmählich erhöht und einen Spitzenwert erreicht, und wenn die Menge des Rezirkulationsgases, das in die Brennkammer (2) zugeführt wird, weitergehend erhöht wird, eine Temperatur des Kraftstoffs zu der Zeit der Verbrennung in der Brennkammer (2) und eine Temperatur eines Gases um den Kraftstoff niedriger als eine Rußerzeugungstemperatur werden, und daher die Erzeugung von Ruß sich verringert, und einer zweiten Verbrennung geändert wird, bei der die Menge des Rezirkulationsgases, das in die Brennkammer (2) zugeführt wird, weniger als die Menge des Rezirkulationsgases ist, mit dem die Erzeugung von Ruß einen Spitzenwert zeigt, wobei, wenn der NOx-Katalysator (50b) nach der SOx-Vergiftung während der zweiten Verbrennung bei dem Verbrennungsmotor regeneriert wird, das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf ein erstes vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses in der Brennkammer (2) gesteuert wird, wobei das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf ein zweites vorbestimmtes Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, das von dem ersten vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend fett ist und das die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung gestattet, durch Steuern der Zugabe des Kraftstoffs in zumindest entweder die Brennkammer (2) oder den Abgasdurchgang (18, 19), und wobei gleichzeitig die Temperatur des NOx-Katalysators (50b) innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs gesteuert wird, der die Regeneration des NOx-Katalysators (50b) nach der SOx-Vergiftung gestattet, und der die Verschlechterung des NOx-Katalysators (50b) nicht beschleunigt, und wobei, wenn der NOx-Katalysator (50b) nach der SOx-Vergiftung während der ersten Verbrennung bei dem Verbrennungsmotor regeneriert wird, zumindest eine von den Steuerungen durchgeführt wird, wobei eine der Steuerungen derart ist, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses in der Brennkammer (2) gesteuert wird, und die andere der Steuerungen derart ist, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases auf das erste vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern des Luftkraftstoffverhältnisses in der Brennkammer (2) gesteuert wird und das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases darauf auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis durch Steuern der Zugabe von Kraftstoff in zumindest entweder die Brennkammer (2) oder den Abgasdurchgang (18, 19) gesteuert wird und wobei gleichzeitig die Temperatur des NOx-Katalysators (50b) innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereichs gesteuert wird.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor einen Oxidationskatalysator aufweist, der an dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem NOx-Katalysator (50b) angeordnet ist, und wobei, wenn eine Temperatur des Oxidationskatalysators (59) niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, die Zugabe von Kraftstoff in zumindest die Brennkammer (2) oder den Abgasdurchgang (18, 19) des Verbrennungsmotors gesteuert wird, so dass die Temperatur des Oxidationskatalysators (59) höher als die vorbestimmte Temperatur wird, bevor das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases intermittierend auf das zweite vorbestimmte Luftkraftstoffverhältnis gesteuert wird, das die Regeneration des NOx-Katalysators nach der SOx-Vegiftung durch Steuern der Zugabe des Kraftstoffs in zumindest entweder die Brennkammer (2) oder den Abgasdurchgang (18, 19) des Verbrennungsmotors gestattet.
  19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor einen Oxidationskatalysator (59), der in dem Abgasdurchgang stromabwärts von dem NOx-Katalysator (50b) angeordnet ist, aufweist und wobei das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases so gesteuert wird, dass das Luftkraftstoffverhältnis des Abgases stromabwärts von dem Oxidationskatalysator (59) von einem vorbestimmten Luftkraftstoffverhältnis ausgehend mager wird.
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