DE10335158B4 - Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (23; 80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine, die umfasst:
ein Mittel (61) zum Halten von Schwefelkomponenten, das in dem Abgasweg (63; 83) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, um eine Schwefelkomponente zu halten;
ein Mittel (62) zum Halten von NOx, das in dem Abgas stromabwärts von dem Mittel (61) zum Halten von Schwefelkomponenten angeordnet ist, um NOx und die Schwefelkomponenten zu halten, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das in das Mittel (62) hinein fließt, mager ist; und
ein Mittel (70; 90) zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens, um dem Abgas, das in das Mittel (62) zum Halten von NOx fließt, ein reduzierendes Agens hinzuzufügen;
dadurch gekennzeichnet, dass:
die Konzentration der Schwefelkomponente, die in dem reduzierenden Agens enthalten ist, das durch das Mittel (70; 90) zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens hinzugefügt wird, niedriger ist als die Konzentration der Schwefelkomponente, die in dem Treibstoff enthalten ist, der...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine.
  • Allgemein ist bekannt, dass in dem Fall, in dem ein Abgas, welches in einen Reiniger für Abgasemissionen fließt, der ein Mittel zum Halten von NOx enthält, eine Schwefel- bzw. Sulphurkomponente enthält (SOx etc.), sich die Kapazität zur Reinigung der Abgasemission des Reinigers für Abgasemissionen durch eine Schwefelvergiftung verschlechtert.
  • Um zu verhindern, dass sich die Kapazität zur Reinigung von Abgasen des Reinigers für Abgasemissionen aufgrund der Schwefelvergiftung verschlechtert, offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung JP 06-463768 A eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen, in welcher ein Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten, das in der Lage ist, die Schwefelkomponenten in dem Abgas zu halten bzw. aufzunehmen, das hierin hineinfließt, in dem Abgas stromaufwärts von dem Reiniger für Abgasemissionen angeordnet ist. In dieser Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen wird, wenn die Schwefelkomponente, die durch das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten gehalten wird, frei gesetzt wird, verhindert, dass das Abgas, das die freigesetzten Schwefelkomponenten enthält, in den Reiniger für die Abgasemissionen fließt, um somit den Reiniger für die Abgasemissionen gegen die Schwefelvergiftung zu schützen. Wie oben dargestellt, ist eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen erforderlich, die einen Reiniger für Abgase enthält, um eine Schwefelvergiftung des Reinigers für Abgasemissionen zu vermeiden.
  • Bei einem Reiniger für Abgasemissionen bzw. Abgase, der ein Mittel zum Halten von NOx enthält, wird das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das in den Reiniger für Abgase fließt, durch eine hohe bzw. reiche Spitze bzw. einen Impuls angereichert, um das NOx freizusetzen, das in dem Mittel zum Halten von NOx gehalten wird. Wenn die hohe Spitze eingeführt wird, d. h., wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases angereichert wird, ist Treibstoff erforderlich. Der Treibstoff, der für die hohe Spitze verbraucht wird, soll betragsmäßig möglichst klein sein, um den Treibstoffverbrauch zu minimieren. In der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen, die in der oben zitierten Veröffentlichung beschrieben ist, ist es daher erforderlich, die Menge an Treibstoffverbrauch für die hohe Spitze so weit wie möglich zu reduzieren.
  • Die US 54 73 890 A offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 der Erfindung.
  • Darüber hinaus offenbart die DE 199 60 430 A1 eine Abgasreinigungsanlage mit Stickoxid-Speicherkatalysator und Schwefeloxid-Falle, wobei in Normalbetriebsphasen das zu reinigende Abgas zuerst über die SOx-Falle und dann über einen NOx-Adsorptionsspeicher geleitet wird und die Normalbetriebsphasen von Zeit zu Zeit durch Desulfatisierungsphasen zur Desulfatisierung der SOx-Falle unterbrochen werden.
    •
  • Angesichts dieser Situation ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen zur Verfügung zu stellen, um die Menge an Treibstoffverbrauch zu reduzieren, während zur gleichen Zeit eine Schwefelvergiftung eines Reinigers für Abgase vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, die umfasst: ein Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten, das in dem Abgasweg der Brennkraftmaschine angeordnet ist, um eine Schwefelkomponente zu halten, ein Mittel zum Halten von NOx, das in dem Abgas stromabwärts von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten angeordnet ist, um NOx und die Schwefelkomponenten zu halten, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das in das Mittel hinein fließt, mager ist, und ein Mittel zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens, um dem Abgas, das in das Mittel zum Halten von NOx fließt, ein reduzierendes Agens hinzuzufügen, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Schwefelkomponente, die in dem reduzierenden Agents enthalten ist, das durch das Mittel zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens hinzugefügt wird, niedriger ist als die Konzentration der Schwefelkomponente, die in dem Treibstoff enthalten ist, der einer Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt wird, und das Mittel zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens stromabwärts des Mittels zum Halten von Schwefelkomponenten angeordnet ist.
  • Bei dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung eliminiert die Anordnung des Mittels zum Halten von Schwefelkomponentens im Abgas stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx im Wesentlichen die Schwefelkomponente von dem Abgas, das in das Mittel zum Halten von NOx fließt, Darüberhinaus ist auch die Schwefelkomponente, die in dem reduzierenden Agens enthalten ist, das zu dem Abgas hinzugefügt wird, welches in das Mittel zum Halten von NOx fließt, in ihrer Konzentration gering. Somit wird das Einströmen der Schwefelkomponente in das Mittel zum Halten von NOx unterdrückt. Darüberhinaus kann der Treibstoff, der erforderlichen Mindestmenge, um das NOx von dem Mittel zum Halten von NOx freizusetzen, dem Abgas hinzugefügt werden, wodurch es möglich wird, einen unnötigen Treibstoffverbrauch zu verhindern. Gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann daher die Menge an Treibstoffverbrauch reduziert werden, während zur gleichen Zeit eine Schwefelvergiftung bzw. -übersättigung des Reinigers für die Abgase vermieden wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, die weiters eine Überbrückung bzw. einen Bypass zum Überbrükken des Mittels zum Halten von NOx und ein Ventil zum Regulieren der Flussrate zum Kontrollieren der Flussrate des Abgases enthält, das in den Bypass fließt, wobei das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten die Schwefelkomponente in dem Abgas hält, das hierin hineinfließt, falls die Bedingungen zum Halten der Schwefelkomponente erfüllt sind, und die darin gehaltene Schwefelkomponente freisetzt, falls die Bedingungen zum Freisetzen der Schwefelkomponente erfüllt sind, und wobei der größere Teil des Abgases in den Bypass fließt, falls die Schwefelkomponente von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten frei gesetzt wird.
  • Bei dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung sind die Bedingungen zum Halten der Schwefelkomponente beispielsweise erfüllt, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das in das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten fließt mager ist, oder in dem Fall, in dem das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das in das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten fließt, im Wesentlichen gleich dem stoichiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis oder reich ist und zur gleichen Zeit die Temperatur des Mittels zum Halten von Schwefelkomponentens niedriger als die Temperatur zum Freisetzen der Schwefelkomponente ist, während die Bedingungen zum Freisetzen der Schwefelkomponente beispielsweise erfüllt sind in dem Fall, in dem das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das in das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten fließt, im Wesentlichen gleich dem stoichiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis oder reich ist und zur gleichen Zeit die Temperatur des Mittels zum Halten von Schwefelkomponentens höher als die Temperatur zum Freisetzen der Schwefelkomponente ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, die weiters einen ringförmigen Weg bzw. eine ringförmige Leitung umfasst, der bzw. die von dem Abgasweg abzweigt und zu dem Verzweigungsbereich zurückkehrt, und ein Ventil zum Regulieren der Flussrate zum Kontrollieren der Flussrate des Abgases, das in den ringförmigen Weg fließt, und der Richtung, in der das Abgas in den ringförmigen Weg fließt, wobei das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten die Schwefelkomponente in dem Abgas, das hierin hineinströmt, hält, falls die Bedingungen zum Halten der Schwefelkomponente erfüllt sind, und die Schwefelkomponente, die dadurch gehalten wird, freisetzt, falls die Bedingungen zum Freisetzen der Schwefelkomponente erfüllt sind, wobei das Mittel zum Halten von NOx an dem ringförmigen Weg angeordnet ist und das Ventil zum Regulieren der Flussrate an dem Verzweigungsbereich angeordnet ist, und wobei, wenn die Schwefelkomponente von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten freigesetzt wird, das Ven til zum Regulieren der Flussrate bewirkt, dass der größere Teil des Abgases durch den Abgasweg stromabwärts von dem Verzweigungsbereich fließt, ohne durch den ringförmigen Weg zu fließen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, wobei das Mittel zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens an dem ringförmigen Weg angeordnet ist. In dem Fall, in dem das Mittel zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens im Abgas stromaufwärts von dem Ventil zum Regulieren der Flussrate angeordnet ist, würde das reduzierende Agens ungewollt an dem Ventil zum Regulieren der Flussrate haften. Bei der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine gemäß dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung ist im Gegensatz hierzu das Mittel zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens an dem ringförmigen Weg angeordnet und folglich in dem Abgas stromabwärts von dem Ventil zum Regulieren der Flussrate, was es ermöglicht, das Problem zu vermeiden, dass das reduzierende Agens an dem Ventil zum Regulieren der Flussrate haften würde oder könnte.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, wobei der größere Teil des Abgases von dem Abgasweg in den ringförmigen Weg derart strömt, dass es in dem Fall in eine Richtung durch den ringförmigen Weg strömt, in dem das Ventil zum Regulieren der Flussrate sich in einer ersten Arbeitsposition befindet, und der größere Teil des Abgases von dem Abgasweg in den ringförmigen Weg derart strömt, dass es in die entgegengesetzte Richtung in den ringförmigen Weg strömt, falls sich das Ventil zum Regu lieren der Flussrate in einer zweiten Arbeitsposition befindet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, wobei das Mittel zum Halten von NOx auf einem Partikel- bzw. Feststofffilter ("particulate filter") getragen wird, der in der Lage ist, die Partikel zu fangen, die in dem Abgas enthalten sind, dass hierin hineinfließt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, wobei die Konzentration der Schwefelkomponente bzw. der Schwefelkomponenten, die in dem reduzierenden Agens enthalten sind, im Wesentlichen gleich null ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, wobei das reduzierende Agens Leichtöl oder Methan ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, wobei das reduzierende Agens in einem Tank gespeichert ist, der ein anderer ist, als der Tank zum Speichern des Treibstoffes, der der Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, wobei das reduzierende Agens qualitativ von dem Treibstoff ver ändert ist, der der Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine zur Verfügung gestellt, die umfasst: einen Tank, der zwei Treibstoffzufuhrwege umfasst, einschließlich eines Treibstoffzufuhrweges zum Zuführen des Treibstoffes zur Brennkammer der Brennkraftmaschine und eines Treibstoffzufuhrweges zum Zuführen des Treibstoffes zu dem Mittel zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens, und eine entschwefelnde Einheit, zum Ändern der Qualität des Treibstoffes, die in dem Treibstoffzuführweg zum Zuführen des Treibstoffes zu dem Mittel zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens angeordnet ist.
    •
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt:
  • 1 eine schematische Ansicht der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung als Ganzes, die eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen enthält;
  • 2 eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3A–3C schematische Ansichten, die eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 eine schematische Ansicht, die eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 6A und 6B Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs des Entfernens von feinen Partikeln.
  • Nachfolgend wird anhand der Figuren eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der vorliegenden Erfindung näher erläutert. 1 zeigt einen Dieselmotor mit Kompressionszündung vom Typ mit Einspritzung im Zylinder, der eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der vorliegenden Erfindung enthält. Die Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch bei einer Brennkraftmaschine vom Typ mit Zündfunke anwendbar.
  • In den 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Motorkörper bzw. -block, das Referenzzeichen 2 einen Zylinderblock, das Referenzzeichen 3 einen Zylinderkopf, das Referenzzeichen 4 einen Kolben, das Referenzzeichen 5 eine Brennkammer, das Referenzzeichen 6 einen elektrisch gesteuerten bzw. geregelten Einspritzer, das Referenzzeichen 7 ein Einlassventil, das Referenzzeichen 8 einen Einlassanschluss, das Referenzzeichen 9 ein Abgas- bzw. Auslassventil und das Referenzzeichen 10 einen Abgas- bzw. Auslassanschluss. Der Einlassanschluss 8 ist mit einem Ausgleichstank 12 durch eine zugehörige Einlassverzweigungsleitung 11 verbunden und der Ausgleichstank 12 ist mit einem Kompressor 15 eines Turboladers 14 durch einen Einlasskanal 13 verbunden.
  • Innerhalb des Einlasskanals 13 ist ein Drosselventil 17 angeordnet, das von einem Stufenmotor 16 gesteuert wird. Darüberhinaus ist eine Kühleinheit 18 um den Einlasskanal 13 herum angeordnet, um die Einlass- bzw. Einsaugluft zu kühlen, die in den Einlasskanal 13 strömt. Bei der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine wird das Motorkühlwasser in die Kühleinheit 18 geleitet und die eingesaugte bzw. Einlassluft durch das Motorkühlwasser gekühlt. Auf der anderen Seite ist der Auslassanschluss 10 mit einer Abgasturbine 21 des Abgasturboladers 14 durch einen Abgaskrümmer bzw. -verteiler 19 und einen Abgaskanal 20 verbunden und der Auslass der Abgasturbine 21 ist mit der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen 23, die nachfolgend detailliert beschrieben wird, durch eine Abgasleitung 22 verbunden.
  • Der Abgasverteiler 19 und der Auffangtank 12 sind miteinander durch einen Abgasrückführ- bzw. rezirkulationsweg 24 (nachfolgend als EGR bezeichnet) verbunden. Ein elektrisch kontrolliertes EGR-Kontrollventil 25 ist in dem EGR-Weg. angeordnet. Eine EGR-Kühleinheit 26 ist um den EGR-Weg 24 angeordnet, um das EGR-Gas zu kühlen, das in den EGR-Weg 24 strömt. Bei der in 1 dargestellten Brennkraftmaschine wird das Motorkühlwasser in die EGR-Kühleinheit 26 geleitet und das EGR-Gas wird gekühlt.
  • Die Treibstoffeinspritzer 6 sind mit einem Treibstoffreservoir einer gemeinsamen Bank ("Common Rail") 27, durch Treibstoffzufuhrleitungen 6a verbunden. Der Treibstoff wird in die gemeinsame Bank 27 von einer elektrisch kontrollierten Pumpe 28 mit einer variabler Förderleistung zugeführt. Der Treibstoff, der in die gemeinsame Bank 27 zugeführt wird, wird durch die Treibstoffzufuhrleitungen bzw. -kanäle 6a zu den Treibstoffeinspritzern 6 gebracht. Ein Treibstoffdrucksensor 29 ist an der gemeinsamen Bank 27 montiert, um den Treibstoffdruck in der ge meinsamen Bank 27 zu erfassen. Die Fördermenge der Treibstoffpumpe 28 wird basierend auf dem Ausgabesignal des Treibstoffdrucksensors 29 derart kontrolliert, dass der Treibstoffdruck in der gemeinsamen Bank 27 den Zieltreibstoffdruck erreicht.
  • Die elektronische Kontrolleinheit (ECU) 40 umfasst einen digitalen Computer, der seinerseits ein ROM (schreibgeschützter Speicher "read only memory") 42, ein RAM (Speicher für wahlfreien Zugriff, "random access memory") 43, eine CPU (Mikroprozessor) 44, einen Eingabeanschluss 45 und einen Ausgabeanschluss 46 aufweist, die miteinander durch einen bidirektionalen Bus 41 verbunden sind. Das Ausgabesignal des Treibstoffdrucksensors 29 wird durch einen zugehörigen A/D-Wandler 47 in den Eingabeanschluss 45 eingelesen. Ein Gaspedal 51 ist mit einem Lastsensor 52 zur Erzeugung einer Ausgabespannung verbunden, die proportional zu dem Grad des Betätigens des Gaspedals 51 ist. Die Ausgabespannung des Lastsensors 52 wird durch einen A/D-Wandler 47 in den Eingabeanschluss 45 eingelesen. Darüberhinaus ist der Eingabeanschluss 45 mit einem Kurbelwinkelsensor 53 zum Erzeugen eines Ausgabepulses jedesmal, wenn sich eine Kurbelwelle um beispielsweise 30° (weiter) dreht, verbunden. Der Ausgabeanschluss 46 ist auf der anderen Seite mit dem Treibstoffeinspritzventil 6, dem EGR-Kontrollventil 25 und der Treibstoffpumpe 28 durch eine zugehörige Steuerschaltung 48 verbunden.
  • Als nächstes wird der Aufbau der Vorrichtung 23 zur Reinigung von Abgasen gemäß der vorliegenden Erfindung anhand von 2 näher beschrieben. Die Vorrichtung 23 zur Reinigung von Abgasen gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Mittel zum Halten bzw. Aufnehmen von Schwefelkomponenten 61, das in der Lage ist, eine Schwefelkomponente (SOx, etc.) des Abgases, das hierin hinein fließt, zu halten bzw. aufzunehmen, und ein Mittel zum Halten bzw. Aufnehmen von NOx 62, das in der Lage ist, andere als die Schwefelkomponenten des Abgases, das hierin hineinfließt, oder insbesondere NOx in dem Abgas zu halten bzw. aufzunehemen.
  • Das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 ist in ein Gehäuse 64 eingebaut, das in der Abgasleitung (Motorabgasweg) 63 angeordnet ist, die mit dem Auslass der Abgasturbine 21 verbunden ist. Das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 ist mit einem Temperatursensor 65 zur Erfassung der Temperatur des Mittels zum Halten von Schwefelkomponenten 61 versehen. Der Temperatursensor 65 ist mit dem Einlassanschluss 45 der ECU 40 durch einen zugehöringen A/D-Wandler 47 verbunden. Eine Abgasleitung 66 ist in dem Abgas stromabwärts von der Abgasleitung 63 angeordnet. Die Abgasleitung 66 umfasst eine stromaufwärts gelegene Abgasleitung 66a, einen Verzweigungsbereich 66b, eine haltemittelseitige Verzweigungsleitung 66c, eine bypassseitige Verzweigungsleitung (Bypass oder Überbrückung) 66d und eine stromabwärts gelegene Abgasleitung 66e. Das Mittel zum Halten von NOx 62 ist in dem Gehäuse 67 eingebaut, das an der haltemittelseitigen Verzweigungsleitung 66c angeordnet ist.
  • Nunmehr wird die Abgasleitung 66 näher beschrieben. Die stromaufwärts gelegene Abgasleitung 66a ist mit der Abgasleitung 63 verbunden, die stromaufwärts von der Abgasleitung 66 angeordnet ist. Die stromaufwärts gelegene Abgasleitung 66a verzweigt sich am Verzweigungsbereich 66 in die haltemittelseitige Verzweigungsleitung 66c und die bypassseitige Verzeigung 66d zur Überbrückung des Mittels zum Halten von NOx 62. Die Verzweigungsleitungen 66c und 66d vereinigen sich miteinander im Abgas stromabwärts vom Mittel zum Halten von NOx 62. Ein Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 ist an dem Verzweigungsbereich 66b ange ordnet. Das Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 wird durch den Stufenmotor 69 kontrolliert, der mit dem Ausgabeanschluss 46 der ECU 40 durch eine zugehörige Steuerschaltung 48 verbunden ist.
  • Das Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 ist in der Lage, die Flussrate des Abgases zu regulieren, das in die bypassseitige Verzweigungsleitung 66d strömt. Insbesondere kann entsprechend seiner Betriebsstellung des Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 das Verhältnis zwischen der Flussrate des Abgases, das in die haltemittelseitige Verzweigung 66c fließt, und der Flussrate des Abgases, das in die bypassseitige Verzweigungsleitung 66d fließt, regulieren. Beispielsweise kann das Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 zwischen einer Position zum Schließen der bypassseitigen Verzweigungsleitung 66d (die durch die durchgezogene Linie in 2 angedeutete Position) und der Bypassposition zum Überbrücken des Mittels zum Halten von NOx 62 durch Schließen der haltemittelseitigen Verzweigungsleitung 66c (die Position, die durch die gestrichelte Linie angedeutet ist) schwenken und bestimmt die Flussrate des Abgases, das in jede der Verzweigungsleitungen 66c, 66d strömt, entsprechend dem Winkel θ von der Position, bei der die haltemittelseitige Verzweigungsleitung 66c geschlossen ist.
  • Die Vorrichtung 23 zur Reinigung von Abgasen gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst weiter eine Einheit zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens (Mittel zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens) 70, die in dem Abgas stromabwärts von dem Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62 in der haltemittelseitigen Verzweigungsleitung 66c angeordnet ist. Die Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens fügt ein reduzierendes Agens zu dem Abgas hinzu, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 fließt. Genauer gesagt ist die Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens in der Nähe des Mittels zum Halten von NOx 62 angeordnet, um so das reduzierende Agens hin zu dem Mittel zum Halten von NOx 62 zu injizieren. Die Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens ist mit dem Ausgabeanschluss 46 der ECU 40 durch eine zugehörige Steuerschaltung 48 verbunden, sodass die Menge des reduzierenden Agens, das dem Abgas hinzugefügt wird, basierend auf einem Signal reguliert wird, das von der ECU 40 übermittelt wird. Im Übrigen wird gemäß dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung ein Treibstoff, der eine ähnliche Zusammensetzung zu dem Treibstoff hat, der in die Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt wird, als reduzierdes Agens verwendet. Obwohl eine Erläuterung auf der Annahme gegeben wird, dass der Treibstoff dem Abgas von der Einheit 70 zum Hinzufügen eines Agens hinzugefügt wird, kann ein Treibstoff einer Zusammensetzung, die sich von der des Treibstoffs unterscheidet, der der Brennkammer zugeführt wird, oder jedes beliebige reduzierende Agens, das sich von dem Treibstoff unterscheidet, mit ähnlichen Effekten verwendet werden.
  • Das Verhältnis der Luft zu dem Treibstoff, der dem Abgasweg stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62, der Brennkammer 5 und dem Einlassweg zugeführt wird, wird als das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases bezeichnet. Das Mittel zum Halten von NOx 62 der Vorrichtung 23 zur Reinigung von Abgasen hält das NOx in dem Abgas, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das hierin hineinfließt, mager ist, und gibt das NOx, das dadurch gehalten wird, frei, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das hierin hineinfließt, abnimmt. Darüberhinaus wird in dem Fall, in dem die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 hineinfließt, niedrig ist und das Abgas, das hierin hineinfließt, das reduzierende Agens enthält, das NOx, das von dem Mittel zum Halten von NOx 62 freigesetzt wird, reduziert und gereinigt wird.
  • Dieses Mittel zum Halten von NOx 62 ist nicht in der Lage, NOx weiter zu halten, wenn die Menge an NOx, die dadurch gehalten wird ansteigt. Genauer gesagt, sinkt, in dem Fall, in dem das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 hineinfließt, weiterhin mager bleibt, die Kapazität zum Halten von NOx des Mittels zum Halten von NOx 62 und dann ist das Mittel zum Halten von NOx 62 nicht in der Lage, NOx weiter zu halten, mit dem Ergebnis, dass das Abgas, das durch das Mittel zum Halten von NOx geströmt ist, immer noch NOx enthält. In dem Fall, in dem die Menge an NOx, die von dem Mittel zum Halten von NOx 62 gehalten wird, einen vorbestimmten Betrag übersteigt, ist es daher eine übliche Praxis, die Operation mit der hohen bzw. reichen Spitze durchzuführen, bei der ein Abgas, das eine niedrige Sauerstoffkonzentration aufweist und eine große Menge an reduzierendem Agens enthält, in das Mittel zum Halten von NOx 62 eingeführt wird, um somit das NOx, das in dem Mittel zum Halten von NOx 62 gehalten wird, freizusetzen und zu reduzieren.
  • Genauer gesagt erfasst der NOx-Sensor 71 der im Abgas stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62 montiert ist, die Menge an NOx im Abgas, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt, um so die Menge an NOx, die durch das Mittel zum Halten von NOx 62 gehalten wird, abzuschätzen. Sobald die abgeschätzte Menge an NOx über einen vorbestimmten Betrag hinaus angewachsen ist, d. h., in dem Fall, in dem die Kapazität zum Halten von NOx des Mittels zum Halten von NOx 62 abnimmt, wird der Treibstoff als ein reduzierendes Agens zu dem Abgas hinzugefügt, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt, und zwar durch der Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens, die in dem Abgas stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62 montiert ist, als die Operation mit einer reichen Spitze. Die Menge an Treibstoff, die durch die Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens hinzugefügt wird, ist ausreichend, um die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 fließt, zu verringern und das NOx, das von dem Mittel zum Halten von NOx 62 freigesetzt wird, gleichzeitig zu reduzieren. Als Ergebnis der Durchführung der Operation mit einer reichen Spitze wird im Wesentlichen das gesamte NOx, das in dem Mittel zum Halten von NOx 62 gehalten wird, freigesetzt und reduziert, wodurch die Kapazität zum Halten von NOx des Mittels zum Halten von NOx 62 wiederhergestellt wird.
  • Auf der anderen Seite hält das Mittel zum Halten von NOx 62 nicht nur NOx, sondern auch die Schwefelkomponente in dem Abgas, das hierin hineinströmt. Sobald die Schwefelkomponente in dem Mittel zum Halten von NOx gehalten wird, sinkt die Fähigkeit zum Halten von NOx des Mittels zum Halten von NOx 62. Die Tatsache, dass die Fähigkeit zum Halten von NOx des Mittels zum Halten von NOx 62 durch die Schwefelkomponente, die von dem Mittel zum Halten von NOx 62 gehalten wird, absinkt, wird als "Schwefelvergiftung" des Mittels zum Halten von NOx 62 bezeichnet. Genauer gesagt, sinkt mit einem Ansteigen der Menge der Schwefelkomponente, die durch das Mittel zum Halten von NOx 62 gehalten wird, die Menge an NOx, die durch das Mittel zum Halten von NOx gehalten werden kann. Mit anderen Worten sinkt mit dem Zunehmen der Schwefelvergiftung des Mittels zum Halten von NOx 62 die Fähigkeit zum Halten von NOx des Mittels zum Halten von NOx 62.
  • Allgemein wird daher, sobald das Mittel zum Halten von NOx 62 einmal schwefelvergiftet ist, der Regenerierungsprozess der Schwefelvergiftung ausgeführt, um die Schwefelkomponente von dem Mittel zum Halten von NOx 62 freizusetzen. Normalerweise muss zum Freisetzen der Schwefelkomponente, die in dem Mittel zum Halten von NOx 62 gehalten wird, das Luft-Treibstoffverhältnis, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 hineinfließt, angereichert werden und zur gleichen Zeit die Temperatur des Mittels zum Halten von NOx 62 über die Temperatur zum Freisetzen des Schwefels (d. h. ungefähr 650° C) angehoben werden.
  • Bei einem Dieselmotor vom Typ mit Kompressionszündung ist jedoch die Temperatur des Abgases, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 während des normalen Motorbetriebs strömt, viel niedriger als die Temperatur zum Freisetzen des Schwefels des Mittels zum Halten von NOx 62. Um den Prozess zur Regenerierung der Schwefelvergiftung des Mittels zum Halten von NOx 62 durchzuführen, ist es daher erforderlich, dass die Brennkraftmaschine auf eine spezielle Weise kontrolliert wird, um die Temperatur des Abgases, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, zu erhöhen. Wenn das Mittel zum Halten von NOx 62 eine Temperatur erreicht, die höher als die Temperatur zum Freisetzen des Schwefels ist, wird auf der anderen Seite das Mittel zum Halten von NOx 62 thermisch verschlechtert und die Kapazität zum Halten von NOx von diesem Mittel sinkt. Auch wird in dem Fall, in dem das Mittel zum Halten von NOx 62 eine Katalysatorsubstanz zum Oxidieren der Komponenten des Abgases enthält, die Leistung wie etwa die Fähigkeit zur Oxidation der katalytische Substanz durch die Wärme verschlechtert. Darüberhinaus benötigt das Freisetzen der Schwefelkomponente von dem Mittel zum Halten von NOx 62 eine relativ lange Zeit und daher muss das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Abgases, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 einströmt, für eine vergleichsweise lange Periode fett bzw. reich gehalten werden, mit dem Ergebnis, dass der Treibstoffverbrauch erhöht wird und die Treibstoffkosten beträchtlich ansteigen. Darüberhinaus würden in dem Fall, in dem das Mittel zum Halten von NOx 62 auf dem Partikel- bzw. Feststofffilter (nachfolgend als der Filter bezeichnet) getragen wird, wie später beschrieben, die Teilchen, die in großer Masse in dem Filter gefangen werden können, gezündet, falls die Temperatur des Filters 62 über die Temperatur zum Freisetzen von Schwefel angehoben wird. Als Ergebnis würde die Temperatur des Filters bis zu einem solchen Grade ansteigen, dass der Filter schmilzt oder sich Risse in dem Filter entwickeln.
  • Angesichts der oben dargestellten Problematik ist bei der Vorrichtung 23 zur Reinigung von Abgasen, die in den 1 und 2 dargestellt ist, ein Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 zum Halten der Schwefelkomponente des Abgases, das hierin hineinfließt, im Abgas stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62 angeordnet, sodass ein Abgas, das im Wesentlichen frei von der Schwefelkomponente ist, in das Mittel zum Halten von NOx 62 einströmt. Als Ergebnis wird es der Schwefelkomponente erschwert, während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine in das Mittel zum Halten von NOx 62 einzuströmen, oder genauer gesagt, während einer anderen als der Operation mit einer reichen Spitze für das Mittel zum Halten von NOx 62. Dies verringert die Anzahl von Malen, die ein Prozess zur Regenerierung der Schwefelvergiftung für das Mittel zum Halten von NOx 62 durchgeführt werden muss.
  • Bei der Vorrichtung 23 zur Reinigung von Abgasen, die in den 1 und 2 dargestellt ist, strömt der Treibstoff, der von der Einheit 70 zum Hinzufügen des reduzie renden Agens, das im Abgasstrom stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62 angeordnet ist, während der Operation mit reicher Spitze direkt in das Mittel zum Halten von NOx 62, um NOx von dem Mittel zum Halten von NOx 62 freizusetzen. Allgemein enthält der Treibstoff eine Schwefelkomponente. Falls der zugefügte Treibstoff direkt in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt, führt dies dazu, dass die Schwefelkomponente des Treibstoffs in dem Mittel zum Halten von NOx 62 gehalten wird, was ungewollt die Schwefelvergiftung des Mittels zum Halten von NOx fördert.
  • Im Gegensatz dazu ist bei der Vorrichtung 23 zur Reinigung von Abgasen gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung die Konzentration der Schwefelkomponente, die in dem Treibstoff enthalten ist, der von der Einheit 70 zum Hinzufügen des reduzierenden Agens dem Abgas hinzugefügt wird, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 hineinströmt, niedriger als diejenige der Schwefelkomponente in dem Treibstoff, der der Brennkammer 5 der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Genauer gesagt fügt die Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens einen Treibstoff mit einer niedrigeren Konzentration an Schwefelkomponente dem Abgasweg im Abgas stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62, aber stromabwärts von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 hinzu. Indem dies getan wird, ist selbst in dem Fall, in dem der Treibstoff von der Einheit 70 zum Hinzufügen eines redzuzerienden Agens hinzugefügt wird, wie wenn die Operation mit reicher Spitze für das Mittel zum Halten von NOx 62 ausgeführt wird, die Menge der Schwefelkomponente, die in dem Abgas enthalten ist, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt, vergleichsweise klein und daher wird ein Fortschreiten der Schwefelvergiftung des Mittels zum Halten von NOx 62 verhindert.
  • Insbesondere in dem Fall, in dem die Konzentration der Schwefelkomponente des Treibstoffs, der von der Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens dem Abgas hinzugefügt wird, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 hineinströmt im Wesentlichen gleich null ist, fließt im Wesentlichen keine Schwefelkomponente in das Mittel zum Halten von NOx 62, wenn die Operation mit reicher Spitze gegen das Mittel zum Halten von NOx 62 ausgeführt wird. Auch während einer anderen Periode als der Operation mit reicher Spitze für das Mittel zum Halten von NOx 62 wird im Wesentlichen die gesamte Schwefelkomponente des Abgases, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, durch das Schwefelahaltemittel 61 entfernt und daher strömt im Wesentlichen keine Schwefelkomponente in das Mittel zum Halten von NOx 62. Somit strömt in dem Fall, in dem die Konzentration der Schwefelkomponente des Treibstoffs, der von der Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens hinzugefügt wird, im Wesentlichen gleich null ist, im Wesentlichen keine Schwefelkomponente in das Mittel zum Halten von NOx 62 und daher wird die Notwendigkeit des Regenenerierungsprozesses aufgrund der Schwefelvergiftung des Mittels zum Halten von NOx 62 eliminiert.
  • Gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung hält das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 die Schwefelkomponente in dem Abgas, das hierin hineinströmt, wenn die Bedingungen zum Halten der Schwefelkomponente erfüllt sind, und setzt die Schwefelkomponente frei, wenn die Bedingungen zum Freisetzen der Schwefelkomponente erfüllt sind. Genauer gesagt hält in dem Fall, in dem das Luft-Treibstoff-Verhältnis des Abgases, das in das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 einströmt, mager ist oder in dem Fall, in dem das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das in das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 einströmt, im Wesentli chen gleich dem stoichiometrischen Luft-Treibstoffverhältnis oder fett oder reich ist, wobei die Temperatur des Mittels zum Halten von Schwefelkomponentens 61 niedriger als die Temperatur zum Freisetzen der Schwefelkomponente ist, das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 die Schwefelkomponente in dem Abgas, während in dem Fall, in dem Luft-Treibstoff-Verhältnis des Abgases, das in das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 strömt, reich ist und die Temperatur des Mittels zum Halten von Schwefelkomponenten 61 höher als die Temperatur zum Freisetzen der Schwefelkomponente ist, auf der anderen Seite das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 die darin gehaltene Schwefelkomponente frei setzt.
  • Bei diesem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 wird die Menge an Schwefelkomponente, die in der Lage ist, gehalten zu werden, mit einem Ansteigen der Menge an Schwefelkomponente, die darin gehalten wird, reduziert. Insbesondere sinkt mit einem Anwachsen der Menge der Schwefelkomponente, die durch das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 gehalten wird, die Kapazität zum Halten der Schwefelkomponenten des Mittels zum Halten von Schwefelkomponentens 61. Sobald einmal die Menge der Schwefelkomponente, die durch das Mittel zum Halten Schwefelhaltekomponenten 61 gehalten wird, über eine vorbestimmte Menge steigt, wird daher der Prozess zum Freisetzen der Schwefelkomponente ausgeführt, um die Schwefelkomponente von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 freizusetzen.
  • Insbesondere wird zunächst die Menge der Schwefelkomponente in dem Abgas, das in das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 strömt, aus der Menge an Treibstoff abgeschätzt, die dem Einlassweg, der Brennkammer 5 und dem Abgasweg stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 zugeführt wird, um somit die Menge der Schwefelkomponente abzuschätzen, die in dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 gehalten wird. In dem Fall, in dem die geschätzte Menge an Schwefelkomponente die vorbestimmte Menge übersteigt, d. h., in dem Fall, in dem die Kapazität zum Halten der Schwefelkomponente des Mittels zum Halten von Schwefelkomponentens 61 reduziert ist, wird der Betrieb der Brennkraftmaschine derart. kontrolliert, dass das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, angereichert wird, und zur gleichen Zeit, die Temperatur des Abgases, das von der Brennkraftmaschine abgegeben wird, erhöht wird. Als Ergebnis sind die Bedingungen zum Freisetzen der Schwefelkomponente für das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 erfüllt und die Schwefelkomponente wird von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 freigesetzt, um somit die Kapazität zum Halten der Schwefelkomponente des Mittels zum Halten von Schwefelkomponentens 61 wieder herzustellen.
  • Wenn die Schwefelkomponente von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 freigesetzt wird, enthält jedoch das Abgas, das stromabwärts von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 strömt, eine größere Menge an Schwefelkomponente als das Abgas, das von der Brennkraftmaschine stammt. Bei der Vorrichtung 23 zur Reinigung von Abgasen gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird daher der Prozess zum Freisetzen der Schwefelkomponente für das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 auf eine solche Weise durchgeführt, dass die Bedingungen zum Freisetzen der Schwefelkomponente erfüllt sind und die Arbeitsposition des Ventil zum Regulieren der Flussrates 58 wird auf die Bypassposition geschaltet, damit ein größerer Anteil des Abgases in die bypassseitige Verzweigungsleitung 66d strömt. Als Ergebnis strömt, solange die Bedingungen zum Freiset zen der Schwefelkomponente erfüllt sind, im Wesentlichen kein Abgas in das Mittel zum Halten von NOx 62 und somit wird verhindert, dass das Abgas, das eine große Menge an Schwefelkomponente enthält, in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt.
  • Wie oben beschrieben hält das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 im Wesentlichen die Schwefelkomponente in dem Abgas, das hierin hineinströmt, und wenn das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten die darin gehaltene Schwefelkomponente frei setzt, wird verhindert, dass das Abgas durch das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass das Abgas, das die Schwefelkomponente enthält, in das Mittel zum Halten von NOx strömt, was es ermöglicht, die Schwefelkomponente aus dem Abgas im Abgas stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62 zu entfernen, das von der Brennkraftmaschine abgeben wird.
  • In dem Fall, in dem die Einheit zum Hinzufügen des reduzierenden Agens zum Hinzufügen des Treibstoffes zu dem Abgas, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt, im Abgas stromaufwärts von dem Flussratenventil 68 angeordnet ist, haftet der Treibstoff unerwünschterweise an dem Ventil zum Regulieren der Flussrate 68. Selbst in dem Fall, in dem der Treibstoff in einer Menge, die geeignet ist, um das NOx, das durch das Mittel zum Halten von NOx gehalten wird, freizusetzen und zu reduzieren, von der Einheit zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens eingespritzt wird, um die reiche Spitze gegen das Mittel zum Halten von NOx 62 auszuführen, ist daher die Menge des Treibstoffs, die tatsächlich in das Mittel zum Halten von NOx 62, unterschiedlich von der oben beschriebenen angemessenen Menge. Mit anderen Worten, es wird unmöglich, angemessen die Menge an Treibstoff zu regulieren, die in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt, wenn von der Einheit zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens der Treibstoff eingespritzt wird. Auch würde eine erhöhte Menge an Treibstoff, die an dem Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 haftet, eine Bewegung des Ventil zum Regulieren der Flussrates 68 verhindern, und es damit unmöglich machen, dass Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 zu kontrollieren. Darüberhinaus wird, falls die Einheit zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens im Abgas stromaufwärts von dem Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 angeordnet ist, die Distanz von der Einheit zum Hinzufügen des reduzierenden Agens zu dem Mittel zum Halten von NOx 62 generell verlängert und der Treibstoff an dem Bereich der Abgasleitung haften, der von der Einheit zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens zu dem Mittel zum Halten von NOx reicht. Dies macht es auch unmöglich, angemessen die Menge an Treibstoff zu regulieren, die in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt, wenn in der Einheit zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens der Treibstoff eingespritzt bzw. eingebracht wird.
  • Bei der Vorrichtung 23 zur Reinigung von Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Gegensatz hierzu wie in 2 dargestellt, die Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens im Abgas stromabwärts von dem Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 und stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62 angeordnet. Somit wird verhindert, dass der Treibstoff, wenn er von der Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens eingebracht wird, an dem Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 haftet. Als Ergebnis kann die Menge an Treibstoff, die in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt, nachdem sie durch die Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens eingebracht worden ist, geeignet reguliert werden, während zur gleichen Zeit das Ventil zum Regulieren der Flussrate 68 nicht daran gehindert wird, sich zu bewegen. Darüberhinaus kann, indem die Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens unmittelbar stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62 angeordnet wird oder das Einbringen von der Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens in Richtung hin zu dem Mittel zum Halten von NOx 62 ausgerichtet ist, die Menge an Treibstoff, der in das Mittel zum Halten von NOx 62 einströmt, nachdem er von der Einheit 70 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens eingebracht worden ist, geeignet reguliert werden.
  • Als nächstes wird eine Vorrichtung 80 zur Reinigung von Abgasen gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung anhand der 3A bis 3C näher erläutert. Die Vorrichtung 80 zur Reinigung von Abgasen gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung weist einen Aufbau auf, der ähnlich der Vorrichtung 23 zur Reinigung von Abgasen gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist, ausgenommen, dass der Aufbau der Abgasleitung 86 sich von demjenigen der Abgasleitung 66 gemäß der ersten Ausführung unterscheidet. 3A bis 3C zeigen schematische Ansichten ähnlich zu 2. 3A zeigt das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 in der ersten Arbeitsposition, 3B das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 in der zweiten Arbeitsposition und 3C das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 in einer Zwischenarbeitsposition. In diesen Ansichten zeigen die Pfeile das Strömen des Abgases.
  • Wie in den 3A bis 3C gezeigt, umfasst gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung die Abgasleitung 86 Hauptleitungen 86a, 86e und ringförmige Verzweigungsleitungen (ringförmige Wege) 86c, 86d, die mit den Hauptabgasleitungen 86a, 86e verbunden sind. Ein Gehäuse 87, in dem das Mittel zum Halten von NOx 62 eingebaut ist, ist an den ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d angeordnet. Ein Verzweigungsbereich 86b ist an dem Verbindungspunkt zwischen den Abgasleitungen 86a, 86e und den ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d angeordnet. Insbesondere verzweigen sich die ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d von dem Verzweigungsbereich 86b der Hauptabgasleitungen 86a, 86e und kehren zu dem Verzweigungsbereich 86b züruck. Die ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d enthalten die Einheit 90 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens.
  • Insbesondere umfassen die Hauptabgasleitungen die stromaufwärts gelegene Teilabgasleitung 86a im Abgas stromaufwärts von dem Verzweigungsbereich 86b und die stromabwärts gelegene Teilabgasleitung 86e im Abgas stromabwärts von dem Verzweigungsbereich 86b. Die ringförmigen Verzweigungsleitungen umfassen eine erste ringförmige Teilverzweigungsleitung 86c zum Verbinden des Verzweigungsbereichs 86b mit einer Seite des Mittels zum Halten von NOx 62 und eine zweite Teilverzweigungsleitung 86d zum Verbinden des Verzweigungsbereichs 86b mit der anderen Seite des Mittels zum Halten von NOx 62. Die stromaufwärts gelegene Teilabgasleitung 86a verzweigt sich am Verzweigungsbereich 86b in drei Abgasleitungen einschließlich der ersten ringförmigen Teilverzweigungsleitung 86c, der zweiten ringförmigen Teilverzweigungsleitung 86d und der stromabwärts gelegenen Teilabgasleitung 86e. Die stromaufwärts gelegene Teilabgasleitung 86a und die stromabwärts gelegene Teilabgasleitung 86e fluchten im Wesentlichen miteinander, während die erste ringförmige Teilverzweigungsleitung 86c und die zweite ringförmige Teilverzweigungsleitung 86d sich in entgegengesetzte Richtungen und im Wesentlichen rechtwinklig zu der Hauptabgasleitung 86a, 86e verzweigen. Darüberhinaus ist auch die Einheit 90 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens in der ersten ringförmigen Teilverzweigungsleitung 86c derart angeordnet, dass der Treibstoff hin zu dem Mittel zum Halten von NOx 62 in das Abgas eingebracht wird, das von der ersten ringförmigen Teilverzweigungsleitung 86c in das Mittel zum Halten von NOx 62 fließt.
  • Das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 ist am Verzweigungsbereich 86b angeordnet. Der Betrieb des Ventil zum Regulieren der Flussrates 88 wird durch den Stufenmotor 89 kontrolliert, der mit dem Auslassanschluss 46 der ECU 40 durch die zugehörige Steuerschaltung 48 verbunden ist. Das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 wird kontinuierlich um das Zentrum des Verzweigungsbereichs 86b gedreht und der Winkel θ von diesem ändert sich bezüglich der axialen Linie der Hauptabgasleitungen 86a, 86e. Somit ist es möglich, die Flussrate des Abgases, das in die ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d strömt, und die Richtung, in der das Abgas in die ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d strömt, zu kontrollieren. Insbesondere wird das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung im Wesentlichen zwischen drei Arbeitspositionen mit unterschiedlichen Winkeln gedreht. Die drei Positionen umfassen die erste Arbeitsposition, die in 3A gezeigt ist, die zweite Arbeitsposition, die in 3B gezeigt ist, und die Zwischenarbeitsposition, die in 3C gezeigt ist. In dem Fall, in dem das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 sich in der ersten Arbeitsposition befindet, die in 3A dargestellt ist, wird im Wesentlichen das gesamte Abgas, das von der stromaufwärts gelegenen Teilabgasleitung 86a in den Verzweigungsbereich 86b strömt, in die erste ringförmige Teilverzweigungsleitung 86c geleitet und strömt durch das Mittel zum Halten von NOx 62 in einer Richtung und strömt dann in die zweite ringförmige Teilverzweigungsleitung 86d und kehrt dann zum Verzweigungsbereich 86b zurück. Das gesamte Abgas, das von der zweiten ringförmigen Teilverzweigungsleitung 86d zu dem Verzweigungsbereich 86b zurückgekehrt ist, strömt zu der stromabwärts gelegenen Teilabgasleitung 86e. In der nachfolgenden Beschreibung wird zur Erläuterung angenommen, dass die Richtung, in der das Abgas durch die ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d und das Mittel zum Halten von NOx strömt, wie oben beschrieben, die Vorwärtsrichtung ist.
  • In dem Fall, in dem das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 sich in der in 3B gezeigten zweiten Arbeitsposition befindet, strömt im Wesentlichen das gesamte Abgase, das von der stromaufwärts gelegenen Abgasleitung 86a in den Verzweigungsbereich 86b strömt, in die zweite Teilverzweigungsleitung 86d und durch das Mittel zum Halten von NOx 86 in der Richtung, die der Richtung entgegengesetzt ist, in der das Abgas strömt, wenn das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 in der ersten Arbeitsposition ist, und strömt dann in die erste ringförmige Teilverzweigungsleitung 86c und kehrt zum Verzweigungsbereich 86b zurück. Das gesamte Abgas, das von der ersten ringförmigen Teilverzweigungsleitung 86c zum Verzweigungsbereich 86b zurückgekehrt ist, strömt zu der stromabwärts gelegenen Abgasleitung 86e aus. In der nachfolgenden Beschreibung wird zur Erläuterung angenommen, dass die Richtung, in der das Abgas durch die ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d und das Mittel zum Halten von NOx 62 auf diese Weise strömt, die entgegengesetzte Richtung ist.
  • Insbesondere kann, wie oben beschrieben, abhängig von der Arbeitsposition des Ventils zum Regulieren der Flussrate 88 das Abgas, das in den Verzweigungsbereich 86b von der stromaufwärts gelegenen Abgasleitung 86a eingeströmt ist, in der einen oder der entgegengesetzten Richtung durch die ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d strömen, die das Mittel zum Halten von NOx enthalten, und kann dann zu der stromabwärts gelegenen Abgasleitung 86e durch den Verzweigungsbereich 86b strömen.
  • Wie oben beschrieben kann gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung der Strom des Abgases, der durch das Mittel zum Halten von NOx 62 geht, zwischen der Vorwärtsrichtung und der entgegengesetzten Richtung umgeschaltet werden. Daher kann die Disbalance der Menge an NOx, die abhängig von den Positionen von dem Mittel zum Halten von NOx 62 gehalten wird, entspannt werden und das Mittel zum Halten von NOx kann effektiv verwendet werden. Darüberhinaus kann in dem Fall, in dem das Mittel zum Halten von NOx von dem Filter getragen wird, der später beschrieben wird, die Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung effektiv den zweiten Filter 62 benutzen, indem die Disbalance der Menge der gefangenen Partikel abhängig von den Positionen im Filter entspannt wird. Darüberhinaus wird durch das Wechseln der Richtung des Strömens des Abgases verhindert, dass der Filter verstopft.
  • In dem Fall, in dem das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 in der in 3C dargestellten Zwischenarbeitsposition ist, strömt im Wesentlichen das gesamte Abgas, das von der stromaufwärts gelegenen Verzweigungsleitung 86a in den Verzweigungsbereich 86b eingeströmt ist, in die stromabwärts gelegene Verzweigungsleitung 86e, jedoch nicht in die ringförmigen Verzweigungsleitung 86c, 86d. Insbesondere in dem Fall, in dem das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 sich in der Zwischenarbeitsposition befindet, strömt das Abgas zu der stromabwärts gelegenen Abgasleitung 86e aus, ohne dass es durch das Mittel zum Halten von NOx 62 geht. Gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung bildet daher die Zwischenarbeitsposition des Ventil zum Regulieren der Flussrates 88 eine Bypass- bzw. Überbrückungsposition zum Überbrücken des Mittels zum Halten von NOx 62 wie die Bypassposition des Ventil zum Regulieren der Flussrates 68 bei der vorhergehenden Ausführung. Bei der Vorrichtung 80 zum Reinigen von Abgasen gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird die Schwefelkomponente von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 freigesetzt, indem die Bedingungen zum Freisetzen der Schwefelkomponente erfüllt sind, während zur gleichen Zeit das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 derart reguliert wird, dass der größere Teil des Abgases durch den Abgasweg stromabwärts von dem Verzweigungsbereich 86b strömt, ohne dass er in die ringförmigen Wege 86c, 86d strömt.
  • Darüberhinaus ist in der Vorrichtung 80 zur Reinigung von Abgasen gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung die Einheit 90 zum Hinzufügen des reduzierenden Agens in der ersten ringförmigen Teilverzweigungsleitung 86c angeordnet. In dem Fall, in dem das Abgas in der Vorwärtsrichtung in das Mittel zum Halten von NOx 62 und die ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d strömt, strömt daher das Abgas mit dem Treibstoff, der zu diesem durch die Einheit 90 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens hinzugefügt worden ist, in das Mittel zum Halten von NOx 62. In dem Fall, in dem der Treibstoff in die entgegengesetzte Richtung strömt, wird das Abgas, selbst wenn es den Treibstoff hält, der ihm von der Einheit 90 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens hinzugefügt worden ist, abgeführt, ohne dass er durch das Mittel zum Halten von NOx 62 geht. In dem Fall, in dem die Operation mit einer reichen Spitze für das Mittel zum Halten von NOx 62 bei der Vorrichtung 80 zur Reinigung von Abgasen gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, wird daher das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 in die erste Arbeitsposition gesetzt, um den Vorwärtsstrom des Abgases sicherzustellen. Insbesondere wird in dem Fall, in dem eine einzelne Einheit 90 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens in den ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d angeordnet ist, die Operation mit reicher Spitze, falls eine solche durchgeführt wird, für das Mittel zum Halten von NOx 62 durchgeführt wird, indem die Arbeitsposition des Ventils zum Regulieren der Flussrate 88 derart reguliert wird, dass der Treibstoff von der Einheit 90 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von NOx 62 dem Abgas hinzugefügt wird.
  • Bei der Vorrichtung 80 zur Reinigung von Abgasen gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung, wie sie oben stehend beschrieben worden ist, ist eine einzelne Einheit 90 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens in den ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d angeordnet. Gleichermaßen kann jedoch eine Einheit 90 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens bei jeder der ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d auf beiden Seiten des Mittels zum Halten von NOx 62 angeordnet sein, das heißt, für sowohl die erste ringförmige Teilverzweigungsleitung 86c, als auch die zweite ringförmige Teilverzweigungsleitung 86d. Als zweite Alternative kann Einheit 90 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens im Abgas stromaufwärts von dem Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 angeordnet sein. Als Result kann unabhängig davon, ob das Abgas in der Vorwärtsrichtung oder der entgegengesetzten Richtung die ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt, die Operation mit reicher Spitze für das Mittel zum Halten von NOx 62 ausgeführt werden, solange das Ventil zum Regulieren der Flussrate 88 in einer anderen Arbeitsposition als der Bypassposition angeordnet ist.
  • Als nächstes wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß einer dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung anhand von 4 näher erläutert. 4 stellt eine schematische Ansicht ähnlich der 3A dar, die die Vorrichtung 80 zur Reinigung von Abgasen gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 4 dargestellt, umfasst die Vorrichtung zur Reinigung von Abgas gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung einen Reinigungskatalysator 91, der in einem Gehäuse 92 stromabwärts von der Vorrichtung 80 zur Reinigung von Abgas gemäß der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung im Abgas angeordnet ist. Der Reinigungskatalysator 91 ist in der Lage, das Abgas, das durch ihn hindurchfließt zu reinigen, und ist in dem Abgas von der stromabwärts gelegenen Abgasleitung 86e angeordnet.
  • Gemäß der zweiten Ausführung, wie sie oben beschrieben ist, strömt in dem Fall, in dem die Arbeitsposition des Ventil zum Regulieren der Flussrates 88 zur Bypassposition geändert wird, um die Schwefelkomponente von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 freizusetzen, im Wesentlichen nichts von dem Abgas durch das Mittel zum Halten von NOx und wird daher in die Atmosphäre abgegeben, ohne dass es gereinigt wurde. Dies verschlechtert die Abgasemission.
  • Gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist im Gegensatz dazu der Reinigungskatalysator 91 im Abgas stromabwärts von der stromabwärts gelegenen Abgasleitung 86e angeordnet. In dem Fall, in dem der Prozess zum Freisetzen der Schwefelkomponente für das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten durchgeführt wird, fließt daher das Abgas, das im Wesentlichen nicht gereinigt worden ist, in den Reinigungskatalysator 91, der andere Komponenten als die Schwefelkomponenten des Abgases reinigt. Selbst in dem Fall, in dem das Mittel zum Halten von NOx 62 überbrückt wird, um die Schwefelkomponente von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 freizusetzen, wird daher verhindert, dass das im Wesentlichen ungereinigte Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird.
  • Der Reinigungskatalysator 91 kann entweder ein Drei-Wege-Katalysator sein, der nicht einfach in der Lage ist, die Schwefelkomponente des einströmenden Abgases zu halten, oder ein Partikel- bzw. Feststofffilter, der in der Lage ist, die Partikel aufzufangen, die im Abgas enthalten sind. Auch kann die Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung mit der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung kombiniert sein. In diesem Fall ist der Reinigungskatalysator 91 stromabwärts von der Einmündung der haltemittelseitigen Verzweigungsleitung 66c in der bypassseitigen Verzweigungsleitung 66d angeordnet.
  • Als nächstes wird eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß einer vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung anhand von 5 näher beschrieben. 5 ist eine schematische Ansicht, ähnlich der 3A–3C und 4. Die Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Einheit 93 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens zusätzlich zu der Einheit 90 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens, die in den ringförmigen Verzweigungsleitungen 86c, 86d im Abgas stromaufwärts von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 in der Vorrichtung zur Reinigung von Abgas gemäß der zweiten Ausführung angeordnet ist.
  • Bei der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird in dem Fall, in dem die Schwefelkomponente, die von der Schwefelhaltevorrichtung 61 gehalten wird, freizusetzen ist, d. h., in dem Fall, in dem die Schwefelkomponente, die von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 gehalten wird, einen vorbestimmten Betrag übersteigt, der Treibstoff von der zusätzlichen Einheit 93 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens zum Freisetzen der Schwefelkomponente, die von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 gehalten wird, eingebracht. Die Menge an Treibstoff, die von der zusätzlichen Einheit 93 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens in das Abgas eingebracht wird, ist ausreichend sowohl um das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases anzureichern, welches in das Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten 61 einströmt, als auch, um die Temperatur des Mittels zum Halten von Schwefelkomponentens 61 so zu erhöhen, dass sie höher als die Temperatur zum Freisetzen der Schwefelkomponente ist, indem der eingebrachte Brennstoff verbrannt wird.
  • Die Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen gemäß der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung kann mit der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung und/oder der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung kombiniert sein. In diesem Fall ist die zusätzliche Einheit 93 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens im Abgas stromaufwärts von der Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen gemäß der ersten und/oder dritten Ausführung angeordnet.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungen wird der Treibstoff, der von den Einheiten 70, 90, 93 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens eingebracht wird, in einem Treibstofftank gespeichert (ein zusätzlicher nicht dargestellter Treibstofftank), der sich von dem Tank für den Treibstoff unterscheidet, der der Brennkammer 5 der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Als Ergebnis werden die Treibstoffe von den beiden Tanks nicht gemischt, bevor sie der Brennkammer 5 der Brennkraftmaschine zugeführt werden oder bevor sie von der Einheit 70, 90, 93 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens eingebracht werden. Ein Treibstoff, dessen Konzentration an Schwefelkom ponente niedriger als diejenige des Treibstoffs ist, die der Brennkraftmaschine zugeführt wird, ist in dem zusätzlichen Treibstofftank für den Treibstoff gespeichert, der von den Einheiten 70, 90 bzw. 93 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens eingebracht wird.
  • Alternativ kann bei den oben beschriebenen Ausführungen der Treibstoff, der von den Einheiten 70, 90 bzw. 93 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens eingebracht wird, qualitativ gegenüber dem Treibstoff geändert sein, der der Brennkammer 5 der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Insbesondere kann der Treibstoff, der von den Einheiten 70, 90 bzw. 93 zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens eingebracht wird, dadurch hergestellt sein, dass der Treibstoff, der der Brennkammer 5 der Brennkraftmaschine zugeführt wird, entschwefelt wird. Der Treibstoff kann entweder bevor oder nachdem der Treibstoff in den Treibstofftank gefüllt wird, entschwefelt werden. In dem Fall, in dem der Treibstoff entschwefelt wird, bevor er in den Treibstofftank gefüllt wird, wird der entschwefelte Treibstoff in dem zusätzlichen Treibstofftank gespeichert.
  • In dem Fall, in dem der Treibstoff entschwefelt wird, nachdem er in den Treibstofftank gefüllt wird, ist auf der anderen Seite die Brennkraftmaschine mit einer Einheit zur Entschwefelung ausgestattet, um den Treibstoff zu entschwefeln. In diesem Fall ist nur ein Treibstofftank vorhanden, von dem zwei Treibstoffversorgungsleitungen bzw. -wege ausgebildet sind, einschließlich einer Treibstoffversorgungsleitung zum Liefern des Treibstoffes zur Brennkammer der Brennkraftmaschine und einer Treibstoffversorgungsleitung zum Liefern des Treibstoffes zur Einheit zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens. Die Enheit zur Entschwefelung ist in der Treibstoffversorgungs leitung zum Liefern des Treibstoffs zur Einheit zum Hinzufügen des reduzierenden Agens angeordnet.
  • In der Tat kann jedoch jeder Treibstoff zum Einbringen von der Einheit zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens verwendet werden, solange die Sauerstoffkonzentration des Abgases, das in das Mittel zum Halten von NOx 62 strömt, verringert werden kann und das NOx, das von dem Mittel zum Halten von NOx freigesetzt wird, reduziert werden kann. Leichtöl, Methan oder dergleichen sind Beispiele für einen solchen Treibstoff.
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungen kann das Mittel zum Halten von NOx 62 auf dem Partikelfilter sein, der in der Lage ist, die Partikel in dem Abgas zu fangen, das durch ihn hindurchströmt. Darüberhinaus kann dieser Partikelfilter ein Mittel zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff umfassen, um kontiniuerlich die gefangenen Partikel zu oxidieren und zu entfernen, wie nachfolgend beschrieben. Das Mittel zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff kann wie das Mittel zum Halten von NOx 62 in den oben beschriebenen Ausführung die Schwefelkomponente des Abgases, das durch es hindurchströmt, halten bzw. aufnehmen und freisetzen. Die Fähigkeit des Mittels zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff, die Partikel zu entfernen, wird durch das Halten der Schwefelkomponente reduziert.
  • Ein Mechanismus zum Reinigen des Abgases durch den Partikelfilter (nachfolgend als der Filter bezeichnet) oder insbesondere die Aktion zum Entfernen der Partikel aus dem Abgas gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend erläutert. In den 6A und 6B wird eine Erklärung für einen Fall gegeben, in dem Platin (Pt) als ein Edelmetallkatalysator verwendet wird und Kalium (K) als ein Mittel zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff verwendet wird. Eine ähnliche Aktion zum Entfernen der Par tikel kann durchgeführt werden, selbst wenn andere Edelmetalle, Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, seltene Erdenmetalle oder Übergangsmetalle verwendet werden.
  • 6A und 6B sind vergrößerte Darstellungen, die schematisch die Oberfläche einer Trägerschicht, die auf der Oberfläche einer Filterteil- bzw. trennwand ausgebildet ist, und die mikroporöse Oberfläche der Teil- bzw. Trennwand zeigt. In den 6A und 6B bezeichnet das Bezugszeichen 95 Platinteilchen und das Bezugszeichen 96 eine Trägerschicht, die ein Mittel zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff wie etwa Kalium enthält.
  • In dem Fall, in dem das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das in den Filter einströmt, mager ist, wird NOx oder insbesondere NO und NO2 in der Brennkammer 5 erzeugt. Daher enthält das Abgas NOx. Auf diesem Weg strömt das Abgas, das einen Überschuss an Sauerstoff und NOx enthält, in den Filter.
  • Sobald das Abgas einmal in den Filter einströmt, haftet, wie in 6A dargestellt, der Sauerstoff im Abgas an der Oberfläche des Platins in Form von O2 - oder O2-. Das NO im Abgas reagiert auf der anderen Seite mit O2-oder O2- auf der Oberfläche des Platins und wird zu NO2 (2NO + O2 → 2NO2). Dann wird ein Teil des NO2 in dem Abgas und das derart erzeugte NO2 in dem Mittel 96 zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff absorbiert, während es auf dem Platin oxidiert wird, und, während es mit dem Kalium bindet, diffundiert in das Mittel 96 zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff in Form von Nitrationen (NO3 -) wie in 6A und 6B gezeigt, um so ein Nitrat (KNO3) zu erzeugen. Mit anderen Worten, der Sauerstoff in dem Abgas wird in dem Mittel 96 zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff in Form von Stickstoffionen gehalten.
  • Partikel bzw. Teilchen, die hauptsächlich aus Kohlenstoff (C) zusammengesetzt sind, werden in der Brennkammer erzeugt. Somit enhält das Abgas diese Partikel. Die Partikel im Abgas kommen, während sie in den Filter strömen, in Kontakt mit der Oberfläche des Mittels 96 zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff und haften an dieser wie in 6B dargestellt.
  • Sobald die Partikel 97 einmal an dem Mittel 96 zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff haften, entwickelt sich ein Unterschied in der Konzentration zwischen der Oberfläche des Mittels 96 zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff und dessen Innerem. Das Mittel 96 zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff enthält in sich Sauerstoff in Form von Nitrat- bzw. Stickstoffionen, und dieser gehaltene Sauerstoff tendiert dazu, sich hin zu der Kontaktfläche zwischen den Partikeln 97 und dem Mittel 96 zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff zu bewegen. Als Ergebnis wird das Nitrat (KNO3), das in dem Mittel 96 zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff ausgebildet ist, in O und NO verlegt, wovon O sich hin zu der Oberfläche des Mittels 96 zur Erzeugung von aktivem Sauerstoff bewegt, während NO von dem Mittel 96 zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff freigesetzt wird. Das auf diese Weise freigesetzte NO wird an dem stromabwärts gelegenen Platin mittels des Mechanismuses oxidiert, der oben beschrieben worden ist, und wiederum als Nitrat- bzw. Stickstoffionen in dem Mittel 96 zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff gehalten.
  • Der Sauerstoff O, der sich hin zu der Kontaktoberfläche zwischen dem Partikel 97 und dem Mittel 96 zum Erzeugen von aktivem Sauerstoff bewegt, und der ein Sauerstoff ist, der durch das Zerlegen einer chemischen Verbindung wie etwa einem Nitrat (KNO3) ausgebildet worden ist, weist ungepaarte Elektronen auf und bildet aktiven Sauerstoff, der eine sehr hohe Reaktivität aufweist. Sobald dieser aktive Sauerstoff einmal in Kontakt mit den Partikeln 97 gebracht worden ist, werden die Partikel 97 in kurzer Zeit oxidiert (mehrere Sekunden bis zu Minuten), und komplett entfernt, ohne dass eine leuchtende bzw. brennende Flamme erzeugt würde. Auf diese Weise werden die Partikel 97 wegoxidiert und sammeln sich kaum auf dem Filter.
  • In der vorliegenden Beschreibung bezeichnet der Term "halten" entweder "absorbieren" oder "adsorbieren". Daher bezeichnet der Term "Mittel zum Halten von NOx" sowohl einen "NOx-Absorbierer" als auch einen "NOx-Adsorbierer". Ersterer sammelt NOx in Form von Nitrat oder dergleichen, während Letzterer NOx in Form von NO2 oder dergleichen adsorbiert. Auch der Term "freisetzen" vom Mittel zum Halten von NOx ist als "abgeben" als ein Antonym bzw. Gegenteil von "absorbieren" oder "freisetzen" als ein Antonym bzw. Gegenteil von "adsorbieren" zu verstehen.
  • Vorliegende Erfindung wurde anhand von spezifischen Ausführungsformen näher beschrieben, die nur zu illustrativen Zwecken gewählt wurden. Daher versteht es sich von selbst, dass verschiedene Modifikationen im Bereich der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden können, ohne deren prinzipielles Konzept und den Schutzbereich zu verlassen.
  • Zusammengefasst lässt sich die Erfindung auch wie folgt charakterisieren:
    Eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen umfasst ein Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten, das an dem Abgasweg einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, um eine Schwefelkomponente zu halten, ein Mittel zum Halten von NOx, das in dem Abgas stromabwärts von dem Mittel zum Halten von Schwefelkomponenten angeordnet ist, um NOx und die Schwefelkomponenten zu halten, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das hierdurch strömt, mager ist, und eine Einheit zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens, um ein reduzierendes Agens zu dem Abgas hinzuzufügen, das in das Mittel zum Halten von NOx strömt. Die Konzentration der Schwefelkomponente, die in dem reduzierenden Agens enthalten ist, das durch die Einheit zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens hinzugefügt wird, ist niedriger als die Konzentration von wenigstens der Schwefelkomponente, die in dem Treibstoff enthalten ist, der der Brennkammer der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Somit kann eine Schwefelvergiftung des Reinigers für Abgase vermieden werden, während zur gleichen Zeit die Verbrauchsrate an Treibstoff reduziert wird.

Claims (11)

  1. Vorrichtung (23; 80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine, die umfasst: ein Mittel (61) zum Halten von Schwefelkomponenten, das in dem Abgasweg (63; 83) der Brennkraftmaschine angeordnet ist, um eine Schwefelkomponente zu halten; ein Mittel (62) zum Halten von NOx, das in dem Abgas stromabwärts von dem Mittel (61) zum Halten von Schwefelkomponenten angeordnet ist, um NOx und die Schwefelkomponenten zu halten, wenn das Luft-Treibstoffverhältnis des Abgases, das in das Mittel (62) hinein fließt, mager ist; und ein Mittel (70; 90) zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens, um dem Abgas, das in das Mittel (62) zum Halten von NOx fließt, ein reduzierendes Agens hinzuzufügen; dadurch gekennzeichnet, dass: die Konzentration der Schwefelkomponente, die in dem reduzierenden Agens enthalten ist, das durch das Mittel (70; 90) zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens hinzugefügt wird, niedriger ist als die Konzentration der Schwefelkomponente, die in dem Treibstoff enthalten ist, der einer Brennkammer (5) der Brennkraftmaschine zugeführt wird; und das Mittel (70; 90) zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens stromabwärts des Mittels (61) zum Halten von Schwefelkomponenten angeordnet ist.
  2. Vorrichtung (23) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiters einen Bypass (66d) zum Überbrücken des Mittels (62) zum Halten von NOx und ein Ventil (68) zum Regulieren der Flussrate, zum Kontrollieren der Flussrate des Abgases enthält, das in den Bypass (66d) fließt, wobei das Mittel (61) zum Halten von Schwefelkomponenten die Schwefelkomponente in dem Abgas hält, das hierin hineinfließt, falls die Bedingungen zum Halten der Schwefelkomponente erfüllt sind, und die darin gehaltene Schwefelkomponente freisetzt, falls die Bedingungen zum Freisetzen der Schwefelkomponente erfüllt sind, und wobei, falls die Schwefelkomponente von dem Mittel (61) zum Halten von Schwefelkomponenten frei gesetzt wird, der größere Teil des Abgases in den Bypass (66d) fließt.
  3. Vorrichtung (80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiters einen ringförmigen Weg (86c, 86d), der von dem Abgasweg (83) abzweigt und zu dem Verzweigungsbereich (86b) zurückkehrt, und ein Ventil (88) zum Regulieren der Flussrate zum Kontrollieren der Flussrate des Abgases, das in den ringförmigen Weg (86c, 86d) fließt, und der Richtung, in der das Abgas in den ringförmigen Weg (86c, 86d) fließt, umfasst, wobei das Mittel (61) zum Halten von Schwefelkomponenten die Schwefelkomponente in dem Abgas, das hierin hineinströmt, hält, falls die Bedingungen zum Halten der Schwefelkomponente erfüllt sind, und die Schwefelkomponente, die dadurch gehalten wird, freisetzt, falls die Bedingungen zum Freisetzen der Schwefelkomponente erfüllt sind, wobei das Mittel (62) zum Halten von NOx an dem ringförmigen Weg (86c, 86d) angeordnet ist und das Ventil (88) zum Regulieren der Flussrate an dem Verzweigungsbereich (86b) angeordnet ist, und wobei, wenn die Schwefelkomponente von dem Mittel (61) zum Halten von Schwefelkomponenten freigesetzt wird, das Ventil (88) zum Regulieren der Flussrate bewirkt, dass der größere Teil des Abgases durch den Abgasweg (83) stromabwärts von dem Verzweigungsbereich (86b) fließt, ohne durch den ringförmigen Weg (86c, 86d) zu fließen.
  4. Vorrichtung (80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (90) zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens an dem ringförmigen Weg (86c, 86d) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung (80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der größere Teil des Abgases von dem Abgasweg (83) in den ringförmigen Weg (86c, 86d) derart strömt, dass es in dem Fall in eine Richtung durch den ringförmigen Weg (86c, 86d) strömt, in dem das Ventil (88) zum Regulieren der Flussrate sich in einer ersten Arbeitsposition befindet, und der größere Teil des Abgases von dem Abgasweg (83) in den ringförmigen Weg (86c, 86d) derart strömt, dass es in die entgegengesetzte Richtung in den ringförmigen Weg (86c, 86d) strömt, falls sich das Ventil (88) zum Regulieren der Flussrate in einer zweiten Arbeitsposition befindet.
  6. Vorrichtung (23, 80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (62) zum Halten von NOx auf einem Feststofffilter getragen wird, der in der Lage ist, Partikel zu fangen, die in dem Abgas enthalten sind, das hierin hineinfließt.
  7. Vorrichtung (23, 80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Schwefelkomponenten, die in dem reduzierenden Agens enthalten sind, im Wesentlichen gleich null ist.
  8. Vorrichtung (23, 80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierende Agens Leichtöl oder Methan ist.
  9. Vorrichtung (23, 80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierende Agens in einem Tank gespeichert ist, der ein anderer ist als der Tank zum Speichern des Treibstoffes, der der Brennkammer (5) der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
  10. Vorrichtung (23, 80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das reduzierende Agens qualitativ gegenüber dem Treibstoff verändert ist, der der Brennkammer (5) der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
  11. Vorrichtung (23, 80) zur Reinigung von Abgasen für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter umfasst: einen Tank, der zwei Treibstoffzufuhrwege umfasst, einschließlich eines Treibstoffzufuhrweges zum Zuführen des Treibstoffes zur Brennkammer (5) der Brennkraftmaschine und eines Treibstoffzufuhrweges zum Zuführen des Treibstoffes zu dem Mittel (70; 90) zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens, und eine entschwefelnde Einheit zum Ändern der Qualität des Treibstoffes, die in dem Treibstoffzuführweg zum Zuführen des Treibstoffes zu dem Mittel (70; 90) zum Hinzufügen eines reduzierenden Agens angeordnet ist.
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