DE10335828B4 - Abgasemissionssteuerverfahren und Abgasemissionssteuervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Abgasemissionssteuerverfahren zum Behandeln von Abgas, das von einer Brennkraftmaschine emittiert wird,
wobei die Brennkraftmaschine einen Abgaskanal (20) und ein im Abgaskanal (20) angeordnetes Speichermittel (46) aufweist, das SOx speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, das durch das Speichermittel (46) strömt, größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das gespeicherte SOx freisetzt, wenn die Temperatur des Speichermittels (46) gleich einer Entschwefelungstemperatur oder höher ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder kleiner als dieses ist,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Ausführen eines Temperatursteuerprozesses, durch den die Temperatur des Speichermittels (46) auf einen Wert innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs gesteuert wird, dessen untere Grenze im Wesentlichen gleich der oder höher als die Entschwefelungstemperatur ist, und
Ausführen eines Entschwefelungsprozesses, durch den Schwefel von dem Speichermittel (46) freigesetzt wird, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases...

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasemissionssteuerverfahren und eine Abgasemissionssteuervorrichtung zum Behandeln von Abgas, das von einer Brennkraftmaschine emittiert wird.
  • In einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, wie beispielsweise einer Dieselbrennkraftmaschine, die in einem Automobil oder der gleichen installiert ist, ist es im Allgemeinen erforderlich, Stickoxide (NOx) zu entfernen, die im Abgas enthalten sind. Um diese Anforderung zu erfüllen, ist es vorgeschlagen worden, ein NOx-Speichermittel als einen Typ einer Abgasbehandlungsvorrichtung in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorzusehen.
  • Das NOx-Speichermittel, das zum Entfernen von NOx verwendet wird, hat die Funktion des Speicherns von NOx, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und des Freisetzens von gespeichertem NOx zur Reduktion und Entfernung, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases verringert ist und ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise HC und CO, in dem Abgas vorhanden ist. Durch Anwenden dieser Funktion speichert das NOx-Speichermittel NOx in dem Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und wird Reduktion und Entfernung des in dem NOx-Speichermittel gespeicherten NOx beispielsweise durch Zuführen eines Reduktionsmittels (z.B. Kraftstoff) zu dem NOx-Speichermittel bewirkt, wenn oder bevor die Speicherkapazität des NOx-Speichermittels nach einem bestimmten Nutzungszeitraum verringert ist.
  • Der Begriff "Speicherung", der in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, beinhaltet die Bedeutung von beidem, "Absorption" und "Adsorption". Hier bezieht sich "Absorption" auf Speicherung von NOx in der Form von Nitraten oder dergleichen, und "Adsorption" bezieht sich auf Adsorption von NOx in der Form von NO2 oder dergleichen.
  • Kraftstoff, der in der Brennkraftmaschine verwendet wird, kann eine Schwefelkomponente (S) enthalten, und in diesem Fall enthält emittiertes Abgas als Ergebnis einer Verbrennung des Kraftstoffes Schwefeloxide (SOx). Wenn SOx in dem Abgas vorhanden ist, speichert das NOx-Speichermittel SOx durch den gleichen Mechanismus wie für die Speicherung von NOx in dem Abgas.
  • Es ist jedoch anzumerken, dass durch das NOx-Speichermittel gespeichertes SOx relativ stabil ist und im Allgemeinen dazu neigt, in dem NOx-Speichermittel akkumuliert zu werden. Wenn die Menge an SOx, die in dem NOx-Speichermittel akkumuliert ist, erhöht wird, wird die NOx-Speicherkapazität des NOx-Speichermittels verringert und das NOx-Speichermittel wird nicht in der Lage sein, ausreichend NOx aus dem Abgas zu entfernen. Somit tritt ein Problem einer sogenannten Schwefelvergiftung auf, die in einer Verringerung der NOx-Umsetzungswirkungsgrads resultiert. Insbesondere tritt das Problem der Schwefelvergiftung verstärkt bei einer Dieselbrennkraftmaschine auf, die Leichtöl als Kraftstoff verwendet, das einen verhältnismäßig großen Anteil an Schwefelkomponenten hat.
  • Es ist ferner bekannt, dass von dem NOx-Speichermittel SOx, das in dem NOx-Speichermittel gespeichert ist, durch den gleichen Mechanismus wie dem zum Freisetzen von NOx freigesetzt werden kann. Da jedoch SOx in dem NOx-Speichermittel in einer verhältnismäßig stabilen Form gespeichert ist, ist es schwierig, im NOx-Speichermittel gespeichertes SOx bei einer Temperatur freizusetzen (z.B. ungefähr 250°C oder höher), bei der NOx normalerweise reduziert und entfernt wird. Um eine Schwefelvergiftung zu eliminieren, muss daher eine Schwefelregenerationssteuerung periodisch ausgeführt werden, in der die Temperatur des NOx-Speichermittels auf eine Entschwefelungstemperatur (oder Schwefelfreisetzungstemperatur) (z.B. 600°C) oder höher gesteigert wird, die höher als die NOx-Reduktions-/Entfernungstemperatur ist, und wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch das NOx-Speichermittel fließt, im Wesentlichen auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein kleineres Verhältnis gesteuert, was nachstehend auch einfach mit "auf fett gesteuert" ausgedrückt wird. Die Entschwefelungstemperatur ist die niedrigste Temperatur, die erlaubt, dass Schwefel von dem NOx-Speichermittel freigesetzt wird.
  • Ein Verfahren zum Ausführen der Schwefelregenerationssteuerung, wie es z.B. in der Druckschrift JP 2000-291462 A offenbart ist, verwendet eine sogenannte Niedrigtemperaturverbrennung. Die Niedrigtemperaturverbrennung wird durch Rückführen einer verhältnismäßig großen Menge an Abgas von der Abgasseite zu der Einlassseite der Brennkraftmaschine ausgeführt und bewirkt eine Verbrennung in der Verbrennungskammer, während die Temperatur des Kraftstoffes und des Gases, das den Kraftstoff umgibt, auf einem verhältnismäßig niedrigen Niveau durch Ausnutzen der endothermischen Wirkung des rückgeführten Abgases gehalten wird, so dass die Erzeugung von Rauch unterdrückt wird. Wenn die Niedrigtemperaturverbrennung auf diese Weise ausgeführt wird, ist eine große Menge an Reduktionsmittel (wie beispielsweise HC und CO) in dem Abgas enthalten, und die Temperatur des NOx-Speichermittels, das in dem Abgaskanal angeordnet ist, wird hauptsächlich durch die Reaktion des Reduktionsmittels auf die Entschwefelungstemperatur oder höher gesteigert. In diesem Fall kann, da Unterschiede zwischen entsprechenden Abschnitten des NOx-Speichermittels verhältnismäßig klein sind, fast das gesamte Volumen des NOx-Speichermittels regeneriert werden oder von der Schwefelvergiftung durch Bewirken der Niedrigtemperaturverbrennung wiederhergestellt werden, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gehalten wird oder ein Reduktionsmittel an einem Ort stromaufwärtig des NOx-Speichermittels eingespritzt wird, um dadurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett zu machen.
  • Wenn jedoch das erforderliche Drehmoment der Brennkraftmaschine erhöht wird, und zwar wenn eine Kraftstoffeinspritzmenge erhöht wird, wird es schwierig, die Niedrigtemperaturverbrennung auszuführen, da die Temperatur des Kraftstoffes und des umgebenden Gases zum Zeitpunkt der Verbrennung gesteigert wird. Die Niedrigtemperaturverbrennung kann nämlich nur ausgeführt werden, wenn die Brennkraftmaschine in einem Niedriglastbetriebszustand ist, in dem die Wärmemenge, die durch die Verbrennung erzeugt wird, verhältnismäßig klein ist. Somit kann das Schwefelregenerationsverfahren zum Regenerieren des Nox-Speichermittels durch Einsetzen der Niedrigtemperaturverbrennung nicht ausgeführt werden, während die Brennkraftmaschine mit hoher Last arbeitet.
  • Bei einem weiteren bekannten Verfahren zum Ausführen der Schwefelregenerationssteuerung, wie es beispielsweise in der Druckschrift JP 11-350949 A offenbart ist, wird Kraftstoff, der als ein Reduktionsmittel dient, in einen Abgaskanal stromaufwärtig des NOx-Speichermittels eingespritzt. In diesem Fall wird die Temperatur des NOx-Speichermittels durch die Reaktion des somit eingespritzten Kraftstoffes gesteigert. Dieses Verfahren ermöglicht es, Schwefelregeneration sogar in einem Betriebszustand auszuführen, in dem die vorstehend beschriebene Niedrigtemperaturverbrennung nicht ausgeführt werden kann.
  • Wenn jedoch die Einspritzung des Kraftstoffes oder des Reduktionsmittels zum Halten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einem fetten Bereich angewendet wird, wird die Temperatur des NOx-Speichermittels fortschreitend durch die Reaktion des Kraftstoffes oder Reduktionsmittels in dem NOx-Speichermittel erhöht und kann eine Hitzeermüdungstemperatur, bei der das NOx-Speichermittel eine Hitzeermüdung erleidet, abhängig vom Betriebszustand des Motors überschreiten. Insbesondere wird, wenn der Kraftstoff oder das Reduktionsmittel, die in den Abgaskanal eingespritzt werden, eine verhältnismäßig niedrige Reaktivität haben, die Temperatur stärker in einem stromabwärtigen Abschnitt des NOx-Speichermittels gesteigert, und dieser Abschnitt kann übermäßig erhitzt werden, und zwar kann seine Temperatur die Hitzeermüdungstemperatur überschreiten.
  • Ein Abgasemissionssteuerverfahren und eine Abgasemissionssteuervorrichtung mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Patentansprüche 1 und 12 sind bekannt durch die Druckschrift DE 198 13 654 A1 . Sowohl bei dem durch diese Druckschrift bekannten Verfahren als auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist Voraussetzung für die Schwefelregeneration bzw. Entschwefelung, dass die Temperatur des Speichermittels zumindest gleich der vergleichsweise hohen Entschwefelungstemperatur von beispielsweise 600°C ist. Während der Entschwefelung wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Speichermittel strömenden Abgases auf im Wesentlichen das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein kleineres Verhältnis eingestellt. Durch die Reaktion des Kraftstoffes oder eines Reduktionsmittels des somit fetten Abgases in dem Speichermittel wird dessen Temperatur erhöht, so dass die Temperatur ansteigen kann auf einen übermäßig hohen Wert oberhalb der Hitzeermüdungstemperatur.
  • Die Druckschrift DE 198 55 090 A1 offenbart ein Verfahren, bei dem zum Zweck der Schwefelregeneration eines NOx-Speicherkatalysators dieser abwechselnd auf unterschiedlich hohe Temperaturen oberhalb der Entschwefelungstemperatur aufgeheizt wird. Während des Entschwefelungsprozesses kann das Abgas eine reduzierende, eine stöchiometrische oder eine leicht magere Zusammensetzung haben.
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  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Abgasemissionssteuerverfahren und die gattungsgemäße Abgasemissionssteuervorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass die Freisetzung von Schwefel von dem Speichermittel in einem breiten Bereich von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine möglich ist, ohne dass die Temperatur des Speichermittels übermäßig gesteigert wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Abgasemissionssteuerverfahren gemäß Patentanspruch 1 und die Abgasemissionssteuervorrichtung gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass während des Entschwefelungsprozesses das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein kleineres Verhältnis gesteuert wird, nachdem die Temperatur des Speichermittels in dem Temperatursteuer prozess durch einen Temperaturerhöhungsprozess erhöht worden ist, und dass der Temperaturerhöhungsprozess nur ausgeführt wird, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  • Der Temperaturerhöhungsprozess wird somit durchgeführt, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases überstöchiometrisch ist, das Abgas also mager ist. Dies hat eine vergleichsweise langsame Erhöhung der Temperatur des Abgases und des Speichermittels zur Folge. Ferner wird während des Temperaturerhöhungsprozesses die Reaktion von überschüssigem Kraftstoff im Speichermittel unterdrückt. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases wird auf das stöchiometrische oder ein kleineres Luft-Kraftstoff-Verhältnis erst verringert, nachdem der Temperaturerhöhungsprozess bei einem überstöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt worden ist. Diese Maßnahmen beugen der übermäßigen Erhitzung des Speichermittels vor.
  • Ferner werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess wiederholt ausgeführt, um Schwefel von dem Speichermittel freizusetzen. Entsprechend kann die Freisetzung einer Schwefelkomponente, die Schwefelregeneration, in einem Betriebszustand bewirkt werden, in dem die Temperatur des Speichermittels übermäßig gesteigert würde, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch das Speichermittel fließt, für eine verlängerte Zeit im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder niedriger gehalten wird, um die Schwefelkomponente freizusetzen. Und zwar wird gemäß dem vorstehenden Aspekt der Erfindung, wenn eine Möglichkeit besteht, dass die Temperatur des Speichermittels auf höher als den vorgegebenen Temperaturbereich steigt und das Speichermittel in dem Entschwefelungsprozess übermäßig aufgeheizt wird, die Temperatur des Speichermittels auf ein Temperaturniveau innerhalb des Temperaturbereichs in einem nachfolgenden Temperatursteuerprozess gesteuert und somit verhindert, dass sie übermäßig gesteigert wird. Dieser Temperatursteuerprozess wird dann von einem weiteren Entschwefelungsprozess gefolgt, in dem die Schwefelkomponente von dem Speichermittel wieder freigesetzt wird. Somit macht es das Verfahren gemäß dem vorstehenden Aspekt der Erfindung möglich, die Schwefelkomponente von dem Speichermittel in einem breiteren Bereich der Betriebszustände freizusetzen, ohne die Temperatur des Speichermittels übermäßig zu steigern.
  • In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in dem Temperatursteuerprozess die Temperatur des Speichermittels durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch das Speichermittel strömenden Abgases erhöht oder verringert wird.
  • Da die Kraftstoffmenge (oder Reduktionsmittelmenge), die in dem Speichermittel einer Reaktion ausgesetzt ist, durch geeignetes Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, das durch das Speichermittel fließt, erhöht oder verringert werden kann, kann die Temperatur des Speichermittels durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gesteigert und gesenkt werden. Somit kann die Temperatur des Speichermittels durch ein einfaches Verfahren gesteuert werden.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass die Menge des durch das Speichermittel strömenden Abgases in dem Temperatursteuerprozess größer ist als in dem Entschwefelungsprozess.
  • In dem Fall, in dem die Menge an Abgas, die durch das Speichermittel fließt, steuerbar ist, kann eine Freisetzung von Schwefel vom Speichermittel durch Steuern der Menge des Abgases auf einen gewünschten Wert bei jedem von dem Temperatursteuerprozess und dem Entschwefelungsprozess gefördert werden. Insbesondere wird, wenn die Temperatur des Speichermittels durch Einspritzen von Kraftstoff als ein Reduktionsmittel in den Abgaskanal in dem Temperatursteuerprozess gesteigert werden muss, die Menge des Abgases, das durch das Speichermittel fließt, erhöht, so dass eine größere Menge an Sauerstoff zu dem Speichermittel zugeführt wird, wodurch die Temperatur des Speichermittels in einer kurzen Zeit erhöht werden kann. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch das Speichermittel fließt, im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder fett durch Einspritzen von Kraftstoff als ein Reduktionsmittel in den Abgaskanal in dem Entschwefelungsprozess gemacht werden muß, kann die erforderliche Menge des Kraftstoffes (oder des Reduktionsmittels) durch Verringern der Menge des Abgases, das durch das Speichermittel fließt, verringert werden. In diesem Fall kann, da eine Temperaturerhöhung in dem Entschwefelungsprozess unterdrückt wird, eine Freisetzung von Schwefel (z.B. Schwefelregeneration) sogar in einem Betriebszustand bewirkt werden, in dem die Temperatur des Speichermittels übermäßig gesteigert werden würde, wenn die Menge des Abgases nicht gesteuert werden kann.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
  • Die vorstehenden und/oder weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungs beispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich, in denen gleiche Bezugszeichen verwendet sind, um gleiche Elemente zu bezeichnen, und wobei.
  • 1 eine Ansicht ist, die eine Abgasemissionssteuervorrichtung zeigt, mittels der ein Abgasemissionssteuerverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Dieselbrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung durchgeführt wird;
  • 2A eine Ansicht ist, die zum Erläutern der Funktion eines NOx-Speichermittels, NOx zu speichern, geeignet ist;
  • 2B eine Ansicht ist, die zum Erläutern der Funktion des NOx-Speichermittels, zu reduzierendes und zu entfernendes NOx freizusetzen, geeignet ist;
  • 3 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Steuerroutine zeigt, gemäß der ein Schwefelregenerationsverfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgeführt wird;
  • 4 ein Zeitdiagramm ist, das ein Beispiel von Änderungen in der Temperatur des NOx-Speichermittels zeigt, wenn eine Steuerung gemäß der Steuerroutine, die in 3 gezeigt ist, mit einem Einspritzmuster eines Reduktionsmittels und Änderungen in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, das durch das NOx-Speichermittel fließt, ausgeführt wird;
  • 5 eine Ansicht ist, die ein weiteres Beispiel einer Abgasbehandlungsvorrichtung für eine Dieselbrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung zeigt;
  • 6 eine Ansicht ist, die die Konstruktion eines weiteren Beispiels einer Abgasbehandlungsvorrichtung zeigt; und
  • 7 eine Ansicht ist, die die Konstruktion eines weiteren Beispiels einer Abgasbehandlungsvorrichtung zeigt.
  • 1 zeigt eine Abgasemissionssteuervorrichtung, mittels der ein Abgasemissionssteuerverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einer Dieselbrennkraftmaschine mit Direkteinspritzung durchgeführt wird. Die Erfindung kann ebenso auf eine fremdgezündete Brennkraftmaschine angewandt werden.
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  • Das System, das in 1 gezeigt ist, hat einen Motorkörper 1, einen Zylinderblock 2, einen Zylinderkopf 3, einen Kolben 4, eine Verbrennungskammer 5, einen elektrisch gesteuerten Kraftstoffinjektor 6, ein Einlassventil 7, einen Einlassanschluss 8, ein Abgasventil 9 und einen Abgasanschluss 10. Der Einlassanschluss 8 kommuniziert mit einem Sammelbehälter 12 über eine entsprechende Einlasszweigleitung 11, wobei der Sammelbehälter 12 mit einem Kompressor 15 eines Abgasturboladers 14 über einen Einlasskanal 13 verbunden ist. Ein Drosselventil 17, das durch einen Schrittmotor 16 antreibbar ist, ist in dem Einlasskanal 13 angeordnet, und eine Kühlvorrichtung 18 zum Kühlen von Einlassluft, die in den Einlasskanal 13 fließt, ist um den Einlasskanal 13 angeordnet. In diesem System, das in 1 gezeigt ist, wird Motorkühlmittel zu der Kühlvorrichtung 18 geführt, so dass die Einlassluft durch das Motorkühlmittel in der Kühlvorrichtung 18 gekühlt wird.
  • Ferner ist der Abgasanschluss 10 mit einer Abgasturbine 21 des Abgasturboladers 14 über einen Abgaskrümmer 19 und einen Abgaskanal 20 verbunden, und eine Abgasbehandlungsvorrichtung 100 ist mit einem Auslass der Abgasturbine 21 gekoppelt. Die Abgasbehandlungsvorrichtung 100 beinhaltet ein NOx-Speichermittel 46. Zusätzlich ist eine Einspritzdüse 44 zum bedarfsweisen Einspritzen eines Reduktionsmittels in dem Abgasweg stromaufwärtig des NOx-Speichermittels 46 vorgesehen. Es versteht sich, dass die Einspritzdüse 44 an jeglichem Ort zwischen dem NOx-Speichermittel 46 und dem Abgasanschluss 10 angeordnet werden kann.
  • In der vorliegenden Beschreibung werden Ausdrücke wie beispielsweise "ein stromaufwärtiger Abschnitt des NOx-Speichermittels" und "ein stromabwärtiger Abschnitt des NOx-Speichermittels" mit der Bedeutung "ein NOx-Speichermittel, das an einem stromaufwärtigen Abschnitt eines Trägers gelagert ist" und "ein NOx-Speichermittel, das an einem stromabwärtigen Abschnitt eines Trägers gelagert ist" zugunsten der Einfachheit benutzt.
  • Der Abgaskrümmer 19 und der Sammelbehälter 12 sind miteinander durch einen Abgasrückführkanal 24, der im Folgenden als EGR-Kanal bezeichnet wird, verbunden. Ein elektrisch gesteuertes EGR-Steuerventil 25 ist in dem EGR-Kanal 24 angeordnet. Ferner ist eine Kühlvorrichtung 26 zum Kühlen von rückgeführtem Abgas, das in dem EGR-Kanal 24 fließt, um den EGR-Kanal 24 angeordnet. In diesem System, das in 1 gezeigt ist, wird das Motorkühlmittel zu der Kühlvorrichtung 26 geführt, so dass das rückgeführte Abgas durch das Motorkühlmittel gekühlt wird. Jeder der Kraftstoffinjektoren 6 für einen jeweiligen Zylinder ist mit einem Kraftstoffvorratsbehälter oder einer Commonrail 27 über eine entsprechende Kraftstoffzuführleitung 6a verbunden. Kraftstoff wird von einer elektrisch gesteuerten Kraftstoffpumpe 28 zugeführt, deren Kraftstoffzuführmenge zu der Commonrail 27 variabel ist, und der Kraftstoff, der zu der Commonrail 27 zugeführt wird, wird dann zu dem Kraftstoffinjektor 6 über die entsprechende Kraftstoffzuführleitung 6a zugeführt. An der Commonrail 27 ist ein Drucksensor 29 zum Erfassen des Kraftstoffdrucks in der Commonrail 27 angebracht. Im Betrieb wird die Fördermenge der Kraftstoffpumpe 28 basierend auf einem Ausgangssignal des Drucksensors 29 gesteuert, so dass der Kraftstoffdruck in der Commonrail 27 gleich einem Sollkraftstoffdruck wird.
  • Eine ECU (elektronische Steuereinheit) 30 besteht hauptsächlich aus einem Digitalrechner und beinhaltet einen ROM (Nur-Lese-Speicher) 32, einen RAM (Direkt-Zugriffsspeicher) 33, einen CPU (Mikroprozessor) 34, einen Eingangsanschluss 35 und einen Ausgangsanschluss 36, die miteinander über einen bi-direktionalen Bus 31 verbunden sind. Der Eingangsanschluss 35 erhält ein Ausgangssignal von dem Drucksensor 29 über einen entsprechenden A/D-Wandler 37. Ein Kraftaufnehmer 41, der eine Ausgangsspannung proportional zu einem Niederdrückungsgrad eines Gaspedals 40 erzeugt, ist mit dem Gaspedal 40 verbunden, und der Eingangsanschluss 35 empfängt ein Ausgangssignal des Kraftaufnehmers 41 über einen entsprechenden A/D-Wandler 37. Ein Kurbelstellungssensor 42, der jedes Mal, wenn die Kurbelwelle sich um 30° dreht, einen Ausgangsimpuls erzeugt, ist z.B. mit dem Eingangsanschluss 35 verbunden. Andererseits ist der Ausgangsanschluss 36 mit den Kraftstoffinjektoren 6, dem Schrittmotor 16 zum Antreiben des Drosselventils 17, dem EGR-Steuerventil 25, der Einspritzdüse 44 und der Kraftstoffpumpe 28 über entsprechende Antriebssteuerkreise 38 verbunden.
  • Als nächstes wird das NOx-Speichermittel 46 in näheren Einzelheiten beschrieben. Das NOx-Speichermittel 46 besteht hauptsächlich z.B. aus mindestens einem Element ausgewählt aus Alkalimetallen, wie beispielsweise Kalium (K), Natrium (Na), Lithium (Li) und Cäsium (Cs), Erdalkalimetallen, wie beispielsweise Barium (Ba) und Kalzium (Ca), und seltenen Erden, wie beispielsweise Lanthan (La) und Yttrium (Y), und einem Edelmetall, wie beispielsweise Platin (Pt). Das NOx-Speichermittel 46 speichert NOx, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch das NOx-Speichermittel 46 fließt (was, wenn angemessen, "durchfließendes Abgas" genannt wird), mager ist und setzt das gespeicherte NOx bei Vorhandensein eines Reduktionsmittels frei, so dass das NOx durch das Reduktionsmittel reduziert wird und somit von dem NOx-Speichermittel 46 entfernt wird. Somit hat das NOx-Speichermittel 46 eine Funktion zum Speichern, Freisetzen, Reduzieren und Entfernen von NOx.
  • Während eines normalen Betriebs der in 1 gezeigten Dieselbrennkraftmaschine ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases normalerweise mager und speichert das NOx-Speichermittel 46 NOx aus dem Abgas. Wenn ein Reduktionsmittel von der Einspritzdüse 44 stromaufwärtig des NOx-Speichermittels 46 in den Abgaskanal eingeführt wird, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch das NOx-Speichermittel 46 fließt, verringert. Bei Vorhandensein des somit eingeführten Reduktionsmittels setzt das NOx-Speichermittel 46 das gespeicherte NOx frei, und das freigesetzte NOx wird durch das Reduktionsmittel reduziert und somit von dem NOx-Speichermittel 46 entfernt.
  • Während der detaillierte Mechanismus zum Speichern, Freisetzen, Reduzieren und Entfernen von NOx nicht vollständig geklärt worden ist, wird angenommen, dass Speicherung, Freisetzung, Reduktion und Entfernung von NOx durch einen Mechanismus ausgeführt werden, der in 2A und 2B beispielhaft gezeigt ist. Dieser Mechanismus wird nachstehend unter Bezugnahme auf den Fall erläutert, in dem Platin (Pt) und Barium (Ba) auf dem Träger gelagert sind und NOx in der Form von Nitrat gespeichert wird.
  • Wenn das Abgas, das durch das NOx-Speichermittel 46 fließt, ein beträchtlich mageres (d.h. großes) Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, ist die Sauerstoffkonzentration in dem durchfließenden Abgas stark erhöht, und Sauerstoff O2 haftet an der Oberfläche des Platins Pt in der Form von O2 – oder O2–, wie in 2A gezeigt ist. Andererseits reagiert NO, das in dem durchfließenden Abgas enthalten ist, mit O2 – oder O2– an der Oberfläche des Platins Pt, um NO2 zu bilden (2NO + O2 → 2NO2). Ein Teil des NO2, das somit ausgebildet wird, wird in dem NOx-Speichermittel 46 gespeichert oder gefangen, während es weiter auf dem Platin Pt oxidiert wird, und diffundiert in das NOx-Speichermittel 46 in der Form von Nitrationen NO3 –, wie in 2A gezeigt ist, während es mit Bariumoxid BaO vereinigt wird. Auf diese Weise wird NOx in dem NOx-Speichermittel 46 gespeichert.
  • NO2 wird auf der Oberfläche des Platins Pt, so lange wie die Sauerstoffkonzentration in dem durchfließenden Abgas hoch ist, erzeugt, und das NO2 wird in dem NOx-Speichermittel 46 gespeichert, um Nitrationen NO3 – auszubilden, so lange wie die NOx-Speicherkapazität des NOx-Speichermittels 46 nicht gesättigt ist. Im Gegensatz dazu, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem durchfließenden Abgas gesenkt ist und die Menge an auf dem Platin Pt ausgebildeten NO2 verringert ist, läuft die Reaktion in der entgegengesetzten Richtung ab (d.h. NO3 – → NO2), und in dem NOx-Speichermittel 46 gespeicherte Nitrationen NO3 – werden von dem NOx-Speichermittel 46 in der Form von NO2 freigesetzt. Und zwar wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem durch das NOx-Speichermittel 46 fließende Abgas gesenkt ist, NOx von dem NOx-Speichermittel 46 freigesetzt. Wenn der Grad der Magerkeit des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases verringert ist, ist die Sauerstoffkonzentration in dem durchfließenden Abgas verringert, wodurch NOx von dem NOx-Speichermittel 46 freigesetzt wird.
  • Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases in dieser Situation verringert ist, reagieren HC und CO in dem Abgas mit Sauerstoff O2 – oder O2– an dem Platin Pt, um oxidiert zu werden. Ferner wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem durchfließenden Abgas verringert wird, die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas erheblich gesenkt, und daher wird NO2 von dem NOx-Speichermittel 46 freigesetzt, so dass das NO2 mit dem unverbrannten HC und CO reagiert, um reduziert und entfernt zu werden, wie in 2B gezeigt ist. Wenn NO2 von der Oberfläche des Platins Pt verschwindet, wird mehr und mehr NO2 von dem NOx-Speichermittel 46 freigesetzt. Daher wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durchfließenden Abgases verringert ist und das Reduktionsmittel am das NOx-Speichermittel 46 vorhanden ist, NOx von dem NOx-Speichermittel 46 in kurzer Zeit freigesetzt, um reduziert und entfernt zu werden.
  • Das vorstehend genannte Luft-Kraftstoff-Verhältnis bedeutet das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff, die zu dem Abgaskanal stromaufwärtig des NOx-Speichermittels 46 und der Verbrennungskammer oder dem Einlasskanal zugeführt werden. Wenn weder Luft noch Reduktionsmittel zu dem Abgaskanal zugeführt wird, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases gleich dem Betriebs-Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine, d.h. dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das in der Verbrennungskammer verbrannt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird Leichtöl, das als Kraftstoff der Brennkraftmaschine dient, als Reduktionsmittel verwendet, so dass der Aufwand des Speicherns und Zuführens des Reduktionsmittels vermieden wird.
  • Als nächstes wird ein Mechanismus der Schwefelvergiftung des NOx-Speichermittels 46 erläutert. Wenn das Abgas eine SOx-Komponente enthält, speichert das NOx-Speichermittel 46 SOx in dem Abgas durch den gleichen Mechanismus wie dem für die Speicherung von NOx. Und zwar wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, SOx (wie beispielsweise SO2) in dem Abgas an Platin Pt oxidiert, um SO3 – oder SO4 – auszubilden, das sich dann mit Bariumoxid BaO verbindet, um BaSO4 auszubilden. Da BaSO4 verhältnismäßig stabil ist und dazu neigt, große Kristalle auszubilden, ist es weniger wahrscheinlich, dass es gelöst und freigesetzt wird, wenn es einmal gebildet ist. Wenn die Menge an BaSO4, das somit in dem NOx-Speichermittel 46 ausgebildet ist, erhöht ist, wird die Menge an BaO, die zum Speichern von NOx verwendet werden kann, verringert, und die NOx-Speicherkapazität wird verringert.
  • Um die Schwefelvergiftung zu eliminieren, ist es notwendig, BaSO4, das in dem NOx-Speichermittel 46 bei hoher Temperatur ausgebildet wird, zu lösen und Sulfationen, wie beispielsweise SO3 – oder SO4 –, die durch Lösung ausgebildet werden, unter einer Atmosphäre zu verringern, die annähernd das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis (inklusive eines leicht mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses) oder ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, so dass die Sulfationen in gasförmiges SO2 umgewandelt werden, das von dem NOx-Speichermittel 46 freigesetzt wird. Eine Atmosphäre mit einem fetten Luft-Kraftstoffverhältnis wird im Folgenden als "fette Atmosphäre" bezeichnet. Somit muss das NOx-Speichermittel 46 einer hohen Temperatur und einer fetten Atmosphäre ausgesetzt werden, um von der Schwefelvergiftung regeneriert oder wiederhergestellt zu werden.
  • Während sogenannte Niedrigtemperaturverbrennung bei einem der möglichen Schwefelregenerationsverfahren eingesetzt werden kann, wird dieses Verfahren nur ausgeführt, wenn die Brennkraftmaschine sich in einem Niedriglastbetriebszustand befindet, wie vorstehend diskutiert ist. In einem weiteren Schwefelregenerationsverfahren wird ein Reduktionsmittel (z.B. Kraftstoff) stromaufwärtig des NOx-Speichermittels in den Abgaskanal eingespritzt, so dass die Temperatur des NOx-Speichermittels gesteigert und eine fette Atmosphäre erzeugt wird. In diesem Verfahren wird jedoch, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das NOx-Speichermittel fließenden Abgases in einem fetten Bereich gesteuert gehalten wird, die Temperatur des NOx-Speichermittels fortschreitend durch die Reaktion des Reduktionsmittel in dem NOx-Speichermittel erhöht und kann sie abhängig von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine übermäßig erhöht werden. Insbesondere neigt dann, wenn das Reduktionsmittel, das in den Abgaskanal eingespritzt wird, eine verhältnismäßig niedrige Reaktivität hat, die Temperatur dazu, an einem stromabwärtigen Abschnitt des NOx-Speichermittels erhöht zu werden, und die Temperatur dieses Abschnitts kann eine Hitzeermüdungstemperatur überschreiten, bei der Hitzeermüdung auftritt.
  • Wie aus der vorstehenden Beschreibung verständlich ist, sind die Betriebszustände, die Schwefelregeneration des NOx-Speichermittels erlauben, auf nur einen Teil der Betriebszustände der Brennkraftmaschine begrenzt.
  • Angesichts der vorstehenden Situation zielt die Erfindung auf die Realisierung einer Schwefelregeneration in einem breiten Bereich der Betriebszustände der Brennkraftmaschine, ohne dass die Temperatur des NOx-Speichermittels bzw. der Abgasbehandlungsvorrichtung übermäßig erhöht wird.
  • Als nächstes wird ein Abgasemissionssteuerverfahren, das Schwefelregeneration in der Brennkraftmaschine, die in 1 gezeigt ist, in einem breiteren Bereich der Betriebszustände erlaubt, unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Steuerroutine zeigt, die eingerichtet ist, um dieses Verfahren auszuführen. Die ECU 30 führt diese Steuerroutine als eine Unterbrechungsroutine bei vorgegebenen Zeitintervallen aus.
  • Bei Start der Steuerroutine wird bei Schritt 101 bestimmt, ob eine Bedingung zur Schwefelregeneration des NOx-Speichermittels 46 erfüllt ist. Zum Beispiel ist die Bedingung zur Ausführung der Schwefelregeneration, dass die Menge an in dem NOx-Speichermittel 46 gespeichertem SOx gleich oder größer als eine vorgegebene Menge wird. In diesem Fall wird, da es schwierig ist, die gespeicherte SOx-Menge direkt zu erhalten, die gespeicherte SOx-Menge basierend auf der von der Brennkraftmaschine emittierten SOx-Menge geschätzt, die z.B. der Fahrzeugfahrstrecke entspricht. Und zwar wird bestimmt, dass die Bedingung zum Ausführen der Schwefelregeneration erfüllt ist, wenn die Fahrstrecke, die von einem Zeitpunkt gemessen wird, an dem Schwefelregeneration als letztes ausgeführt wurde, größer als ein vorgegebener Wert wird.
  • Wenn bei Schritt 101 bestimmt ist, dass die Bedingung zum Ausführen der Schwefelregeneration nicht erfüllt ist, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet. Wenn bestimmt ist, dass die Bedingung zum Ausführen der Schwefelregeneration erfüllt ist, schreitet die Steuerung zu Schritt 103 vor.
  • Bei Schritt 103 wird ein Temperatursteuerprozess ausgeführt. Der Temperatursteuerprozess erfolgt, um die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs zu steuern, der Freisetzung von Schwefel von dem NOx-Speichermittel 46 erlaubt. Die untere Grenze des Temperaturbereichs kann beispielsweise auf eine Entschwefelungstemperatur (oder Schwefelfreisetzungstemperatur) (z.B. 600°C) gesetzt werden, die erlaubt, Schwefel von dem NOx-Speichermittel 46 freizusetzen. Die obere Grenze des Temperaturbereichs kann beispielsweise auf eine Temperatur gesetzt werden, die niedriger als die Hitzeermüdungstemperatur des NOx-Speichermittels 46 ist. Die obere Grenztemperatur kann so bestimmt sein, dass die Temperatur für eine Weile nicht die Hitzeermüdungstemperatur erreicht, nachdem ein Entschwefelungsprozess, der weiter unten beschrieben wird, gestartet worden ist.
  • In dem Temperatursteuerprozess wird die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs gesteuert. Insbesondere wird die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 gesteigert, wenn sie niedriger als die untere Grenztemperatur des Temperaturbereichs ist, und die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 wird gesenkt, wenn sie höher als die obere Grenztemperatur des Temperaturbereichs ist.
  • Als ein Verfahren des Steigerns der Temperatur des NOx-Speichermittels 46 wird ein Reduktionsmittel von der Einspritzdüse 44 in den Abgaskanal eingespritzt. Wenn das Reduktionsmittel von der Einspritzdüse 44 eingespritzt wird, durchläuft das somit eingespritzte Reduktionsmittel eine Reaktion am NOx-Speichermittel 46, so dass die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 gesteigert werden kann. In diesem Fall ist vorgesehen, während spezielle Bedingungen zur Einspritzung des Reduktionsmittels inklusive der Menge des eingespritzten Reduktionsmittels abhängig von einem erforderlichen Grad der Erhöhung der Temperatur bestimmt werden können, das Reduktionsmittel so einzuspritzen, dass das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager wird, so dass eine schnelle Erhöhung der Temperatur verhindert wird und das Reduktionsmittel zum Erhöhen der Temperatur effizient verwendet wird.
  • Als ein Verfahren zum Senken der Temperatur des NOx-Speichermittels wird andererseits die Menge des Reduktionsmittels, die eingespritzt wird, verringert oder wird die Einspritzung des Reduktionsmittels gestoppt. Auf diese Weise wird die Menge des Reduktionsmittels, die eine Reaktion am NOx-Speichermittel 46 durchläuft, verringert und wird Wärme des NOx-Speichermittels 46 durch das durch das NOx-Speichermittel 46 fließende Abgas abgeführt, so dass die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 gesenkt werden kann.
  • Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases wird verringert, wenn das Reduktionsmittel von der Einspritzdüse 44 eingespritzt wird, und wird erhöht, wenn die Menge des eingespritzten Reduktionsmittels verringert wird oder die Einspritzung des Reduktionsmittels gestoppt wird. Es folgt aus der vorstehenden Beschreibung, dass in dem Temperatursteuerprozess die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases gesteigert oder gesenkt wird.
  • Bei Schritt 105, der Schritt 103 folgt, wird bestimmt, ob eine erste Schaltbedingung zum Schalten der Steuerung von dem Temperatursteuerprozess zu dem Entschwefelungsprozess erfüllt ist. Die erste Schaltbedingung ist im Wesentlichen die, dass die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs ist. Die Bedingung kann jedoch spezieller auf verschiedene Arten eingestellt werden.
  • Zum Beispiel ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur des NOx-Speichermittels 46 nicht vorgesehen, und es wird bestimmt, dass die erste Schaltbedingung erfüllt ist, wenn die Zeitdauer, für die der Temperatursteuerprozess weiter ausgeführt wird, eine vorgegebene Zeitperiode erreicht. Die vorgegebene Zeitperiode kann auf eine feste Zeitperiode für jeden von dem Fall, in dem die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 gesteigert wird, und dem Fall gesetzt sein, in dem die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 gesenkt wird. In diesem Fall kann das Verfahren zum Einspritzen des Reduktionsmittels für jeden von dem Fall, in dem die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 erhöht wird, und von dem Fall fixiert werden, in dem die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 gesenkt wird, und die Zeit, die erforderlich ist, um die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 zu steigern oder zu senken, um in den vorgegebenen Temperaturbereich einzutreten, kann im Voraus bestimmt werden, so dass die somit bestimmte Zeitdauer als die vorstehend genannte vorgegebene Zeitperiode gesetzt wird. Dieses Verfahren kann die Steuerung vorteilhaft vereinfachen, aber macht es schwierig oder unmöglich, eine feine und fortgeschrittene Temperatursteuerung auszuführen.
  • Um eine fortgeschrittenere Temperatursteuerung auszuführen, kann die vorgegebene Zeitperiode entsprechend den Betriebszuständen (zum Beispiel Motorlast Q/N (Durchflussrate der Einlassluft Q/Motordrehzahl N), Motordrehzahl N und so weiter) der Brennkraftmaschine bestimmt werden. Und zwar kann die erforderliche Zeitdauer, um die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 auf ein Niveau in dem vorgegebenen Temperaturbereich unter Berücksichtigung der Betriebszustände des Verfahrens zum Einspritzen des Reduktionsmittels und so weiter zu erhöhen oder zu verringern, im Voraus bestimmt werden und in der Form eines Kennfeldes aufgezeichnet werden, und die vorgegebene Zeitperiode kann entsprechend den Betriebszuständen zum jeweiligen Zeitpunkt basierend auf dem Kennfeld gesetzt werden.
  • Alternativ kann ein Temperatursensor vorgesehen werden und es kann bestimmt werden, ob die erste Schaltbedingung basierend auf der Temperatur erfüllt ist, die durch den Temperatursensor gemessen wird. In diesem Fall ist anzumerken, dass der Temperaturbereich, der eine Basis für die Bestimmung schafft, von dem vorstehend beschriebenen Temperaturbereich abhängig davon abweichen kann, welcher Abschnitt des NOx-Speichermittels 46 die durch den Temperatursensor gemessene Temperatur hat.
  • Insbesondere treten beispielsweise dann, wenn ein Reduktionsmittel in den Abgaskanal eingespritzt wird, große Temperaturunterschiede zwischen entsprechenden Abschnitten des NOx-Speichermittels 46 auf, da die Reaktivität des Reduktionsmittels (zum Beispiel Kraftstoff) verhältnismäßig niedrig ist. Im Allgemeinen steigt die Temperatur eines stromabwärtigen Abschnitts des NOx-Speichermittels 46 stärker als die seines stromaufwärtigen Abschnitts. In dem Fall, in dem die Temperatur des stromabwärtigen Abschnitts des NOx-Speichermittels 46 durch den Temperatursensor gemessen wird, besteht daher eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Temperatur der anderen Abschnitte des NOx-Speichermittels 46 die Entschwefelungstemperatur nicht erreicht hat, selbst wenn die Temperatur des stromabwärtigen Abschnitts die Entschwefelungstemperatur erreicht. In dem Fall, in dem die Temperatur des stromaufwärtigen Abschnitts des NOx-Speichermittels 46 durch den Temperatur sensor gemessen wird, kann andererseits die Temperatur des stromabwärtigen Abschnitts des NOx-Speichermittels 46 die Hitzeermüdungstemperatur bis zu dem Zeitpunkt überschreiten, wenn die somit gemessene Temperatur des stromaufwärtigen Abschnitts die Entschwefelungstemperatur erreicht.
  • Es versteht sich aus der vorstehenden Beschreibung, dass, wenn der Temperatursensor vorgesehen ist, und es bestimmt wird, ob die erste Schaltbedingung basierend auf der gemessenen Temperatur erfüllt ist, der Temperaturbereich, der die Basis für die Bestimmung schafft, unter Berücksichtigung des Abschnitts des NOx-Speichermittels 46, für den die Temperatur durch den Temperatursensor gemessen wird, und der Temperaturverteilung, die in dem NOx-Speichermittel 46 auftritt, gesetzt werden muss. Der Temperatursensor kann in einem stromaufwärtigen Abschnitt, einem mittleren Abschnitt oder einem stromabwärtigen Abschnitt des NOx-Speichermittels 46 vorgesehen sein oder kann stromabwärtig des NOx-Speichermittels 46 angeordnet sein. In dem letzteren Fall wird die Temperatur des Abgases gemessen, und die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 wird basierend auf der Abgastemperatur geschätzt. Während es keine besondere Beschränkung für die Position gibt, an der der Temperatursensor vorgesehen ist, ist es gewünscht, dass der Temperatursensor die Temperatur des stromabwärtigen Abschnitts des NOx-Speichermittels 46 misst, um Hitzeermüdung des NOx-Speichermittels 46 zu verhindern. Beim Setzen des Temperaturbereichs, der die Basis für die Bestimmung schafft, können die zu setzende obere Grenztemperatur und die untere Grenztemperatur jeweils niedriger als die des vorgegebenen Temperaturbereichs, der wie vorstehend beschrieben Freisetzung von Schwefel erlaubt, angesichts einer Temperaturerhöhung gesetzt werden, die auftritt, nachdem der nachstehend beschriebene Entschwefelungsprozess gestartet worden ist.
  • Wenn bei Schritt 105 bestimmt wird, dass die erste Schaltbedingung nicht erfüllt ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 103 zurück, um den Temperatursteuerprozess fortzusetzen. Wenn bestimmt wird, dass die erste Schaltbedingung erfüllt ist, schreitet die Steuerung zu Schritt 107 fort.
  • Bei Schritt 107 wird der Entschwefelungsprozess ausgeführt. In dem Entschwefelungsprozess wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein kleineres Verhältnis, d.h. "fett", gesteuert, und Schwefel wird von dem NOx-Speichermittel 46 freigesetzt.
  • Als ein Verfahren zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases wird ein Reduktionsmittel von der Einspritzdüse 44 in den Abgaskanal eingespritzt. Die Einspritzung des Reduktionsmittels bei dem Entschwefelungsprozess, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett zu machen, wird auf eine von der Einspritzung des Reduktionsmittels in dem Temperatursteuerprozess hinsichtlich der Menge des eingespritzten Reduktionsmittels und anderer Bedingungen unterschiedliche Weise ausgeführt. Beispielsweise ist, wenn ein Prozess des Einspritzens des Reduktionsmittels aus mehreren Malen der Einspritzung von der Einspritzdüse 44 besteht, die Menge des eingespritzten Reduktionsmittels pro Einspritzung oder die Einspritzdauer im Entschwefelungsprozess größer bzw. länger als in dem Temperatursteuerprozess, oder ist der Einspritzdruck in dem Entschwefelungsprozess höher als der in dem Temperatursteuerprozess, oder ist das Intervall der Einspritzvorgänge in dem Entschwefelungsprozess kürzer als in dem Temperatur steuerprozess, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf fett gesteuert ist.
  • Bei Schritt 109, der Schritt 107 folgt, wird bestimmt, ob eine Bedingung zum Abschluss der Schwefelregeneration erfüllt ist. Die Bedingung zum Abschluss der Schwefelregeneration kann auf verschiedene Arten eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Wert für eine Zeitdauer, für die der Entschwefelungsprozess auszuführen ist (das heißt die Dauer des Entschwefelungsprozesses, die für Schwefelregeneration des NOx-Speichermittels 46 erforderlich ist), vorgegeben werden und es kann bestimmt werden, ob die Bedingung zum Abschluss der Schwefelregeneration durch Vergleichen des vorgegebenen Werts mit der Ist-Zeit erfüllt ist, für die der Entschwefelungsprozess ausgeführt worden ist. Da der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess gemäß der Erfindung normalerweise wiederholt werden, ist der mit dem vorgegebenen Wert zu vergleichende Istwert die Gesamtzeit oder -dauer der mehreren Male des Entschwefelungsprozesses.
  • In einem weiteren Beispiel kann ein Wert für die Anzahl der Male, zu denen der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess wiederholt werden, (das heißt die Zahl der Male der Wiederholung des Temperatursteuerprozesses und des Entschwefelungsprozesses, die für die Schwefelregeneration des NOx-Speichermittels 46 erforderlich sind) vorgegeben werden und es kann bestimmt werden, dass die Bedingung zum Abschluss der Schwefelregeneration erfüllt ist, wenn der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess die vorgegebenen Anzahl von Malen wiederholt worden ist.
  • In einem weiteren Beispiel kann ein SOx-Sensor zum Messen der SOx-Konzentration in dem Abgas stromabwärtig des NOx- Speichermittels 46 vorgesehen sein. In diesem Fall wird bestimmt, dass die Bedingung zum Abschluss der Schwefelregeneration erfüllt ist, wenn die SOx-Konzentration, die durch den SOx-Sensor gemessen wird, auf gleich oder geringer als einen vorgegebenen Wert verringert ist, was anzeigt, dass die Freisetzung von Schwefel von dem NOx-Speichermittel 46 beendet ist.
  • Wenn bei Schritt 109 bestimmt ist, dass die Bedingung zum Abschluss der Schwefelregeneration erfüllt ist, wird die gegenwärtige Steuerroutine beendet. Da der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess in dieser Routine wiederholt ausgeführt werden, kann die Bedingung zum Abschluss der Schwefelregeneration als gleich einer Bedingung angesehen werden, unter der die Wiederholung des Temperatursteuerprozesses und des Entschwefelungsprozesses beendet wird.
  • Wenn bei Schritt 109 bestimmt ist, dass die Bedingung zum Abschluss der Schwefelregeneration nicht erfüllt worden ist, schreitet die Steuerung zu Schritt 111 vor. Bei Schritt 111 wird bestimmt, ob eine zweite Schaltbedingung zum Schalten der Steuerung von dem Entschwefelungsprozess zu dem Temperatursteuerprozess erfüllt ist. Die zweite Schaltbedingung ist im Wesentlichen, dass die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 außerhalb des vorstehend beschriebenen, vorgegebenen Temperaturbereichs kommt, und kann auf verschiedene Arten ähnlich zu denen in dem Fall der ersten Schaltbedingung gesetzt werden.
  • Beispielsweise kann bestimmt werden, dass die zweite Schaltbedingung erfüllt ist, wenn die Zeitdauer des Entschwefelungsprozesses (das heißt der Zeitraum, für den der Entschwefelungsprozess weiter ausgeführt wird) eine vorgegebene Zeitperiode erreicht hat. Diese vorgegebene Zeitperiode kann eine feste Zeitperiode sein oder kann unter Berücksichtigung des Betriebszustands der Brennkraftmaschine, des Verfahrens zum Einspritzen des Reduktionsmittels und so weiter, wie in dem Fall der ersten Schaltbedingung, vorgegeben werden.
  • Im Allgemeinen steigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases in dem Entschwefelungsprozess durch beispielsweise Einspritzen des Reduktionsmittels in den Abgaskanal auf fett gesteuert wird, die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 fortschreitend durch beispielsweise Reaktion des Reduktionsmittels. Wie in dem Fall der ersten Schaltbedingung kann die Zeitperiode, die für den Anstieg der Temperatur des NOx-Speichermittels 46 auf ein Niveau außerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs unter Berücksichtigung der Betriebszustände, des Verfahrens zum Einspritzen des Reduktionsmittels und so weiter erforderlich ist, im Voraus bestimmt werden und in der Form eines Kennfelds aufgezeichnet werden, und die vorgegebene Zeitperiode kann entsprechend den Betriebszuständen, die zum jeweiligen Zeitpunkt erfasst werden, basierend auf dem Kennfeld gesetzt werden.
  • Alternativ kann ein Temperatursensor vorgesehen werden und es kann bestimmt werden, ob die zweite Schaltbedingung basierend auf der Temperatur, die durch den Temperatursensor gemessen wird, erfüllt ist. In diesem Fall ist anzumerken, dass der Temperaturbereich, der eine Basis für die Bestimmung schafft, von dem vorstehend beschriebenen, vorgegebenen Temperaturbereich abhängig davon abweichen kann, welcher Abschnitt des NOx-Speichermittels 46 die durch den Temperatursensor gemessene Temperatur hat, wie in dem Fall der ersten Schaltbedingung.
  • In dem Fall, in dem die erste Schaltbedingung basierend auf der Temperatur, die durch den Temperatursensor gemessen wird, bestimmt wird und der Temperaturbereich, der die Basis für die Bestimmung bildet, unter Berücksichtigung des Ortes des NOx-Speichermittels 46, bei dem die Temperatur durch den Temperatursensor gemessen wird, und der Temperaturverteilung, die in dem NOx-Speichermittel 46 auftritt, gesetzt ist, kann die zweite Schaltbedingung basierend auf der Temperatur, die durch den gleichen Temperatursensor gemessen wird, durch Verwenden, als eine Basis für die Bestimmung, des gleichen Temperaturbereichs wie dem, der die Basis für die Bestimmung der ersten Schaltbedingung bildet, bestimmt werden.
  • Wenn bei Schritt 111 bestimmt wird, dass die zweite Schaltbedingung nicht erfüllt ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 107 zurück, um den Entschwefelungsprozess weiterzuführen. Wenn bestimmt ist, dass die zweite Schaltbedingung erfüllt ist, schreitet die Steuerung zu Schritt 103 fort, um den Temperatursteuerprozess wieder auszuführen. Somit werden gemäß der vorliegenden Steuerroutine der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess wiederholt für Schwefelregeneration ausgeführt, bis bei Schritt 109 bestimmt ist, dass die Bedingung zum Abschluss der Schwefelregeneration erfüllt ist. Da die ECU (elektronische Steuereinheit) 30 die Steuerroutine gemäß 3 ausführt, bildet sie sowohl eine Einrichtung zum Ausführen des Temperatursteuerprozesses als auch eine Einrichtung zum Ausführen des Entschwefelungsprozesses.
  • Wie vorstehend erläutert ist, wird ein einzelner Schwefelregenerationsablauf gemäß dem vorstehenden Verfahren durch mehrere Male Wiederholen des Temperatursteuerprozesses und des Entschwefelungsprozesses ausgeführt, und daher wird die Dauer eines einzelnen Entschwefelungsprozesses verkürzt. Die Verringerung der Dauer des einzelnen Entschwefelungsprozesses macht es möglich, Schwefelregeneration sogar in dem Betriebszustand auszuführen, in dem die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 übermäßig gesteigert werden würde, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases für eine verlängerte Zeit zur Schwefelregeneration fett gehalten wird.
  • Wenn der Motor in einem Betriebszustand ist, der Niedrigtemperaturverbrennung erlaubt, kann Niedrigtemperaturverbrennung mit dem auf mager gesteuerten Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausgeführt werden, um die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 in dem Temperatursteuerprozess zu steigern, oder Niedrigtemperaturverbrennung kann mit dem auf fett gesteuerten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Entschwefelungsprozess ausgeführt werden.
  • In einem anderen Beispiel kann eine von der ersten und der zweiten Schaltbedingung basierend auf der Dauer des Temperatursteuerprozesses oder des Entschwefelungsprozesses bestimmt werden und die andere Bedingung kann basierend auf der durch einen Temperatursensor gemessenen Temperatur bestimmt werden.
  • In einem weiteren Beispiel, in dem bestimmt wird, dass die erste Schaltbedingung erfüllt ist, wenn die Dauer des Temperatursteuerprozesses eine vorgegebene Zeit erreicht, und ein Temperatursensor zum Messen der Temperatur des NOx-Speichermittels 46 vorgesehen ist, kann die Zeitperiode, die für den Temperatursteuerprozess vorgegeben wird, gemäß der Rate des Erhöhens oder Verringerns der Temperatur des NOx-Speichermittels 46, die durch den Temperatursensor gemessen wird, korrigiert werden. Gleichermaßen kann, wo bestimmt ist, dass die zweite Schaltbedingung erfüllt ist, wenn die Dauer des Entschwefelungsprozesses eine vorgegebene Zeit erreicht, und ein SOx-Sensor zum Messen der SOx-Konzentration in dem Abgas stromabwärtig des NOx-Speichermittels 46 vorgesehen ist, die Zeitperiode, die für den Entschwefelungsprozess vorgegeben wird, entsprechend der Rate oder der Geschwindigkeit der Freisetzung von Schwefel von dem NOx-Speichermittel 46 korrigiert werden.
  • Auf diese Weise wird eine Steuerung entsprechend der Ist-Situation ausgeführt, und der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess werden mit verbesserter Effizienz ausgeführt, so dass das NOx-Speichermittel 46 sicher von der Schwefelvergiftung regeneriert oder wiederhergestellt werden kann.
  • Gleichermaßen kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases in dem Temperatursteuerprozess gemäß der Rate der Erhöhung oder der Verringerung der Temperatur des NOx-Speichermittels 46 gesteuert werden und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases kann in dem Entschwefelungsprozess entsprechend der Rate oder Geschwindigkeit der Freisetzung von Schwefel von dem NOx-Speichermittel 46 gesteuert werden. Auf diese Weise können auch der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess effizient ausgeführt werden und das NOx-Speichermittel 46 kann sicher von einer Schwefelvergiftung regeneriert oder wiederhergestellt werden.
  • 4 zeigt ein Beispiel von Temperaturänderungen in dem NOx-Speichermittel, wenn eine Steuerung entsprechend der Steuerroutine, die in 3 gezeigt ist, ausgeführt wird. In 4 sind die Temperaturänderungen gemäß einem Einspritzmuster des Reduktionsmittels und Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch das NOx-Speicher mittel fließenden Abgases aufgezeichnet. In 4 ist eine Periode A eine Periode, in der die Temperatur des NOx-Speichermittels in dem Temperatursteuerprozess gesteigert wird, und eine Periode B ist eine Periode des Entschwefelungsprozesses, während eine Periode C eine Periode ist, in der die Temperatur des NOx-Speichermittels in dem Temperatursteuerprozess gesenkt wird. Ferner stellt S, das in dem Abschnitt von 4 verwendet ist, der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zeigt, das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis dar, stellt TS, das in dem Abschnitt verwendet wird, der die Temperatur des NOx-Speichermittels zeigt, die Entschwefelungstemperatur dar, während TD, das in dem gleichen Abschnitt verwendet ist, die Hitzeermüdungstemperatur darstellt.
  • Wie in 4 gezeigt ist, wird das Reduktionsmittel in den Abgaskanal eingespritzt, so dass die Temperatur des NOx-Speichermittels in der Periode A gesteigert wird. In der Periode B wird eine größere Menge an Reduktionsmittel bei kürzeren Intervallen verglichen mit der Menge und dem Intervall in Periode A eingespritzt, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett gehalten ist. In der nachfolgenden Periode C wird die Einspritzung des Reduktionsmittels gestoppt, um die Temperatur des NOx-Speichermittels zu senken.
  • Aus dem in 4 gezeigten Beispiel versteht sich, dass die Temperatur am stärksten in dem stromabwärtigen Abschnitt des NOx-Speichermittels erhöht wird und die Temperatur des stromabwärtigen Abschnitts die Hitzeermüdungstemperatur TD überschreiten kann, wenn die Periode B verlängert würde, und zwar wenn die Einspritzung des Reduktionsmittels nicht gestoppt würde zu Beginn der Periode C. Und zwar ist der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in diesem Beispiel so, dass die Temperatur des NOx-Speichermittels übermäßig gesteigert werden würde, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durchfließenden Abgases für einen verlängerten Zeitraum fett gehalten wird, um Schwefelregeneration zu erhalten. Somit wird eine Steuerung gemäß der Steuerroutine, die in 3 gezeigt ist, ausgeführt, um eine übermäßige Erhöhung der Temperatur zu verhindern, die andernfalls in diesem Betriebszustand auftreten würde.
  • In der Periode B des Beispiels, das in 4 gezeigt ist, sind die Temperaturen des stromaufwärtigen, des mittleren und des stromabwärtigen Abschnitts des NOx-Speichermittels alle innerhalb eines Temperaturbereichs, dessen untere Grenze mindestens die Entschwefelungstemperatur TS ist und dessen obere Grenze geringer als die Hitzeermüdungstemperatur TD ist. Dementsprechend wird Schwefel von dem gesamten Volumen des NOx-Speichermittels freigesetzt, und zwar wird das NOx-Speichermittel als Ganzes von der Schwefelvergiftung regeneriert oder wiederhergestellt.
  • Nachstehend wird bezugnehmend auf 5 ein weiteres Schwefelregenerationsverfahren zum Regenerieren des NOx-Speichermittels 46 erläutert. 5 zeigt eine Brennkraftmaschine, die für die Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist. Bei der Brennkraftmaschine gemäß 5 ist ein Abgasdurchflusssteuerventil 73, das durch einen Antrieb 72 antreibbar ist, in einer Abgasleitung stromabwärtig des NOx-Speichermittels 46 angeordnet. Durch Antreiben des Abgasdurchflusssteuerventils 73 durch den Antrieb 72 kann die Durchflussrate des Abgases, das durch das NOx-Speichermittel 46 gelangt, wie gewünscht gesteuert werden.
  • Eine Steuerroutine für dieses Schwefelregenerationsverfahren ist ähnlich dem in 3 gezeigten, aber ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussrate bzw. Menge des Abgases, das durch das NOx-Speichermittel 46 gelangt, so gesteuert wird, dass der Temperatursteuerprozess (Schritt 103) und der Entschwefelungsprozess (Schritt 107) mit verbesserter Effizienz ausgeführt werden, während Freisetzung von Schwefel von dem NOx-Speichermittel 46 gefördert wird (nämlich Förderung von Schwefelregeneration). Darüber hinaus ermöglicht dieses Verfahren, Schwefelregeneration in einem sogar breiteren Bereich der Betriebszustände der Brennkraftmaschine auszuführen.
  • In diesem Verfahren, wenn die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 durch eine Einspritzung des Reduktionsmittels in dem Temperatursteuerprozess von Schritt 103 der Steuerroutine von 3 gesteigert werden muss, wird die Menge des durch das NOx-Speichermittels 46 fließenden Abgases als so groß wie möglich gesteuert. Als ein Ergebnis wird eine große Menge an Sauerstoff, die für eine Reaktion erforderlich ist, zu dem NOx-Speichermittel 46 zugeführt, und die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 kann auf ein gewünschtes Niveau in einer verhältnismäßig kurzen Zeit gesteigert werden. Wenn die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 gesenkt werden muss, wird die Menge des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases als so groß wie möglich gesteuert, während die Einspritzung des Reduktionsmittels gestoppt wird. Als ein Ergebnis wird Wärme von dem NOx-Speichermittel 46 durch das fließende Abgas abgeführt und die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 kann in einer verhältnismäßig kurzen Zeit gesenkt werden.
  • Andererseits, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases durch Einspritzen des Reduktionsmittels in den Abgaskanal in dem Entschwefelungsprozess von Schritt 107 in der Steuerroutine von 3 fett gemacht werden muss, wird die Durchflussrate des Abgases verringert. Als ein Ergebnis kann die Menge des eingespritzten Reduktionsmittels, das erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett zu machen, verringert werden, was eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit sicherstellt. In diesem Fall kann, da die Erhöhung der Temperatur des NOx-Speichermittels 46 in dem Entschwefelungsprozess unterdrückt wird (das heißt, da die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 weniger in dem Entschwefelungsprozess erhöht wird), Freisetzung von Schwefel (oder Schwefelregeneration) sogar in einem Betriebszustand ausgeführt werden, in dem die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 übermäßig gesteigert werden würde, wenn die Durchflussrate des Abgases nicht gesteuert werden würde.
  • Somit wird gemäß dem vorstehenden Verfahren Freisetzung von Schwefel von dem NOx-Speichermittel 46 gefördert und kann Schwefelregeneration in einem sogar breiteren Bereich von Betriebszuständen ausgeführt werden, ohne die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 übermäßig zu erhöhen.
  • Die Schwefelregeneration gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann ausgeführt werden und gleiche vorteilhafte Wirkungen können in dem Fall erhalten werden, in dem Abgasbehandlungsvorrichtungen 102 und 103, die wie nachstehend erläutert konstruiert sind, die Abgasbehandlungsvorrichtungen ersetzen, die durch die Bezugszeichen 100 und 101 in 1 und 5 bezeichnet sind.
  • Die Abgasbehandlungsvorrichtung 102, die in 6 gezeigt ist, hat einen Hauptkanal 60, der das NOx-Speichermittel 46 hat, und einen Bypasskanal 62, der von dem Hauptkanal 60 an der stromaufwärtigen Seite des NOx-Speichermittels 46 abzweigt und an der stromabwärtigen Seite des NOx-Speicher mittels 46 in den Hauptkanal 60 mündet. Die Einspritzdüse 44 zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in den Hauptkanal 60 ist an der stromaufwärtigen Seite des NOx-Speichermittels 46 in dem Hauptkanal 60 vorgesehen. Das Abgasdurchflusssteuerventil 73, das durch den Antrieb 72 antreibbar ist, ist in einem Verbindungsabschnitt des Hauptkanals 60 und des Bypasskanals 62, der stromabwärtig des NOx-Speichermittels 46 angeordnet ist, zum Steuern der Durchflussraten von Abgasen, die durch den Hauptkanal 60 beziehungsweise den Bypasskanal 62 strömen, vorgesehen.
  • Wenn die Abgasbehandlungsvorrichtung 102 eingesetzt wird, wird das Abgasdurchflusssteuerventil 73 verwendet, wenn die Menge des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases während Ausführung des vorstehend beschriebenen Schwefelregenerationsverfahrens gesteuert werden muss. Insbesondere wird die Menge des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases durch Steuern der Mengen der Abgase, die durch den Hauptkanal 60 beziehungsweise den Bypasskanal 62 fließen, gesteuert. Da der Bypasskanal 62 in der Abgasbehandlungsvorrichtung 102 eingesetzt wird, kann die Menge des durch das NOx-Speichermittel 46 fließenden Abgases gesteuert werden, ohne die Gesamtmenge des Abgases groß zu variieren, die durch den Abgaskanal fließt.
  • Das Verfahren zum Ausführen des vorstehend beschriebenen Schwefelregenerationsverfahrens durch Verwenden der Abgasbehandlungsvorrichtung 102 ist aus der vorstehenden Beschreibung dieses Verfahrens und der Beziehung zwischen Komponenten von jeder der Abgasbehandlungsvorrichtungen 100, 101, die in 1 und 5 gezeigt sind, und Komponenten der Abgasbehandlungsvorrichtung 102, die in 6 gezeigt ist, mit Ausnahme der Verwendung des Bypasskanals 72 zum Steuern des Durchflusses des Abgases, wie vorstehend beschrieben ist, ersichtlich. Daher erfolgt keine detaillierte Beschreibung dieses Verfahrens.
  • Nachstehend wird die Konstruktion der Abgasbehandlungsvorrichtung 103, die in 7 gezeigt ist, erläutert. Die Emissionssteuervorrichtung 103 hat einen stromaufwärtigen Hauptkanal 64, einen ersten und einen zweiten Zweigkanal 66, 66', in die der Hauptkanal 64 verzweigt, und einen stromabwärtigen Hauptkanal 64, in den sich die Zweigkanäle 66, 66' verbinden oder vereinigen. Ein erstes und ein zweites NOx-Speichermittel 46, 46' sind in dem ersten bzw. dem zweiten Zweigkanal 66, 66' angeordnet. Ferner sind Einspritzdüsen 44, 44' zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in die jeweiligen Zweigkanäle 66, 66' in den jeweiligen Zweigkänalen 66, 66' stromaufwärts des entsprechenden NOx-Speichermittels 46, 46' vorgesehen.
  • Ein Abgasdurchflusssteuerventil 73, das durch einen Antrieb 72 antreibbar ist, ist in einem Verbindungsabschnitt der zwei Zweigkanäle 66, 66' vorgesehen, die stromabwärtig der NOx-Speichermittel 46, 46' angeordnet sind. Das Abgasdurchflussventil 73 dient dazu, das Verhältnis der Durchflussrate von Abgas, das durch den Zweigkanal 66 gelangt, und der Durchflussrate von Abgas, das durch den Zweigkanal 66' gelangt, wie erforderlich zu steuern. Das Abgasdurchflusssteuerventil 73 ist normalerweise an einer Zwischenposition angeordnet, wie in 7 gezeigt ist, so dass die Menge des Abgases, das durch den ersten Zweigkanal 66 fließt, im Wesentlichen gleich der Menge des Abgases ist, das durch den zweiten Zweigkanal 66' fließt.
  • Das Verfahren zum Bewirken des vorstehend beschriebenen Schwefelregenerationsverfahrens durch Verwenden der Abgasbehandlungsvorrichtung 103 ist aus der vorstehenden Beschreibung dieses Verfahrens und der Beziehung zwischen Komponenten von jeder der Abgasbehandlungsvorrichtungen 100, 101, die in 1 und 5 gezeigt sind, und Komponenten der Abgasbehandlungsvorrichtung 103, die in 7 gezeigt ist, ersichtlich. Daher erfolgt keine detaillierte Beschreibung dieses Verfahrens. Die Konstruktion der Abgasbehandlungsvorrichtung 103 ist jedoch von der der anderen Abgasbehandlungsvorrichtungen dahingehend verschieden, dass die Zweigkanäle 66, 66' jeweils mit dem NOx-Speichermittel 46, 46' versehen sind, die von der Schwefelvergiftung regeneriert oder wiederhergestellt werden müssen. Nachstehend wird der Betrieb der somit konstruierten Abgasbehandlungsvorrichtung 103 näher beschrieben.
  • In der Abgasbehandlungsvorrichtung 103 ist es erforderlich, dass beide von den NOx-Speichermitteln 46, 46', die an zwei unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, einer Schwefelregeneration unterzogen werden. Abhängig von dem ausgewählten Verfahren zum Ausführen der Schwefelregeneration können beide von den NOx-Speichermitteln 46, 46' gleichzeitig der Schwefelregeneration ausgesetzt werden oder eins von den NOx-Speichermitteln 46, 46' kann einer Schwefelregeneration zu einer bestimmten Zeit ausgesetzt werden, während das andere NOx-Speichermittel 46, 46' einer Schwefelregeneration zu einer anderen Zeit ausgesetzt werden kann.
  • Wenn das ausgewählte Schwefelregenerationsverfahren eine Steuerung der Durchflussrate des Abgases erfordert, das durch das zu regenerierende NOx-Speichermittel gelangt, wird eine Schwefelregeneration nur an einem der NOx-Speichermittel 46, 46' zu einer Zeit ausgeführt, da die Abgasbehandlungsvorrichtung 103 derartig konstruiert ist, dass die Menge des Abgases, das nur durch eines von den NOx-Speichermitteln 46, 46' fließt, auf einen gewünschten Wert gesteuert werden kann. In diesem Fall wird das Abgasdurchflusssteuerventil 43 so betätigt, dass die Menge des Abgases, die durch das zu regenerierende NOx-Speichermittel 46 oder 46' fließt, abhängig von dem auszuführenden Prozess (das heißt Temperatursteuerprozess oder Entschwefelungsprozess) und seinem Zweck auf einen gewünschten Wert gesteuert wird. Zu gleicher Zeit wird ein Reduktionsmittel von der Einspritzdüse 44 oder 44' entsprechend dem zu regenerierenden NOx-Speichermittel 46, 46' durch ein Verfahren eingespritzt, das für den auszuführenden Prozess und seinen Zweck geeignet ist.
  • Wenn die Steuerung der Abgasdurchflussrate in der Abgasbehandlungsvorrichtung 103, wie vorstehend beschrieben ist, ausgeführt wird, wird bewirkt, dass Abgas, das das NOx-Speichermittel (zum Beispiel 46) umgeht, das der Schwefelregeneration unterzogen wird, durch das andere NOx-Speichermittel (zum Beispiel 46') gelangt, das der Schwefelregeneration nicht unterzogen wird. Dementsprechend wird sogar während des Schwefelregenerationsprozesses verhindert, dass Abgas zu der Atmosphäre freigesetzt wird, ohne dass es durch eins von den NOx-Speichermitteln 46, 46' gelangt.
  • Wenn das gewählte Schwefelregenerationsverfahren keine Steuerung der Durchflussrate des Abgases, das durch das zu regenerierende NOx-Speichermittel gelangt, erfordert, können beide der NOx-Speichermittel 46, 46' von der Schwefelvergiftung zur gleichen Zeit regeneriert werden oder kann jeweils eins von den NOx-Speichermitteln 46, 46' regeneriert werden. Es sind nämlich die beiden Einspritzdüsen 44, 44' stromaufwärts der zugehörigen NOx-Speichermittel 46, 46' in der Abgasbehandlungsvorrichtung 103 vorgesehen, so dass das Reduktionsmittel von beiden Einspritzdüsen 44, 44' abhängig von dem auszuführenden Prozess und seinem Zweck zu gleicher Zeit eingespritzt werden kann oder jeweils von einer der Düsen 44, 44' eingespritzt werden kann. Somit kann die gleichzeitige Regeneration oder getrennte Regeneration der NOx-Speichermittel 46, 46' wie gewünscht durch Steuern der Art der Einspritzung des Reduktionsmittels von den Einspritzdüsen 44, 44' ausgewählt werden.
  • Bei jedem der dargestellten Ausführungsbeispiele sind die Einrichtung zum Steuern der Temperatur des NOx-Speichermittels 46 oder 46' in dem Temperatursteuerprozess und die Einrichtung zum Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch das NOx-Speichermittel 46 oder 46' fließenden Abgases in dem Entschwefelungsprozess in Form der Einspritzdüsen 44 oder 44' zum Einspritzen des Reduktionsmittels zu dem Abgaskanal stromaufwärtig des NOx-Speichermittel 46 oder 46' vorgesehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Anordnung begrenzt. Beispielsweise kann eine Nacheinspritzung anstelle oder zusätzlich zu der Einspritzung des Reduktionsmittels von der Einspritzdüse 44 oder 44' in jedem der dargestellten Ausführungsbeispiele ausgeführt werden. Die Nacheinspritzung wird durch Einspritzen von Kraftstoff von den Kraftstoffinjektoren 6 in die zugehörigen Zylinder während des Expansionstaktes oder des Ausstoßtaktes der Brennkraftmaschine bewirkt werden, um hierdurch die Temperatur des NOx-Speichermittels 46 oder 46' und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu steuern, das durch das NOx-Speichermittel 46 oder 46' fließt. Daher ergibt die Nacheinspritzung ähnliche Wirkungen wie die, die durch die Einspritzung des Reduktionsmittels von der Einspritzdüse 44 oder 44' erzielt werden.
  • Wenn die Nacheinspritzung anstelle der Einspritzung des Reduktionsmittels von den Einspritzdüsen 44 oder 44' ausgeführt wird, gibt es keine Notwendigkeit, die Einspritzdüsen 44 und 44' vorzusehen, was die Konstruktion der Abgasbehandlungsvorrichtung vorteilhaft vereinfacht.
  • Wenn die Nacheinspritzung für den vorstehenden Zweck bewirkt wird, wird Kraftstoff, der als ein Reduktionsmittel dient, in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt. Daher muss angemerkt werden, dass in dem Fall, in dem eine Vielzahl von Abgaswegen in der Abgasbehandlungsvorrichtung vorgesehen ist, das Reduktionsmittel nicht einzeln zu jedem der Abgaswege eingeführt werden kann. Und zwar kann das Reduktionsmittel zu mehreren Abgaswegen nicht unterschiedlich eingeführt werden. Zum Beispiel, wenn die Nacheinspritzung in einer Brennkraftmaschine ausgeführt wird, die mit der Abgasbehandlungsvorrichtung 103 versehen ist, wie sie in 7 gezeigt ist, kann das Reduktionsmittel nicht einzeln in die jeweiligen NOx-Speichermittel 46, 46' eingeführt werden. Wenn die Nacheinspritzung in einer Brennkraftmaschine ausgeführt wird, die mit der Abgasbehandlungsvorrichtung 102 versehen ist, die in 6 gezeigt ist, wird bewirkt, dass das Abgas, zu dem der Kraftstoff (das Reduktionsmittel) durch Nacheinspritzung hinzugefügt wurde, auch durch den Abgasweg fließt, der kein NOx-Speichermittel hat, was in einer Verschwendung von Kraftstoff (Reduktionsmittel) und einer Erhöhung des Kraftstoffes (Reduktionsmittels) resultiert, der in die Atmosphäre freigesetzt wird.
  • Während die Schwefelregeneration in Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, in denen als Speichermittel das NOx-Speichermittel 46 oder 46' verwendet wird, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auf andere Speichermittel angewandt werden, die fähig sind, Schwefel auf ähnliche Weise freizusetzen. Zum Beispiel kann die Erfindung auf die Steuerung zum Freisetzen von Schwefel von einem Schwefeladsorptionskatalysator oder dergleichen angewandt werden.

Claims (22)

  1. Abgasemissionssteuerverfahren zum Behandeln von Abgas, das von einer Brennkraftmaschine emittiert wird, wobei die Brennkraftmaschine einen Abgaskanal (20) und ein im Abgaskanal (20) angeordnetes Speichermittel (46) aufweist, das SOx speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, das durch das Speichermittel (46) strömt, größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das gespeicherte SOx freisetzt, wenn die Temperatur des Speichermittels (46) gleich einer Entschwefelungstemperatur oder höher ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder kleiner als dieses ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausführen eines Temperatursteuerprozesses, durch den die Temperatur des Speichermittels (46) auf einen Wert innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs gesteuert wird, dessen untere Grenze im Wesentlichen gleich der oder höher als die Entschwefelungstemperatur ist, und Ausführen eines Entschwefelungsprozesses, durch den Schwefel von dem Speichermittel (46) freigesetzt wird, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases auf im Wesentlichen das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein kleineres Verhältnis gesteuert wird, während die Temperatur des Speichermittels (46) innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs ist, wobei der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess wiederholt werden, wenn Schwefel von dem Speichermittel (46) freizusetzen ist, dadurch gekennzeichnet, dass während des Entschwefelungsprozesses das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein kleineres Verhältnis gesteuert wird, nachdem die Temperatur des Speichermittels (46) in dem Temperatursteuerprozess durch einen Temperaturerhöhungsprozess erhöht worden ist, und dass der Temperaturerhöhungsprozess nur ausgeführt wird, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  2. Abgasemissionssteuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Temperatursteuerprozess die Temperatur des Speichermittels (46) durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases erhöht oder verringert wird.
  3. Abgasemissionssteuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases in dem Temperatursteuerprozess größer ist als in dem Entschwefelungsprozess.
  4. Abgasemissionssteuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess wiederholt werden, bis die Freisetzung von Schwefel von dem Speichermittel (46) beendet ist.
  5. Abgasemissionssteuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess wiederholt werden, bis eine Gesamtzeit der Ausführung des Entschwefelungsprozesses einen vorgegebenen Wert erreicht hat.
  6. Abgasemissionssteuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess eine vorgegebene Anzahl von Malen wiederholt werden.
  7. Abgasemissionssteuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursteuerprozess für eine erste vorgegebene Zeitperiode andauert und der Entschwefelungsprozess für eine zweite vorgegebene Zeitperiode andauert.
  8. Abgasemissionssteuerverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von der ersten vorgegebenen Zeitperiode und der zweiten vorgegebenen Zeitperiode abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
  9. Abgasemissionssteuerverfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste vorgegebene Zeitperiode für den Temperatursteuerprozess entsprechend einer Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur des Speichermittels (46) korrigiert wird und die zweite vorgegebene Zeitperiode für den Entschwefelungsprozess entsprechend einer Geschwindigkeit der Freisetzung von Schwefel von dem Speichermittel (46) korrigiert wird.
  10. Abgasemissionssteuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases in dem Temperatursteuerprozess entsprechend einer Rate der Erhöhung oder Verringerung der Temperatur des Speichermittels (46) gesteuert wird und in dem Entschwefelungsprozess entsprechend einer Geschwindigkeit der Freisetzung von Schwefel von dem Speichermittel (46) gesteuert wird.
  11. Abgasemissionssteuerverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermittel (46) ein NOx-Speichermittel aufweist, das NOx speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch das NOx-Speichermittel strömt, größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das gespeicherte NOx zur Reduktion und Entfernung freisetzt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases verringert ist und ein Reduktionsmittel in dem Abgas vorhanden ist.
  12. Abgasemissionssteuervorrichtung zum Behandeln von Abgas, das von einer Brennkraftmaschine emittiert wird, mit einem Abgaskanal (20), einem im Abgaskanal (20) angeordneten Speichermittel (46), das SOx speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Abgas, das durch das Speichermittel (46) strömt, größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das gespeicherte SOx freisetzt, wenn die Temperatur des Speichermittels (46) gleich einer Entschwefelungstemperatur oder höher ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder kleiner als dieses ist, einer Einrichtung (30) zum Ausführen eines Temperatursteuerprozesses, durch den die Temperatur des Speichermittels (46) auf einen Wert innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs gesteuert wird, dessen untere Grenze im Wesentlichen gleich der oder höher als die Entschwefelungstemperatur ist, und einer Einrichtung (30) zum Ausführen eines Entschwefelungsprozesses, durch den Schwefel von dem Speichermittel (46) freigesetzt wird, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases auf im Wesentlichen das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein kleineres Verhältnis gesteuert wird, während die Temperatur des Speichermittels (46) innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs ist, wobei der Temperatursteuerprozess und der Entschwefelungsprozess wiederholt werden, wenn Schwefel aus dem Speichermittel (46) freizusetzen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zur Ausführung des Entschwefelungsprozesses das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein kleineres Verhältnis steuert, nachdem die Temperatur des Speichermittels (46) von der Einrichtung (30) zum Ausführen des Temperatursteuerprozesses durch einen Temperaturerhöhungsprozess erhöht worden ist, und dass die Einrichtung (30) zum Ausführen des Temperatursteuerprozesses den Temperaturerhöhungsprozess nur ausführt, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
  13. Abgasemissionssteuervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zum Ausführen des Temperatursteuerprozesses die Temperatur des Speichermittels (46) durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases erhöht oder verringert.
  14. Abgasemissionssteuervorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases auf größer in dem Temperatursteuerprozess als in dem Entschwefelungsprozess gesteuert wird.
  15. Abgasemissionssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (30) zum Ausführen des Temperatursteuerprozesses und des Entschwefelungsprozesses diese Prozesse wiederholt ausführen, bis die Freisetzung von Schwefel von dem Speichermittel (46) beendet ist.
  16. Abgasemissionssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (30) zum Ausführen des Temperatursteuerprozesses und des Entschwefelungsprozesses diese Prozesse wiederholt ausführen, bis eine Gesamtzeit des Ausführens des Entschwefelungsprozesses einen vorgegebenen Wert erreicht hat.
  17. Abgasemissionssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (30) zum Ausführen des Temperatursteuerprozesses und des Entschwefelungsprozesses diese Prozesse eine vorgegebene Anzahl von Malen wiederholen.
  18. Abgasemissionssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zum Ausführen des Temperatursteuerprozesses diesen während einer ersten vorgegebenen Zeitperiode andauern lässt und die Einrichtung (30) zum Ausführen des Entschwefelungsprozesses diesen für eine zweite vorgegebene Zeitperiode andauern lässt.
  19. Abgasemissionssteuervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von der ersten vorgegebenen Zeitperiode und der zweiten vorgegebenen Zeitperiode abhängig von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt ist.
  20. Abgasemissionssteuervorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste vorgegebene Zeitperiode für den Temperatursteuerprozess entsprechend einer Rate der Erhöhung oder der Verringerung der Temperatur des Speichermittels (46) korrigiert wird und die zweite vorgegebene Zeitperiode für den Entschwefelungsprozess entsprechend einer Geschwindigkeit einer Freisetzung von Schwefel von dem Speichermittel (46) korrigiert wird.
  21. Abgasemissionssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (30) zum Ausführen des Temperatursteuerprozesses das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases in dem Temperatursteuerprozess entsprechend einer Rate der Erhöhung oder der Verringerung der Temperatur des Speichermittels (46) steuert, und dass die Einrichtung (30) zum Ausführen des Entschwefelungsprozesses das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das Speichermittel (46) strömenden Abgases in dem Entschwefelungsprozess entsprechend einer Geschwindigkeit der Freisetzung von Schwefel von dem Speichermittel (46) steuert.
  22. Abgasemissionssteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermittel (46) ein NOx-Speichermittel aufweist, das NOx speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das durch das NOx-Speichermittel strömt, größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, und das gespeicherte NOx zur Reduktion und Entfernung freisetzt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des durch das NOx-Speichermittel strömenden Abgases verringert ist und ein Reduktionsmittel in dem Abgas vorhanden ist.
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