DE10393184T5

DE10393184T5 - Abgasreinigungssystem für Dieselmotorbetriebene Fahrzeuge

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Publication number: DE10393184T5
Application number: DE10393184T
Authority: DE
Original assignee: Engelhard Corp
Current assignee: BASF Catalysts LLC
Priority date: 2002-08-31
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-09-01
Also published as: KR20050058523A; JP2005537417A; US20040040287A1; AU2003268248A1; US7055311B2; JP4384601B2; WO2004020807A1

Abstract

Ein System zur Behandlung von Abgasen, die von einem Fahrzeug ausgestoßen werden, umfassend:
a) einen Mehrzylinder-Dieselmotor mit einem ersten Abgaskrümmer in fließender Verbindung mit einer ersten Mehrzahl von Zylindern und einem zweiten Abgaskrümmer in Strömungsverbindung mit einer abweichenden, zweiten Mehrzahl von Zylindern,
b) einen ersten NO_x-Adsorberkatalysator in einem ersten Abgaszweig in Strömungsverbindung mit dem ersten Krümmer,
c) einen zweiten NO_x-Adsorberkatalysator in einem zweiten Abgaszweig in Strömungsverbindung mit dem zweiten Krümmer,
d) einen gemeinsamen Abgaszweig mit einem Einlaß in Strömungsverbindung mit dem ersten und dem zweiten Abgaszweig stromabwärts des ersten und des zweiten NO_x-Katalysators, wobei sich im gemeinsamen Abgaszweig ein Oxidationskatalysator befindet, durch den Abgase aus dem ersten und dem zweiten Zweig strömen, nachdem sie in dem gemeinsamen Abgaszweig vereint wurden, und
e) ein ECU-Mittel, das die Zusammensetzung von Abgasen in dem ersten Abgaskrümmer unabhängig von der Zusammensetzung der Abgase in dem zweiten Abgaskrümmer gemäß einer...

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein ein Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor und speziell einen Motor, der mit einem Abgassystem zur Reinigung der Motorabgase ausgestattet ist, welcher so betrieben wird, daß eine optimale Funktion des Abgassystems gewährleistet ist.
Die Erfindung ist insbesondere auf Dieselmotoren anwendbar, die typischerweise mit hohen A/F-Verhältnissen (Luft/Kraftstoff-Verhältnissen) arbeiten, und sie wird mit speziellem Bezug darauf beschrieben. Die Fachleute werden jedoch erkennen, daß die Erfindung einen breiteren Anwendungsbereich haben kann und von ihrem Konzept her auf andere Motoren mit Innenverbrennung, wie z.B. benzinbetriebene Magerverbrennungsmotoren, anwendbar ist.

HINTERGRUND

Bekanntlich besitzen Dieselmotoren mit Eigenzündung als Antriebsquellen für Fahrzeuge aufgrund ihres inhärent hohen thermischen Wirkungsgrades (d.h. ihrer guten Kraftstoffwirtschaftlichkeit) und ihres hohen Drehmoments bei niedriger Geschwindigkeit wünschenswerte Vorteile. Dieselmotoren arbeiten bei hohen A/F-Verhältnissen unter sehr mageren Kraftstoffbedingungen. Als Folge davon weisen Dieselmotoren sehr geringe Emissionen von Gasphasen-Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid auf. Die Emissionen im Dieselabgas sind jedoch gekennzeichnet durch relativ hohe Stickstoffoxid-(NO_x) und Partikelemissionen. Die Partikelemissionen (die als kondensiertes Material bei 52°C gemessen werden) sind mehrphasig und enthalten feste (unlösliche) Rußteilchen und flüssige Kohlenwasserstoffe in Form von Schmieröl und unverbranntem Kraftstoff, was oft als die lösliche organische Fraktion (SOF) bezeichnet wird. Aufgrund der Anwesenheit von Schwefel im Kraftstoff ist darüber hinaus auch das sogenannte "Sulfat" in Form von SO₃ + H₂O = H₂SO₄ vorhanden. Ferner besteht im Falle eines "Schlupfs" die Möglichkeit, daß die Abgase toxischen Schwefelwasserstoff, H₂S, erzeugen.

Es gibt eine Reihe von Abgasreinigungssystemen, die entwickelt wurden und werden, um von Dieselmotoren erzeugte NO_x-Emissionen zu reinigen. Bei einem solchen bekannten Abgassystem wird ein externes Reduktionsmittel, typischerweise NH₃ oder ein Ammoniak-Vorläufer oder Dieselkraftstoff, in den Abgasstrom gespritzt, wodurch der Abgasstrom fett wird, und dieser wird dann über einen SCR-Katalysator (Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion) geleitet, um NO_x zu reduzieren. Siehe zum Beispiel das United States Patent Nr. 6 126 629 der Rechtsnachfolger von Patchett, erteilt am 3. Oktober 2000, und die PCT-Veröffentlichung WO 02/14657A1, veröffentlicht am 21. Februar 2002. Wie in der PCT-Veröffentlichung genannt, werden, wenn Kraftstoff als Reduktionsmittel verwendet wird, speziell entwickelte Mager-NO_x-Katalysator-Typen (entweder Hochtemperatur- oder Niedertemperatur-Katalysatoren) im Abgassystem verwendet.

Zur Reinigung von durch Dieselmotoren erzeugten toxischen NO_x-Gasen wurden auch Abgassysteme entwickelt, die NO_x-Adsorberkatalysatorsysteme verwenden, und diese Erfindung betrifft diese Art von System. Vom Konzept her besteht das Arbeitsprinzip eines NO_x-Adsorberkatalysators darin, unter mageren Betriebsbedingungen NO_x zu speichern. Anschließend sind periodische kurze Exkursionen von den mageren Abgasbedingungen (Lambda >1) zu fetten Bedingungen (Lambda <1) notwendig, um das gespeicherte NO_x zu unschädlichem Stickstoff (N₂) zu reduzieren. Während des kurzen fetten Betriebs wird das Abgas mit Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) angereichert, während die Sauerstoffkonzentration im Abgas drastisch verringert wird, was zu einem Abgas führt, das chemisch reduzierend ist (Lambda <1). Siehe zum Beispiel das United States Patent Nr. 6 082 325 von Daimler-Chrysler, erteilt am 4. Juli 2000, das ein ECU-Steuerschema zur Einstellung der Motoremissionen zeigt, um die fetten Exkursionen für einen Dieselmotor zur Verfügung zu stellen, und das United States Patent Nr. 6 354 269 von Mazda, erteilt am 12. März 2002, das die Drosselung eines Dieselmotor-Turboladers zum Ansaugen von Luft in Kombination mit einer EGR (Abgasrückführung) zeigt, um den NO_x-Adsorberkatalysator aufzufrischen.

Es ist bekannt, daß hohe Reduktionsmittelkonzentrationen erforderlich sind, um das gespeicherte NO_x über dem NO_x-Adsorberkatalysator wirksam zu reduzieren. Die Menge an von dem Motor während eines fetten Impulses erzeugtem HC und CO übersteigt typischerweise die stöchiometrische Menge an NO_x, die über den Katalysator reduziert wird. Dieser Überschuß an Reduktionsmittel ist zwar für hohe NO_x-Reduktionseffizienzen notwendig, führt jedoch zu HC- und CO-Durchbrüchen am NO_x-Adsorberkatalysatorauslaß ("Schlupf"). Unter insgesamt reduzierenden Abgasbedingungen kann der HC/CO-Schlupf nicht zu unschädlichem CO₂ und H₂O oxidiert werden. Das Problem des Reduktionsmittelschlupfes ist noch gravierender, wenn der NO_x-Adsorberkatalysa tor von adsorbierten Schwefeloxiden (SO_x) regeneriert wird. Während des sogenannten Entschwefelungsverfahrens wird der NO_x-Adsorberkatalysator Abgas mit Lambda <1 bei Temperaturen von über 550° ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen setzt der Katalysator zuvor gespeichertes SO_x frei, welches dann über den NO_x-Adsorberkatalysator zu H₂S reduziert wird. H₂S ist eine toxische und übelriechende Verbindung, und ihre Emission muß vermieden werden.

Vom Konzept her gibt es wenigstens zwei Wege, um dieses Problem anzugehen. Ein Weg, dieses Problem anzugehen, ist die Verwendung von sogenannten Sauerstoffspeicherkomponenten (OSC). OSC-Materialien werden in Dreiwegekatalysatoren verwendet, welche in Abgassystemen für benzinbetriebene Motoren gut bekannt sind. Dreiwegekatalysatoren stellen den Endrohr-Lambda-Wert auf 1 ein, indem sie Sauerstoff unter mageren Bedingungen speichern und den gespeicherten Sauerstoff mit Reduktionsmitteln, HC und CO, umsetzen, wenn der Motor anschließend unter fetten Bedingungen betrieben wird. OSC-Materialien können HC/CO während der fetten NO_x-Regenerierung eines NO_x-Adsorberkatalysators oxidieren, vorausgesetzt, daß die Menge an überschüssigem Reduktionsmittel die stöchiometrische Menge an Sauerstoffspeicherkapazität, die in dem OSC-Material verfügbar ist, nicht übersteigt. Um einen etwaigen HC/CO-Schlupf zu verhindern, muß die während des fetten Impulses zugeführte Reduktionsmittelmenge immer noch niedriger sein als die stöchiometrische Menge an gespeichertem NO_x und allen OSC-Materialien zusammen. Zusammen mit der Vorbedingung für die effektive NO_x-Reduktion, d.h. Lambda <1 über dem NO_x-Adsorberkatalysator, stellt die Dosierung der richtigen Menge an Reduktionsmitteln während der fetten NO_x-Adsorberregenerierung ein wichtiges Steuerproblem dar. Für ein Beispiel für die Steuerung eines Motors vom Fremdzündungstyp mit Magerverbrennung siehe Fords United States Patent Nr. 6 374 597 von Bidner et al., erteilt am 23. April 2002. Es muß jedoch erkannt werden, daß der 3-Wege-Katalysator (zum heutigen Stand der Technik) bei Dieselmotoren nicht funktioniert.

Ein weiterer Weg, das Problem anzugehen, ist schematisch in 1 aus dem Stand der Technik gezeigt. Diese Figur aus dem Stand der Technik ist in dem SAE-Schriftstück 2000-01-2911 mit dem Titel "Study of Factors Influencing the Performance of a NO_x Trap in a Light-Duty Diesel Vehicle" von Yuejin Li, Stan Roth, Mahmoud Yassine, Tilman Beutel und Joe Dettling von Engelhard Corp. und Chris Sammer von der Johannes-Kepler-Universität erörtert. 1 zeigt ein externes Abgasregenerierungssystem, das eine gewisse Ähnlichkeit mit der vorliegenden Erfindung besitzt. Bei dem System des Stands der Technik in 1 wird das Abgas in zwei Abgaszweige 1A, 1B geteilt, wobei jeder einen NO_x-Adsorberkatalysator 2A, 2B enthält. Eine Abgasklappe 3 ist an dem Punkt, an dem das Abgas sich in die Zweige 1A, 1B aufgabelt, angebracht und steuert den Abgasstrom in jeden Zweig 1A, 1B. Einer der NO_x-Adsorberkatalysatoren, entweder 2A oder 2B, wird regeneriert, indem die Abgasklappe 3 den Abgasstrom (und den darin enthaltenen Sauerstoff) an die regenerierten Katalysatoren verringert und gleichzeitig externer Kraftstoff an Punkt 5A oder 5B in den Abgasstrom mit verringertem Strom vor dem regenerierten Katalysator eingeleitet wird. Die Abgaszweige 1A und 1B werden dann wieder zu einem gemeinsamen Zweig 6 vereint, der einen Oxidationskatalysator 7 enthält. Nach dem Vereinen der Abgasströme in dem gemeinsamen Zweig 6 kann der HC/CO-Durchbruch oder -Schlupf über den Oxidationskatalysator 7 oxidiert werden. Dies ist ein funktionierendes System. Seine Nachteile sind u.a. die Tatsache, daß ein bewegliches Ventil oder eine bewegliche Klappe 3 notwendig ist, um die Strömungsgeschwindigkeit zu ändern, was Bedenken hinsichtlich der Haltbarkeit in einer Fahrzeugumgebung aufwirft, und daß Kraftstoff von außen dem System zugeführt werden muß, was zu einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs und zu Mehrkosten für die Einspritzdüsen führt. Das SAE-Schriftstück gibt darüber hinaus an, daß dieses System für leichte Dieselmotoren (Personenfahrzeuge) möglicherweise nicht wirksam ist, da der verfügbare Platz für den Katalysator eingeschränkt ist und die Abgastemperaturen für leichte Dieselmotoren bedeutend niedriger sind als für schwere Dieselmotoren. Die Temperaturen können bei leichten Dieselmotoren unter 200°C liegen, und bei dieser Temperatur eingespritzter Dieselkraftstoff kann im Abgasrohr und auf dem Katalysator kondensieren. Eine Reihe von Y-Abgaszweig-Konfigurationen, ähnlich den in 1 veranschaulichten, sind in den Deutschen Veröffentlichungen DE 196 26 835 A1 , 196 26 836 A1 und 196 26 837 A1 von Volkswagen, alle am gleichen Tag eingereicht und veröffentlicht, nämlich am oder etwa am 1. September 1997, offenbart. Alle Variationen scheinen ein externes Reduktionsmittel zur abwechselnden Regenerierung der NO_x-Katalysatoren in dem Y, die stromaufwärts von einem Oxidationskatalysator liegen, einzuspritzen. Alle Konfigurationen besitzen ein Ventilsystem, um das Dieselabgas selektiv durch einen oder beide der Y-Zweige zu leiten.

Wie oben angegeben, sind im Stand der Technik eine Reihe von NO_x-Abgasreinigungssystemen beschrieben. Was die vorliegende Erfindung betrifft, offenbart Fords United States Patent 6 023 929 von Ma, erteilt am 15. Februar 2000, ein System zur Verwendung mit Fremdzündungsmotoren, wobei eine Zylinderbank periodisch aktiviert und deaktiviert wird, während eine weitere Zylinderbank oder -gruppe in ihrem aktiven Kraftstoffzufuhrstadium gehalten wird. Das Emissionssystem umfaßt einen Katalysator, eine Zündkammer stromabwärts des Katalysators und eine NO_x-Falle oder einen NO_x-Adsorberkatalysator stromabwärts der Zündkammer. Wenn beide Zylindergruppen oder -bänke zünden, wird stöchiometrisches oder reduzierendes Abgas zur Regenerierung der NO_x-Falle erzeugt. Wenn nur eine Zylindergruppe aktiviert wird, ist das Abgas mager, und die NO_x-Falle fängt NO_x ein. Das Abgas ist mager, da die Zufuhr von Kraftstoff, nicht jedoch die von Luft, an die deaktivierte Zylinderbank oder -gruppe gestoppt wird. Das System ist auf Fremdzündungsmotoren anwendbar, bei denen in Erwiderung auf eine Teillastanforderung an den Motor eine Zylinderbank effizient bei voller Last mit geringerem Kraftstoffverbrauch arbeiten kann als wenn beide Zylinderbänke auf weniger als die volle Last gedrosselt werden würden, um die Motor-Teillastanforderung zu erfüllen. Siehe auch Nissans United States Patent 4 303 053 von Etoh et al., erteilt am 1. Dezember 1981, das ein ähnliches Aufteilungsmodus-Betriebskonzept mit ventilgesteuerter EGR offenbart.

Für eine Y-Zweig-Abgaskonfiguration kann Bezug genommen werden auf Fords United States Patent Nr. 6 354 077 von Behr et al., erteilt am 12. März 2002, und auf Nissans United States Patent Nr. 6 347 514 von Takahashi et al., erteilt am 19. Februar 2002, die eine unabhängige Steuerung der A/F-Verhältnisse für getrennte Zylinderbänke in Fremdzündungsmotoren zeigen, abhängig zum Beispiel von den EGO(Sauerstoffsensor)-Signalen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor zur Verfügung zu stellen, das NO_x-Adsorber- oder -Einfang-Katalysatoren zur Reinigung von NO_x-Emissionen verwendet.

Dieses Ziel, zusammen mit anderen Merkmalen der Erfindung, wird von einem System zur Behandlung von Abgasen, die von einem Fahrzeug ausgestoßen werden, zur Verfügung gestellt, das umfaßt

a) einen Mehrzylinder-Dieselmotor mit einem ersten Abgaskrümmer in Strömungsverbindung mit einer ersten Mehrzahl von Zylindern und einem zweiten Abgaskrümmer in Strömungsverbindung mit einer anderen zweiten Mehrzahl von Zylindern,
b) einen ersten NO_x-Adsorberkatalysator in einem ersten Abgaszweig in Strömungsverbindung mit dem ersten Krümmer,
c) einen zweiten NO_x-Adsorberkatalysator in einem zweiten Abgaszweig in Strömungsverbindung mit dem zweiten Krümmer,
d) einen gemeinsamen Abgaszweig mit einem Einlaß in Strömungsverbindung mit dem ersten und dem zweiten Abgaszweig stromabwärts des ersten und des zweiten NO_x-Katalysators, wobei sich im gemeinsamen Abgaszweig ein Oxidationskatalysator befindet, durch den Abgase aus dem ersten und dem zweiten Zweig strömen, nachdem sie in dem gemeinsamen Abgaszweig vereint wurden, und
e) eine ECU zur Steuerung der Zusammensetzung von Abgasen in dem ersten Abgaskrümmer unabhängig von der Zusammensetzung der Abgase in dem zweiten Abgaskrümmer, so daß, wenn eine Regenerierung von einem der NO_x-Adsorberkatalysatoren erforderlich ist, die ECU bewirkt, daß der Motor in einem Abgaskrümmer fette Abgase erzeugt und in dem anderen Abgaskrümmer magere Abgase erzeugt, wobei die fetten Gase ausreichende Mengen an verbrennbaren Gasen enthalten, um zu bewirken, daß der damit in Kontakt stehende NO_x-Adsorberkatalysator darin gespeicherte Stickstoffoxide freisetzt, während der andere NO_x-Adsorberkatalysator in den mageren Gasen in dem anderen Abgaskrümmer vorhandenes NO_x adsorbiert.

Gemäß eines weiteren wichtigen Merkmals der Erfindung steuert die ECU die Zusammensetzung der in dem Zweig mit fettem Abgas vorhandenen Gase und die Zusammensetzung der in dem Zweig mit magerem Abgas vorhandenen Gase, um in dem gemeinsamen Abgaszweig stromaufwärts des Oxidationskatalysators einen vereinten Gasstrom mit einem Lambda-Wert von nicht weniger als 1,00 zu erzeugen, wobei der HC, CO- und H₂S-Schlupf minimiert wird. ("Lambda" bedeutet ein A/F-Verhältnis, dividiert durch das A/F-Verhältnis, das notwendig ist, um eine stöchiometrische Verbrennung zu unterhalten. Ein Lambda-Wert von 1 bedeutet ein A/F-Verhältnis, das eine stöchiometrische Verbrennung erzeugt.)

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung kann die Regenerierung eines jeden NO_x-Adsorberkatalysators der Reihe nach erfolgen, indem die ECU einfach die Abgaszusammensetzungen von einer Zylinderbank zur anderen Zylinderbank umstellt. Es ist daher möglich, die alternierende Fett/Mager-Routine bei relativ niedrigen Sättigungswerten des NO_x-Adsorberkatalysators einzuleiten, wodurch der Ausbruch von NO_x-Emissionen, der sonst stattfindet, wenn ein vollständig gesättigter NO_x-Adsorberkatalysator erstmalig regeneriert wird, etwas verringert wird.

Gemäß eines weiteren Merkmals der Erfindung ist die Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Zusammensetzung und Aufmachung des NO_x-Adsorberkatalysa tors beschränkt, und Mager-NO_x-Katalysatoren können genauso regeneriert werden wie NO_x-Adsorberkatalysatoren. Darüber hinaus können sich andere Katalysatoren, wie z.B. katalysierte Rußfilter, im Abgaszweig stromaufwärts oder stromabwärts eines jeden NO_x-Katalysators befinden oder mit dem NO_x-Gehäuse vereint oder in den NO_x-Adsorberkatalysator integriert sein.

Zur wirksamen Regenerierung des katalysierten Rußfilters (CSF) von angesammeltem Ruß wird die Abgastemperatur in dem den CSF enthaltenen Abgaszweig erhöht, während die Gasgesamtzusammensetzung mager bleibt. In diesem Betriebsmodus reagiert Sauerstoff in dem Abgas mit Kohlenstoff auf dem CSF, um CO und CO₂ zu bilden. CO wird anschließend über dem CSF zu CO₂ verbrannt. Während der Rußregenerierung des CSF kann die Betttemperatur des NO_x-Adsorberkatalysators, der sich im gleichen Abgaszweig befindet, 550°C und darüber erreichen. Im Verlauf dieser Exotherme kann die ECU vorübergehend eine Änderung in der Abgaszusammensetzung der mageren Abgase herbeiführen, um einen fetten Impuls (Lambda weniger als 1,0) zu erzeugen, der ausreicht, um das zurückbehaltene SO_x vom NO_x-Adsorberkatalysator zu desorbieren. Unter den reduzierenden Bedingungen dieses fetten Impulses wird das gesamte SO_x oder ein Teil des SO_x über dem NO_x-Adsorberkatalysator zu H₂S reduziert. Die in diesem Patent beschriebenen Y-Konfiguration unterbindet die Emission jeglicher Menge an von dem NO_x-Adsorber freigesetztem H₂S durch Rekombination des fetten H₂S-haltigen Abgasstroms mit einem mageren Abgasstrom, der durch den anderen Motorkrümmer bereitgestellt wird. Nach der Wiedervereinigung der beiden Abgasströme wird H₂S über dem DOC zurück zu SO₂ oxidiert, wodurch die Freisetzung des toxischeren und übelriechenden H₂S in die Umwelt verhindert wird.

Im Falle eines Katalysatorsystems, das einen CSF mit einem NO_x-Adsorberkatalysator kombiniert, können die beiden Katalysatorfunktionen in zwei einzelne Konvertereinheiten unterteilt oder in einer Konvertereinheit kombiniert sein. Die obige De-SO_x-Regenerierungsstrategie des NO_x-Adsorberkatalysators gilt für alle Kombinationen aus CSF und NO_x-Adsorberkatalysator, solange sich beide Katalysatorfunktionen in einem Abgaszweig befinden.

Gemäß noch eines weiteren Aspekts der Erfindung steuert die ECU die Abgaszusammensetzung in jedem Zweig des Abgassystems in bekannter Weise, wie z.B. durch Steuerung der folgenden Motorkomponenten:

i) die Kraftstoffeinspritzdüsen zur Steuerung des A/F-Verhältnisses und/oder zur Steuerung der Verbrennungszeitfolge innerhalb der Zylinder, wie z.B. durch herkömmliche Vor- oder Nacheinspritzverfahren oder andere mehrstufige Verfahren, wie sie zum Beispiel in Mitsubishis United States Patent 6 209 516 von Yamashita vom 3. April 2001 (das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist und zu einem Teil hiervon wird) offenbart ist, einschließlich der Pumpen, die den Druck für die Druckleitungen für die Kraftstoffeinspritzdüsen steuern,
ii) a) der Turbolader mit Verstellgeometrie und/oder die Abgas-Bypassventilsteuerung oder b) die Motordrosselung(en) im Einlaßkrümmer, gleichgültig ob ein gemeinsamer Einlaßkrümmer oder getrennte Einlaßkrümmer für jede Zylinderbank eingesetzt werden,
iii) Ventilregler zur Steuerung der Ventilzeitfolge und
iv) das Ventilsystem für die EGR-Schleife, wenn ein EGR-System eingesetzt wird.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Steuerung schädlicher Emissionen zur Verfügung gestellt, die von einem Fahrzeug erzeugt werden, das mit einem Mehrzylinder-Dieselmotor mit getrennten ersten und zweiten Abgaskrümmern, durch die getrennte erste bzw. zweite Mehrzahlen von Zylindern ihre Verbrennungsprodukte als Abgase ableiten, ausgestattet ist, wobei der Motor eine programmierbare ECU zur Steuerung der Zusammensetzung der Abgase in jedem Abgaskrümmer besitzt. Das Verfahren umfaßt die Schritte:

a) Bereitstellen eines ersten NO_x-Adsorberkatalysators stromabwärts von und in Strömungsverbindung mit dem ersten Abgaskrümmer, durch den ein erster Abgasstrom aus dem ersten Abgaskrümmer strömt, und eines zweiten NO_x-Adsorberkatalysators stromabwärts von und in Strömungsverbindung mit dem zweiten Abgaskrümmer, durch den ein zweiter Abgasstrom aus dem zweiten Abgaskrümmer strömt,
b) Vereinen der Abgasströme stromabwärts des ersten und des zweiten NO_x-Adsorberkatalysators zu einem gemeinsamen Abgasstrom, um einen im wesentlichen vermischten gemeinsamen Strom aus Abgasen aus dem ersten und dem zweiten Abgasstrom zu erzeugen,
c) Leiten des vereinten Abgasstroms durch einen Oxidationskatalysator und
d) Steuern der Zusammensetzung der Abgase in dem ersten Abgasstrom durch die ECU, unabhängig von der Zusammensetzung der Abgase in dem zweiten Abgasstrom, um periodisch einen fetten Abgasstrom, der durch einen der NO_x-Adsorberkatalysatoren strömt, um diesen zu regenerieren, und einen mageren Abgasstrom, der durch den anderen NO_x-Adsorberkatalysator strömt, um einen mageren vereinten Abgasstrom zu gewährleisten, der durch den Oxidationskatalysator strömt, um den HC- und CO-Schlupf zu miniminieren, zu erzeugen. Periodisch wird die Zusammensetzung der Abgase in dem ersten und dem zweiten Abgaskrümmer umgekehrt, so daß beide NO_x-Adsorberkatalysatoren regeneriert werden.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung kann das Verfahren oder die periodische Routine aktiviert werden, wenn der Dieselmotor sich in einem normalen Betriebszustand befindet, oder anders ausgedrückt, kann das Verfahren oder die Routine deaktiviert werden, wenn der Motor sich unter hoher Last befindet, wie z.B. wenn das Fahrzeug voll beschleunigt, wobei das Motorfahrverhalten durch das erfindungsgemäß Abgasreinigungssystem nicht nachteilig beeinflußt wird.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung werden herkömmliche Sensorenanordnungen, wie z.B. NO_x-Sensoren, verwendet, um den momentanen Zustand der Katalysatoren zu ermitteln und das Verfahren zu aktivieren, und Stromsensoren, wie z.B. Lambda-Sensoren, werden verwendet, um das Verfahren zu deaktivieren, so daß das Umschalten und die Dauer, während der die fetten und mageren Ströme erzeugt werden, inhärent zur tatsächlichen Leistung der NO_x-Katalysatoren gekoppelt sind, und die Regenerierung kann bei Werten festgesetzt werden, die geringer sind als die Sättigungswerte des NO_x-Katalysators, um die Reduktion von freigesetztem NO_x zu fördern und die Katalysatorlebensdauer zu erhöhen.

Gemäß noch eines weiteren Aspekts der Erfindung wird die oben beschriebene periodische Fett/Mager-Routine nicht gestartet, bis das wirksame Katalysator-Temperaturfenster vorliegt, um sicherzustellen, daß die erwünschte Regenerierung erfolgt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Bereitstellung eines Abgasreinigungssystems, das speziell für Dieselmotoren geeignet ist und das einen oder mehrere der folgenden Vorteile bietet:

a) verringerter Kraftstoffverbrauch, insbesondere im Vergleich zu Systemen mit externen Reduktionsmitteln,
b) anwendbar bei raumsparenden Einrichtungen, die für eine automobiltechnische Anwendung notwendig sind,
c) geeignet zur Anwendung in leichten Dieselmotoren und
d) benötigt keine zusätzlichen Komponenten, die nicht bereits in Fahrzeugen vorhanden sind.

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden den Fachleuten ersichtlich werden, wenn sie die nachstehende detaillierte Beschreibung der Erfindung lesen und verstehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung kann in bestimmten Teilen oder Teilgruppen Gestalt annehmen, wobei eine bevorzugte Ausführungsform davon im Detail beschrieben und in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht wird, wobei die Zeichnungen einen Teil davon bilden und wobei:
1 ein Schema eines Abgasreinigungssystems des Stands der Technik zur Verwendung mit dieselbetriebenen Fahrzeugen ist,
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Abgasreinigungssystems der vorliegenden Erfindung ist,
3 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasreinigungssystems ist, etwas anders dargestellt als in 2,
4 eine schematische Vorderansicht eines Rußfilters ist und
5 eine schematische Darstellung einer Längsansicht des in 4 gezeigten Filters ist, betrachtet entlang den Linien 5-5.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nimmt man nun Bezug auf die Zeichnungen, bei denen das Gezeigte nur dem Zwecke der Offenbarung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient und diese nicht notwendigerweise einschränkt, so ist in 2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems gezeigt. In 2 ist ein mehrzylindriger Dieselmotor 10 mit zwei Zylinderbänken oder Zylindermehrzahlen 12 gezeigt, wobei jede Zylinderbank Verbrennungsprodukte in einen Abgaskrümmer 13, 14 ausstößt. In 2 bilden die Zylinder 1, 2 und 3 die "erste" oder "A"-Zylinderbank und stoßen ihre Verbrennungsprodukte in den ersten Abgaskrümmer 13 aus, und die Zylinder 4, 5 und 6 bilden die "zweite" oder "B"-Zylinderbank und stoßen ihre Verbrennungsprodukte in den zweiten Abgaskrümmer 14 aus. Der erste Abgaskrümmer 13 befindet sich in Strömungsverbindung mit einem ersten Abgaszweig 15, und der zweite Abgaskrümmer 14 befindet sich in Strömungsverbindung mit einem zweiten Abgaszweig 16. Jeder Abgaszweig 15, 16 ist mit einem Einlaß 17 eines gemeinsamen Abgaszweiges 18 verbunden.
Das Abgassystem
Diese Erfindung ist nicht auf einen speziellen Katalysator, eine spezielle Katalysatorformulierung oder eine spezielle Katalysatoranordnung beschränkt. Sie gilt für jeden bekannten Katalysator, der NO_x adsorbiert oder einfängt, wenn das Abgas mager ist, und der gespeichertes NO_x freisetzt, wenn der Abgasstrom fett ist (alternativ, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases verringert wird), und alle solchen Katalysatoren werden zum leichteren Gebrauch und zur Endgültigkeit der Terminologie hierin als "Adsorberkatalysator" bezeichnet, trotzdem die Bezeichnung "Adsorberkatalysatoren" im Handel eine eindeutige Bedeutung hat. Zur Unterscheidung wird der typische Adsorber-Katalysator hierin als ein "klassischer Adsorberkatalysator" bezeichnet, um ihn von der allumfassenden Terminologie "Adsorberkatalysator" zu unterscheiden.
Technisch ist natürlich bekannt, daß "Adsorption" die Ansammlung von Molekülen, Atomen oder Ionen aus der Gasphase oder aus der flüssigen Phase auf einer Oberfläche in Systemen, die Gas/Feststoff- bzw. Flüssigkeit/Feststoff-Grenzflächen besitzen, bedeutet. Die Bezeichnung umfaßt auch Gas/Flüssigkeit-Systeme, bei denen Adsorption bedeutet, daß ein Molekül, Atom oder Ion, das in der Gasphase enthalten ist, mit der Oberfläche der flüssigen Phase kollidiert und an der Oberfläche haften bleibt. "Absorption" bedeutet die Ansammlung von Molekülen, Atomen oder Ionen in der Masse eines Feststoffs oder einer Flüssigkeit. Der Absorption geht die Adsorption voraus.
Während der Speicherung von NO_x über dem NO_x-Adsorberkatalysator wird NO_x zunächst auf der Katalysatoroberfläche (sowohl PM (Edelmetalle) als auch NSC (NO_x-Speicherkomponenten)) adsorbiert. Ein Teil des adsorbierten NO_x kann jedoch mit den NSC reagieren, um eine Nitrit- und/oder Nitrat-Masse zu bilden. Das letztere Verfahren würde ein Adsorptionsverfahren sein, da NO_x mit dem NSC-Material reagiert, um eine Verbindungsmasse zu bilden. Was die Terminologie dieser Erfindung betrifft, so sollen die Ausdrücke "Adsorber" und "Adsorption", wenn sie einzeln oder in Kombination mit "Adsorberkatalysator" verwendet werden, nicht nur eine Adsorption im technischen Sinne, sondern die Absorption, soweit sie in einem NO_x-Reduktionskatalysator stattfindet, umfassen.
Dies sollte klar sein, wenn man bedenkt, daß die Speicherung von NO₂ über BaO (ein NSC-Material) über die folgenden Schritte verläuft:

(1) 4 NO₂ + BaO → Ba(NO₂)₂ + Ba(NO₃)₂
(2) Ba(NO₂)₂ + 2 NO₂ → Ba(NO₃)₂ + 2 NO
(3) Ba(NO₂)₂ + O₂ → Ba(NO₃)₂
(4) 4 NO₂ + 2 BaCO₃ → Ba(NO₂)₂ + Ba(NO₃)₂ + 2 CO₂,

₂

₃

₂

In Gleichung (1) kann BaO durch BaCO₃ ersetzt werden, was zu Reaktion (4) führt. Man beachte, daß die obigen Reaktionen nicht angeben, ob auf der Oberfläche oder in der Masse der NSC Nitrite oder Nitrate gebildet werden. Daher umfassen die Ausdrücke "Adsorption" und "Adsorbieren", wenn sie hier verwendet werden, "Absorption" bzw. "Absorbieren".
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung befindet sich ein NO_x-Adsorberkatalysator 20A im ersten Abgaszweig 15, und ein identischer NO_x-Adsorberkatalysator 20B befindet sich im zweiten Abgaszweig 16.
Bei einer Ausführungsform sind die Adsorberkatalysatoren 20A, 20B klassische Adsorberkatalysatoren. Bekanntermaßen verläuft der Betrieb eines klassischen Adsorberkatalysators stufenweise, und der Katalysator übt sowohl Oxidations- als auch Reduktionsfunktionen aus. In einer oxidierenden Umgebung wird NO zu NO₂ oxidiert, was bei niedrigen Temperaturen typischerweise durch ein Edelmetall, d.h. Pt, katalysiert wird und was ein wichtiger Schritt für die NO_x-Speicherung ist. Die Oxidation stoppt jedoch nicht bei NO₂, sondern läuft mit der weiteren Oxidation von NO₂ zu Nitrat unter Einbau von atomarem Sauerstoff aus der NSC weiter. Man nimmt an, daß die NSC für unedle Metallverbindungen Carbonat/Nitrat-Umwandlungen eingeht, was fetten/mageren Betriebsbedingungen entspricht (Carbonate werden während des fetten Betriebs gebildet, wohingegen Nitrate während des Magerbetriebs gebildet werden). Für die Reduktionsmittelrolle katalysiert das Edelmetall zunächst die Freisetzung von NO_x bei der Einführung eines Reduktionsmittel (d.h. CO und/oder HC). Dies kann einige NO_x-Speicherstellen wiederherstellen, es trägt jedoch zu keinerlei Reduktion von NO_x bei. Das freigesetzte NO_x wird anschließend in einer fetten Umgebung (HC, CO) weiter zu N₂ reduziert. Man nimmt an, daß unedle Metallverbindungen während mageren/fetten Betriebsbedingungen eine Carbonat/Nitrat-Umwandlung oder einen dominanten Weg eingehen.
Der klassische Adsorberkatalysator enthält typischerweise ein oder mehrere Platingruppenmetalle, ein NO_x-Speichermaterial (NSC), d.h. ein Alkali- oder Erdalkalimetalloxid, wobei sowohl die PM- als auch die NSC-Verbindungen auf einem Oxid enthaltenden Träger, z.B. Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂ und Mischungen davon, getragen werden.
Damit ein Kontakt mit dem Gasstrom für die Gasphasen-NO_x-Reduktion möglich wird, wird das katalytische Material als eine Beschichtung auf einem Träger aufgetragen, der eine physikalische Struktur hat, die ermöglicht, daß der Gasstrom durch diesen hindurch fließen kann, wobei Kontakt mit dem katalytischen Material herrscht, bei einer Temperatur, die ausreicht, um die Reduktionsreaktion zu unterhalten, z.B. bei wenigstens etwa 150°C. Die bevorzugten Träger umfassen keramikartige Materialien, wie z.B. Cordierit, alpha-Aluminiumoxid, Mullit und dergleichen, während andere Materialien u.a. hochschmelzende Metalle, wie z.B. Edelstahl, sein können. Eine typische Art von Träger umfaßt einen Körper mit zylindrischer Konfiguration (der im Querschnitt rund, oval oder polygonal sein kann) mit zwei Endflächen und einer Mehrzahl von feinen, im wesentlichen parallelen Gasstromkanälen, die sich durch diese hindurch erstrecken und die Endflächen des Trägers verbinden, um einen Träger vom "Flow-Through"-Typ zu ergeben. Solche Träger können bis zu etwa 700 oder mehr Stromkanäle ("Zellen") pro Quadratinch Querschnittströmungsfläche besitzen, obwohl auch Träger mit viel weniger Zellen pro Quadratinch ("cpsi") geeignet sein können. Zum Beispiel besitzen typische Träger etwa 200 bis etwa 400 cpsi. Siehe zum Beispiel das United States Patent Nr. 6 150 291 der Rechtsnachfolger von Deeba et al. vom 21. November 2000 (das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist und ein Teil hiervon wird) für spezielle Zusammensetzungsbeispiele für einen solchen NO_x-Adsorberkatalysator.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung befindet sich anstatt klassischer NO_x-Adsorberkatalysatoren ein Mager-NO_x-Katalysator in beiden Abgaszweigen. Im Prinzip ergibt sich während des Betriebs eines kohlenwasserstoffmageren NO_x-Katalysators das gleiche Problem des CO/HC-Schlupfes. Um NO_x mit HCs unter Magerbedingungen zu reduzieren, müssen die C:N-Atomverhältnisse von Kohlenwasserstoffen zu NO_x, die in dem Abgas vorliegen, von ihrem normalen Wert, der bei ≤ 1 liegt, auf einen höheren Wert über 1 angehoben werden, welcher typischerweise im Bereich von 4:1 liegt, jedoch auch so hoch wie 10:1 betragen kann. Erhöhte HC-Rohemissionen sind aufgrund der inhärent schlechten Selektivität der HC-NO_xReaktion, verglichen mit der HC-O₂-Reaktion, eine Vorbedingung für die HC-magere NO_x-Reduktion. Das bei den HC-mageren NO_x-Katalysatoren verwendete C:N-Verhältnis darf eine Obergrenze nicht übersteigen, um eine HC-Vergiftung des Mager-NO_x-Katalysators zu verhindern. Üblicherweise werden bei erhöhten HC-Rohemissionswerten innerhalb des Betriebsbereichs von HC-mageren NO_x-Katalysatoren nicht alle HCs über dem Mager-NO_x-Katalysator umgewandelt, was zu einem HC-Schlupf führt. Der Niedertemperatur-Mager-NO_x-Katalysator ist auf Platinbasis (Pt-Basis) und muß kein Zeolith besitzen, um wirksam zu sein, jedoch sind Pt/Zeolith-Katalysatoren besser und scheinen eine bessere Selektivität bezüglich der Bildung von N₂O als ein Nebenprodukt zu besitzen als andere Katalysatoren, wie z.B. Pt/Aluminiumoxid-Katalysatoren. Im allgemeinen besitzt ein Niedertemperatur-Mager-NO_x-Katalysator katalytisch wirksame Temperaturbereiche von etwa 180 bis 350°C, wobei die größte Wirksamkeit bei einer Temperatur von etwa 250°C liegt. Hochtemperatur-Mager-NO_x-Katalysatoren besitzen unedle Metall/Zeolith-Zusammensetzungen, zum Beispiel Cu/ZSM-5. Hochtemperatur-NO_x-Katalysatoren besitzen einen unteren Temperaturbereich von etwa 300–350°C, wobei sich die größte Wirkung bei etwa 400°C entfaltet. Diese Erfindung verwendet entweder Hoch- oder Niedertemperatur-Mager-NO_x-Katalysatoren mit einem HC/CO-Reduktionsmittel als NO_x-Adsorberkatalysatoren. Terminologisch entstehen bei der Verbrennung von Kraftstoff in der in dem Zylinder des Dieselmotors gebildeten Verbrennungskammer gasförmige Verbrennungsprodukte. Der Teil der Verbrennungsprodukte, der verbrennbar ist (die "verbrennbaren" Verbrennungsprodukte), umfaßt HC und CO, ohne jedoch notwendigerweise darauf beschränkt zu sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sorgt ein NO_x-Adsorberkatalysator für die Beseitigung von NO_x durch eine Anordnung, die einen Katalysator zur NO_x-Beseitigung und ein NO_x-Speichermaterial in unmittelbarer Nähe zueinander auf einem üblichen hitzebeständigen Trägerelement umfaßt. Der Katalysator zur NO_x-Beseitigung umfaßt eine katalytische Metallkomponente, die eine katalytische Platinmetallkomponente oder eine oder mehrere andere katalytische Platingruppenmetallverbindungen enthält. Es wird angenommen, daß, wenn der behandelte Gasstrom, z.B. das Motorabgas, mager ist, das in dem Gasstrom enthaltene NO_x auf dem NO_x-Speichermaterial adsorbiert wird, wodurch gasförmiges NO_x aus dem von dem Motor ausgestoßenen Abgas entfernt wird. Man nimmt an, daß die katalytische Platinkomponente eine solche Adsorption begünstigt. Diese magere Adsorption findet während einer Magerbetriebsperiode statt, die beendet wird, indem der Gasstrom fett gemacht wird, was durch Verringern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der verbrennbaren Mischung, die dem das Abgas erzeugenden Motor zugeführt wird, bewirkt werden kann. Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid oder andere geeignete Reduktionsmittel in dem Gasstrom werden das adsorbierte NO_x aus dem NO_x-Speichermaterial freisetzen. Das freigesetzte NO_x wird anschließend über den Platinmetallen durch Reaktion mit den Reduktionsmitteln reduziert, um N₂ zu bilden. Ein Teil des freigesetzten NO_x kann auch zu N₂O reduziert werden. Für spezielle Beispiele für einen solchen NO_x-Adsorberkatalysator siehe zum Beispiel das United States Patent 5 874 057 der Rechtsnachfolger von Deeba et al. vom 23. Februar 1999 (das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist und zu einem Teil hiervon wird, was die Beispiele für solche Katalysatorzusammensetzungen betrifft, so daß eine weitere detaillierte Beschreibung dieser Beispiele hier nicht notwendig ist).
Andere Beispiele für NO_x-Adsorberkatalysatoren sind in den US-Patenten 5 727 385 (Hepburn), 5 750 082 (Hepburn et al.), 5 753 192 (Dolson et al.), 5 758 489 (Hepburn et al.), 5 795 553 (Lott et al.) und 5 910 097 (Boegner et al.) zu finden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Partikel- oder Rußfilter in dem System verwendet werden, welches sich im gleichen Zweig wie der NO_x-Adsorberkatalysator befindet. Man sollte erkennen, daß ein katalysierter Rußfilter (CSF) in einer beliebigen Anzahl von Anordnungen oder Kombinationen davon mit einem NO_x-Adsorberkatalysator verwendet werden kann (wobei jede Kombination Vor- und Nachteile besitzt), und alle solchen Kombinationen oder Anordnungen können bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Zum Beispiel kann der CSF stromaufwärts oder stromabwärts des NO_x-Adsorberkatalysators plaziert werden, oder ein NO_x-Adsorberkatalysator kann damit beschichtet werden oder diesen im Inneren enthalten. Vorzugsweise wird ein katalysierter Rußfilter des "Wall-Flow"-Typs verwendet. Wie in den 4 und 5 schematisch gezeigt, wird ein katalytisches Material auf einem Träger vom Typ, der üblicherweise als Honigwaben- oder Monolithträger bezeichnet wird und einen einheitlichen Körper mit im allgemeinen zylindrischer Konfiguration mit einer Mehrzahl von feinen, im wesentlichen parallelen Gasstromkanälen, die durch diesen Körper hindurchreichen, enthält, abgeschieden. Wenn die Kanäle ein offenes Ende besitzen, wird der Träger als "Flow-Through"-Träger bezeichnet. Wenn jeder Kanal an einem Ende des Trägerkörpers blockiert ist, wobei abwechselnd gegenüberliegende Endflächen der Kanäle blockiert sind, wird der Träger als Wall-Flow-Träger (oder -Filter) bezeichnet. Der Wall-Flow-Träger sowie das darauf abgeschiedene katalytische Material ist porös, so daß die Abgase durch die Wände des Trägers strömen können (und ohne einen übermäßigen Staudruck am Motor zu erzeugen). Der Monolithträgerkörper besteht vorzugsweise aus keramikartigen Materialien, wie z.B. Cordierit, α-Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Zirkoniumoxid, Mullit, Spodumen, Aluminiumoxid-Siliciumoxid-Magnesiumoxid oder Zirkoniumsilikat. Der Träger wird mit dem Katalysator beschichtet, tauchbeschichtet oder besprüht und kann eine Zusammensetzung besitzen, wie sie z.B. in dem United States Patent Nr. 5 100 632 vom Rechtsnachfolger von Dettling et al., erteilt am 31. März 1992, mit dem Titel "Catalyzed Diesel Exhaust Particulate Filter", offenbart ist, oder gar die Katalysator zusammensetzung besitzen, die Zeolithe verwendet und in dem United States Patent Nr. 5 804 155 vom Rechtsnachfolger von Farrauto et al., erteilt am 8. September 1998, mit dem Titel "Basic Zeolites as Hydrocarbon Traps for Diesel Oxidation Catalysts" offenbart ist. Sowohl das Patent Nr. 5 100 632 als auch das Patent Nr. 5 804 155 sind wegen ihrer Offenbarung für die Katalysatorzusammensetzungen, die auf den Träger des katalysierten Rußfilters, der in der bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung verwendet wird, aufgetragen werden, hierin durch Bezugnahme aufgenommen. Ein Beispiel für einen annehmbaren katalysierten Rußfilter ist der Filterkatalysator von Engelhard Corporation mit der Bezeichnung MEX 003. Dieser Katalysator besteht aus 250 g/ft³ ZrO₂, aufgetragen auf das Rußfiltersubstrat durch Lösungsimprägnierung als Zirkoniumacetatlösung und anschließend getrocknet, plus 500 g/ft³ CeO₂, anschließend aufgetragen durch Lösungsimprägnierung als Cer(III)nitrat/Citronensäure-Lösung (Ce:Citrat-Molverhältnis = 1:1) und anschließend getrocknet und bei 450°C kalziniert, plus 75 g/ft³ Platin, aufgetragen durch Lösungsimprägnierung als in Amin löslichgemachtes Pt(IV)-Hydroxid (d.h. Pt-"A"-Salz), anschließend getrocknet und bei 450°C kalziniert.
Die 4 und 5 zeigen schematische Vorder- bzw. Seitenansichten eines Wall-Flow-Filters 22. Die porösen oder gasdurchlässigen Wände des Wall-Flow-Filters 22 bilden mit der Innenfläche einer beliebigen Wand, die einen Teil eines Kanals bildet, und der Außenfläche der gleichen Wand, die einen Teil eines benachbarten Kanals bildet, Kanäle. Die Kanäle im Wall-Flow-Filter besitzen das herkömmliche Schachbrett-Muster (5), das abwechselnd geschlossene 23 und offene 24 Kanäle zur Eintrittsseite des Abgases hin aufweist (16). Alle Kanäle sind katalysiert, wie es oben für Erläuterungszwecke erörtert wurde. Stickstoffoxid, NO, und Ruß treten in die offenen Kanäle 24 ein. Man nimmt an, daß NO durch Reaktion mit der katalysierten Oberfläche am Einlaßkanal 24 oxidiert und zu NO₂ wird. Wie es gut bekannt ist, wird Ruß von den Wall-Flow-Filterwänden gefangen, welche Abgas hindurchströmen lassen, wie es durch die Pfeile 21 gezeigt ist. Im Einlaßkanal 24 gebildetes NO₂ reagiert jedoch mit dem auf den Einlaßkanalwänden gefangenen Ruß und wird zu NO reduziert. Die Reaktion von NO₂ mit Ruß ist für den Filter (sie hält den Filter sauberer, es entsteht weniger Staudruck usw.) und für das Emissionsverfahren nützlich. (NO₂ ist mit kohlenstoffhaltigem Material hochreaktiv.) Stickstoffoxid, NO, das in einen geschlossenen Kanal 23 eintritt, reagiert nun mit dem Katalysator auf den Wandoberflächen des geschlossenen Kanals 23 und wird zu NO₂ oxidiert. Das NO₂ wird als vorteilhaft für die Speicherung von NO_x über dem NO_x-Adsorberkatalysator 20 angesehen.
Wie oben angegeben, ist das Dieselabgas ein heterogenes Material, das Verunreinigungen wie Kohlenmonoxid (CO), nichtverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Stickstoffoxide (NO_x) sowie Rußpartikel enthält. Rußpartikel bestehen sowohl aus einer trockenen festen kohlenstoffhaltigen Fraktion als auch aus einer löslichen organischen Fraktion. Die lösliche organische Fraktion wird manchmal als flüchtige organische Fraktion (VOF oder SOF) bezeichnet, die im Dieselabgas entweder als Dampf oder als Aerosol (feine Tröpfchen aus flüssigem Kondensat) vorliegen kann, je nach der Temperatur des Abgases. Der Katalysator auf dem Rußfilter oxidiert die VOF, wobei die CSF-Blockierung verzögert oder minimiert wird oder die Abnahme der Permeabilität der Wall-Flow-Filterkanäle verhindert wird. Der Rußfilter oxidiert auch HC und CO und wandelt diese Verunreinigungen in "gutartige" Emissionen um. Es sollte auch angemerkt werden, daß der Katalysator-Rußfilter auch Stickstoffoxide, NO, (die nach allgemeiner Kenntnis mehrheitlich NO_x umfassen, wobei mehrheitlich etwa 50% oder mehr der vom Motor 10 erzeugen NO_x-Emissionen bedeutet) zu NO₂ oxidiert, das beim Kontakt mit VOF leicht zu NO reduziert wird und daher für die Lebensdauer des CSF-Katalysators von Nutzen ist. Sobald das NO durch die Kanalwand gelangt ist, tritt es erneut mit dem Katalysator in Kontakt und wird zum NO₂-Zustand oxidiert, was, in dieser NO_x-Form, als nützlich für den NO_x-Adsorberkatalysator angesehen wird. Es ist daher möglich, einen einzelnen Katalysatorziegel zu konstruieren, an dessen Eintrittsbereich sich ein katalysierter Rußfilter befindet und entlang dessen Austrittsbereich sich ein Mager-NO_x-Katalysator erstreckt. Dies ist in 2 durch die gestrichelte Linie an der Vorderseite eines jeden NO_x-Adsorberkatalysators 20 schematisch angedeutet, was zeigt, daß der vordere Teil eines jeden NO_x-Adsorberkatalysators 20A, 20B einen katalysierten Rußfilter 22A, 22B als Bestandteil seines Substrats enthält. Siehe zum Beispiel das United States Patent Nr. 6 375 910 der Rechtsnachfolger von Deeba et al. mit dem Titel "Multi-zoned Catalytic Trap and Methods of Making and Using the Same", erteilt am 23. April 2002. Sowohl der katalysierte Rußfilter als auch die NO_x-Adsorberkatalysatoren 22A, 20A und 22B, 20B könnten natürlich getrennt sein und zusammen in einem einzigen Gehäuse oder einfach voneinander getrennt vorliegen.
Immer noch in bezug auf 2, vereinen sich der erste und der zweite Zweig 15, 16 an einem Einlaß 17 eines gemeinsamen Abgaszweiges 18, der stromabwärts des Einlasses 17 einen Oxidationskatalysator 19 trägt. Der Einlaß des Oxidationskatalysators 19 ist weit genug von dem Einlaß 17 des gemeinsamen Abgaszweigs 18 entfernt, um zu gewährleisten, daß beide Abgasströme im ersten Zweig 15 und im zweiten Zweig 16 gründlich zu einem gemeinsamen Strom vermischt wurden, bevor sie in den Oxidationskatalysator 19 gelangen. Der Oxidationskatalysator 19 ist von vollkommen herkömmlicher Bauart und umfaßt typischerweise ein Platingruppenmetall, das auf einem hitzebeständigen Metalloxid dispergiert ist. Ein Beispiel für einen Oxidationskatalysator, der sich zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung eignet, ist in dem US-Patent 6 274 107 von Yavuz et al. mit dem Titel "Zeolite-Containing Oxidation Catalyst and Method of Use", offenbart, das hierin wegen der Offenbarung der Zusammensetzung eines Oxidationskatalysators durch Bezugnahme aufgenommen ist. Wie es nachstehend erörtert werden wird, ist bekannt, daß die Abgase, die aus dem katalysierten Rußfilter austreten, das Substrat des NO_x-Adsorberkatalysators auf höhere Temperaturen aufheizen können, bei denen bekannte fette Impulse den in dem NO_x-Filter eingefangenen Schwefel freisetzen und reduzieren können. Wenn die Temperatur des NO_x-Adsorberkatalysators erhöht wird, verringert sich dessen Fähigkeit zum NO_x-Einfang. Das heißt, das Temperaturfenster, bei dem der NO_x-Adsorberkatalysator katalytisch wirksam NO_x speichert, ist typischerweise niedriger als das Temperatur-"Fenster", bei dem der NO_x-Adsorberkatalysator katalytisch wirksam gespeicherten Schwefel freisetzt. Das erfindungsgemäße System kann dieses bekannte Verfahren zur Freisetzung von gespeichertem Schwefel während seines Fett/Mager-Spülzyklus vorteilhaft ausnutzen.
Das Steuersystem
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Motor 10 mit einem Hydraulikdruckleitungs-Kraftstoffsteuersystem von der Art, wie sie typischerweise zur Versorgung von leichten Dieselmotoren mit Kraftstoff verwendet wird, ausgestattet, es können jedoch auch andere Kraftstoffzufuhrsysteme verwendet werden. Das heißt, während die Erfindung eine spezielle Anwendbarkeit für Fahrzeuge besitzt, die mit leichten Dieselmotoren angetrieben werden, besitzt sie in ihrem breiteren Sinne auch Anwendbarkeit für Fahrzeuge, die mit schweren Dieselmotoren angetrieben werden, die HEUI-Systeme (HEUI = hydraulisch betätigte, elektronisch geregelte Einspritzeinheiten) verwendet werden.
In 2 ist ein HEUI-System offenbart, das derart modifiziert ist, daß eine unabhängige Steuerung der Zylinderbänke möglich ist. Jeder Zylinder 12 ist mit einer Kraftstoffeinspritzdüse 25 vom Typ einer Einspritzeinheit ausgestattet. (Siehe Glassys US-Patent 5 191 867 , das hierin wegen seiner Offenbarung einer Einspritzeinheit und des HEUI-Systems aufgenommen ist.) Eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe 26 zieht Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 27 des Fahrzeugs und bereitet den Kraftstoff an einer Aufbereitungsstation 28 auf, bevor der Kraftstoff wie gezeigt an die einzelnen Einspritzdüsen 25 gepumpt wird. Ein oder mehrere Kraftstoffrückführleitungen 29 werden bereitgestellt. Das gezeigte Kraftstoffzufuhrsystem ist unabhängig von dem Hydrauliksystem, das die Kraftstoffeinspritzdüsen 25 betätigt, und von diesem getrennt.
Die Kraftstoffeinspritzdüsen 25 werden durch Hydraulikdruck betrieben, der wiederum durch Signale geregelt wird, die von der elektronischen Steuereinheit, ECU, 30 des Motors erzeugt werden. Typischerweise speist eine Niederdruckpumpe 32 den Einlaß einer Hochdruckpumpe 34, deren Auslaß eine Druckleitung 36 in Strömungsverbindung mit jeder Kraftstoffeinspritzdüse 25 unter Druck setzt, um sie zu betätigen. Der Druck in der Druckleitung wird durch ein Steuerventil 37 zur Drosselung des Drucks in der Druckleitung bestimmt, welches den Hochdruckpumpenstrom auf Rücklauf auf die Rücklaufleitungen 38 stellt.
Bei der in 2 offenbarten Ausführungsform ist das Druckleitungssystem geteilt, um eine unabhängige Steuerung der Kraftstoffzufuhr für jede Zylinderbank zu ermöglichen. Die erste und die zweite Zylinderbank sind mit jeweils eigenen Hochdruckpumpen 34A, 34B, eigenen Druckleitungen 36A, 36B und eigenen Drucksteuerventilen 37A, 37B ausgestattet. Die Fachleute werden jedoch erkennen, daß andere Ventilsysteme verwendet werden könnten, so daß nur eine Hochdruckpumpe 34 benötigt wird, oder daß die Gestaltung der Kraftstoffeinspritzdüsen derart sein kann, daß die Kraftstoffeinspritzdüsen jede Zylinderbank mit einer gemeinsamen Druckleitung mit gemeinsamem Druck ansteuern, oder daß völlig andere Kraftstoffzufuhrsysteme verwendet werden können.
Die ECU 30 erzeugt in Erwiderung auf eine Reihe von ermittelten Variablen elektrische Steuersignale für die Kraftstoffeinspritzdüse 25 eines jeden Zylinders, die bei 38A an einem Elektromagnetventil in jeder Kraftstoffeinspritzdüse 25 in der ersten Zylinderbank eingehend und bei 38B an einem Elektromagnetventil in jeder Kraftstoffeinspritzdüse in der zweiten Zylinderbank eingehend gezeigt sind. Bekanntlich steuert das Elektromagnetventil die Taktung der Kraftstoffeinspritzdüse. Die ECU 30 erzeugt auch Steuersignale, die bei 39A, 39B eingehend gezeigt sind, zur Regelung jedes Leitungsdrucksteuerventils 37A bzw. 37B, um den Druck des an die Kraftstoffeinspritzdüsen 25 gepumpten Motorenöls einzustellen. Es wird als ausreichend angesehen, zu erwähnen, daß, in Erwiderung auf einer Reihe von Eingangssignalen, die eine beliebige Anzahl von Variablen darstellen, welche von der ECU 30 benötigt werden, um die Kraftstoffzufuhr für den Motor 10 zu ermitteln, die ECU 30 Ausgangssignale erzeugt, die bei der Ausführungsform von 2 die Form der Signale 38A, 38B annehmen, um die Kraftstoffzufuhr für den Motor zu steuern.
In 3 ist ein Druckleitungssystem gezeigt, das typischer für das für leichte Dieselfahrzeuge verwendete System ist. Es wird angenommen, daß das Druckleitungssystem von 3 einen breiteren A/F-Steuerbereich zur Verfügung stellt als das in 2 offenbarte System, und somit ist das Druckleitungssystem von 3 bevorzugt. (Wiederum ist die Erfindung auch auf schwere Dieselmotoren anwendbar, und wenn ein modifiziertes HEUI-System, wie es in 2 gezeigt ist, alleine nicht ausreicht, um die erwünschten mageren/fetten Motorabgaszusammensetzungen zur Verfügung zu stellen, können zusätzlich andere bekannte Motorbetriebsverfahren eingesetzt werden. Zum Beispiel können zusätzliche Kraftstoffeinspritzdüsen im Abgaszweig, die als gestrichelte Linien 90, 91 gezeigt sind, in Strömungsverbindung mit der Niederdruckpumpe 32 zur Verfügung gestellt werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist weniger von außen durch die Kraftstoffeinspritzdüsen im Abgaszweig zugeführter Kraftstoff notwendig als bei den Systemen des Stands der Technik, welche das zusätzlich benötigte Reduktionsmittel ausschließlich durch die Abgaszweig-Kraftstoffeinspritzdüsen zuführten.) Die in 2 verwendeten Bezugszahlen, die das Druckleitungssystem beschreiben, gelten gleichermaßen für gleiche Komponenten in dem in 3 veranschaulichten Druckleitungssystem. Bei der Ausführungsform von 3 werden geteilte Druckleitungen verwendet, wobei nur Druckleitung 36A veranschaulicht ist. Wie in 2, speist die Niederdruckpumpe 32, deren Druck durch das Ventil 32 geregelt wird, die Hochdruckpumpe 34A. Die Hochdruckpumpe 34, deren Druck ebenfalls durch ein Hochdruckregelventil 33A geregelt wird, speist die Druck-Teilleitung 36A mit Kraftstoff bei einem vorgegebenen Druck, der durch das Regelventil 33A vorgegeben wird. Ein Solenoid- oder Elektromagnetventil 37A führt Kraftstoff mit hohem Druck aus der Druck-Teilleitung 36A der Einspritzdüse in zeitlich festgelegten Inkrementen zu, um den Motor 10 mit Kraftstoff zu versorgen. Die Druckleitungsausführungsform von 2 setzt Druck aus einer Druckleitung ein, um die Kraftstoffeinspritzdüse zu betreiben, wobei der Kraftstoff getrennt zuführt wird, wohingegen die Druckleitungsausführungsform von 3 Dieselkraftstoff verwendet, um sowohl für Druck zu sorgen als auch den Motor mit Kraftstoff zu versorgen.
Die ECU 30 ist herkömmlicher Bauart und umfaßt wohlbekannte Elemente, wie z.B. eine zentrale Steuereinheit oder CPU 40, RAM (Random Access Memory) 41, ROM (Read Only Memory) 42 und NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory) 43. Ebenfalls gezeigt ist eine Nachschlagetabelle (LUT) 44, separat und getrennt vom ROM 42 (oder alternativ als Komponente im ROM 42 enthalten). Ebenfalls gezeigt ist eine herkömmliche Eingabe/Ausgabe(I/O)-Einheit 46 zum Empfang und zur Weiterleitung von Befehlen vom und an die ECU 30. Die ECU 30 arbeitet auf gut bekannte Weise, indem sie den Motor 10 steuert und die Motorsteuerungs- und Diagnoseroutinen abwickelt, wie sie durch Schritt-für-Schritt-Instruktionen im ROM 42 gespeichert sind. Bekanntermaßen werden die technischen Betriebsparameter als Eingabesignale in die ECU 30 gelesen, welche dann zu Ausgabesignalen oder zu Steuersignalen verarbeitet werden, die von der ECU 30 an Steller am Fahrzeugsteuersystem für den Fahrzeugbetrieb, speziell für den Betrieb des Motors 10, ausgegeben werden.
Es existieren eine Reihe von Sensoren, die Motorbetriebsinformationen liefern, welche in die ECU 30 eingegeben und zur Betriebssteuerung (Kraftstoffzufuhr) des Motors 10 verwendet werden. Mehrere Sensoren sind in 3 diagrammartig veranschaulicht, und sie umfassen z.B. eine Zeitfolgesensoreinheit 50, die, wie gezeigt, die Drehung des Motorschwungrads 51 ermittelt und ein Zeitfolgesignal auf der gestrichelten Leitung 52 an die ECU 30 ausgibt. Das Eingabesignal auf der Zeitfolgesignalleitung 52 kann als ein Eingabesensorsignal betrachtet werden, das Informationen über die Fahrzeuggeschwindigkeit, Informationen über die Zeitfolge entweder für Kraftstoff oder ein Ventil, oder Informationen über das Motordrehmoment liefert. Darüber hinaus ermittelt ein Luftstromsensor 55 den Luftmassenstrom im Einlaßkrümmerdurchgang 56 und liefert ein Eingangssignal auf der gestrichelten Luftsensorleitung 57 an die ECU 30. Die Luftsignalleitung 57 kann auch als Träger von Sensorinformationen für den Krümmerluftdruck betrachtet werden. Ebenfalls gezeigt ist ein Drosselsensor 60 in Verbindung mit dem vom Fahrer gesteuerten Fahrpedal 61, der ein Beschleunigungssignal auf der gestrichelten Beschleunigungssensorleitung 62 liefert. Die in 3 gezeigten Motorsensoren sind lediglich beispielhaft für ein Verfahren zur Extraktion von Daten eines Motors vom Typ, der zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Abgassystems geeignet ist, und sie sollen nicht als die Erfindung einschränkend betrachtet werden. Die Fachleute werden erkennen, daß es eine Reihe von Verfahren gibt, die bei der Motorsteuerungstechnik verwendet werden, die dazu führen, daß die ECU 30 Stellersteuersignale erzeugt, und diese Erfindung umfaßt die Anwendung eines beliebigen solchen Steuerverfahrens zur Erzeugung der erwünschten Abgasemissionen.
Es ist wichtig, daß ein oder mehrere Emissionssensoren im Katalysatorabgassystem vorhanden sind, die ein Eingangssignal an die ECU 30 liefern, das direkt oder indirekt die in die Atmosphäre ausgestoßenen Emissionen und die Funktion der Katalysatoren anzeigen. Die in 3 gezeigten Sensoren dienen nur den Zwecken der Erörterung und können, müssen aber nicht, die tatsächliche Plazierung der Sensoren in dem Katalysatorsystem der Erfindung wiedergeben. Vorzugsweise befindet sich ein Stromaufwärts- 63 und ein Stromabwärts-NO_x-Sensor 64 in jedem Abgaszweig 15, 16 für jeden NO_x-Adsorberkatalysator 20, und diese werden verwendet, um ein Differenzsignal zu erzeugen, das den momentanen Zustand des NO_x-Adsorberkatalysators 20 zeigt. (Alternativ kann nur ein Stromabwärts-NO_x-Sensor verwendet werden, wobei die NO_x-Emissionen aus dem Motor aus einem NO_x-Kennfeld ermittelt werden. Das NO_x-Kennfeld kann die momentanen NO_x-Emissionen als Funktion der Motorgeschwindigkeit und -last liefern und kann in der ECU umgesetzt werden.) Ähnlich können auch Lambda-Sensoren 64, 65 stromaufwärts bzw. stromabwärts des NO_x-Adsorberkatalysators 20 plaziert sein. Vom Konzept her können die NO_x-Sensoren als ein Signal erzeugend betrachtet werden, welches auf den Sättigungsgrad der NO_x-Speicherstellen in dem NO_x-Adsorberkatalysator hinweist, d.h., die Signale liefern einen Hinweis darauf, wann der NO_x-Adsorberkatalysator regeneriert worden ist. Darüber hinaus wird ein EGO-Sensor 68 stromaufwärts des DOC-Katalysators 19 verwendet, um die Mager/Fett-Zusammensetzung der vereinten Abgase in dem vereinten Zweig 18 vor Eintritt in den DOC-Katalysator 19 zu ermitteln. Alle Sensoren 63, 64, 65, 66 und 68 geben ihre Emissionssensorsignale auf der gestrichelten Sensorleitung 69 an die ECU 30 weiter.
Diese Erfindung variiert den Betrieb des Motors 10, so daß eine Zylindergruppe oder -bank ein Abgas in ihrem Abgaskrümmer erzeugen kann, das fett oder stöchiometrisch ist und daher ihren NO_x-Adsorberkatalysator regenerieren kann, während die andere Zylindergruppe oder -bank ein "normales" Dieselabgas in ihrem Abgaskrümmer erzeugen kann, das über stöchiometrisch hinaus mager ist, wobei NO_x-Emissionen erzeugt werden, die in ihrem NO_x-Adsorberkatalysator adsorbiert werden. Der Betrieb des Motors 10 verläuft so, daß, wenn das fette Gas einen NO_x-Adsorberkatalysator regeneriert, die Kraftstoffzufuhr der Zylinderbank umgestellt wird. Dies wird durch Einprogrammieren einer Routine in die ECU 30, die, in Erwiderung auf eines oder mehrere der oben beschriebenen Sensorsignale (oder alternativ auf periodischer, zeitlich festgelegter Basis), eine Reihe von Berechnungen, Schritten oder Anweisungen startet, die zu einem Befehlssignal führen, das von der ECU 30 an wenigstens einen Steller zur Steuerung dieses Stellers ausgegeben wird. Vom Konzept her führt das erfindungsgemäße System im breiteren Sinne eine programmierbare Routine durch, die ein oder mehrere variierende Befehlssignale an einen oder mehrere Steller erzeugt, um den Motorbetrieb zu steuern, so daß das Abgas für eine Zylinderbank fett ist, was einen Lambda-Wert von 1,00 oder weniger bedeutet, und das Abgas für die andere Zylinderbank mager ist, was einen Lambda-Wert von wenigstens 1,0 oder darüber und vorzugsweise 2,5 oder größer bedeutet. Diese programmierbare Routine wird als die "Fett/Mager"-Routine bezeichnet. Die Routine kann dann zusätzlich die Befehlssignale von einer Zylinderbank auf die andere umstellen, wenn die Regenerierung des NO_x-Adsorberkatalysators, der den fetten Abgasstrom erhält, beendet ist oder der Katalysator zu einem voreingestellten Grad regeneriert worden ist. Die tatsächliche programmierbare Routine wird hier nicht im Detail genannt, da ein Computerprogrammierer wohl in der Lage ist, eine solche Routine zu entwickeln, sobald die von der Routine gesteuerten Steller, die Eingangssignale und die von der programmierbaren Routine zu steuernden Ereignisse bekannt sind. Die Sensorsignale wurden im allgemeinen oben definiert. Einige "Steller", die die Fett/Mager-Zusammensetzung der Abgase regeln können, sind nachstehend genannt. Im Stand der Motorentechnik ist es gut bekannt, eine Reihe von Kraftstoffzufuhrverfahren zu verwenden, um eine Reihe von speziellen Abgaszusammensetzungen durch Steuerung der Kraftstoffverbrennung zu erzeugen. Diese Erfindung umfaßt die Verwendung von beliebigen solchen bekannten Verfahren zur Erzeugung der erwünschten fetten/mageren Abgaszusammensetzungen, die zur Regenerierung der NO_x-Adsorberkatalysatoren benötigt werden. Die nachstehende Erörterung konzentriert sich auf Steller, die bekanntermaßen den NO_x-Gehalt im Motorabgas regeln.
a) Kraftstoffeinspritzdüse
Der vielleicht leichteste Weg, die Zusammensetzung des Abgases zu ändern, ist die einfache Änderung des A/F-Verhältnisses durch Variieren des der Einspritzdüse 25 zugeführten Kraftstoffes gegenüber dem Impuls-Ausgangssignal von der ECU 30 auf Leitung 39 bei der Ausführungsform von 3 (Leitungen 39 und 38 bei der Ausführungsform von 2). So wie in dieser Beschreibung verwendet, umfaßt die Impulsbreite nicht nur die Dauer des Impulses (und wie der Impuls während seiner Dauer variiert werden kann), sondern auch die Zeit, in der der Impuls erzeugt wird. Siehe Chryslers United States Patent Nr. 5 261 366 von Regueiro mit dem Titel "Method of Fuel Injection Rate Control", erteilt am 16. November 1993, das hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, um zu zeigen, wie der Leitungsdruck und die Kraftstoffzufuhr durch einzelne Einspritzdüsen durch Sensorsignale variiert wird, einschließlich des Krümmerdrucks, der Kurbelwellenposition usw. Daher könnte die programmierbare Routine vom Konzept her einfach die Ermittlung des Luftmassenstromsignals auf Leitung 57, des Kurbelwellenpositionssignals auf der Zeitfolgesensorleitung 52 und den Zugriff auf entsprechende Nachschlagetabellen 44 zur Ermittlung einer Kraftstoffmenge, die ausreicht, um ein A/F-Verhältnis zu erzeugen, das für eine Zylinderbank mager und für die andere Zylinderbank fett sein wird, umfassen. Die ECU 30 wird dann entsprechende Elektromagnetventil-Stellersignale auf den Leitungen 39A und 39B ausgeben, um die erwünschten fetten und mageren Abgaszusammensetzungen zu erzeugen. In diesem Zusammenhang sollte auch erwähnt werden, daß es gut bekannt ist, den Kraftstoff zu getrennten Zeiten während des Verdichtungshubs einzuspritzen, wie z.B. eine Voreinspritzung deutlich vor dem TDC (oberen Totpunkt) und eine Haupteinspritzung etwa am TDC. Diesbezüglich kann die Änderung von fett in mager einfach eine Änderung der Zeitfolge der Vor- und der Hauptkraftstoffeinspritzimpulse umfassen, wie es in Daimler-Chryslers United States Patent Nr. 6 082 325 von Digeser et al. mit dem Titel "Process and System for Operating a Diesel Engine" vom 4. Juli 2000 gezeigt ist, wobei 3 davon und die dazugehörige Erklärung dieser Figur hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Die programmierbare Routine der vorliegenden Erfindung, die Ermittlung der Eingangssignale, die in dem US-Patent 6 082 325 genannt ist, würde dann eine Zeitfolgeverschiebung für die Vor- und Haupteinspritzimpulse für die Zylinderbank mit fettem Abgas bewirken, während die normale Zeitfolge für die Vor- und die Haupteinspritzimpulse für die Zylinderbank mit magerem Abgas beibehalten wird. Bei der Regenerierung würden sich die Zeitfolgesignale für die Zylinderbänke verändern.
b) Luftdrosselung mit oder ohne EGR
Das A/F-Verhältnis wird auch durch den Luftstrom durch den Einlaßkrümmer 56 beeinflußt. Die meisten Dieselmotoren sind heute mit Turboladern mit Verstellgeometrie (VGT) ausgestattet, die eine interne Geometrie (variable Schaufelradflügelwinkel) besitzen, welche die Luftstrombedingungen im Einlaßkrümmer 56 erzeugen. Dieselmotoren mit VGT können, müssen aber nicht, eine Drosselplatte 70 im Einlaßkrümmer besitzen. Für Diskussionszwecke zeigt die Ausführungsform von 3 eine Drosselplatte 70, die durch ein Steuersignal von der ECU 30 auf der gestrichelten Luftdrosselungssteuerleitung 71 geregelt wird. Ferner kann angenommen werden, daß getrennte Drosselventile 70A (70B ist nicht gezeigt) für jede Zylinderbank bereitgestellt werden, so daß der Luftstrom an jede Zylinderbank unabhängig gesteuert werden kann. Andere Luftstromanordnungen werden sich den Fachleuten selbst offenbaren, und die Erfin dung ist nicht auf die zwei in 3 veranschaulichten Drosselventilanordnungen beschränkt. Die Einspritzdüse 25 wird typischerweise zusammen und in Kombination mit der Luftdrosselplatte 70 gesteuert, um das A/F-Verhältnis festzusetzen. Auch ist der Motor 10 typischerweise mit einer EGR(Abgasrückführungs)-Schleife 74 mit einem EGR-Ventilsystem 75 unter der Steuerung durch die ECU 30 durch die gestrichelte EGR-Steuerleitung 76 ausgestattet. Die Einspritzdüse, die Luftdrosselung und die EGR werden von der ECU gesteuert, um die mageren/fetten Gasströme in dem ersten und dem zweiten Abgaskrümmer 13, 14 zu erzeugen und zu variieren. Siehe Mazdas United States Patent Nr. 6 354 269 von Saito et al. mit dem Titel "Method and System for Controlling Engine", erteilt am 12. März 2002, für eine Regenerierungseinrichtung, bei der ein Dieselmotor mit Turbolader mit Luftdruck gesteuert wird, der von der Turbine erzeugt wird und zur Verbrennungskammer des Zylinders gelassen wird, gefolgt von der Ventilöffnung der EGR-Schleife und schließlich der Erhöhung des Kraftstoffs aus der Einspritzdüse, um die fette Abgasmischung zur Regenerierung des NO_x-Katalysators zu erzeugen. Ähnlich betrifft Nissans United States Patent Nr. 6 026 790 von Itoyama mit dem Titel "Diesel Engine Emission Control System", erteilt am 22. Februar 2000, das Ermitteln der EGR und die Steuerung der Luftansaugung und des Kraftstoffs in Erwiderung auf die ermittelten EGR-Werte. Die in den US-Patenten Nr. 6 354 269 und 6 026 790 offenbarten Steuerschemata sind ebenfalls hierin durch Bezugnahme aufgenommen, da sie zur Steuerung der Zylinderbank verwendet werden können, welche einen fetten Gasstrom erzeugt, und gleichzeitig für die andere Zylinderbank verwendet werden können, um magere Gasströme zu erzeugen.
c) Ventilsteuerung
Zusätzlich kann der Motor 10 mit einer variablen Ventilsteuerungseinheit ausgestattet sein, die durch die Bezugszahl 80 im Schema dargestellt ist und von der ECU 30 durch die gestrichelte Ventilsteuerleitung 81 gesteuert wird. Siehe Mitsubishis United States Patent Nr. 6 209 519 von Yamashita mit dem Titel "Control System and Control Method for Diesel Engine", erteilt am 2. April 2001, das eine variable Ventilsteuerungseinheit offenbart, welche die Zeit, die das Ansaugventil geschlossen ist, variiert, um die Zeit beim Verdichtungshub des Zyklus zu variieren, wenn die Verbrennung stattfindet. Bei einem der Betriebsmodi werden die Partikel und das NO_x, welche normalerweise vom Motor erzeugt werden, reduziert, und das US-Patent Nr. 6 209 516 schaltet, in Abhängigkeit von den Anforderungen des Motors, von einem Verbrennungsmodus in den anderen um, insgesamt werden jedoch die Dieselemissio nen verringert. Das Konzept des US-Patents Nr. 6 209 516 kann auf die vorliegende Erfindung angewandt werden. Der erste in dem US-Patent Nr. 6 209 516 offenbarte Verbrennungsmodus müßte weiter modifiziert werden, um einen fetten Gasstrom zu erzeugen, indem der Einspritzdüsenimpuls weiter modifiziert wird, um einen Überschuß an Treibstoff und/oder eine Verzögerung des Luftstroms gegenüber der Drosselplatte 70 zu erzeugen.
Die oben erörterten programmierbaren Motorroutinen sind lediglich Beispiele oder Veranschaulichungen und nicht notwendigerweise Einschränkungen der vorliegenden Erfindung. Zusammenfassend können beliebige der oben erörterten bekannten Verfahren oder beliebige der den Fachleuten auf dem Gebiet der Dieselmotorsteuerung bekannte Motorsteuerverfahren angewandt werden, um in jeder Zylinderbank ein Abgas zu erzeugen, das fett oder mager sein kann. Ferner ist es im Stand der Technik bekannt, die Verbrennung in der Verbrennungskammer des Dieselmotors so zu steuern, daß bestimmte Brennstoffe in den Verbrennungsprodukten in den Abgasen vorherrschen. Zum Beispiel kann das verbrennbare CO zum vorherrschenden Gas in den Verbrennungsprodukten gemacht werden, oder alternativ können Kohlenwasserstoffe (HC) vorherrschend gemacht werden. Darüber hinaus können in den erzeugten mageren Abgasen die erwünschten Brennstoffmengen erzeugt werden, und bestimmte Brennstoffe können in den mageren Abgasen vorherrschend gemacht werden.
Es gibt jedoch noch zwei zusätzliche Anforderungen an das erfindungsgemäße System, die zuvor noch nicht erörtert wurden. Die Anforderungen an das System sind a), daß der Motor fette und magere Abgasströme erzeugt, so daß, wenn die Ströme in dem vereinten Abgaszweig 16 vereint werden, der vereinte Strom mager ist, und b), daß das Fahrverhalten des Fahrzeugs nicht wesentlich beeinträchtigt werden darf.
Prüfstandversuche haben gezeigt, daß die erste Anforderung, d.h. daß die vereinten Abgasströme stromabwärts des NO_x-Adsorberkatalysators mager sind, erfüllt werden können. Das heißt, es ist möglich, fette und magere A/F-Kraftstoffzufuhrverhältnisse zu erzeugen, so daß i) die Regenerierung des NO_x-Adsorberkatalysators 20 stattfinden kann und ii) die vereinten Ströme (fett und mager) mager sein können. Dies wird durch die folgende Tabelle veranschaulicht, die die Rechenergebnisse für die Sauerstoffkonzentration im wiedervereinten Abgas während der NO_x-Adsorberregenerierung mit 50% mageren und 50% fetten Abgasströmen während des Motorbetriebs bei konstanter Geschwindigkeit zeigt.

Kraftstoff H/C = 1,84
H₂:CO, mager = 0
Stöch. A/F = 14,466
Lambda = (tats. A/F)/(stöch. A/F)

Spezielle Beispiele aus dem Motorprüfstand:
wobei:
(1) λ, CO, O₂, NO: gemessen in einem Motorprüfstandversuch (SAE2000-01-2911)
(2) HC: berechnet aus Lambda-Formel (Quelle: Jordan Lampert, Engelhard)
(3) CO + 0,5 O₂ = CO₂
(4) "CH₂" + 1,5 O₂ = CO₂ + H₂O (Annäherung: CH₂ anstelle von CH_1,84)
(5) VI_mager = VI_fett (VL: Abgasstromgeschwindigkeit)
(6) → Netto-O₂, mager/Netto O₂-Defizit, fett = ppm O₂ – 0,5*ppm CO – 1,5*ppm HC

Die Forderung nach einem mageren vereinten Abgasstrom ist notwendig, um einen Schlupf zu verhindern, dessen Auftreten sonst denkbar wäre. Das heißt, HC, CO und H₂S (Schwefelwasserstoff) können während der Regenerierung am NO_x-Adsorberkatalysator vorbeischlüpfen. Indem der vereinte Strom mager sein muß, ist ausreichend Sauerstoff vorhanden, um, wenn der Schlupf den Oxidationskatalysator 19 passiert, diese schädlichen Emissionen zu "gutartigen" Gasen, d.h. CO₂, H₂O, und weniger toxischen SO_x-Gasen zu oxidieren. Der in dem vereinten Strom verfügbare Netto-Sauerstoff beträgt wenigstens 2% der Zusammensetzung des Abgasstroms. Um die Möglichkeit eines Schlupfs bei kommerzieller Anwendung zu minimieren, nimmt man an, daß höhere Prozentsätze an verfügbarem Netto-Sauerstoff in dem vereinten Abgasstrom, wie z.B. wenigstens 5% der Zusammensetzung des vereinten Abgasstroms oder gar wenigstens 8% der Zusammensetzung des vereinten Abgasstroms, verwendet werden können.
Fahrverhaltenstests wurden bis zum Tage dieser Erfindung noch nicht durchgeführt. Da jede Zylinderbank getrennt gesteuert wird, wird nicht erwartet, daß das Fahrverhalten wesentlich beeinflußt wird. Die mager arbeitende Zylinderbank wird die gleiche Leistung erzeugen wie die fett arbeitende Zylinderbank (zum Beispiel wird die Einspritzzeitfolge für jede Zylinderbank so festgesetzt, daß beide Zylinderbänke die Bedingung der Drehmomentneutralität erfüllen). Die zusätzliche Kraftstoffmenge, die in den fett arbeitenden Zylinder eingespritzt wird, relativ zur Kraftstoffmenge, die in den mager arbeitenden Zylinder eingespritzt wird, wird zu einer Erhöhung der Motor-CO/HC-Emissionen und zu einer Erhöhung der Abgastemperatur führen, wodurch die Kraftstoffeffizienz verringert wird.
Es ist vorgesehen, daß beide Zylinderbänke identisch arbeiten, bis die Sensoren anzeigen, daß einer der NO_x-Adsorberkatalysatoren 20A, 20B regeneriert werden muß. Zu diesem Zeitpunkt wird die ECU 30 dafür sorgen, daß der Motor 10 in den "Fett/Mager"-Abgasmodus übergeht (jedoch ähnliche Drehmomentleistungen für jede Bank erzeugt, um die Drehmomentneutralitätsbedingung beizubehalten).
Es gibt jedoch bekannte Bedingungen, die erfüllt sein müssen, bevor der NO_x-Katalysator regeneriert werden kann. Die Temperatur des NO_x-Katalysatorbetts muß innerhalb seines katalytisch wirksamen Regenerationsfensters liegen. Daher muß die programmierbare Routine ermitteln, ob diese Bedingung vorliegt, bevor der Fett/Mager-Modus gestartet werden kann. Ebenso muß, wenn der Fett/Mager-Modus das Fahrverhalten negativ beeinflußt, die ECU die Regenerierroutine während den Teilen des Fahrzyklus, bei denen der Motor unter Last steht, vorübergehend einstellen. Wenn zum Beispiel das Fahrzeug voll beschleunigt (Pedalsensor 60) oder mit konstanter Geschwindigkeit unter übermäßiger Last einen Berg hinauf fährt, muß der Fett/Mager-Zyklus möglicherweise vorübergehend abgebrochen werden. Das Abbrechen und Starten der Fett/Mager-Routine bringt jedoch zusätzliche Probleme mit sich.
Es ist bekannt, daß die Adsorptions/Desorptions-Eigenschaften der NO_x-Adsorptionsstellen in dem NO_x-Adsorberkatalysator variieren, wenn die Katalysatorfalle gesättigt wird. Wenn der Katalysator vollständig ausgespült worden ist, besitzen die ersten NO_x-Speicherstellen in dem Katalysator eine starke Affinität für die NO_x-Speicherung und desorbieren NO_x nur schwer. Der umgekehrte Fall trifft auf die als letztes zu füllenden NO_x-Adsorptionsstellen zu. Wenn der Katalysator zu Beginn der Regenerie rung mit NO_x gesättigt ist, werden viele Stellen NO_x freisetzen, und nicht das gesamte freigesetzte NO_x wird zu Stickstoff reduziert werden. Das heißt, es findet ein NO_x-Ausbruch zu Beginn der Regenerierung statt, welcher während der Regenerierung abklingt. Eine plausible Theorie ist, daß Reduktionsmittel nicht in ausreichender Menge vorhanden ist, um eine Reduktion des gesamten anfänglich während der Regenerierung freigesetzten NO_x zu bewirken. Wenn die Regenerierung vor der NO_x-Sättigung stattfindet, zum Beispiel bei 70%iger Sättigung), wird der NO_x-Durchbruch verringert und die Gesamt-NO_x-Effizienz erhöht.
Daher sollte, wenn der/die Steller oder die Motorsteuerverfahren die erwünschte fette Abgaszusammensetzung erzeugen kann/können, ohne das Fahrverhalten nachteilig zu beeinflussen, die Fett/Mager-Regenerierung, wenn sie begonnen wurde, fortlaufend aktiv bleiben. Aufgrund der Eigenschaft der getrennten Zylinderbanksteuerung der Erfindung ist jedoch die Überlegung, wie oft der Fett/Mager-Modus gestartet wird, nicht so wichtig, und der Sättigungs-Schwellenwert, bei dem der Fett/Mager-Modus gestartet wird, kann herabgesetzt werden, um die nachteiligen Auswirkungen des NO_x-Durchbruchs zu verringern. Zum Beispiel kann die Regenerierung starten, wenn die Sättigung des NO_x-Adsorberkatalysators 50% beträgt. In diesem Zustand neigen die NO_x-Adsorberstellen dazu, das NO_x festzuhalten, so daß ein Überschuß an Reduktionsmittel zur Freisetzung des eingefangenen NO_x vorliegen muß. Bei herkömmlichen Systemen, wie sie oben beschrieben sind, ist es wegen Bedenken hinsichtlich des Fahrverhaltens nicht praktisch, die NO_x-Adsorberkatalysatoren bei niedrigen Sättigungsgraden zu regenerieren. Wenn der NO_x-Adsorberkatalysator bei niedrigen Sättigungsgraden regeneriert wird, ist auch eine Verlängerung der Lebensdauer des NO_x-Adsorberkatalysators möglich. Wie erwähnt, ist bekannt, daß das Verhältnis der Brennstoffe in den fetten Abgasen gesteuert werden kann. Ob CO oder HCs zur Regenerierung des NO_x-Adsorbers wirksamer ist/sind, ist temperaturabhängig. Im allgemeinen ist CO bei niedrigeren Temperaturen besser. CO ist auch das sauberere Reduktionsmittel. HCs können Kohle auf der Katalysatoroberfläche zurücklassen. Demgemäß kann die Abgassteuerung so eingestellt werden, daß sie ein bestimmtes Reduktionsmittel, vorzugsweise CO, überwiegend in den Abgasen erzeugt, um die Regenerierung des NO_x-Adsorberkatalysators für die "fette" Zylinderbank weiter zu fördern.
Zusammenfassend für diesen Aspekt der Erfindung wird die fette Abgaszusammensetzung vorzugsweise so eingestellt, daß sie einen hohen CO-Brennstoff-Prozentsatz besitzt, und das Spülen oder die Regenerierung des NO_x-Adsorberkataly sators wird so eingestellt, daß sie stattfindet, sobald ein bestimmter Prozentsatz an NO_x-Speicherstellen in dem NO_x-Adsorberkatalysator NO_x gespeichert oder eingefangen hat. Die Regenerierung kann theoretisch stattfinden, sobald alle Speicherstellen voll sind (Sättigung). Aufgrund der Fähigkeit dieser Erfindung, sofort ein fettes Gas zu erzeugen, kann die Regenerierung bei Werten weit unter der Sättigung stattfinden, wobei die Wirksamkeit des NO_x-Adsorberkatalysators beibehalten wird. Zum Beispiel könnte die Regenerierung bei Sättigungsgraden von so niedrig wie 50% stattfinden. Bei der Regenerierung bei niedrigen Sättigungsgraden ist ein weiterer Vorteil, daß die Menge an anfänglich bei der Regenerierung freigesetztem gespeichertem NO_x geringer ist und die in dem Abgasstrom vorhandenen Brennstoffe besser in der Lage sind, das freigesetzte NO_x zu reduzieren. Ähnlich muß das Stoppen des fetten Abgases nicht zu einem Zeitpunkt stattfinden, bei dem alle NO_x-Adsorptionsstellen in dem NO_x-Adsorberkatalysator von NO_x freigespült worden sind. In der Praxis werden die Start- und Stopp-Punkte der Regenerierroutine bei Sättigungsgraden festgesetzt, die als Funktion der Effizienz eines bestimmten NO_x-Adsorberkatalysators ermittelt wurden.
Bekanntermaßen findet die Regenerierung des NO_x-Adsorberkatalysators bei relativ niedrigen Abgastemperaturen statt, zum Beispiel bei 150°C bis 450°C, je nach der NO_x-Einfangkatalysatorformulierung. Dies macht den NO_x-Adsorberkatalysator besonders für leichte Dieselmotoren geeignet, die typischerweise Abgastemperaturen von etwa 250°C erzeugen. Die Verbrennung von Ruß erfordert andererseits eine plötzliche Umstellung von NO_x-Beseitigung auf Rußbeseitigung, ein Zustand, der eine höhere Temperatur, typischerweise 550°C bis 600°C, und Sauerstoff erfordert. Katalysierte Rußfilter ermöglichen, daß Brennstoffe in mageren Abgasen bei niedrigeren Temperaturen mit Sauerstoff reagieren können und eine exotherme Reaktion erzeugen, welche die Temperatur des Rußfilters erhöht, so daß der Ruß verbrannt werden kann, und katalysierte Rußfilter eignen sich besonders gut für leichte Dieselmotoren. In dieser Hinsicht ist bekannt, daß die Verbrennung von HC exothermer ist als die von CO. Auf einer C-1-Basis sind die Verbrennungsenthalpien 283 kJ/mol für CO und 588 kJ/mol für CH 1,84. Demgemäß kann bei einer Ausführungsform der Erfindung der Motor so gesteuert werden, daß er magere Abgase mit einem hohen Prozentsatz an HC erzeugt.
Während der aktiven Regenerierung des CSF von Ruß können die Temperaturen im CSF-Katalysatorbett 600°C erreichen oder übersteigen. Als Folge dieser Exothermen wird sich auch der in demselben Abgaszweig wie der CSF befindliche NO_x-Adsorberkatalysator erwärmen. Dieser Zustand kann ausgenutzt werden, um den NO_x-Adsorber von SO_x zu regenerieren, indem entweder während oder vorzugsweise kurz nach der CSF-Regenerierung ein fetter Impuls erzeugt wird. Während dieses fetten Impulses werden Sulfate, die auf dem NO_x-Adsorberkatalysator gespeichert sind, in Gegenwart von Reduktionsmitteln zersetzt und anschließend reduziert, um H₂S zu bilden. Die intermediären H₂S-Emissionen werden anschließend über dem DOC-Katalysator zu SO₂ oxidiert. Bei einer Ausführungsform kann sich der CSF-Katalysator neben dem und stromaufwärts des NO_x-Adsorberkatalysators befinden (wie es in 2 gezeigt ist). Die Betttemperatur des NO_x-Adsorberkatalysators wird der Betttemperatur des CSF nachhinken, und die Temperaturverzögerungszeit kann berechnet und verwendet werden, um die Erzeugung des fetten Impulses zeitlich zu steuern, um den Nutzen der Katalysatoren zu optimieren. (Die Temperatur des Katalysatorbetts kann durch Thermoelemente (nicht gezeigt) gemessen werden, oder es kann eine beliebige Anzahl von gut bekannten Algorithmusverfahren unter Verwendung der Abgas- oder Motortemperatur verwendet werden.) Wiederum ist das Konzept der Kopplung des NO_x-Katalysators an den Rußfilter (katalysiert oder nicht), so daß die Temperatur des NO_x-Adsorberkatalysatorbetts erhöht wird, und der Erzeugung eines fetten Brennmaterialimpulses (für eine kurze Dauer), so daß Schwefel freigesetzt und anschließend zu SO_x oxidiert werden kann, im Stand der Technik bekannt. Bei dieser Erfindung ist es möglich, daß die Abgase, die an den Mager-NO_x-Adsorberkatalysator geleitet werden, während des Fett/Mager-Zyklus periodisch variiert werden, so daß der katalysierte Rußfilter wirksam den in dem Rußfilter gefangenen Ruß verbrennt. Darüber hinaus kann das herkömmliche bekannte Verfahren zur impulsartigen Ausbildung eines fetten Stroms (in dem "mageren" Abgaszweig) vorübergehend verwendet werden, um in dem NO_x-Adsorber gefangenen Schwefel zu entfernen. Um eine ausreichende Oxidation in dem vereinten Abgaszweig zu gewährleisten, so daß kein H₂S-Schlupf stattfinden kann, kann ferner die Zylinderbank, die das fette Abgas erzeugt, kurzzeitig so geändert werden, daß sie, wenn die mageres Abgas erzeugende Zylinderbank als kurzzeitige Veränderung einen fetten Impuls erzeugt, ein mageres Abgas erzeugt, so daß der vereinte Strom mit Sauerstoff angereichert bleibt. (Es ist zu verstehen, daß der "Impuls" oder die kurzzeitige Einstellung, so wie es hier verwendet wird, je nach Zustand der Katalysatoren mehrere Sekunden bis mehrere Minuten dauern kann, und der Ausdruck wird in einem relativen und nicht absoluten Sinne verwendet.)
Die Erfindung wurde mit Bezug auf eine bevorzugte und eine alternative Ausführungsform beschrieben. Den Fachleuten werden beim Lesen und Verständnis der obigen detaillierten Beschreibung der Erfindung natürlich Modifizierungen und Änderungen in den Sinn kommen. Alle solchen Modifizierungen und Änderungen sollen umfaßt sein, sofern sie in den Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er hier beansprucht wird, fallen.
Zusammenfassung
Ein NO_x-Abgassystem für dieselbetriebene Fahrzeuge besitzt ein "Y"-Abgassystem mit einem NO_x-Adsorberkatalysator (20A, 20B) in jedem Zweig (15, 16) und einem Oxidationskatalysator (19) in dem vereinten Zweig (18). Eine Zylinderbank sendet Abgase an einen der "Y"-Zweige (15), während eine zweite Zylinderbank Abgase an den anderen "Y"-Zweig (16) sendet. Die Zusammensetzung der Abgase in jedem Zweig wird unabhängig durch die ECU des Motors gesteuert, so daß die Abgase in einem Zweig fett sind, um den NO_x-Adsorberkatalysator in diesem Zweig zu regenerieren, während die Abgaszusammensetzung in dem anderen Zweig mager ist, so daß der vereinte Gasstrom stets mager ist und der Reduktionsmittelschlupf in dem Oxidationskatalysator (19) oxidiert wird.

Claims

Ein System zur Behandlung von Abgasen, die von einem Fahrzeug ausgestoßen werden, umfassend: a) einen Mehrzylinder-Dieselmotor mit einem ersten Abgaskrümmer in fließender Verbindung mit einer ersten Mehrzahl von Zylindern und einem zweiten Abgaskrümmer in Strömungsverbindung mit einer abweichenden, zweiten Mehrzahl von Zylindern, b) einen ersten NO_x-Adsorberkatalysator in einem ersten Abgaszweig in Strömungsverbindung mit dem ersten Krümmer, c) einen zweiten NO_x-Adsorberkatalysator in einem zweiten Abgaszweig in Strömungsverbindung mit dem zweiten Krümmer, d) einen gemeinsamen Abgaszweig mit einem Einlaß in Strömungsverbindung mit dem ersten und dem zweiten Abgaszweig stromabwärts des ersten und des zweiten NO_x-Katalysators, wobei sich im gemeinsamen Abgaszweig ein Oxidationskatalysator befindet, durch den Abgase aus dem ersten und dem zweiten Zweig strömen, nachdem sie in dem gemeinsamen Abgaszweig vereint wurden, und e) ein ECU-Mittel, das die Zusammensetzung von Abgasen in dem ersten Abgaskrümmer unabhängig von der Zusammensetzung der Abgase in dem zweiten Abgaskrümmer gemäß einer programmierten Routine steuert, um periodisch fette Gase in einem Abgaskrümmer und magere Gase in dem anderen Abgaskrümmer zu erzeugen.
Das System nach Anspruch 1, wobei das ECU-Mittel periodisch die Erzeugung der fetten und der mageren Gase von einem Abgaskrümmer auf den anderen umstellt.
Das System nach Anspruch 2, das ferner einen katalysierten Rußfilter stromaufwärts eines jeden NO_x-Adsorberkatalysators entweder als einen separaten Katalysator oder ganzheitlich mit jedem NO_x-Adsorberkatalysator als ein stromaufwärts davon liegendes Bett ausgebildet enthält.
Das System nach Anspruch 2, das ferner NO_x-Sensoren stromaufwärts und stromabwärts eines jeden NO_x-Adsorberkatalysators und Lambda-Sensoren stromaufwärts und stromabwärts eines jeden NO_x-Adsorberkatalysators enthält (wobei das ECU-Mittel die NO_x-Sensoren nutzt, um den Start der Routine zu ermitteln, und die Lambda-Sensoren nutzt, um das Ende der Routine zu ermitteln).
Das System nach Anspruch 1, wobei jeder Zylinder in der ersten und der zweiten Mehrzahl Kraftstoffeinspritzdüsen besitzt, wobei die Kraftstoffeinspritzdüsen in der ersten Zylindermehrzahl in Strömungsverbindung mit einer ersten Druckleitung stehen und die Kraftstoffeinspritzdüsen in der zweiten Zylindermehrzahl in fließender Verbindung mit einer separaten zweiten Druckleitung stehen und das ECU-Mittel den Druck und den Strom von Dieselkraftstoff in der ersten und der zweiten Druckleitung unabhängig steuert, wobei das A/F-Verhältnis in jeder Zylindermehrzahl unabhängig gesteuert wird, um die erwünschten fetten oder mageren Abgase aus jeder Zylindermehrzahl zu erzeugen.
Ein Verfahren zur Kontrolle schädlicher Emissionen, die von einem Fahrzeug erzeugt werden, das mit einem Mehrzylinder-Dieselmotor mit getrennten ersten und zweiten Abgaskrümmern, durch die getrennte erste bzw. zweite Zylindermehrzahlen ihre Verbrennungsprodukte als Abgase ausstoßen, ausgestattet ist, wobei der Motor eine programmierbare ECU besitzt, welche die Zusammensetzung der von dem Motor erzeugten Abgase steuert, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt: a) Bereitstellen eines ersten NO_x-Adsorberkatalysators stromabwärts von und in Strömungsverbindung mit dem ersten Abgaskrümmer, durch den ein erster Abgasstrom aus dem ersten Abgaskrümmer strömt, und eines zweiten NO_x-Adsorberkatalysators stromabwärts von und in Strömungsverbindung mit dem zweiten Abgaskrümmer, durch den ein zweiter Abgasstrom aus dem zweiten Abgaskrümmer strömt, b) Vereinen der Abgasströme stromabwärts des ersten und des zweiten NO_x-Adsorberkatalysators zu einem gemeinsamen Abgasstrom, um einen im wesentlichen vermischten gemeinsamen Strom aus Abgasen aus dem ersten und dem zweiten Abgasstrom zu erzeugen, c) Leiten des vereinten Abgasstroms durch einen Oxidationskatalysator und d) Steuern der Zusammensetzung der Abgase in dem ersten Abgasstrom durch die ECU, unabhängig von der Zusammensetzung der Abgase in dem zweiten Abgasstrom, um periodisch einen fetten Abgasstrom, der durch einen der NO_x-Adsorberkatalysatoren strömt, und einen mageren Abgasstrom, der durch den anderen Adsorberkatalysator strömt, zu erzeugen, wobei der dem fetten Abgasstrom ausgesetzte NO_x- Katalysatoren regeneriert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 6, das ferner den Schritt des Herbeiführens der Umkehr der Zusammensetzung der ersten und zweiten Abgase, wenn einer der NO_x-Adsorberkatalysatoren regeneriert worden ist, umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Lambda-Werte der ersten und zweiten Abgasströme auf Werte gesetzt werden, die ausreichen, um zu gewährleisten, daß ein Netto-Sauerstoffgehalt des vereinten Gasstroms wenigstens 2,0% oder höher beträgt.
Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Lambda-Wert des fetten Abgasstroms 1,0 oder weniger beträgt und der Lambda-Wert des mageren Abgasstroms 1,0 oder mehr beträgt.
Das Verfahren nach Anspruch 6, das ferner umfaßt den Schritt der Bereitstellung eines katalysierten Rußfilters stromaufwärts eines jeden NO_x-Adsorberkatalysators oder integriert in den NO_x-Adsorberkatalysator und der periodischen Änderung der Zusammensetzung des mageren Abgasstroms, um das Vorliegen von Brennstoff in dem mageren Abgasstrom zu bewirken, ausreichend, um das Abgas, das durch den katalysierten Filter strömt, auf höhere Temperaturen zu erwärmen, und der weiteren Änderung der Zusammensetzung der mageren Abgaszusammensetzungen, um einen Impuls mit festgesetzter Zeitdauer zu erzeugen, der bewirkt, daß ein fettes Abgas über den NO_x-Adsorberkatalysator strömt, welcher zuvor das magere Abgas erhalten hat, wenn die Betttemperatur des NO_x-Adsorberkatalysators eine Temperatur ist, die ausreicht, um Schwefel freizusetzen, wobei der Schwefel zu H₂S reduziert wird und anschließend in dem Oxidationskatalysator oxidiert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Temperaturbereich, bei dem der NO_x-Adsorberkatalysator katalytisch wirksam NO_x speichert und freisetzt, etwa 150°C bis etwa 550°C beträgt und der Temperaturbereich, bei dem der NO_x-Katalysator katalytisch wirksam darin eingefangenen Schwefel freisetzt, etwa 550°C oder höher ist, und wobei Lambda kleiner als 1 ist.
Bei einem Verfahren zur Kontrolle von NO_x-Emissionen, die von einem leichten Dieselfahrzeugmotor erzeugt werden, unter Verwendung eines NO_x-Adsorberkatalysa tors die Verbesserung, welche die Schritte umfaßt: a) Bereitstellen eines ersten Abgaskrümmers in Strömungsverbindung nur mit einer ersten Bank aus Motorzylindern und eines ersten NO_x-Katalysators in Strömungsverbindung mit dem ersten Abgaskrümmer, b) Bereitstellen eines zweiten Abgaskrümmers in Strömungsverbindung nur mit einer zweiten Bank aus anderen Zylindern und eines zweiten NO_x-Adsorberkatalysators in Strömungsverbindung mit dem zweiten Abgaskrümmer und c) sequentielle Regenerierung der NO_x-Adsorberkatalysatoren, indem zunächst bewirkt wird, daß die erste Zylinderbank ein fettes Abgas erzeugt, das durch den ersten NO_x-Adsorberkatalysator strömt, während die zweite Zylinderbank ein mageres Abgas erzeugt, das durch den zweiten NO_x-Adsorberkatalysator strömt, bis der erste NO_x-Adsorberkatalysator regeneriert ist, und anschließend bewirkt wird, daß die zweite Zylinderbank ein fettes Abgas erzeugt, das durch den zweiten NO_x-Adsorberkatalysator strömt, während die erste Zylinderbank ein mageres Abgas erzeugt, das durch den ersten NO_x-Adsorberkatalysator strömt.
Das verbesserte Verfahren nach Anspruch 12, das ferner die Schritte des Vereinens der Abgase nach dem Durchströmen der NO_x-Adsorberkatalysatoren und das Leiten des vereinten Gasstroms durch einen Oxidationskatalysator, um einen Emissionsschlupf zu minimieren, umfaßt.
Das verbesserte Verfahren nach Anspruch 13, das ferner den Schritt des Einstellens der Fettheit der fetten Abgase und der Magerheit der mageren Abgase auf Lambda-Werte, die den vereinten Abgasstrom mit einem Netto-Sauerstoffgehalt von 2,0% oder höher erzeugen.
Das verbesserte Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die fetten und mageren Abgasströme in den Abgaskrümmern durch unabhängiges Variieren des A/F-Verhältnisses in jeder Zylinderbank zur Erzeugung der Abgaszusammensetzungen erzeugt werden, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Bereitstellens von getrennten ersten und zweiten Hydraulikdruckleitungen in Strömungsverbindung mit Kraftstoffeinspritzdüsen in der ersten bzw. der zweiten Zylinderbank und der unabhängigen Steuerung des Drucks und Stroms von Dieselkraftstoff in jeder Druckleitung, um ein erwünschtes A/F-Verhältnis in jeder Zylinderbank zu gewährleisten, umfaßt.