DE112008002983T5 - Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei ein stromauf befindlicher Katalysator und ein stromabwärts befindlicher Katalysator in Reihe angeordnet sind und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, das in einer Motorabgasleitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass
der stromauf befindliche Katalysator einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator aufweist, der in einem einströmenden Abgas enthaltene NOx adsorbiert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und die adsorbierten NOx freisetzt und reduziert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Abgases fett wird, und der stromabwärts befindliche Katalysator entweder einen Dreiwegekatalysator oder einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator aufweist;
der stromauf befindliche Katalysator und der stromabwärts befindliche Katalysator derart beschaffen sind, dass der stromauf befindliche Katalysator eine höhere Oxidationsfähigkeit aufweist als der stromabwärts befindliche Katalysator, und derart, dass der stromabwärts befindliche Katalysator eine höhere Reduktionsfähigkeit aufweist als der stromauf befindliche Katalysator; und
der stromauf befindliche Katalysator einen Mehrschichtaufbau aufweist, der eine obere Schicht und eine untere Schicht beinhaltet, und derart beschaffen ist,...

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor.
  • 2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
  • In einem bekannten Beispiel für einen Verbrennungsmotor (wie er z. B. in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 11-44234 ( JP-A-11-44234 ) offenbart ist) ist ein NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der NOx, die in einem in den Katalysator strömenden Abgas enthalten sind, adsorbiert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases mager ist, und die adsorbierten NOx freisetzt und reduziert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases fett wird, in einer Abgasleitung des Motors (d. h. Magerverbrennungsmotors) angeordnet, in dem normalerweise ein Kraftstoff-Luftgemisch mit einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis verbrannt wird. Bei dieser Art von Motor wird das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömenden Abgases vorübergehend auf fett geschaltet, wenn die in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeicherten NOx freigesetzt und reduziert werden sollen. In diesem Verbrennungsmotor werden die in dem Abgas enthaltenen NOx durch den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator adsorbiert und in dem selben gespeichert. Die Menge der in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeicherten NOx nimmt im Zeitverlauf allmählich zu. Dementsprechend wird das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömenden Abgases vorübergehend auf fett geschaltet, bevor der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator mit NOx gesättigt ist, so dass die in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeicherten NOx freigesetzt und reduziert werden. In diesem Fall wird das Kraftstoff-Luftverhältnis in dem Verbrennungsmotor z. B. auf fett gesteuert (d. h. auf ein das stöchiometrische Verhältnis unterschreitendes Verhältnis), so dass das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömenden Abgases auf fett geschaltet wird.
  • In einem weiteren bekannten Beispiel für einen Verbrennungsmotor (wie er z. B. in der japanischen Patentoffenlegungsschrift 2006-291812 ( JP-A-2006-291812 ) offenbart ist) sind ein stromauf befindlicher Katalysator und ein stromabwärts befindlicher Katalysator in Reihe angeordnet und in einem gemeinsamen Gehäuse, das in einer Motorabgasleitung angeordnet ist, untergebracht, und der stromauf befindliche Katalysator und der stromabwärts befindliche Katalysator weisen jeweils einen Einzelschicht- oder einen Mehrschichtaufbau auf.
  • Da der Kraftstoffverbrauch mit einer Zunahme der Häufigkeit, mit der das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömenden Abgases auf fett geschaltet wird, ansteigt, ist es in Bezug auf eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs zu bevorzugen, dass der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator die höchst mögliche NOx-Adsorptionsfähigkeit oder Speicherkapazität aufweist. Der Raum, in den der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator eingebaut ist, ist jedoch nur begrenzt vorhanden, und es ist daher notwendig, die NOx-Adsorptionsfähigkeit des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators zu erhöhen oder zu verbessern, während die Abmessungen oder die Kapazität bzw. das Volumen des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators minimiert werden.
  • Unmittelbar nachdem das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömenden Abgases auf fett geschaltet worden ist, kann eine große NOx-Menge aus dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator abgeführt werden, ohne reduziert worden zu sein. In diesem Fall besteht daher die Notwendigkeit, die NOx-Emissionen zu reduzieren.
  • Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme kann stromauf oder stromabwärts des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators ein zusätzlicher Katalysator angeordnet werden, oder der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator kann einen Mehrschichtaufbau aufweisen, d. h. er kann aus zwei oder mehr Schichten aufgebaut sein, wie in der JP-A-2006-291812 offenbart ist. Der Stand der Technik bietet jedoch in Bezug auf die vorstehend erläuterten Probleme keine zufriedenstellende Lösung.
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Die Erfindung schafft eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, in dem ein NOx-Speicher-Reduktionskatalysator eine hohe NOx-Adsorptionsfähigkeit und eine hohe NOx-Umwandlungseffizienz aufweist.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor geschaffen, bei der ein stromauf befindlicher Katalysator oder stromabwärts befindlicher Katalysator in Reihe angeordnet sind und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, das in einer Abgasleitung angeordnet ist, und bei der der stromauf befindliche Katalysator einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator aufweist, der die in einem einströmenden Abgas enthaltenen NOx adsorbiert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und der die adsorbierten NOx freisetzt und reduziert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Abgases fett wird bzw. angefettet wird, und bei der der stromabwärts befindliche Katalysator einen Dreiwegekatalysator und einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator aufweist. In der Abgasreinigungsvorrichtung sind der stromauf befindliche Katalysator und der stromabwärts befindliche Katalysator so präpariert bzw. beschaffen, dass der stromauf befindliche Katalysator eine höhere Oxidationsfähigkeit aufweist als der stromabwärts befindliche Katalysator und der stromabwärts befindliche Katalysator eine höhere Reduktionsfähigkeit aufweist als der stromauf befindliche Katalysator und der stromauf befindliche Katalysator einen Mehrschichtaufbau aufweist, der eine obere Schicht und eine untere Schicht beinhaltet, und so präpariert bzw. beschaffen ist, dass die obere Schicht eine höhere Oxidationsfähigkeit aufweist als die untere Schicht und die untere Schicht eine höhere Reduktionsfähigkeit aufweist als die obere Schicht.
  • In der vorstehend beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung können die obere und die untere Schicht des stromauf befindlichen Katalysators jeweils einen Edelmetallkatalysator, der zumindest ein Element enthält, das aus Platin (Pt), Palladium (Pd), Osmium (Os), Gold (Au), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) ausgewählt ist, und ein NOx-Adsorptionsmittel enthalten, das zumindest ein Element aufweist, das aus Alkalimetallen, Alkalierdmetallen und Seltenerdmetallenen ausgewählt ist.
  • In der vorstehend beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung kann die obere Schicht des stromauf befindlichen Katalysators, als den Edelmetallkatalysator, zumindest ein Element enthalten, das aus Platin (Pd), Palladium (Pd), Osmium (Os) und Gold (Au) ausgewählt ist, und die untere Schicht des stromauf befindlichen Katalysators kann, als den Edelmetallkatalysator, ein Element enthalten, das aus Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) ausgewählt ist.
  • Darüber hinaus kann der stromabwärts befindliche Katalysator einen Mehrschichtaufbau aufweisen, die eine obere Schicht und eine untere Schicht beinhaltet, und derart präpariert bzw. beschaffen sein, dass die obere Schicht eine höhere Reduktionsfähigkeit als die untere Schicht aufweist und die untere Schicht eine höhere Oxidationsfähigkeit aufweist als die obere Schicht.
  • Ferner kann Rhodium (Rh) als eine Edelmetallkomponente für die obere Schicht des stromabwärts befindlichen Katalysators verwendet werden, und Platin (Pt) kann als eine Edelmetallkomponente für die untere Schicht des stromabwärts befindlichen Katalysators verwendet werden.
  • Der stromabwärts befindliche Katalysator kann einen Einzelschichtaufbau aufweisen.
  • Ferner kann der stromabwärts befindliche Katalysator Rhodium (Rh) und Platin (Pt) als Edelmetallkomponenten enthalten.
  • In der vorstehend beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung kann das Kraftstoff-Luftverhältnis in dem Verbrennungsmotor normalerweise auf ein mageres Kraftstoff-Luftverhältnis, das ein stöchiometrisches Verhältnis überschreitet, eingestellt werden, und, wenn die in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeicherten NOx freigesetzt und reduziert werden sollen, kann das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömenden Abgases vorübergehend auf ein fettes Kraftstoff-Luftverhältnis gesteuert werden, das das stöchiometrische Verhältnis unterschreitet.
  • Das Kraftstoff-Luftverhältnis in dem Verbrennungsmotor kann abhängig von den Motorbetriebsbedingungen vorübergehend auf das stöchiometrische Verhältnis gesteuert werden.
  • Mit Hilfe der den vorstehenden Vorkehrungen kann die NOx-Adsorptionsfähigkeit und die NOx-Umwandlungseffizienz des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators verbessert werden.
  • Kurbeschreibung der Zeichnung
  • Die vorstehenden und weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, wobei zur Bezeichnung identischer Elemente identische Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:
  • 1 eine Gesamtansicht eines Verbrennungsmotors;
  • 2 eine Querschnittansicht eines NOx-Speicher-Reduktionskatalysators;
  • 3A u. 3B Querschnittansichten eines Oberflächenbereichs eines Katalysatorträgers;
  • 4 eine vergrößerte Querschnittansicht des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators;
  • 4A bis 5C Ansichten, die verschiedene Beispiele für NOx-Speicher-Reduktionskatalysatoren zeigen;
  • 6A u. 6B Ansichten, die verschiedene Beispiele für Dreiwegekatalysatoren zeigen;
  • 7 eine Ansicht, die der Erläuterung eines vorbestimmten Lastfaktors KLX dient;
  • 8 ein Flussdiagramm, das eine Motorbetriebs-Steuerungsroutine darstellt;
  • 9A bis 9C eine Ansicht, die verschieden im Experiment erworbene Ergebnisse zeigt; und
  • 10 eine Ansicht, die der Erläuterung eines Spitzenwerts einer abgeführten NOx-Menge dient.
  • Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
  • 1 stellt den Fall dar, wo die Erfindung auf einen Verbrennungsmotor mit Fremdzündung angewendet wird. Die Erfindung kann aber auch auf einen Verbrennungsmotor mit Eigenzündung angewendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet der Verbrennungsmotor mit Fremdzündung einen Motorkörper bzw. ein Motorgehäuse 1, einen Zylinderblock 2, einen Zylinderkopf 3, einen Kolben 4, einen Verbrennungsraum 5, ein Einlassventil 6, einen Saugkanal 7, ein Auslassventil 8, einen Abgaskanal 9 und eine Zündkerze 10. Der Saugkanal 7 eines jeweiligen Zylinders ist mit einem Druckluft- bzw. Ausgleichbehälter 12 über eine entsprechende bzw. korrespondierende Saug- Abzweigleitung 11 verbunden. Der Druckluftbehälter 12 ist über einen Einlasskanal 13 mit einer Luftreinigungseinrichtung 14 verbunden. Ein Luftströmungsmesser 15 und ein Drosselventil 17, die durch einen Schrittmotor 16 angetrieben werden können, sind in dem Einlasskanal 13 angeordnet. Am Saugkanal 7 eines jeweiligen Zylinders ist ein Kraftstoffeinspritzventil 18 angeordnet. Das Kraftstoffeinspritzventil 18 für einen jeweiligen Zylinder ist mit einer Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung 19 verbunden, und die Common-Rail 19 ist über eine Kraftstoffpumpe 20, die die Menge des aus derselben zugeführten Kraftstoffs steuern kann, mit einem Kraftstofftank 21 verbunden. Ein Kraftstoffdrucksensor 22 ist an der Common-Rail 19 montiert, und die Kraftstoffmenge, die aus der Kraftstoffpumpe 20 zugeführt wird, wird so gesteuert, dass der Kraftstoffdruck in der Common-Rail 19 gleich einem Soll-Druck entspricht.
  • Der Auslasskanal 9 eines jeweiligen Zylinders ist hingegen über einen Auspuffkrümmer 23 und eine Abgasleitung 24 mit einem Gehäuse 25 verbunden, und das Gehäuse 25 ist mit einer Abgasleitung 26 verbunden. Ein Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensor 27 ist in der Abgasleitung 24 montiert, und ein Katalysator 28 ist in dem Gehäuse 25 untergebracht.
  • Eine elektronische Steuerungseinheit 30 besteht aus einem digitalen Computer und beinhaltet einen ROM (Nur-Lese-Speicher) 32, einen RAM (Direktzugriffsspeicher) 33, eine CPU (Mikroprozessor) 33, einen Eingangs-Port 35 und einen Ausgangsport 36, die über einen bidirektionalen Bus 31 miteinander verbunden sind. Ein Lastsensor 40, der eine Ausgangsspannung proportional zu dem Verstellweg eines Fahrpedals 39 erzeugt, ist mit dem Fahrpedal 39 verbunden. Der Eingangs-Port 35 empfängt die Ausgangsspannungen des Luftströmungsmessers 15, des Kraftstoffdrucksensors 22, des Kraftstoff-Luftverhältnis-Sensors 27 und des Lastsensors 40 über entsprechende A/D-Wandler 27. Ein Kurbelwinkelsensor 41 erzeugt jedes Mal einen Ausgangspuls, wenn sich die Kurbelwelle dreht, z. B. um 30°, und der Ausgangspuls wird an den Eingangs-Port 35 übertragen. Basierend auf den Ausgangspulsen, die vom Kurbelwinkelsensor 41 empfangen werden, berechnet die CPU 34 die Motordrehzahl Ne. Der Ausgangs-Port 36 ist hingegen mit der Zündkerze 10, dem Schrittmotor 16, dem Kraftstoffeinspritzventil 18 und der Kraftstoffpumpe 20 über entsprechende Ansteuerschaltkreise 38 verbunden.
  • Der Katalysator 28 beinhaltet einen stromauf befindlichen Katalysator 28U und einen stromabwärts befindlichen Katalysator 28D, die im Gehäuse 25 in Reihe angeordnet sind. In einer Ausführungsform der Erfindung besteht der stromauf befindliche Katalysator 28U aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, und der stromabwärts befindliche Katalysator 28D besteht aus einem Dreiwegekatalysator. Der stromabwärts befindliche Katalysator 28D kann aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator bestehen. In dieser Ausführungsform ist die Kapazität bzw. das Volumen des stromauf befindlichen Katalysators 28U größer oder gleich groß wie die Kapazität bzw. das Volumen des stromabwärts befindlichen Katalysators 28D ausgeführt. Die Kapazität bzw. das Volumen des stromauf befindlichen Katalysators 28U kann jedoch auch kleiner als die Kapazität des stromabwärts befindlichen Katalysators 28D ausgeführt werden.
  • 2 stellt den Aufbau des stromauf befindlichen Katalysators oder NOx-Speicher-Reduktionskatalysators 28U dar. In der in 2 gezeigten Ausführungsform weist der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator eine Honigwabenstruktur auf und beinhaltet eine Mehrzahl von Abgaskanälen 51, die durch dünne Trennwände 50 voneinander getrennt sind. Die einander gegenüberliegenden Oberflächen einer jeweiligen Trennwand oder eines Substrats 50 sind mit einem Katalysatorträger 55, der aus z. B. Aluminium gefertigt ist, beladen. 3A und 3B stellen einen schematischen Querschnitt eines Oberflächenbereichs des Katalysatorträgers 55 dar. Wie in 3A und 3B gezeigt ist, trägt dieser einen Edelmetallkatalysator 56, der gleichzeitig auf der Oberfläche des Katalysatorträgers 55 verteilt bzw. verstreut ist, und auf der Oberfläche des Katalysatorträgers 55 ist eine Schicht aus NOx-Absorptionsmittel 57 ausgebildet.
  • Als der Edelmetallkatalysator 56 wird zumindest ein Element, das aus Platin (Pt), Palladium (Pd), Osmium (Os), Gold (Au), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) ausgewählt ist, verwendet. Als eine Komponente, die das NOx-Absorptionsmittel 57 bildet, wird zumindest ein Element, das aus Alkalimetallen, wie z. B. Kalium (K), Natrium (Na) und Cäsium (Cs), Alkalierdmetallen, wie z. B. Barium (Ba) und Kalzium (Ca), und Seltenerdmetallen, wie z. B. Lanthan (La) und Yttrium (Y), ausgewählt ist, verwendet.
  • In dem Fall, wenn das Verhältnis von Luft und Kraftstoff (Kohlenwasserstoff), die der Motorsaugleitung, dem Verbrennungsraum 5 und der stromauf des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators 28U befindlichen Abgasleitung zugeführt werden, als „Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases” bezeichnet wird, führt das NOx-Absorptionsmittel 57 NOx-Absorptions- und -freisetzungsfunktionen zum Absorbieren der NOx aus, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases mager ist, und setzt die absorbierten NOx frei, wenn die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas reduziert wird.
  • In dem Fall, wo Platin (Pt) als der Edelmetallkatalysator 56 verwendet wird, und Barium (Ba) als eine Komponente verwendet wird, die beispielsweise das NOx-Absorptionsmittel 57 bildet, und wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases mager ist, genauer gesagt, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas hoch ist, werden die in dem Abgas enthaltenen NOx zu NO2 bzw. Stickstoffdioxid auf dem Platin (Pt) 56 oxidiert, wie in 3A gezeigt ist, und das NO2 wird dann in dem NOx-Absorptionsmittel 57 absorbiert, so dass es in Form von Nitrationen NO3 in dem NOx-Absorptionsmittel 57 dispergiert bzw. verteilt wird, während es mit Bariumkarbonat (BaCO3) eine Bindung eingeht. Auf diese Weise werden die NOx in dem NOx-Adsorptionsmittel 57 absorbiert. NO2 bzw. Stickstoffdioxid entsteht dabei solange auf der Oberfläche des Platins (Pt) 56 wie die Konzentration von Sauerstoff im Abgas ausreichend hoch ist, und das NO2 wird in dem NOx-Absorptionsmittel 57 absorbiert und bildet Nitrationen NO3 solange die NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Absorptionsmittels 57 nicht gesättigt ist.
  • Wenn hingegen das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases angereichert bzw. angefettet wird, wird die Sauerstoffkonzentration im Abgas reduziert, und die Reaktion läuft in umgekehrter Richtung ab (NO3 → NO2), so dass die Nitrationen NO3 in dem NOx-Absorptionsmittel 57 in Form von NO2 aus dem NOx-Absorptionsmittel 57 freigesetzt werden, wie in 3B gezeigt ist. Die freigesetzten NOx werden anschließend durch unverbrannten HC bzw. Kohlenwasserstoff und CO bzw. Kohlenmonoxid, die in dem Abgas enthalten sind, reduziert.
  • In dieser Ausführungsform der Erfindung weist der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U einen Mehrschichtaufbau auf, der eine obere Schicht 28UU und eine untere Schicht 28UL beinhaltet, wie in 4 gezeigt ist. Die untere Schicht 28UL und die obere Schicht 28UU werden nacheinander auf das Substrat 50 geschichtet. In diesem Fall stellen jeweils die obere Schicht 28UU und die untere Schicht 28UL einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator bereit, der nämlich den vorstehend beschriebenen Edelmetallkatalysator 56 und das NOx-Absorptionsmittel 57 beinhaltet. Zwischen der oberen Schicht 28UU und der unteren Schicht 28UL oder zwischen der unteren Schicht 28UL und dem Katalysatorträger 55 kann eine zusätzliche Schicht angeordnet sein.
  • Als der Edelmetallkatalysator 56 für die obere Schicht 28U kann zumindest ein Element, das aus Edelmetallen mit einer hohen Oxidationsfähigkeit, wie z. B. Platin (Pt), Palladium (Pd), Osmium (Os) und Gold (Au), ausgewählt ist, verwendet werden. Als der Edelmetallkatalysator 56 für die untere Schicht 28UL wird hingegen zumindest ein Element verwendet, das aus Edelmetallen mit einer hohen Reduktionsfähigkeit, wie z. B. Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru), ausgewählt ist. In diesem Fall ist in der oberen Schicht 28UU kein Edelmetall mit einer hohen Reduktionsfähigkeit enthalten.
  • 5A bis 5C zeigen verschiedene Beispiele für die Edelmetallkatalysatoren 56 für die obere Schicht 28UU und die untere Schicht 28UL. Als der Edelmetallkatalysator 56 für die obere Schicht 28UU wird in dem Beispiel von 5A Platin (Pt) verwendet, und in dem Beispiel von 5B wird Palladium (Pd) verwendet, während Platin (Pt) und Palladium (Pd) in dem Beispiel von 5C verwendet werden. Als der Edelmetallkatalysator 56 für die untere Schicht 28UL wird hingegen in allen Beispielen von 5A–5C Rhodium (Rh) verwendet.
  • Wenn die Edelmetallkatalysatoren 56 für die obere Schicht 28UU und die untere Schicht 28UL in der vorstehend erläuterten Weise ausgewählt werden, wird die Oxidationsfähigkeit der oberen Schicht 28UU gegenüber der der unteren Schicht 28UL erhöht, und die Reduktionsfähigkeit der unteren Schicht 28UL wird gegenüber der der oberen Schicht 28UU erhöht.
  • Der stromabwärts befindliche Katalysator oder Dreiwegekatalysator 28D weist hingegen ebenfalls, wie der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U, eine Honigwabenstruktur auf und beinhaltet eine Mehrzahl von Abgaskanälen, die durch dünne Trennwände voneinander getrennt sind. Ein beispielsweise aus Aluminium gefertigter Katalysatorträger ist auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen einer jeweiligen Trennwand beladen, und eine Katalysatorkomponente, die eine Edelmetallkomponente beinhaltet, wird auf der Oberfläche des Katalysatorträgers getragen.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung weist der Dreiwegekatalysator 28D einen Mehrschichtaufbau auf, der eine obere Schicht 28DU und eine untere Schicht 28DL beinhaltet. In diesem Fall stellt jeweils die obere Schicht 28DU und die untere Schicht 28DL einen Dreiwegekatalysator bereit.
  • In dem Dreiwegekatalysator 28D wird als eine Edelmetallkomponente für die obere Schicht 28DU zumindest ein Element verwendet, das aus Edelmetallen ausgewählt ist, die eine hohe Reduktionsfähigkeit aufweisen, und als eine Edelmetallkomponente für die untere Schicht 28DL wird zumindest ein Element verwendet, das aus Edelmetallen ausgewählt ist, die eine hohe Oxidationsfähigkeit aufweisen. In dem in 6A gezeigten Beispiel wird Rhodium (Rh) als die Edelmetallkomponente für die obere Schicht 28DU und Platin (Pt) als die Edelmetallkomponente für die untere Schicht 28DL verwendet.
  • Wenn die Edelmetallkomponenten für die obere Schicht 28DU und die untere Schicht 28DL wie vorstehend beschrieben ausgewählt sind, wird die Reduktionsfähigkeit der oberen Schicht 28DU gegenüber der der unteren Schicht 28DL erhöht, und die Oxidationsfähigkeit der unteren Schicht 28dL wird gegenüber der oberen Schicht 28DU erhöht.
  • Alternativ kann der Dreiwegekatalysator 28D einen Einzelschichtaufbau aufweisen. In diesem Fall wird als eine Edelmetallkomponente des Dreiwegekatalysators 28D zumindest ein Edelmetall mit einer hohen Reduktionsfähigkeit verwendet. Darüber hinaus kann ein Metall mit einer hohen Oxidationsfähigkeit verwendet werden oder auch nicht. In dem in 6B gezeigten Beispiel werden Rhodium (Rh) und Platin (Pt) als Edelmetallkomponenten für den Dreiwegekatalysator 28D verwendet.
  • Wenn die Edelmetallkatalysatoren 56 des stromauf befindlichen Katalysators oder NOx-Speicher-Reduktionskatalysators 28U und die Edelmetallkomponente(n) des stromabwärts befindlichen Katalysators oder Dreiwegekatalysators 28D wie vorstehend beschrieben ausgewählt sind, wird die Oxidationsfähigkeit des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators 28U gegenüber der des Dreiwegekatalysators 28D erhöht, und die Reduktionsfähigkeit des Dreiwegekatalysators 28D wird gegenüber der des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators 28U erhöht.
  • In dieser Ausführungsform der Erfindung werden der stromauf befindliche Katalysator oder NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U und der stromabwärts befindliche Katalysator oder Dreiwegekatalysator 28D unabhängig voneinander auf den jeweiligen Substraten getragen, und diese Substrate sind in Reihe angeordnet miteinander verbunden, wodurch der Katalysator 28 gebildet wird. Der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U kann auf einem stromauf befindlichen Bereich eines gemeinsamen Substrats getragen werden, und der Dreiwegekatalysator 28D kann auf einem stromabwärts befindlichen Bereich des Substrats getragen werden.
  • Der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U, der einen Mehrschichtaufbau aufweist, wird z. B. wie folgt hergestellt. An dieser Stelle erfolgt eine Erläuterung des Herstellungsverfahrens im Hinblick auf den Fall, wo Rhodium (Rh) als der Edelmetallkatalysator 56 für die untere Schicht 28UL verwendet wird und Platin (Pt) als der Edelmetallkatalysator 56 für die obere Schicht 28UU verendet. Dabei wird zuerst eine wässrige Masse bzw. ein dünnflüssiger Schlamm zubereitet, in dem das Trägerpulver, aus dem der Katalysatorträger der unteren Schicht 28UL gebildet wird, und Rhodiumpulver dispergiert bzw. fein verteilt sind, und der dünnflüssige Schlamm wird auf das Substrat aufgetragen. In diesem Fall können z. B. Zirkonium (Zr), Aluminium (Al2O3), Cer (CeO2), ZrO2-Al2O3, ZrO2-Al2O3-TiO2 als der Katalysatorträger für die untere Schicht 28UL verendet werden. Das Rhodiumpulver wird aus PM-Pulver gebildet und wird in Form von Nitrat oder Azetat in dem dünnflüssigen Schlamm dispergiert bzw. fein verteilt. Die Viskosität des dünnflüssigen Schlamms beträgt vorzugsweise z. B. etwa 30%, und die Beschichtungsmenge reicht vorzugsweise von 50 g/L bis 200 g/L. Dann erfolgen ein Trocknungsvorgang (200°C, 2 Stunden lang) und ein Brennvorgang (400°C, 4 Stunden lang), so dass die unteren Schicht 28UL entsteht.
  • Anschließend wird ein dünnflüssiger Schlamm zubereitet, in dem das Trägerpulver, aus dem der Katalysatorträger für die obere Schicht 28UU gebildet ist, und das Platinpulver dispergiert sind, und der dünnflüssige Schlamm wird auf die untere Schicht 28UL aufgetragen. In diesem Fall kann z. B. Zirkon (Zr), Aluminium (Al2O3), Cer (CeO2), Al2O3-CeO2, ZrO2-Al2O3 oder ZrO2-Al2O3-TiO2 als der Katalysatorträger für die obere Schicht 28UU verendet werden. Das Platinpulver dispergiert in dem dünnflüssigen Schlamm in Form von Nitrat oder Azetat, wie z. B. Tetrachlorplatin oder Dinitroplatin. Die Viskosität des dünnflüssigen Schlamms beträgt vorzugsweise z. B. etwa 30°%, und die Beschichtungsmenge reicht vorzugsweise von 50 g/L bis 200 g/L. Dann erfolgen ein Trocknungsvorgang (200°C, 2 Stunden lang) und ein Brennvorgang (400°C, 4 Stunden lang), so dass die obere Schicht 28UU entsteht. Bei einem, anderen Verfahren kann ein Katalysatorträger zuerst auf der unteren Schicht 28UL gebildet werden, und der Katalysatorträger kann dann mit einer wässrigen Lösung aus Tetrachlorplatin oder Dinitroplatin imprägniert werden.
  • Der Dreiwegekatalysator 28D, der einen Mehrschichtaufbau aufweist, kann in einer zum NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U ähnlichen Weise hergestellt werden.
  • Wenn in der Ausführungsform der Erfindung der Motor mit niedriger Last betrieben wird, wobei der Motorlastfaktor KL kleiner als ein vorbestimmter oder voreingestellter Lastfaktor KLX ist, wie in 7 gezeigt ist, wird ein Magermodusbetrieb ausgeführt, in dem ein Kraftstoff-Luftgemisch mit einem mageren Kraftstoff-Luftverhältnis verbrannt wird. Wenn der Motor mit hoher Last betrieben wird, wobei der Motorlastfaktor KL größer als der vorbestimmte Lastfaktor KLX ist, wird ein Betrieb mit einem stöchiometrischen Verhältnis ausgeführt, in dem ein das stöchiometrische Verhältnis aufweisendes Kraftstoff-Luftgemisch verbrannt wird. In diesem Zusammenhang stellt der Motorlastfaktor KL den Anteil der Motorlast gegenüber der Volllast dar. In diesem Fall kann man auch behaupten, dass ein Verbrennungsmotor, der normalerweise im Magermodus arbeitet (d. h. ein Magerverbrennungsmotor), abhängig von den Motorbetriebsbedingungen vorübergehend auf einen stöchiometrischen Betrieb geschaltet wird.
  • Wenn somit der Motor im Magermodus arbeitet, wird das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U strömenden Abgases mager, und die in dem Abgas enthaltenden NOx werden durch den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U adsorbiert und gespeichert. Wenn der Magermodusbetrieb jedoch weiterhin ausgeführt wird, adsorbiert der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U die NOx bis zur Erschöpfung der NOx-Adsorptionsfähigkeit (d. h. bis der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U mit den darauf adsorbierten NOx gesättigt ist), wodurch der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U keine NOx mehr adsorbieren kann. In der Ausführungsform der Erfindung wird daher das Kraftstoff-Luftverhältnis des Abgases vorübergehend angefettet, bevor der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U die volle NOx-Adsorptionsfähigkeit ausgeschöpft hat (d. h. bevor der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U durch die NOx gesättigt ist), so dass die NOx aus dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U freigesetzt und durch HC, CO im Abgas zu N2 oder dergleichen reduziert werden.
  • In der Ausführungsform der Erfindung wird die pro Zeiteinheit durch den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U adsorbierte NOx-Menge im Voraus im ROM 32, in Form eines Kennfelds in Abhängigkeit von den Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. dem Motorlastfaktors KL und der Motordrehzahl Ne, gespeichert. Durch Integrieren der NOx-Menge wird ein Gesamtwert SN der Menge der im NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U gespeicherten NOx berechnet. Dann wird jedes Mal, wenn der Gesamtwert SN der gespeicherten NOx-Menge die Obergrenze MAX überschreitet, vorübergehend ein Fettmodusbetrieb ausgeführt, in dem ein Kraftstoff-Luftgemisch mit einem fetten Kraftstoff-Luftverhältnis verbrannt wird. Folglich werden die NOx aus dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U freigesetzt und reduziert.
  • 8 stellt eine Routine zum Implementieren einer Motorbetriebssteuerung gemäß der Ausführungsform der Erfindung dar. Diese Routine wird in vorbestimmten Zeitintervallen als Unterbrechung ausgeführt.
  • Unter Bezugnahme auf 8 wird in Schritt 100 zuerst bestimmt, ob der Motorlastfaktor KL größer als der vorbestimmte Lastfaktor KLX ist (7). Wenn KL ≤ KLX, wird die Steuerung bei Schritt 101 fortgesetzt, wo ein Magermodusbetrieb ausgeführt wird. In dem nachfolgenden Schritt 102 wird der Gesamtwert SN der gespeicherten NOx-Menge berechnet. Im sich daran anschließenden Schritt 103 wird bestimmt, ob der Gesamtwert SN der gespeicherten NOx-Menge die Obergrenze MAX überschreitet. Wenn SN ≤ MAX, wird der aktuelle Zyklus der Routine von 8 beendet, und der Magermodusbetrieb wird fortgesetzt. Wenn SN > MAX, wird der Steuerungsbetrieb hingegen bei Schritt 104 fortgesetzt, und ein Fettmodusbetrieb wird z. B. eine bestimmte Zeitspanne lang ausgeführt. Im nachfolgenden Schritt 105 wird der Gesamtwert SN der gespeicherten NOx-Menge gelöscht. Wenn bei Schritt 100 bestimmt wird, dass der Motorlastfaktor KL größer als der vorbestimmte Lastfaktor KLX ist, wird der Steuerungsbetrieb bei Schritt 106 fortgesetzt, in dem ein Betrieb mit einem stöchiometrischen Verhältnis ausgeführt wird.
  • Gemäß der Ausführungsform der Erfindung kann die NOx-Adsorptionsfähigkeit des Katalysators 28 oder des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators 28U verbessert werden.
  • 9A zeigt im Experiment erworbene Ergebnisse der NOx-Speicherfähigkeit ST des Katalysators 28. Im Vergleichsbeispiel Ca, das in 9A gezeigt ist, besteht der Katalysator 28 ausschließlich aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der einen Einzelschichtaufbau aufweist, und als ein Edelmetallkatalysator werden Platin (Pt) und Rhodium (Rh) verwendet. In Beispiel Ea1 besteht der Katalysator 28 ausschließlich aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der einen Doppelschichtaufbau aufweist, und als ein Edelmetallkatalysator für die obere Schicht wird Platin (Pt) verwendet, während Rhodium (Rh) als ein Edelmetallkatalysator für die untere Schicht verwendet wird. Im Beispiel Ea2 besteht der Katalysator 28 ausschließlich aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der einen Doppelschichtaufbau aufweist, und als ein Edelmetallkatalysator für die obere Schicht werden Platin (Pt) und Palladium (Pd) verwendet, während Rhodium (Rh) als ein Edelmetallkatalysator für die untere Schicht verwendet wird.
  • Wie 9A zu entnehmen ist, ist die NOx-Speicherkapazität ST des Katalysators 28 in den Beispielen Ea1, Ea2 relativ hoch, und in Beispiel Ea2 größer als in Beispiel Ea1. Dies kann darin begründet sein, dass der NOx-Speicher-Reduktionskatalysator einen Mehrschichtaufbau aufweist, genauer gesagt aus zwei Schichten besteht. Dementsprechend kann die Häufigkeit, mit der das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Katalysator 28 strömenden Abgases auf fett geschaltet wird (wo das Kraftstoff-Luftverhältnis das stöchiometrische Verhältnis unterschreitet), reduziert werden, und somit kann auch der Kraftstoffverbrauch (d. h. die Menge des verbrauchten Kraftstoffs) reduziert werden.
  • Wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis A/F des Abgases, das in den Katalysator 28 strömt, auf fett geschaltet wird, wie in 10 gezeigt ist, nimmt die Menge EXN der aus dem Katalysator 28 abgeführten NOx pro Zeiteinheit rasch zu, erreicht ihren Spitzenwert PKN und nimmt dann ab. In der Ausführungsform der Erfindung kann der Spitzenwert PKN der abgeführten NOx-Menge EXN reduziert werden.
  • 9B zeigt im Experiment erworbene Ergebnisse über den Spitzenwert PKN der abgeführten NOx-Menge des Katalysators 28. Im Vergleichsbeispiel Cb1, das in 9B gezeigt ist, besteht der Katalysator 28 ausschließlich aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der einen Einzelschichtaufbau aufweist, und als ein Edelmetallkatalysator werden Platin (Pt) und Rhodium (Rh) verwendet. Im Vergleichsbeispiel Cb2 besteht der Katalysator 28 ausschließlich aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der einen Doppelschichtaufbau aufweist, und als eine Edelmetallkomponente für die obere Schicht wird Platin (Pt) verwendet, während Rhodium (Rh) als eine Edelmetallkomponente für die untere Schicht verwendet wird. In Beispiel Eb besteht der Katalysator 28 aus einem stromauf befindlichen Katalysator und einem stromabwärts befindlichen Katalysator. Der stromauf befindliche Katalysator besteht aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der einen Doppelschichtaufbau aufweist, und als ein Edelmetallkatalysator für die obere Schicht wird Platin (Pt) verwendet, während Rhodium (Rh) als ein Edelmetallkatalysator für die untere Schicht verwendet wird. Der stromabwärts befindliche Katalysator besteht aus einem Dreiwegekatalysator, der einen Einzelschichtaufbau aufweist, und als Edelmetallkomponenten werden Platin (Pt) und Rhodium (Rh) verwendet.
  • Wie 9B zu entnehmen ist, ist der Spitzenwert PKN der abgeführten NOx-Menge im Vergleichsbeispiel Cb2 größer als der des Vergleichsbeispiels Cb1. Im Beispiel Eb kann jedoch der Spitzenwert PKN der abgeführten NOx-Menge jedoch deutlich reduziert werden. Dies kann darin begründet sein, dass die aus dem stromauf befindlichen Katalysator oder NOx-Speicher-Reduktionskatalysator freigesetzten NOx durch den stromabwärts befindlichen Katalysator reduziert werden. Dementsprechend kann die NOx-Umwandlungseffizienz während des Magermodusbetriebs auf einem hohen Niveau bzw. Wert gehalten werden, während eine große NOx-Speicherkapazität sichergestellt werden kann.
  • Ferner kann gemäß der Ausführungsform der Erfindung die NOx-Umwandlungseffizienz EFFS des Katalysators 28 auf einem hohen Niveau bzw. hohen Wert gehalten werden, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den Katalysator 28 strömenden Abgases, z. B. während eines Hochlastbetriebs, im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist.
  • 9C zeigt im Experiment erworbene Ergebnisse über die NOx-Umwandlungseffizienz EFFS des Katalysators 28, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Abgases im Wesentlichen gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist. Im Vergleichsbeispiel Cc1, das in 9C gezeigt ist, besteht der Katalysator 28 ausschließlich aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der einen Einzelschichtaufbau aufweist, und als ein Edelmetallkatalysator werden Platin (Pt) und Rhodium (Rh) verwendet. Im Vergleichsbeispiel Cc2 besteht der Katalysator 28 ausschließlich aus einem Dreiwegekatalysator, der einen Doppelschichtaufbau aufweist, und als ein Edelmetallkatalysator für die obere Schicht wird Rhodium (Rh) verwendet, während als ein Edelmetallkatalysator für die untere Schicht Platin (Pt) verwendet wird. Im Beispiel Ec besteht der Katalysator 28 aus einem stromauf befindlichen Katalysator und einem stromabwärts befindlichen Katalysator. Der stromauf befindliche Katalysator besteht aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator mit einem Doppelschichtaufbau, und als ein Edelmetallkatalysator für die obere Schicht wird Platin (Pt) verwendet, während als ein Edelmetallkatalysator für die untere Schicht Rhodium (Rh) verwendet wird. Der stromabwärts befindliche Katalysator besteht aus einem Dreiwegekatalysator mit einem Einzelschichtaufbau, und Platin (Pt) und Rhodium (Rh) werden as Edelmetallkomponenten verwendet. Wenn INN für die Menge der pro Zeiteinheit in den Katalysator 28 strömenden NOx steht, und EXN für die Menge der aus dem Katalysator 28 strömenden NOx steht, kann die NOx-Umwandlungseffizienz EFFS des Katalysators 28 durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt werden: EFFS = (INN – EXN)/INN
  • Wie aus 9C hervorgeht, ist die NOx-Umwandlungseffizienz EFFS des Beispiels Ec höher gegenüber der aus dem Vergleichsbeispiel Cc1 und entspricht im Wesentlichen der des Vergleichsbeispiels Cc2.
  • In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird ein Fettmodusbetrieb (d. h. ein Betrieb des Motor bei einem fetten Kraftstoff-Luftverhältnis) ausgeführt, um zu bewirken, dass das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator 28U strömenden Abgases angefettet wird. In einem Verbrennungsmotor, der mit Kraftstoffeinspritzventilen versehen ist, durch die ein Kraftstoff direkt in die Verbrennungsräume eingespritzt wird, kann bewirkt werden, dass das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Abgases durch Einspritzen von Kraftstoff in die Verbrennungsräume während Arbeitshubs oder Auslasshubs angefettet wird. Außerdem kann das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Abgases noch durch Zuführen eines Reduktionsmittels oder sekundären Kraftstoffs in eine Abgasleitung stromauf des NOx-Speicher-Reduktionskatalysators 28U angereichert bzw. angefettet werden.
  • In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird ein Magermodusbetrieb ausgeführt, wenn der Motor bei einer niedrigen Last arbeitet, und ein Betrieb mit einem stöchiometrischen Verhältnis wird ausgeführt, wenn der Motor bei einer hohen Last arbeitet. Der Betrieb mit einem stöchiometrischen Verhältnis kann jedoch auch während einer Beschleunigung ausgeführt werden.
  • Obgleich die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, wird darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen oder Konstruktionen beschränkt ist. Die Erfindung soll im Gegensatz dazu verschiedene Modifizierungen und entsprechende Anordnungen bzw. Maßnahmen umfassen. Obgleich die verschiedenen Elemente der beispielhaften Ausführungsformen in verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen gezeigt sind, fallen darüber hinaus weitere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einzelnes Element beinhalten, ebenfalls unter den Schutzbereich der Erfindung.
  • Zusammenfassung
  • Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor
  • Ein stromauf befindlicher Katalysator (28U) und ein stromabwärts befindlicher Katalysator (28D) sind in Reihe angeordnet und in einem gemeinsamen Gehäuse (25) untergebracht, das in einer Motorabgasleitung angeordnet ist. Der stromauf befindliche Katalysator (28U) besteht aus einem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator, der die in einem einströmenden Abgas enthaltenen NOx adsorbiert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Gases mager ist, und die adsorbierten NOx freisetzt und reduziert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Abgases fett wird, reduziert, und der stromabwärts befindliche Katalysator besteht aus einem Dreiwegekatalysator. Der stromauf befindliche Katalysator weist eine höhere Oxidationsfähigkeit auf als der stromabwärts befindliche Katalysator, und der stromabwärts befindliche Katalysator weist eine höhere Reduktionsfähigkeit auf als der stromauf befindliche Katalysator. Der stromauf befindliche Katalysator weist einen Mehrschichtaufbau auf, der eine obere Schicht und eine untere Schicht beinhaltet, und ist so beschaffen, dass die obere Schicht eine höhere Oxidationsfähigkeit aufweist als die untere Schicht, und die untere Schicht eine höhere Reduktionsfähigkeit aufweist als die obere Schicht.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 11-44234 A [0002]
    • - JP 2006-291812 A [0003, 0006]

Claims (9)

  1. Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, wobei ein stromauf befindlicher Katalysator und ein stromabwärts befindlicher Katalysator in Reihe angeordnet sind und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, das in einer Motorabgasleitung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der stromauf befindliche Katalysator einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator aufweist, der in einem einströmenden Abgas enthaltene NOx adsorbiert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und die adsorbierten NOx freisetzt und reduziert, wenn das Kraftstoff-Luftverhältnis des einströmenden Abgases fett wird, und der stromabwärts befindliche Katalysator entweder einen Dreiwegekatalysator oder einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator aufweist; der stromauf befindliche Katalysator und der stromabwärts befindliche Katalysator derart beschaffen sind, dass der stromauf befindliche Katalysator eine höhere Oxidationsfähigkeit aufweist als der stromabwärts befindliche Katalysator, und derart, dass der stromabwärts befindliche Katalysator eine höhere Reduktionsfähigkeit aufweist als der stromauf befindliche Katalysator; und der stromauf befindliche Katalysator einen Mehrschichtaufbau aufweist, der eine obere Schicht und eine untere Schicht beinhaltet, und derart beschaffen ist, dass die obere Schicht eine höhere Oxidationsfähigkeit aufweist als die untere Schicht, und derart, dass die untere Schicht eine höhere Reduktionsfähigkeit als die obere Schicht aufweist.
  2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeweils die obere Schicht und die untere Schicht des stromauf befindlichen Katalysator sowohl einen Edelmetallkatalysator, der zumindest ein Element aufweist, das aus Platin (Pt), Palladium (Pd), Osmium (Os), Gold (Au), Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) ausgewählt ist, als auch ein NOx-Absorptionsmittel beinhalten, das zumindest ein Element aufweist, das aus Alkalimetallen, Alkalierdmetallen und Seltenerdmetallen ausgewählt ist.
  3. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei: die obere Schicht des stromauf befindlichen Katalysators, als den Edelmetallkatalysator, zumindest ein Element enthält, das aus Platin (Pt), Palladium (Pd), Osmium (Os) und Gold (Au) ausgewählt ist; und die untere Schicht des stromauf befindlichen Katalysators, als den Edelmetallkatalysator, zumindest ein Element enthält, das aus Rhodium (Rh), Iridium (Ir) und Ruthenium (Ru) ausgewählt ist.
  4. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der stromabwärts angeordnete Katalysator einen Mehrschichtaufbau aufweist, der eine obere Schicht und eine untere Schicht beinhaltet, und so beschaffen ist, dass die obere Schicht eine höhere Reduktionsfähigkeit als die untere Schicht aufweist und die untere Schicht eine höhere Oxidationsfähigkeit als die obere Schicht aufweist.
  5. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei: Rhodium (Rh) als eine Edelmetallkomponente für die obere Schicht des stromabwärts angeordneten Katalysators verwendet wird; und Platin (Pt) als eine Edelmetallkomponente für die untere Schicht des stromabwärts angeordneten Katalysators verwendet wird.
  6. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der stromabwärts angeordnete Katalysator einen Einzelschichtaufbau aufweist.
  7. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der stromabwärts angeordnete Katalysator Rhodium (Rh) und Platin (Pt) als Edelmetallkomponenten enthält.
  8. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei: das Kraftstoff-Luftverhältnis in dem Verbrennungsmotor normalerweise auf ein mageres Kraftstoff-Luftverhältnis eingestellt ist, das ein stöchiometrisches Verhältnis überschreitet; und wenn das NOx, das in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator gespeichert ist, freigesetzt und reduziert werden soll, das Kraftstoff-Luftverhältnis des in den NOx-Speicher-Reduktionskatalysator strömenden Abgases vorübergehend auf ein fettes Kraftstoff-Luftverhältnis gesteuert wird, das das stöchiometrische Verhältnis unterschreitet.
  9. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Kraftstoff-Luftverhältnis des Verbrennungsmotors abhängig von Motorbetriebsbedingungen vorübergehend auf das stöchiometrische Verhältnis gesteuert wird.
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