DE112011104856B4 - Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine, bei dem, in einer Motorabgasleitung, ein Kohlenwasserstoff-Speiseventil (15) angeordnet ist, ein Abgasreinigungskatalysator (13) zum Reagieren von im Abgas enthaltenen NOx mit reformierten Kohlenwasserstoffen in der Motorabgasleitung stromab vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil (15) angeordnet ist, der Abgasreinigungskatalysator (13) aus einem stromaufwärtigen Katalysator (14a) und einem stromabwärtigen Katalysator (14b) besteht, die beabstandet zueinander in Reihe angeordnet sind, der stromaufwärtige Katalysator (14a) zumindest zum Reformieren von Kohlenwasserstoffen dient, die vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil (15) eingespeist werden, der stromaufwärtige Katalysator (14a) eine Konturform aufweist, die sich zur stromabwärtigen Seite hin aufweitet, eine Mehrzahl von Abgasleitungen, die sich in radialer Form von einem stromaufwärtigen Ende zu einem stromabwärtigen Ende erstrecken, in dem stromaufwärtigen Katalysator (14a) ausgebildet ist, ein Edelmetallkatalysator an einer Abgasströmungsfläche zumindest des stromaufwärtigen Katalysators (14a) und/oder des stromabwärtigen Katalysators (14b) ausgebildet ist und ein alkalischer Abgasströmungsflächenteil um den Edelmetallkatalysator ausgebildet ist, der Abgasreinigungskatalysator (13) eine Reduktionseigenschaft bezüglich des im Abgas enthaltenen NOx hat, wenn eine Konzentration von Kohlenwasserstoffen, die in den stromaufwärtigen Katalysator (14a) strömen, zum Schwingen innerhalb eines vorbestimmten Amplitudenbereichs und innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne gebracht wird, sowie eine Eigenschaft hat, dass dessen Speichermenge für NOx, das im Abgas enthalten ist, erhöht wird, wenn eine Schwingungsdauer der Kohlenwasserstoffkonzentration länger gemacht wird, als eine vorbestimmte Dauer, wobei, zum Zeitpunkt des Motorbetriebs, die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, die in den stromaufwärtigen Katalysator (14a) strömen, zum Schwingen innerhalb des vorbestimmten Amplitudenbereichs und der vorgegebenen Zeitspanne gebracht wird, um dadurch das im Abgas enthaltene NOx im Abgasreinigungskatalysator (13) zu reduzieren.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, bei der, in einer Motorabgasleitung, ein NOx-Speicher-Katalysator angeordnet ist, der NOx, das im Abgas enthalten ist, speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und der das gespeicherte NOx abgibt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird, und bei der in der Motorabgasleitung stromauf bzw. oberhalb vom NOx-Speicher-Katalysator, ein Oxidationskatalysator angeordnet ist, der eine Adsorptionsfunktion hat, und der Kohlenwasserstoffe in die Motorabgasleitung stromauf des Oxidationskatalysators einspeist bzw. zugibt oder zuführt, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Speicher-Katalysator strömenden Abgases anzufetten, wenn NOx vom NOx-Speicher-Katalysator abgegeben wird (siehe beispielsweise JP 3 969 450 B2 oder die korrespondierende DE 60 2004 012 778 T2 ).
  • Bei dieser Verbrennungskraftmaschine werden die Kohlenwasserstoffe, die zugeführt werden, wenn NOx aus dem NOx-Speicher-Katalysator abgegeben wird, am Oxidationskatalysator zu gasförmigen Kohlenwasserstoffen gemacht, und die gasförmigen Kohlenwasserstoffe werden dem NOx-Speicher-Katalysator zugeführt. Als Ergebnis wird das NOx, das aus dem NOx-Speicher-Katalysator abgegeben wird, gut reduziert.
  • Aus der JP 2008-002451 A ist zudem eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die zwischen einem Ag-Katalysator und einem Oxidationskatalysator einen Reformerkatalysator in einem katalytischen Wandler enthält.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technische Aufgabe
  • Jedoch besteht das Problem, dass, wenn die Temperatur des NOx-Speicher-Katalysators hoch wird, die NOx-Reinigungsrate abfällt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, das selbst dann eine hohe NOx-Reinigungsrate erzielen kann, wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators hoch wird.
  • Lösung der Aufgabe
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, bei dem, in einer Motorabgasleitung, ein Kohlenwasserstoff-Speiseventil angeordnet ist, ein Abgasreinigungskatalysator zum Reagieren von im Abgas enthaltenen NOx mit reformierten Kohlenwasserstoffen in der Motorabgasleitung stromab vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil angeordnet ist, der Abgasreinigungskatalysator aus einem stromaufwärtigen Katalysator und einem stromabwärtigen Katalysator besteht, die beabstandet zueinander in Reihe angeordnet sind, der stromaufwärtige Katalysator zumindest zum Reformieren von Kohlenwasserstoffen dient, die vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil eingespeist werden, der stromaufwärtige Katalysator eine Konturform aufweist, die sich zur stromabwärtigen Seite hin aufweitet, eine Mehrzahl von Abgasleitungen, die sich in radialer Form von einem stromaufwärtigen Ende zu einem stromabwärtigen Ende erstrecken, in dem stromaufwärtigen Katalysator ausgebildet ist, ein Edelmetallkatalysator an einer Abgasströmungsfläche zumindest des stromaufwärtigen Katalysators und/oder des stromabwärtigen Katalysators ausgebildet ist und ein alkalischer Abgasströmungsflächenteil um den Edelmetallkatalysator ausgebildet ist, der Abgasreinigungskatalysator eine Reduktionseigenschaft bezüglich des im Abgas enthaltenen NOx hat, wenn eine Konzentration von Kohlenwasserstoffen, die in den stromaufwärtigen Katalysator strömen, zum Schwingen innerhalb eines vorbestimmten Amplitudenbereichs und innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne gebracht wird, sowie eine Eigenschaft hat, dass dessen Speichermenge für NOx, das im Abgas enthalten ist, erhöht wird, wenn eine Schwingungsdauer der Kohlenwasserstoffkonzentration länger gemacht wird als eine vorbestimmte Dauer, wobei, zum Zeitpunkt des Motorbetriebs, die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, die in den stromaufwärtigen Katalysator strömen, zum Schwingen innerhalb des vorbestimmten Amplitudenbereichs und der vorgegebenen Zeitspanne gebracht wird, um dadurch das im Abgas enthaltene NOx im Abgasreinigungskatalysator zu reduzieren.
  • Vorteilhafte Effekte der Erfindung
  • Selbst wenn die Temperatur des Abgasreinigungskatalysators hoch wird, kann eine hohe NOx-Reinigungsrate erzielt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Gesamtdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit Kompressionszündung;
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Flächenteils eines Katalysatorträgers;
  • 3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Oxidationsreaktion in einem Abgasreinigungskatalysator;
  • 4 zeigt eine Darstellung einer Änderung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in einen Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases;
  • 5 zeigt eine NOx-Reinigungsrate;
  • 6A, 6B und 6C zeigen eine Darstellung zur Erläuterung einer Oxidations-Reduktions-Reaktion in einem Abgasreinigungskatalysator;
  • 7A und 7B zeigen weitere Darstellungen zur Erläuterung einer Oxidations-Reduktions-Reaktion in einem Abgasreinigungskatalysator;
  • 8 zeigt eine Darstellung einer Änderung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in einen Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases;
  • 9 zeigt eine NOx-Reinigungsrate;
  • 10 zeigt ein Zeitschaubild, das eine Änderung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in einen Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases darstellt;
  • 11 zeigt ein weiteres Zeitschaubild, das eine Änderung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in einen Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases darstellt;
  • 12 zeigt eine Darstellung einer Beziehung zwischen einer Oxidationskraft eines Abgasreinigungskatalysators und eines minimal benötigten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses;
  • 13 zeigt eine Darstellung einer Beziehung zwischen einer Sauerstoffkonzentration im Abgas und einer Amplitude ΔH einer Kohlenwasserstoffkonzentration, die die gleiche NOx-Reinigungsrate gibt;
  • 14 zeigt eine Darstellung einer Beziehung zwischen einer Amplitude ΔH, einer Kohlenwasserstoffkonzentration und einer NOx-Reinigungsrate;
  • 15 zeigt eine Darstellung einer Beziehung zwischen einer Schwingungsdauer ΔT, einer Kohlenwasserstoffkonzentration und einer NOx-Reinigungsrate;
  • 16 zeigt eine Darstellung eines Kennfeldes der Kohlenwasserstoff-Zufuhrmenge W;
  • 17 zeigt eine Darstellung einer Änderung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des in einen Abgasreinigungskatalysator strömenden Abgases, etc.;
  • 18 zeigt eine Darstellung eines Kennfeldes einer abgegebenen NOx-Menge NOXA;
  • 19 zeigt eine Darstellung des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes;
  • 20 zeigt eine Darstellung eines Kennfeldes der Kohlenwasserstoff-Zufuhrmenge WR;
  • 21A bis 21D zeigen vergrößerte Darstellungen eines Abgasreinigungskatalysators; und
  • 22 zeigt ein Flussdiagramm einer NOx-Reinigungs-Steuerung.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine Gesamtdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit Kompressionszündung.
  • Bezug nehmend auf 1 bezeichnet 1 einen Motorblock, 2 die Brennkammer eines jeden Zylinders, 3 einen elektronisch gesteuerten Kraftstoffinjektor zum Einspritzen von Kraftstoff in jede Brennkammer, 4 eine Ansaugkrümmer und 5 einen Auslaß- bzw. Abgaskrümmer. Der Ansaugkrümmer 4 ist über eine Ansaugleitung 6 mit einem Auslaß eines Kompressors 7a eines Abgasturboladers 7 verbunden, während ein Einlaß des Kompressors 7a über einen Ansaugluftmengendetektor 8 mit einem Luftfilter 9 verbunden ist. In der Ansaugleitung 6 ist ein Drosselventil 10 angeordnet, das von einem Schrittmotor angesteuert wird. Ferner ist, um die Ansaugleitung 6, eine Kühlvorrichtung 11 angeordnet, um die Ansaugluft, die durch das Innere der Ansaugleitung 6 strömt, zu kühlen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Motorkühlwasser in das Innere der Kühlvorrichtung 11 geleitet, wo das Motorkühlwasser zum Kühlen der Ansaugluft verwendet wird.
  • Auf der anderen Seite ist der Abgaskrümmer 5 mit einem Einlaß einer Abgasturbine 7b des Abgasturboladers 7 verbunden. Ein Auslaß der Abgasturbine 7b ist über eine Abgasleitung 12 mit einem Abgasreinigungskatalysator 13 verbunden. Wie in 1 dargestellt ist, besteht dieser Abgasreinigungskatalysator 13 aus einem stromaufwärtigen bzw. oberen Katalysator 14a und einem stromabwärtigen bzw. unteren Katalysator 14b, die beabstandet zueinander in Reihe angeordnet sind. Der stromaufwärtige Katalysator 14a hat eine Konturform, die sich von der stromaufwärtigen Seide zur stromabwärtigen Seite aufweitet.
  • In der Abgasleitung 12, stromaufwärts bzw. oberhalb des Abgasreinigungskatalysators 13, ist ein Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 angeordnet, um Kohlenwasserstoffe, die aus Dieselkraftstoff oder anderen Kraftstoffen bestehen, die für die Verbrennungskraftmaschine mit Kompressionszündung verwendet werden, einzuspeisen bzw. zuzuführen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird Dieselöl bzw. Dieselkraftstoff für die Kohlenwasserstoffe verwendet, die vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 eingespeist werden. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung gleichermaßen auf eine Verbrennungskraftmaschine mit Zündkerze angewandt werden kann, bei der Kraftstoff in einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis verbrannt wird. In diesem Fall werden vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 Kohlenwasserstoffe, die aus Benzin oder einem anderen Kraftstoff bestehen, der für die Verbrennungskraftmaschine mit Zündkerze verwendet wird, eingespeist.
  • Auf der anderen Seite sind der Abgaskrümmer 5 und der Ansaugkrümmer 4 miteinander über eine Abgasrückführungsleitung 16 (nachfolgend als „EGR-Leitung” bezeichnet), verbunden. In der EGR-Leitung 16 ist ein elektronisch gesteuertes EGR-Steuerventil 17 angeordnet. Ferner ist, um die EGR-Leitung 16, eine Kühlvorrichtung 18 angeordnet, um das EGR-Gas, das durch die EGR-Leitung 16 strömt, zu kühlen. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform wird das Motorkühlwasser in das Innere der Kühlvorrichtung 18 geleitet, wo das Motorkühlwasser zum Kühlen des EGR-Gases verwendet wird. Daneben ist jeder Kraftstoffinjektor 3 über eine Kraftstoffleitung 19 mit einer gemeinsamen Kraftstoffleitung bzw. Common-Rail 20 verbunden. Diese Common-Rail 20 ist über eine elektronisch gesteuerte Kraftstoffpumpe mit variabler Fördermenge 21 mit einem Kraftstofftank 22 verbunden. Der im Kraftstofftank 22 gelagerte Kraftstoff wird über die Kraftstoffpumpe 21 in die Common-Rail 20 eingespeist. Der in die Common-Rail 21 eingespeiste Kraftstoff wird über jede Kraftstoffleitung 19 dem Kraftstoffinjektor 3 zugeführt.
  • Eine elektronische Steuereinheit 30 besteht aus einem Digitalcomputer mit einem ROM (Festwertspeicher) 32, einem RAM (Arbeitsspeicher) 33, einer CPU (Mikroprozessor) 34, einem Eingabekanal 35 und einem Ausgabekanal 36, die miteinander über einen bidirektional Bus verbunden sind. Stromab des stromaufwärtigen Katalysators 14a ist ein Temperatursensor 23 angebracht, um eine Temperatur des stromaufwärtigen Katalysators 14a sowie eine Temperatur eines stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators zu ermitteln. Die Ausgangssignale des Temperatursensors 23 und des Ansaugluftmengendetektors 8 werden durch entsprechend korrespondierende AD-Wandler 37 in den Eingabekanal 35 eingegeben. Zudem hat ein Beschleunigerpedal bzw. Gaspedal 40 einen Lastsensor 41, der mit diesem verbunden ist und eine Ausgangsspannung erzeugt, die proportional zum Grad des Niederdrückens L des Gaspedals 40 ist. Die Ausgangsspannung des Lastsensors 41 wird durch einen korrespondierenden AD-Wandler 37 in den Eingabekanal 35 eingegeben. Weiter ist ein Kurbelwinkelsensor 42 mit dem Eingabekanal 35 verbunden, der jedes Mal einen Ausgangsimpuls erzeugt, wenn eine Kurbelwelle um, z. B., 15° rotiert. Der Ausgabekanal ist dagegen über entsprechende Steuerkreise 38 jeweils mit dem Kraftstoffinjektor 3, dem Schrittmotor zum Ansteuern des Drosselventils 10, dem Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15, dem EGR-Steuerventil 17 und der Kraftstoffpumpe 21 verbunden.
  • Bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Substrat des stromaufwärtigen Katalysators 14a aus Metallblättern bzw. -bahnen oder -bögen gebildet, während das Substrat des stromabwärtigen Katalysators 14b aus einem keramischen Werkstoff, z. B. Kordierit gebildet ist. Auf diese Weise unterscheiden sich bei dieser ersten Ausführungsform die Substrate des stromaufwärtigen Katalysators 14a und des stromabwärtigen Katalysators 14b voneinander, wobei jedoch der stromaufwärtige Katalysator 14a und der stromabwärtige Katalysator 14b die gleichen Katalysatorträger und Katalysatoren tragen.
  • 2 zeigt schematisch den Flächenteil des Katalysatorträgers, der auf dem Substrat des stromaufwärtigen Katalysators 14a und des stromabwärtigen Katalysators 14b gelagert ist. Bei dem stromaufwärtigen Katalysator 14a wie auch dem stromabwärtigen Katalysator 14b sind, wie in 2 gezeigt, beispielsweise Edelmetallkatalysatoren 51 und 52 auf einen aus Aluminium bestehenden Katalysatorträger 50 gelagert. Auf diesem Katalysatorträger 50 ist ferner eine Alkalischicht 53 ausgebildet, die zumindest ein Element enthält, das ausgewählt ist aus Kalium K, Natrium Na, Cäsium Cs, oder anderen derartigen Alkalimetallen, Barium Ba, Calcium Ca oder anderen derartigen Erdalakalimetallen, Lanthanoid oder anderen derartigen seltenen Erden, und Silber Ag, Kupfer Cu, Eisen Fe, Iridium Ir oder anderen derartigen Metallen, die Elektronen an NOx abgeben können. Das Abgas strömt an der Oberseite des Katalysatorträgers 50 entlang, so dass man sagen kann, dass die Edelmetallkatalysatoren 51 und 52 auf der Abgasströmungsfläche des stromaufwärtigen Katalysators 14a und des stromabwärtigen Katalysators 14b gelagert bzw. angeordnet sind. Überdies ist die Oberfläche der Alkalischicht 53 alkalisch bzw. basisch, weshalb die Oberfläche der Alkalischicht 53 als alkalischer Abgasströmungsflächenteil 54 bezeichnet ist.
  • Der Edelmetallkatalysator 51 aus 2 besteht aus Platin Pt während der Edelmetallkatalysator 52 aus Rhodium Rh besteht. Das bedeutet, die Edelmetallkatalysatoren 51 und 52 auf dem Katalysatorträger 50 bestehen aus Platin Pt und Rhodium Rh. Es sei angemerkt, dass auf dem Katalysatorträger 50 des stromaufwärtigen Katalysators 14a und des stromabwärtigen Katalysators 14b zusätzlich zu Platin Pt und Rhodium Rh Palladium Pd getragen werden kann, oder dass, anstelle des Rhodiums Rh Palladium Pd getragen werden kann. Das bedeutet, dass die Edelmetallkatalysatoren 51 und 52, die auf dem Katalysatorträger 50 getragen werden, aus Platin Pt und zumindest Rhodium Rh und/oder Palladium Pd bestehen.
  • Wenn die Kohlenwasserstoffe vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 in das Abgas eingespritzt werden, werden die Kohlenwasserstoffe am stromaufwärtigen Katalysator 14a reformiert. Bei der vorliegenden Erfindung werden, zu diesem Zeitpunkt, die reformierten Kohlenwasserstoffe dazu verwendet, um NOx im stromabwärtigen Katalysator 14b zu entfernen. 3 zeigt schematisch die Reformierung, welche am stromaufwärtigen Katalysator 14a zu diesem Zeitpunkt durchgeführt wird. Wie in 3 dargestellt, werden die Kohlenwasserstoffe HC, die vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 eingespritzt werden, durch den Katalysator 51 zu radikalen Kohlenwasserstoffen HC mit einer geringen Kohlenstoffzahl.
  • 4 zeigt den Zeitpunkt des Einspeisens von Kohlenwasserstoffen durch das Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 und die Veränderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in im Abgas, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt. Es sei angemerkt, dass Änderungen im Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in von der Änderung der Konzentration der Kohlenwasserstoffe im Abgas, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, abhängen, so dass gesagt werden kann, dass die Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in, wie in 4 gezeigt, die Änderung der Kohlenwasserstoffkonzentration wiedergibt. Wenn jedoch die Kohlenwasserstoffkonzentration zunimmt, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in geringer, so dass, in 4, je fetter das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in wird, die Kohlenwasserstoffkonzentration umso mehr zunimmt.
  • 5 zeigt die NOx-Reinigungsrate durch den Abgasreinigungskatalysator 13 bezüglich der Katalysatortemperaturen TC des stromaufwärtigen Katalysators 14a wenn die Konzentration der in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömenden Kohlenwasserstoffe periodisch verändert wird, um, wie in 4 dargestellt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14 strömt, zu verändern. Die Erfinder haben sich lange Zeit mit der Erforschung der NOx Reinigung beschäftigt. Während dieser Forschung haben sie festgestellt, dass, wenn die Konzentration der in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömenden Kohlenwasserstoffe zum Schwingen innerhalb eines vorgegebenen Amplitudenbereichs und innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne gebracht wird, wie in 5 dargestellt, selbst bei Temperaturen von 400°C oder mehr eine extrem hohe NOx-Reinigungsrate erreicht werden kann.
  • Überdies wird, zu diesem Zeitpunkt, eine große Menge eines reduzierenden Zwischenprodukts mit Stickstoff und Kohlenwasserstoffen auf der Oberfläche der Alkalischicht 53 des stromaufwärtigen Katalysators 14a erzeugt, dass bedeutet, an dem alkalischen Abgasströmungsflächenteil 54 des stromaufwärtigen Katalysators 14a. Es wurde festgestellt, dass dieses reduzierende Zwischenprodukt eine zentrale Rolle zum Erzielen einer hohen NOx-Reinigungsrate spielt. Nachfolgend wird dies unter Bezugnahme auf die 6A, 6B und 6C erklärt. Es sei angemerkt, dass die 6A und 6B schematisch den Oberflächenteil des Katalysatorträgers 50 des stromaufwärtigen Katalysators 14a zeigen, während die 6C schematisch den Oberflächenteil des Katalysatorträgers 50 des stromabwärtigen Katalysators 14b zeigt. Diese 6A, 6B und 6C zeigen die Reaktion, von der man ausgeht, dass sie stattfindet, wenn die Konzentration von Kohlenwasserstoffen, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt innerhalb des vorgegebenen Amplitudenbereichs und innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne zum Schwingen gebracht wird.
  • 6A zeigt den Zustand, wenn die Konzentration von Kohlenwasserstoffen, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, gering ist, während 6B den Zustand zeigt, wenn die Kohlenwasserstoffe vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 zugegeben werden und die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, welche in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömen, hoch wird.
  • Aus 4 ist ersichtlich, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt außer für einen kurzen Augenblick mager gehalten wird, so dass das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömende Abgas normalerweise einen Zustand mit Sauerstoffüberschuss einnimmt. Daher wird das NO, das im Abgas enthalten ist, wie in 6A gezeigt an Platin 51 oxidiert und wird zu NO2. Anschließend wird dieses NO2 weiter oxidiert und wird NO3. Ein Teil des NO2 wird zu dem NO2 –. In diesem Fall ist die Produktionsmenge von NO3 deutlich größer als die Produktionsmenge von NO2 –. Daher wird an Platin Pt 51 eine große Menge NO3 und eine geringe Menge NO2 – erzeugt. Diese NO3 und NO2 – sind sehr reaktiv. Nachfolgend werden diese NO3 und NO2 – als aktive NOx* bezeichnet.
  • Daneben werden, wenn Kohlenwasserstoffe vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15, wie in 3 gezeigt, eingespeist werden, die Kohlenwasserstoffe reformiert und im stromaufwärtigen Katalysator 14a radikalisiert. Als Ergebnis wird, wie in 6B gezeigt, die Kohlenwasserstoffkonzentration um die aktiven NOx* höher. In diesem Zusammenhang wird, nachdem das aktive NOx* erzeugt wurde, wenn der Zustand einer hohen Sauerstoffkonzentration um das aktive NOx* für eine vorgegebene Zeitspanne oder länger andauert, das aktive NOx* oxidiert und in der Alkalischicht 53 in Form von Nitrat-Ionen NO3 – absorbiert. Wenn jedoch die Kohlenwasserstoffkonzentration um das aktive NOx* erhöht wird, bevor die vorgegebene Zeitspanne verstreicht, wie in 6B gezeigt, reagiert das aktive NOx* am Platin 51 mit den radikalen Wasserstoffen HC wodurch ein reduzierendes Zwischenprodukt an der Oberfläche der Alkalischicht 53 erzeugt wird.
  • Es sei angemerkt, dass zu diesem Zeitpunkt das erste erzeugte Reduktionszwischenprodukt bzw. reduzierende Zwischenprodukt als eine Stickstoffverbindung R-NO2 betrachtet wird. Wenn diese Stickstoffverbindung R-NO2 erzeugt wird, wird das Ergebnis eine Nitril-Verbindung R-CN, wobei diese Nitril-Verbindung R-CN nur für einen Augenblick in diesem Zustand überleben kann, so dass es unmittelbar bzw. augenblicklich zu einer Isozyanat-Verbindung R-NCO wird. Diese Isozyanat-Verbindung R-NCO wird, wenn sie hydrolisiert wird, eine Amino-Verbindung R-NH2. Jedoch wird in diesem Fall davon ausgegangen, dass das, was hydrolisiert wird, ein Teil der Isozyanat-Verbindung R-NCO ist. Daher wird davon ausgegangen, dass, wie in 6B gezeigt ist, der Großteil des reduzierenden Zwischenprodukts, das an der Oberfläche der Alkalischicht 53 erzeugt wird, die Isozyanat-Verbindung R-NCO und die Amino-Verbindung R-NH2 ist. Das reduzierende Zwischenprodukt R-NCO oder R-NH2, das am stromaufwärtigen Katalysator 14a erzeugt wird, wird zum stromabwärtigen Katalysator 14b geleitet.
  • Hierbei ist der Querschnittsbereich des stromabwärtigen Katalysators 14b größer als der Querschnittsbereich des stromaufwärtigen Katalysators 14a. Daher wird, selbst wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das aus dem stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt für einen Augenblick fett wird, dieses fette Gas verteilt bevor es in den stromabwärtigen Katalysator 14b strömt, wodurch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, dass in den stromabwärtigen Katalysator 14b strömt, gleichbleibend mager gehalten wird. Daher wird, wie in 6C gezeigt, am stromabwärtigen Katalysator 14b aktives NOx* aktiv erzeugt. Zudem strömt ein Teil des erzeugten aktiven NOx*, das am stromaufwärtigen Katalysator 14a erzeugt wurde, aus dem stromaufwärtigen Katalysator 14a aus, strömt in den stromabwärtigen Katalysator 14b und bleibt dort an der Oberfläche der Alkalischicht 53 des stromabwärtigen Katalysators 14b hängen oder haften. Daher wird im stromabwärtigen Katalysator 14b eine große Menge aktiven NOx* gehalten.
  • Dagegen wird, wie vorstehend erklärt, eine große Menge des reduzierenden Zwischenprodukts vom stromaufwärtigen Katalysator zum stromabwärtigen Katalysator 14b geleitet. Das reduzierende Zwischenprodukt R-NCO oder R-NH2, wie in 6 dargestellt, reagiert mit dem aktiven NOx* das im stromabwärtigen Katalysator 14b gehalten wird und wird zu N2, CO2 und H2O wodurch das NOx entfernt wird.
  • Auf diese Weise wird im Abgasreinigungskatalysator 13, durch zeitweiliges erhöhen der Konzentration an Kohlenwasserstoffen, welche in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömen, ein reduzierendes Zwischenprodukt erzeugt. Deshalb reagiert das aktive NOx* mit dem reduzierenden Zwischenprodukt und das NOx wird entfernt. Das bedeutet, um das NOx vom Abgasreinigungskatalysator 13 zu entfernen muss die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömen, periodisch verändert werden.
  • Natürlich ist es in diesem Fall notwendig, die Konzentration der Kohlenwasserstoffe auf eine Konzentration zu erhöhen, die ausreicht um das reduzierende Zwischenprodukt zu erzeugen. Das bedeutet, es ist notwendig, die Konzentration von Kohlenwasserstoffen, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, innerhalb eines vorgegebenen Amplitudenbereichs zum Schwingen zu bringen.
  • Wenn dagegen die Einspeisezeitdauer der Kohlenwasserstoffe verlängert wird, wird die Zeit, in der die Sauerstoffkonzentration höher wird, in der Zeitspanne nachdem die Kohlenwasserstoffe eingefügt wurden bis die Kohlenwasserstoffe das nächste Mal eingefügt werden länger. Daher wird das aktive NOx* in der Alkalischicht 53 in Form von Nitraten absorbiert ohne ein reduzierendes Zwischenprodukt zu erzeugen. Um dies zu vermeiden ist es notwendig, die Konzentration der in den Abgasreinigungskatalysator 13 strömenden Kohlenwasserstoffe innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer zum Schwingen zu bringen. Nebenbei ist, wie in dem in 4 gezeigtem Beispiel dargestellt, das Einspritzintervall 3 Sekunden.
  • Durch die vorstehend beschriebene Weise wird, wenn die Schwingungsdauer der Wasserstoffkonzentration, d. h. die Einspeisedauer des Wasserstoffs HC länger als eine vorgegebene Zeitdauer wird, das aktive NOx*, das am Platin Pt 53 erzeugt wird wie in 7A gezeigt, in Form von Nitrat-Ionen NO3 – in der Alkalischicht 53 diffundieren und zu Nitrat. Das bedeutet, zu diesem Zeitpunkt wird das NOx im Abgas in Form von Nitrat in der Alkalischicht 53 absorbiert.
  • 7B zeigt dagegen den Fall, bei dem auf diese Weise NOx in Form von Nitrat in der Alkalischicht 53 absorbiert wird, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. In diesem Fall nimmt die Sauerstoffkonzentration im Abgas ab, so dass die Reaktion in die entgegen gesetzte Richtung voranschreitet (NO3 – → NO2) und somit die in der Alkalischicht 53 absorbierten Nitrate nach und nach zu Nitrat-Ionen NO3 – werden und, wie in 7B dargestellt, von der Alkalischicht 53 in Form von NO2 abgegeben werden. Anschließend wird das abgegebene NO2 durch die Kohlenwasserstoffe HC und CO, das im Abgas enthalten ist, reduziert.
  • 8 zeigt den Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, zeitweilig angefettet wird, unmittelbar bevor die NOx-Absorptionsfähigkeit der Alkalischicht 53 gesättigt ist. Es sei angemerkt, dass, in dem in 8 gezeigten Beispiel, das Zeitintervall dieser „Fettsteuerung” 1 Minute oder länger ist. In diesem Fall wird das NOx, das in der Alkalischicht 53 absorbiert wurde als das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des Abgases mager war auf einmal aus der Alkalischicht 53 abgegeben und reduziert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des Abgases zeitweilig angefettet wird. Daher spielt in diesem Fall die Alkalischicht 53 die Rolle eines Absorbens zum zeitweiligen Absorbieren von NOx.
  • Es sei angemerkt, dass, zu diesem Zeitpunkt, die Alkalischicht 53 manchmal zeitweilig das NOx absorbiert. Daher spielt die Alkalischicht 53, wenn zu diesem Zeitpunkt ein Speicherbegriff als Begriff mit Absorption und Adsorption verwendet wird, die Rolle eines NOx-Speichermediums zum zeitweiligen Speichern des NOx. Das bedeutet, in diesem Fall dient, Bezug nehmend auf das Verhältnis der Luft und des Kraftstoffs (Kohlenwasserstoff), die in die Motoransaugleitung, die Brennkammern 2 und die Abgasleitung des stromaufwärtigen Katalysators 14a als Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases eingespeist werden, der Abgasreinigungskatalysator 13 als NOx Speicherkatalysator, der NOx speichert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und das gespeicherte NOx abgibt, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases fällt.
  • 9 zeigt die NOx-Reinigungsrate wenn der Abgasreinigungskatalysator 13 in dieser Weise als NOx Speicherkatalysator fungiert. Es sei angemerkt, dass die Abszisse der 9 die Katalysatortemperatur TC des stromaufwärtigen Katalysators 14a zeigt. Wenn der Abgasreinigungskatalysator 13 als NOx Speicherkatalysator fungiert wird, wie in 9 dargestellt, wenn die Katalysatortemperatur TC 300°C bis 400°C beträgt, eine extrem Hohe NOx-Reinigungsrate erzielt, jedoch fällt, wenn die Katalysatortemperatur TC 400°C oder höher wird, die NOx-Reinigungsrate.
  • In dieser Weise fällt, wenn die Katalysatortemperatur TC 400°C oder mehr wird, die NOx-Reinigungsrate da, wenn die Katalysatortemperatur TC 400°C oder mehr wird, die Nitrate auf Grund der Hitze zusammenbrechen und in Form von NO2 aus dem Abgasreinigungskatalysator 13 gelöst werden. Das bedeutet, solange NOx in Form von Nitraten gespeichert ist, ist es, wenn die Katalysatortemperatur TC hoch ist, schwierig, eine hohe NOx-Reinigungsrate zu erzielen. Jedoch werden, bei dem neuen NOx-Reinigungsverfahren wie es in den 4 bis 6A und 6B dargestellt ist, wie insbesondere aus den 6A und 6B ersichtlich ist, keine Nitrate gebildet, oder diese sind, selbst wenn Nitrate gebildet werden, derart gering, dass, wie in 5 dargestellt, selbst wenn die Katalysatortemperatur TC hoch ist, eine hohe NOx-Reinigungsrate erzielt werden kann.
  • Aus diesem Grund ist, bei einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 zum Einspeisen von Kohlenwasserstoffen in einer Motorabgasleitung angeordnet, ein Abgasreinigungskatalysator 13 zum Reagieren von im Abgas enthaltenen NOx und Reformieren von Kohlenwasserstoff ist in der Motorabgasleitung stromab des Kohlenwasserstoff-Speiseventils 15 angeordnet, wobei der Abgasreinigungskatalysator 13 aus einem stromaufwärtigen Katalysator 14a und einem stromabwärtigen Katalysator 14b besteht, die beabstandet zueinander in Reihe angeordnet sind, wobei der stromaufwärtige Katalysator 14a eine Konturform aufweist, die sich stromabwärts aufweitet und die Funktion zum Reformieren der Kohlenwasserstoffe, die vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 eingespeist hat, aufweist, wobei Edelmetallkatalysatoren 51 und 52 auf der Abgasströmungsfläche des stromaufwärtigen Katalysators 14a und des stromabwärtigen Katalysators 14b getragen werden und ein alkalischer Abgasströmungsflächenteil 54 um die Edelmetallkatalysatoren 51 und 52 ausgebildet ist, wobei der Abgasreinigungskatalysator 13 die Eigenschaft aufweist, NOx, das in dem Abgas enthalten ist, zu reduzieren, wenn die Kohlenwasserstoffkonzentration, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, zum Schwingen innerhalb eines vorgegebenen Amplitudenbereichs und innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne gebracht wird, so wie die Eigenschaft aufweist, eine erhöhte Speichermenge für NOx zu haben, das im Abgas enthalten ist, wenn die Schwingungsdauer der Kohlenwasserstoffkonzentration länger als die vorgegebene Zeitspanne gemacht wird, und, zum Zeitpunkt des Motorbetriebs, die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, zum Schwingen innerhalb des vorgegebenen Amplitudenbereichs und innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne gebracht wird, um dadurch das NOx, das im Abgas enthalten ist, im Abgasreinigungskatalysator 13 zu reduzieren.
  • Das bedeutet, das in den 4 bis 6A und 6B gezeigte NOx-Reinigungsverfahren kann als neues NOx-Reinigungsverfahren bezeichnet werden, das derart ausgestaltet ist, um NOx ohne Bildung von Nitraten zu entfernen wenn ein Abgasreinigungskatalysator, der einen Edelmetallkatalysator trägt und eine Alkalischicht ausbildet, die NOx absorbiert, verwendet wird. Tatsächlich sind, wenn dieses neue NOx-Reinigungsverfahren zur Anwendung kommt, die Nitrate, die an der Alkalischicht 53 erfasst werden, deutlich weniger verglichen zu dem Fall, bei dem der Abgasreinigungskatalysator 13 als NOx-Speicherkatalysator dient. Es sei angemerkt, dass dieses neue NOx-Reinigungsverfahren nachfolgend als erstes NOx-Reinigungsverfahren bezeichnet wird.
  • Nachfolgend wird, unter Bezugnahme auf die 10 bis 15, dieses erste NOx-Reinigungsverfahren in mehr Detail beschrieben.
  • 10 zeigt vergrößert die Änderung im Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in aus 4. Es sei angemerkt, dass, wie vorstehend erklärt, die Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F)in des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, gleichzeitig die Änderung der Kohlenwasserstoffkonzentration zeigt, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt. Es sei angemerkt, dass, in 10, ΔH die Amplitude der Änderung der Kohlenwasserstoffkonzentration HC zeigt, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt während ΔT die Schwingungsdauer der Konzentration der Kohlenwasserstoffe zeigt, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömen.
  • Ferner zeigt in 10 (A/F)b das Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsgases zum Erzeugen der Motorleistung darstellt. In anderen Worten zeigt dieses Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)b das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, wenn die Einspeisung von Kohlenwasserstoffen gestoppt wird. Andererseits zeigt in 10 das X die Obergrenze des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F)in das zur Erzeugung des reduzierenden Zwischenprodukts verwendet wird, ohne dass viele der erzeugten aktiven NOx* in Form von Nitraten in der Alkalischicht 53 gespeichert werden. Damit das aktive NOx* und die reformierten Kohlenwasserstoffe miteinander reagieren um ein reduzierendes Zwischenprodukt zu erzeugen, muss das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in niedriger als dieser obere Grenzwert X des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemacht werden.
  • In anderen Worten zeigt das X in 10 die Untergrenze der Konzentration von Kohlenwasserstoffen, die notwendig ist, um eine Reaktion des aktiven NOx* und des reformierten Kohlenwasserstoffes zu erzeugen, um das reduzierende Zwischenprodukt zu erzeugen. Um das reduzierende Zwischenprodukt zu erzeugen muss die Konzentration der Kohlenwasserstoffe höher als dieser untere Grenzwert X gemacht werden. In diesem Fall wird durch das Verhältnis der Sauerstoffkonzentration und der Kohlenwasserstoffkonzentration um das aktive NOx* festgestellt, ob das reduzierende Zwischenprodukt erzeugt wird, das bedeutet, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in. Der obere Grenzwert X des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das notwendig ist, um das reduzierende Zwischenprodukt zu erzeugen, wird nachfolgend als minimal benötigtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis bezeichnet.
  • Bei dem in 10 gezeigten Beispiel ist das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis X fett, daher wird, in diesem Fall, um das reduzierende Zwischenprodukt zu erzeugen, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in augenblicklich zum minimal benötigten Luft-Kraftstoff-Verhältnis X oder weniger, das bedeutet, fett gemacht. Im Gegensatz dazu ist, bei dem in 11 gezeigten Beispiel, das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis X mager. In diesem Fall wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in mager gehalten während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis periodisch reduziert wird, um das reduzierende Zwischenprodukt zu bilden.
  • In diesem Fall hängt die Frage, ob das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis X mager oder fett wird von der Oxidationskraft des stromaufwärtigen Katalysator 14a ab. In diesem Fall steigt die Oxidationskraft des stromaufwärtigen Katalysators 14a beispielsweise wenn die angelagerte Menge von Edelmetall 51 zunimmt, und die Oxidationskraft des stromaufwärtigen Katalysators 14a nimmt zu, wenn der Säuregrad steigt. Daher ändert sich die Oxidationskraft des stromaufwärtigen Katalysators 14a auf Grund der aufgebrachten Menge von Edelmetall 51 oder der Stärke des Säuregrades.
  • Wenn nun ein stromaufwärtiger Katalysator 14a mit einer hohen Oxidationskraft verwendet wird, wie in 11 gezeigt, werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in mager gehalten wird während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in periodisch gesenkt wird, die Kohlenwasserstoffe vollständig oxidiert wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in verringert wird. Als Ergebnis kann das reduzierende Zwischenprodukt nicht länger hergestellt werden. In Gegensatz dazu werden, wenn ein stromaufwärtiger Katalysator 14a verwendet wird, der eine hohe Oxidationskraft hat, wie in 10 gezeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in zeitweilig angefettet wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in angefettet wird, die Kohlenwasserstoffe teilweise oxidiert ohne vollständig oxidiert zu werden, das bedeutet, die Kohlenwasserstoffe werden reformiert, so dass in Konsequenz das reduzierende Zwischenprodukt erzeugt wird. Daher muss, wenn ein stromaufwärtiger Katalysator 14a mit einer großen Oxidationskraft verwendet wird, das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis X fett gemacht werden.
  • Wenn dagegen ein stromaufwärtiger Katalysator 14a mit schwacher Oxidationskraft verwendet wird, wie in 11 gezeigt, werden, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in mager gehalten wird während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in periodisch gesenkt wird, die Kohlenwasserstoffe teilweise oxidiert ohne vollständig oxidiert zu werden, das bedeutet, die Kohlenwasserstoffe werden reformiert so dass in Konsequenz das reduzierende Zwischenprodukt erzeugt wird. Im Gegensatz dazu wird, wenn ein stromaufwärtiger Katalysator 14a mit schwacher Oxidationskraft verwendet wird, wie in 10 gezeigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in periodisch angefettet wird, eine große Menge Kohlenwasserstoffe vom stromaufwärtigen Katalysator 14a ausgestoßen ohne oxidiert zu werden, so dass in der Folge die Zahl der Kohlenwasserstoffe bzw. die Menge des Kohlenwasserstoffes, die verschwendet werden, ansteigt. Daher muss, wenn ein stromaufwärtiger Katalysator 14a mit schwacher Oxidationskraft verwendet wird, das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis X mager gemacht werden.
  • Das bedeutet, es wurde festgestellt, dass das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis X, wie in 12 gezeigt, umso mehr gesenkt werden muss, je höher die Oxidationskraft des stromaufwärtigen Katalysators 14a ist. Auf diese Weise wird das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis X wegen der Oxidationskraft des stromaufwärtigen Katalysators 14a mager oder fett. Nachfolgend wird, einen Fall als Beispiel nehmend, bei dem das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, die Amplitude der Änderung der Konzentration der Kohlenwasserstoffe, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömen, und die Schwingungsdauer der Konzentration der Kohlenwasserstoffe die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömen, erklärt.
  • Wenn nun das Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)b größer wird, das bedeutet, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas größer wird bevor die Kohlenwasserstoffe eingespeist werden, nimmt die Zufuhrmenge der Kohlenwasserstoffe, die notwendig ist um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in zum minimal notwendigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis X oder weniger zu machen, zu. Daher muss, je größer die Sauerstoffkonzentration im Abgas vor der Einspeisung der Kohlenwasserstoffe ist, die Amplitude der Kohlenwasserstoffkonzentration umso größer gemacht werden.
  • 13 zeigt die Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration im Abgas bevor die Kohlenwasserstoffe eingespeist werden und der Amplitude ΔH der Kohlenwasserstoffkonzentration wenn die gleiche NOx-Reinigungsrate erhalten wird. Aus 13 ist ersichtlich, dass, um die gleiche NOx-Reinigungsrate zu erhalten, je höher die Sauerstoffkonzentration im Abgas vor der Einspeisung der Kohlenwasserstoffe ist, die Amplitude ΔH der Kohlenwasserstoffkonzentration um so größer gemacht werden muss. Das bedeutet, um die gleiche NOx-Reinigungsrate zu erhalten, muss, je höher das Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)b ist, die Amplitude ΔT der Kohlenwasserstoffkonzentration ums so größer gemacht werden. In anderen Worten: um NOx gut zu entfernen kann, je niedriger das Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)b ist, die Amplitude ΔT der Wasserstoffkonzentration um so mehr verringert werden.
  • In diesem Zusammenhang wird das Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)b zum Zeitpunkt eines Beschleunigungsbetriebs am niedrigsten. Zu diesem Zeitpunkt ist es möglich, wenn die Amplitude ΔH der Kohlenwasserstoffkonzentration um 200 ppm liegt, NOx gut zu entfernen. Das Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)b ist normalerweise größer als zum Zeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs. Daher kann, wie in 14 gezeigt, wenn die Amplitude ΔH der Kohlenwasserstoffkonzentration 200 ppm oder mehr ist, eine exzellente NOx-Reinigungsrate erzielt werden.
  • Dagegen wurde festgestellt, dass, wenn das Grund-Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)b das höchste ist, dass, wenn die Amplitude ΔH der Kohlenwasserstoffkonzentration 10.000 ppm oder dergleichen gemacht wird, eine exzellente NOx-Reinigungsrate erzielt wird. Daher liegt, bei der vorliegenden Erfindung, der vorgegebene Amplitudenbereich der Kohlenwasserstoffkonzentration zwischen 200 ppm und 10.000 ppm.
  • Wenn zudem die Schwingungsdauer ΔT der Kohlenwasserstoffkonzentration größer wird, wird die Sauerstoffkonzentration um das aktive NOx* in der Zeit nach der Kohlenwasserstoffeinspeisung bis zur nächsten Kohlenwasserstoffeinspeisung größer. In diesem Fall beginnen, wenn die Schwingungsdauer ΔT der Kohlenwasserstoffkonzentration länger als 5 Sekunden wird, der Großteil der aktiven NOx* damit, in Form von Nitrat in der Alkalischicht 53 absorbiert zu werden. Daher fällt, wie in 15 dargestellt, wenn die Schwingungsdauer ΔT der Kohlenwasserstoffkonzentration länger als etwa 5 Sekunden wird, die NOx-Reinigungsrate. Daher muss die Schwingungsdauer ΔT der Kohlenwasserstoffkonzentration 5 Sekunden oder weniger sein.
  • Wenn dagegen die Schwingungsdauer ΔT der Kohlenwasserstoffkonzentration etwa 0,3 Sekunden oder weniger wird, beginnen die eingespeisten Kohlenwasserstoffe damit, sich an der Abgasströmungsfläche des stromaufwärtigen Katalysators 14a anzulagern, daher fällt, wie in 15 gezeigt, wenn die Schwingungsdauer ΔT der Kohlenwasserstoffkonzentration etwa 0,3 Sekunden oder geringer wird, die NOx-Reinigungsrate. Daher liegt, bei der vorgegebenen Erfindung, die Schwingungsdauer der Kohlenwasserstoffkonzentration zwischen 0,3 Sekunden und 5 Sekunden.
  • Nun werden, bei der vorliegenden Erfindung, durch Ändern der Kohlenwasserstoffzufuhrmenge und des Einspritzzeitpunktes vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15, die Amplitude ΔH und die Schwingungsdauer ΔT der Kohlenwasserstoffkonzentration derart gesteuert, um Optimalwerte in Bezug auf den Motorbetriebszustand anzunehmen. In diesem Fall ist, bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die Kohlenwasserstoff-Zufuhrmenge W, die geeignet ist, um die optimale Amplitude ΔH der Kohlenwasserstoffkonzentration zu ermöglichen, als Funktion der Einspritzmenge Q des Kraftstoffinjektors 3 und der Motordrehzahl N in Form eines Kennfeldes, wie in beispielsweise 16 gezeigt, vorab im ROM 32 gespeichert. Dazu ist in ähnlicher Weise die optimale Schwingungsamplitude ΔT der Kohlenwasserstoffkonzentration, d. h. die Einspritzdauer ΔT der Kohlenwasserstoffe als Funktion der Einspritzmenge Q und der Motordrehzahl N in Form eines Kennfeldes vorab im ROM 32 gespeichert.
  • Nachfolgend wird, Bezug nehmend auf die 17 bis 20, ein NOx-Reinigungsverfahren für einen Fall beschrieben, wenn der Abgasreinigungskatalysator 13 als NOx-Speicherkatalysator dient. Das NOx-Reinigungsverfahren bei dem Fall, bei dem der Abgasreinigungskatalysator 13 auf diese Weise als NOx-Speicherkatalysator dient wird nachfolgend als zweites NOx-Reinigungsverfahren beschrieben.
  • Bei diesem zweiten NOx-Reinigungsverfahren wird, wie in 17 gezeigt, wenn die gespeicherte NOx Menge ΣNOx, die in der Alkalischicht 53 gespeichert ist, einen vorgegebenen zulässigen Betrag MAX übersteigt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt zeitweise angefettet. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des Abgases angefettet wird, wird das NOx, das in der Alkalischicht 53 gespeichert wurde während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des Abgases mager war, auf einmal aus der Alkalischicht 53 gelöst und reduziert. Daher wird das NOx entfernt.
  • Der gespeicherte NOx Betrag ΣNOX wird beispielsweise aus der Menge an NOx berechnet, die von der Verbrennungskraftmaschine ausgestoßen wird. Bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die ausgestoßene Menge NOXA an NOx, das von der Verbrennungskraftmaschine pro Zeiteinheit ausgestoßen wird, als Funktion der Einspritzmenge Q und der Motordrehzahl N in Form eines Kennfeldes, wie in 18 gezeigt, vorab im ROM 32 gespeichert. Der gespeicherte NOx Betrag ΣNOX wird anhand des ausgestoßenen NOx Betrages NOXA berechnet. In diesem Fall ist, wie vorstehend beschrieben, die Zeitdauer, während der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des Abgases angefettet wird, üblicherweise 1 Minute oder mehr.
  • Bei diesem zweiten NOx-Reinigungsverfahren spritzt, wie in 19 gezeigt, der Kraftstoffinjektor 3, zusätzlich zum für den Verbrennungsbetrieb benötigten Kraftstoff Q, zusätzlichen Kraftstoff WR in die Brennkammer 2 ein, so dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, angefettet wird. Es sei angemerkt, dass, in 19, die Abszisse den Kurbelwinkel darstellt. Dieser zusätzliche Kraftstoff WR wird zu einem Zeitpunkt eingespritzt, bei dem er verbrennen kann, wobei er jedoch nicht als Motorleistungsausgabe erscheint, das bedeutet knapp vor dem ATDC90° nach dem oberen Verdichtungshub-Totpunkt. Diese Kraftstoffmenge WR wird als Funktion der Einspritzmenge Q und Motordrehzahl N in Form eines Kennfeldes wie in 20 gezeigt vorab im ROM 32 gespeichert. Natürlich ist es in diesem Fall auch möglich, die Zufuhrmenge an Kohlenwasserstoffen vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 zu erhöhen, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in im Abgas anzufetten.
  • 21A zeigt eine vergrößerte Darstellung der Umgebung des Abgasreinigungskatalysators 13 aus 1. 21B zeigt eine Frontansicht des stromaufwärtigen Katalysator 14a gesehen von der linken Seite in 21A während die 21C eine perspektivische Darstellung des stromaufwärtigen Katalysators 14a zeigt. Weiter zeigt 21D eine Darstellung zur Erläuterung der Funktion des Abgasreinigungskatalysators 13 gemäß der vorliegenden Erfindung wie sie in den 21A bis 21C gezeigt ist.
  • Nun muss, wie vorstehend erklärt, um das reduzierende Zwischenprodukt zu erzeugen, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des in den Abgasreinigungskatalysator 13 strömenden Abgases das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis X oder weniger gemacht werden. In diesem Fall wird, wie in 21 D gezeigt, wenn ein vergrößerter Querschnittsteil 55 der Abgasleitung vor dem Abgasreinigungskatalysator 13 gebildet ist, die Abgasströmung innerhalb dieses vergrößerten Querschnittsbereichs 55 gestört, so dass die Kohlenwasserstoffe, welche vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 eingespritzt werden, in die radiale Richtung und die Strömungsrichtung diffundieren. Als Ergebnis kippt das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den Abgasreinigungskatalysator 13 strömt, verglichen mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis in der Abgasleitung 12, deutlich auf die magere Seite. Daher ist es bei diesem Fallnotwendig, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des in den Abgasreinigungskatalysator 13 strömenden Abgases das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis X werden zu lassen eine große Menge an Kohlenwasserstoffen zuzuführen.
  • Um die Menge der eingespeisten Kohlenwasserstoffe, die notwendig ist, um aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F)in des Abgases das minimal benötigte Luft-Kraftstoff-Verhältnis X oder weniger zu machen zu reduzieren, wie in 21A gezeigt, besteht der Abgasreinigungskatalysator 13 aus dem stromaufwärtigen Katalysator 14a und dem stromabwärtigen Katalysator 14b, die beabstandet voneinander in Reihe angeordnet sind. Wie in den 21A bis 21C gezeigt, hat der stromaufwärtige Katalysator 14a eine Konturform, die sich von einem stromaufwärtigen Ende zu einem stromabwärtigen Ende hin aufweitet, und ein Mehrzahl von Abgasleitungen 56, die sich vom stromaufwärtigen Ende zum stromabwärtigen Ende erstrecken, sind im stromaufwärtigen Katalysator 14a ausgebildet.
  • Wie vorstehend erklärt besteht das Substrat des stromaufwärtigen Katalysators 14a aus Metallbahnen. Teile von den Metallbahnen, die von der Mittelachse des stromaufwärtigen Katalysators 14a in radiale Richtung angeordnet sind, und Teile von den Metallbahnen, die entlang konischer Ebenen um die Mittelachse des stromaufwärtigen Katalysators 14a angeordnet sind, sind miteinander verbunden, wodurch eine Mehrzahl von Abgasleitungen 56, die von diesen Metallbahnen umgeben sind, ausgebildet wird. Bei dem in den 21A bis 21C gezeigten Beispiel ist die Konturform des stromaufwärtigen Katalysators 14a eine Kegelstumpfform und die Abgasleitungen 56 erstrecken sich radial während sie im Querschnittsbereich von der stromaufwärtigen Endfläche zur stromabwärtigen Endfläche des stromaufwärtigen Katalysators 14a zunehmen. Das bedeutet, die Abgasleitungen 56 weiten sich zur stromabwärtigen Seite auf.
  • Bei der in den 21A bis 21C gezeigten Ausführungsform ist der Durchmesser des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a kleiner als der Durchmesser des stromabwärtigen Katalysators 14b während der Durchmesser des stromabwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a gleich dem Durchmesser des stromabwärtigen Katalysators 14b ist. Es sei angemerkt, dass „gleich” natürlich den Fall einschließt, bei dem diese im Wesentlichen gleich sind.
  • Die Radikalisierung der Kohlenwasserstoffe, die vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 zugeführt werden, das bedeutet die Reformierungsaktion, geschieht hauptsächlich an der stromaufwärtigen Seite des stromaufwärtigen Katalysators 14a. Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, um die Reformierungsaktion der Kohlenwasserstoffe ordentlich auszuführen, zu verhindern, dass die zugeführten Kohlenwasserstoffe an der stromaufwärtigen Seite des stromaufwärtigen Katalysators 14a diffundieren. In diesem Fall strömt, wie in den 21A bis 21C gezeigt, wenn eine Mehrzahl von Abgasleitungen 56 ausgebildet ist, die sich vom stromaufwärtigen Ende zum stromabwärtigen Ende des stromaufwärtigen Katalysators 14a in radialer Form erstrecken, das Abgas, welches in die Abgasleitungen 56 strömt, entlang der Abgasleitungen 56 ohne miteinander vermischt zu werden. Daher ist der Diffusionsgrad der zugeführten Kohlenwasserstoffe im Abgas, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, schwach, weshalb die notwendige Menge des zugeführten Kohlenwasserstoffs zur Erzeugung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F)in des Abgases als minimal notwendiges Luft-Kraftstoff-Verhältnis X oder weniger verringert werden kann.
  • Dagegen braucht bei der vorliegenden Erfindung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromabwärtigen Katalysator 14b strömt, nicht das minimal notwendige Luft-Kraftstoff-Verhältnis X oder weniger sein. Um NOx* zu erzeugen, d. h. die NOx-Reinigungsrate zu erhöhen, ist es notwendig das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromabwärtigen Katalysator 14b strömt mager zu halten. Daher ist, wie in 21A gezeigt, der stromaufwärtige Katalysator 14a kegelstumpfförmig ausgebildet und weitet sich in Richtung zum stromabwärtigen Katalysator 14b auf.
  • Um zudem die Diffusion der Kohlenwasserstoffe, die vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 eingespritzt werden, zu vermeiden, ist es notwendig, eine Störung des Stroms des Abgases, das zum stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt weitestgehend zu verhindern. Daher ist bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 21A gezeigt, die Motorabgasleitung zwischen dem Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 und dem stromaufwärtigen Katalysator 14a innerhalb einer gerade verlaufenden Abgasleitung 12 mit festem Durchmesser ausgebildet.
  • Es sei angemerkt, dass, bei der vorliegenden Erfindung, der stromaufwärtige Katalysator 14a als Oxidationskatalysator ausgebildet sein kann und lediglich eine teilweise Oxidation der Kohlenwasserstoffe, d. h. eine Reformierungsaktion der Kohlenwasserstoffe im stromaufwärtigen Katalysator 14a ausgeführt werden kann. In diesem Fall wird die Herstellung des reduzierenden Zwischenproduktes und die Reinigungsaktion des NOx im stromabwärtigen Katalysator 14b ausgeführt. Daher hat der stromaufwärtige Katalysator 14a bei der vorliegenden Erfindung die Funktion, dass er zumindest die Kohlenwasserstoffe, welche vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 zugeführt werden, reformiert.
  • Ferner ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, als stromabwärtigen Katalysator 14b beispielsweise einen NOx-Reinigungskatalysator bestehend aus einem Katalysatorträger, auf dem ein Metall mit geringerer Oxidationskraft als ein Edelmetall aufgebracht ist, zu verwenden. Bei diesem NOx-Reinigungskatalysator besteht der Katalysatorträger beispielsweise aus Aluminium oder Zeolit während das Metall, das auf dem Katalysatorträger getragen ist, zumindest aus einem Übergangsmetall ausgewählt aus Silber Ag, Kupfer Cu, Eisen Fe, Vanadium V, Molybdän Mo, Kobalt Co, Nickel Ni und/oder Mangan Mn besteht. Daher werden bei der vorliegenden Erfindung Edelmetallkatalysatoren 51 und 52 an der Abgasströmungsfläche von zumindest einem Katalysator des stromaufwärtigen Katalysators 14a und des stromabwärtigen Katalysators 14b getragen, und ein alkalisches Abgasströmungsflächenteil 54 ist um die Edelmetallkatalysatoren 51 und 52 ausgebildet.
  • Die Oxidationsreaktion der Kohlenwasserstoffe, die in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömen, wird hauptsächlich am stromaufwärtigen Ende des stromaufwärtigen Katalysators 14a ausgeführt. Daher wird die Temperatur im stromaufwärtigen Katalysator 14a am stromaufwärtigen Ende am höchsten. Wenn die Temperatur des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a hoch wird beginnt die Desorbierung des erzeugten aktiven NOx* und als Ergebnis beginnt die Menge des erzeugten reduzierenden Zwischenprodukts abzunehmen, so dass die NOx-Reinigungsrate beginnt abzunehmen. Das bedeutet, die Temperatur TCA des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a hat eine vorgegebene Grenztemperatur TCmax über welcher ein Abfall in der NOx-Reinigungsrate verursacht wird. Diese Grenztemperatur TCmax liegt um 500°C.
  • Daher wird, bei dieser Ausführungsform der Erfindung, wenn die Temperatur TCA des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a die vorgegebene Grenztemperatur TCmax überschreitet, ab welcher ein Abfall in der NOx-Reinigungsrate verursacht wird, die Temperatur TCA des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a gesenkt. Ein Verfahren zum Senken der Temperatur TCA des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a ist das Verfahren zum Erhöhen der Zufuhrmenge von Kohlenwasserstoffen, um die Atmosphäre im stromaufwärtigen Katalysator 14a anzufetten. Wenn die Atmosphäre im stromaufwärtigen Katalysator 14a fett ist, wird die Oxidationsreaktion unterdrückt und die Verdampfungswärme der zugeführten Kohlenwasserstoffe sorgt dafür, dass die Temperatur TCA des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a fällt.
  • Darüber hinaus umfassen andere Verfahren zum Senken der Temperatur TCA des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a das Verlängern der Schwingungsdauer ΔT der Konzentration der Kohlenwasserstoffe welche in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömen, das bedeutet, das Verlängern der Einspritzdauer der Kohlenwasserstoffe, oder das Stoppen der Zuführung der Kohlenwasserstoffe. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann jedes dieser Verfahren verwendet werden.
  • 22 zeigt die NOx Reinigungssteuerroutine. Diese Routine wird mit Unterbrechungen zyklisch in festen Abständen ausgeführt.
  • Bezug nehmend auf 22 wird in Schritt 60 zunächst aus dem Ausgangssignal des Temperatursensors 23 bestimmt, ob die Temperatur TC des stromaufwärtigen Katalysators 14a die Aktivierungstemperatur TX übersteigt. Wenn TC ≥ TX, das bedeutet, wenn der stromaufwärtige Katalysator 14a aktiviert ist, fährt die Routine mit Schritt 61 fort, wo anhand des Ausgangssignals vom Temperatursensor 23 bestimmt wird, ob die Temperatur TCA des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a die vorgegebene Grenztemperatur TCmax übersteigt, ab der ein Abfall in der NOx-Reinigungsrate verursacht wird. Wenn TCA < TCmax wird bestimmt, dass das erste NOx-Reinigungsverfahren verwendet werden soll. Zu diesem Zeitpunkt fährt das Verfahren bzw. die Routine mit Schritt 62 fort. In Schritt 62 wird eine Zufuhrsteuerung der Kohlenwasserstoffe vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 ausgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird die NOx Reinigungsaktion durch das erste NOx-Reinigungsverfahren ausgeführt.
  • Wenn dagegen in Schritt 61 festgestellt wird, das TCA ≥ TCmax fährt die Routine mit Schritt 63 fort, wo eine Temperaturabsenkverarbeitung ausgeführt wird, welche die Temperatur TCA des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators 14a senkt. Beispielsweise wird die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, welche in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömen, erhöht, so dass, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömt, mager ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett wird, während, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases das in den stromaufwärtigen Katalysator 14a fett ist, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases noch fetter wird. Alternativ kann die Schwingungsdauer der Konzentration von Kohlenwasserstoffen, welche in den stromaufwärtigen Katalysator 14a strömen, verlängert werden, oder die Zufuhr von Kohlenwasserstoffen vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil 15 kann gestoppt werden.
  • Wenn dagegen in Schritt 60 festgestellt wird, dass TC < TX wird festgestellt, dass das zweite NOx-Reinigungsverfahren verwendet werden soll, und die Routine fährt mit Schritt 64 fort. In Schritt 64 wird der NOx Betrag NOXA der pro Zeiteinheit ausgestoßenen NOx Menge aus dem Kennfeld in 18 berechnet. Anschließend wird, in Schritt 65, die ΣNOx um die ausgegebene NOx Menge NOXA erhöht, um die gespeicherte NOx Menge ΣNOx zu berechnen. Dann wird in Schritt 66 beurteilt, ob die gespeicherte NOx Menge ΣNOx den zulässigen Wert MAX übersteigt. Wenn ΣNOx > MAX fährt die Routine mit Schritt 67 fort wo die zusätzliche Kraftstoffmenge WR aus dem in 20 gezeigten Kennfeld berechnet wird und eine Einspritzaktion der zusätzlichen Kraftstoffmenge ausgeführt wird. Anschließend wird, in Schritt 68, ΣNOx zurückgesetzt.
  • Bezugszeichenliste
    • 4
    Ansaugkrümmer
    5
    Abgaskrümmer
    7
    Abgasturbolader
    12
    Abgasleitung
    13
    Abgasreinigungskatalysator
    14a
    stromaufwärtiger Katalysator
    14b
    stromabwärtiger Katalysator
    15
    Kohlenwasserstoff-Speiseventil

Claims (9)

  1. Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine, bei dem, in einer Motorabgasleitung, ein Kohlenwasserstoff-Speiseventil (15) angeordnet ist, ein Abgasreinigungskatalysator (13) zum Reagieren von im Abgas enthaltenen NOx mit reformierten Kohlenwasserstoffen in der Motorabgasleitung stromab vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil (15) angeordnet ist, der Abgasreinigungskatalysator (13) aus einem stromaufwärtigen Katalysator (14a) und einem stromabwärtigen Katalysator (14b) besteht, die beabstandet zueinander in Reihe angeordnet sind, der stromaufwärtige Katalysator (14a) zumindest zum Reformieren von Kohlenwasserstoffen dient, die vom Kohlenwasserstoff-Speiseventil (15) eingespeist werden, der stromaufwärtige Katalysator (14a) eine Konturform aufweist, die sich zur stromabwärtigen Seite hin aufweitet, eine Mehrzahl von Abgasleitungen, die sich in radialer Form von einem stromaufwärtigen Ende zu einem stromabwärtigen Ende erstrecken, in dem stromaufwärtigen Katalysator (14a) ausgebildet ist, ein Edelmetallkatalysator an einer Abgasströmungsfläche zumindest des stromaufwärtigen Katalysators (14a) und/oder des stromabwärtigen Katalysators (14b) ausgebildet ist und ein alkalischer Abgasströmungsflächenteil um den Edelmetallkatalysator ausgebildet ist, der Abgasreinigungskatalysator (13) eine Reduktionseigenschaft bezüglich des im Abgas enthaltenen NOx hat, wenn eine Konzentration von Kohlenwasserstoffen, die in den stromaufwärtigen Katalysator (14a) strömen, zum Schwingen innerhalb eines vorbestimmten Amplitudenbereichs und innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne gebracht wird, sowie eine Eigenschaft hat, dass dessen Speichermenge für NOx, das im Abgas enthalten ist, erhöht wird, wenn eine Schwingungsdauer der Kohlenwasserstoffkonzentration länger gemacht wird, als eine vorbestimmte Dauer, wobei, zum Zeitpunkt des Motorbetriebs, die Konzentration der Kohlenwasserstoffe, die in den stromaufwärtigen Katalysator (14a) strömen, zum Schwingen innerhalb des vorbestimmten Amplitudenbereichs und der vorgegebenen Zeitspanne gebracht wird, um dadurch das im Abgas enthaltene NOx im Abgasreinigungskatalysator (13) zu reduzieren.
  2. Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die Abgasleitungen sich zur stromabwärtigen Seite hin aufweiten.
  3. Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei ein Durchmesser eines stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators (14a) geringer ist, als ein Durchmesser des stromabwärtigen Katalysators (14b), und ein Durchmesser des stromabwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators (14a) gleich dem Durchmesser des stromabwärtigen Katalysators (14b) ist.
  4. Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei, wenn eine Temperatur eines stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators (14a) eine vorgegebene Grenztemperatur übersteigt, über der ein Abfallen der NOx-Reinigungs-Rate verursacht wird, die Konzentration der in den stromaufwärtigen Katalysator (14a) strömenden Kohlenwasserstoffe erhöht wird, so dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Katalysator (14a) strömenden Abgases mager ist, und dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fetter wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den stromaufwärtigen Katalysator (14a) strömenden Abgases fett ist, um die Temperatur des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators (14a) zu senken.
  5. Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei, wenn eine Temperatur eines stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators (14a) eine vorgegebene Grenztemperatur übersteigt, über der ein Abfallen der NOx-Reinigungs-Rate verursacht wird, die Schwingungsdauer der Kohlenwasserstoffkonzentration verlängert wird, oder eine Zufuhr von Kohlenwasserstoffen aus dem Kohlenwasserstoff-Speiseventil (15) gestoppt wird, um die Temperatur des stromaufwärtigen Endes des stromaufwärtigen Katalysators (14a) zu senken.
  6. Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das im Abgas enthaltene NOx und reformierte Kohlenwasserstoffe im Abgasreinigungskatalysator (13) reagieren, wodurch ein reduzierendes Zwischenprodukt mit Stickstoff und Kohlenwasserstoffen erzeugt wird, und wobei eine Schwingungsdauer der Kohlenwasserstoffkonzentration eine Schwingungsdauer ist, die zur kontinuierlichen Erzeugung des reduzierenden Zwischenprodukts nötig ist.
  7. Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, wobei die Schwingungsdauer der Kohlenwasserstoffkonzentration 0,3 bis 5 Sekunden ist.
  8. Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei der Edelmetallkatalysator aus Platin Pt und zumindest Rhodium Rh und/oder Palladium Pd besteht.
  9. Abgasreinigungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, wobei eine Alkalischicht mit einem Alkalimetall, einem Erdalkalimetall, einer seltenen Erde oder einem Metall, das Elektronen an NOx abgeben kann, an der Abgasströmungsfläche des Abgasreinigungskatalysators (13) ausgebildet ist, und wobei eine Fläche dieser Alkalischicht den alkalischen Abgasströmungsflächenteil bildet.
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