DE112016002413T5 - Steuereinrichtung für Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung, welche auf eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasdurchgang anwendbar ist, welcher zusammen mit einem NSR-Katalysator und einem SCR-Katalysator angeordnet ist, dessen Aufgabe es ist, das in dem SCR-Katalysator adsorbierte NH3 zu vermindern, wobei eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchverhältnisses unterdrückt wird, so dass die Verschlechterung gering ist. Folglich ist die vorliegende Erfindung bei einer Steuereinrichtung angesiedelt, welche auf eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasdurchgang, der zusammen mit einem NSR-Katalysator und einem SCR-Katalysator angeordnet ist, anwendbar ist, wobei, wenn es notwendig ist, das in dem SCR-Katalysator adsorbierte NH3 zu verringern, dann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in der Verbrennungskraftmaschine zu verbrennendes Luft-Kraftstoff-Gemischs auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, welches höher ist als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als eine untere Grenztemperatur, bei der NH3 oxidiert werden kann, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in der Verbrennungskraftmaschine zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemischs auf ein vorbestimmtes schwaches mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert/geregelt wird, welches niedriger ist als das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis und welches höher ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators geringer ist als die untere Grenztemperatur.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung, welche auf solch eine Verbrennungskraftmaschine anwendbar ist, dass ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator) in einem Abgasdurchgang angeordnet ist.
  • [Stand der Technik]
  • Ein solches Verfahren ist in Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine bekannt, welche einen Dreiwege-Katalysator, einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator(NSR-Katalysator) und einen SCR-Katalysator beinhaltet, welche in einem Abgasdurchgang angeordnet sind, in dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, welches der Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine ausgesetzt ist, auf ein schwaches mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis (geringes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis) festgelegt ist, wenn eine Möglichkeit besteht, das NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert ist, in die Atmosphärenluft bzw. die Umgebungsluft ausgestoßen oder emittiert werden kann und es somit von der Verbrennungskraftmaschine emittiertem NOx und von dem NSR-Katalysator desorbierten NOx möglich ist, den SCR-Katalysator zu erreichen, so dass NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert ist, verbraucht wird (siehe zum Beispiel, Patentliteratur 1).
  • Ferner offenbart Patentliteratur 2 ein solches Verfahren in Verbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasdurchgang, welcher zusammen mit einem SCR-Katalysator und einer Einspritzdüse zum Einspritzen von Urea oder NH3 in das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist, dass, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators plötzlich ansteigt, die Einspritzung von Urea oder NH3 durch die Einspritzdüse gestoppt wird und die NOx-Menge, die von der Verbrennungskraftmaschine emittiert, erhöht ist, sodass NH3, welches von dem SCR-Katalysator desorbiert wird, dadurch mit NOx reagiert.
  • [Literaturliste]
  • [Patentliteratur]
    • Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnr. 2012-237296
  • Patentliteratur 2: Japanisches Patent Nr. 42455
  • [Zusammenfassung der Erfindung]
  • [Technisches Problem]
  • In der Zwischenzeit, gemäß dem in der vorstehend beschriebenen Patentliteratur 1 beschriebenen Verfahren, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf ein schwaches mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, welches geringer ist als das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches für die Betriebsbedingung der Verbrennungskraftmaschine geeignet ist, wenn eine Möglichkeit besteht, dass NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert ist, in die Umgebungsluft emittieren kann. Deshalb besteht eine Möglichkeit, dass sich das Kraftstoffverbrauchsverhältnis verschlechtern kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorhergehenden tatsächlichen Umstände gemacht, deren Aufgabe es ist, ein solches Verfahren in Verbindung mit einer Steuereinrichtung bereitzustellen, welches auf eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasdurchgang anwendbar ist, welcher zusammen mit einem NSR-Katalysator und einem SCR-Katalysator angeordnet ist, dass die NH3-Menge, die von dem NSR-Katalysator emittiert, unterdrückt werden kann, um klein zu sein, während eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses unterdrückt wird, so dass die Verschlechterung gering ist.
  • [Lösung des Problems]
  • Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen, ist die vorliegende Erfindung in einer Steuereinrichtung angesiedelt, welche auf eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Abgasdurchgang anwendbar ist, welcher zusammen mit einem NSR-Katalysator und einem SCR-Katalysator angeordnet ist, wobei, wenn es notwendig ist, das in dem SCR-Katalysator adsorbierte NH3 zu verringern, dann ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in der Verbrennungskraftmaschine zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemischs auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, welches höher ist als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als eine untere Grenztemperatur, bei der NH3 oxidiert werden kann, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in der Verbrennungskraftmaschine zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemischs auf ein vorbestimmtes schwaches mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, welches geringer ist als das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis und welches höher ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators geringer ist als die untere Grenztemperatur.
  • Insbesondere ist, gemäß der vorliegenden Erfindung, eine Steuereinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt, welche mit einer ersten Abgasreinigungseinrichtung, die in einem Abgasdurchgang angeordnet ist und einen NSR-Katalysator beinhaltet; und einer zweiten Abgasreinigungseinrichtung versehen ist, die in dem Abgasdurchgang stromabwärts der ersten Abgasreinigungseinrichtung angeordnet ist und einen SCR-Katalysator beinhaltet. Und die Steuereinrichtung beinhaltet: eine Ermittlungseinheit, die dazu ausgelegt ist, eine NH3-Adsorptionsmenge als eine NH3-Menge zu ermitteln, die in dem SCR-Katalysator adsorbiert ist; einen Detektor, der dazu ausgelegt ist, eine Temperatur des SCR-Katalysators zu erfassen; und eine Steuerungseinheit, die dazu ausgelegt ist, zu arbeiten, wenn die von der Ermittlungseinheit ermittelte NH3-Adsorptionsmenge nicht geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, sodass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in der Verbrennungskraftmaschine zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemischs auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, welches höher ist als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn die von dem Detektor erfasste Temperatur nicht geringer ist als eine untere Grenztemperatur, bei der NHs oxidieren kann, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in der Verbrennungskraftmaschine zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemischs auf ein vorbestimmtes schwaches mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, welches geringer ist, als das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis und welches eine NOx-Menge, die pro Zeiteinheit aus dem NSR-Katalysator ausströmt verglichen mit einer NOx-Menge, die in dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit gespeichert wird, erhöht, wenn die von dem Detektor erfasste Temperatur geringer ist als die untere Grenztemperatur. Der Begriff “vorbestimmter Schwellenwert“, auf den sich hierin bezogen wird, ist die NH3-Adsorptionsmenge oder die Menge, welche durch Subtrahieren einer vorbestimmten Marge von der NH3-Adsorptionsmenge erhalten wird, bei der angenommen wird, dass die von dem SCR-Katalysator desorbierte oder freigesetzte und in die Umgebungsluft emittierte oder ausgestoßene NH3-Menge eine zulässige Menge (zum Beispiel, ein Maximalwert der Menge, bei der kein die Atemwege reizender Geruch verursacht wird) übersteigt, wenn die Verbrennungskraftmaschine unter einer Arbeitsbedingung/Betriebsbedingung betrieben wird, bei der in dem SCR-Katalysator adsorbiertes NH3 einfach desorbiert wird, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert. Der vorbestimmte Schwellenwert wird vorher mittels eines Adaptionsbetriebs durch Verwendung von zum Beispiel, einem Experiment bestimmt.
  • Gemäß dem vorstehend beschriebenen System wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, wenn die von dem Detektor erfasste Temperatur geringer ist als die untere Grenztemperatur, wenn die von der Ermittlungseinheit ermittelte NH3-Adsorptionsmenge nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert. Das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches zu dieser Zeit bereitgestellt ist, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches geringer ist als das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis und welches die NOx-Menge, die aus dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit ausströmt, verglichen mit der NOx-Menge, die in dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit gespeichert oder eingeschlossen wird, erhöht. Wenn die Temperatur des SCR-Katalysators geringer ist als die untere Grenztemperatur, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, dann strömt eine relativ große NOx-Menge aus dem NSR-Katalysator aus. Demzufolge wird NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert wurde, verbraucht, indem es mit dem aus dem NSR-Katalysator ausströmenden NOx reagiert.
  • Andererseits, wenn die von der Ermittlungseinheit ermittelte NH3-Adsorptionsmenge nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, wenn die von dem Detektor erfasste Temperatur nicht geringer ist als die untere Grenztemperatur, dann wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert. Das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches zu diesem Zeitpunkt vorgesehen ist, kann das höchste Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Bereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sein, in dem es möglich ist, das Betriebsverhalten und die Verbrennungsstabilität der Verbrennungskraftmaschine sicherzustellen. Alternativ kann das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis das höchste Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Bereichs sein, in dem die von NH3 verschiedene Abgasemission den Regulierungswert nicht überschreitet. Es ist zu beachten, dass, wenn der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine, welcher vorgesehen ist, wenn die von der Ermittlungseinheit ermittelte NH3-Adsorptionsmenge nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, zu den mageren Betriebsbereichen gehört (Betriebsbereiche, in denen das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist), kann das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis äquivalent zu dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis sein, welches abhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, wird das Abgas, welches eine relativ große Menge an Sauerstoff beinhaltet, dem SCR-Katalysator zugeführt. Wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als die untere Grenztemperatur, wenn das Abgas, welches die relativ große Menge an Sauerstoff beinhaltet, dem SCR-Katalysator zugeführt wird, dann hat NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert wurde, mit dem in dem Abgas enthaltenen Sauerstoff reagiert, NH3 wird in NOx umgewandelt und das aus dem NH3 umgewandelte NOx wird reduziert, indem es mit dem in dem SCR-Katalysator adsorbierten NH3 reagiert.
  • Daher, gemäß der Steuereinrichtung für die Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Erfindung, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, ist es möglich, die in dem SCR-Katalysator adsorbierte NH3-Menge zu verringern. Demzufolge wird die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators darin unterdrückt, den vorbestimmten Schwellenwert zu überschreiten und somit NH3, welches in einer Menge vorhanden ist, die größer ist als die vorstehend beschriebene zulässige Menge, wird ebenfalls darin unterdrückt, von dem SCR-Katalysator emittiert zu werden. Ferner, wenn in der Steuereinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine der vorliegenden Erfindung die NH3-Adsorptionsmenge nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als die untere Grenztemperatur, dann wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, welches höher ist als das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und somit wird die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators verringert. Deshalb können die Gelegenheiten der Verringerung in dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis unterdrückt werden, sodass wenige Möglichkeiten vorhanden sind, verglichen mit dem konventionellen vorstehend beschriebenen Verfahren. Demzufolge kann die von dem SCR-Katalysator emittierte NH3-Menge unterdrückt werden, um klein zu sein, während die Verschlechterung der Kraftstoffverbrauchseffizienz unterdrückt wird, sodass die Verschlechterung gering ist.
  • In diesem Zusammenhang kann die Steuerungseinheit einen Temperaturerhöhungsvorgang zum Erhöhen einer Temperatur des Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion ausführen, wenn die von dem Detekor erfasste Temperatur nicht geringer ist als eine vorbestimmte Temperatur, welche höher ist als die untere Grenztemperatur, wenn die von der Ermittlungseinheit ermittelte NH3-Adsorptionsmenge nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
  • Der SCR-Katalysator hat die nachfolgenden Eigenschaften, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators in bestimmtem Maße erhöht wird. Das heißt, je höher die Temperatur des SCR-Katalysators ist, desto kleiner ist die NH3-Menge, die in dem SCR-Katalysator adsorbiert werden kann. Aus diesem Grund, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als die vorbestimmte Temperatur, welche höher ist als die untere Grenztemperatur, ist die von dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit desorbierte NH3-Menge verglichen mit der in dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit oxidierte NH3-Menge erhöht. Folglich, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als die vorbestimmte Temperatur, dann kann NH3 aktiv von dem SCR-Katalysator durch Erhöhen der Temperatur des SCR-Katalysators desorbiert werden. Bei dieser Verfahrensweise, wenn der Betrag des Temperaturanstiegs des SCR-Katalysators, welcher durch den Temperaturerhöhungsvorgang hervorgebracht wird, übermäßig erhöht ist, besteht die Möglichkeit, dass die von dem SCR-Katalysator während der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs desorbierte NH3-Menge übermäßig ansteigen kann. Wenn die von dem SCR-Katalysator während der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs desorbierte NH3-Menge übermäßig ansteigt, besteht die Möglichkeit, dass NH3, welches in die Umgebungsluft emittiert wird, den reizenden Geruch verursachen kann. Deshalb wird der Temperaturerhöhungsvorgang so durchgeführt, dass die von dem SCR-Katalysator während der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs desorbierte NH3-Menge in einer Menge beinhaltet ist, bei der kein reizender Geruch verursacht wird.
  • Es ist zu beachten, dass, wenn ein Verfahren zum Erhöhen der Kraftstoff-Einspritzmenge oder ein Verfahren zum Hinzufügen des Kraftstoffs in das Abgas als das Verfahren zum Erhöhen der Temperatur des SCR-Katalysators verwendet wird, eine Möglichkeit besteht, dass das Kraftstoffverbrauchsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine verschlechtert werden kann. Deshalb kann der Temperaturerhöhungsvorgang durch Verwendung eines Verfahrens zum Verzögern eines Zündungszeitpunkts der Verbrennungskraftmaschine oder ein Verfahren zum Vorrücken eines Ventilöffnungszeitpunkts eines Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt werden. In diesem Fall ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators zu verringern, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses unterdrückt wird, sodass die Verschlechterung gering ist. Ferner kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs, welches bereitgestellt ist, wenn der Temperaturerhöhungsvorgang ausgeführt wird, äquivalent zu Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt werden, welches abhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird. Alternativ kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs, welches bereitgestellt ist, wenn der Temperaturerhöhungsvorgang ausgeführt wird, äquivalent zu dem vorbestimmten mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt werden. Wenn der Temperaturerhöhungsvorgang ausgeführt wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt wird, dann ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators zu verringern, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses unterdrückt wird, sodass die Verschlechterung gering ist.
  • In diesem Zusammenhang ist die vorstehend beschriebene Steuereinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine auch effektiv, wenn die erste Abgasreinigungseinrichtung den NSR-Katalysator und einen Dreiwege-Katalysator beinhaltet. In dem Fall des Systems, in dem die erste Abgasreinigungseinrichtung den NSR-Katalysator und den Dreiwege-Katalysator beinhaltet, wird NH3, zusätzlich zu dem NSR-Katalysator, auch in dem Dreiwege-Katalysator produziert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, welches geringer ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Deshalb, wenn die erste Abgasreinigungseinrichtung den NSR-Katalysator und den Dreiwege-Katalysator beinhaltet, ist die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators bei vielen Gelegenheiten nicht geringer als der vorbestimmte Schwellenwert, verglichen damit, wenn die erste Abgasreinigungseinrichtung nur den NSR-Katalysator beinhaltet. Deshalb, wenn die Steuereinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung auf das System angewendet wird, in dem die erste Abgasreinigungseinrichtung den NSR-Katalysator und den Dreiwege-Katalysator beinhaltet, ist es möglich, die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses effektiver zu unterdrücken, so dass die Verschlechterung gering ist, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators verringert ist.
  • [Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die von dem SCR-Katalysator emittierte NH3-Menge unterdrückt werden, um klein zu sein, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses unterdrückt wird, sodass die Verschlechterung gering ist.
  • [Kurzbeschreibung der Zeichnungen]
  • 1 zeigt eine schematische Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine und eines Auslasssystems hiervon, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet ist.
  • 2 zeigt die Korrelation zwischen dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs, der NOx-Emissionsmenge der Verbrennungskraftmaschine, der NOx-Emissionsmenge des Dreiwege-Katalysators und der NOx-Emissionsmenge des NSR-Katalysators.
  • 3 zeigt die Korrelation zwischen der Temperatur des SCR-Katalysators und der Abnahmegeschwindigkeit der NH3-Adsorptionsmenge.
  • 4 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen der Zieltemperatur Tstrg in dem Temperaturerhöhungsvorgang.
  • 5 zeigt die Korrelation zwischen der Abgasdurchflussrate und der vorbestimmten Menge.
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm, welches einen Vorgangsablauf darstellt, der von der ECU ausgeführt wird, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators verringert ist.
  • [Beschreibung der Ausführungsformen]
  • Nachfolgend wird eine Erklärung auf der Basis der Zeichnungen für eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gegeben. Zum Beispiel sind die Dimension oder Größe, das Material, die Form und die relative Anordnung von jedem der wesentlichen Teile oder Komponenten, die in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, nicht dazu beabsichtigt, den technischen Rahmen der Erfindung nur hierauf zu begrenzen, außer es ist speziell angemerkt.
  • 1 zeigt eine schematische Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine und eines Abgas-/Auslass-Systems hiervon, auf das die vorliegende Erfindung angewendet ist. Die in 1 gezeigte Verbrennungskraftmaschine 1 ist eine Verbrennungskraftmaschine (Benzinmotor) vom Zündfunkentyp, welche mit dem Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben werden kann, welches ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis) höher als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist.
  • Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist mit einem Kraftstoffeinspritzventil 2 versehen. Das Kraftstoffeinspritzventil 2 kann eine Ventileinheit sein, welche den Kraftstoff in einen Eingangsdurchlass (zum Beispiel ein Ansaugkanal) einspritzt oder das Kraftstoffeinspritzventil 2 kann eine Ventileinheit sein, welche den Kraftstoff in einen Zylinder einspritzt. Die Verbrennungskraftmaschine 1 ist mit einer Abgasleitung 3 verbunden. Die Abgasleitung 3 ist eine Leitung, die es dem in dem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 1 verbrannten Gas (Abgas) ermöglicht, hier hindurch zu strömen. Ein erstes Katalysatorgehäuse 4 ist an einer Zwischenposition/Mittelposition der Abgasleitung 3 angeordnet. Das erste Katalysatorgehäuse 4 nimmt einen Dreiwege-Katalysator auf, der aus einer Honigwabenstruktur aufgebaut ist, welche mit einer Mantelschicht, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder ähnliches beschichtet ist und einem edlen Metall (zum Beispiel Platin, Palladium oder Rhodium), welches von der Mantelschicht getragen wird.
  • Ein zweites Katalysatorgehäuse 5 ist in der Abgasleitung 3 stromabwärts des ersten Katalysatorgehäuses 4 angeordnet. Das zweite Katalysatorgehäuse 5 nimmt einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator (NSR-Katalysator) auf, welcher aus einer Honigwabenstruktur mit einer Mantelschicht, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder ähnliches beschichtet ist, einem edlen Metall (zum Beispiel Platin, Palladium oder Rhodium), welches von der Mantelschicht getragen wird, und einem NOx-Einschließ- oder Speichermittel (zum Beispiel Alkalimetall oder Erdalkalimetall), welches von der Mantelschicht getragen wird, aufgebaut ist.
  • Ein drittes Katalysatorgehäuse 6 ist in der Abgasleitung 3 stromabwärts des zweiten Katalysatorgehäuses 5 angeordnet. Das dritte Katalysatorgehäuse 6 nimmt einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reaktion (SCR-Katalysator) auf, welcher aus einer Honigwabenstruktur aufgebaut ist, die Cordierit und wärmebeständigen Stahl basierend auf Fe-Cr-Al, eine Mantelschicht basierend auf Zeolith, welches die Honigwabenstruktur beschichtet, und ein edles Metall (zum Beispiel Platin oder Palladium) umfasst, welches von der Mantelschicht getragen wird.
  • In diesem Zusammenhang entspricht die Kombination des ersten Katalysatorgehäuses 4 und des zweiten Katalysatorgehäuses 5 der „ersten Abgasreinigungseinrichtung“ gemäß der vorliegenden Erfindung. Ferner entspricht das dritte Katalysatorgehäuse 6 der „zweiten Abgasreinigungseinrichtung“ gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die ECU 7 ist zusammen mit der Verbrennungskraftmaschine 1, wie vorstehend beschrieben aufgebaut, bereitgestellt. Die ECU 7 ist eine elektronische Steuerungseinheit, die, zum Beispiel, aus CPU, ROM, RAM und Backup-RAM aufgebaut ist. Die ECU 7 ist elektrisch mit verschiedenen Sensoren inklusive, zum Beispiel, einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (A/F-Sensor) 8, einem Sauerstoffkonzentrationssensor (O2-Sensor) 9, einem ersten NOx-Sensor 10, einem zweiten NOx-Sensor 11, einem Temperatursensor 12, einem Gaspedalpositionssensor 13, einem Kurbelwellenpositionssensor 14 und einem Luftmengenmesser 15 verbunden.
  • Der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8 ist an der Abgasleitung 3 stromaufwärts des ersten Katalysatorgehäuses 4 befestigt und der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 8 gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases korreliert, welches in das erste Katalysatorgehäuse 4 einströmt. Der Sauerstoffkonzentrationssensor 9 ist an der Abgasleitung 3 zwischen dem ersten Katalysatorgehäuse 4 und dem zweiten Katalysatorgehäuse 5 befestigt und der Sauerstoffkonzentrationssensor 9 gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Sauerstoffkonzentration korreliert, die in dem Abgas enthalten ist, welches aus dem ersten Katalysatorgehäuse 4 ausströmt. Der erste NOx-Sensor 10 ist an der Abgasleitung 3 zwischen dem zweiten Katalysatorgehäuse 5 und dem dritten Katalysatorgehäuse 6 befestigt, und der erste NOx-Sensor 10 gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der NOx-Konzentration korreliert, die in dem Abgas enthalten ist, welches aus dem zweiten Katalysatorgehäuse 5 ausströmt (mit anderen Worten, dem Abgas, welches in das dritte Katalysatorgehäuse 6 einströmt). Der zweite NOx-Sensor 11 ist an der Abgasleitung 3 stromabwärts des dritten Katalysatorgehäuses 6 befestigt, und der zweite NOx-Sensor 11 gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der NOx-Konzentration korreliert, die in dem Abgas enthalten ist, welches aus dem dritten Katalysatorgehäuse 6 ausströmt. Der Gaspedalpositionssensor 13 gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Betätigungsmenge eines Gaspedals (Gaspedalbetätigungsgrad) korreliert. Der Kurbelwellenpositionssensor 14 gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Rotationsposition einer Abgabewelle/Abtriebswelle (Kurbelwelle) der Verbrennungskraftmaschine 1 korreliert. Der Luftmengenmesser 15 gibt ein elektrisches Signal aus, welches mit der Luftmenge (Ansaugluftmenge) korreliert, welche in den Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 1 gesaugt wird.
  • Die ECU 7 steuert den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 auf der Basis der Ausgabesignale der vorstehend beschriebenen verschiedenen Sensoren. Zum Beispiel, berechnet die ECU 7 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf der Basis der Motordrehzahl, die auf der Basis des Ausgabesignals des Kurbelwellenpositionssensors 14 und des Ausgabesignals des Gaspedalpositionssensors 13 (Gaspedalbetätigungsgrad) berechnet ist. Die ECU 7 berechnet die Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge (Kraftstoff-Einspritz-Periode) des Kraftstoffeinspritzventils 2 auf der Basis des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses und dem Ausgabesignal des Luftmengenmessers 15 (Ansaugluftmenge), und die ECU 7 betätigt/betreibt das Kraftstoffeinspritzventil 2 in Übereinstimmung mit der Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge.
  • Es ist zu beachten, dass die ECU 7 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festlegt, welches höher ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 zu einem Niedrigdrehzahl-Niedriglast-Bereich oder einem Bereich moderater Drehzahl und moderater Last gehört (nachfolgend als „magerer Betriebsbereich“ bezeichnet). Die ECU 7 legt das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis fest, welches geringer ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 zu einem Bereich hoher Last oder einem Bereich hoher Drehzahl gehört (nachfolgend als „fetter Betriebsbereich“ bezeichnet). Auf diese Weise, wenn der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 zu dem mageren Betriebsbereich gehört, wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, dann ist es möglich, die Kraftstoffverbrauchsmenge zu unterdrücken, sodass die Kraftstoffverbrauchsmenge gering ist. Ferner führt die ECU 7 zum Beispiel eine Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung, in der die Ziel-Kraftstoffeinspritzmenge so korrigiert wird, dass das Ausgabesignal des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors 8 mit dem vorstehend beschriebenen Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt, und die Lernsteuerung für den Berichtigungskoeffizienten / Korrekturkoeffizienten durch, der für die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung auf der Basis des Ausgabesignals des Sauerstoffkonzentrationssensors 9 verwendet wird.
  • In der Zwischenzeit, wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, ist die NOx-Reinigungsleistung des Dreiwege-Katalysators, der in dem ersten Katalysatorgehäuse 4 aufgenommen ist, gesenkt bzw. vermindert. Aus diesem Grund, wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, ist es notwendig, das in dem Abgas enthaltene NOx mithilfe des NSR-Katalysators des zweiten Katalysatorgehäuses 5 und des SCR-Katalysators des dritten Katalysatorgehäuses 6 zu reinigen.
  • Wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases, welches in das zweite Katalysatorgehäuse 5 einströmt, hoch ist (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist), speichert (verschließt) oder adsorbiert der NSR-Katalysator NOx, welches im Abgas enthalten ist. Wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases, welches in das zweite Katalysatorgehäuse 5 einströmt, gering ist, und die reduzierende Komponente, wie beispielsweise Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) oder ähnliches in dem Abgas enthalten ist (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist), dann setzt der NSR-Katalysator NOx frei, welches in dem NSR-Katalysator eingeschlossen ist, und das freigesetzte NOx wird zu Stickstoff (N2) reduziert.
  • Folglich führt die ECU 7 den Vorgang des kurzzeitigen spitzenartigen Anreicherns (nachfolgend als „rich spike process“ bezeichnet) aus, wenn die NOx-Okklusionsmenge (Speichermenge) des NSR-Katalysators nicht geringer ist als eine bestimmte Menge in dem mageren Betriebsbereich. Der rich spike process ist ein solcher Vorgang, dass die Kraftstoffeinspritzmenge und/oder die Ansaugluftmenge so angepasst werden/wird, dass die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas gering ist und die Konzentrationen von HC und CO erhöht sind. Genauer ist der rich spike process ein solcher Vorgang, dass der Vorgang zum Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge des Kraftstoffeinspritzventils 2 und/oder der Vorgang zum Verringern des Öffnungsgrads des Einlass-Drosselventils (Drosselventil) ausgeführt wird/werden. Es ist zu beachten, dass, wenn das Kraftstoffeinspritzventil 2 so angeordnet ist, dass der Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird, kann der rich spike process mithilfe eines Verfahrens ausgeführt werden, bei dem der Kraftstoff von dem Kraftstoffeinspritzventil 2 während des Auslasshubs des Zylinders eingespritzt wird. Ferner kann der rich spike process ausgeführt werden, wenn die Betriebszeit nach dem Beenden des vorhergehenden rich spike process (vorzugsweise die Betriebszeit, in der das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist) nicht geringer ist als eine bestimmte Zeit, oder der rich spike process kann ausgeführt werden, wenn der Fahrweg nach dem Beenden des vorhergehenden rich spike process (vorzugsweise die Fahrweg, bei dem das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist) nicht geringer ist als ein bestimmter Weg.
  • Der SCR-Katalysator adsorbiert in dem Abgas enthaltenes Ammoniak (NH3). Der SCR-Katalysator reduziert NOx durch Reagieren des in dem SCR-Katalysator adsorbierten NH3 mit NOx, welches in dem Abgas enthalten ist, zu Stickstoff (N2). Es ist zu beachten, dass NH3, welches dem SCR-Katalysator zugeführt wird, durch den Dreiwege-Katalysator und/oder den NSR-Katalysator produziert wird. Zum Beispiel, wenn der rich spike process ausgeführt wird, wird ein Teil des NOx durch den Dreiwege-Katalysator zu NH3 reduziert. Ein Teil des NOx, welches aus dem NSR-Katalysator ausströmt, wird durch den NSR-Katalysator zu NH3 reduziert. Bei dieser Verfahrensweise ändert sich die NH3-Menge, welche durch den NSR-Katalysator produziert wird, abhängig von, zum Beispiel, dem Intervall, mit dem der rich spike process ausgeführt wird, und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches bereitgestellt ist, wenn der rich spike process ausgeführt wird. Deshalb, wenn dem SCR-Katalysator NH3 zugeführt wird, kann das Ausführintervall des rich spike process auf ein Intervall festgelegt sein, welches für die Produktion von NH3 geeignet ist, oder das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches während der Ausführung des rich spike process bereitgestellt ist, kann auf ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (zum Beispiel, circa 14,1) festgelegt sein, welches für die Produktion von NH3 geeignet ist.
  • In der Zwischenzeit, wenn der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 zu dem fetten Betriebsbereich gehört, ist das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt. Deshalb wird NOx, welches in dem Abgas enthalten ist, durch den Dreiwege-Katalysator des ersten Katalysatorgehäuses 4 gereinigt. Deshalb ist die NOx-Menge, welche bei dem SCR-Katalysator des dritten Katalysatorgehäuses 6 ankommt, null oder extrem klein, und daher wird das in dem SCR-Katalysator adsorbierte NH3 kaum verbraucht. Ferner, wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, wird durch den Dreiwege-Katalysator des ersten Katalysatorgehäuses 4 und den NSR-Katalysator des zweiten Katalysatorgehäuses 5 NH3 produziert. Deshalb ist die NH3-Menge, welche in dem SCR-Katalysator des dritten Katalysatorgehäuses 6 adsorbiert wird, erhöht. Deshalb, wenn der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 bei vielen Gelegenheiten zu dem fetten Betriebsbereich gehört, besteht eine Möglichkeit, dass die Fähigkeit des SCR-Katalysators, NH3 zu adsorbieren, gesättigt sein kann. Wenn die Fähigkeit des SCR-Katalysators, NH3 zu adsorbieren, gesättigt ist, besteht die Möglichkeit, dass eine relativ große NH3-Menge in die Umgebungsluft emittiert werden kann und der Geruch verursacht werden kann.
  • In Anbetracht des Vorstehenden, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators nicht geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, wird in dieser Ausführungsform ein Vorgang (nachfolgend als „NH3-Abnahmevorgang“ bezeichnet), in dem die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators verringert ist, ausgeführt. Es ist zu beachten, dass der Ausdruck „vorbestimmter Schwellenwert“, auf den sich hierin bezogen wird, die Menge ist, die durch Subtrahieren einer vorbestimmten Marge von der NH3-Adsorptionsmenge, bei der angenommen wird, dass die von dem SCR-Katalysator desorbierte und freigesetzte und in die Umgebungsluft emittierte oder ausgestoßene NH3-Menge eine zulässige Menge überschreitet (zum Beispiel, ein Maximalwert der Menge, bei der kein reizender Geruch verursacht wird), wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 unter einer Betriebsbedingung betrieben wird, bei der in dem SCR-Katalysator adsorbiertes NH3 einfach desorbiert wird, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert. Der vorbestimmte Schwellenwert wird vorab mithilfe eines Adaptionsbetriebs bestimmt, zum Beispiel, durch Nutzung eines Experiments. Es ist zu beachten, dass die „Betriebsbedingung, bei der in dem SCR-Katalysator adsorbiertes NH3 einfach desorbiert wird“, auf die sich hierin bezogen wird, ein solcher Betriebszustand ist, dass die Durchflussrate des Abgases dazu geeignet ist, plötzlich zuzunehmen, und die Temperatur des Abgases dazu geeignet ist, plötzlich anzusteigen, zum Beispiel, wie in einem Beschleunigungsbetrieb.
  • Ein Verfahren zum Ausführen des NH3-Abnahmevorgangs gemäß dieser Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Wenn der NH3-Abnahmevorgang ausgeführt wird, ermittelt die ECU 7 als erstes die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators. Die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators wird bestimmt, indem Werte aufaddiert werden, welche jeweils durch Subtrahieren der NH3-Verbrauchsmenge (Menge des NH3, welche zu der Reduzierung von NOx beiträgt) und der NH3-Durchrutschmenge (Menge des NH3, welche durch den SCR-Katalysator durchgeht) von der NH3-Menge, welche den SCR-Katalysator des dritten Katalysatorgehäuses 6 zugeführt wird.
  • Bei dieser Verfahrensweise ist die NH3-Menge, welche dem SCR-Katalysator zugeführt wird, die Gesamtmenge der NH3-Menge, welche durch den Dreiwege-Katalysator des ersten Katalysatorgehäuses 4 produziert wird und der NH3-Menge, welche durch den NSR-Katalysator des zweiten Katalysatorgehäuses 5 produziert wird. Die NH3-Menge, welche durch den Dreiwege-Katalysator produziert wird, korreliert mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, der Flussrate/Strömungsrate des Abgases und der Temperatur des Dreiwege-Katalysators. Deshalb, wenn die Korrelation hierunter vorab festgelegt/bestimmt ist, ist es möglich, die NH3-Menge zu bestimmen, welche durch den Dreiwege-Katalysator produziert wird, indem die Argumente/Größen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, die Strömungsrate des Abgases und die Temperatur des Dreiwege-Katalysators verwendet werden. Andererseits korreliert die NH3-Menge, welche durch den NSR-Katalysator produziert wird, mit dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, der Strömungsrate des Abgases und der Temperatur des NSR-Katalysators. Deshalb, wenn die Korrelation hierunter vorab festgelegt/bestimmt ist, ist es möglich, die NH3-Menge zu bestimmen, welche durch den NSR-Katalysator produziert wird, indem die Argumente/Größen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases, die Strömungsrate des Abgases und die Temperatur des NSR-Katalysators verwendet werden.
  • Die NH3-Verbrauchsmenge wird berechnet, indem die Parameter der in den SCR-Katalysator einströmenden NOx-Menge (NOx-Einlassmenge) und die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators verwendet werden. Bei dieser Verfahrensweise wird die NOx-Einlassmenge durch Multiplizieren des gemessenen Werts des ersten NOx-Sensors 10 (NOx-Konzentration des Abgases, welches in das dritte Katalysatorgehäuse 6 einströmt) mit der Strömungsrate des Abgases (Gesamtmenge des gemessenen Werts des Luftmengenmessers 15 und der Kraftstoffeinspritzmenge) berechnet. Andererseits wird die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators berechnet, indem die Parameter der Strömungsrate des Abgases und die Temperatur des SCR-Katalysators verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die Korrelation zwischen der NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators, der Strömungsrate des Abgases und der Temperatur des SCR-Katalysators vorab experimentell bestimmt wird.
  • Die NH3-Durchrutschmenge wird bestimmt, indem die Parameter des vorab berechneten Werts der NH3-Adsorptionsmenge, die Temperatur des SCR-Katalysators und die Strömungsrate des Abgases verwendet werden. Bei dieser Verfahrensweise, wenn die Strömungsrate des Abgases konstant ist, gilt die folgende Beziehung. Nämlich, je größer die NH3-Adsorptionsmenge ist und/oder je höher die Temperatur des SCR-Katalysators ist, desto höher ist die NH3-Konzentration des Abgases, welches aus dem SCR-Katalysator ausströmt. Ferner, wenn die NH3-Konzentration des Abgases, welches aus dem SCR-Katalysator ausströmt, konstant ist, gilt die folgende Beziehung. Nämlich, je größer die Strömungsrate des Abgases ist, desto größer ist die NH3-Durchrutschmenge pro Zeiteinheit. Basierend auf den Korrelationen, wie vorstehend beschrieben, kann die NH3-Durchrutschmenge bestimmt werden, indem die NH3-Konzentration des Abgases, welches aus dem SCR-Katalysator ausströmt, bestimmt wird, indem die Parameter des vorstehend berechneten Werts der NH3-Adsorptionsmenge und die Temperatur des SCR-Katalysators verwendet werden und anschließend die NH3-Konzentration mit der Strömungsrate des Abgases multipliziert wird.
  • Wenn die durch das vorstehend beschriebene Verfahren bestimmte NH3-Adsorptionsmenge den Wert erreicht, der nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, führt die ECU 7 den NH3-Abnahmevorgang aus. Wenn die Temperatur des SCR-Katalysators geringer ist als die untere Grenztemperatur, bei der NH3 oxidiert werden kann, legt die ECU 7 zuerst das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis fest, welches höher ist als das theoretische Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das „schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis“, auf welches sich hierin bezogen wird, ist ein solches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dass die NOx-Menge, welche durch den Dreiwege-Katalysator pro Zeiteinheit gereinigt wird, kleiner ist als die NOx-Menge, welche pro Zeiteinheit in den Dreiwege-Katalysator einströmt (die NOx-Menge, die aus dem Dreiwege-Katalysator ausströmt, ist größer als null) und die NOx-Menge, welche pro Zeiteinheit aus dem NSR-Katalysator ausströmt, größer ist als die NOx-Menge, welche pro Zeiteinheit bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem NSR-Katalysator gespeichert oder eingeschlossen wird. Vorzugsweise, wie in 2 gezeigt, ist das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein solches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das die pro Zeiteinheit durch den Dreiwege-Katalysator gereinigte NOx-Menge kleiner ist als die pro Zeiteinheit in den Dreiwege-Katalysator einströmende NOx-Menge und die aus dem NSR-Katalysator ausströmende NOx-Menge bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/Fmax, in 2 gezeigt) innerhalb eines Bereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Bereich von A/F1 bis A/F2, in 2 gezeigt) maximiert ist, in dem die aus dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit ausströmende NOx-Menge größer ist als die von dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit gespeicherte/verschlossene NOx-Menge. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fmax, wie vorstehend beschrieben, als das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, selbst wenn der NH3-Abnahmevorgang in einem Zustand ausgeführt wird, in dem die NOx-Speichermenge (Okklusionsmenge) des NSR-Katalysators relativ klein/gering ist, kann dann dem SCR-Katalysator des dritten Katalysatorgehäuses 6 eine relativ große NOx-Menge zugeführt werden. Wenn die Temperatur des SCR-Katalysators geringer ist als die untere Grenztemperatur, wenn dem SCR-Katalysator die relativ große NOx-Menge zugeführt wird, dann ist die NH3-Menge, welche zur Reduzierung von NOx in dem SCR-Katalysator verbraucht wird, erhöht. Demzufolge ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators effektiv zu verringern. In der Zwischenzeit, wenn nur das zweite Katalysatorgehäuse 5 stromaufwärts des dritten Katalysatorgehäuses 6 angeordnet ist, kann das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein solches Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt sein, dass die aus dem NSR-Katalysator ausströmende NOx-Menge innerhalb eines Bereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses maximiert ist, in dem die aus dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit ausströmende NOx-Menge größer ist als die von dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit gespeicherte oder verschlossene NOx-Menge. Ferner, wenn nur das erste Katalysatorgehäuse 4 stromaufwärts des dritten Katalysatorgehäuses 6 angeordnet ist, kann das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein solches Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt sein, dass die aus dem Dreiwege-Katalysator ausströmende NOx-Menge innerhalb eines Bereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses maximiert ist, in dem die von dem Dreiwege-Katalysator pro Zeiteinheit gereinigte NOx-Menge kleiner ist als die in den Dreiwege-Katalysator pro Zeiteinheit einströmende NOx-Menge.
  • Als Nächstes, wenn die NH3-Adsorptionsmenge nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als die untere Grenztemperatur, dann legt die ECU 7 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis fest, welches höher ist als das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das „vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis“, auf das sich hierin bezogen wird, kann das höchste Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Bereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses sein, in dem es möglich ist, die Verbrennungsstabilität der Verbrennungskraftmaschine 1 und das Betriebsverhalten sicherzustellen oder das „vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis“ kann das höchste Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Bereichs sein, in dem die von NH3 verschiedenen Abgasemissionen den Regulierungswert nicht überschreiten. Es ist zu beachten, dass, wenn der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1, welcher bereitgestellt ist, wenn der NH3-Abnahmevorgang ausgeführt wird, zu dem mageren Betriebsbereich gehört, das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleichgesetzt werden kann, welches abhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 bestimmt wird. Wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, strömt das Abgas, welches eine hohe Sauerstoffkonzentration aufweist, in den SCR-Katalysator ein. Wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als die untere Grenztemperatur, wenn das Abgas, welches eine hohe Sauerstoffkonzentration aufweist, dem SCR-Katalysator zugeführt wird, dann ist die Oxidation von NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert wird, vereinfacht. Bei dieser Verfahrensweise, wenn NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert ist, oxidiert wird, wird NOx produziert. NOx, welches, wie vorstehend beschrieben produziert wird, reagiert mit dem in dem SCR-Katalysator adsorbierten NH3 und NOx wird reduziert. Deshalb, wenn die Oxidation von NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert wird, vereinfacht ist, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als die untere Grenztemperatur, dann ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators effektiv zu verringern.
  • In der Zwischenzeit existiert eine solche Tendenz, dass die NH3-Menge, welche in dem SCR-Katalysator adsorbiert werden kann (Adsorptionskapazität / Adsorptionsfähigkeit), stärker verringert wird, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators stärker ansteigt. Aus diesem Grund, wie in 3 gezeigt, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als die vorbestimmte Temperatur (Tsm, in 3 gezeigt), welche höher ist als die untere Grenztemperatur (Tsl, in 3 gezeigt), ist die von dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit desorbierte NH3-Menge (Desorptionsgeschwindigkeit) größer als die von dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit oxidierte NH3-Menge (Oxidationsgeschwindigkeit). Folglich führt die ECU 7 den Vorgang zum Erhöhen der Temperatur des SCR-Katalysators (Temperaturerhöhungsvorgang) aus, wenn die Temperatur des SCR-Katalysator nicht geringer ist als die vorbestimmte Temperatur Tsm, welche höher ist als die untere Grenztemperatur Tsl.
  • Wenn der Temperaturerhöhungsvorgang ausgeführt wird, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als die vorbestimmte Temperatur Tsm, dann ist die von dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit desorbierte NH3-Menge erhöht und daher ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators zu verringern. In der Zwischenzeit, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators durch den Temperaturerhöhungsvorgang erhöht ist, ist in Übereinstimmung hiermit die Adsorptionsfähigkeit des SCR-Katalysators verringert. Aus diesem Grund besteht eine Möglichkeit, dass die Adsorptionsfähigkeit, welche nach der Erhöhung der Temperatur des SCR-Katalysators durch den Temperaturerhöhungsvorgang bereitgestellt ist, kleiner sein kann als die NH3-Adsorptionsmenge (vorliegende NH3-Adsorptionsmenge), die vor der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs bereitgestellt ist. Bei dieser Verfahrensweise, wenn die Differenz zwischen der vorliegenden NH3-Adsorptionsmenge und der Adsorptionsfähigkeit, die nach dem Erhöhen der Temperatur des SCR-Katalysators durch den Temperaturerhöhungsvorgang bereitgestellt ist, übermäßig ansteigt, besteht eine Möglichkeit, dass die von dem SCR-Katalysator desorbierte NH3-Menge während der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs übermäßig ansteigen kann. Dann, wenn die NH3-Menge, welche von dem SCR-Katalysator während der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs desorbiert wird, übermäßig ansteigt, besteht eine Möglichkeit, dass in die Umgebungsluft emittiertes NH3 den reizenden Geruch verursachen kann. Aus diesem Grund wird der Temperaturerhöhungsvorgang so durchgeführt, dass die von dem SCR-Katalysator während der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs desorbierte NH3-Menge in der Menge (gleich zu oder nicht mehr als die vorstehend beschriebene zulässige Menge) enthalten ist, welche keinen reizenden Geruch verursacht. Insbesondere, wie in 4 gezeigt, zieht die ECU 7 von der vorliegenden NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators eine vorbestimmte Menge ab und die ECU 7 berechnet den Zielwert der Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators nach der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs (Zielkapazität/Zielfähigkeit, wie in 4 gezeigt). Die „vorbestimmte Menge“, auf die sich hierin bezogen wird, ist die Menge, die durch Subtrahieren einer vorbestimmten Marge von der zulässigen Menge erhalten wird. Es ist zu beachten, dass die vorbestimmte Menge ein fester Wert sein kann. Alternativ kann die vorbestimmte Menge ein variabler Wert sein, welcher abhängig von der Abgasdurchflussrate verändert wird. Zum Beispiel ist die Ordnung von NH3, welche verursacht wird, wenn das Abgas in die Umgebungsluft emittiert, stärker intensiviert, wenn die Konzentration von NH3, die in dem Abgas enthalten ist, stärker erhöht ist. Aus diesem Grund, wie in 5 gezeigt, kann die vorbestimmte Menge auf einen kleineren Wert festgelegt sein, wenn die Abgasdurchflussrate stärker verringert ist. Als nächstes bestimmt die ECU 7 die Temperatur des SCR-Katalysators (Tstrg, in 4 gezeigt), bei der die Adsorptionsfähigkeit des SCR-Katalysators gleich zu der vorstehend beschriebenen Zielfähigkeit ist, und die ECU 7 legt die Temperatur Tstrg als die Zieltemperatur des SCR-Katalysators in dem Temperaturerhöhungsvorgang fest. Bei dieser Verfahrensweise wird die Korrelation zwischen der Adsorptionsfähigkeit des SCR-Katalysators und der Temperatur des SCR-Katalysators, wie in 4 gezeigt, vorab experimentell bestimmt. Als nächstes kann die ECU 7 den Betrag der Verzögerung des Zündzeitpunkts und den Betrag des Vorrückens des Ventilöffnungszeitpunkts des Auslassventils auf der Basis der Differenz zwischen der vorliegenden Temperatur des SCR-Katalysators (Tspt, in 4 gezeigt) und der Zieltemperatur Tstrg berechnen. Es ist zu beachten, dass der Betrag der Verzögerung des Zündzeitpunkts und der Betrag des Vorrückens des Ventilöffnungszeitpunkts des Auslassventils vorab bestimmte feste Werte sein können. In diesem Fall kann die ECU 7 den Temperaturerhöhungsvorgang an diesem Zeitpunkt beenden, an dem die Temperatur des SCR-Katalysators an der Zieltemperatur Tstrg ankommt. Wenn der Temperaturerhöhungsvorgang in Übereinstimmung mit dem Verfahren, wie vorstehend beschrieben, ausgeführt wird, ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators zu verringern, ohne den reizenden Geruch zu verursachen.
  • Es ist zu beachten, dass das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs, welches bereitgestellt ist, wenn der Temperaturerhöhungsvorgang ausgeführt wird, auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt sein kann, welches abhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 bestimmt ist. Alternativ kann das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt sein. Wenn der Temperaturerhöhungsvorgang ausgeführt wird, wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, dann ist die Desorption von NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert ist, vereinfacht und die Oxidation von NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert ist, oder von dem SCR-Katalysator desorbierten NH3 ist vereinfacht. Demzufolge ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators schnell zu verringern, während die in die Umgebungsluft emittierte NH3-Menge unterdrückt wird, um nicht mehr zu sein als die zulässige Menge. Ferner, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs während der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, ist es auch möglich, die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses zu unterdrücken, sodass die Verschlechterung gering ist.
  • In der Zwischenzeit, wenn ein Verfahren zum Erhöhen der Kraftstoffeinspritzmenge oder ein Verfahren zum Hinzufügen von Kraftstoff in das Abgas als Verfahren zum Erhöhen der Temperatur des SCR-Katalysators verwendet wird, besteht eine Möglichkeit, dass das Kraftstoffverbrauchsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine 1 verschlechtert sein kann. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass der Temperaturerhöhungsvorgang mithilfe eines Verfahrens zum Verzögern des Zündzeitpunkts der Verbrennungskraftmaschine 1 oder eines Verfahrens zum Vorrücken des Ventilöffnungszeitpunkts des Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine 1 durchgeführt wird. Wenn der Temperaturerhöhungsvorgang in Übereinstimmung mit dem Verfahren, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt wird, ist es möglich, die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses zu unterdrücken, welche sonst durch die Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs verursacht werden würde, sodass die Verschlechterung gering ist.
  • Nun wird mit Bezug zu 6 eine Erklärung zu einem Verfahren zum Ausführen des NH3-Abnahmevorgangs in dieser Ausführungsform gegeben. 6 zeigt ein Flussdiagramm, welches einen Vorgangsablauf darstellt, welcher von der ECU 7 ausgeführt wird, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators verringert ist. Dieser Vorgangsablauf ist vorab im ROM der ECU 7 gespeichert, und der Vorgangsablauf wird durch die ECU 7 periodisch ausgeführt.
  • In dem in 6 gezeigten Vorgangsablauf liest die ECU 7 als erstes die NH3-Adsorptionsmenge Adnh3 des SCR-Katalysators in einen Vorgang S101. Wie vorstehend beschrieben, kann die NH3-Adsorptionsmenge Adnh3 des SCR-Katalysators bestimmt werden, indem Werte aufaddiert werden, von denen jeder durch Subtrahieren der NH3-Verbrauchsmenge und der NH3-Durchrutschmenge von der NH3-Gesamtmenge erhalten wird, welche durch den Dreiwege-Katalysator und den NSR-Katalysator produziert wird. Die „Ermittlungseinheit“ gemäß der vorliegenden Erfindung ist umgesetzt, indem die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators mithilfe eines Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, bestimmt wird.
  • In einem Vorgang S102 entscheidet die ECU 7, ob oder ob nicht die NH3-Adsorptionsmenge Adnh3, welche in den vorstehend beschriebenen Vorgang S101, eingelesen ist, nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert Adthre1. Wie vorstehend beschrieben, ist der vorbestimmte Schwellenwert Adthre1 die Menge, welche durch Subtrahieren der vorbestimmten Marge von der NH3-Adsorptionsmenge erhalten wird, bei der angenommen wird, dass die von dem SCR-Katalysator desorbierte und in die Umgebungsluft emittierte NH3-Menge die zulässige Menge überschreitet, wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 unter der Betriebsbedingung betrieben wird, in der das in dem SCR-Katalysator adsorbierte NH3 einfach desorbiert wird, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert Adthre1. Wenn in dem Vorgang S102 die positive Entscheidung getroffen wird (Adnh3 ≥ Adthre1), dann kann es in dem Vorgang S102 so betrachtet werden, dass NH3 wahrscheinlich in einer Menge von nicht geringer als die zulässige Menge von dem SCR-Katalysator desorbiert werden kann, wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 unter der Betriebsbedingung betrieben wird, bei der das in dem SCR-Katalysator adsorbierte NH3 einfach desorbiert wird. Deshalb führt die ECU 7 den NH3-Abnahmevorgang in einem Vorgang S103 und den folgenden aus.
  • Als erstes liest die ECU 7 die Temperatur Ts des SCR-Katalysators in den Vorgang S103 ein. Insbesondere liest die ECU 7 den gemessenen Wert des Temperatursensors 12 als die Temperatur Ts des SCR-Katalysators ein. Es ist zu beachten, dass, wenn ein Temperatursensor an der Abgasleitung 3 auch zwischen dem zweiten Katalysatorgehäuse 5 und dem dritten Katalysatorgehäuse 6 befestigt ist, die Temperatur Ts des SCR-Katalysators aus der Differenz zwischen dem gemessenen Wert des Temperatursensors und dem gemessenen Wert des Temperatursensors 12 berechnet werden kann. Der „Detektor“ gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch Bestimmen der Temperatur Ts des SCR-Katalysators in Übereinstimmung mit den Verfahren, wie vorstehend beschrieben, umgesetzt.
  • In einem Vorgang S104 entscheidet die ECU 7, ob oder ob nicht die Temperatur Ts, welche in den Vorgang S103 eingelesen ist, geringer ist als die untere Grenztemperatur Tsl. Wie vorstehend beschrieben, ist die untere Grenztemperatur Tsl der untere Grenzwert der Temperatur, bei der NH3 oxidiert werden kann. Wenn in dem Vorgang S104 die positive Entscheidung getroffen wird (Ts < Tsl), fährt die ECU 7 mit einem Vorgang S105 fort.
  • In dem Vorgang S105 legt die ECU 7 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Ftrg des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fsl fest. Wie in der vorstehenden Erklärung zu 2 beschrieben, ist das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fsl ein solches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, dass die aus dem Dreiwege-Katalysator ausströmende NOx-Menge größer als null ist und die aus dem NSR-Katalysator ausströmende NOx-Menge bei dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Bereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses maximiert ist (A/Fmax, in 2 gezeigt), in dem die aus dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit ausströmende NOx-Menge größer ist als die in dem NSR-Katalysator pro Zeiteinheit gespeicherte oder verschlossene NOx-Menge. Wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Ftrg des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fsl, wie vorstehend beschrieben, festgelegt ist, beinhaltet das aus dem NSR-Katalysator ausströmende Abgas eine relativ große NOx-Menge. Wenn das die relativ große NOx-Menge enthaltende Abgas in den SCR-Katalysator einströmt, ist die NH3-Menge, welche in dem SCR-Katalysator zu der Reduzierung von NOx beiträgt, erhöht. Demzufolge ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge Adnh3 des SCR-Katalysators effektiv zu verringern. Wenn der Vorgang S105 vollständig ausgeführt ist, beendet die ECU 7 die Ausführung dieses Vorgangsablaufs einmal.
  • Ferner, wenn in dem vorstehend beschriebenen Vorgang S104 die negative Entscheidung getroffen wird (Ts ≥ Tsl), dann fährt die ECU 7 mit einem Vorgang S106 fort, um zu entscheiden, ob oder ob nicht die Temperatur Ts, die in den Vorgang S103 eingelesen ist, geringer ist als die vorbestimmte Temperatur Tsm. Das heißt, die ECU 7 entscheidet/bestimmt, ob oder ob nicht die Temperatur Ts des SCR-Katalysators zu dem Temperaturbereich gehört, welcher nicht geringer ist als die untere Grenztemperatur Tsl und welcher geringer ist als die vorbestimmte Temperatur Tsm. Wie vorstehend beschrieben, ist die vorbestimmte Temperatur Tsm der Minimalwert der Temperatur, bei der die NH3-Menge, welche von dem SCR-Katalysator pro Zeiteinheit desorbiert wird, größer ist als die NH3-Menge, die durch den SCR-Katalysator pro Zeiteinheit oxidiert wird. Wenn in dem Vorgang S106 die positive Entscheidung getroffen wird (Ts < Tsm), fährt die ECU 7 mit einem Vorgang S107 fort.
  • In dem Vorgang S107 legt die ECU 7 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Ftrg des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fl fest. Wie vorstehend beschrieben, ist das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fl das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches höher ist als das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fsl und das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fl ist das höchste Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Bereichs des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, in dem es möglich ist, die Verbrennungsstabilität der Verbrennungskraftmaschine 1 und das Betriebsverhalten sicherzustellen (oder das höchste Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Bereichs, in dem die von NH3 verschiedene Abgasemission den Regulierungswert nicht überschreitet). Es ist zu beachten, dass, wenn der Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 an dem vorliegenden Zeitpunkt zu dem vorstehend beschriebenen mageren Betriebsbereich gehört, kann das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fl ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis sein, welches abhängig von dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird. Wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Ftrg des Luft-Kraftstoff-Gemischs, wie vorstehend beschrieben, auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis A/Fl festgelegt ist, wird das Abgas, welches eine relativ große Sauerstoffmenge beinhaltet, dem SCR-Katalysator zugeführt. In diesem Fall wird NH3, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert ist, mit Sauerstoff reagiert, um NOx zu produzieren und NOx wird mit NH3 reagiert, welches in dem SCR-Katalysator adsorbiert ist. Demzufolge ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge Adnh3 des SCR-Katalysators effektiv zu verringern. Wenn der Vorgang S107 vollständig ausgeführt ist, beendet die ECU 7 die Ausführung dieses Vorgangsablaufs einmal.
  • Ferner, wenn in dem vorstehend beschriebenen Vorgang S106 die negative Entscheidung getroffen wird (Ts ≥ Tsm), fährt die ECU 7 mit einem Vorgang S108 fort. In dem Vorgang S108 führt die ECU 7 den Temperaturerhöhungsvorgang aus. Insbesondere vereinfacht die ECU 7 die Temperaturerhöhung des SCR-Katalysators durch Ausführen des Vorgangs zum Verzögern des Zündzeitpunkts der Verbrennungskraftmaschine 1 oder des Vorgangs zum Vorrücken des Ventilöffnungszeitpunkts des Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine 1. Bei dieser Verfahrensweise, wie in der vorhergehenden Erklärung zu 4 beschrieben, berechnet die ECU 7 die Zieltemperatur Tstrg des SCR-Katalysators, sodass die von dem SCR-Katalysator während der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs desorbierte NH3-Menge in dem Bereich von nicht mehr als der vorbestimmten Menge enthalten ist. Dann führt die ECU 7 den Temperaturerhöhungsvorgang aus, sodass die Temperatur Ts des SCR-Katalysators auf die Zieltemperatur Tstrg erhöht wird. Wenn der Temperaturerhöhungsvorgang, wie vorstehend beschrieben ausgeführt wird, ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators zu verringern ohne den reizenden Geruch zu verursachen. Es ist zu beachten, dass die ECU 7 das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festlegen kann, wenn der Temperaturerhöhungsvorgang ausgeführt wird. Wenn das Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs während der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs auf das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis festgelegt ist, dann ist es möglich, die Desorption des in dem SCR-Katalysator adsorbierten NH3 zu vereinfachen, und es ist auch möglich, die Oxidation des in dem SCR-Katalysator adsorbierten NH3 und des von dem SCR-Katalysator desorbierten NH3 zu vereinfachen. Deshalb, selbst wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 unter der Betriebsbedingung betrieben wird, in der das in dem SCR-Katalysator adsorbierte NH3 nach der Ausführung des Temperaturerhöhungsvorgangs einfach desorbiert wird, kann die in die Umgebungsluft emittierte NH3-Menge zuverlässiger unterdrückt werden, um nicht mehr als die zulässige Menge zu sein. Ferner ist es auch möglich, die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses zu unterdrücken, sodass die Verschlechterung gering ist. Wenn der Vorgang S108 vollständig ausgeführt ist, beendet die ECU 7 die Ausführung dieses Vorgangsablaufs einmal.
  • Ferner, wenn in dem vorstehend beschriebenen Vorgang S102 die negative Entscheidung getroffen wird (Adnh3 < Adthre1), ist es möglich, zu beachten, dass NH3 in einer Menge von nicht weniger als der zulässigen Menge von dem SCR-Katalysator nicht desorbiert wird, selbst wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 unter der Betriebsbedingung betrieben wird, in der das in dem SCR-Katalysator adsorbierte NH3 einfach desorbiert wird. Aus diesem Grund fährt die ECU 7 mit einem Vorgang S109 fort, um zu entscheiden ob oder ob nicht die NH3-Adsorptionsmenge Adnh3 des SCR-Katalysators, welche in den Vorgang S101 eingelesen ist, nicht mehr ist als ein vorbestimmter Beendigungsentscheidungswert Adthre2, welcher kleiner ist als der vorbestimmte Schwellenwert Adthre1. Wenn in dem Vorgang S109 die negative Entscheidung getroffen wird (Adnh3 > Adnthre2) beendet die ECU 7 die Ausführung dieses Vorgangsablaufs einmal. Bei dieser Verfahrensweise, wenn der NH3-Abnahmevorgang ausgeführt wird, wird der NH3-Abnahmevorgang kontinuierlich ausgeführt. Andererseits, wenn in dem Vorgang S109 die positive Entscheidung getroffen wird (Adnh3 ≤ Adthre2), fährt die ECU 7 mit einem Vorgang S110 fort.
  • Wenn der Vorgang S110 ausgeführt wird, wenn der NH3-Abnahmevorgang ausgeführt wird, dann beendet die ECU 7 den NH3-Abnahmevorgang durch Wiederherstellen des Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses A/Ftrg des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 1 entspricht. Ferner, wenn der Vorgang S110 ausgeführt wird, wenn der NH3-Abnahmevorgang nicht ausgeführt wird, dann setzt die ECU 7 den Zustand, in dem der NH3-Abnahmevorgang nicht ausgeführt wird, fort.
  • Die ECU 7 führt den in 6 gezeigten Vorgangsablauf, wie vorstehend beschrieben, aus, und somit ist die „Steuereinheit“ gemäß der vorliegenden Erfindung umgesetzt. Deshalb ist es möglich, die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators zu verringern, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert. Demzufolge ist die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators darin unterdrückt, den vorbestimmten Schwellenwert zu überschreiten. Deshalb kann die von dem SCR-Katalysator emittierte NH3-Menge unterdrückt werden, um nicht mehr zu sein als die zulässige Menge. Ferner, wenn die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators nicht geringer ist als die untere Grenztemperatur, dann ist die NH3-Adsorptionsmenge des SCR-Katalysators verringert, indem dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs ermöglicht wird, das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu sein, welches höher ist als das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Deshalb ist es auch möglich, die Gelegenheiten zu unterdrücken, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf das vorbestimmte schwache magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu verringern, sodass nur wenige Gelegenheiten existieren. Demzufolge kann die von dem SCR-Katalysator emittierte NH3-Menge unterdrückt werden, um nicht mehr zu sein als die zulässige Menge, während die Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchsverhältnisses unterdrückt wird, sodass die Verschlechterung gering ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungskraftmaschine
    2
    Kraftstoffeinspritzventil
    3
    Abgasleitung
    4
    erstes Katalysatorgehäuse
    5
    zweites Katalysatorgehäuse
    6
    drittes Katalysatorgehäuse
    7
    ECU
    8
    Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
    10
    erster NOx-Sensor
    11
    zweiter NOx-Sensor
    12
    Temperatursensor

Claims (5)

  1. Steuereinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, welche mit einer ersten Abgasreinigungseinrichtung, die in einem Abgasdurchgang angeordnet ist und einen NOx-Speicher-Reduktionskatalysator beinhaltet, und einer zweiten Abgasreinigungseinrichtung versehen ist, die in dem Abgasdurchgang stromabwärts der ersten Abgasreinigungseinrichtung angeordnet ist und einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion beinhaltet, wobei die Steuerungseinrichtung eine Ermittlungseinheit, die dazu ausgelegt ist, eine NH3-Adsorptionsmenge als eine NH3-Menge zu ermitteln, die in dem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion adsorbiert ist; einen Detektor, der dazu ausgelegt ist, eine Temperatur des Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion zu erfassen; und eine Steuerungseinheit aufweist, die, wenn die von der Ermittlungseinheit ermittelte NH3-Adsorptionsmenge nicht geringer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, dazu ausgelegt ist, derart zu arbeiten, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in der Verbrennungskraftmaschine zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemischs auf ein vorbestimmtes mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, welches höher ist als ein theoretisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wenn die durch den Detektor erfasste Temperatur nicht geringer ist als eine untere Grenztemperatur, bei der NH3 oxidiert werden kann, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in der Verbrennungskraftmaschine zu verbrennende Luft-Kraftstoff-Gemischs auf ein vorbestimmtes schwaches mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird, welches geringer ist als das vorbestimmte magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis und welches eine NOx-Menge erhöht, die, verglichen mit einer NOx-Menge, die in dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator pro Zeiteinheit gespeichert wird, pro Zeiteinheit aus dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator ausströmt, wenn die von dem Detektor erfasste Temperatur geringer ist als die untere Grenztemperatur.
  2. Steuereinrichtung für die Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit einen Temperaturerhöhungsvorgang zum Erhöhen einer Temperatur des Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion ausführt, wenn die von dem Detektor erfasste Temperatur nicht geringer ist als eine vorbestimmte Temperatur, welche höher ist als die untere Grenztemperatur, wenn die von der Ermittlungseinheit ermittelte NH3-Adsorptionsmenge nicht geringer ist als der vorbestimmte Schwellenwert.
  3. Steuereinrichtung für die Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerungseinheit den Temperaturerhöhungsvorgang mittels Verzögern eines Zündzeitpunkts der Verbrennungskraftmaschine durchführt.
  4. Steuereinrichtung für die Verbrennungskraftmaschine gemäß Anspruch 2, wobei die Steuerungseinheit den Temperaturerhöhungsvorgang mittels Vorverlegen eines Ventilöffnungszeitpunkts eines Auslassventils der Verbrennungskraftmaschine durchführt.
  5. Steuereinrichtung für die Verbrennungskraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Abgasreinigungseinrichtung zusätzlich zu dem NOx-Speicher-Reduktionskatalysator einen Dreiwege-Katalysator beinhaltet.
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