DE19722147A1 - Stickoxidreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Stickoxidreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasemissionsreinigungsgerät zum Reinigen von Stickoxiden, die in einem Abgas einer Brennkraftmaschine enthalten sind.
Stickoxide (NOx) die durch Brennkraftmaschinen wie beispielsweise Dieselmotoren ausgestoßen werden, werden unter Verwendung einer Katalysatorvorrichtung gereinigt, die ein metallisches Zeolith oder dergleichen einsetzen. Entsprechend ist das Reinigungsverhältnis der vorstehend genannten Katalysatorvorrichtung, wie durch die Kurve 51 in Fig. 2 gezeigt ist, nur in einem speziellen Temperaturbereich (T1 bis T3, in der Figur beispielsweise 200 bis 300°C) hoch. Des weiteren ist es bekannt, daß die Reaktion dieser Katalysatorvorrichtung für Stickoxide beispielsweise durch Hinzufügen einer Wasserstoff-Kohlenstoff-(Kohlenwasserstoff)- Komponente oder dergleichen zum Kraftstoff beschleunigt wird. Aus diesem Grund ist ein Verfahren vorgeschlagen, um ein Reduktionsmittel für Dieselkraftstoff oder dergleichen stromaufwärtig der Katalysatorvorrichtung zuzuführen, dieses mit dem Abgas zu vermischen und eine Reinigung der Stickoxide dadurch zu beschleunigen.
Entsprechend ist es, wie zuvor ausgedrückt, zur Erhöhung eines Reinigungsverhältnisses der Stickoxide ausreichend, viele Kohlenwasserstoffe als Reduktionsmittel zuzuführen. Ein Anstieg der Zufuhr der Kohlenwasserstoffe führt jedoch zu einem Anstieg der Temperatur der Katalysatorvorrichtung aufgrund der Reaktionshitze der Kohlenwasserstoffe und aus diesem Grund steigt die Katalysatoraktivität übermäßig an und der bevorzugte Temperaturbereich des Reinigungsverhältnisses in der Nähe von T2 in Fig. 2 wird überstiegen. Deswegen ist es notwendig, Kohlenwasserstoffe in einer Menge hinzuzufügen, die ihrem Zustand entspricht, und die Katalysatorvorrichtung in einem Zustand mit hohem Reinigungsverhältnis zu halten.
Diesbezüglich offenbart die JP 04-214919 A eine Katalysatorvorrichtung, die mehrere, mit einem Katalysator versehene Einheiten und eine Vorrichtung zur Zufuhr von Kohlenwasserstoffen hat, die ein Überhitzen des Katalysators verhindert, indem veranlaßt wird, daß die Vorrichtung zur Zufuhr der Kohlenwasserstoffe nur bezüglich einer Einheit in einem vorbestimmten Temperaturbereich betrieben wird, und die veranlaßt, daß das Reinigungsverhältnis der Stickoxide verbessert wird.
Das in dem zuvor beschriebenen Dokument offenbarte Stickoxidreinigungsgerät erfordert jedoch Geräte zur Zufuhr von Kohlenwasserstoffen in einer Anzahl, die gleich der Anzahl der Katalysatorvorrichtungen ist, und es besteht ein Problem darin, daß der Aufbau des Geräts komplex, in den Abmessungen groß und in den Kosten hoch wird.
Angesichts derartiger Probleme des Stands der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein besseres Stickoxidreinigungsgerät zu schaffen, das in der Lage ist, das Reinigungsverhältnis von Stickoxiden unter Verwendung eines einfachen Aufbaus zu erhöhen.
Bei einem Stickoxidreinigungsgerät gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Katalysatorvorrichtung aus einer ersten Katalysatorvorrichtung, die an einer stromaufwärtigen Seite eines Abgaskanals angeordnet ist, und einer zweiten Katalysatorvorrichtung hergestellt, die in Reihe an einer stromabwärtigen Seite der ersten Katalysatorvorrichtung angeordnet ist, wobei ebenso eine Zylinderbaugruppe aus einer ersten Zylindergruppe, die mit einer stromaufwärtigen Seite der ersten Katalysatorvorrichtung verbunden ist, und einer zweiten Zylindergruppe hergestellt ist, die mit einem Abgaskanal verbunden ist, der zwischen der ersten Katalysatorvorrichtung und der zweiten Katalysatorvorrichtung liegt.
Außerdem gibt eine Kraftstoffeinspritzregelvorrichtung an jeden jeweiligen Zylinder oder an jede jeweilige Zylindergruppe einen Kraftstoffeinspritzhauptbefehl zur Erzeugung eines Motorabtriebs und einen späteren Kraftstoffeinspritzbefehl zur Zufuhr von Kohlenwasserstoffen aus. Entsprechend verwirklicht die Kraftstoffeinspritzregelvorrichtung eine Maximierung eines Reinigungsverhältnisses von Stickoxiden, während eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung entsprechend einem Aktivitätszustand der ersten Katalysatorvorrichtung oder der zweiten Katalysatorvorrichtung reguliert wird, und sie unterdrückt ein Überhitzen der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen.
Aufgrund des Aufbaus der Vorrichtung in der zuvor beschriebenen Weise strömt ein von der ersten Zylindergruppe ausgestoßenes Abgas in die erste Katalysatorvorrichtung, während ein von der zweiten Zylindergruppe ausgestoßenes Abgas und ein durch die erste Katalysatorvorrichtung gereinigtes Abgas in die zweite Katalysatorvorrichtung strömt. Weil eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung für jeden Zylinder oder jede Zylindergruppe verwirklicht werden kann, kann entsprechend die Menge des Kohlenwasserstoffreduktionsmittels, d. h. die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung, die der ersten Katalysatorvorrichtung zugeführt wird, und die Menge des Kohlenwasserstoffreduktionsmittels, d. h. die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung, die der zweiten Katalysatorvorrichtung zugeführt wird, getrennt voneinander verwirklicht werden.
Aus diesem Grund kann ein geeignetes Kohlenwasserstoffreduktionsmittel den mehreren Katalysatorvorrichtungen in Übereinstimmung mit einem Aktivitätszustand der ersten und zweiten Katalysatorvorrichtung zugeführt werden, der durch die Katalysatoraktivitätsbestimmungseinrichtung bestimmt wird. Es wird nämlich möglich, eine geeignete Menge an Kohlenwasserstoffen (späterer Kraftstoff) zuzuführen, ohne überschüssige Kohlenwasserstoffe (späterer Kraftstoff) der Katalysatorvorrichtung zuzuführen, wodurch die Katalysatorvorrichtung in einem Zustand geregelt wird, in dem das Reinigungsverhältnis so groß wie möglich ist.
Weil die vorstehend beschriebene spätere Kraftstoffeinspritzung während eines Arbeitshubs oder eines Auspuffhubs eingespritzt wird, besteht eine Wirkung auch darin, daß es möglich wird, zu einem Kohlenwasserstoff zu wechseln, der zur Reduktion von Stickoxiden durch eine Wärme innerhalb des Zylinders geeignet ist.
Eine wirkungsvolle Reinigung der Stickoxide kann durch Aufteilen der Katalysatoraktivitätszonen in eine erste Aktivitätszone (links von T1 in Fig. 2) mit geringster Katalysatoraktivität, in der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der Katalysatorvorrichtung eine Umwandlung mit einem extrem geringen Niveau vollzieht, eine zweite Aktivitätszone (zwischen T1 und T2 in Fig. 2), in der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide mit einem Anstieg der Katalysatoraktivität ansteigt, eine dritte Aktivitätszone (zwischen T2 und T3 in Fig. 2), in der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide mit einer Abnahme der Katalysatoraktivität abfällt, und eine vierte Aktivitätszone (rechts von T3 in Fig. 2) der höchsten Katalysatoraktivität erzielt werden, in der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide eine Umwandlung mit einem extrem geringen Niveau vollzieht, wobei eine Größe und ein Zuordnungsverhältnis der Menge des später eingespritzten Kraftstoffes für die jeweiligen Zylinder oder die jeweilige Zylindergruppe in jeder der mehreren Katalysatoraktivitätszonen dazu veranlaßt wird, variiert zu werden (siehe das bevorzugte Ausführungsbeispiel, das später beschrieben wird).
Der Grund dafür liegt darin, daß sich die Neigung des Reinigungsverhältnisses der Stickoxide zu einem Anstieg oder zu einem Abfall bezüglich der Katalysatoraktivität vollständig gemäß der vorstehend genannten jeweiligen Zonen unterscheidet und somit, wenn eine Regelung der an deren Eigenschaften angepaßten Kraftstoffeinspritzung nicht durchgeführt wird, eine Maximierung des Reinigungsverhältnisses nicht verwirklicht werden kann.
Beispielsweise wird es bei der Beziehung zwischen der zweiten Aktivitätszone und der dritten Aktivitätszone bevorzugt, daß in der dritten Aktivitätszone eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung, die kleiner als eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung ist, die in der zweiten Aktivitätszone verwirklicht wird, für einen Zylinder verwirklicht wird, der zur ersten Zylindergruppe gehört, und eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung, die größer als eine Menge der spätere Kraftstoffeinspritzung, die in der zweiten Aktivitätszone verwirklicht wird, für einen Zylinder verwirklicht wird, der zur zweiten Zylindergruppe gehört.
Kurz gesagt liegt das daran, daß in der dritten Aktivitätszone ein Bedarf dafür besteht, einen Zustand der übermäßigen Katalysatoraktivität der ersten Katalysatorvorrichtung an der stromaufwärtigen Seite zu unterdrücken, die über einen idealen Aktivitätszustand des Katalysators steigt, bei dem ein Reinigungsverhältnis von Stickoxiden maximal ist, während ein Zuführen von Kohlenwasserstoffen und ein Hervorrufen der Verbesserung des Reinigungsverhältnisses für gewöhnlich eine geeignete Regelung ist, um zu veranlassen, daß die zweite Katalysatorvorrichtung, bei der ein Aktivitätszustand relativ gering ist, einen Katalysatoraktivitätszustand mit einem hohen Stickoxidreinigungsverhältnis annimmt.
Diese Technik ist nicht nur in dem Fall von zwei Katalysatorvorrichtungen wirkungsvoll, sondern sie ist auch auf einen Fall anwendbar, bei dem mehr als zwei Katalysatorvorrichtungen, d. h. drei oder mehr Katalysatorvorrichtungen vorgesehen sind.
Eine Maximierung eines Reinigungsverhältnisses von Stickoxiden wird nämlich verwirklicht, indem angenommen wird, daß eine Anzahl der Katalysatorvorrichtungen gleich n ist und Zylinder in n Zylindergruppen unterteilt sind, eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit einem Aktivitätszustand der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen reguliert wird und ein Überhitzen der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen unterdrückt wird.
Entsprechend strömt aufgrund des vorstehend beschriebenen Aufbaus ein von einer i-ten Zylindergruppe ausgestoßenes Abgas in die i-te Katalysatorvorrichtung, während ein von einer (i+1)-ten Zylindergruppe ausgestoßenes Abgas und ein durch die i-te Katalysatorvorrichtung gereinigtes Abgas in eine (i+1)-te Katalysatorvorrichtung strömt. Weil entsprechend eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung für jeden Zylinder oder jede Zylindergruppe verwirklicht werden kann, kann die Menge des Kohlenwasserstoffreduktionsmittels, d. h. die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung, die der i-ten Katalysatorvorrichtung zugeführt wird, und die Menge des Kohlenwasserstoffreduktionsmittels, d. h. die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung, die der (i+1)-ten Katalysatorvorrichtung zugeführt wird, getrennt voneinander verwirklicht werden.
Aus diesem Grund kann ein geeignetes Kohlenwasserstoffreduktionsmittel den mehreren Katalysatorvorrichtungen in Übereinstimmung mit einem Aktivitätszustand der i-ten und (i+1)-ten Katalysatorvorrichtung zugeführt werden, der durch die Katalysatoraktivitätsbestimmungsvorrichtung bestimmt wird. Es wird nämlich möglich, eine geeignete Menge Kohlenwasserstoffe (späterer Kraftstoff) zuzuführen, ohne überschüssige Kohlenwasserstoffe (späterer Kraftstoff) der Katalysatorvorrichtung zuzuführen, wodurch die Katalysatorvorrichtung in einem Zustand geregelt wird, bei dem das Reinigungsverhältnis so hoch wie möglich ist.
Ähnliche Wirkungen wie die vorgenannten zeigen sich selbst in dem Fall, bei dem drei oder mehrere Katalysatorvorrichtungen verwendet werden.
Außerdem ist es vorzuziehen, daß ein Temperaturbereich der an der stromaufwärtigen Seite angeordneten Katalysatorvorrichtung, in dem Stickoxide reinigbar sind, geringer als ein Temperaturbereich der an der stromabwärtigen Seite angeordneten Katalysatorvorrichtung ist, in dem Stickoxide reinigbar sind. Dies liegt daran, daß die Katalysatorvorrichtung an der stromaufwärtigen Seite, wo der Anstieg der Temperatur erleichtert wird, während des Startens und dergleichen schnell an Temperatur zunimmt und eine schnelle Aktivierung bei einer geringerer Temperatur durch Einsatz eines derartigen Aufbaus möglich wird.
Es ist vorzuziehen, daß eine Gesamtmenge der späteren Kraftstoffeinspritzung in einer Zylindergruppe verwirklicht wird, wobei die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung in die Gruppe dazu veranlaßt wird, auf einen Abschnitt der Zylinder der Gruppe konzentriert zu werden, und die Kraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt wird, ausgeführt zu werden. Dies liegt darin, weil durch ein Hervorrufen einer Konzentration der Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung in einen Abschnitt der Zylinder die Einspritzmenge der späteren Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder, in die die Einspritzung erfolgt, relativ größer als in einem Fall gemacht werden kann, bei dem die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung einheitlich für die jeweiligen Zylinder verwirklicht wird, und es für die Kraftstoffeinspritzvorrichtung möglich wird, eine Vorrichtung mit relativ niedriger Betätigungsleistung einzusetzen (beispielsweise ein Ansprechverhalten oder eine betreibbare Minimalbetätigungsmenge eines Ventils).
Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung wird es auch durch ein Regulieren einer Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung in jede Zylindergruppe möglich, eine Maximierung des Reinigungsverhältnisses der Stickoxide zu verwirklichen, während in geeigneterer Weise ein Überhitzen der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen unterdrückt wird.
Dies liegt daran, weil durch Regulieren der Gesamtmenge der Hauptkraftstoffeinspritzung in die Zylindergruppe die Temperatur des Abgases, das in die Katalysatorvorrichtungen strömt, die mit der Gruppe verbunden sind, verändert wird und eine Regelung der Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs und der Geschwindigkeit des Temperaturabfalls der Katalysatorvorrichtung möglich wird.
Beispielsweise wird in einem Fall, bei dem zwei Katalysatorvorrichtungen vorhanden sind, in der ersten Temperaturzone eine Hauptkraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt, sich auf die erste Zylindergruppe zu konzentrieren, wodurch ein Anstieg der Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung gefördert wird, und in der vierten Temperaturzone wird eine Hauptkraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt, sich auf die erste Zylindergruppe zu konzentrieren, wodurch ein Kühlen der zweiten Katalysatorvorrichtung gefördert wird.
Dadurch, daß die Hauptkraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt wird, sich auf die erste Zylindergruppe in der ersten Aktivitätszone zu konzentrieren, wird ein Einströmen des Abgases mit hoher Temperatur in die erste Katalysatorvorrichtung konzentriert und ein Anstieg der Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung gefördert, wobei ein schnelles Anheben des Reinigungsverhältnisses der ersten Katalysatorvorrichtung möglich wird. Außerdem liegt das in der vierten Aktivitätszone daran, daß es durch ein Hervorrufen einer Konzentration der Hauptkraftstoffeinspritzung auf die erste Zylindergruppe, ein Konzentrieren des Einströmens von Abgas mit hoher Temperatur in die erste Katalysatorvorrichtung und durch ein Kühlen der zweiten Katalysatorvorrichtung möglich wird, zu veranlassen, daß die zweite Katalysatorvorrichtung einem Übergang zu einem Bereich eines hohen Reinigungsverhältnisses mit niedriger Temperatur unterliegt. Im letzteren Fall wird entsprechend eine Reinigung der Stickoxide des gesamten Abgases dazu veranlaßt, in der zweiten Katalysatorvorrichtung durchgeführt zu werden, wobei ein hohes Reinigungsverhältnis aufrechterhalten wird.
In einem allgemeineren Fall wird ebenso, wenn die Anzahl der Katalysatorvorrichtungen als n angenommen wird, in einem Fall, bei dem ein Aktivitätszustand der i-ten Katalysatorvorrichtung, die an einer stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, in der ersten Aktivitätszone ist, die Hauptkraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt, sich in die i-te Zylindergruppe zu konzentrieren und ein Anstieg der Temperatur der i-ten Katalysatorvorrichtung wird gefördert, und in einem Fall, bei dem die Temperatur der i-ten Katalysatorvorrichtung, die an einer stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, in der vierten Aktivitätszone ist, wird die Hauptkraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt, sich in die i-te Zylindergruppe zu konzentrieren und ein Kühlen der (i+1)- ten oder der letzteren Katalysatorvorrichtung, die an einer stromabwärtigen Seite angeordnet ist, wird gefördert, wodurch eine ähnliche Wirkung erzielt wird.
Die Aufgabe sowie Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Verlauf der Beschreibung offensichtlich, die nun folgt.
Die Aufgabe sowie Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen offensichtlicher, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu nehmen ist.
Fig. 1 ist eine Systemaufbauansicht eines Stickoxidreinigungsgeräts gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine Grafik, die eine Beziehung zwischen einer Katalysatortemperatur und einem Reinigungsverhältnis des Stickoxidreinigungsgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel im Vergleich zum Stand der Technik zeigt;
Fig. 3A-3D sind Grafiken, die Wellenformen einer Kraftstoffeinspritzung von jedem Zylinder bei dem Stickoxidreinigungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (erste Temperaturzone) zeigen;
Fig. 4A-4D sind Grafiken, die Wellenformen einer Kraftstoffeinspritzung von jedem Zylinder bei dem Stickoxidreinigungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (zweite Temperaturzone) zeigen;
Fig. 5A-5D sind Grafiken, die Wellenformen einer Kraftstoffeinspritzung von jedem Zylinder bei dem Stickoxidreinigungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (dritte Temperaturzone) zeigen;
Fig. 6A-6D sind Grafiken, die Wellenformen einer Kraftstoffeinspritzung von jedem Zylinder bei dem Stickoxidreinigungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (vierte Temperaturzone) zeigen;
Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das eine Regelabfolge des Stickoxidreinigungsgerät gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 8 ist ein Diagramm, das eine Reinigungscharakteristik des Stickoxidreinigungsgeräts gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zusammen mit Fällen zeigt, bei denen eine einfache Regelung durchgeführt worden ist;
Fig. 9A-9D sind Grafiken, die Wellenformen einer Kraftstoffeinspritzung von jedem Zylinder bei einem Stickoxidreinigungsgerät gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (zweite Temperaturzone) zeigt;
Fig. 10A-10D sind Grafiken, die Wellenformen einer Kraftstoffeinspritzung von jedem Zylinder bei einem Stickoxidreinigungsgerät gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (erste Temperaturzone) zeigt;
Fig. 11A-11D sind Grafiken, die Wellenformen einer Kraftstoffeinspritzung von jedem Zylinder bei einem Stickoxidreinigungsgerät gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung (vierte Temperaturzone) zeigt;
Fig. 12 ist eine Systemaufbauansicht eines Stickoxidreinigungsgeräts gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 13 ist eine Systemaufbauansicht eines Stickoxidreinigungsgeräts gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugte beispielhafte Ausführungsbeispiele werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, ein Stickoxidreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine, die Einspritzvorrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise als Vorrichtungen zum Einspritzen von Kraftstoff, die in jedem Zylinder 81-84 angeordnet sind, eine elektronische Regeleinheit (ECU) 40 als eine Einrichtung zum Regeln einer Kraftstoffeinspritzung zum Regeln der Kraftstoffeinspritzvorrichtung (den Einspritzvorrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise), mehrere Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 zur Verringerung und Reinigung von Stickoxiden, die in Abgaskanälen 35 und 36 angeordnet sind, Abgastemperatursensoren 24-26 als Vorrichtungen zum Bestimmen einer Katalysatortemperatur und -aktivität zum Messen eines Aktivitätszustands der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 und einen Geschwindigkeitssensor 28 sowie einen Beschleunigungssensor 29 als Vorrichtungen zum Erfassen eines Betriebszustands des Motors hat, um zu ermöglichen, zumindest eine Hubposition der Zylinder 81-84 zu erfassen.
Die Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 bestehen aus einer ersten Katalysatorvorrichtung 21, die an einer stromaufwärtigen Seite der Abgaskanäle 34-37 angeordnet ist, und aus einer zweiten Katalysatorvorrichtung 22, die in Reihe an einer stromabwärtigen Seite dieser ersten Katalysatorvorrichtung 21 angeordnet ist. Außerdem bestehen die Zylinder 81-84 aus einer ersten Zylindergruppe 81-83, die an einer stromaufwärtigen Seite der ersten Katalysatorvorrichtung 21 verbunden sind, und einem zweiten Zylinder 84, der mit einem Abgaskanal 36 zwischen der ersten Katalysatorvorrichtung 21 und der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 verbunden ist (nämlich entsprechend n = 2 in Anspruch 4).
Entsprechend verwirklicht die elektronische Regeleinheit (ECU) 40 als die Kraftstoffeinspritzregelvorrichtung eine Maximierung des Reinigungsverhältnisses der Stickoxide, während sie Ausgabesignale von der Katalysatoraktivitätsbestimmungsvorrichtung und der Betriebszustandserfassungsvorrichtung aufnimmt, mehreren Zylindern 81-84 bezüglich der Kraftstoffeinspritzvorrichtung eine Hauptkraftstoffeinspritzungsanweisung zur Motorabtriebserzeugung in der Nähe des oberen Kompressions- Totpunkts und eine Anweisung zur späteren Kraftstoffeinspritzung zur Kohlenwasserstoffzufuhr im Arbeitshub oder Auspuffhub anweist, wobei eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung (Wellenformen b1-b4, Fig. 3A-6D) zu mehreren Zylindern 81-84 oder den Zylindergruppen 81-83 und der Zylindergruppe 84 in Übereinstimmung mit einem Aktivitätszustand der ersten Katalysatorvorrichtung 21 oder der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 reguliert wird und wobei ein Überhitzen der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 unterdrückt wird.
Die elektronische Regeleinheit (ECU 40) teilt nämlich die Temperaturzonen in eine erste Temperaturzone (T < T2 in Fig. 2) mit niedriger Temperatur, in der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der ersten Katalysatorvorrichtung 21 einer Umwandlung mit einem extrem niedrigen Niveau unterliegt, eine zweite Temperaturzone (T1 < T < T2 in Fig. 2), in der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der ersten Katalysatorvorrichtung 21 mit einem Anstieg der Temperatur T ansteigt, eine dritte Temperaturzone T2 < T < T3 in Fig. 2), in der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der ersten Katalysatorvorrichtung 21 mit einem Temperaturabfall abnimmt, und eine Temperaturaktivitätszone (T < T3 in Fig. 2) mit hoher Temperatur, in der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der ersten Katalysatorvorrichtung 21 einer Umwandlung mit einem extrem niedrigen Niveau unterliegt, und veranlaßt, wie in den Fig. 3A-6D gezeigt ist, daß eine Größe und ein Zuordnungsverhältnis der Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung (Wellenformen b1-b4) für die jeweiligen Zylindergruppen 81-83 und die Zylindergruppe 84 in jeder der mehreren Temperaturzonen variiert wird.
Beispielsweise sind, wie in den Fig. 5A-5D gezeigt ist, in der dritten Temperaturzone die Mengen der späteren Kraftstoffeinspritzung (Wellenformen b1-b3), die kleiner als die Mengen der späteren Kraftstoffeinspritzung (Wellenformen b1-b3) in der in den Fig. 4A-4D gezeigten zweiten Temperaturzone sind, bei den Zylindern 81-83 verwirklicht, die zur ersten Zylindergruppe gehören und eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung (Wellenform b4), die größer als die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung (Wellenform b4) in der in den Fig. 4A-4D gezeigten zweiten Temperaturzone ist, ist für den Zylinder 84 verwirklicht, der zur zweiten Zylindergruppe gehört.
Eine zusätzliche Beschreibung der jeweils beteiligten Elemente ist nachfolgend gegeben.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist die Brennkraftmaschine gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Dieselmotor 8 und Kraftstoff wird durch eine Kraftstoffpumpe 89 den mehreren Einspritzeinrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise zugeführt. In dieser Figur deutet das Bezugszeichen 88 einen Kraftstoffschlauch an, in dem Kraftstoff in einem konstant hohen Druckzustand akkumuliert wird. Auspuffrohre 31-33 der Zylinder 81-83 der ersten Zylindergruppe konzentrieren sich auf ein einzelnes Auspuffrohr 35 und sind mit der ersten Katalysatorvorrichtung 21 verbunden. Das Auspuffrohr 34 des zur zweiten Zylindergruppe gehörigen Zylinders 84 ist mit dem Auspuffrohr 36 verbunden, das die erste Katalysatorvorrichtung 21 und die zweite Katalysatorvorrichtung 22 verbindet.
Nun zeigt Fig. 2 eine Reinigungscharakteristik der Katalysatorvorrichtungen 21 und 22. Die durch das Bezugszeichen 51 angedeutete Kurve ist eine Reinigungscharakteristik für Stickoxide und die durch das Bezugszeichen 52 angedeutete Kurve ist eine Reinigungscharakteristik für Kohlenwasserstoffe.
Wenn nämlich die Temperatur des Katalysators kleiner als T1 ist, werden weder Stickoxide noch Kohlenwasserstoffe gereinigt. Die Reinigung von Stickoxiden und Kohlenwasserstoffen beginnt im wesentlichen nur, wenn die Katalysatortemperatur T Werte annimmt, die größer als T1 sind. Entsprechend steigt das Reinigungsverhältnis für Stickoxide an und das Reinigungsverhältnis für Stickoxide nimmt ab, wenn die Temperatur T2 möglicherweise überstiegen wird, bei der das Reinigungsverhältnis für Stickoxide maximal ist. Wenn die Katalysatortemperatur T Werte annimmt, die größer als T3 sind, wird das Reinigungsverhältnis für Stickoxide im wesentlichen zu Null.
In der zuvor beschriebenen Weise wird eine deutliche Reinigung von Stickoxiden nur in einem Fall durchgeführt, bei dem die Temperatur des Katalysators in einem vorbestimmten Temperaturbereich T1-T3 ist. Beispielsweise ist bei einem Katalysator, bei dem Zeolith ein Träger für Platin ist, die vorgenannte Temperatur T1 ungefähr 200°C, T2 ungefähr 250°C und T3 ungefähr 300°C. Bei einem Katalysator, bei dem beispielsweise Zeolith ein Träger für Kupfer ist oder bei dem ein Ionenaustausch ausgeführt worden ist, ist die vorgenannte Temperatur T1 ungefähr 300°C, T2 ist ungefähr 400°C und T3 ist ungefähr 500°C.
Obwohl die Reinigungsreaktion für Stickoxide durch das Hinzufügen einer Kohlenwasserstoffkomponente zum Kraftstoff oder dergleichen gefördert werden kann, besteht ein Problem, daß die Reaktion an der stromaufwärtigen Seite der Katalysatorvorrichtungen aufgrund dieses Hinzufügens von Kohlenwasserstoffen erhöht wird und das Reinigungsverhältnis aufgrund des Anstiegs der Temperatur der Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 abnimmt.
Nachfolgend wird eine Betriebsweise des Stickoxidreinigungsgeräts 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 3A-6D beschrieben. In diesen Zeichnungen gibt die horizontale Achse einen Kurbelwinkel wieder und die vertikale Achse gibt ein Einspritzverhältnis von Kraftstoff pro Zeiteinheit wieder.
Die Fig. 3A-3D zeigen Wellenformen der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise auf der Grundlage von Kraftstoffeinspritzanweisungen von der ECU 40 in einem Fall, bei dem eine Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 geringer als T1 ist, d. h. in der ersten Temperaturzone. Es zeigen nämlich a1-a3 jeweils die Wellenform der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung der Zylinder 81-84 und b1-b3 zeigen jeweils die Wellenform der Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung der Zylinder 81-84. In dieser Zeichnung deutet OT den Zeitpunkt des Zylinders in oberer Totpunktlage und UT den Zeitpunkt des Zylinders in unterer Totpunktlage an. Die zugeordneten nachgestellten Nummern 1-4 für die Zylinder entsprechen den Zylindern 81-84.
Die Fig. 4A-4D zeigen in ähnlicher Weise Wellenformen der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise in einem Fall, bei dem die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 über T1 und unter T2 liegt, d. h. in der zweiten Temperaturzone. Die Fig. 5A-5D zeigen Wellenformen der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise in einem Fall, bei dem die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung über T2 und unter T3 liegt, d. h. in der dritten Temperaturzone. Die Fig. 6A-6D zeigen Wellenformen der Kraftstoffeinspritzung durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise in einem Fall, bei dem die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 über T3 liegt, d. h. in der vierten Temperaturzone.
Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm des Betriebs dieses Geräts 1. Zunächst liest im Schritt 601 die ECU 40 die Ausgabesignale vom Beschleunigungssensor 29 und vom Drehzahlsensor 28 sowie von den Abgastemperatursensoren 24-26 ein. Entsprechend wird im Schritt 602 die Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung zum Erreichen eines Motorabtriebs aus den Signalen des Beschleunigungssensors 29 und des Drehzahlsensors 28 berechnet. Nachfolgend werden im Schritt 603 die Katalysatortemperaturen der ersten Katalysatorvorrichtung 21 und der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 auf der Grundlage der Ausgangssignale der Abgastemperatursensoren 24-26 geschätzt.
Als das Verfahren zum Schätzen der Katalysatortemperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 bestehen als einfache Verfahren beispielsweise ein Verfahren unter Verwendung der Abgastemperatur des Abgastemperatursensors 25 an dessen stromabwärtiger Seite oder ein Verfahren, bei dem die höhere Temperatur der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abgastemperatursensoren 24 und 25 eingesetzt wird, oder dergleichen Verfahren. Es besteht auch ein Verfahren, bei dem ein gewichteter Mittelwert des Ausgangs der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abgastemperatursensoren 24 und 25 eingesetzt wird.
In ähnlicher Weise bestehen als Verfahren zum Bestimmen der Katalysatortemperatur der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 einfache Verfahren, beispielsweise Verfahren unter Verwendung einer Abgastemperatur des Abgastemperatursensors 26 an seiner stromabwärtigen Seite oder ein Verfahren, bei dem die höhere Temperatur der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abgastemperatursensoren 25 und 26 eingesetzt wird, oder dergleichen Verfahren. Es besteht auch ein Verfahren, bei dem ein gewichteter Mittelwert des Ausgangs der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abgastemperatursensoren 25 und 26 eingesetzt wird.
Entsprechend werden im Schritt 604 eine erste Grenztemperatur, d. h. eine erste verwirklichte Temperatur T1, eine zweite Grenztemperatur, d. h. eine erste verwirklichte Temperatur T2, und eine dritte Grenztemperatur, d. h. eine erste verwirklichte Temperatur T3, wie in Fig. 2 gezeigt ist, eingelesen. Im Schritt 605 wird bestimmt, ob die Katalysatortemperatur T der ersten Katalysatorvorrichtung 21 kleiner als die erste verwirklichte Temperatur T1 ist. Wenn diese Bestimmung bejaht wird, schreitet das Programm zu Schritt 606 fort. Wenn eine verneinende Entscheidung erfolgt, schreitet das Programm zu 607 fort.
Im Fall eines Fortschreitens zu Schritt 606, d. h. in einem Fall, bei dem die Katalysatortemperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 nicht die Katalysatoraktivitäts- Starttemperatur T1 erreicht hat, wird die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung der Zylinder 81-83, die zur ersten Zylindergruppe gehören, dazu veranlaßt, Null zu sein. Des weiteren wird die Menge der Kraftstoffeinspritzung für die zweite Zylindergruppe (d. h. den Zylinder 84) mit einem Wert verwirklicht, der einer Katalysatortemperatur Ts der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 entspricht.
Die Katalysatortemperatur der stromabwärtsseitigen zweiten Katalysatorvorrichtung 22 ist nämlich für gewöhnlich geringer als die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21. Der Grund dafür liegt darin, daß die Temperatur des Abgases aufgrund der Wärmestrahlung während des Intervalls abnimmt, bis die stromabwärtsseitige zweite Katalysatorvorrichtung 22 erreicht ist. Folglich wird in einem gewöhnlichen Fall die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung b4 der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 zu Null gesetzt.
Es kann jedoch ein Fall bestehen, bei dem die Temperatur der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 höher als die der ersten Katalysatorvorrichtung 21 aufgrund der thermischen Kapazität der zweiten Katalysatorvorrichtung 21, nämlich der thermischen Trägheit der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 ist, und in einem derartigen Fall wird die Kurve 51 in Fig. 2 mit berücksichtigt und der Wert der zweiten Zylindergruppe (d. h. des Zylinders 84) wird bei einer Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung verwirklicht, um das Reinigungsverhältnis für Stickoxide auf einem leicht erhöhten Niveau gemäß ihrer Temperatur Ts aufrecht zu erhalten. Entsprechend schreitet das Programm zu Schritt 620 vor und die ECU 40 weist die vorstehend genannte verwirklichte Menge und mit der in den Fig. 3A-3D gezeigten Zeitgebung die Menge zur Hauptkraftstoffeinspritzung und die Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise an.
Als ein konkretes Beispiel einer verwirklichten Menge in den Fig. 3A-3D ist beispielsweise eine Menge von a1-a4 (Integralwerte; ebenso wie die nachfolgenden) gleich 50 mm³/Hub und eine Menge von b1-b4 ist Null. Eine Gesamtmenge der späteren Kraftstoffeinspritzung der Zylinder 81-84 ist nämlich 50 mm³ pro 2 Motorumdrehungen und folglich ist ein Verhältnis der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund der späteren Kraftstoffeinspritzung zur Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung gleich 0%. Deshalb wird keine unnötige spätere Kraftstoffeinspritzung ausgeführt, während die Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 inaktiv sind, und eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs wird vermieden.
Andererseits rückt das Programm in einem Fall, bei dem das Ergebnis von Schritt 605 verneinend ist, zu 607 vor. Im Schritt 607 wird bestimmt, ob die Katalysatortemperatur T der ersten Katalysatorvorrichtung 21 kleiner als eine zweite verwirklichte Temperatur T2 ist. Wenn diese Bestimmung bejaht wird, rückt das Programm zu Schritt 608 fort; wenn verneint wird, geht das Programm zu Schritt 609 über.
In einem Fall des Vorrückens zu Schritt 608, d. h. in einem Fall, bei dem die Katalysatortemperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 die Katalysatoraktivitäts- Starttemperatur T1 erreicht hat aber geringer als die Maximaltemperatur T2 ist (in der zweiten Temperaturzone), werden die Mengen der späteren Kraftstoffeinspritzung b1-b3 der zur ersten Zylindergruppe gehörigen Zylinder 81-83 dazu veranlaßt, eine vergleichsweise geringe Menge A1 zu sein, wie in den Fig. 4A-4D gezeigt ist.
Der Grund dafür liegt darin, daß das Reinigungsverhältnis für Stickoxide als eine direkte Wirkung erhöht wird, indem die Kohlenwasserstoffkonzentration des in die erste Katalysatorvorrichtung 21 strömenden Abgases dazu veranlaßt wird, hoch zu sein, und dabei die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 ansteigt und das Reinigungsverhältnis sich als eine indirekte Wirkung durch die Kohlenwasserstoffreaktionshitze erhöht. Entsprechend werden zu diesem Zeitpunkt die zugeführten Kohlenwasserstoffe für gewöhnlich nicht alle in der stromaufwärtigen Katalysatorvorrichtung 21 reagieren und die nicht reagierten Kohlenwasserstoffe strömen in die stromabwärtige Katalysatorvorrichtung 22. Deswegen tritt ein Anstieg der Temperatur der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 aufgrund einer Reaktion der verbleibenden Kohlenwasserstoffe auch in der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 auf.
Entsprechend wird die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 so verwirklicht, daß sie ein Wert A2 ist, der der Katalysatortemperatur Ts der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 entspricht. Die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung der zweiten Zylindergruppe (d. h. des Zylinders 84) ist nämlich so verwirklicht, daß sie eine derartige Menge ist, daß die Katalysatortemperatur der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 nicht übermäßig ansteigt.
Entsprechend rückt das Programm zu Schritt 620 vor und die ECU 40 weist die vorstehend genannte verwirklichte Menge und mit der in den Fig. 4A-4D gezeigten Zeitgebung die Menge zur Hauptkraftstoffeinspritzung und die Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise an.
Als ein konkretes Beispiel einer verwirklichten Menge in den Fig. 4A-4D ist eine Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung a1-a4 beispielsweise gleich 50 mm³/Hub, eine Menge A1 der späteren Kraftstoffeinspritzung b1-b3 der ersten Zylindergruppe ist 1 mm³/Hub entsprechend 2% der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung, und eine Menge A2 der späteren Kraftstoffeinspritzung b4 der zweiten Zylindergruppe ist 1 mm³/Hub entsprechend 2% der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung. Eine Gesamtmenge der Hauptkraftstoffeinspritzung der Zylinder 81-84 ist nämlich 4 mm³ pro 2 Motorumdrehungen und folglich ist ein Verhältnis der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund der späteren Kraftstoffeinspritzung zur Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung gleich 2%.
In diesem Fall ist das in die zweite Katalysatorvorrichtung 22 strömende Abgas ein Gemisch aus einem Abgas, das von dem Abgasrohr 34 einströmt (d. h. Abgas von dem Zylinder 84), und einem Abgas, das von der ersten Katalysatorvorrichtung 21 ausgelassen wird. Weil die Kohlenwasserstoffkonzentration des Abgases des Zylinders durch das Abgas verdünnt ist, das eine niedrige Kohlenwasserstoffkonzentration hat, das von der ersten Katalysatorvorrichtung 21 ausgelassen wird, wird die Kohlenwasserstoffkonzentration des Abgases von der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 geringer als die Kohlenwasserstoffkonzentration des Abgases der ersten Katalysatorvorrichtung 21.
Anderenfalls rückt in einem Fall, bei dem das Ergebnis von Schritt 607 verneinend ist, das Programm zu Schritt 609 vor und im Schritt 609 wird bestimmt, ob die Katalysatortemperatur T der ersten Katalysatorvorrichtung 21 geringer als die dritte verwirklichte Temperatur T3 ist. Wenn diese Bestimmung bejaht wird, rückt das Programm zu Schritt 610 vor; wenn verneint wird, rückt das Programm zu Schritt 611 vor.
In einem Fall des Vorrückens zu Schritt 610, d. h. in einem Fall, bei dem die Katalysatortemperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 gleich der Temperatur T2 bei maximalem Reinigungsverhältnis oder darüber und kleiner als die Temperatur T3 ist, bei der die Reinigung stoppt (in der dritten Temperaturzone), werden die Mengen der späteren Kraftstoffeinspritzung der Zylinder 81-83, die zur Zylindergruppe gehören, dazu veranlaßt, eine Menge A3 anzunehmen, die kleiner als die vorbeschriebene Menge A1 ist.
Der Grund dafür liegt darin, das ein zu übermäßiger Temperaturanstieg der ersten Katalysatorvorrichtung 21 vorliegt. Es reagiert nämlich im wesentlichen die gesamte Menge an Kohlenwasserstoffen in der stromaufwärtig angeordneten ersten Katalysatorvorrichtung 21 aber ein übermäßiger Temperaturanstieg kann unterdrückt werden, weil die Menge A3 der späteren Kraftstoffeinspritzung gering ist. Entsprechend nimmt die Temperatur des Abgases, das aus der ersten Katalysatorvorrichtung ausströmt und in die zweite Katalysatorvorrichtung 21 einströmt, aufgrund der Wärmestrahlung ab. Deswegen wird es möglich, die zweite Katalysatorvorrichtung 22 in einem Zustand zu regeln, bei dem das Reinigungsverhältnis für Stickoxide höher ist. Das Reinigungsverhältnis der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 kann nämlich an einem leicht erhöhten Wert aufrecht erhalten werden, indem verwirklicht wird, daß die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung für die zweite Zylindergruppe (d. h. den Zylinder 84) eine Menge A4 annimmt, die größer als die vorstehend beschriebene Menge A2 ist.
Entsprechend rückt das Programm zu Schritt 620 vor und die ECU 40 weist die vorgenannte verwirklichte Menge und mit der in den Fig. 5A-5D gezeigten Zeitgebung die Menge zur Hauptkraftstoffeinspritzung und die Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise an.
Als ein konkretes Beispiel einer verwirklichten Menge in den Fig. 5A-5D ist beispielsweise eine Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung a1-a4 50 mm³/Hub, eine Menge A3 der späteren Kraftstoffeinspritzung b1-b3 der ersten Zylindergruppe ist 0,5 mm³/Hub entsprechend 1% der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung, und eine Menge A4 der späteren Kraftstoffeinspritzung b4 der zweiten Zylindergruppe ist 2,5 mm³/Hub entsprechend 5% der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung. Eine Gesamtmenge der späteren Kraftstoffeinspritzung der Zylinder 81-84 ist nämlich 4 mm³ pro 2 Motorumdrehungen und folglich ist ein Verhältnis der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund der späteren Kraftstoffeinspritzung zur Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung gleich 2%.
Darüber hinaus wird in einem Fall, bei dem das Programm zu Schritt 611 vorgerückt ist, d. h. in einem Fall, bei dem eine Katalysatortemperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 die Temperatur T3 ist, bei der die Reinigung stoppt, oder darüber liegt (innerhalb der vierten Temperaturzone) die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung für die erste Zylindergruppe (d. h. die Zylinder 81-83) dazu veranlaßt, Null zu sein. Andererseits wird die Temperatur des in die zweite Katalysatorvorrichtung 22 strömenden Abgases aufgrund der Wärmestrahlung niedriger als das von der ersten Katalysatorvorrichtung 21 ausgelassene Abgas. Daher kann ein Fall bestehen, bei dem die zweite Katalysatorvorrichtung 22 dazu veranlaßt werden kann, einen Zustand anzunehmen, bei dem Stickoxide reinigbar sind, nämlich wobei die zweite Katalysatorvorrichtung in die dritte Temperaturzone gesetzt werden kann. Die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung für die zweite Zylindergruppe (d. h. den Zylinder 84) wird bei einem Wert verwirklicht, der der Katalysatortemperatur Ts der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 entspricht.
Entsprechend rückt das Programm zu Schritt 620 vor und die ECU 40 weist die vorstehend verwirklichte Menge und mit der in den Fig. 6A-6D gezeigten Zeitgebung die Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung und die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 11-14 in elektromagnetischer Bauweise an.
Als ein konkretes Beispiel einer verwirklichten Menge in den Fig. 6A-6D ist beispielsweise eine Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung a1-a4 50 mm³/Hub eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung b1-b3 der ersten Zylindergruppe gleich Null und eine Menge A5 der späteren Kraftstoffeinspritzung b4 der zweiten Zylindergruppe der Zylinder 81-84 ist 1 mm³ pro Hub, entsprechend 2% der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung. Eine Gesamtmenge der späteren Kraftstoffeinspritzung der Zylinder 81-84 ist nämlich 1 mm³ pro 2 Motorumdrehungen. Folglich ist ein Verhältnis der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund der späteren Kraftstoffeinspritzung zur Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung gleich 0,5%.
Fig. 8 ist ein Diagramm, in dem eine Wirkung des Stickoxidreinigungsgeräts 1 dieses Ausführungsbeispiels mit einem Fall verglichen wird, bei dem die spätere Kraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt wurde, einheitlich eine fest bleibende Menge ohne Durchführung der vorstehend beschriebenen Regelung zu sein. Die horizontale Achse gibt eine Temperatur des in die Katalysatorvorrichtung strömenden Abgases wieder und die vertikale Achse gibt das Reinigungsverhältnis der Stickoxide wieder.
Die durch das Bezugszeichen 54 in dieser Zeichnung angedeutete Kurve ist eine Reinigungscharakteristik in einem Fall, bei dem eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung für die Zylinder 81-84 dazu veranlaßt wurde, einen einigermaßen kleinen Wert, beispielsweise 0,5 mm³/Hub unbeachtlich der Katalysatortemperaturen T und Ts der ersten Katalysatorvorrichtung 21 und der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 anzunehmen. Entsprechend ist die durch das Bezugszeichen 55 angedeutete Kurve eine Reinigungscharakteristik in einem Fall, bei dem eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung für die Zylinder 81-84 dazu veranlaßt wurde, einen etwas großen Wert beispielsweise 1 mm³/Hub unbeachtlich der Katalysatortemperaturen T und Ts der ersten Katalysatorvorrichtung 21 und der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 anzunehmen.
Im Vergleich zur ersteren Charakteristik (Bezugszeichen 54) ergibt sich aus der letzteren Charakteristik (d. h. Bezugszeichen 55) bei geringer Temperatur des einströmenden Abgases ein Anstieg der Temperatur des Katalysators aus der Reaktionswärme der Kohlenwasserstoffe und ein Ansteigen des Reinigungsverhältnisses, weil die Menge der Kohlenwasserstoffe erhöht wurde, und die Abgastemperatur, zu der das maximale Reinigungsverhältnis erreicht wird, sinkt ab; dabei steigt der Wert des maximalen Reinigungsverhältnisses auch aufgrund des Anstiegs der Kohlenwasserstoffe an. Bei einer hohen Abgastemperatur steigt jedoch die Temperatur der Katalysatorvorrichtung aufgrund der Reaktionswärme der Kohlenwasserstoffe übermäßig an und das Reinigungsverhältnis sinkt ab.
Andererseits deutet das Bezugszeichen 56 eine Charakteristik in einem Fall des Stickoxidreinigungsgeräts 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel an, d. h. in einem Fall, bei dem die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung von allen Zylindern 81-84 dazu veranlaßt wird, einen vergleichsweise großen Wert (beispielsweise 1 mm³/Hub) anzunehmen, wenn die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 niedrig ist (d. h. in der zweiten Temperaturzone), und bei dem die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung der ersten Zylindergruppe (d. h. der Zylinder 81-83) dazu veranlaßt wird, einen kleinen Wert anzunehmen (beispielsweise 0,5 mm³/Hub), und bei dem die Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung der zweiten Zylindergruppe (d. h. des Zylinders 84) dazu veranlaßt wird, einen großen Wert anzunehmen (beispielsweise 2,5 mm³/Hub), wenn die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 höher ist (d. h. in der dritten Temperaturzone). Wie aus dieser Zeichnung zu verstehen ist, ergibt sich für das Stickoxidreinigungsgerät 1 dieses Ausführungsbeispiels ein hohes Reinigungsverhältnis bei einer Abgastemperatur in einem breiten Bereich.
Gemäß diesem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein Temperaturanstieg in einem Fall einer niedrigen Katalysatortemperatur gefördert, ein übermäßiger Temperaturanstieg in einem Fall einer hohen Katalysatortemperatur wird unterdrückt und ein hohes Reinigungsverhältnis für Stickoxide kann erzielt werden.
Entsprechend bestehen weder eine Vergrößerung der Abmessungen noch ein starker Anstieg der Komplexität gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Des weiteren wurde ein Fall mit einer Gesamtanzahl von zwei Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Es ist jedoch auch ein Fall mit vier Zylindern möglich, bei dem ein Maximum von vier Katalysatorvorrichtungen eingesetzt wird. In einem derartigen Fall erzeugt ein Anstieg der Anzahl der Katalysatorvorrichtungen eine entsprechenden Anstieg der Komplexität des Aufbaus, aber das Reinigungsverhältnis der Stickoxide wird verbessert.
Außerdem ist es annehmbar, Vorrichtungen mit identischen Charakteristiken als die erste Katalysatorvorrichtung 21 und die zweite Katalysatorvorrichtung 22 einzusetzen. Ebenso können Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 mit unterschiedlichen Charakteristiken eingesetzt werden. Im letzteren Fall kann der Temperaturbereich, in dem Stickoxide reinigbar sind, insbesondere aufgeweitet werden, indem bei der ersten Katalysatorvorrichtung 21 ein stromaufwärtiger Katalysator eingesetzt wird, bei dem eine Reinigung der Stickoxide in einem Bereich der niedrigeren Temperatur möglich ist (beispielsweise ein Platin/Zeolith-Katalysator), und indem in der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 ein stromabwärtiger Katalysator eingesetzt wird, der in einem Bereich einer höheren Temperatur aktiviert wird (beispielsweise ein Kupfer/Zeolith-Katalysator). Dabei steigt die Temperatur der Katalysatorvorrichtung 21 an der stromabwärtigen Seite schnell aufgrund der Wärme des Abgases an und somit entsteht ein Vorteil, der darin liegt, daß die Katalysatorvorrichtung 21 schneller als im allgemeinen aktiviert werden kann.
Gemäß dem Stand der Technik wurde in einem Fall, bei dem eine Katalysatorvorrichtung, die bei einer geringeren Temperatur aktiviert wird, und eine Katalysatorvorrichtung in Serie angeordnet sind, die bei einer hohen Temperatur aktiviert wird, ein Verfahren angewendet, gemäß dem die bei einer höheren Temperatur aktivierte Katalysatorvorrichtung an der stromaufwärtigen Seite angeordnet wird, nämlich aus Gründen, die nachfolgend beschrieben werden. Der Grund liegt nämlich darin, daß in einem Fall, bei dem Kohlenwasserstoffe von der stromaufwärtigen Seite der Katalysatorvorrichtung zugeführt werden, das Anordnen eines Katalysators, der bei einer niedrigen Temperatur aktiviert wird, an der stromaufwärtigen Seite dazu führen könnte, daß alle Kohlenwasserstoffe in der Katalysatorvorrichtung an der stromaufwärtigen Seite reagieren, wodurch es unmöglich wird, die Kohlenwasserstoffe dem Katalysator an der stromabwärtigen Seite zuzuführen.
Wenn entsprechend ein derartiges System in einen Fall verwendet wird, bei dem eine Beschleunigung von einer Leerlaufdrehzahl durchgeführt wird, tritt keine Aktivierung auf, bis der Katalysator an der stromaufwärtigen Seite eine hohe Temperatur erreicht, unbeachtlich eines Wunsches nach einer schnellen Aktivierung und einer Reinigung von Stickoxiden mit einer Katalysatorvorrichtung an einer stromaufwärtigen Seite, für die ein Temperaturanstieg erleichtert ist, was dazu führt, daß das Reinigungsverhältnis während der Fahrt verringert wird.
Weil gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch Kohlenwasserstoffe jeweils der stromaufwärtigen Katalysatorvorrichtung 21 und der stromabwärtigen Katalysatorvorrichtung 22 zugeführt werden können, tritt kein Problem aufgrund des vorstehend beschriebenen Grundes auf und folglich wird es möglich, die Katalysatorvorrichtung schnell zu aktivieren, ohne daß ein Problem entsteht, weil die Katalysatorvorrichtung 21 an der stromaufwärtigen Seite angeordnet wird, die bei einer geringen Temperatur aktiviert wird.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in den Fig. 9A-9D gezeigt ist, ein anderes Beispiel eines Ausführungsbeispiels, bei dem eine spätere Kraftstoffeinspritzung für die erste Zylindergruppe (d. h. die Zylinder 81-83) des ersten Ausführungsbeispiels auch dazu veranlaßt wird, in einen Zylinder 81 (oder 82 oder 83) einzuspritzen, wobei die spätere Kraftstoffeinspritzung nicht bei den anderen Zylindern 82 und 83 durchgeführt wird. Die Fig. 9A-9D zeigen Kraftstoffeinspritzwellenformen in einem Zustand, der den Fig. 4A-4D des ersten Ausführungsbeispiels entspricht (d. h. die zweite Temperaturzone).
Außerdem ist dieses Ausführungsbeispiel ein Fall, bei dem die Anzahl der Zylinder der zweiten Zylindergruppe gleich eins ist, aber die spätere Kraftstoffeinspritzung in nur einem Zylinder ausgeführt wird, der zu der zweiten Zylindergruppe gehört, selbst wenn die zweite Zylindergruppe aus einer Vielzahl von Zylindern besteht.
Beispielsweise ist eine Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung a1-a4 50 mm³/Hub und bezüglich einer Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung der ersten Zylindergruppe wird eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung b1 des Zylinders 81 dazu veranlaßt, 3 mm³/Hub zu sein, was 6% der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung entspricht, wobei eine Menge der späteren Einspritzung b2 und b3 der Zylinder 82 und 83 dazu veranlaßt wird, Null zu sein. Entsprechend wird eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung b4 der zweiten Zylindergruppe dazu veranlaßt, 1 mm³/Hub zu sein, was 2% der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung entspricht. Anders ausgedrückt ist eine Gesamtmenge der späteren Kraftstoffeinspritzung der Zylinder 81-84 4 mm³ pro 2 Motorumdrehungen und folglich ist ein Verhältnis der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund einer späteren Kraftstoffeinspritzung zu der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung gleich 2%.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es unter den Einspritzeinrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise ausreichend, daß nur die Einspritzeinrichtungen 11 und 14 in Elektromagnetbauweise Einspritzeinrichtungen in Elektromagnetbauweise mit hoher Empfindlichkeit und schnellem Ansprechverhalten sind. Aus diesem Grund wird eine stärkere Kompaktheit und niedrigere Kosten der Einspritzeinrichtungen möglich und die Anzahl der Betätigungen der zweiten und dritten Einspritzeinrichtung 12 und 13 in Elektromagnetbauweise reduziert sich um die Hälfte, wodurch die Haltbarkeit ebenso verbessert wird. In den anderen Gesichtspunkten ist dieses Ausführungsbeispiel ähnlich zum ersten Ausführungsbeispiel.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in den Fig. 10A-11D gezeigt ist, ein anderes Beispiel eines Ausführungsbeispiels, bei dem eine Menge einer Hauptkraftstoffeinspritzung des ersten Ausführungsbeispiels dazu veranlaßt wird, einen unterschiedlichen Wert für eine erste Zylindergruppe und eine zweite Zylindergruppe zu haben.
Die Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung wird nämlich dazu veranlaßt, sich in der Menge in Übereinstimmung mit einem Betriebszustand des Motors und einer Temperatur der Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 zu unterscheiden.
Die Fig. 10A-10D zeigen Wellenformen der Kraftstoffeinspritzung von Einspritzeinrichtungen 11-14 in Elektromagnetbauweise in einem Fall, bei dem die Katalysatortemperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 geringer als die vorstehend beschriebene Temperatur T1 ist (d. h. die erste Temperaturzone), und sie entsprechen den Fig. 3A-3D des ersten Ausführungsbeispiels.
Eine Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung der jeweiligen Zylinder der ersten Zylindergruppe (d. h. der Zylinder 81-83) ist eine identische Menge (beispielsweise 67 mm³/Hub) und eine Menge einer Hauptkraftstoffeinspritzung des Zylinders 84 der zweiten Zylindergruppe ist Null. Anders ausgedrückt ist eine Gesamtmenge der Hauptkraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt, identisch zu den Fig. 3A-3D des ersten Ausführungsbeispiels zu sein, und nur die Zuordnung ist dazu veranlaßt, abgeändert zu sein. Entsprechend ist die Hauptkraftstoffeinspritzung der zweiten Zylindergruppe gleich Null und somit nimmt der Zylinder 84 eine Betriebsweise einer Luftpumpe an.
Bei der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise wird der Hauptkraftstoff nur innerhalb der ersten Zylindergruppe aufgeteilt und somit erhöht sich eine Temperatur des in die erste Katalysatorvorrichtung 21 strömenden Abgases, eine Temperaturerhöhung wird gefördert und das Reinigungsverhältnis für Stickoxide wird schnell aktiviert.
Entsprechend wird eine Menge der späteren Einspritzung dazu veranlaßt, ein einigermaßen kleinen Wert (beispielsweise 1 mm³/Hub) für die Zylinder 81-83 der ersten Zylindergruppe anzunehmen, und der Wert für den Zylinder 84 der zweiten Zylindergruppe ist Null. Der Grund dafür, warum die spätere Kraftstoffeinspritzung bezüglich der ersten Zylindergruppe ausgeführt wird, liegt darin, daß die Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 schnell aufgrund der Hauptkraftstoffeinspritzung ansteigt und eine Reinigung der Stickoxide durch die erste Katalysatorvorrichtung 21 schnell möglich wird.
Als Ergebnis hiervon ist eine Gesamtmenge der späteren Einspritzung in einem Fall der vorstehend genannten Werte 3 mm³ pro 2 Motorumdrehungen und ein Verhältnis der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund späteren Einspritzung zu der Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung ist im Mittel gleich 1,5%.
Außerdem wurde eine spätere Einspritzung der zweiten Zylindergruppe dazu veranlaßt, Null zu sein, weil der Zylinder 84 der zweiten Zylindergruppe eine Luftpumpe wird und die Temperatur der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 abnimmt, und eine Reinigungswirkung für Stickoxide kann nicht erwartet werden.
Dabei zeigen die Fig. 11A-11D Wellenformen der Kraftstoffeinspritzung der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 11-14 in elektromagnetischer Bauweise in einem Fall, bei dem die Katalysatortemperatur der ersten Katalysatorvorrichtung 21 den vorstehend beschriebenen Wert T3 oder einen darüberliegenden Wert annimmt (d. h. die vierte Temperaturzone), und sie entsprechen den Fig. 6A-6D des ersten Ausführungsbeispiels.
Eine Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung der jeweiligen Zylinder der ersten Zylindergruppe (d. h. der Zylinder 81-83) ist eine identische Menge (beispielsweise 67 mm³/Hub) und eine Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung des Zylinders 84 der zweiten Zylindergruppe ist Null. Eine Gesamtmenge der Hauptkraftstoffeinspritzung wird nämlich dazu veranlaßt, identisch zu den Fig. 6A-6D des ersten Ausführungsbeispiels zu sein, und nur deren Zuordnung wird dazu veranlaßt, abgewandelt zu werden. Entsprechend ist die Hauptkraftstoffeinspritzung der zweiten Zylindergruppe gleich Null und somit nimmt der Zylinder 84 eine Betriebsweise einer Luftpumpe an.
Außerdem ist eine Menge der späteren Einspritzung für die Zylinder 81-83 der ersten Zylindergruppe gleich Null, und sie nimmt einen etwas großen Wert (beispielsweise 4 mm³/Hub) für den Zylinder 84 der zweiten Zylindergruppe an. Deswegen ist ein Verhältnis der Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs aufgrund einer späteren Einspritzung zur Menge der Hauptkraftstoffeinspritzung im Mittel gleich 2,0%.
Bei der oben beschriebenen Weise wird der Zylinder 84 der zweiten Zylindergruppe dazu veranlaßt, als eine Luftpumpe betrieben zu werden, und somit nimmt die Temperatur der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 an der stromabwärtigen Seite ab und kann bei einer Temperatur gehalten werden, bei der Stickoxide reinigbar sind.
Entsprechend liegt der Grund, warum eine spätere Einspritzung für die erste Zylindergruppe dazu veranlaßt wird, Null zu sein, darin, daß die erste Katalysatorvorrichtung 21 keine Reinigungswirkung bei einer hohen Temperatur entfalten kann. Außerdem liegt der Grund, warum die Menge der späteren Einspritzung des Zylinders 84 der zweiten Zylindergruppe dazu veranlaßt wird, einen einigermaßen großen Wert anzunehmen, darin, daß das gesamte Abgas der Zylinder 81-84 in die zweite Katalysatorvorrichtung 22 strömt, ohne daß Stickoxide gereinigt werden, und somit wird eine einigermaßen große Menge an Kohlenwasserstoffen mit dem Ziel eingespritzt, das Reinigungsverhältnis für Stickoxide zu erhöhen.
Gemäß diesem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird eine Regelung zur Förderung einer Reinigung durch die Katalysatorvorrichtung selbst in einem Fall ausführbar, bei dem die erste Katalysatorvorrichtung 21 in der ersten oder vierten Temperaturzone ist. Bezüglich der anderen Gesichtspunkte ist dieses Ausführungsbeispiel ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel.
(Viertes Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in Fig. 12 gezeigt ist, ein anderes Beispiel eines Ausführungsbeispiels, bei dem die Anzahl der Zylinder, die zur ersten Zylindergruppe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gehören, gleich zwei ist, und bei dem die Anzahl der Zylinder, die zur zweiten Zylindergruppe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gehören, gleich zwei ist.
Durch diese Maßnahme wird es möglich, daß sich eine Reinigungswirkung für Stickoxide in einem breiteren Temperaturbereich durch die erste Katalysatorvorrichtung 21 oder die zweite Katalysatorvorrichtung 22 in einem Fall ergibt, bei dem die erste Katalysatorvorrichtung 21 der ersten oder vierten Temperaturzone ist.
In einem Fall, bei dem die erste Temperaturzone vorliegt, wird nämlich der Hauptkraftstoff in die zwei Zylinder 81 und 83 der ersten Zylindergruppe konzentriert und der Temperaturanstieg der ersten Katalysatorvorrichtung 21 kann schneller als beim dritten Ausführungsbeispiel erzielt werden, bei dem eine Konzentration in die drei Zylinder 81-83 erfolgt. Außerdem kommen selbst in einem Fall, bei dem die vierte Temperaturzone vorliegt, die zwei Zylinder 82 und 84, die zur zweiten Zylindergruppe gehören, zu einer Funktion als Luftpumpen, und somit ist eine Kühlung der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 stärker als im Fall des dritten Ausführungsbeispiels, bei dem ein Zylinder als eine Luftpumpe dient. Die Reinigungswirkung der zweiten Katalysatorvorrichtung 22 kann in einem breiteren Temperaturbereich als die erste Katalysatorvorrichtung 21 erhalten werden. Bezüglich der anderen Gesichtspunkte ist dieses Ausführungsbeispiel ähnlich dem dritten Ausführungsbeispiel.
(Fünftes Ausführungsbeispiel)
Dieses Ausführungsbeispiel ist, wie in Fig. 13 gezeigt ist, ein Beispiel, bei dem eine Anzahl der Zylinder 81-86 und eine Anzahl der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 11-16 in Elektromagnetbauweise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sechs ist, wobei die Zylinder 81-85, die zur ersten Zylindergruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gehören, gleich fünf ist, und bei dem der Zylinder 86, der zur zweiten Zylindergruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gehört, gleich eins ist. Bezüglich anderer Gesichtspunkte ist dieses Ausführungsbeispiel ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel.
Voranstehend ist die Anzahl der Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 nicht ausschließlich zwei sondern kann auch drei oder mehr sein.
Außerdem kann die Anzahl der Zylinder der ersten Zylindergruppe vier sein und die Anzahl der Zylinder der zweiten Zylindergruppe kann zwei sein.
Entsprechend kann der Grundgedanke der jeweiligen Ausführungsbeispiele in ähnlicher Weise auf einen Dreizylinder oder einen Achtzylindermotor ebenso angewendet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben worden ist, sollte bemerkt werden, daß zahlreiche Veränderungen und Abwandlungen Fachleuten offensichtlich werden. Derartige Veränderungen und Abwandlungen sollten so verstanden werden, daß sie in dem in den beigefügten Ansprüchen definierten Bereich der Erfindung umfaßt sind.
Zur Schaffung eines Stickoxidreinigungsgeräts für eine Brennkraftmaschine mit einem einfachen Aufbau und einer hervorragenden Reinigungscharakteristik besteht ein Stickoxidreinigungsgerät 1 aus Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 11-14, einer elektronischen Regeleinheit ECU, 40, mehreren Katalysatorvorrichtungen 21 und 22, Abgastemperatursensoren 24-26 und einer Betriebszustandserfassungseinrichtung 28, 29. Das Stickoxidreinigungsgerät 1 hat eine erste Katalysatorvorrichtung 21 an einer stromaufwärtigen Seite eines Abgaskanals 34-37 und eine zweite Katalysatorvorrichtung 22, die in Serie an deren stromabwärtiger Seite angeordnet ist. Die Zylinder 81-84 bestehen aus einer ersten Zylindergruppe 81-83, die an einer stromaufwärtigen Seite der ersten Katalysatorvorrichtung 21 angeschlossen ist, und aus einer zweiten Zylindergruppe 84, die an den Abgaskanal 34-37 zwischen den Katalysatorvorrichtungen 21 und 22 angeschlossen ist. Die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung 40 gibt eine Anweisung zur Hauptkraftstoffeinspritzung und eine Anweisung zur späteren Kraftstoffeinspritzung an jeden der mehreren Zylinder 81-84 aus und verwirklicht eine Menge der vorgenannten späteren Kraftstoffeinspritzung in Übereinstimmung mit einer Temperatur der Katalysatorvorrichtungen 21 oder 22.

Claims (14)

1. Stickoxidreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung mit
einer Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) zur Regelung einer Kraftstoffeinspritzung von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (11-14), die Zylindern (81-84) des Motors entsprechen;
einer Vielzahl Katalysatorvorrichtungen (21, 22) zum Verringern und Reinigen von Stickoxiden, die in einem Abgaskanal (34-37) des Motors angeordnet sind;
einer Katalysatoraktivitätsbestimmungseinrichtung (24-26) zum Bestimmen einer Aktivität eines Katalysators der Vielzahl der Katalysatorvorrichtungen (21, 22); und
einer Betriebszustandserfassungseinrichtung (28, 29) zum Erfassen eines Betriebszustands des Motors, durch Anzeigen von zumindest einer Hubposition der Zylinder (81-84);
wobei die Katalysatorvorrichtungen (21, 22) eine erste Katalysatorvorrichtung (21), die an einer stromaufwärtigen des Abgaskanals (24-37) angeordnet ist, und
eine zweite Katalysatorvorrichtung (22) umfassen, die in Serie an einer stromabwärtigen Seite der ersten Katalysatorvorrichtung (21) angeordnet ist; wobei
die Zylinder (81-84)
eine erste Zylindergruppe (81-83) an einer stromaufwärtigen Seite der ersten Katalysatorvorrichtung (21) und
eine zweite Zylindergruppe (84) umfassen, die mit dem Abgaskanal (36) zwischen der ersten Katalysatorvorrichtung (21) und der zweiten Katalysatorvorrichtung (22) verbunden ist; und
wobei die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, die Kraftstoffeinspritzung zu regeln, um ein Reinigungsverhältnis von Stickoxiden ansprechend auf die Katalysatoraktivitätsbestimmungseinrichtung (24-26) und die Betriebszustandserfassungseinrichtung (28, 29) zu maximieren, mehreren Zylindern (81-84) bezüglich der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (11-14) eine Anweisung zur Hauptkraftstoffeinspritzung für eine Motorabtriebserzeugung in der Nähe eines oberen Totpunkts des Kompressionshubs des Motors und eine Anweisung zur späteren Kraftstoffeinspritzung zur Kohlenwasserstoffzufuhr in einem Hub des Motors anzuweisen, eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung in die mehreren Zylinder (81-84) in Übereinstimmung mit einem Aktivitätszustand von einer der Katalysatorvorrichtungen (21, 22) zu regeln und dadurch ein Überhitzen der jeweiligen Katalysatorvorrichtung (21-22) zu unterdrücken.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) zur Bildung einer Vielzahl von Katalysatoraktivitätszonen dient, die
eine erste Aktivitätszone mit geringer Katalysatoraktivität, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) eine Umwandlung mit einem extrem niedrigen Niveau erfährt,
eine zweite Aktivitätszone, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) mit einem Anstieg der Katalysatoraktivität ansteigt,
eine dritte Aktivitätszone, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) mit einer Abnahme der Katalysatoraktivität abnimmt, und
eine vierte Aktivitätszone mit höchster Katalysatoraktivität umfassen, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) eine Umwandlung mit einem extrem niedrigen Niveau erfährt, und wobei
die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, eine Größe und ein Zuordnungsverhältnis der Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung für die jeweiligen Zylinder (82-84) dazu zu veranlassen, in jeder der Vielzahl der Katalysatoraktivitätszone variiert zu werden.
3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, für einen Zylinder (81-83) der zur ersten Zylindergruppe (81-83) gehört, eine Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung zu verwirklichen, wenn die erste Katalysatorvorrichtung (21) in der dritten Aktivitätszone liegt, die kleiner als eine Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung ist, die verwirklicht ist, wenn die erste Katalysatorvorrichtung in der zweiten Aktivitätszone liegt, und die dazu dient, für einen Zylinder (84), der zur zweiten Zylindergruppe (84) gehört, eine Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung zu verwirklichen, die größer als eine Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung ist, die verwirklicht ist, wenn die erste Katalysatorvorrichtung (21) in der zweiten Aktivitätszone liegt.
4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturbereich der an der stromaufwärtigen Seite des Geräts angeordneten Katalysatorvorrichtung (21), in dem Stickoxide reinigbar sind, geringer ist als ein Temperaturbereich einer an seiner stromabwärtigen Seite angeordneten Katalysatorvorrichtung (22), in dem Stickoxide reinigbar sind.
5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, eine Gesamtmenge der späteren Kraftstoffeinspritzung einer Zylindergruppe (81-84) zu verwirklichen, wobei eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung in der Gruppe (81-84) dazu veranlaßt wird, sich auf einen Teil der Zylinder (81-84) der Gruppe (81-84) zu konzentrieren, und wobei die Kraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt wird, durchgeführt zu werden.
6. Gerät nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide zu maximieren, während zusätzlich zur Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung eine Menge einer Hauptkraftstoffeinspritzung von jeder Zylindergruppe (81-84) geregelt wird und dadurch ein Anstieg der Temperatur der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) unterstützt wird oder ein Überhitzen der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) unterdrückt wird.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, eine Vielzahl von Katalysatoraktivitätszonen zu bilden, die
eine erste Aktivitätszone mit geringer Katalysatoraktivität, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) eine Umwandlung mit einem extrem niedrigen Niveau erfährt,
eine zweite Aktivitätszone, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) mit einem Anstieg der Katalysatoraktivität ansteigt,
eine dritte Aktivitätszone, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) mit einem Abfall der Katalysatoraktivität abfällt, und
eine vierte Aktivitätszone mit höchster Katalysatoraktivität umfassen, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) eine Umwandlung mit einem extrem niedrigen Niveau erfährt und
wobei die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) in der ersten Aktivitätszone dazu dient, eine Hauptkraftstoffeinspritzung in die erste Zylindergruppe (81- 83) zu konzentrieren, und einen Anstieg der Temperatur der ersten Katalysatorvorrichtung (21) fördert, und in der vierten Temperaturzone eine Hauptkraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt, in die erste Zylindergruppe (81-83) konzentriert zu werden, und ein Kühlen der zweiten Katalysatorvorrichtung (22) fördert.
8. Stickoxidreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung mit
einer Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) zum Regeln einer Kraftstoffeinspritzung mit Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (11-14), die Zylindern (81-84) des Motors entsprechen;
einer Vielzahl Katalysatorvorrichtungen (21, 22) zum Verringern und Reinigen von Stickoxiden, die in einem Abgaskanal (34, 37) des Motors angeordnet sind;
einer Katalysatoraktivitätsbestimmungseinrichtung (24-26) zum Bestimmen einer Aktivität eines Katalysators der Vielzahl der Katalysatorvorrichtungen (21, 22); und
einer Betriebszustandserfassungseinrichtung (28, 29) zum Erfassen eines Betriebszustands des Motors, der zumindest eine Hubposition der Zylinder (81-84) anzeigt;
wobei die Vielzahl der Katalysatorvorrichtungen (21, 22) n Katalysatorvorrichtungen (21, 22) umfaßt, die in Serie in dem Abgaskanal (34-37) aufeinander folgend von einer stromaufwärtigen Seite als erste bis n-te Katalysatorvorrichtungen (21, 22) angeordnet sind;
wobei die Zylinder (81-84) n Zylindergruppen (81-84) umfassen, die jeweils zumindest aus einem Zylinder bestehen, wobei eine erste Zylindergruppe (81-83) stromaufwärts der ersten Katalysatorvorrichtung (21) angeschlossen ist, und wobei eine i-te Zylindergruppe (84), wobei i eine Ganzzahl größer als 1 ist, an einen Abgaskanal (34-37) zwischen einer (i-1)-ten Katalysatorvorrichtung (21) und einer i-ten Katalysatorvorrichtung (22) angeschlossen ist; und
wobei die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide ansprechend auf die Katalysatoraktivitätsbestimmungseinrichtung (24-26) und die Betriebszustandserfassungseinrichtung (28, 29) zu maximieren, mehreren Zylinder (81-84) bezüglich der Kraftstoffeinspritzeinrichtung (11-14) eine Anweisung zur Hauptkraftstoffeinspritzung für eine Motorabtriebserzeugung in der Nähe eines oberen Totpunkts eines Kompressionshubs des Motors und eine Anweisung zur späteren Kraftstoffeinspritzung zur Kohlenwasserstoffzufuhr in einem Hub des Motors anzuweisen, eine Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung in mehrere Zylinder (81-84) in Übereinstimmung mit einem Aktivitätszustand der n Katalysatorvorrichtungen (21, 22) zu regeln und dadurch ein Überhitzen der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) zu unterdrücken.
9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) zur Bildung einer Vielzahl von Katalysatoraktivitätszonen dient, die
eine erste Aktivitätszone mit geringer Katalysatoraktivität, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) eine Umwandlung mit einem extrem niedrigen Niveau erfährt,
eine zweite Aktivitätszone, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der ersten Katalysatorvorrichtung (21) mit einem Anstieg der Katalysatoraktivität ansteigt,
eine dritte Aktivitätszone, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der ersten Katalysatorvorrichtung (21) mit einer Abnahme der Katalysatoraktivität abnimmt, und
eine vierte Aktivitätszone mit höchster Katalysatoraktivität umfassen, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der ersten Katalysatorvorrichtung (21) eine Umwandlung mit einem extrem niedrigen Niveau erfährt, und wobei
die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, eine Größe und ein Zuordnungsverhältnis der Menge der späteren Kraftstoffeinspritzung für die jeweiligen Zylinder (82-84) dazu zu veranlassen, in jeder der Vielzahl der Katalysatoraktivitätszonen variiert zu werden.
10. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) in einem Fall, bei dem die Aktivität der i-ten Katalysatorvorrichtung (21) in der dritten Aktivitätszone ist, dazu dient, für einen Zylinder (81-83), der zur i-ten Zylindergruppe (81-83) gehört, eine Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung zu verwirklichen, die geringer als eine Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung ist, die verwirklicht ist, wenn die i- te Katalysatorvorrichtung in der zweiten Aktivitätszone liegt, und die dazu dient, für einen Zylinder (84), der zu einer (i+1)-ten oder späteren Zylindergruppe (84) gehört, eine Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung zu verwirklichen, die größer als eine Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung ist, die verwirklicht ist, wenn die i- te Katalysatorvorrichtung in der zweiten Aktivitätszone liegt.
11. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Temperaturbereich der an einer stromaufwärtigen Seite des Geräts angeordneten Katalysatorvorrichtung (21), in dem Stickoxide reinigbar sind, geringer als ein Temperaturbereich einer an deren stromabwärtigen Seite angeordneten Katalysatorvorrichtung (22) ist, in dem Stickoxide reinigbar sind.
12. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, eine Gesamtmenge zur späteren Kraftstoffeinspritzung einer Zylindergruppe (81-84) zu verwirklichen, wobei eine Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung in der Gruppe (81-84) dazu veranlaßt wird, in einen Teil der Zylinder (81-84) der Gruppe (81-84) konzentriert zu werden, und wobei eine Kraftstoffeinspritzung dazu veranlaßt wird, durchgeführt zu werden.
13. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide zu maximieren, während zusätzlich zur Menge zur späteren Kraftstoffeinspritzung eine Menge zur Hauptkraftstoffeinspritzung von jeder Zylindergruppe (81-84) geregelt wird und dadurch ein Anstieg der Temperatur der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) unterstützt wird oder ein Überhitzen der jeweiligen Katalysatorvorrichtungen (21, 22) unterdrückt wird.
14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, eine Vielzahl von Katalysatoraktivitätszonen zu definieren, die
eine erste Aktivitätszone mit niedriger Katalysatoraktivität, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtung (21, 22) eine Umwandlung mit einem extrem niedrigen Niveau erfährt,
eine zweite Aktivitätszone, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtung (21, 22) mit einem Anstieg der Katalysatoraktivität ansteigt,
eine dritte Aktivitätszone, bei der ein Reinigungsverhältnis der Stickoxide der jeweiligen Katalysatorvorrichtung (21, 22) mit einer Abnahme der Katalysatoraktivität abnimmt, und
eine vierte Aktivitätszone mit hoher Katalysatoraktivität umfassen, bei der ein Reinigungsverhältnis von Stickoxiden der jeweiligen Katalysatorvorrichtung (21, 22) eine Umwandlung mit einem extrem niedrigen Wert erfährt;
wobei, wenn eine Aktivität der i-ten Katalysatorvorrichtung (21), die an einen stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, in der ersten Aktivitätszone ist, die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, eine Hauptkraftstoffeinspritzung in die i-te Zylindergruppe (81-83) zu konzentrieren, so daß ein Anstieg der Temperatur der i-ten Katalysatorvorrichtung (21) gefördert wird; und
wobei in einem Fall, bei dem eine Aktivität der i-ten Katalysatorvorrichtung (21), die an einer stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, in der vierten Aktivitätszone ist, die Kraftstoffeinspritzregeleinrichtung (40) dazu dient, eine Hauptkraftstoffeinspritzung in die i-te Zylindergruppe (81-83) zu konzentrieren, so daß eine Kühlung einer stromabwärtigen (i+1)-ten oder späteren Katalysatorvorrichtung (22) gefördert wird.
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