DE19924215C2 - Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents
Emissionssteuerungsvorrichtung für einen VerbrennungsmotorInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Emissionssteue
rungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor nach dem Oberbe
griff des Anspruchs 1.
Aus der JP 04-214919 ist eine Emissionssteuerungsvorrichtung für
einen Verbrennungsmotor bekannt, die zur Reduzierung der Menge
an Stickoxiden (im Nachfolgenden "NOx" genannt) mehrere Mager-
NOx-Katalysatoren enthält, die in Serie in einem Abgasstrang des
Motors angeordnet sind, sowie Kohlenwasserstoff-Versorgungs
vorrichtungen, die stromaufwärts von den einzelnen NOx-
Katalysatoren angeordnet sind, um Kohlenwasserstoffe (HC) an die
NOx-Katalysatoren in Abhängigkeit von der Temperatur eines jeden
NOx-Katalysators zu liefern. Genauer gesagt reduziert jeder
Katalysator NOx im Abgas in einem Temperaturbereich (ungefähr
zwischen 200 bis 300°C), in dem die NOx-Reduzierrate hoch ist,
indem eine Menge an HC aufgenommen wird, das von der
entsprechenden Versorgungsvorrichtung in Abhängigkeit von
Motorbetriebszuständen (Drehzahl, Last) geliefert wird.
In einer Vorrichtung, die NOx in einem Mager-NOx-Katalysator
reduziert, indem HC dorthin geliefert wird, besteht die Neigung,
daß schwere Komponenten, die in dem HC enthalten sind, in dem
Katalysator abgelagert werden und deshalb eine Verunreinigung
bzw. Vergiftung aus einer löslichen organischen Fraktion (SOF)
hervorrufen. Um diese Verunreinigung beziehungsweise Vergiftung
zu verhindern, besteht für die vorgenannte Vorrichtung die
Notwendigkeit, einen Katalysator zu verwenden, der eine hohe
Oxidationsaktivität besitzt. Katalysatoren, die eine hohe
Oxidationsaktivität besitzen, erleichtern in vorteilhafter Weise
die Reaktionen zwischen HC und NOx bei relativ niedrigen
Abgastemperaturen oder bei relativ niedrigen Katalysator
temperaturen, wohingegen diese Katalysatoren bei relativ hohen
Temperaturen die Reaktionen des HC mit Sauerstoff erleichtern
und deshalb die Menge an reduziertem NOx zurück geht. Das heißt,
die Verwendung eines Katalysators mit einer hohen Oxidations
aktivität bewirkt eine Verschiebung des Temperaturbereiches zur
Ermöglichung der NOx-Reduktion (im Nachfolgenden wird darauf als
"Temperaturfenster" Bezug genommen) zu einer niedrigeren
Temperatur hin.
Es ist eine Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Dieselmotor
bekannt, die die Menge an NOx in einem Katalysator durch
Lieferung von CO(NH2)2, das heißt von Harnstoff, in der Abgas
leitung reduziert (beispielsweise in der japanischen Gebrauchs
musteranmeldungsoffenlegung Nr. Hei 3-129712 beschrieben).
Diese Vorrichtung ist in der Lage, NOx durch Reaktionen mit
Harnstoff in Stickstoff zu reduzieren. Wenn die Vorrichtung
einen Katalysator mit einer hohen Oxidationsaktivität verwendet,
kann jedoch Stickstoff aufgrund der starken Oxidationsfähigkeit
des Katalysators oxidieren, um NOx zu erzeugen. Um bei
Verwendung von Harnstoff NOx zu reduzieren, besteht für die
Vorrichtung deshalb die Notwendigkeit, einen Katalysator mit
einer niedrigen Oxidationsaktivität zu verwenden. Wenn ein
Katalysator mit einer niedrigen Oxidationsaktivität verwendet
wird, verschiebt sich das Temperaturfenster in Richtung höherer
Temperaturen.
Deshalb ist der Temperaturbereich, in dem die Menge an NOx
reduziert wird, begrenzt, wenn ein Katalysatorsystem verwendet
wird, das die Menge an NOx durch ausschließliche Lieferung von
HC oder von Harnstoff an die Katalysatoren reduziert, um die
Menge an NOx in dem Abgas von dem Verbrennungsmotor zu
reduzieren, so dass die Reduktionsrate von NOx insgesamt
abnimmt.
Die DE 195 29 835 A1 beschreibt eine Emissionssteuervorrichtung
für einen Verbrennungsmotor zur Reduzierung einer Menge an NOx,
die im Abgas des Verbrennungsmotors enthalten ist. Diese
Emissionssteuervorrichtung weist folgende Merkmale auf: einen
ersten Katalysator, der in einem Abgasstrang angeordnet ist und
einen zweiten Katalysator, der ebenfalls im Abgasstrang ange
ordnet ist. Der zweite Katalysator weist aber eine niedrigere
Oxidationsleistung als der erste Katalysator auf.
Aus der DE 37 33 501 A1 ist eine Harnstoffversorgungsvorrichtung
zur Lieferung von Harnstoff in den Abgasstrang an einer Stelle
stromaufwärts eines zweiten Katalysators bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Emissionssteuervor
richtung für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, die auch über
einen weiten Temperaturbereich eine hohe NOx-Reduktionsrate
gewährleistet.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die
abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausfüh
rungsformen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Emissionssteuerungsvorrichtung ist in der
Lage, die Menge an NOx durch die Reaktionen von NOx mit Kohlen
wasserstoffen (HC) im ersten Katalysator bei niedrigen Abgas-
oder Katalysatortemperaturen zu reduzieren und die Menge an NOx
durch die Reaktionen von NOx mit Harnstoff im zweiten Kataly
sator bei höheren Abgas- oder Katalysatortemperaturen zu
reduzieren.
In der Emissionssteuerungsvorrichtung kann der erste Katalysator
in der Abgasleitung in einer Stelle stromaufwärts des zweiten
Katalysators in Bezug zur Abgasströmungsrichtung angeordnet
sein.
Wenn ein Sulfat im ersten Katalysator erzeugt wird und von
diesem freigesetzt wird, reagiert das Sulfat bei dieser
Konstruktion mit Harnstoff im zweiten Katalysator, der strom
abwärts angeordnet ist, wodurch Ammoniumsulfat erzeugt wird. Das
Sulfat wird auf diese Weise in eine ungefährliche Substanz
umgewandelt.
In der Emissionssteuerungsvorrichtung kann der erste Katalysator
in der Abgasleitung an einer Stelle stromabwärts des zweiten
Katalysators in Bezug zur Abgasströmungsrichtung angeordnet
sein. Bei dieser Konstruktion neigt der zweite Katalysator, der
ein größeres Temperaturfenster hat, stärker dazu, ein hoch
temperiertes Abgas, das durch Verbrennung im Verbrennungsmotor
erzeugt wurde, aufzunehmen. Der erste Katalysator, der ein
kleineres Temperaturfenster hat, nimmt das Abgas auf, nachdem
Wärme von diesem durch das Abgassystem aufgenommen wurde.
Deshalb kann die Menge an NOx wirksamer reduziert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
anhand der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausfüh
rungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um
gleiche oder ähnliche Elemente darzustellen:
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Konstruktion eines
Dieselmotors.
Fig. 2 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Menge
an eingespritztem Kraftstoff, dem Betrag der Herabdrückung eines
Gaspedals und der Motordrehzahl zeigt.
Fig. 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der Menge
an angelieferten chemischen Reduziermitteln, dem Herabdrückungs
betrag des Gaspedals und der Motordrehzahl zeigt.
Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine HC-Versorgungssteuerung
darstellt.
Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Urea-Versorgungs
steuerung darstellt.
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Temperaturfenster der Mager-
NOx-Katalysatoren zeigt.
Im Nachfolgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugmotors,
an dem ein Ausführungsbeispiel der
Emissionssteuerungsvorrichtung der Erfindung angewandt wird.
Ausführungsbeispiele davon werden nachstehend in Verbindung mit
einem Dieselmotor beschrieben, obwohl der Verbrennungsmotor auch
ein Benzinmotor sein kann, dessen Abgas eine übermäßige Menge an
Sauerstoff enthält. Bezugnehmend auf Fig. 1 sind ein erster
Mager-NOx-Katalysator 3 und ein zweiter Mager-NOx-Katalysator 4
in Serie jeweils in einem stromaufwärtigen Abschnitt und einem
stromabwärtigen Abschnitt eines Abgassystems 2 eines
Dieselmotors 1 angeordnet. Mit dem Begriff "Mager-NOx-
Katalysator" ist ein Katalysator der selektiven Reduktionsbauart
gemeint, der die Menge an NOx reduziert, indem er selektiv die
Reaktionen von NOx mit einem Reduktionswirkstoff (beispielsweise
HC, Urea oder dergleichen) in Anwesenheit einer übermäßigen
Menge an Sauerstoff fördert. Im ersten Mager-NOx-Katalysator 3
ist ein Aluminiumoxid- oder Zeolithträger mit einem Edelmetall,
das eine hohe Oxidationsaktivität besitzt, beladen,
beispielsweise mit Platin (Pt) oder dergleichen. Im zweiten
Mager-NOx-Katalysator 4 ist ein Titanoxid-, ein Aluminiumoxid-,
oder ein Zeolithträger mit Kupfer, Kobalt, Vanadium oder
dergleichen beladen, die eine niedrigere Oxidationsaktivität als
das Edelmetall des ersten Mager-NOx-Katalysators 3 haben. Eine
HC-Versorgungsvorrichtung 13 zur Zufügung von HC als
Reduktionswirkstoff ist stromaufwärts vom ersten Mager-NOx-
Katalysator 3 angeordnet. Zwischen dem ersten Mager-NOx-
Katalysator 3 und dem zweiten Mager-NOx-Katalysator 4 ist eine
Ureaversorgungsvorrichtung 14 zur Zufügung von Urea als
Reduktionswirkstoff angeordnet. Jeder Mager-NOx-Katalysator und
die entsprechende stromaufwärtig angeordnete
Reduktionswirkstoffversorgungsvorrichtung bilden eine Einheit.
Die HC-Versorgungsvorrichtung 13 ist über ein erstes Ventil 6
mit einem HC-Behältnis 15a, das mit HC (Leichtöl in diesem
Ausführungsbeispiel) gefüllt ist, verbunden. Obwohl dieses
Ausführungsbeispiel das HC-Behältnis 15a verwendet, kann die HC-
Versorgungsvorrichtung 13 stattdessen mit einem (nicht
gezeigten) Kraftstofftank verbunden sein. Ferner ist es möglich,
die HC-Versorgungsvorrichtung 13 wegzulassen und die Menge an im
Abgas enthaltenen HC zu erhöhen, indem Kraftstoff von einem
Kraftstoffeinspritzventil (nicht gezeigt) während dem Ausstoß-
oder dem Expansionstakt in eine (nicht gezeigte)
Verbrennungskammer eingespritzt wird, getrennt von der
erforderlichen Menge Q an Kraftstoff, der für die Verbrennung
eingespritzt wird. Die Urea-Versorgungsvorrichtung 14 ist über
ein zweites Ventil 7 mit einem Urea-Behältnis 15b verbunden, das
mit Urea gefüllt ist. Die Öffnung des ersten Ventils 6 und die
Öffnung des zweiten Ventils 7 werden durch eine erste
Betätigungseinrichtung 16 und eine zweite Betätigungseinrichtung
17 jeweils unter Steuerung mittels einer elektronischen
Steuereinheit (ECU) 20 eingestellt. Die Öffnung des ersten
Ventils 6 und die Öffnung des zweiten Ventils 7 bestimmen
jeweils die Menge an HC, das in das Abgassystem 2 geliefert
werden soll, und die Menge an Urea, das in das Abgassystem 2
geliefert werden soll. Der Beginn und das Ende der Lieferung der
zwei Reduktionswirkstoffe wird ferner durch die Öffnungsgrade
des entsprechenden Ventils bestimmt.
Obwohl es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, hat die ECU 20
einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Random-Zugriffsspeicher
(RAM), eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen
Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß, die durch einen
bidirektionalen Bus verbunden sind. Der Dieselmotor 1 hat einen
Wassertemperatursensor 27, der eine Ausgangsspannung erzeugt,
die proportional zur Motorkühlwassertemperatur ist. Ein
Temperatursensor 25, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die
proportional zur Abgastemperatur ist, ist stromaufwärts von dem
ersten Mager-NOx-Katalysator 3 angeordnet. Die von dem
Temperatursensor 25 erfaßte Abgastemperatur zeigt die Temperatur
TEX der ersten und zweiten Mager-NOx-Katalysatoren 3 und 4 an.
Ein Gaspedalherabdrückungssensor 24 erfaßt den Betrag L der
Herabdrückung des Gaspedals und erzeugt ein Ausgangssignal, das
proportional zum erfaßten Betrag der Herabdrückung ist. Die
Ausgangsspannungen der Sensoren 24, 25 und 27 werden an den
Eingangsanschluß der ECU 20 über entsprechende A/D-Umwandler
(nicht gezeigt) eingegeben. Der Eingangsanschluß der ECU 20
empfängt direkt ein Ausgangssignal von einem Kurbelwinkelsensor
23, der den Kurbelwinkel erfaßt. Auf der Basis des Signals des
Kurbelwinkelsensors 23 berechnet die CPU der ECU 20 eine
Drehzahl N des Dieselmotors 1. Die ECU 20 gibt Steuersignale von
dem Ausgangsanschluß an Antriebsschaltkreise (nicht gezeigt) ab,
die den ersten und zweiten Betätigungseinrichtungen 16 und 17
entsprechen, um die Betätigungseinrichtungen anzutreiben, um die
Öffnungen der Ventile 6, 7 einzustellen. Der Ausgangsanschluß
der ECU 20 ist über entsprechende Antriebsschaltkreise ferner
mit Kraftstoffeinspritzventilen (nicht gezeigt) verbunden.
Die Menge an einzuspritzendem Kraftstoff
(Kraftstoffeinspritzmenge) von jedem Kraftstoffeinspritzventil
wird auf der Basis des Beschleunigungspedalherabdrückungsbetrags
L und der Motordrehzahl N gesteuert, wie in dem Graph der Fig.
2 dargestellt ist. In Fig. 2 zeigen die durchgezogenen Linien
Q1, Q2, Q3, . . . (Q1 < Q2 < Q3) gleiche Einspritzmengen an. Wie aus
Fig. 2 entnommen werden kann, nimmt die
Kraftstoffeinspritzmenge Q mit der Zunahme des
Gaspedalherabdrückungsbetrages L zu und die
Kraftstoffeinspritzmenge Q nimmt mit der Zunahme der
Motordrehzahl N ab. Das Verhältnis zwischen der
Kraftstoffeinspritzmenge Q und dem Gaspedalherabdrückungsbetrag
L und das Verhältnis zwischen der Kraftstoffeinspritzmenge Q und
der Motordrehzahl N sind in dem ROM der ECU 20 vorab
eingespeichert.
Wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoffverhältnis auf der
mageren Seite liegt, erhöht sich die Menge an von dem Motor pro
Zeiteinheit ausgestoßenem NOx mit der Zunahme der Motorlast.
Deshalb ist es notwendig, daß die gesamte Menge TRED an
Reduktionswirkstoffen, die von der HC-Versorgungsvorrichtung 13
und/oder der Ureaversorgungsvorrichtung 14 pro Zeiteinheit
geliefert wird, mit der Zunahme der Motorlast erhöht wird. Die
Menge an von dem Motor pro Zeiteinheit ausgegebenen NOx nimmt
mit der Zunahme der Motordrehzahl zu. Deshalb ist es notwendig,
daß die Gesamtmenge TRED an Reduktionswirkstoffen, die von der
HC-Versorgungsvorrichtung 13 und/oder der
Ureaversorgungsvorrichtung 14 pro Zeiteinheit geliefert werden,
pro Zeiteinheit mit der Zunahme der Motordrehzahl erhöht werden.
Folglich ist die Gesamtmenge TRED an Reduktionswirkstoffen, die
in das Abgassystem 2 pro Zeiteinheit geliefert werden, eine
Funktion der Motorlast und der Motordrehzahl. Da die Motorlast
durch den Gaspedalherabdrückungsbetrag L dargestellt werden
kann, kann erwogen werden, daß die Gesamtmenge TRED an
Reduktionswirkstoffen, die pro Zeiteinheit geliefert wird, eine
Funktion des Gaspedalherabdrückungsbetrags L und der
Motordrehzahl N ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die
Menge TRED durch Experimente als eine Funktion der Motordrehzahl
N und des Gaspedalherabdrückungsbetrags L pro Zeiteinheit
bestimmt und vorab in dem ROM der ECU 20 in Form einer Tabelle,
wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, eingespeichert. Die Menge
TRED an Reduktionswirkstoffen wird nur innerhalb eines
Temperaturfensters des ersten Mager-NOx-Katalysators 3 und in
einem Temperaturfenster des zweiten Mager-NOx-Katalysators 4
geliefert, wie in Fig. 6 dargestellt ist.
HC, das von der HC-Versorgungsvorrichtung 13 innerhalb des
entsprechenden Temperaturfensters geliefert wird, wird in dem
ersten Mager-NOx-Katalysator 3 für Reaktionen verbraucht,
beispielsweise für eine Reaktion, die durch die Gleichung (1)
ausgedrückt wird. Urea, das von der Urea-Versorgungsvorrichtung
14 innerhalb des entsprechenden Temperaturfensters geliefert
wird, wird in dem zweiten Mager-NOx-Katalysators 4 für
Reaktionen verbraucht, beispielsweise für eine Reaktion, die
durch die Gleichungen (2) oder (3) ausgedrückt sind. Wie durch
diese Gleichungen ausgedrückt ist, wird NOx, das in dem Abgas
enthalten ist, reduziert und deshalb in ungiftige Substanzen
umgewandelt.
2NO + 4O2 + 4HC → N2 + 4CO2 + 2H2O (1)
2NO + 2O2 + 2CO(NH2)2 → 3N2 + 2CO2 + 4H2O (2)
6NO + 2CO(NH2)2 → 5N2 + 2CO2 + 4H2O (3)
Die Reduktionswirkstoffanlieferungssteuerung gemäß der Erfindung
wird im Folgenden beschrieben.
Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine HC-
Lieferungssteuerungsroutine darstellt. Jede Routine, die durch
ein Ablaufdiagramm in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt
wird, wird in einem Operationszyklus von beispielsweise 10 ms
ausgeführt. In Schritt 201 in Fig. 4 wird die Abgastemperatur
TEX eingelesen. Nachfolgend wird im Schritt 202 bestimmt, ob die
Abgastemperatur TEX niedriger als 200°C ist. Wenn die
Feststellung negativ ist, wird im Schritt 203 bestimmt, ob die
Abgastemperatur TEX höher als 350°C ist. Das heißt, in den
Schritten 202 und 203 wird auf der Basis der eingelesenen
Abgastemperatur TEX festgestellt, ob die Temperatur des ersten
Mager-NOx-Katalysators 3 in dem Temperaturbereich (200°C-300°C)
liegt, in dem der erste Mager-NOx-Katalysator 3 NOx dazu bringen
kann, zu reagieren. Wenn in einem der Feststellungsschritte
(Schritte 202 und 203) festgestellt wird, daß die Temperatur des
ersten Mager-NOx-Katalysators 3 außerhalb des Temperaturbereichs
(200°C-350°C) liegt, schreitet der Ablauf zu Schritt 206 fort.
Im Schritt 206 wird das erste Ventil 6 vollständig geschlossen,
das heißt, die Lieferung von HC wird gestoppt. Diese Routine
wird nachfolgend beendet. Wenn im Gegensatz dazu durch die
Schritte 202, 203 festgestellt wird, daß die Temperatur des
ersten Mager-NOx-Katalysators 3 in dem Temperaturbereich (200°C-
350°C) liegt, schreitet der Vorgang zu Schritt 204. Im Schritt
204 wird eine Menge TREDmn an Reduktionswirkstoff, die momentan
benötigt wird, um die Menge an in dem Abgas enthaltenen NOx
beträchtlich zu reduzieren, aus der voreingespeicherten Tabelle
eingelesen, die auf der Basis von Parametern des
Gaspedalherabdrückungsbetrags L und der Motordrehzahl N bestimmt
wurde, wie in Fig. 3 gezeigt ist, und es wird eine Soll-
Ventilöffnung berechnet, die nötig ist, um die Menge an HC
entsprechend der Menge TREDmn an Reduktionswirkstoff zu liefern.
Nachfolgend wird in Schritt 205 die Öffnung des ersten Ventils 6
auf die Sollöffnung eingestellt. Die Routine wird nachfolgend
beendet.
Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Urea-
Zugabesteuerungsroutine darstellt. In Schritt 301 wird die
Abgastemperatur TEX eingelesen, wie im Schritt 201 in Fig. 4.
Nachfolgend wird in Schritt 302 festgestellt, ob die
Abgastemperatur TEX niedriger als 300°C ist. Wenn die
Feststellung negativ ist, wird in Schritt 303 festgestellt, ob
die Abgastemperatur TEX höher als 550°C ist. Das heißt, in den
Schritten 302 und 303 wird auf der Basis der eingelesenen
Abgastemperatur TEX festgestellt, ob die Temperatur des zweiten
Mager-NOx-Katalysators 4 in dem Temperaturbereich (300°C-550°C)
liegt, in dem der zweite Mager-NOx-Katalysator 4 das NOx dazu
bringen kann, zu reagieren. Wenn in einem der
Bestimmungsschritte (Schritte 302 und 303) festgestellt wird,
daß die Temperatur des zweiten Mager-NOx-Katalysators 4
außerhalb des Temperaturbereichs (300°C-550°C) liegt, schreitet
der Vorgang zu Schritt 306. In Schritt 306 wird das zweite
Ventil 7 vollständig geschlossen. Diese Routine wird nachfolgend
beendet. Wenn im Gegensatz dazu durch die Schritte 302, 303
festgestellt wird, daß die Temperatur des zweiten Mager-NOx-
Katalysators in dem Temperaturbereich (300°C-550°C) liegt,
schreitet der Vorgang zu Schritt 304. In Schritt 304 wird eine
Menge TREDmn an Reduktionswirkstoff, der momentan benötigt wird,
um die Menge an im Abgas enthaltenen NOx beträchtlich zu
reduzieren, von der voreingespeicherten Tabelle (siehe Fig. 3)
eingelesen, die auf der Basis von Parametern des
Gaspedalherabdrückungsbetrags L und der Motordrehzahl N bestimmt
wurde, und es wird eine Soll-Ventilöffnung berechnet, die
notwendig ist, um die Menge an Urea entsprechend dem Betrag
TREDmn an Reduktionswirkstoff zu liefern, wie im Schritt 204 in
Fig. 4. Nachfolgend wird im Schritt 305 die Öffnung des zweiten
Ventils 7 auf die Sollöffnung eingestellt. Die Routine wird
nachfolgend beendet. Wenn die Abgastemperatur zwischen 300°C und
350°C liegt, reagiert ein Teil der Menge an im Abgas enthaltenen
NOx im ersten Mager-NOx-Katalysator 3 mit HC (deshalb wird NOx
beseitigt). Die Menge an NOx, die sich angrenzend zum zweiten
Mager-NOx-Katalysator 4 befindet, nimmt entsprechend ab. Deshalb
wird die Menge an Urea, die einer Menge entspricht, die durch
Abziehen einer vorbestimmten Menge von der Menge TRED an
Reduktionswirkstoff erhalten wird, zugegeben.
Deshalb ist dieses Ausführungsbeispiel in der Lage, die Menge an
NOx durch den ersten Mager-NOx-Katalysator 3 zu reduzieren,
wobei die Reaktionen von NOx mit HC erleichtert werden, wenn die
Abgastemperatur oder die Katalysatortemperatur auf einer
niedrigen Temperaturseite liegt (relativ nahe an 300°C). Wenn
die Abgastemperatur oder die Katalysatortemperatur auf einer
hohen Temperaturseite liegt (relativ nahe an 550°C) kann die
Menge an NOx durch die Reaktionen von NOx mit Urea im zweiten
Mager-NOx-Katalysator 4 reduziert werden. Da der zweite Mager-
NOx-Katalysator 4 stromabwärts von dem ersten Mager-NOx-
Katalysator 3 angeordnet ist, wird des weiteren ein Sulfat, das
durch starke Oxidationseigenschaften des ersten Mager-NOx-
Katalysators 3 erzeugt werden kann, mit Urea reagieren, um
Ammoniumsulfat im stromabwärtig angeordneten zweiten Mager-NOx-
Katalysator 4 zu erzeugen. Das Sulfat wird auf diese Weise in
ungiftige Substanzen umgewandelt.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der
Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor der
Erfindung wird nun beschrieben.
Im ersten Ausführungsbeispiel ist der erste Mager-NOx-
Katalysator 3 stromaufwärts von dem zweiten Mager-NOx-
Katalysator 4 angeordnet. Im Gegensatz dazu ist der erste Mager-
NOx-Katalysator 3 im zweiten Ausführungsbeispiel stromabwärts
von dem zweiten Mager-NOx-Katalysator 4 angeordnet.
Im zweiten Ausführungsbeispiel ist ein erster Mager-NOx-
Katalysator 3, bei dem ein Edelmetall, das eine hohe
Oxidationsaktivität besitzt, wie beispielsweise Platin (Pt)
getragen wird, an einem stromabwärtigen Abschnitt des
Abgassystems 2 angeordnet. Eine HC-Versorgungsvorrichtung 13 zur
Lieferung von HC als Reduktionswirkstoff ist stromaufwärts von
dem ersten Mager-NOx-Katalysator 3 angeordnet. Ein erstes Ventil
6 und ein HC-Behältnis 15a, das mit HC gefüllt ist (Leichtöl in
diesem Ausführungsbeispiel) sind auf einer stromabwärtigen Seite
des Abgassystems 2 angeordnet. Ein zweiter Mager-NOx-Katalysator
4, der Kupfer, Kobalt, Vanadium, die eine niedrigere
Oxidationsaktivität als das Edelmetall haben, das im ersten
Mager-NOx-Katalysator 3 getragen wird, trägt, ist stromaufwärts
von der HC-Versorgungsvorrichtung 13 und dem ersten Mager-NOx-
Katalysator 3 angeordnet. Eine Urea-Versorgungsvorrichtung 14
zur Zugabe von Urea als einen Reduktionswirkstoff ist
stromaufwärts von dem zweiten Mager-NOx-Katalysator 4
angeordnet. Ein zweites Ventil 7 und ein Ureabehältnis 15b sind
an einer stromaufwärtigen Seite des Abgassystems 2 angeordnet.
Die Steuerung der Mengen an Reduktionswirkstoffen, die von der
HC-Versorgungsvorrichtung 13 und der Ureaversorgungsvorrichtung
14 geliefert werden, kann im wesentlichen in der gleichen Art
und Weise erfolgen wie im ersten Ausführungsbeispiel. Im zweiten
Ausführungsbeispiel ist der zweite Mager-NOx-Katalysator 4 der
ein höheres Temperaturfenster hat, stromaufwärts angeordnet, und
der erste Mager-NOx-Katalysator 3 der ein niedrigeres
Temperaturfenster besitzt, ist stromabwärts angeordnet. Deshalb
ist es im zweiten Ausführungsbeispiel wahrscheinlicher, daß der
zweite Mager-NOx-Katalysator 4 ein Abgas mit höherer Temperatur,
das durch die Verbrennung im Dieselmotor 1 erzeugt wird,
aufnimmt. Der erste Mager-NOx-Katalysator 3 neigt eher dazu,
Abgas aufzunehmen, das von dem Abgassystem 2 abgekühlt wurde.
Folglich können die Temperaturfenster der ersten und zweiten
Mager-Katalysatoren effektiver genutzt werden, so daß die Menge
an NOx im Abgas effektiver reduziert werden kann.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, reduziert die
Emissionssteuerungsvorrichtung der Erfindung die Menge an im
Abgas enthaltenen NOx durch die Reaktionen von NOx mit HC im
ersten Mager-NOx-Katalysator bei niedrigeren Abgas- oder
Katalysatortemperaturen, und reduziert die Menge an NOx durch
die Reaktionen von NOx mit Urea im zweiten Mager-NOx-Katalysator
bei höheren Abgas- oder Katalysatortemperaturen. Deshalb
reduziert die Emissionssteuerungsvorrichtung immer die Menge an
NOx im Abgas über einen breiten Temperaturbereich.
Ein erster NOx-Katalysator 3 und ein zweiter NOx-Katalysator 4,
der eine niedrigere Oxidationsleistung als der erste NOx-
Katalysator 3 hat, sind in einer Abgasleitung angeordnet, die
Abgas transportiert, das eine übermäßige Menge Sauerstoff
enthält. Eine Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung 13 zur
Lieferung von Kohlenwasserstoffen in die Abgasleitung an einer
Stelle stromaufwärts von dem ersten NOx-Katalysator und eine
Ureaversorgungsvorrichtung 14 zur Lieferung von Urea in die
Abgasleitung an einer Stelle stromaufwärts von dem zweiten NOx-
Katalysator 4 sind vorgesehen. Wenn sich die Temperatur des
ersten NOx-Katalysators in einem Temperaturbereich befindet, in
dem der Kohlenwasserstoff und das NOx miteinander reagieren
können, wird die Menge an Kohlenwasserstoffen durch die
Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung erhöht. Wenn sich die
Temperatur des zweiten Nox-Katalysators in einem
Temperaturbereich befindet, in dem Urea und das NOx miteinander
reagieren können, wird Urea durch die Urea-
Versorgungsvorrichtung 14 geliefert. Deshalb wird es möglich,
die Menge an NOx durch die Reduktionsreaktion über einen breiten
Temperaturbereich zu reduzieren.
Claims (5)
1. Emissionssteuerungsvorrichtung für einen Ver
brennungsmotor (1) zur Reduzierung einer Menge an NOx, die
im Abgas des Verbrennungsmotors (1) enthalten ist, wobei
die Emissionssteuerungsvorrichtung durch folgende Merkmale
gekennzeichnet ist:
einen ersten Katalysator (3), der in einem Abgasstrang (2) angeordnet ist;
einen zweiten Katalysator (4), der im Abgasstrang (2) angeordnet ist, wobei der zweite Katalysator (4) eine nied rigere Oxidationsleistung als der erste Katalysator (3) be sitzt;
gekennzeichnet durch
eine Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung (13) zur Lieferung von Kohlenwasserstoff in den Abgasstrang (2) an eine Stelle stromaufwärts von dem ersten Katalysator (3) in Bezug zu einer Abgasströmungsrichtung;
eine Harnstoffversorgungsvorrichtung (14) zur Liefe rung von Harnstoff in den Abgasstrang (2) an eine Stelle stromaufwärts von dem zweiten Katalysator (4) in Bezug zu der Abgasströmungsrichtung; und
eine Versorgungssteuerungsvorrichtung (20) zur Erhö hung einer Menge des Kohlenwasserstoffes durch Nutzung der Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung (13), wenn die Tem peratur des ersten Katalysators (3) in einem Temperaturbe reich liegt, in dem eine Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem NOx möglich ist, und zur Lieferung von Harnstoff durch Nutzung der Harnstoffversorgungsvor richtung (14), wenn die Temperatur des zweiten Katalysators (4) in einem Temperaturbereich liegt, in dem eine Reaktion zwischen dem Harnstoff und dem NOx möglich ist.
einen ersten Katalysator (3), der in einem Abgasstrang (2) angeordnet ist;
einen zweiten Katalysator (4), der im Abgasstrang (2) angeordnet ist, wobei der zweite Katalysator (4) eine nied rigere Oxidationsleistung als der erste Katalysator (3) be sitzt;
gekennzeichnet durch
eine Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung (13) zur Lieferung von Kohlenwasserstoff in den Abgasstrang (2) an eine Stelle stromaufwärts von dem ersten Katalysator (3) in Bezug zu einer Abgasströmungsrichtung;
eine Harnstoffversorgungsvorrichtung (14) zur Liefe rung von Harnstoff in den Abgasstrang (2) an eine Stelle stromaufwärts von dem zweiten Katalysator (4) in Bezug zu der Abgasströmungsrichtung; und
eine Versorgungssteuerungsvorrichtung (20) zur Erhö hung einer Menge des Kohlenwasserstoffes durch Nutzung der Kohlenwasserstoffversorgungsvorrichtung (13), wenn die Tem peratur des ersten Katalysators (3) in einem Temperaturbe reich liegt, in dem eine Reaktion zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem NOx möglich ist, und zur Lieferung von Harnstoff durch Nutzung der Harnstoffversorgungsvor richtung (14), wenn die Temperatur des zweiten Katalysators (4) in einem Temperaturbereich liegt, in dem eine Reaktion zwischen dem Harnstoff und dem NOx möglich ist.
2. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (3) im
Abgasstrang (2) an einer Stelle stromaufwärts von dem zwei
ten Katalysator (4) angeordnet ist.
3. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (3) im
Abgasstrang (2) an einer Stelle stromabwärts des zweiten
Katalysators (4) angeordnet ist.
4. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einem der An
sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an
Kohlenwasserstoff, die von der Kohlenwasserstoffversor
gungsvorrichtung (13) geliefert wird, und die Menge an
Harnstoff, die von der Harnstoffversorgungsvorrichtung (14)
geliefert wird, von einer Bemessungseinrichtung auf der Ba
sis der Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) bestimmt wer
den.
5. Emissionssteuerungsvorrichtung gemäß einem der An
sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ka
talysator (3) zur Reduktion von NOx einen Temperaturbereich
aufweist, der niedriger ist als der diesbezügliche Tempera
turbereich des zweiten Katalysators (4).
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