DE19944694A1 - Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

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Abstract

In der Auspuffleitung eines Verbrennungsmotors ist ein Konverter (70) angeordnet, der einen NO¶x¶-Absorptions- und -Reduktionskatalysator enthält. Der stromaufwärtige Halbabschnitt (7a) (Abschnitt der Einlaßseite) des Substrats des NO¶x¶-Absorptions- und -Reduktionskatalysators in dem Konverter trägt zusätzlich zu dem NO¶x¶-Absorptions- und -Reduktionskatalysator (7) eine Sauerstoffspeicherkomponente, die Sauerstoff in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und den absorbierten Sauerstoff freigibt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett ist. Nachdem infolge eines Betriebs des Motors mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis von dem NO¶x¶-Absorptions- und -Reduktionskatalysator (7) NO¶x¶ absorbiert wurde, wird der Motor mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben, so daß von dem NO¶x¶-Absorptions- und -Reduktionskatalysator (7) NO¶x¶ freigegeben und durch Reduktion gereinigt wird. Dabei wird von der von dem stromaufwärtigen Halbabschnitt (7a) des Substrats getragenen Sauerstoffspeicherkomponente Sauerstoff freigegeben, der mit den H¶2¶- und CO-Komponenten in dem Abgas umgesetzt wird, so daß die Temperatur des NO¶x¶-Absorptions- und -Reduktionskatalysators (7) aufgrund der Reaktionswärme innerhalb kurzer Zeit steigt. Daher zeigt der Katalysator eine erhöhte Aktivität und zeigt der NO¶x¶-Absorptions- und -Reduktionskatalysator ein verbessertes NO¶x¶-Reinigungsvermögen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor. Die Erfindung betrifft genauer eine Abgasreinigungsvorrichtung, die mit einem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator ausgestattet ist, der NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freigibt und durch Reduktion reinigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströ­ menden Abgases fett ist.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator, der NOx (Stickstoffoxide) in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freigibt und durch Reduktion reinigt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ein­ strömenden Abgases fett ist, ist bereits bekannt.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung, die den NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator dieser Bauart verwendet, ist beispielsweise in dem Japanischen Patent Nr. 2600492 offenbart. Bei der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß diesem Patent ist der NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator in der Auspuffleitung eines Motors angeordnet, der mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis arbeitet. Während des Betriebs des Motors mit dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird von dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx in dem Abgas absorbiert. Ist von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator NOx in einer größeren Menge absorbiert worden, wird ein fetter Impulsspitzenbetrieb durch­ geführt, um den Motor für kurze Zeit mit einem Luft- Kraftstoff-Verhältnis (oder einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis) zu betreiben, das kleiner als das stöchio­ metrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. Demgemäß wird das absorbierte NOx von dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator freigegeben und das freigegebene NOx durch Reduktion gereinigt. Wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis, mit dem der Motor betrieben wird, fett wird, nimmt dabei die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas im Vergleich zu einem Betrieb des Motors mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis jäh ab und nehmen die Mengen an unverbrannten HC- und CO-Komponenten in dem Abgas jäh zu. Wenn das operative Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den fetten Impulsspitzenbetrieb zu einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, wird daher von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx frei­ gegeben und an dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator unter Reaktion mit den unverbrannten HC- und CO-Komponenten in dem Abgas reduziert.
In dem obengenannten Japanischen Patent Nr. 2600492 ist außerdem ein Aufbau zur Reinigung der beim Start des Motors von dem Motor abgegebenen HC- und CO-Komponenten offenbart, wonach in der Auspuffleitung auf der strom­ aufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators ein Dreiwegekatalysator angeordnet ist. Der Dreiwegekatalysator gemäß dem obigen Patent ist nahe dem Motorabgaskrümmer angeordnet, durch den das eine hohe Temperatur aufweisende Abgas von dem Motor hindurchgeht, und wird innerhalb kurzer Zeit nach dem Start des Motors auf die Aktivierungstemperatur erwärmt. Daher werden die in verhältnismäßig großer Menge von dem Motor abgegebenen HC- und CO-Komponenten nach dem Start des Motors durch den Dreiwegekatalysator oxidiert, wodurch die Qualität des Abgases, bevor der Motor erwärmt ist, verbessert ist.
Bei einem Dreiwegekatalysators, der wie in dem oben­ genannten Japanischen Patent Nr. 2600492 beschrieben in der Auspuffleitung auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators angeordnet ist, wurde davon ausgegangen, daß wenn der Dreiwege­ katalysator ein O2-Speichervermögen besitzt, aufgrund einer Verzögerung bei der Änderung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses des in den NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator einströmenden Abgases die Fähig­ keit des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators zur Abgasreinigung häufig abnimmt.
Wie weithin bekannt ist, trägt der Dreiwegekatalysator zusätzlich zu Edelmetallkatalysatorkomponenten wie etwa Platin Pt, Palladium Pd und Rhodium Rh als Zusatzstoff eine Metallkomponente wie etwa Cer Ce, damit sich das O2- Speichervermögen einstellt. Das von dem Katalysator als Zusatzstoff getragene Cer verbindet sich nämlich mit Sauerstoff in dem Abgas, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des in den Katalysator einströmenden Abgases höher als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist), um Ceroxid (Cer(IV)-oxid: CeO2) auszubilden, das Sauerstoff speichert. Wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des einströmenden Abgases niedriger als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist), gibt das Ceroxid Sauerstoff frei und wird in Cer(III)-oxid (Ce2O3) umgewandelt, d. h. Sauerstoff wird freigegeben. Der ein O2-Speichervermögen aufweisende Dreiwegekata­ lysator gibt demgemäß Sauerstoff frei, wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von der mageren Seite zu der fetten Seite ändert. Dabei wird das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des durch den Dreiwegekatalysator hindurchgegangenen Abgases nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten, solange von dem Dreiwegekatalysator Sauerstoff freigegeben wird, selbst wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den Dreiwegekatalysator einströmenden Abgases zu der fetten Seite hin geändert hat.
Wenn der in der Auspuffleitung auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators angeordnete Dreiwegekatalysator ein O2-Speichervermögen besitzt, nimmt also das in den NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator einströmende Abgas nicht bereit­ willig ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis an, sondern wird selbst dann vorübergehend nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten, wenn sich das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von dem Motor infolge des fetten Impulsspitzenbetriebs des Motors von der mageren Seite zu der fetten Seite geändert hat. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem Luft-Kraftstoff- Verhältnis nahe dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis geändert wird, wird von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx freigegeben. In dem ange­ sprochenen Fall ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases jedoch nicht fett genug, d. h. das Abgas enthält nicht in ausreichenden Mengen HC- und CO-Komponenten, um sämtliches freigegebenes NOx zu reduzieren, wodurch NOx, das nicht reduziert wurde, zu der stromabwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators ausströmt.
Bei der Verwendung des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators wurde es daher nicht als wünschenswert erachtet, in der Auspuffleitung auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators einen derartigen ein O2-Speichervermögen aufweisenden Dreiwegekatalysator anzuordnen. Man nahm daher an, daß wenn der Dreiwegekatalysator in der Auspuffleitung auf der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, gewisse Maßnahmen zur Senkung des O2-Speichervermögens erforderlich sind, wie zum Beispiel Cer aus dem Dreiwege­ katalysator zu entfernen.
Aus den Untersuchungen der Erfinder ergab sich jedoch, daß wenn von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator NOx freigegeben werden soll, wofür das in den Katalysator einströmende Abgas ein fettes Luft- Kraftstoff-Verhältnis aufweisen muß, der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator ein verbessertes Leistungs­ vermögen zur Reinigung von NOx zeigt, wenn der Dreiwege­ katalysator oder ein ähnlicher Katalysator, der O2- Speicherkomponenten aufweist, an einer Position nahe dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator an dessen stromaufwärtigen Seite angeordnet ist. Für diesen Fall ergab sich, daß NOxfreigegeben und in stark erhöhtem Maß reduziert wird, wenn Sauerstoff von den O2-Speicher­ komponenten freigegeben wird, die an einer Position nahe dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator auf dessen stromaufwärtigen Seite angeordnet sind.
Bislang konnte noch nicht geklärt werden, warum ein Katalysator, der die nahe dem NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator auf dessen stromaufwärtigen Seite angeordneten O2-Speicherkomponenten aufweist, das Leistungsvermögen des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators zur Reinigung des Abgases verbessern hilft.
Als eine der Ursachen hierfür wird jedoch angenommen, daß die HC- und CO-Komponenten in dem Abgas, falls die O2- Speicherkomponenten bei Zuführung des ein fettes Luft- Kraftstoff-Verhältnis aufweisenden Abgases an einer Position nahe der stromaufwärtigen Seite des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators vorliegen, durch den von den O2-Speicherkomponenten freigesetzten Sauer­ stoff oxidiert werden und daß die Temperatur der Katalysatorkomponenten an dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator aufgrund der Reaktionswärme steigt. Das heißt, daß einer der Gründe einer NOx-Freigabe von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator zuzuschreiben ist, die durch den Temperaturanstieg der NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysatorkomponenten gefördert wird, wodurch die katalytische Aktivität gesteigert und das NOx- Reinigungsverhältnis verbessert wird. Auch wenn dieser Punkt erst nachstehend ausführlich beschrieben wird, besteht dabei insofern ein Problem, als sich, entgegen der üblichen Meinung, das Reinigungsvermögen des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators häufig nicht ausreichend nutzen läßt, falls dem Dreiwegekatalysator oder einem ähnlichen auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators angeordneten Katalysator das O2-Speichervermögen soweit wie möglich genommen ist.
Falls das Abgas so eingestellt wird, daß es ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis annimmt, indem wie in dem obengenannten Japanischen Patent Nr. 2600492 beschrieben während des Betriebs mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis der fette Impulsbetrieb durchgeführt wird, nehmen die Mengen an HC- und CO-Komponenten in dem Abgas jäh zu. Die HC- und die CO-Komponenten bleiben jedoch leicht an den Katalysatorkomponenten auf dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator hängen. Wenn die Mengen an HC- und CO-Komponenten in dem in den NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator strömenden Abgas jäh zunehmen, werden daher die Oberflächen der Katalysatorkomponenten mit HC und CO bedeckt. Daher sinkt die Katalysatorwirkung, d. h. es findet eine HC-Konta­ mination und eine CO-Kontamination statt, wodurch sich die Fähigkeit des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators zur Reinigung von NOx verringert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abgasreinigungs­ vorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, die dazu in der Lage ist, ein hohes NOx-Umwandlungs­ vermögen zu zeigen, wobei ein oder mehr der obigen Probleme gelöst werden.
Die vorstehend angegebene Aufgabe wird durch eine Abgas­ reinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gelöst, die erfindungsgemäß einen NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator umfaßt, der NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freigibt und es durch Reduktion reinigt, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett ist, und die in einer Auspuffleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist, der, falls erforderlich, zur Auswahl eines Betriebs mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis und eines Betriebs mit einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis imstande ist, so daß der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx in dem Abgas absorbiert, wenn der Motor mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis betrieben wird, und daß das absorbierte NOx von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator freigegeben und durch Reduktion gereinigt wird, wenn der Motor mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird; wobei von einem Substrat des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators auf dem stromaufwärtigen Halb­ abschnitt des Substrats zwischen einem Abgaseinlaßseiten­ ende bis zu einem mittleren Abschnitt dessen Sauerstoff­ speicherkomponenten getragen werden, die Sauerstoff in dem Abgas absorbieren, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases mager ist, und den absorbierten Sauerstoff freigeben, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung werden die ein O2-Speichervermögen aufweisenden Sauerstoffspeicher­ komponenten von dem stromaufwärtigen Halbabschnitt des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorsubstrats getragen. Wenn das in den NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator strömende Abgas so eingestellt wird, daß es ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis annimmt, damit von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator NOx freigegeben und durch Reduktion gereinigt wird, wird von den Sauerstoffspeicherkomponenten Sauerstoff freigegeben und werden gleichzeitig H2 und CO in dem Abgas an der Oberfläche des Substrats des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators, d. h. nahe den Oberflächen der Katalysatorkomponenten des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators, mit von den Sauerstoffspeicherkomponenten absorbiertem Sauerstoff oxidiert, wodurch die Temperatur der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysatorkomponenten aufgrund der Wärme der Oxidationsreaktion steigt. Dementsprechend zeigt der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator eine verbesserte Aktivität und wird in erhöhtem Maß NOx von dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator freigegeben, so daß der Wirkungsgrad zur Reduktion des freigegebenen NOx gesteigert wird.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator strömenden Abgases mager ist, wird NOx in dem einströmenden Abgas vorwiegend von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator absorbiert, der von der ersten Hälfte (dem stromaufwärtigen Halbabschnitt) des Katalysatorsubstrats auf der Seite des Einlasses getragen wird, und wird die NOx-Absorptionsmenge in dem stromaufwärtigen Halb­ abschnitt größer als in dem hinteren Halbabschnitt sein. Zum Zeitpunkt der NOx-Freigabe wird NOx daher vorwiegend von dem stromaufwärtigen Halbabschnitt des Substrats freigegeben. Dadurch, daß die Sauerstoffspeicher­ komponenten von dem stromaufwärtigen Halbabschnitt des Trägers getragen werden, wird daher das freigegebene NOx in der gesamten Vorrichtung wirksam durch Reduktion gereinigt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, die einen NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator umfaßt, der NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freigibt und es durch Reduktion reinigt, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett ist, und die in einer Auspuffleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist, der, falls erforderlich, zur Auswahl eines Betriebs mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis und eines Betriebs mit einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis imstande ist, so daß der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx in dem Abgas absorbiert, wenn der Motor mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis betrieben wird, und daß das absorbierte NOX von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator freigegeben und durch Reduktion gereinigt wird, wenn der Motor mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird; wobei in der Auspuffleitung des Motors auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators und benachbart zu dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysatorsubstrat ein Dreiwegekatalysator angeordnet ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung ist auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators und nahe diesem ein getrennter Dreiwegekatalysator angeordnet. Wenn der Motor mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, damit der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx freigibt, nehmen die Mengen an HC- und CO-Komponenten in dem in den NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator strömenden Abgas jäh zu. Erfindungsgemäß ist der Dreiwegekatalysator jedoch an der Position stromaufwärts von und nahe zu dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator angeordnet. Daher reagieren die HC- und CO- Komponenten in dem Abgas teilweise an dem Dreiwege­ katalysator, wobei ein jäher Anstieg der in den NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator strömenden HC- und CO-Komponenten verhindert wird. Dies unterdrückt die durch eine Zunahme der HC- und CO-Komponenten in dem Abgas hervorgerufene Kontamination des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators.
Darüber hinaus erzeugt der Dreiwegekatalysator die Wasser-Gas-Konvertierungsreaktion, mittels der aus CO und H2O unter der Bedingung eines fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnisses H2 gebildet wird. H2 ist sehr stark reduktiv und ist als Reduktionsmittel wirksamer als HC und CO, um von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator freigegebenes NOx zu reduzieren. Bei Anordnung des Dreiwegekatalysators auf der strom­ aufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators, wie es bei der vorliegenden Erfindung geschieht, läßt sich daher in dem Abgas die Menge an CO senken und das Auftreten einer durch CO bedingten Kontamination verringern sowie durch Zuführung von H2 zu dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator freigegebenes NOx wirksam reduzieren. Abhängig von der Bauart des Motors kann außerdem während eines Betriebs mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis die HC- Komponente in dem Abgas in verhältnismäßig großen Mengen enthalten sein, weshalb der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator häufig sogar während des Betriebs Itit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis kontaminiert wird. Bei wie vorstehend beschriebener Anordnung des Dreiwege­ katalysators auf der stromaufwärtigen Seite des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators wird jedoch, während der Motor mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis betrieben wird, das Auftreten einer HC- Kontamination verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitgestellt, die einen NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator umfaßt, der NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freigibt und es durch Reduktion reinigt, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett ist, und die in einer Auspuffleitung des Verbrennungsmotors angeordnet ist, der, falls erforderlich, zur Auswahl eines Betriebs mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis und eines Betriebs mit einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis imstande ist, so daß der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx in dem Abgas absorbiert, wenn der Motor mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis betrieben wird, und daß das absorbierte NOx von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator freigegeben und durch Reduktion gereinigt wird, wenn der Motor mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, wobei der NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator ein Substrat, auf dem Substrat eine NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysatorkomponenten tragende NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator­ schicht und eine Sauerstoffspeicherkomponenten tragende Sauerstoffspeicherkomponentenschicht umfaßt, die Sauerstoff in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und den absorbierten Sauerstoff freigibt, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist, wobei die Sauerstoffspeicherkomponentenschicht auf der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht ausgebildet ist.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung weist der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator einen Zweilagen- Schichtaufbau auf, der die auf dem Substrat ausgebildete NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht und die auf der Oberseite (d. h. auf der Abgasseite) der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht ausge­ bildete Sauerstoffspeicherkomponentenschicht umfaßt. Wenn von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx freigegeben wird, wird daher Wärme, die in der Sauer­ stoffspeicherkomponentenschicht durch die Reaktion von CO und dergleichen in dem Abgas erzeugt wird, direkt zu den NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorkomponenten übertragen, wodurch die Temperatur der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorkomponenten wirksam erhöht wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, das bei einem Verbrennungsmotor für Kraftfahrzeuge Anwendung findet;
Fig. 2 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung der Beschaffenheit eines Ausführungsbeispiels eines Konverters gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung der Beschaffenheit eines weiteren Ausführungsbeispiels des Konverters gemäß Fig. 1;
Fig. 4 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung der Beschaffenheit eines weiteren Ausführungsbeispiels des Konverters gemäß Fig. 1;
Fig. 5 eine Kurve zur Veranschaulichung des NOx- Reinigungsverhältnisses des Konverters des Ausführungs­ beispiels gemäß Fig. 4;
Fig. 6 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung der Beschaffenheit eines weiteren Ausführungsbeispiels des Konverters gemäß Fig. 1;
Fig. 7 eine Ansicht zur Veranschaulichung der Beschaffen­ heit des Konverters gemäß Fig. 6 im Detail; und
Fig. 8 eine Ansicht zur Veranschaulichung einer auf den getragenen Mengen der Sauerstoffspeicherkomponenten beruhenden Änderung des NOx-Reinigungsverhältnisses.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Abgas­ reinigungsvorrichtung beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine Ansicht, die schematisch die Beschaf­ fenheit eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht, nach dem die Erfindung bei einem Verbrennungsmotor für Kraft­ fahrzeuge Anwendung findet.
In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 einen Verbren­ nungsmotor für Kraftfahrzeuge. Bei diesem Ausführungs­ beispiel ist der Motor 1 ein vierzylindriger Benzinmotor mit vier Zylindern #1 bis #4, die mit Kraftstoff­ einspritzventilen 111 bis 114 zur Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Zylinder versehen ist. Wie an späterer Stelle beschrieben wird, ist der Verbrennungsmotor 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Magermotor, d. h. ein Motor, der mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden kann, das höher als ein stöchio­ metrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Zylinder #1 bis #4 in zwei Gruppen mit jeweils zwei Zylindern unterteilt, bei denen die Zündungszeitpunkte nicht aufeinanderfolgend stattfinden (bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Zündungsreihenfolge der Zylinder beispielsweise 1-3-­ 4-2, wobei die Zylinder #1 und #4 die eine Gruppe und die Zylinder #2 und #3 die andere Gruppe bilden). Die Auslaß­ öffnungen der Zylinder sind zylindergruppenweise mit Auspuffkrümmern und mit Auspuffleitungen verbunden. In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 21a einen Auspuff­ krümmer zur Verbindung der Ablaßöffnungen der Gruppe der Zylinder #1 und #4 zu einer getrennten Auspuffleitung 2a und bezeichnet 21b einen Auspuffkrümmer zur Verbindung der Ablaßöffnungen der Gruppe von Zylindern #2 und #3 zu einer anderen getrennten Auspuffleitung 2b. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind in den getrennten Auspuff­ leitungen 2a und 2b Startkatalysatoren 5a und 5b ange­ ordnet, die Dreiwegekatalysatoren umfassen. Die getrenn­ ten Auspuffleitungen 2a und 2b gehen auf der strom­ abwärtigen Seite der Startkatalysatoren in eine gemein­ same Auspuffleitung 2 über.
In der gemeinsamen Auspuffleitung 2 ist ein Konverter 70 angeordnet, der einen in einem Gehäuse untergebrachten NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 aufweist, der an späterer Stelle beschrieben wird. Die Beschaf­ fenheit des Konverters 70 wird ebenfalls später beschrieben.
In Fig. 1 bezeichnen die Bezugsziffern 29a und 29b stromaufwärtige Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fühler, die in den getrennten Auspuffleitungen 2a und 2b auf der strom­ aufwärtigen Seite der Startkatalysatoren 5a und 5b angeordnet sind, und die Bezugsziffer 31 bezeichnet einen stromabwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fühler, der in der Auspuffleitung 2 auf der stromabwärtigen Seite des Konverters 70 angeordnet ist. Die Luft-Kraftstoff- Verhältnis-Fühler 29a, 29b und 31 sind sogenannte lineare Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fühler, die Spannungssignale erzeugen, die über einen weiten Bereich von Luft- Kraftstoff-Verhältnissen den Luft-Kraftstoff-Verhält­ nissen des Abgases entsprechen.
Darüber hinaus bezeichnet in Fig. 1 die Bezugsziffer 30 eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) für den Motor 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die ECU 30 ein Mikrocomputer bekannten Aufbaus, der einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen Festspeicher (ROM) und eine Zentraleinheit (CPU) umfaßt und grundlegende Steue­ rungsvorgänge wie etwa die Steuerung der Zündungszeit­ punkte für den Motor 1 und die Steuerung der Kraft­ stoffeinspritzung ausführt. Zusätzlich zu der Ausführung der obengenannten grundsätzlichen Steuerungsvorgänge führt die ECU 30 bei diesem Ausführungsbeispiel den Steuerungsvorgang zur Änderung des Luft-Kraftstoff- Verhältnisses im Motorbetrieb aus, indem sie, wie später beschrieben wird, die Kraftstoffeinspritzbetriebsart der Kraftstoffdirekteinspritz-Zylinderventile 111 bis 114 auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen ändert. Bei diesem Ausführungsbeispiel schätzt die ECU 30 außerdem auf die Motorbetriebsbedingung gestützt mittels eines Verfahrens, das an späterer Stelle beschrieben wird, die Menge an in dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator absor­ biertem NOx und führt den fetten Impulsspitzenbetrieb aus, wenn die geschätzte NOx-Absorptionsmenge auf eine vorbestimmten Menge angestiegen ist, um während des Betriebs des Motors mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis das operative Luft-Kraftstoff-Verhältnis für kurze Zeit zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, damit das absorbierte NOx freigesetzt wird.
Die Eingangsanschlüsse der ECU 30 empfangen von dem stromaufwärtigen Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fühlern 29a und 29b Signale, die den Luft-Kraftstoff-Verhältnissen des Abgases auf der stromaufwärtigen Seite der Start­ katalysatoren 5a und 5b entsprechen; ein Signal von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 31, das dem Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf der stromabwärtigen Seite des Konverters 70 entspricht; ein dem Einlaß­ luftdruck des Motors entsprechendes Signal von einem (nicht gezeigten) in dem Motoreinlaßkrümmer angeordneten Einlaßluftdruckfühler 33; und ein der Motordrehgeschwin­ digkeit entsprechendes Signal von einem (nicht gezeigten) nahe der Motorkurbelwelle angeordneten Drehgeschwindig­ keitsfühler 35. Außerdem empfängt die ECU 30 bei diesem Ausführungsbeispiel über den Eingangsanschluß ein Signal von einem nahe dem (nicht gezeigten) Gaspedal des Motors angeordneten Gashebelöffnungsgradfühler 37, das dem Maß (dem Gashebelöffnungsgrad) entspricht, mit dem das Gaspedal vom Fahrer heruntergedrückt wird. Die Ausgangs­ anschlüsse der ECU 30 sind mit den Kraftstoffeinspritz­ ventilen 111 bis 114 der Zylinder über eine (nicht gezeigte) Kraftstoffeinspritzschaltung verbunden, um die Kraftstoffeinspritzmengen in die Zylinder und die Zeit­ punkte zur Kraftstoffeinspritzung zu steuern.
Bei diesem Ausführungsbeispiel betreibt die ECU 30 den Motor 1 auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen in einer der folgenden fünf Verbrennungsbetriebsarten:
Schichtladungsverbrennung mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis (Kraftstoff wird während des Verdichtungshubs des Zylinders eingespritzt);
Vermischungs-/Schichtladungsverbrennung mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird während des Ansaughubs und des Verdichtungshubs des Zylinders einge­ spritzt);
Vermischungsverbrennung mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis (Kraftstoff wird während des Ansaughubs des Zylinders eingespritzt);
Vermischungsverbrennung mit stöchiometrischem Luft- Kraftstoff-Verhältnis (Kraftstoff wird während des Ansaughubs des Zylinders eingespritzt); und
Vermischungsverbrennung mit fettem Luft-Kraftstoff- Verhältnis (Kraftstoff wird während des Ansaughubs des Zylinders eingespritzt).
Im Leichtlast-Betriebsbereich des Motors 1 erfolgt die Schichtladungsverbrennung mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis . In diesem Zustand wird lediglich einmal in der letzten Hälfte des Verdichtungshubs des Zylinders Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt, wobei der eingespritzte Kraftstoff nahe der Zündkerze in dem Zylinder eine Schicht mit einer Mischung eines verbrenn­ baren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausbildet. Bei dieser Betriebsbedingung wird der Kraftstoff in sehr geringer Menge eingespritzt und beträgt das Luft-Kraftstoff- Verhältnis in dem Zylinder als Ganzes etwa zwischen 25 und 30.
Wenn die Last von dem obengenannten Zustand aus zunimmt, so daß sie in den Schwachlast-Betriebsbereich gelangt, erfolgt die Vermischungs-/Schichtladungs­ verbrennung mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis . Die in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge nimmt mit steigender Motorlast zu. Im Fall der Schichtladungs­ verbrennung , bei der in der letzten Hälfte des Verdichtungshubs Kraftstoff eingespritzt wird, ist die Einspritzdauer begrenzt, wodurch die Kraftstoffmenge begrenzt wird, die zur Ausbildung der Schichtladung verwendet werden kann. In diesem Lastbereich wird daher in der oberen Hälfte des Ansaughubs Kraftstoff in einer Menge eingespritzt, die den Mangel an in der letzten Hälfte des Verdichtungshubs eingespritzten Kraftstoff ausgleicht, so daß in die Zylinder eine gezielte Menge an Kraftstoff eingebracht wird. Kraftstoff, der in der oberen Hälfte des Ansaughubs in den Zylinder eingespritzt wird, vermischt sich vor der Zündung gleichmäßig und bildet eine sehr magere Mischung aus. In der letzten Hälfte des Verdichtungshubs wird weiterer Kraftstoff in diese sehr magere und gleichmäßige Mischung eingespritzt, um dadurch eine verbrennbare Mischungsschicht auszu­ bilden, die nahe der Zündkerze gezündet werden kann. Mit der Zündung beginnt die Verbrennung der brennbaren Mischungsschicht, wobei die Flamme auf die umgebende magere Mischungsschicht übergreift, so daß eine stabile Verbrennung verwirklicht wird. In diesem Zustand ist die Kraftstoffmenge, die in dem Ansaughub und in dem Verdich­ tungshub durch Einspritzung zugeführt wird, größer als die Menge in dem Zustand , jedoch ist das Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis (mit beispielsweise etwa 20 bis 30) als Ganzes nach wie vor mager.
Wenn die Motorlast weiter steigt, führt der Motor 1 die Vermischungsverbrennung mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis aus. In diesem Zustand wird der Kraftstoff lediglich einmal in der oberen Hälfte des Ansaughubs eingespritzt, wobei die Kraftstoffeinspritzmenge größer als bei dem obengenannten Zustand ist. Die in diesem Zustand in dem Zylinder ausgebildete gleichmäßige Mischung nimmt ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis (von beispielsweise etwa 15 bis 25) an, das vergleichs­ weise nahe bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff- Verhältnis liegt.
Wenn die Motorlast weiter zunimmt, so daß sie in den Starklast-Betriebsbereich des Motors gerät, wird die Kraftstoffmenge gegenüber dem Zustand weiter erhöht und erfolgt die Vermischungsverbrennung mit stöchio­ metrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis . In diesem Zustand wird in dem Zylinder eine gleichmäßige Mischung mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis ausge­ bildet, wobei der Motor eine höhere Ausgangsleistung erzeugt. Wenn die Motorlast weiter zunimmt, so daß sie in den Vollast-Betriebsbereich gerät, wird die Kraftstoff­ einspritzmenge gegenüber dem Zustand weiter erhöht und erfolgt die Vermischungsverbrennung mit fettem Luft- Kraftstoff-Verhältnis . In diesem Zustand nimmt die in dem Zylinder ausgebildete gleichmäßige Mischung ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis (von beispielsweise etwa 12 bis 14) an.
Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die optimalen Betriebsarten bis mittels eines Versuchs auf Grund­ lage des Gashebelöffnungsgrads (des Maßes, um das das Gaspedal von dem Fahrer niedergedrückt wird) und der Motordrehgeschwindigkeit vorab eingestellt und in dem ROM der ECU 30 als eine den Gashebelöffnungsgrad und die Motordrehgeschwindigkeit verwendende Tabelle gespeichert. Während der Motor 1 in Betrieb ist, bestimmt die ECU 30 auf der Grundlage des von dem Gashebelöffnungsgradfühler 37 erfaßten Gashebelöffnungsgrads und der Motordreh­ geschwindigkeit, welche Betriebsart aus den obengenannten Betriebsarten bis ausgewählt werden muß, und bestimmt auf Grundlage dieser Betriebsart die Kraftstoff­ einspritzmenge und den Zeitpunkt zur Kraftstoff­ einspritzung.
Wenn als die Betriebsart bis gewählt ist (Verbrennung mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis) bestimmt die ECU 30 für die jeweilige Betriebsart bis auf Grundlage der vorab erstellten Tabelle die Kraft­ stoffeinspritzmenge anhand des Gashebelöffnungsgrads und der Motordrehgeschwindigkeit. Wenn als die Betriebsart oder gewählt ist (Vermischungsverbrennung bei stöchio­ metrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder fettem Luft- Kraftstoff-Verhältnis), bestimmt die ECU 30 für die jeweilige Betriebsart oder auf Grundlage der vorab erstellten Tabelle die Kraftstoffeinspritzmenge anhand des von dem Ansaugluftdruckfühler 33 erfaßten Ansaugluft­ drucks und der Motordrehgeschwindigkeit.
Wenn die Betriebsart gewählt ist (Vermischungs­ verbrennung bei stöchiometrischem Luft-Kraftstoff- Verhältnis), korrigiert bzw. regelt die ECU 30 die wie vorstehend beschrieben berechnete Kraftstoffeinspritz­ menge auf der Grundlage der Ausgangssignale der Luft- Kraftstoff-Verhältnis-Fühler 29a, 29b und 31, so daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des von dem Motor kommenden Abgases das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis annimmt.
Als nächstes folgt die Beschreibung des Konverters 70 gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht zur Veranschaulichung der Beschaffenheit des Konverters gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel. Der Konverter 70 hat die Form eines in einem Gehäuse 70a untergebrachten NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators 7.
Bei dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 gemäß diesem Ausführungsbeispiel findet ein Substrat aus beispielsweise wabenförmigem Cordierit Verwendung, dessen Oberfläche mit Aluminiumoxid beschichtet ist, um zumindest eine Komponente, die aus Alkalimetallen wie etwa Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Cäsium Cs, Erdalkalimetallen wie etwa Barium Ba und Calcium Ca und Seltenerdmetallen wie etwa Lanthan La, Cer Ce und Yttrium Y ausgewählt ist, sowie ein Edelmetall wie etwa Platin Pt zu tragen. Der NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator zeigt die NOx-absorbierende und -freigebende Wirkung, wonach NOx (NO2, NO) in dem Abgas in Form von Salpetersäureionen NO3 absorbiert wird, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und NOx, das von ihm absorbiert wurde, freigegeben wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas sinkt.
Wenn der Motor 1 beispielsweise mit einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird und das Abgas mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 einströmt, wird NOx (NO) in dem Abgas an Platin Pt oxidiert, so daß Salpetersäureionen gebildet werden. Wenn beispielsweise BaO als Absorptionsmittel verwendet wird, werden die Salpetersäureionen von dem Absorptionsmittel absorbiert und diffundieren in Form von Salpetersäureionen NO3- in das Absorptionsmittel ein, während sie an dem Bariumoxid BaO gebunden sind. In einer mageren Atmosphäre wird NOx in dem Abgas daher von dem NOx-Absorptionsmittel in Form eines Nitrats absorbiert.
Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Abgas jäh abnimmt (d. h. wenn das Abgas das stöchio­ metrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder ein fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis annimmt), bilden sich an dem Platin Pt Salpetersäureionen in geringeren Mengen und verläuft die Reaktion daher in die umgekehrte Richtung, wobei von dem Absorptionsmittel Salpetersäureionen NO3- in Form von NO2 abgegeben werden. Wenn das Abgas Kompo­ nenten enthält, die wie etwa CO, HC und H2 als Reduktionsmittel dienen, wird dabei dann an Platin Pt mit diesen Komponenten NO2 reduziert.
Bei diesem Ausführungsbeispiel trägt die Aluminiumoxid­ schicht auf dem Halbabschnitt (dem stromaufwärtigen Halbabschnitt) 7a des Substrats auf der Abgaseinlaßseite neben der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator­ komponente außerdem in einer verhältnismäßig großen Menge eine Metallkomponente wie etwa Cer Ce als Sauerstoff­ speicherkomponente, um das O2-Speichervermögen zu erzielen. Wenn das in den Katalysator strömende Abgas ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist, das größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist), bindet auf der Aluminiumoxidschicht getragenes Cer Sauerstoff in dem Abgas, so daß sich Ceroxid (Cer(IV)-oxid: CeO2) bildet und Sauerstoff gespeichert wird. Wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist (wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist), gibt das Ceroxid Sauerstoff frei und wird unter Freisetzung von Sauerstoff in Cer(III)-oxid (Ce2O3) umgewandelt. Demnach zeigt die Sauerstoffspeicher­ komponente die O2-Speicherwirkung, wonach diese Komponente Sauerstoff in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und Sauerstoff in das Abgas freigegeben wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett wird.
Wenn die NOx-Menge, die von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 absorbiert wurde, während des Betriebs des Motors 1 mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis zunimmt, wird bei diesem Ausführungsbeispiel der fette Impulsspitzenbetrieb ausgeführt, um das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Motors für kurze Zeit von einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, damit von dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx freigegeben und durch Reduktion gereinigt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erhöht und verringert die ECU 30 den Wert eines NOx-Zählers, um die von dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 absorbierte NOx-Menge zu schätzen. Die pro Zeiteinheit von dem NOx Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 absorbierte NOx-Menge ist proportional zu der NOx-Menge in dem pro Zeiteinheit in den NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator einströmenden Abgas, d. h. sie ist proportional zu der pro Zeiteinheit von dem Motor 1 abgegebenen NOx-Menge. Andererseits ist die pro Zeit­ einheit von dem Motor abgegebene NOx-Menge durch die in den Motor eingebrachte Kraftstoffmenge, das Luft-Kraft­ stoff-Verhältnis und die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases bestimmt. Es ist daher möglich, die von dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator absorbierte NOx- Menge in Erfahrung zu bringen, wenn die Motorbetriebs­ bedingungen festgelegt sind. Bei diesem Ausführungs­ beispiel werden die pro Zeiteinheit von dem Motor abge­ gebenen NOx-Mengen vorab gemessen, indem die Motor­ betriebsbedingungen (Gashebelöffnungsgrad, Motordreh­ geschwindigkeit, Ansaugluftmenge, Ansaugluftdruck, Luft- Kraftstoff-Verhältnis, Menge des zugeführten Kraftstoffs usw.) gemessen werden und die pro Zeiteinheit von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 absorbier­ ten NOx-Mengen in dem ROM der ECU 30 in Form einer nume­ rischen Wertetabelle gespeichert werden, die beispiels­ weise die Motorlast (Kraftstoffeinspritzmenge) und die Drehgeschwindigkeit des Motors verwendet. Die ECU 30 berechnet die pro Zeiteinheit von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator absorbierte NOx-Menge anhand der Motorlast (Kraftstoffeinspritzmenge) und der Motor­ drehgeschwindigkeit, indem sie die Tabelle in regel­ mäßigen Abständen (jeweils nach der obigen Zeiteinheit) nutzt und den NOx-Zähler um die absorbierte NOx-Menge erhöht. Daher entspricht der Wert des NOx-Zählers zu allen Zeiten der von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 absorbierten NOx-Menge. Wenn der Wert des NOx-Zählers während des Betriebs des Motors mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen vorbestimmten Wert überschreitet, ändert die ECU 30 den Betrieb des Motors für kurze Zeit zu einem Betrieb mit fettem Luft- Kraftstoff-Verhältnis (obengenannte Betriebsart oder ), um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von dem Motor zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu ändern. Dann strömt Abgas mit einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis in den NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7, wodurch NOx, das absorbiert wurde, von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator freigegeben und durch Reduktion gereinigt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird von dem strom­ aufwärtigen Halbabschnitt 7a des Substrats des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators 7 in einer verhältnismäßig großen Menge Cer getragen, das eine Sauerstoff speichernde Komponente ist, so daß bei Freigabe von NOx von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator das NOx-Reinigungsverhältnis stark verbessert wird.
Die Gründe, warum die nahe dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 angeordnete Sauerstoffspeicher­ komponente das NOx-Reinigungsverhältnis des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators verbessern hilft, wurden noch nicht geklärt, doch denkt man, daß sie wie folgt lauten.
Temperaturanstieg des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators aufgrund von Sauerstoff, der von der Sauerstoffspeicherkomponente freigegeben wird.
Wenn von dem stromaufwärtigen Halbabschnitt des Substrats des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators als Sauerstoffspeicherkomponente beispielsweise Cer (Ce) getragen wird, absorbiert Cer Sauerstoff in dem Abgas, während der Motor 1 mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis betrieben wird. In einem Zustand, in dem Cer mit absorbiertem Sauerstoff gesättigt ist (Zustand, in dem sämtliches getragenes Cer mit dem Sauerstoff gebunden und in Ceroxid (CeO2) umgewandelt ist), ist das Luft- Kraftstoff-Verhältnis nahe den Oberflächen des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators 7 ausreichend mager, wobei der NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator 7 NOx in dem Abgas absorbiert.
Nachdem der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 in diesem Zustand NOx absorbiert hat, wird das operative Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert. Dann sinkt in dem Abgas die Sauerstoffkonzentration und nehmen die HC-, CO- und H2-Komponenten in dem Abgas zu. Wenn das Abgas mit dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Kontakt mit dem Ceroxid (CeO2) kommt, gibt die Sauerstoffspeicher­ komponente Sauerstoff frei, der mit CO- und H2- Komponenten in dem Abgas reagiert. Richtiger ausgedrückt findet zwischen dem Ceroxid und den CO- und H2- Komponenten in dem Abgas die folgende Reaktion statt.
2CeO2 + CO → Ce2O3 + CO2 + Q1 (1)
2CeO2 + H2 → Ce2O3 + H2O + Q2 (2)
Die obengenannten Reaktionen (1) und (2) sind exotherme Reaktionen, die verhältnismäßig große Wärmemengen Q1 und Q2 erzeugen. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, gibt daher das Ceroxid in großen Mengen Wärme frei und wird die Temperatur des nahe dazu ange­ ordneten NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators jäh erhöht.
Wenn die Temperatur des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators steigt, wandert NOx, das von dem NOx- Absorptionsmittel (z. B. BaO) in Form von Salpeter­ säureionen absorbiert ist, unter dem Mechanismus, daß von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx freigegeben wird, mit einer größeren Geschwindigkeit bzw. Rate an die Edelmetallkatalysatorkomponente wie etwa Pt. In diesem Moment ist die Edelmetallkatalysatorkomponente zudem erwärmt und zeigt eine erhöhte katalytische Aktivität. Dementsprechend rege reagiert NOx, das von dem Absorptionsmittel zu der Edelmetallkatalysatorkomponente gewandert ist, mit den HC-, CO- und H2-Komponenten in dem Abgas und wird reduziert. Das heißt, daß der Temperatur­ anstieg des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators sowohl die Freigaberate von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator als auch die Reduktionsreaktion von freigegebenem NOx fördert, was zu einer starken Verbesserung des Reinigungsverhältnisses an NOx beiträgt. Wie vorstehend beschrieben ist, findet der durch die Reaktion an der Sauerstoffspeicherkomponente bedingte Temperaturanstieg des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators nur dann statt, wenn von dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx freigegeben wird (d. h. wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis hin geändert ist), und dann innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer, was stark zu einer Verbesserung des Reinigungsverhältnisses an NOx beiträgt. Würde die Temperatur des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators zum Beispiel durch eine Erhöhung der Abgastemperatur oder durch eine Erwärmung mittels eines Heizelements erhöht werden, ließe sich das NOx- Reinigungsverhältnis verglichen mit der Verwendung der Sauerstoffspeicherkomponente nicht ausreichend verbessern. So war bekannt, daß der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis mager ist, in einem Bereich mit einer höheren als einer gegebenen Temperatur ein schwächeres NOx- Absorptionsvermögen zeigt. Das NOx-Absorptionsvermögen (Maximalmenge der NOx-Absorption) des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators ist durch einen Punkt beschrieben, bei dem die Rate des von dem Absorptions­ mittel (z. B. BaO) absorbierten NOx des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators mit der Rate des von dem Absorptionsmittel freigegebenen NOx im Gleichgewicht ist. Dabei nimmt die Rate an freigelassenem NOx mit einem Anstieg der Temperatur des Absorptionsmittels zu. Wenn das Absorptionsmittel jedoch über einen gegebenen Punkt hinaus erwärmt wird, nimmt das NOx-Absorptionsvermögen des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators mit steigender Temperatur ab. Wenn die Temperatur des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators über einen gegebenen Wert erhöht wird, sinkt daher während der Absorption von NOx (Betrieb mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis) das NOx-Absorptionsvermögen des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators. Wird von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx frei­ gegeben (Betrieb mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis), nimmt dagegen der NOx-Reduktionswirkungsgrad mit steigender Temperatur des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators zu. Damit der NOx-Reduktions­ wirkungsgrad verbessert und ohne eine Verringerung des Absorptionsvermögens des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators für ein allgemein hohes NOx- Reinigungsverhältnis gesorgt wird, ist es daher not­ wendig, den NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur zu halten, wenn von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator (während des Betriebs mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis) NOx absorbiert wird, und den NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator bei einer verhältnismäßig hohen Temperatur zu halten, wenn (während des Betriebs mit fettem Luft-Kraftstoff-Verhältnis) NOx freigegeben wird.
Bei der Einstellung der Temperatur des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators durch Steuerung der Abgas­ temperatur oder mittels des Heizelements läßt sich jedoch die Temperatur des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators nicht innerhalb kurzer Zeit ändern. Während des Betriebs mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird daher die Temperatur des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators zu stark erhöht, was zu einer Senkung des NOx-Absorptionsvermögens führt, oder wird während des Betriebs mit einem fetten Luft-Kraftstoff- Verhältnis die Temperatur des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators nicht ausreichend erhöht und NOx nicht ausreichend reduziert. Ist dagegen die Sauer­ stoffspeicherkomponente wie bei diesem Ausführungs­ beispiel nahe dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator angeordnet, kann die Temperatur des NOx Absorptions- und -Reduktionskatalysators innerhalb sehr kurzer Zeit erhöht werden, wenn das Luft-Kraftstoff- Verhältnis des Abgases von der mageren Seite zu der fetten Seite geändert wird. Während des Betriebs mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird daher der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur gehalten, so daß eine Senkung des NOx-Absorptionsvermögens verhindert wird. Während des Betriebs mit fettem Luft-Kraftstoff- Verhältnis wird dagegen die Temperatur des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators innerhalb kurzer Zeit erhöht, so daß das NOx-Reinigungsverhältnis als Ganzes verbessert wird.
Ausbildung von H2 durch die Sauerstoffspeicher­ komponente.
Ein weiterer Grund, warum die nahe dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator angeordnete Sauerstoff­ speicherkomponente das NOx-Reinigungsverhältnis des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators verbessern hilft, ist anscheinend der, daß durch die Sauerstoff­ speicherkomponente während des Betriebs mit fettem Luft- Kraftstoff-Verhältnis H2 ausgebildet wird.
Zum Beispiel reagiert das Ceroxid (CeO2), das als Sauerstoffspeicherkomponente verwendet wird, mit den H2- und CO-Komponenten in dem Abgas, wenn sich das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von der mageren Seite zu der fetten Seite ändert, wodurch aufgrund der durch die obengenannten Formeln (1) und (2) dargestellten Reaktionen aus dem Ceroxid Sauerstoff entfernt und das Ceroxid in Ce2O3 umgewandelt wird. Unter der Bedingung des fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses reagiert Ce2O3 jedoch mit H2O in dem Abgas in die zu der Formel (2) entgegengesetzten Richtung, so daß H2 ausgebildet wird. Das heißt, es findet die folgende Reaktion statt:
Ce2O3 + H2O → 2CeO2 + H2 (3)
H2 ist verglichen mit HC und CO stark reduktiv. Wenn in dem Abgas H2 vorkommt, während NOx freigegeben wird, wird von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator freigegebenes NOx daher hochwirksam reduziert und wird das NOx-Reinigungsverhältnis des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators als Ganzes verbessert. Dementsprechend wird durch die nahe dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator angeordnete Sauerstoff­ speicherkomponente das Reinigungsverhältnis des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators verbessert.
Wie vorstehend beschrieben ist, basiert die Verbesserung des Reinigungsverhältnisses des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators, wenn die Sauerstoffspeicher­ komponente auf der stromaufwärtigen Seite des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators an einer nahen Position zu diesem angeordnet ist, entweder auf einem oder auf beiden der obengenannten Gründe und .
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Sauerstoff­ speicherkomponente lediglich von dem stromaufwärtigen Halbabschnitt des Substrats des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators getragen. Dies liegt daran, daß NOx während des Betriebs mit einem mageren Luft- Kraftstoff-Verhältnis von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator von der Seite des vorderen Substratendes aus (Abgaseinlaßseite) okkludiert bzw. eingeschlossen wird. Wenn der fette Impulsspitzenbetrieb wie bei diesem Ausführungsbeispiel in einem Zustand erfolgt, in dem von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator NOx in einer Menge okkludiert ist, die deutlich geringer als dessen Sättigungsmenge ist, wird daher das meiste NOx von der stromaufwärtigen Hälfte des Substrats des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators freigegeben.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung, die die Beschaffenheit des in Fig. 1 gezeigten Konverters 70 gemäß einem von Fig. 2 verschiedenen Ausführungsbeispiel veranschaulicht. In Fig. 3 bezeichnen Bezugsziffern, die zu denen in Fig. 2 gleich sind, die gleichen Elemente wie in Fig. 2. Bei diesem Ausführungsbeispiel trägt der stromaufwärtige Halbabschnitt 7b des Substrats eine Sauerstoffspeicher­ komponente wie etwa Cer, die zu der des Ausführungs­ beispiels gemäß Fig. 2 gleich ist, sowie Dreiwege­ katalysatorkomponenten wie etwa Platin Pt, Rhodium Rh und dergleichen. Das heißt, daß der stromaufwärtige Halb­ abschnitt 7b des Trägers gemäß diesem Ausführungsbeispiel als NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator und als das O2-Speichervermögen aufweisender Dreiwegekatalysator arbeitet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel entfalten die von der stromaufwärtigen Hälfte des Substrats getragenen Dreiwegekatalysatorkomponenten zusammen mit dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator die folgenden Wirkungen.
(1) Verhinderung dessen, daß der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator mit HC und CO kontaminiert wird, wenn der fette Impulsspitzenbetrieb erfolgt.
Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis beim Motorbetrieb durch den fetten Impulsspitzenbetrieb von der mageren Seite zu der fetten Seite geändert wird, nehmen in dem Abgas die Mengen an HC- und CO-Komponenten jäh zu. Dabei setzen sich jedoch sowohl die HC- als auch die CO- Komponente leicht an den Katalysatorkomponenten wie etwa Platin und dergleichen des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators ab. Wenn in dem Abgas bei einer Änderung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Mengen an HC- und CO-Komponenten jäh zunehmen, werden daher die Oberflächen der Katalysatorkomponenten des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators mit den sich absetzenden HC- und CO-Komponenten bedeckt, was zum Auftreten einer sogenannten HC-Kontamination und CO- Kontamination führt, durch die die effektiven Ober­ flächenbereiche des Katalysators verringert werden. Wenn diese Kontaminationen auftreten, finden nur in geringem Maß die Reaktionen NO3- → NO2 und NOx → N2 statt und nimmt das NOx-Reinigungsverhältnis des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators ab.
Arbeitet dagegen die stromaufwärtige Hälfte 7b des Substrats des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators wie bei diesem Ausführungsbeispiel als das O2-Speichervermögen aufweisender Dreiwegekatalysator, reagieren die HC- und CO-Komponenten in dem während des fetten Impulsspitzenbetriebs einströmenden Abgas an den Dreiwegekatalysatorkomponenten teilweise mit von der Sauerstoffspeicherkomponente freigegebenem Sauerstoff und werden oxidiert, wodurch ein jäher Anstieg der die NOx Absorptions- und -Reduktionskatalysatorkomponenten erreichenden HC- und CO-Komponenten unterdrückt wird. Daher treten die HC- und CO-Kontamination nicht im frühen Abschnitt des fetten Impulsspitzenbetriebs auf, wobei eine Senkung des NOx-Reinigungsverhältnisses des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators verhindert wird.
(2) Verhinderung einer HC-Kontamination während des Betriebs mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Bei einem Motor wie dem Motor 1 gemäß diesem Ausführungs­ beispiel, bei dem während des Betriebs mit magerem Luft- Kraftstoff-Verhältnis die Schichtladungsverbrennung (die vorstehend genannte Verbrennungsbetriebsart oder ) erfolgt, ist während des Betriebs mit magerem Luft- Kraftstoff-Verhältnis die Menge der HC-Komponente in dem Abgas größer als bei einem Motor, bei dem die Vermischungsverbrennung erfolgt. Daß sich HC absetzt, kann daher in diesem Fall sogar während des Betriebs mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis auftreten, wobei das NOx-Reinigungsverhältnis des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators aufgrund der Kontamination abnehmen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel arbeitet der stromaufwärtige Halbabschnitt 7b des Substrats als Dreiwegekatalysator. Während des Betriebs mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird daher die HC-Komponente in dem in das Substrat einströmenden Abgas an den Dreiwegekatalysatorkomponenten unter Reaktion mit Sauerstoff in dem Abgas oxidiert und setzt sich auf dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator weniger HC ab. Dadurch wird die HC-Kontamination des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators verhindert, wenn während des Betriebs mit magerem Luft-Kraftstoff- Verhältnis die Schichtladungsverbrennung erfolgt.
(3) Ausbildung von H2 durch die Wasser-Gas- Konvertierungsreaktion.
Bei dem Dreiwegekatalysator etabliert sich unter der Bedingung eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Wasser-Gas-Konvertierungsreaktion CO + H2O → H2 + CO2, so daß CO in dem Abgas zu H2 umgewandelt wird. H2 ist verglichen mit HC und CO stark reduktiv. Kommt in dem Abgas H2 vor, während von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx freigegeben wird, wird daher das freigegebene NOx in einem höheren Verhältnis gereinigt. Wie vorstehend beschrieben ist, setzt sich außerdem CO auf dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator ab, so daß eine CO-Kontamination hervorgerufen wird. Indem dem stromaufwärtigen Halb­ abschnitt 7b des Substrats wie bei diesem Ausführungs­ beispiel die Funktion des Dreiwegekatalysators verliehen wird, läßt sich jedoch, während H2 ausgebildet wird, das als Reduktionsmittel dient, die CO-Kontamination des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators unterdrücken.
Das heißt, daß der Konverter 70 gemäß diesem Ausführungs­ beispiel zusätzlich zu der durch die Sauerstoffspeicher­ komponente gemäß Fig. 2 bedingte Wirkung die unter (1) bis (3) beschriebenen Wirkungen entfaltet.
Nachstehend wird die Beschaffenheit des in Fig. 1 gezeigten Konverters 70 gemäß einem weiteren Ausführungs­ beispiel beschrieben.
In Fig. 4 ist ähnlich wie in Fig. 2 und Fig. 3 eine Schnittansicht gezeigt, die die Beschaffenheit des Konverters 70 gemäß diesem Ausführungsbeispiel veran­ schaulicht. In Fig. 4 bezeichnen Bezugsziffern, die zu denen in Fig. 2 und Fig. 3 gleich sind, die gleichen Elemente wie in Fig. 2 und Fig. 3. Der Konverter 70 entspricht einer Form, bei der in einem Gehäuse 70a der Dreiwegekatalysator 9 und der NOx-Absorptions- und Reduktionskatalysator 7 untergebracht sind, wobei der Dreiwegekatalysator 9 auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators (auf der Seite des Abgaseinlasses des Gehäuses 70a) angeordnet ist. Der Dreiwegekatalysator 9 gemäß diesem Ausführungs­ beispiel wird dadurch erhalten, daß auf der Aluminium­ oxidschicht, die wie bei dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 auf dem Substrat aus etwa Cordierit ausgebildet ist, die Dreiwegekatalysator­ komponenten wie etwa Platin Pt, Rhodium Rh und Palladium Pd getragen werden. Anders als bei Fig. 2 und Fig. 3 arbeitet der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 ausschließlich als NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator, der in dem stromaufwärtigen Halbabschnitt des Substrats weder die Sauerstoffspeicherkomponenten noch die Dreiwegekatalysatorkomponenten trägt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind der Dreiwegekatalysator 9 und der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 getrennt ausgebildet und zueinander benachbart angeordnet (der Dreiwegekatalysator 9 und der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 können in innigem Kontakt miteinander angeordnet sein oder sie können unter Beibehaltung eines dazwischen liegenden verhältnismäßig kleinen Spalts angeordnet sein). Bei diesem Ausführungsbeispiel strömt das Abgas in den NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7, nachdem es durch den Dreiwegekatalysator 9 hindurchgegangen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Sauerstoff­ speicherkomponente zu dem Dreiwegekatalysator 9 hinzu­ gegeben, so daß diesem das O2-Speichervermögen verliehen ist, damit die drei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 erläuterten Wirkungen erzielt werden, d. h. (1) Verhinderung der HC- und CO-Kontaminationen bei Ausführung des fetten Impulsspitzenbetriebs, (2) Verhinderung der HC-Kontamination während des Betriebs mit magerem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und (3) Ausbildung von H2 durch die Wasser-Gas-Konvertierungsreaktion. Wenn die Sauerstoffspeicherkomponente nicht hinzugegeben ist, d. h. wenn der Dreiwegekatalysator ohne O2-Speicher­ vermögen verwendet wird, werden die obengenannten Wirkungen (2) und (3) erzielt.
Anhand von Versuchen wurde ermittelt, daß wenn der Dreiwegekatalysator 9 und der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 wie in Fig. 3 gezeigt zueinander benachbart angeordnet sind, ein maximales NOx-Reinigungs­ verhältnis erhalten wird, wenn das Volumenverhältnis des Dreiwegekatalysators 9 und des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators 7 auf ungefähr 1 zu 1 eingestellt ist.
Nachstehend sind die Komponenten und ihre Mengen beschrieben, die von dem stromaufwärtigen Abschnitt (dem Dreiwegekatalysator 9) und dem stromabwärtigen Abschnitt (dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7) des bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Konverters getragen werden.
(A) NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 (stromabwärtiger Abschnitt)
Die Aluminiumoxidschicht trägt Platin (Pt), Rhodium (Rh), Zirkoniumoxid (ZrO2), Barium (Ba), Lithium (Li), Kalium (K) und gebranntes Cer (Ce) in den folgenden Mengen:
Pt/Rh = 2,5/0,25 Gramm/Liter,
Ba - Li - K = 0,2 - 0,1 - 0,1 Mol/Liter,
Ce = 20 Gramm/Liter,
ZrO2 = 50 Gramm/Liter.
(B) Dreiwegekatalysator 9 (stromaufwärtiger Abschnitt)
Die Aluminiumoxidschicht trägt Platin (Pt), Rhodium (Rh), Zirkoniumoxid (ZrO2) und Cer (Ce). Cer und Zirkoniumoxid sind als Mischoxide hinzugegeben, sind aber nicht gebrannt. Die Mengen sind wie folgt:
Pt/Rh = 1, 5/0,3 Gramm/Liter, Ce, ZrO2 (Mischoxide) = 75 Gramm/Liter.
Da die Mischoxide Ce und ZrO2 nicht gebrannt sind, zeigt der Dreiwegekatalysator 9 verglichen mit dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 ein sehr hohes O2-Speichervermögen. Ist das Volumen das gleiche, läßt sich daher abschätzen, daß der Dreiwegekatalysator 9 etwa 10 mal so viel Sauerstoff wie der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator 7 absorbieren und freigeben kann.
Darüber hinaus finden bei diesem Ausführungsbeispiel bei dem Dreiwegekatalysator 9 und dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator Substrate des gleichen Durchmessers Verwendung.
Fig. 5 zeigt eine Kurve, die die Meßergebnisse der Änderung des NOx-Reinigungsverhältnisses des gesamten Konverters bei Änderung des Längenverhältnisses (des Volumenverhältnisses) des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators 7 und des Dreiwegekatalysators 9 des Konverters 70 veranschaulicht. In Fig. 5 stellt die Ordinate das NOx-Reinigungsverhältnis (Verhältnis des von dem Konverter 70 gereinigten NOx bezogen auf das NOx in dem in den Konverter 70 einströmenden Abgas) dar, und stellt die Abszisse das Verhältnis der Länge des Substrats des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators 7 zu der Gesamtlänge des Substrats des Dreiwegekatalysators 9 und des Substrats des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators 7 dar.
Bei dem Konverter gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das NOx-Reinigungsverhältnis maximal, wenn das Längen­ verhältnis des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators 7 etwa 50% beträgt. Bei dem Konverter gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird daher ein maximales Reinigungsverhältnis erhalten, wenn die Länge des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators 7 und die Länge des Dreiwegekatalysators 9a zueinander gleich sind, d. h. wenn das Volumenverhältnis der beiden ungefähr 1 zu 1 beträgt.
Als nächstes folgt eine Beschreibung des in Fig. 1 gezeigte Konverters 70 gemäß einem zu den Fig. 2 bis 4 verschiedenen Ausführungsbeispiel.
Fig. 6 ähnelt der Abbildung in Fig. 2 und veranschaulicht die Beschaffenheit des Konverters 70 gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 von dem Substrat der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator und das Cer als Sauerstoffspeicherkomponente getragen. Dabei wird das Cer jedoch nicht nur auf dem stromaufwärtigen Halb­ abschnitt, sondern auch über die gesamte Länge des Substrats getragen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 werden die NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysatorkomponente und die Sauerstoff­ speicherkomponente von dem Substrat in einem gemischten Zustand getragen. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorkomponente und die Sauerstoffspeicherkomponente jedoch wie nach­ stehend beschrieben in einem isolierten Zustand in Form von Schichten getragen.
In Fig. 7 ist eine Schnittansicht gezeigt, die schema­ tisch den Zustand veranschaulicht, in dem die NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysatorkomponente und die Sauerstoffspeicherkomponente gemäß diesem Ausführungs­ beispiel getragen werden.
Bei diesem in Fig. 7 gezeigten Ausführungsbeispiel findet ein sogenannter Zweilagen-Schichtaufbau Verwendung, bei dem auf dem Substrat 71 eine NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73 ausgebildet ist und auf der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73 eine Sauerstoffspeicherkomponentenschicht 75 ausgebildet ist. Das Abgas geht zunächst durch die poröse Sauerstoff­ speicherkomponentenschicht 75 hindurch und erreicht dann die NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73 auf der tiefer liegenden Seite. Auch in diesem Fall ist die Sauerstoffspeicherkomponente auf der stromaufwärtigen Seite der NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysatorkomponente nahe zu dieser angeordnet.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird als Substrat 71 das wabenförmige Cordierit oder ein ähnliches Material verwendet, das dann mit Aluminiumoxid beschichtet wird, um die obengenannten NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysatorkomponenten (z. B. Edelmetallkomponenten wie etwa Pt, Rh, usw. und ein NOx-Absorptionsmittel wie etwa Barium Ba) zu tragen, wodurch die NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73 ausgebildet wird.
Die Sauerstoffspeicherkomponentenschicht 75 wird erhalten, indem auf der Oberseite (Außenseite) der Aluminiumoxidbeschichtung eine poröse Schicht aus etwa Zeolith ausgebildet wird und auf dieser Schicht Edel­ metalle und Sauerstoffspeicherkomponenten getragen werden. Unter den zeolithartigen Materialien wird bei diesem Ausführungsbeispiel als tragende Schicht für die Sauerstoffspeicherkomponentenschicht 75 Mordenit verwendet, wobei von der Mordenitschicht Platin Pt, das ein Edelmetall ist, und Cer Ce, das eine Sauerstoff­ speicherkomponente ist, getragen wird.
Die Dicke der Sauerstoffspeicherkomponentenschicht 75 ist geringer als die Dicke der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73. Und zwar beträgt sie etwa 1/6 bis etwa 1/5 der Dicke der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73.
Nachstehend ist die Wirkung der Sauerstoffspeicher­ komponentenschicht 75 und NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73 beschrieben, die wie bei diesem Ausführungsbeispiel vorgeschlagen im Zweilagen- Schichtaufbau angeordnet sind.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel von der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73 Wärme erzeugt und von der Sauerstoffspeicherkomponentenschicht 75 H2 ausgebildet, wenn NOx freigegeben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel, bei dem die Sauerstoffspeicher­ komponentenschicht 75 und die NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73 als Zweilagen- Schichtaufbau angeordnet sind, ist jedoch die gesamte NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht gleichmäßig und innig mit der Sauerstoffspeicher­ komponentenschicht verbunden, was eine wirksamere Temperaturerhöhung des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators und eine wirksamere Versorgung von H2 durch die Sauerstoffspeicherkomponentenschicht ermöglicht.
Bei einer wie bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgenden Ausbildung der Zeolitrischicht (Mordenit bei diesem Ausführungsbeispiel) auf der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73 zum Tragen eines Edel­ metalls (Pt bei diesem Ausführungsbeispiel), läßt sich eine weitere Wirkung erzielen.
Das Abgas von dem Verbrennungsmotor enthält Schwefeloxid (SOx), das durch eine in dem Schmieröl und Kraftstoff enthaltene Schwefelkomponente gebildet wird. In dem Abgas wird SOx durch den NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator absorbiert, so daß in dem Absorptionsmittel unter der Bedingung eines mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnisses gemäß dem gleichen Mechanismus wie dem der Absorption von NOx Sulfat (z. B. BaSO4) ausgebildet wird. Im Vergleich zu dem Nitrat ist das in dem Absorptionsmittel ausgebildete Sulfat jedoch stabil und wird nicht unter der Bedingung freigegeben, unter der NOx von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator freigegeben wird, sondern sammelt sich in dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator allmählich an. Wenn sich in dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator in dem Absorptionsmittel SOx in größeren Mengen ansammelt, nimmt die Menge des Absorptionsmittels ab, die an der Absorption von NOx teilnehmen kann, und verringert sich das NOx-Absorptionsvermögen (die Maximal­ menge der NOx-Absorption) des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators, d. h. eine sogenannte SOx- Kontamination findet statt. Bei Ausbildung der Zeolit­ schicht auf der NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysatorschicht gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird SOx in dem Abgas von dem Zeolith adsorbiert, wenn das Abgas durch die poröse Schicht hindurchgeht, wobei in dem Abgas, das an die NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysatorschicht 73 gelangt, praktisch kein SOx enthalten ist. Daher findet keine SOx-Kontamination des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators statt.
Überdies wird SOx von dem Zeolith ähnlich wie bei einer physikalischen Adsorption adsorbiert, ohne daß ein Sulfat wie etwa BaSO4 ausgebildet wird. Daher kann SOx unter der üblichen Bedingung, unter der von dem NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator NOx freigegeben wird, leicht desorbiert werden. Desorbiertes SOx wird in das Abgas freigegeben, ohne mit der tiefer gelegenen NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73 in Kontakt zu kommen, und wird nicht von dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator absorbiert. Das heißt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die auf der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorschicht 73 ausgebildete Sauerstoffspeicherkomponentenschicht 75 außerdem als SOx-Falle arbeitet, damit SOx leicht adsorbiert und desorbiert wird. Bei diesem Ausführungs­ beispiel, bei der von der Zeolitrischicht Metallkomponen­ ten wie etwa Pt und dergleichen getragen werden, wird SO2 in dem Abgas, während es durch die Zeolitrischicht hindurchgeht, außerdem oxidiert und zu SO3 umgewandelt. SO3 wird von dem Zeolith leichter als SO2 adsorbiert und wird von dem Zeolith in einer Atmosphäre mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur (von beispielsweise etwa 300°C) leicht desorbiert. Bei diesem Ausführungsbeispiel zeigt die Sauerstoffspeicherkomponentenschicht 75 daher als SOx-Falle ein weiter verbessertes Leistungsvermögen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Sauerstoff­ speicherkomponentenschicht über die gesämte Substratlänge des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators ausge­ bildet. Wie zuvor beschrieben wurde, zeigt jedoch die Menge des von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator absorbierten NOx die Tendenz, in dem stromaufwärtigen Halbabschnitt des Substrats zuzunehmen. Bezogen auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 kann daher der Zweilagen-Schichtaufbau nur in dem strom­ aufwärtigen Halbabschnitt des Substrats ausgebildet sein, wobei auch die Sauerstoffspeicherkomponentenschicht nur in dem stromaufwärtigen Halbabschnitt ausgebildet sein kann.
Nachstehend werden nun bezogen auf die Fig. 1, 6 und 7 die getragenen Mengen der Sauerstoffspeicherkomponenten beschrieben. Wie vorstehend beschrieben ist, sind die Sauerstoffspeicherkomponenten auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators nahe zu diesem angeordnet, um das NOx-Reinigungs­ verhältnis des NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysators zu verbessern. Zur Maximierung des NOx- Reinigungsverhältnisses muß jedoch die getragene Menge der Sauerstoffspeicherkomponente derart eingestellt sein, daß sie innerhalb eines optimalen Bereichs liegt. Wenn die Sauerstoffspeicherkomponente beispielsweise in einer zu geringen Menge getragen wird, wird durch die Reaktion der H2- und CO-Komponenten mit der Sauerstoff­ speicherkomponente, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett wird, nur in geringem Umfang Wärme erzeugt und wird die Temperatur der NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorkomponenten daher nicht ausreichend erhöht. Wenn die Sauerstoffspeicherkomponente dagegen in einer zu großen Menge getragen wird, wird durch die Reaktion zwar ausreichend Wärme erzeugt, doch wird in diesem Fall ein großer Anteil der H2- und CO-Komponenten in dem Abgas von der Sauerstoffspeicherkomponente auf der stromaufwärtigen Seite oxidiert, wobei die reduzierenden Komponenten dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator nicht in ausreichender Menge zugeführt werden, so daß das freigegebene NOx nicht ausreichend reduziert wird.
In Fig. 8 ist eine Kurve gezeigt, die die Meßergebnisse einer Änderung des NOx-Reinigungsverhältnisses des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators als Ganzes veranschaulicht, während die Menge der Sauerstoff­ speicherkomponente (Cer) verändert wird, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 oder gemäß Fig. 6 und Fig. 7 von einem Abschnitt des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators auf der stromaufwärtigen Seite (oder auf der oberen Schichtseite) getragen wird. Fig. 8 veranschaulicht den Fall, bei der als Sauerstoffspeicher­ komponente Cer in Form einer festen Ceroxid-Zirkonium­ oxid-Lösung (CeO2 und ZrO2 mit einem Molverhältnis von 1 zu 1) getragen wird. Es wurde festgestellt, daß das NOx- Reinigungsverhältnis des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators als Ganzes am stärksten verbessert ist, wenn die getragene Menge an fester Ceroxid-Zirkoniumoxid-Lösung innerhalb eines Bereichs von 30 Gramm/Liter bis 50 Gramm/Liter liegt.

Claims (10)

1. Abgasreinigungsvorrichtung (70) für einen Verbrennungsmotor, die einen NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator (7) umfaßt, der NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freigibt und es durch Reduktion reinigt, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett ist, und die in einer Auspuffleitung (2) des Verbrennungs­ motors (1) angeordnet ist, der, falls erforderlich, zur Auswahl eines Betriebs mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis und eines Betriebs mit einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis imstande ist, so daß der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator (7) NOx in dem Abgas absorbiert, wenn der Motor (1) mit magerem Luft- Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, und daß das absorbierte NOx von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator (7) freigegeben und durch Reduktion gereinigt wird, wenn der Motor (1) mit fettem Luft-Kraftstoff- Verhältnis betrieben wird; wobei von einem Substrat des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators auf dem stromaufwärtigen Halb­ abschnitt (7a; 7b) des Substrats von einer Endfläche auf der Abgaseinlaßseite bis zu einem mittleren Abschnitt dessen Sauerstoffspeicherkomponenten getragen werden, damit Sauerstoff in dem Abgas absorbiert wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und der absorbierte Sauerstoff freigegeben wird, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist.
2. Abgasreinigungsvorrichtung (70) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei von dem strom­ aufwärtigen Halbabschnitt (7b) des Substrats Dreiwege­ katalysatorkomponenten getragen werden.
3. Abgasreinigungsvorrichtung (70) für einen Nrbrennungsmotor, die einen NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator (7) umfaßt, der NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freigibt und es durch Reduktion reinigt, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett ist, und die in einer Auspuffleitung (2) des Verbrennungs­ motors (1) angeordnet ist, der, falls erforderlich, zur Auswahl eines Betriebs mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis und eines Betriebs mit einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis imstande ist, so daß der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator (7) NOx in dem Abgas absorbiert, wenn der Motor (1) mit magerem Luft- Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, und daß das absorbierte NOx von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator (7) freigegeben und durch Reduktion gereinigt wird, wenn der Motor (1) mit fettem Luft-Kraftstoff- Verhältnis betrieben wird; wobei in der Auspuffleitung (2) des Motors (1) auf der stromaufwärtigen Seite des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators (7) und benachbart zu dem NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysatorsubstrat ein Dreiwegekatalysator (9) angeordnet ist.
4. Abgasreinigungsvorrichtung (70) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei das Volumen­ verhältnis des Dreiwegekatalysators (9) und des NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysators (7) 1 zu 1 beträgt.
5. Abgasreinigungsvorrichtung (70) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 3, wobei der Dreiwege­ katalysator (9) außerdem ein Sauerstoffspeichervermögen aufweist, um Sauerstoff in dem Abgas zu absorbieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und den absorbierten Sauerstoff freizugeben, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett ist.
6. Abgasreinigungsvorrichtung (70) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 4, wobei der Dreiwege­ katalysator (9) außerdem ein Sauerstoffspeichervermögen aufweist, um Sauerstoff in dem Abgas zu absorbieren, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und um den absorbierten Sauerstoff freizu­ geben, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des ein­ strömenden Abgases fett ist.
7. Abgasreinigungsvorrichtung (70) für einen Verbrennungsmotor, die einen NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysator (7) umfaßt, der NOx in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das absorbierte NOx freigibt und es durch Reduktion reinigt, wenn das Luft- Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases fett ist, und die in einer Auspuffleitung (2) des Verbrennungs­ motors (1) angeordnet ist, der, falls erforderlich, zur Auswahl eines Betriebs mit einem mageren Luft-Kraftstoff- Verhältnis und eines Betriebs mit einem fetten Luft- Kraftstoff-Verhältnis imstande ist, so daß der NOx- Absorptions- und -Reduktionskatalysator (7) NOx in dem Abgas absorbiert, wenn der Motor (1) mit magerem Luft- Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, und daß das absorbierte NOx von dem NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator (7) freigegeben und durch Reduktion gereinigt wird, wenn der Motor (1) mit fettem Luft-Kraftstoff- Verhältnis betrieben wird;
wobei der NOX-Absorptions- und -Reduktions­ katalysator (7) ein Substrat (71), auf dem Substrat eine NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysatorkomponenten tragende NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysatorschicht (73) und eine
Sauerstoffspeicherkomponenten tragende Sauerstoff­ speicherkomponentenschicht (75) umfaßt, die Sauerstoff in dem Abgas absorbiert, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mager ist, und den absorbierten Sauerstoff freigibt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases fett ist, wobei die Sauerstoffspeicherkomponentenschicht (75) auf der NOx-Absorptions- und -Reduktions­ katalysatorschicht (73) ausgebildet ist.
8. Abgasreinigungsvorrichtung (70) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 7, wobei die Sauerstoff­ speicherkomponentenschicht (75) eine Zeolithschicht umfaßt, die eine Edelmetallkomponente und als Sauerstoff­ speicherkomponente eine Cerkomponente trägt.
9. Abgasreinigungsvorrichtung (70) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, wobei das Cer in Form einer festen Ceroxid-Zirkoniumoxid-Lösung getragen wird und die Menge der von der Sauerstoffspeicherkomponenten­ schicht (75) getragenen festen Lösung in einem Bereich von 30 Gramm/Liter bis 50 Gramm/Liter liegt.
10. Abgasreinigungsvorrichtung (70) für einen Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei die Sauerstoff­ speicherkomponente in dem stromaufwärtigen Halbabschnitt (7a; 7b) des Substrats des NOx-Absorptions- und -Reduktionskatalysators (7) Cer ist, das in Form einer festen Ceroxid-Zirkoniumoxid-Lösung geträgen wird, und die getragene Menge der festen Lösung in einem Bereich von 30 Gramm/Liter bis 50 Gramm/Liter liegt.
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