DE4215942C2

DE4215942C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von NOx und HC im Abgassystem einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4215942C2
Application number: DE4215942A
Authority: DE
Inventors: Minoru Ohsuga; Toshimichi Minowa; Nobuo Kurihara; Yoshishige Ohyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-05-14
Filing date: 1992-05-14
Publication date: 1995-07-06
Anticipated expiration: 2012-05-15
Also published as: JP3375645B2; US5357749A; DE4215942A1; JPH05312071A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kon zentration von NOx und HC im Abgassystem einer Brennkraft maschine, bei dem die Abgaskomponenten NOx und HC mittels eines im Abgasstrom angeordneten Katalysators entfernt wer den und bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches auf der Basis der ermittelten NOx- und HC-Konzentrationen gesteuert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steue rung der Konzentration von NOx und HC im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, die einen im Abgassystem der Brenn kraftmaschine angeordneten Katalysator zum Entfernen von NOx und HC aus dem Abgas und eine Einrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des der Brennkraftmaschi ne zugeführten Gemisches auf der Basis der ermittelten NOx- und HC-Konzentrationen aufweist.

Aus der JP-A-58-5931 ist es bekannt, die im Abgas einer Brennkraftmaschine enthaltenen Kohlenwasserstoff-Mengen zu messen und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brenn kraftmaschine zugeführten Gemisches so zu steuern, daß die Kohlenwasserstoff-Konzentration im Abgas einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet.

Aus der EP 03 10 120 A2 ist eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in einer Brennkraftma schine bekannt, die einen 3-Wege-Katalysator, einen Detek tor zum Erfassen der stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Zu sammensetzung und eine Steuereinheit zum Einstellen eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Gemisch auf weist. Wenn ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhält nis vorliegt, können NOx- und HC-Komponenten im Abgas ent fernt werden, wobei zur wirksamen Umwandlung der NOx-Kompo nente das der Brennkraftmaschine zugeführte Gemisch aufge fettet und zur wirksameren Entfernung der HC-Komponente das Gemisch abgemagert wird. Zum Entfernen beider Komponenten werden diese Änderungen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Folge wiederholt.

In dem Fachaufsatz von W. Held u. a. "Catalytic NOx Reduc tion in Net Oxidizing Exhaust Gas", SAE-Papers, 1990, Nr. 900 496, sind verschiedene Möglichkeiten zur NOx-Reduktion in Magermotoren und in Dieselmaschinen beschrieben. Insbe sondere wird in dieser Druckschrift darauf hingewiesen, daß die Reduktion von NOx von dem Verhältnis zwischen HC- Emissionen und NOx-Emissionen bestimmt wird. Darüberhinaus ist es u. a. aus dieser Druckschrift bekannt, daß Kupferio nenaustausch-Zeolithe Stickstoffe in oxidierender Atmosphä re reduzieren können und aus diesem Grunde als Katalysator in Brennkraftmaschinen eingesetzt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Effektivität der Abschei dung von Stickoxiden (NOx) und Kohlenwasserstoffen (HC) auch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen einer Brenn kraftmaschine zu verbessern.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die in den Patent ansprüchen 1 bzw. 3 angegebenen Maßnahmen sowie durch eine Vorrichtung mit den in den Patentansprüchen 11 und 12 ange gebenen Merkmalen gelöst.

Durch die Erfindung können die NOx- und HC-Komponenten gleichzeitig aus dem Abgas entfernt werden, wenn das NOx/HC-Verhältnis einen vorgegebenen Wert erreicht. Da die NOx-Reinigung ungeachtet des Betriebszustandes der Brenn kraftmaschine mit hohem Wirkungsgrad erfolgt, ergibt sich neben einer effektiven Abgasreinigung gleichzeitig auch ein verringerter Kraftstoffverbrauch.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im fol genden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung im Abgassystem einer Brennkraftma schine;

Fig. 2, 3 das Prinzip der HC- und NOx-Reduktion an einem Katalysator;

Fig. 4, 5 Diagramme der Reduktions-Charakteristik ei nes Katalysators;

Fig. 6 einen Konzentrations-Meßfühler im Axialschnitt;

Fig. 7 den vergrößerten Meßteil des Meßfühlers nach Fig. 6 im Schnitt VII-VII;

Fig. 8 ein Diagramm der Transmissions-Charakteristik eines Filters in einem Fühler nach Fig. 6;

Fig. 9 ein Diagramm der Charakteristik eines Konzen trationsfühlers nach Fig. 6;

Fig. 10 eine Schaltung zur Bestimmung des NOx-HC-Ver hältnisses;

Fig. 11 im Diagramm die Abhängigkeit der HC- und NOx- Komponenten vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Gemisch;

Fig. 12 schematisch die Zonen erhöhter HC-Konzentra tion in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine;

Fig. 13 eine HC-Kennlinie während eines Ausstoßhubs;

Fig. 14 schematisch eine Vorrichtung zum Ausgleich von HC-Konzentrationsschwankungen im Abgas;

Fig. 15A, 15B schematisch eine weitere HC-Ausgleichs vorrichtung;

Fig. 16, 17 ein Diagramm der HC-Anteile im Abgas wäh rend der Warmlaufphase;

Fig. 18 ein Diagramm des Temperaturverlaufs eines Ka talysators;

Fig. 19 schematisch eine Vorrichtung zur Temperatur steuerung eines Katalysators;

Fig. 20, 21 Flußdiagramme der Temperatursteuerung des Katalysators;

Fig. 22 schematisch eine weitere Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 23, 24 Diagramme der NOx- und HC-Konzentrationen in Abhängigkeit von der Sekundärluftmenge;

Fig. 25 ein Flußdiagramm zur Einstellung des NOx/HC- Verhältnisses über die Steuerung der Sekundär luftmenge;

Fig. 26 eine Tabelle des NOx/HC-Verhältnisses bei sich änderndem Drehmoment und Drehzahl der Brenn kraftmaschine;

Fig. 27 schematisch die Korrektur des NOx/HC-Verhält nisses mit Hilfe einer Tabelle nach Fig. 26;

Fig. 28 ein Diagramm der Änderungen der HC-Komponente in Abhängigkeit von der Verstellung des Zünd zeitpunktes des jeweiligen Zylinders;

Fig. 29 den Druckverlauf in einem Zylinder bei unter schiedlichen Zündzeitpunkten;

Fig. 30 die Einstellung des NOx/HC-Verhältnisses durch Zündzeitpunkt-Verstellung;

Fig. 31 schematisch eine weitere Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 32 ein Diagramm der HC- und NOx-Konzentrationen in Abhängigkeit von der Abgas-Rückführung;

Fig. 33 ein Flußdiagramm der Steuerung des NOx/HC-Ver hältnisses mittels der Abgas-Rückführung;

Fig. 34 schematisch eine weitere Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 35 ein Diagramm der NOx- und HC-Konzentrationen in Abhängigkeit von der Sekundärluftmenge;

Fig. 36, 37 Flußdiagramme für die Steuerung der NOx- und HC-Konzentrationen mittels Sekundärluft;

Fig. 38 schematisch eine weitere Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einem Regelventil für die Sekundärluft;

Fig. 39 ein Diagramm der Änderung der Abgastemperatur mit dem Zündzeitpunkt;

Fig. 40 die Steuerung der Temperatur eines Katalysa tors durch Verstellen des Zündzeitpunkts;

Fig. 41 schematisch eine weitere Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 42 ein Einspritzventil einer Brennkraftmaschine im Axialschnitt;

Fig. 43 schematisch die Kraftstoffeinspritzung in ei nen Zylinder gemäß einem weiteren Ausführungs beispiel der Erfindung;

Fig. 44-47 Diagramme der NOx- und HC-Konzentrationen während eines Auslaßhubes;

Fig. 48 schematisch eine weitere Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 49-53 schematisch verschiedene Zustände der Ge mischverteilung in einem Zylinder bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 54 die Kraftstoffeinspritzung in vier Zylinder einer Brennkraftmaschine während des Saughu bes;

Fig. 55 die NOx- und HC-Konzentrationen in Abhängig keit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit Grenzwerten;

Fig. 56 ein Flußdiagramm der Steuerung des NOx/HC-Ver hältnisses entsprechend unterschiedlicher Vor gaben des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses;

Fig. 57, 58 Änderungen der HC-Konzentration in Abhän gigkeit vom Kurbelwinkel;

Fig. 59 die Öffnungsperioden eines Auslaßventils und eines Einlaßventils konventionell und gemäß der Erfindung;

Fig. 60 schematisch eine weitere erfindungsgemäße Mög lichkeit zur Abgasreinigung;

Fig. 61 schematisch eine verstellbare Nockenwelle zur Ventilsteuerung.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Katalysator 1 zur NOx-Reduktion im Abgasrohr 2 einer Brennkraftmaschine 3 angeordnet. Dieser Katalysator 1 arbeitet mit gutem Wirkungs grad nur in einem begrenzten Temperaturbereich, der mittels eines Heiz/Kühl-Systems 4 eingehalten wird. Das von einem Steuerteil 5 gesteuerte Heiz/Kühl-System 4 enthält eine Heiz einheit zum Aufheizen des Katalysators 1 während der Warmlauf phase sowie eine Kühleinheit zum Kühlen des Katalysators 1 nach Erreichen seiner Betriebstemperatur. Die Temperatur des Katalysators 1 wird von einem Temperaturfühler 6 erfaßt, dessen Ausgangssignal dem Steuerteil 5 zugeführt wird.

Der Katalysator 1 kann sowohl NOx als auch HC am besten verringern, wenn die Konzentrationen von NOx und HC im Ab gas in einer vorbestimmten Beziehung stehen. Bei der Vor richtung nach Fig. 1 werden die Konzentrationen von NOx und HC im Abgas stromauf des Katalysators auf ein bestimmtes Verhältnis gesteuert. Zu diesem Zweck ist ein Sensor 7 stromauf des Katalysators 1 im Abgasstrom angeordnet, der die NOx- und die HC-Konzentrationen im Abgas erfaßt.

Die NOx- und HC-Konzentrationen im Abgas können auch aus dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F-Verhältnis) und den Be triebsbedingungen in der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl, Drehmoment und Temperatur, geschätzt werden. In diesem Fall kann der Sensor 7 zur Messung des Luft-Kraftstoff-Verhält nisses ausgelegt sein.

Der HC-Anteil im Abgas einer Brennkraftmaschine ändert sich ständig mit dem Betrieb des Auslaßventils, so daß das opti male Verhältnis zwischen NOx und HC nicht konstant einge halten werden kann. Zur Vergleichmäßigung dieser zyklischen Änderungen der HC-Konzentrationen ist im Abgasrohr ein Aus gleichselement 8 (vgl. Fig. 14, 15) angeordnet. Die HC-Kon zentrationen im Abgas können auch durch eine verbesserte Vergasung der Kraftstoffteilchen in den Einspritzventilen 9 vergleichmäßigt werden.

Die Fig. 2, 3 zeigen das Prinzip der NOx-Reduktion an einem NOx-Reduktionskatalysator, der NOx auch in einer oxidieren den Atmosphäre, d. h. in Anwesenheit von Sauerstoff, redu zieren kann. Nach Fig. 2 reagiert HC zuerst explosiv mit Sauerstoff an einer Katalysatorfläche, wodurch Sauerstoff von dieser Katalysatorfläche entfernt wird. Gemäß Fig. 3 wird danach NOx an der Katalysatorfläche selektiv adsor biert und reduziert, wodurch NOx und HC gleichzeitig ent fernt werden. In der nächstfolgenden Phase wird der angela gerte Sauerstoff wiederum durch Reaktion mit HC von der Ka talysatorfläche entfernt. Nach diesem Prinzip kann somit HC und auch NOx auch in einer oxidierenden Atmosphäre entfernt werden.

Die Fig. 4 zeigt im Diagramm die Beziehung zwischen einem NOx/HC-Verhältnis und dem Reduktions-Wirkungsgrad des Kata lysators 1. Bei kleinem NOx/HC-Verhältnis und großer Menge an HC wird der gesamte NOx-Anteil reduziert, während Antei le an HC verbleiben und nicht oxidiert werden. Andererseits verbleibt im Abgas ein NOx-Anteil, wenn das NOx/HC-Verhält nis und auch die NOx-Konzentration groß sind. Damit sowohl NOx als auch HC gleichzeitig aus dem Abgas entfernt werden, sollte somit das NOx/HC-Verhältnis in einem optimalen Be reich liegen, welcher experimentell auf 1,2 bis 0,7 ermit telt wurde. Die erfindungsgemäße Vorrichtung regelt die Konzentrationen von NOx und/oder HC im Abgas so, daß dieser optimale Bereich eingehalten wird.

Nach Fig. 5 ändert sich der Reduktions-Wirkungsgrad für NOx eines Katalysators 1 mit seiner Temperatur. Wenn die Kata lysatortemperatur unter oder über einem vorbestimmten Be reich liegt, nimmt der Reduktions-Wirkungsgrad ab. Durch das kombinierte Heiz-Kühl-System 4 wird die Temperatur des Katalysators 1 im Bereich seines optimalen Wirkungsgrades gehalten.

Fig. 6, 7 zeigen einen Meßfühler zum Erfassen der Konzentra tion von zwei Gaskomponenten im Abgasstrom auf der Basis einer absorbierenden Luftmenge. Der Meßfühler hat ein licht emittierendes Element 10, das Licht in bestimmten Wellenlän gen aussendet, und Empfängerelemente 11, welche auf das Licht je einer vorbestimmten Wellenlänge ansprechen, wenn das Abgas einen Kanal 13 durchströmt. Ein Detektierkreis 12 ist im Inneren des Meßfühlers angeordnet. Das Abgas wird durch Öffnungen 15 in einem Schutzrohr 14 zum Meßfühler ge leitet. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, wird das Licht aus dem Element 10 von mehreren Elementen 11a, 11b empfangen. Opti sche Filter 16a, 16b sind vor den Elementen 11a, 11b ange ordnet, welche nur Licht einer gewünschten Wellenlänge durchlassen und deren Absorptions-Charakteristiken den Ab sorptions-Wellenlängen von NOx und HC zugeordnet sind. Wenn - wie in Fig. 8 gezeigt - λ1 die charakteristische Absorp tionswellenlänge von NOx und λ2 die charakteristische Ab sorptionswellenlänge von HC ist, dann wird Licht jeder die ser Wellenlängen von dem Abgas absorbiert und die in den Empfängerelementen 11a, 11b erfaßte Lichtmenge in jeder die ser Wellenlängen λ1, λ2 verringert sich abrupt. Somit können die Konzentrationen von NOx und HC aus den Ausgangssignalen der Empfängerelemente 11a, 11b ermittelt werden.

Fig. 9 zeigt die Charakteristik dieses Meßfühlers, und zwar die Beziehung zwischen den NOx- und HC-Mengen und dem Aus gangswert der Erfassung, wobei dieser Ausgangswert mit zu nehmenden Mengen von NOx und HC abnimmt.

Mit der Schaltung nach Fig. 2 wird das NOx/HC-Verhältnis bestimmt, indem der erfaßte Wert für NOx durch den erfaßten Wert für HC dividiert wird. Die den NOx- und HC-Konzentra tionen entsprechenden Ausgangssignale der Empfängerelemente 11a und 11b werden in Verstärkern 17a, 17b verstärkt und danach einem Dividierglied 18 zugeführt, dessen Ausgangs signal das NOx/HC-Verhältnis angibt. Dieses Signal wird ei nem Mikrocomputer im Steuerteil 5 zugeführt.

Anhand Fig. 11 wird eine Beziehung zwischen dem Luft-Kraft stoff-Verhältnis (A/F-Verhältnis) und der NOx- bzw. HC-Kon zentration beschrieben. Bei Verwendung von konventionellen 3-Wege-Katalysatoren wird als Sollwert ein stöchiometri sches A/F-Verhältnis von 14,7 (a) vorgegeben. Da der erfin dungsgemäß eingesetzte Katalysator NOx auch bei magerem A/F-Verhältnis direkt reduzieren kann, wird als Sollwert für ein größeres A/F-Verhältnis (b), d. h. ein abgemagertes Gemisch, vorgegeben. Die Vorrichtung kann das A/F-Verhält nis (b) in einem mageren Bereich steuern, wobei das NOx/HC- Verhältnis einen hohen Reduktions-Wirkungsgrad des Kataly sators ermöglicht. Der Soll-Wert des A/F-Verhältnisses wird kleiner als ein magerer Verbrennungswert (c) vorgegeben. Wenn mehrere A/F-Verhältnisse vorhanden sind, bei denen ein NOx/HC-Verhältnis mit hohem Reduktions-Wirkungsgrad vor liegt, wird das A/F-Verhältnis wahlweise auf den höchsten dieser Werte eingestellt.

Wie in Fig. 12 schraffiert gezeigt, können sich flüssige Kraftstoffschichten an einem Zylinderkopf 1, 21 und einem Kolbenkopf 22 im Zylinderbrennraum 20 ablagern, die dann weitgehend unverbrannt in das Abgasrohr ausgestoßen werden. Nach Fig. 13 wird eine relativ große, am Zylinderkopf 21 abgelagerte Kraftstoffmenge zu Beginn eines Auslaßhubes bei (a) ausgestoßen, während der am Kolbenkopf 22 abgesetzte Kraftstoff am Ende des Auslaßhubes bei (b) ausgetrieben wird. Die Menge an ausgestoßenem HC ändert sich somit wäh rend des Auslaßhubes erheblich. Durch diese Änderungen der HC-Konzentration stromauf des Katalysators 1 verändert sich zwangsläufig auch das NOx/HC-Verhältnis beträchtlich, was den Reinigungs-Wirkungsgrad des Katalysators vermindert. Diese Änderungen in der HC-Konzentration können durch eine an der Aufstromseite des Katalysators angeordnete Einrich tung nach Fig. 14 begrenzt werden, die ein im Abgasrohr an geordnetes Wabenrohr (23) enthält, in welchem HC abgeschie den wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 15A ist ein Laby rinth- oder Zickzack-Kanal 24 zur Umlenkung des Abgasstro mes im Abgasrohr vorgesehen, in welchem die HC-Konzentra tion durch Auftreffen auf die Umlenkelemente vergleichmäßigt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 15B ist ein Adsorptionsmaterial 25, z. B. ein Kupferionenaustausch- Zeolith od. dgl., im Abgasrohr angeordnet. Dieses Material adsorbiert HC bei niedrigeren Abgastemperaturen, bei denen eine relativ große HC-Menge im Abgasstrom enthalten ist, während es bei höherer Temperatur, bei der nur eine gerin gere HC-Menge vorliegt, HC allmählich desorbiert oder frei setzt. Dadurch kann die HC-Menge im Abgas vergleichmäßigt werden.

Fig. 16 zeigt die hohe HC-Konzentration im Abgas unmittel bar nach dem Anlassen einer Brennkraftmaschine bei geringer Abgastemperatur. Da zu diesem Zeitpunkt die NOx-Menge im Abgas gering ist, erreicht das NOx/HC-Verhältnis keinen op timalen Wert und der Reduktions-Wirkungsgrad eines NOx-Re duktionskatalysators ist entsprechend klein.

Fig. 17 zeigt die Auswirkung bei Verwendung eines Adsorp tionsmaterials 25, von dem das HC nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine adsorbiert wird. Somit kann das NOx/HC- Verhältnis in einem optimalen Bereich gehalten werden.

Fig. 19 zeigt eine Vorrichtung zur Temperatursteuerung für einen im Abgasrohr 2 angeordneten Katalysator 1, dessen me tallischer Träger ein Katalysatormaterial, z. B. ein Kupferio nenaustausch-Zeolithmaterial trägt. Nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine wird der Katalysator durch einen Strom aus einer Stromquelle 30 elektrisch auf eine optimale Betriebs temperatur aufgeheizt. Im Vollastbetrieb der Brennkraftma schine wird der heiße Katalysator durch zirkulierendes Kühl wasser 31 gekühlt und auf seiner optimalen Betriebstempe ratur gehalten. Die Steuerung der Kühlwasserzirkulation er folgt durch ein in einer Kühlwasserleitung angeordnetes Ma gnetventil 32, das vom Temperaturfühler 6 gesteuert wird. Dieses Kühlwasser kann in einem Kühler 33 mit einem Gebläse 34 gekühlt werden.

Gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 20 wird zur Steuerung der Abgaskonzentration stromauf des Katalysators 1 im Schritt 200 von Fühlern der Betriebszustand der Brennkraftmaschine, z. B. die Drehzahl N, die Saugluftmenge Qa, die Abgastempe ratur Te u. dgl. bestimmt. Im Schritt 201 wird ein Luft- Kraftstoff-Soll-Verhältnis A/F auf der Grundlage dieses Be triebszustandes vorgegeben. Wenn das Luft-Kraftstoff-Ver hältnis dieses Soll-Verhältnis erreicht, wird im Schritt 202 der vom Fühler gemessene Istwert der Abgaskonzentra tion ausgelesen. Im Schritt 203 wird diese Ist-Konzentra tion mit einer Soll-Konzentration verglichen, die einen op timalen Reduktions-Wirkungsgrad ergibt. Falls diese Werte nicht übereinstimmen, wird im Schritt 204 das Luft-Kraft stoff-Soll-Verhältnis modifiziert. Zur Steuerung der Kata lysator-Temperatur wird nach dem Flußdiagramm in Fig. 21 im Schritt 210 die vom Meßfühler 6 erfaßte Katalysator-Tempe ratur ausgelesen. Wenn im Schritt 211 diese Ist-Temperatur mit der Soll-Temperatur übereinstimmt, ändert der Steuerab lauf. Wenn jedoch im Schritt 211 der Istwert vom Sollwert abweicht, wird im Schritt 212 abgefragt, ob der Istwert größer oder kleiner als der Sollwert ist. Wenn der Istwert den Sollwert übersteigt, beginnt im Schritt 213 der Kühlbe trieb. Wenn jedoch der Istwert kleiner als der Sollwert ist, beginnt im Schritt 214 die Aufheizung des Katalysa tors. Ein Ausführungsbeispiel zur Durchführung dieser Steuerung ist in Fig. 19 gezeigt. Bei dem Ausführungsbei spiel nach Fig. 22 sind ein Oxidationskatalysator 40 und ein Sekundärluft-Steuerventil 41 stromauf eines NOx-Reduk tionskatalysators 1 angeordnet. Die HC-Konzentration im Ab gas wird so gesteuert, daß das NOx/HC-Verhältnis im Opti malbereich liegt. Der Oxidationskatalysator 40 oxidiert das HC in Anwesenheit von Luft, wobei durch Steuerung der Se kundärluftmenge die HC-Konzentration stromauf des Katalysa tors 1 auf dem Optimalwert gehalten wird.

Die Fig. 23 und 24 zeigen die NOx- und HC-Konzentrationen an der Aufstromseite A und der Abstromseite B des Oxida tionskatalysators 40 in Fig. 22. Dabei ist auf der Abszisse die Sekundärluftmenge Qa2 und auf der Ordinate jeweils eine relative Konzentration der Komponenten NOx und HC im Abgas aufgetragen. Der für die Oxidation verwendete Sauerstoff ist in der Sekundärluft enthalten. Obwohl die Sekundärluft menge erhöht wird, ändern sich NOx und HC stromauf vom Oxi dationskatalysator 40 nicht. Mit steigender Sekundärluft menge ändert sich nur die HC-Konzentration an der Abstrom seite B des Oxidationskatalysators 40. Selbstverständlich ändert sich auch der Sauerstoffanteil in der Sekundärluft. Somit kann die HC-Konzentration durch Ändern der Sekundär luftmenge geregelt werden.

In Fig. 24 ist der Bereich (a) der anzusteuernde Sollwert, in dem das NOx/HC-Verhältnis einen Optimalwert erreicht. Das Regelventil 41 wird von dem Mikrocomputer in der Steu ereinheit 5 so gesteuert, daß die dem Bereich (a) entspre chende Sekundärluftmenge erhalten wird.

Die Steuerung erfolgt auf der Basis eines Signals vom Füh ler 7 für die HC-Konzentration im Abgas. Die einzuleitende Sekundärluftmenge Qa2 wird nach Maßgabe der vom Fühler 7 gemessenen HC-Menge bestimmt, und das Regelventil 41 wird entsprechend dieser Menge gesteuert. Der Fühler 7 kann zwi schen dem Oxidationskatalysator 40 und dem Katalysator 1 angeordnet sein. In diesem Fall wird das Regelventil 41 ge steuert und gleichzeitig wird geprüft, ob das NOx/HC-Ver hältnis einen Optimalwert erreicht, d. h. dieser Vorgang wird mit Rückführungsregelung durchgeführt. Die vorgenannte Steuerung kann auch bei fettem oder magerem Luft-Kraft stoff-Gemisch erfolgen.

Fig. 25 ist ein Flußdiagramm für eine Variante, bei der der Fühler 7 zwischen dem Oxidationskatalysator 40 und dem NOx- Reduktionskatalysator 1 angeordnet ist. In Schritt 250 er folgt die Vorgabe eines Luft-Kraftstoff-Soll-Verhältnisses, und in Schritt 251 wird das NOx/HC-Verhältnis im Abgas ge messen. Wenn der Meßwert größer als ein vorbestimmter Wert ist, wird in Schritt 253 die Sekundärluftmenge verringert und die HC-Konzentration erhöht. Wenn der Meßwert den vor bestimmten Wert unterschreitet, wird in Schritt 254 die Se kundärluftmenge erhöht. Ferner kann, wie noch erläutert wird, anstelle der Erfassung des NOx/HC-Verhältnisses in Schritt 251 dieses Verhältnis aus einem Betriebszustand er mittelt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 26 zum Schätzen des NOx/HC-Verhältnisses sind repräsentative Werte des NOx/HC- Verhältnisses in Zuordnung zur Drehzahl N und dem Drehmo ment bzw. der Last in einer Tabelle gespeichert. Nach Fig. 27 kann ein Konzentrationsverhältnis-Istwert erhalten werden, indem der gespeicherte Verhältniswert mit einem Korrekturfaktor multipliziert wird, der die Abgastemperatur berücksichtigt. Der Korrekturfaktor beträgt 1,0 bei einer Abgastemperatur von 400°C. Der Faktor wird mit ansteigen der Temperatur über 400°C bis auf 1,5 erhöht und bei ab sinkender Temperatur unter 400°C auf 0,5 verringert.

Fig. 28 zeigt ein Verfahren zum Ändern der HC-Menge in Ab hängigkeit vom Zündzeitpunkt anstatt durch den Oxidations katalysator 40 nach Fig. 22. Wenn sich der Zündzeitpunkt dem oberen Totpunkt OT nähert, wird die ausgestoßene HC- Menge geringer. Bei einer Zündzeitpunktverzögerung (Pfeil) zur Kurve (a) in Fig. 29 wird die Verbrennung auch nach dem OT fortgesetzt und HC im Brennraum verbrannt, wodurch die HC-Konzentration im Abgas abnimmt. Somit kann die HC-Kon zentration auch durch Verstellung des Zündzeitpunkts und das NOx/HC-Verhältnis auf einen Optimalwert gesteuert wer den. Nach dem in Fig. 30 gezeigten Ablaufdiagramm wird im Schritt 300 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs mit einem Sollwert vorgegeben, und in Schritt 301 wird das ent sprechende NOx/HC-Verhältnis gemessen. Wenn in Schritt 302 der Meßwert einen vorbestimmten Wert übersteigt, wird im Schritt 303 die HC-Konzentration durch Vorverstellen des Zündzeitpunkts erhöht, wodurch das NOx/HC-Verhältnis klei ner wird. Wenn der Wert einen vorbestimmten Wert unter schreitet, wird im Schritt 304 die HC-Konzentration durch Verzögerung des Zündzeitpunkts verringert, so daß das NOx/HC-Verhältnis ansteigt. Die in Schritt 301 durchgeführ te Messung des NOx/HC-Verhältnisses kann durch den oben be schriebenen Schätz-Vorgang ersetzt werden.

Die Steuerung des NOx/HC-Verhältnisses kann auch mittels einer Vorrichtung nach Fig. 31 erfolgen, welche die NOx- Konzentration des Abgases in einem stromauf des NOx-Reduk tionskatalysators 1 angeordneten Abgasrohr steuert. Über eine Leitung 51 wird Abgas aus dem Abgasrohr 2 in das An saugrohr 50 über ein Regelventil 51 zurückgeführt. Nach Fig. 32 sinkt die NOx-Konzentration im Abgas mit zunehmen der rückgeführter Abgasmenge, so daß die NOx-Menge durch Vergrößerung der rückgeführten Abgasmenge bis zu einem Wert (a) gesteuert werden kann, bei dem die Verbrennung schlech ter wird und HC anzusteigen beginnt. Das Regelventil 51 kann von dem Abgasfühler 7 so gesteuert werden, daß das NOx/HC-Verhältnis einen optimalen Wert erreicht.

Gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 33 wird im Schritt 330 ein Luft-Kraftstoff-Soll-Verhältnis eingestellt und im Schritt 331 wird das NOx/HC-Verhältnis gemessen. Wenn im Schritt 332 der Meßwert größer als der vorbestimmte Wert ist, wird im Schritt 333 die rückgeführte Abgasmenge (EGR-Menge) er höht. Wenn dagegen der Meßwert kleiner ist als der genannte Wert, wird in Schritt 334 die EGR-Menge verringert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 34 zur Steuerung von NOx und HC ist ein Konzentrations-Fühler 50 an der Abstrom seite eines NOx-Reduktionskatalysators 1 angeordnet. Die Konzentrationen von NOx und HC werden durch ein Regelventil 41 für die Sekundärluftmenge auf der Basis der Meßwerte des Fühlers 50 gesteuert. Die Steuerung kann aber auch durch Verstellen des Zündzeitpunkts oder durch die Abgasrückfüh rung erfolgen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Ge nauigkeit verbessert, da eine zu steuernde Menge durch Er fassen eines Resultats der Reinigungswirkung eines Kataly sators 2 bestimmt wird.

Fig. 35 zeigt eine Beziehung an einem Punkt A von Fig. 34 zwischen einer Sekundärluftmenge Qa2 und einer Abgaskonzen tration. Wenn Qa2 einen optimalen Wert hat, erreichen NOx bzw. HC einen Minimalwert. Die zu steuernde Menge wird von einem Mikrocomputer im Steuerteil 5 auf der Basis des Meß werts vom Fühler 50 bestimmt, um einen solchen optimalen Zustand zu realisieren.

Gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 36 wird im Schritt 360 ein Luft-Kraftstoff-Soll-Verhältnis vorgegeben, und im Schritt 361 werden die Konzentrationen von NOx und HC vom Fühler 50 gemessen. Wenn im Schritt 362 beide kleiner als jeweils vorbestimmte Werte festgestellt werden, endet der Ablauf. Wenn festgestellt wird, daß sie nicht kleiner sind, wird in Schritt 363 die Sekundärluftmenge Qa2 gemäß dem Flußdia gramm nach Fig. 37 verstellt. Wenn im Schritt 370 die NOx- Konzentration kleiner als ein vorbestimmter Wert und die HC-Konzentration größer als ihr vorbestimmter Wert ist, wird im Schritt 371 die Sekundärluftmenge Qa2 erhöht und nur die HC-Konzentration verringert. Wenn im Schritt 372 die NOx-Konzentration größer als ihr vorbestimmter Wert und die HC-Konzentration kleiner als ihr vorbestimmter Wert ist, wird die Sekundärluftmenge Qa2 verringert und die HC- Konzentration erhöht, und dadurch erreicht das NOx/HC-Ver hältnis einen optimalen Wert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 38 ist ein Fühler 50 an der Abstromseite eines NOx-Reduktionskatalysators 1 an geordnet. Ein Regelventil 41 für die Sekundärluft wird auf der Basis der Signale des Fühlers 50 gesteuert. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird aber kein Oxidationskatalysator verwendet. Die Wirkung bei diesem Ausführungsbeispiel ist zwar geringer als diejenige mit Oxidationskatalysator, weil HC nur durch Einleiten von Sekundärluft in das Abgasrohr 2 oxidiert wird. Ein Reinigungseffekt kann aber selbst mit einem so einfachen Verfahren erzielt werden. Der Steuerab lauf ist der gleiche wie in den Fig. 36 und 37.

Fig. 39 zeigt ein weiteres Verfahren der Steuerung der Tem peratur eines Katalysators 1, bei welchem die Abgastempera tur durch Verstellen des Zündzeitpunkts geändert und da durch die Temperatur des Katalysators indirekt gesteuert wird. Fig. 39 zeigt die Beziehung zwischen dem Zündzeit punkt und der Abgastemperatur. Mit Spätverstellung des Zündzeitpunkts steigt die Abgastemperatur, weil die Ver brennung länger dauert, wenn der Zündzeitpunkt verzögert ist, wie in Fig. 28 und 29 dargestellt ist.

Fig. 40 ist ein Ablaufdiagramm für die Steuerung der Tempe ratur. Die Temperatur eines Katalysators wird im Schritt 400 ausgelesen, und im Schritt 401 wird, wenn die Tempera tur als außerhalb eines Sollbereichs liegend und zusätzlich als größer als der Sollwert in Schritt 402 festgestellt wird, der Zündzeitpunkt in Schritt 403 vorverstellt und die Abgastemperatur verringert. Wenn die Katalysatortemperatur unter dem Sollwert liegt, wird in Schritt 404 der Zündzeit punkt verzögert, und die Abgastemperatur wird erhöht.

Fig. 41 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel zum Ver gleichmäßigen der HC-Konzentration im Abgas. Die Vergleich mäßigung von eingespritzten Kraftstoff-Tröpfchen bewirkt eine Vergleichmäßigung der HC-Menge. Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel wird ein Einspritzventil zur Kraftstoffverga sung mit Unterstützung durch einen Luftstrom verwendet, der von einem Kompressor 61 erzeugt und über eine Luftleitung 62 zum Einspritzventil 60 gefördert wird.

Wenn bei dem Einspritzventil 60 nach Fig. 42 ein Elektroma gnet (nicht gezeigt) eine Ventilnadel 63 hebt, wird der Kraftstoff aus einer Kammer 64 durch eine Düse 65 einge spritzt. Die aus einem Luftkanal 66 eintretende Luft ist auf den Kraftstoffstrahl gerichtet, so daß der Kraftstoff durch die kinetische Energie der Luft zu feinen Tröpfchen von weniger als 100 µm zerteilt. Die feinen Tröpfchen wer den durch eine Einspritzöffnung 67 in ein Ansaugrohr 68 eingespritzt. Die HC-Ausstoßmenge kann mit Hilfe dieses Einspritzventils 60 durch die Erzeugung der feinen Kraft stofftröpfchen vergleichmäßigt werden.

Fig. 43 zeigt einen Kraftstoffzustand, bei dem die feinen Tröpfchen gemäß diesem Ausführungsbeispiel erzeugt werden.

Bei einem konventionellen Einspritzventil, das relativ grö ßere Tröpfchen erzeugt, wird an der Innenseite eines An saugrohrs 68 ein Flüssigkeitsfilm gebildet. Daher ist die in den Motor eintretende Kraftstoffmenge starken Änderungen unterworfen. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 42, 43 verdampfen die feinen Tröpfchen sehr rasch und können ohne weiteres mit dem Luftstrom mitgenommen werden und haften daher nicht an der Innenseite des Ansaugrohrs 68, und auch ein Flüssigkeitsfilm wird nicht erzeugt. Infolgedessen wird auch im Brennraum 69 kein flüssiger Kraftstoff gebildet, und das Gemisch aus Luft und Kraftstoff wird vergleichmä ßigt. Daher verbrennt das Gemisch gleichmäßig und nähert sich der vollständigen Verbrennung, so daß die HC-Menge vergleichmäßigt werden kann.

Fig. 44 zeigt eine Abgaszusammensetzung beim Verbrennen größerer Tröpfchen in einer konventionellen Einspritzvor richtung. Nach Fig. 13 steigt in der konventionellen Vor richtung die HC-Menge zu Beginn und Ende des Auslaßhubs an, während die NOx-Menge etwa gleich bleibt. Das NOx/HC-Ver hältnis ändert sich somit in Abhängigkeit von der Zeit und kann nicht auf einem Wert gehalten werden, der einen hohen Reinigungs-Wirkungsgrad erlaubt.

Fig. 45 zeigt die NOx- und HC-Konzentrationen nach der Rei nigung an der Abstromseite des Katalysators 1. Da sich die HC-Konzentration während des Auslaßhubs ändert, werden so wohl NOx als auch HC während des Auslaßhubs reduziert oder nicht reduziert.

Fig. 46 zeigt die mit dem Ausführungsbeispiel erzielte Aus wirkung. Da die eingespritzten Kraftstofftröpfchen kleiner sind, wird die HC-Menge vergleichmäßigt. Aufgrund dieser Vergleichmäßigung wird das NOx/HC-Verhältnis während des Auslaßhubs fixiert. Somit wird der Katalysator 1 immer mit dem Konzentrationsverhältnis von NOx zu HC im Abgas betrie ben, das den höchsten Reduktions-Wirkungsgrad ergibt.

Die Konzentration von NOx und HC an der Abstromseite des Katalysators 1 ist in Fig. 47 gezeigt. Es ist ersichtlich, daß beide Konzentrationen reduziert worden sind. Die Anwen dung eines Einspritzventils zur Vergasung von Kraftstoff tröpfchen in Kombination mit einem NOx-Reduktionskatalysa tor ist also wirksam.

Fig. 48 zeigt ein weiteres Verfahren zur Vergleichmäßigung von HC. In einem Ansaugrohr 68 ist ein Drallsteuerventil angeordnet (SCV) 70, das dem Ansaugstrom einen Drall er teilt. Aufgrund dieses Ventils 70 werden in einem Brennraum Wirbelströme erzeugt, und der eingeführte Kraftstoff wird vermischt und vergleichmäßigt. Somit wird eine ähnliche Wirkung bei der Vergasung von Kraftstofftröpfchen nach Fig. 41 erzielt. Es wird also die Konzentration von HC im Abgas vergleichmäßigt, das NOx/HC-Verhältnis wird opti miert, und der Reinigungs-Wirkungsgrad des Katalysators 1 wird verbessert. Wie bereits gesagt, ist eine Kombination des Drallsteuerventils 70 mit dem NOx-Reduktionskatalysator wirksam.

Fig. 49 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Vergleichmäßi gung von HC, bei welcher ein Ansaugrohr 72 zur Erzeugung von Längswirbelströmen 71 in einem Brennraum 69 ausgebildet ist. Der vom Ansaugrohr 72 ausgerichtete Kraftstoffstrahl tritt in den Brennraum steiler als bei einem üblichen An saugrohr 68 ein, wobei seine Richtung etwa parallel zum Einlaßventilstößel 73 verläuft. Dieser Längswirbelstrom kann auch während des Verdichtungshubs aufrechterhalten werden. Der Kraftstoff im Brennraum 71 wird besser ver mischt, und das Gemisch wird besser vergleichmäßigt (vgl. Fig. 50). Da das Gemisch im Brennraum 71 vergleichmäßigt ist, wird die HC-Ausstoßmenge vergleichmäßigt, und der Re duktions-Wirkungsgrad des Katalysators 1 wird verbessert. Das Einspritzventil 74 kann ein Einspritzventil zur Kraft stoffzerstäubung mittels Luftdurchfluß sein.

Fig. 51 zeigt eine weitere Methode zur Vergleichmäßigung von HC. Der in den Brennraum 71 eintretende Luftstrom 80 wird während eines Saughubs in gewissem Umfang verwirbelt, wie Fig. 52 zeigt. Wenn Kraftstoff in den Wirbelstrom wäh rend dieses Saughubs eingespritzt wird, wird der Kraftstoff im Brennraum 71 vermischt, und das Gemisch wird vergleich mäßigt.

Wie Fig. 53 zeigt, wird die Wirbelströmung im späteren Teil des Saughubs stärker, und der durch die Kraftstoffzumi schung erzielte Effekt ist stärker. Wenn der Kraftstoff in der späteren Phase des Saughubs eingespritzt wird, wird er ferner nicht an der Oberseite des Kolbens 81 abgelagert und angesammelt, und daher nimmt die HC-Ausstoßmenge in der zweiten Hälfte des Auslaßhubs nicht zu. Wenn daher der Kraftstoff beim Saughub eingespritzt wird, wird der Reduk tions-Wirkungsgrad des NOx-Reduktionskatalysators 1 hoch, weil die HC-Ausstoßmenge vergleichmäßigt ist. Ferner kann das Einspritzventil 73 ebenfalls von dem Typ zur Kraft stoffvergasung mittels Luftdurchfluß sein.

Fig. 54 zeigt die Kraftstoffeinspritzung in jeden von vier Zylindern. Dabei ist der Saughub mit (a) und die Einsprit zung beim Saughub mit (b) bezeichnet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. 55 gezeigt. Wenn dabei eine Vielzahl von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen (a) vorgesehen ist, bei denen das NOx/HC-Verhältnis einen Optimalwert erreicht, wird das in bezug auf Kraftstoff ma gerste Luft-Kraftstoff-Verhältnis (b) dieser Verhältnisse als Sollwert vorgegeben. Wenn jedoch das magerste Luft- Kraftstoff-Verhältnis größer als ein mageres Luft-Kraft stoff-Grenzverhältnis (c) ist, wird das magere Luft-Kraft stoff-Grenzverhältnis als Soll-Verhältnis vorgegeben.

Fig. 56 zeigt das Flußdiagramm der Steuerung. Zuerst wird die Steuerung in Schritt 560 auf ein Luft-Kraftstoff-Soll- Verhältnis eingestellt, und in Schritt 561 wird ein NOx/HC- Verhältnis detektiert. Wenn in Schritt 562 festgestellt wird, daß dieser Meßwert in einem zulässigen Bereich liegt, wird in Schritt 563 das Luft-Kraftstoff-Soll-Verhältnis ab gemagert. Wenn in Schritt 565 festgestellt wird, daß das magere Luft-Kraftstoff-Verhältnis das magere Luft-Kraft stoff-Grenzverhältnis unterschreitet, wird in Schritt 567 das Soll-Verhältnis mit dem magereren Wert vorgegeben. Wenn festgestellt wird, daß das magerere Luft-Kraftstoff-Ver hältnis das magere Luft-Kraftstoff-Grenzverhältnis über schreitet, wird das Soll-Verhältnis nicht mit dem magereren Wert vorgegeben. Wenn in Schritt 563 festgestellt wird, daß das Luft-Kraftstoff-Soll-Verhältnis außerhalb des zulässi gen Bereichs liegt, wird das Soll-Verhältnis in Schritt 564 so modifiziert, daß es in dem zulässigen Bereich liegt, und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird in Schritt 566 auf die sen neuen Luft-Kraftstoff-Sollwert geregelt.

Fig. 57 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Einrichtung zum Vergleichmäßigen der HC-Ausstoßmenge durch Andern der Ventilsteuerung eines Einlaßventils. Fig. 57 zeigt die HC-Ausstoßmenge bei einem Auslaßhub. Flüssig keitsfilme setzen sich an der Oberseite eines Kolbens und eines Zylinderkopfs ab und werden zu Beginn und Ende des Auslaßhubs abgeführt. Es ist notwendig, die Änderung des HC-Ausstoßes zu verringern. Im Fall dieses Ausführungsbei spiels wird die HC-Ausstoßmenge gemäß der Strichlinie ver gleichmäßigt. Fig. 58 zeigt Steuerzeiten von Auslaß- und Einlaßventilen, wobei die konventionellen Vorgänge durch Vollinien bezeichnet sind. Die Betriebszeiten der Auslaß- und Einlaßventile überlappen einander im OT-Bereich. Wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel die HC-Ausstoßmenge an steigt, z. B. beim Anlassen bei niedriger Temperatur, wäh rend des Warmlaufens beim Anfahren und im Leerlauf, wird der Betrieb des Auslaßventils so gesteuert, daß die Steuer zeit gemäß der Strichlinie verschoben wird. Durch diesen Vorgang wird in ein Auslaßrohr abgegebener HC zu einem An saugrohr rückgeführt (innere Rückführung). Dadurch verrin gert sich die HC-Menge, die direkt in das Auslaßrohr strömt, und damit wird die HC-Ausstoßmenge vergleichmäßigt.

Fig. 59 zeigt die Verteilung von HC in einem Zylinder wäh rend jedes Hubs. Da ein Auslaßventil 91 vor dem Ende eines Auslaßhubs geschlossen wird, wird HC, der durch Punkte an gedeutet ist, nahe dem Oberende des Kolbens nicht in das Auslaßrohr 2 ausgestoßen. Wenn daher ein Einlaßventil 92 zu Beginn des Saughubs geöffnet wird, wird HC in die Ansaug leitung 72 rückgeführt (innere Rückführung). Dieser Kohlen wasserstoff tritt wiederum in den Zylinder 71 beim Saughub ein und verteilt sich im Zylinder am Ende des Saughubs. In folgedessen verteilt sich HC im Zylinder 71 und verbrennt nochmals, und dadurch wird die Gesamtmenge an HC verrin gert, wie die Strichlinie in Fig. 57 zeigt, und wird da durch vergleichmäßigt.

Fig. 60 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des in den Fig. 57-59 beschriebenen Betriebs. Ein Auslaßventil 91 und ein Einlaßventil 92 werden von Nocken 93b bzw. 93a nach oben bzw. nach unten bewegt. Die Profile der Nocken ändern sich durch Antriebseinheiten 94b und 94a. Die Vergleichmä ßigung des HC-Ausstoßes wird durch den Betrieb des Auslaß ventils 91 erreicht, das von der Antriebseinheit 94b ge steuert wird. Dadurch kann der Reinigungs-Wirkungsgrad ei nes NOx-Reduktionskatalysators verbessert werden, indem die Ventilsteuerzeit veränderlich gemacht wird. Fig. 61 zeigt eine Möglichkeit zum Ändern der Form des Nockens. Der Noc ken hat Profile, die in den Abschnitten (a) und (b) vonein ander verschieden sind. Die Nockenfläche wird also dadurch geändert, daß der Nocken 93b mit der Antriebseinheit 94b nach rechts und links bewegt wird.

Gemäß der Erfindung kann NOx in wirksamer Weise in jedem Betriebszustand einer Brennkraftmaschine reduziert werden, so daß die Befolgung der Vorschriften hinsichtlich Abgas und Kraftstoffverbrauch gleichzeitig auf einem höheren Ni veau erreicht werden kann.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Konzentration von NOx und HC im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, bei dem

- die Abgaskomponenten NOx und HC mittels eines im Abgasstrom angeordneten Katalysators entfernt wer den, und
- das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brenn kraftmaschine zugeführten Gemisches auf der Basis der ermittelten NOx- und HC-Konzentrationen ge steuert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Konzentrationen von NOx und HC im Abgas vor der Katalyse aufgrund von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie Drehzahl N, angesaugte Luftmenge Qa, Temperatur T, geschätzt werden,
- das Verhältnis der NOx- und HC-Konzentration des dem Katalysator zugeführten Abgases aus den ge schätzten Werten fortlaufend bestimmt wird, und
- die Konzentration mindestens einer dieser Abgas komponenten NOx; HC so verändert wird, daß das NOx/HC-Verhältnis in einem vorgegebenen Bereich bleibt, in welchem der Katalysator mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß repräsentative Werte des NOx/HC-Verhältnisses in Zuordnung zu den Betriebspara metern der Brennkraftmaschine Drehzahl und Drehmoment (Last) in einer Tabelle gespeichert sind und die aus dieser Tabelle abgerufenen Ist-Verhältniswerte um einen die Abgastemperatur berücksichtigenden Korrek turfaktor berichtigt werden.

3. Verfahren zur Steuerung der Konzentration von NOx und HC im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, bei dem

- die Abgaskomponenten NOx und HC mittels eines im Abgasstrom angeordneten Katalysators entfernt werden, und
- das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brenn kraftmaschine zugeführten Gemisches auf der Basis der ermittelten NOx- und HC-Konzentrationen ge steuert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Konzentrationen von NOx und HC im Abgas vor der Katalyse durch einen Meßfühler mittels zweier Senso ren gemessen werden,
- das Verhältnis der NOx- und HC-Konzentration des dem Katalysator zugeführten Abgases aus den ge messenen Werten fortlaufend bestimmt wird, und
- die Konzentration mindestens einer dieser Abgas komponenten NOx; HC so verändert wird, daß das NOx/HC-Verhältnis in einem vorgegebenen Bereich bleibt, in welchem der Katalysator mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einhaltung des vorbestimmten NOx-HC-Verhältnisses Sekundärluft in das unbehandelte Abgas eingeführt wird, um die HC-Konzentration zu steuern.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Sekundärluft vermischte Abgas über einen Oxi dations-Katalysator geleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einhaltung des vorbestimmten NOx/HC-Verhältnisses der Zündzeitpunkt der Brennkraftmaschine verstellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einhaltung des vorbestimmten NOx/HC-Verhältnisses das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des der Brennkraftma schine zugeführten Gemisches gesteuert wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einhaltung des vorbestimmten NOx/HC-Verhältnisses eine gesteuerte Abgasmenge in das Ansauggemisch der Brennkraftmaschine rückgeführt wird, um die NOx-Kon zentration im Abgas zu steuern.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zyklische Schwankungen der HC-Konzentration durch strömungstechnische und katalytische Maßnahmen kompen siert werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebstemperatur des Katalysators durch Erwär mung oder Kühlung auf einen vorbestimmten Temperatur bereich gesteuert wird.

11. Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration von NOx und HC im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, beste hend aus

- einem im Abgasstrom der Brennkraftmaschine ange ordneten Katalysator (1), der zum Entfernen von NOx und HC aus dem Abgas ausgebildet ist, und
- einer Einrichtung (5) zur Steuerung des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches auf der Basis der ermittelten NOx- und HC-Konzentrationen, dadurch gekennzeichnet, daß
- die Steuereinheit (5) elektronische Bauelemente mit mindestens einer Tabelle für NOx/HC-Verhältniswerte bei unterschiedlichen Belastungen und Drehzahlen der Brennkraftmaschine sowie mit einem Multiplizierglied enthält, in dem die in der Tabelle entnommenen NOx/HC-Verhältniswerte mit einem die Abgastemperatur berücksichtigenden Korrekturfaktor multipliziert werden, und
- Mittel zum Steuern der Konzentration zumindest einer dieser Gaskomponenten NOx; HC vorgesehen sind, um das NOx/HC-Verhältnis in einem vorgegebenen Bereich zu halten, in welchem der Katalysator (1) mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet.

12. Vorrichtung zur Steuerung der Konzentration von NOx und HC im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, beste hend aus

- einem im Abgasstrom der Brennkraftmaschine ange ordneten Katalysator (1), der zur Abtrennung von NOx und HC ausgebildet ist, und
- einer Einrichtung zur Steuerung des Luft-Kraft stoff-Verhältnisses des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemisches auf der Basis der ermittelten NOx- und HC-Konzentrationen,

dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Meßfühler (7) im Abgasstrom stromauf vom Ka talysator (1) angeordnet ist, der mittels Sensoren (10, 11) die Konzentration von NOx und HC im Abgas erfaßt und in dem eine Schaltungsanordnung (16; 17; 18) zur Bestimmung des NOx/HC-Verhältnisses aus den erfaßten Abgaskonzentrationswerten zugeordnet ist, und
- Mittel zum Steuern der Konzentration zumindest einer dieser Gaskomponenten NOx; HC vorgesehen sind, um das NOx/HC-Verhältnis in einem vorgegebenen Bereich zu halten, in welchem der Katalysator (1) mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (1) ein Kupferionenaustausch-Zeolith- Katalysator ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Katalysator (1) Heizeinrichtungen (33) und Kühl einrichtungen (34) zur Einhaltung seiner optimalen Be triebstemperatur zugeordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (23; 24; 25) zum Ausgleich von Ände rungen der HC-Konzentration stromauf vom Kondensator (1) im Abgasstrom angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fühler (50) zum Erfassen wenigstens einer Abgas komponente stromab vom Kondensator (1) im Abgasstrom angeordnet ist, und daß die Konzentration in dieser Abgaskomponente im Abgasstrom stromauf des Katalysa tors (1) auf der Grundlage der Ausgangssignale dieses Fühlers (50) steuerbar ist.