DE60308623T2 - Abgasreinigungsanlage und Verfahren für Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine und auf ein Verfahren zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine, die mit einem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ausgestattet ist.
  • 2. Beschreibung des zugehörigen Stands der Technik
  • Es sind Abgasreinigungsgeräte für Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen ein Abgaskanal mit einem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator versehen ist, der wahlweise NOx aus einem einströmenden Abgas durch Adsorption oder Absorption oder durch beides wahlweise einfängt und speichert, und der das gespeicherte NOx löst und das NOx durch Reduktion beseitigt, wenn ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases stöchiometrisch oder fett wird, so dass das in dem Abgas vorhandene NOx während eines Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator eingefangen und gespeichert wird, wodurch NOx-Emissionen in die Atmosphäre verhindert werden.
  • Wenn sich die Menge des gespeicherten NOx in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator vermehrt, dann verringert sich die Fähigkeit des Katalysators zum Einfangen des NOx, und der Anteil des NOx wird vergrößert, der zwar durch den Katalysator hindurch tritt, aber nicht in dem Katalysator eingefangen wird. Falls darüber hinaus der NOx-Speicher in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator einen maximalen Betrag erreicht, der in dem Katalysator speicherbar ist, dann ist der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator nicht dazu in der Lage, noch mehr NOx aus dem Abgas zu speichern, so dass das gesamte NOx, das in dem Abgas vorhanden ist, durch den Katalysator hindurch tritt.
  • Daher wird bei Abgasreinigungsgeräten, die einen NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator verwenden, ein Regenerationsbetrieb (Fett-Impuls-Betrieb) zum Betreiben der Kraftmaschine mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt, wenn sich die NOx-Speichermenge in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator auf eine gewisse Menge vermehrt. Durch Ausführen des Regenerationsbetriebes wird ein Abgas mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zugeführt, so dass das NOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gelöst wird, und es wird durch Reduktion mit nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen, CO, etc. beseitigt, die in dem Abgas mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis vorhanden sind. Daher wird die NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator reduziert, und die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators wird wieder hergestellt.
  • Der Regenerationsbetrieb (Fett-Impuls-Betrieb) muss in angemessener Weise gemäß der NOx-Menge durchgeführt werden, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert ist, wie dies oben angegeben ist. Falls z. B. der Regenerationsbetrieb durchgeführt wird, wenn der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator nur eine kleine NOx-Menge speichert und eine gute Fähigkeit zum Einfangen aufrecht erhält, dann würde eine erhöhte Frequenz zum Durchführen des Kraftmaschinenbetriebes mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis daraus resultieren, so dass die Eigenschaft des Abgases verschlechtert werden kann oder der Kraftstoffverbrauch erhöht werden kann. Falls in umgekehrter Weise die Frequenz zum Durchführen des Regenerationsprozesses niedriger als erforderlich ist, dann würde sich die NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator jenseits einer zulässigen Grenze vergrößern, so dass die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des Katalysators abfallen kann und sich die Eigenschaft des Abgases verschlechtern kann. Um daher den Fett-Impuls-Betrieb in korrekter Weise durchzuführen, ist es erforderlich, die NOx-Menge genau herauszufinden, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert wird. In der Realität ist es jedoch schwierig, die NOx-Menge direkt zu messen, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert wird, und zwar während des Betriebes der Kraftmaschine. Daher wurden verschiedene Verfahren zum Schätzen der NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator anstelle einer direkten Messung vorgeschlagen.
  • Ein bekanntes Verfahren zum genauen Schätzen der NOx-Menge, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert wird, verwendet z.B. einen NOx-Zähler (japanische Patentoffenlegungsschrift JP-7-139340). Der NOx-Zähler ist ein Zählwert, der gemäß dem Betriebszustand der Kraftmaschine jederzeit während des Kraftmaschinenbetriebes so inkrementiert oder dekrementiert wird, dass der Wert der NOx-Menge entspricht, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert ist. Bei einem Abgasreinigungsgerät, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-7-139340 offenbart ist, wird während eines Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis eine Menge, die gemäß dem Betriebszustand der Kraftmaschine bestimmt wird, zu dem NOx-Zähler in konstanten Zeitintervallen hinzu addiert. Während des Betriebes der Kraftmaschine mit dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder mit dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird ein Betrag, der z. B. gemäß dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine, der Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators etc. bestimmt wird, von dem NOx-Zähler in konstanten Zeitintervallen subtrahiert. Auf diese Art und Weise wird der Wert des NOx-Zählers so geändert, dass er immer der gegenwärtigen NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator entspricht.
  • Insbesondere wird die NOx-Menge, die aus einer Kraftmaschine in einer Zeiteinheit während eines Betriebes der Kraftmaschine ausgelassen wird, mit den Kraftmaschinenbetriebszuständen bestimmt, wie z. B. eine Kraftmaschinenlast, eine Kraftmaschinendrehzahl, etc.. Es wird erachtet, dass während des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis ein gewisser Anteil des aus der Kraftmaschine ausgelassenen NOx in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator eingefangen und gespeichert wird. Daher wird angenommen, dass sich während des Betriebes mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis die NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator in einer Zeiteinheit um einen Betrag vermehrt, der dadurch erhalten wird, dass die in der Kraftmaschine erzeugte NOx-Menge mit dem vorbestimmten Anteil multipliziert wird.
  • Während des Betriebes der Kraftmaschine mit stöchiometrischem oder fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird das in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeicherte NOx aus dem Katalysator mit einer vorbestimmten Rate gelöst und durch Reduktion beseitigt. Die aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator in einer Zeiteinheit gelöste NOx-Menge, nämlich der verringerte Betrag der NOx-Speichermenge pro Zeiteinheit wird als proportional zu der einströmenden Menge des nicht verbrannten Kraftstoffes, des CO und dergleichen zu dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator angenommen.
  • Bei dem Gerät, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-7-139340 offenbart ist, wird der Wert des NOx-Zählers so gesteuert, dass er genau der gegenwärtigen NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator jederzeit während des Betriebs der Kraftmaschine entspricht, in dem der NOx-Zähler mit einer Rate entsprechend der Vermehrung der NOx-Speichermenge in dem Katalysator während eines Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis erhöht wird, und indem der NOx-Zähler mit einer Rate entsprechend der Verringerung der NOx-Speichermege in dem Katalysator während des Betriebes der Kraftmaschine mit stöchiometrischem oder fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis verringert wird.
  • Das Gerät, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-7-139340 offenbart ist, schätzt die NOx-Menge genau, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert wird, und zwar unter Verwendung des NOx-Zählerwertes, der gemäß der vorstehenden Beschreibung gewonnen wird, um dadurch den Fett-Impuls-Betrieb in korrekter Weise auszuführen.
  • Es sollte möglich sein, den Fett-Impuls-Betrieb dadurch genau auszuführen, das die NOx-Menge geschätzt wird, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert wird, und zwar unter Verwendung des NOx-Zählers wie in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-7-139340. Falls jedoch in Wirklichkeit der Fett-Impuls-Betrieb nur auf der Grundlage der NOx-Speichermenge ausgeführt wird, die unter Verwendung des NOx-Zählers gemäß der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-7-139340 geschätzt wird, dann kann ein Problem dahingehend auftreten, dass der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zum ausreichenden Wiederherstellen der Fähigkeit zum Einfangen des NOx trotz der Ausführung des Fett-Impuls-Betriebes einen Fehler aufweist.
  • Der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator fängt das NOx aus dem Abgas ein und speichert es, und er löst das NOx gemäß der Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zwischen der mageren Seite und der fetten Seite der Stöchiometrie. In der Realität sind jedoch die Raten zum Einfangen und zum Lösen von NOx über den gesamten Körper des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators nicht einheitlich, sondern sie ändern sich stark in Abhängigkeit von den Orten an dem Katalysator. Wenn z. B. das NOx während des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingefangen und gespeichert wird, dann wird der größte Teil des NOx anfänglich in einem stromaufwärtigen Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert, und im Wesentlichen kein NOx erreicht einen stromabwärtigen Abschnitt des Katalysators. Während einer gewissen Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird daher wahrscheinlich kein NOx in einem stromabwärtigen Abschnitt des Katalysators gespeichert. Während des Regenerationsbetriebes tritt in ähnlicher Weise am Anfang das Lösen des NOx aus dem Katalysator an der stromaufwärtigen Seite auf, und daher tritt der Verbrauch der nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe und dergleichen, die in dem Abgas enthalten sind, am Anfang in einem Bereich nahe der stromaufwärtigen Seite des Katalysators auf. Während einer frühen Zeitperiode des Regenerationsbetriebes tritt wahrscheinlich kein Lösen von NOx in einem Abschnitt des Katalysators nahe der stromabwärtigen Seite auf.
  • Somit haben der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators stark unterschiedliche Speicher- und Löseraten von NOx. Im Allgemeinen tritt am Anfang das Speichern/Lösen von NOx in einem stromaufwärtigen Abschnitt des Katalysators auf, und dann tritt es in einem stromabwärtigen Abschnitt nach dem Verstreichen einer Verzögerungszeit auf. Auf diese Art und Weise unterscheiden sich die Charakteristika (Rate und Zeitgebung) zum Speichern und Lösen von NOx stark zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt und dem stromabwärtigen Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators. Ähnlich wie die Unterschiede zwischen dem stromaufwärtigen Abschnitt und dem stromabwärtigen Abschnitt des Katalysators sind Unterschiede der Charakteristika zum Speichern und zum Lösen von NOx zwischen einem oberen Abschnitt einer Beschichtungslage und einem unteren Abschnitt einer Beschichtungslage des Katalysators vorhanden.
  • Das Gerät, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-7-139340 offenbart ist, schätzt die NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator unter Verwendung von festen Raten zum Speichern und zum Lösen von NOx, auch wenn sich die Speicher/Löse-Charakteristika von NOx in Abhängigkeit von den Orten an dem Katalysator ändern. Daher können Fehler beim Schätzen der NOx-Speichermenge in dem Katalysator auftreten. Falls z. B. die festen Werte der NOx-Speicher/Löse-Raten, die bei dem Gerät übernommen werden, nahe den Werten der Raten des stromaufwärtigen Abschnittes des Katalysators sind, dann wird der Fett-Impuls-Betrieb für den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator auf der Grundlage einer Bestimmung dessen beendet, dass das Lösen von NOx abgeschlossen ist, während ein stromabwärtiger Abschnitt des Katalysators das Lösen von NOx noch nicht gestartet hat, oder weiterhin etwas NOx speichert, obwohl der Abschnitt das Lösen von NOx gestartet hat. Infolge dessen bleibt etwas NOx in dem stromabwärtigen Abschnitt des Katalysators, wenn das Einfangen und das Speichern von NOx in dem Katalysator erneut gestartet wird. Auf diese Art und Weise wird die NOx-Speichermenge in dem stromabwärtigen Abschnitt des NOx- Speicher/Reduktions-Katalysators allmählich vermehrt, was zu einem Problem eines beträchtlichen Abfalles der Fähigkeit zum Einfangen an dem Abschnitt des Katalysators trotz einer Ausführung des Fett-Impuls-Betriebes führt, und zwar auf der Grundlage der NOx-Speichermenge, die unter Verwendung des NOx-Zählers geschätzt wird.
  • Während die vorstehende Beschreibung im Zusammenhang mit NOx vorgesehen wurde, kann ebenfalls SOx (Schwefeloxid) eingefangen werden, falls es in dem Abgas enthalten ist, und zwar durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator im Wesentlichen in der gleichen Art und Weise wie bei NOx, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager oder stöchiometrisch ist. Die SOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators verringert die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des Katalysators in gleicher Art und Weise wie bei der NOx-Speichermenge. Falls daher SOx in dem Katalysator gespeichert wird, ist es erforderlich, einen Regenerationsbetrieb in ähnlicher Weise wie den vorstehend beschriebenen Fett-Impuls-Betrieb auszuführen, um die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators wieder herzustellen. Der Regenerationsbetrieb zum Lösen von SOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators erfordert, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator eintretenden Abgases an der fetten Seite oder stöchiometrisch gehalten wird, und zwar gleich wie bei dem vorstehend beschriebenen Fett-Impuls-Betrieb, und dass die Abgastemperatur höher als die Temperatur für den Fett-Impuls-Betrieb zum Lösen von NOx angehoben wird. Um die Fähigkeit zum Einfangen des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators vollständig zu nutzen, ist es daher erforderlich, die SOx-Menge genau zu schätzen, die in dem Katalysator gespeichert ist, und einen angemessenen Regenerationsbetrieb zum Lösen von SOx gleich wie im Falle von NOx auszuführen.
  • Aus der Druckschrift DE 199 29 292 A1 ist ein Abgasreinigungsgerät für ein Brennkraftmaschine einschließlich eines NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators bekannt, der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Dieser NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator fängt wahlweise eine spezifische Komponente ein und speichert diese, die zumindest Stickoxide oder Schwefeloxide enthält, und zwar aus dem Abgas, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömt, zumindest durch Adsorption oder Absorption, wenn das in den Katalysator hineinströmende Abgas ein mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist. Der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator löst die gespeicherte, spezifische Komponente und beseitigt die spezifische Komponente durch Reduktion, wenn das in den Katalysator hineinströmende Abgas ein stöchiometrisches oder fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist. Darüber hinaus ist eine Schätzeinrichtung zum Schätzen der Speichermenge der spezifischen Komponente in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator und der gelösten Menge der spezifischen Komponente aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator vorgesehen. Zusätzlich ist eine Regenerationseinrichtung zum Durchführen eines Regenerationsbetriebes zum Lösen der spezifischen Komponente vorgesehen, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert ist, und zum Beseitigen der spezifischen Komponente durch Reduktion, indem ein fettes Abgas zu dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator auf der Grundlage der gespeicherten Menge der spezifischen Komponente zugeführt wird, die durch die Schätzeinrichtung geschätzt wird, wobei die Schätzeinrichtung die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente und die gelöste Menge der spezifischen Komponente hinsichtlich zumindest zwei unterschiedlichen Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators schätzt.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Abgasreinigungsgerät und ein Verfahren für eine Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine vorzusehen, die eine ausreichende Abgasreinigung durch effiziente Verwendung der Fähigkeit zum Einfangen eines NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators erreichen.
  • Diese Aufgabe wird durch das Gerät, wie es im Anspruch 1 definiert ist, und durch das Verfahren gelöst, wie es im Anspruch 12 definiert ist.
  • Die Dauer zum Aufrechterhalten des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases nach der Ausführung des Regenerationsbetriebes wird nämlich gemäß der NOx-Speichermenge oder der SOx-Speichermenge in einem spezifischen Abschnitt des Katalysators bestimmt. Falls z. B. die NOx- oder die SOx-Speichermengen in den Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators alle Null sind, nachdem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator hinein stömenden Abgases auf das fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des Regenerationsbetriebes aufrecht erhalten wurde, kann die Dauer zum Aufrechterhalten des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf Null festgelegt werden, um so den Betrieb der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis sofort zu starten. Falls jedoch der Betrieb der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis sofort gestartet wird, während ein spezifischer Abschnitt des Katalysators weiterhin NOx oder SOx zurückhält, dann tritt ein Problem einer vermehrten NOx- oder SOx-Speichermenge in dem spezifischen Abschnitt auf. Daher ist es vorzuziehen, ein Abgas mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem Katalysator zuzuführen, bis das NOx oder das SOx vollständig aus dem spezifischen Abschnitt des Katalysators gelöst sind. Daher kann eine Akkumulation von NOx in einem spezifischen Abschnitt des Katalysators (wo NOx oder SOx wahrscheinlich verbleiben) verhindert werden, falls die Dauer zum Aufrechterhalten des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nach dem Aufrechterhalten des fetten oder stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases gemäß der NOx- oder SOx-Speichermenge in dem spezifischen Abschnitt währende des Regenerationsbetriebes bestimmt wird.
  • Der spezifische Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators ist nämlich ein Abschnitt, der eine geringere Rate zum Lösen der spezifischen Komponente als ein anderer Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators aufweist (z. B. ein stromaufwärtiger Abschnitt oder ein oberer Abschnitt einer Beschichtungslage des Katalysators). Aufgrund der niedrigen NOx- oder SOx-Löserate ist es wahrscheinlich, dass der spezifische Abschnitt nicht vollständig das NOx oder das SOx löst, und er wird eine gewisse NOx- oder SOx- Menge zurück halten, wenn der Regenerationsbetrieb abgeschlossen ist. Daher wird eine Akkumulation von NOx oder von SOx in dem spezifischen Abschnitt des Katalysators verhindert, falls die Dauer zum Aufrechterhalten des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases nach dem Regenerationsbetrieb gemäß der NOx- oder SOx-Speichermenge in dem spezifischen Abschnitt des Katalysators bestimmt wird.
  • Gemäß der Erfindung hat ein Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine einen NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, der in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, und der wahlweise eine spezifische Komponente einfängt und speichert, die zumindest Stickoxide (NOx) oder Schwefeloxide (SOx) enthält, und zwar aus einem Abgas, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator eintritt, zumindest durch Adsorption oder Absorption, wenn das in den Katalysator hinein strömende Abgas ein hinsichtlich der Stöchiometrie mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, und der die gespeicherte spezifische Komponente löst und die spezifische Komponente durch Reduktion beseitigt, wenn das in den Katalysator hinein strömende Abgas ein stöchiometrisches oder hinsichtlich der Stöchiometrie fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist. Das Gerät hat desweiteren eine Schätzeinrichtung zum Schätzen einer gespeicherten Menge der spezifischen Komponente in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator und einer gelösten Menge der spezifischen Komponente aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, und eine Regenerationseinrichtung zum Durchführen eines Regenerationsbetriebes zum Lösen der in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeicherten spezifischen Komponente und zum Beseitigen der spezifischen Komponente durch Reduktion, indem ein hinsichtlich der Stöchiometrie fettes Abgas zu dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator auf der Grundlage der gespeicherten Menge der spezifischen Komponente zugeführt wird, die durch die Schätzeinrichtung geschätzt wird. Die Schätzeinrichtung schätzt die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente und die gelöste Menge der spezifischen Komponente hinsichtlich jeweils einem Abschnitt von zumindest zwei unterschiedlichen Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators.
  • Die Schätzeinrichtung schätzt die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente (NOx oder SOx) und die gelöste Menge der spezifischen Komponente hinsichtlich des jeweiligen Abschnittes von den zumindest beiden geteilten Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators. Daher wird es möglich, die NOx- oder SOx-Menge zu schätzen, die in Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators gespeichert sind oder aus ihnen gelöst wird, die unterschiedliche Charakteristika zum Einfangen und zum Lösen von NOx oder SOx haben, wie z. B. ein stromaufwärtiger Abschnitt und ein stromabwärtiger Abschnitt des Katalysators und dergleichen auf der Grundlage ihrer jeweiligen Charakteristika zum Einfangen/Lösen von NOx oder SOx. Somit werden Fehler bei den geschätzten Werten der NOx- oder SOx-Speichermenge des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators wegen den unterschiedlichen Charakteristika zum Einfangen/Lösen der Abschnitte des Katalysators vermieden.
  • Die Schätzeinrichtung kann die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators unter Verwendung eines Speicherzählers angeben, und sie kann die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators dadurch schätzen, dass der Speicherzähler mit einer Rate inkrementiert wird, die proportional zu einer Konzentration der spezifischen Komponente in dem Abgas ist, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator hinein strömt, wenn das in den Katalysator hinein strömende Abgas ein hinsichtlich der Stöchiometrie mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, und das der Speicherzähler mit einer vorbestimmten Rate dekrementiert wird, wenn das in den Katalysator hinein strömende Abgas ein stöchiometrisches oder hinsichtlich der Stöchiometrie fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist.
  • Die Schätzeinrichtung schätzt nämlich die gespeicherten Mengen an NOx oder SOx in den Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators unter Verwendung von Speicherzählern. Da die Speicherzähler separat für die einzelnen Abschnitte des Katalysators vorgesehen sind und die Inkrementierungsrate und die Dekrementierungsrate von jedem Speicherzähler auf der Grundlage der Charakteristik zum Einfangen/Lösen von NOx oder SOx eines entsprechenden Abschnittes von den Abschnitten des Katalysators festgelegt werden, wird ein Fehler beim Schätzen der NOx- oder SOx- Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator vermieden.
  • Die Schätzeinrichtung kann die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators dadurch schätzen, dass eine gesamte Menge der spezifischen Komponente, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator speicherbar ist, zu den zumindest beiden Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators mit einem vorbestimmten Verteilungsverhältnis verteilt wird, während der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator die spezifische Komponente einfängt und speichert.
  • Die Schätzeinrichtung schätzt nämlich die NOx- oder SOx-Menge, die in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert wird, indem die gesamte Menge von NOx oder SOx, die in dem Katalysator speicherbar sind, zu den Abschnitten des Katalysators mit einem vorbestimmten Verteilungsverhältnis verteilt werden. Das Verteilungsverhältnis kann gemäß den Charakteristika zum Einfangen von NOx oder SOx der Abschnitte des Katalysators bestimmt werden, wie z. B. die NOx-Einfangraten der Abschnitte oder dergleichen. Daher wird es möglich, die NOx- oder SOx-Menge genau zu schätzen, die in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators gespeichert werden. Somit wird das Auftreten eines Fehlers beim Schätzen der NOx- oder SOx-Speichermenge in dem Katalysator vermieden.
  • Die Schätzeinrichtung kann die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators dadurch schätzen, dass die gelöste Menge der spezifischen Komponente aus jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators während des Regenerationsbetriebes für den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator bestimmt wird.
  • Die Schätzeinrichtung bestimmt nämlich separat die NOx- oder SOx-Menge, die aus jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators während des Regenerationsbetriebes gelöst und an ihm reduziert wird. Z. B. kann ein stromabwärtiger Abschnitt des Katalysators das NOx oder SOx während des Regenerationsbetriebes weniger lösen als ein stromaufwärtiger Abschnitt des Katalysators. Während des Regenerationsbetriebes ist nämlich die Löserate (gelöste Menge) kleiner als in dem stromabwärtigen Abschnitt. Bei der Erfindung können die NOx- oder SOx-Mengen, die aus den Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators während des Regenerationsbetriebes gelöst werden, gemäß den NOx- oder SOx-Lösecharkteristika der einzelnen Abschnitte des Katalysators festgelegt werden, wie z. B. deren Löseraten oder dergleichen. Daher wird es möglich, die gespeicherte Menge an NOx oder SOx in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators genau zu schätzen und daher ein Auftreten eines Fehlers beim Schätzen der NOx- oder SOx-Speichermenge in dem Katalysator zu vermeiden.
  • Die Schätzeinrichtung kann das vorbestimmte Verteilungsverhältnis gemäß den gespeicherten Mengen der spezifischen Komponente in den zumindest beiden Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators festlegen.
  • Das Verhältnis hinsichtlich der NOx- oder der SOx-Speichermengen des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators wird nämlich gemäß den NOx- oder SOx-Mengen festgelegt, die in den Abschnitten des Katalysators gespeichert sind. Wenn sich die gespeicherte Menge des NOx oder des SOx in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator vermehrt, dann verringert sich die Fähigkeit zum Einfangen von NOx oder SOx des Katalysators, und die NOx- oder SOx-Einfangrate verringert sich. Da die NOx- oder SOx-Menge, die in dem ganzen NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator speicherbar ist, zu den Abschnitten mit einem Verteilungsverhältnis entsprechend den gegenwärtig gespeicherten Mengen von NOx oder SOx in den Abschnitten des Katalysators verteilt wird, kann die gespeicherte Menge von NOx oder SOx in jedem Abschnitt des Katalysators genau geschätzt werden.
  • Die Schätzeinrichtung kann das vorbestimmte Verteilungsverhältnis gemäß einem Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators festlegen.
  • Das Verhältnis hinsichtlich der NOx- oder SOx-Speichermengen in den Abschnitten des Katalysators wird nämlich gemäß dem Verschlechterungsgrad des Katalysator festgelegt. Falls sich der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator verschlechtert, dann verringert sich die Fähigkeit zum Einfangen von NOx oder SOx, und die NOx- oder SOx-Einfangrate verringert sich. Die Verschlechterung des Katalysators, die durch Wärme oder Schwefelvergiftung verursacht wird, tritt z. B. wahrscheinlicher in einem stromaufwärtigen Abschnitt oder in einem oberen Abschnitt einer Beschichtungslage des Katalysators auf. Daher kann die gespeicherte NOx- oder SOx-Menge in jedem Abschnitt des Katalysators dadurch genau geschätzt werden, dass das Verhältnis hinsichtlich der NOx- oder SOx-Speichermenge in den Abschnitten des Katalysators beim Fortschreiten der Verschlechterung des vorstehend erwähnten Abschnittes kleiner festgelegt wird.
  • Die Schätzeinrichtung kann das vorbestimmte Verteilungsverhältnis gemäß einer Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators festlegen.
  • Das Verhältnis bezüglich der NOx- oder SOx-Speichermenge in den Abschnitten des Katalysators wird nämlich gemäß der Katalysatortemperatur festgelegt. Im Allgemeinen ändert sich die Fähigkeit zum Einfangen von NOx oder SOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators mit der Temperatur. Darüber hinaus ändert sich die Katalysatortemperatur in Abhängigkeit von den Abschnitten des Katalysators. Z. B. ist die Katalysatortemperatur in einem stromaufwärtigen Abschnitt höher als in einem stromabwärtigen Abschnitt des Katalysators. Daher kann die gespeicherte Menge von NOx oder SOx in jedem Abschnitt des Katalysators genau geschätzt werden, falls das Verhältnis hinsichtlich der NOx- oder SOx-Speichermenge in den Abschnitten des Katalysators beim Erhöhen der Temperatur erhöht wird.
  • Die Schätzeinrichtung kann das vorbestimmte Verteilungsverhältnis gemäß einer Strömungsmenge des Abgases in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator festlegen.
  • Das Verhältnis hinsichtlich der NOx- oder SOx-Speichermenge in den Abschnitten des Katalysators wird nämlich gemäß der Strömungsmenge des Abgases festgelegt. Im Allgemeinen ändert sich die Fähigkeit zum Einfangen von NOx oder SOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators mit der Strömungsmenge des Abgases (Raumgeschwindigkeit) und die Charakteristik der Änderung der Fähigkeit zum Einfangen ändert sich in Abhängigkeit von den Abschnitten des Katalysators. Falls das Verhältnis bezüglich der NOx- oder SOx-Speichermenge in den Abschnitten des Katalysators gemäß der Strömungsmenge des Abgases berücksichtigt wird, kann daher die gespeicherte Menge von NOx oder SOx in jedem Abschnitt des Katalysators genau geschätzt werden.
  • Die Schätzeinrichtung kann das vorbestimmte Verteilungsverhältnis gemäß einer Konzentration der spezifischen Komponente in einem Abgas festlegen, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator hinein strömt.
  • Das Verhältnis bezüglich der NOx- oder SOx-Speichermenge in den Abschnitten des Katalysators wird nämlich gemäß der Konzentration von NOx oder SOx in dem Abgas festgelegt. Im Allgemeinen ändert sich die NOx- oder SOx-Einfangrate des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators mit der Konzentration des NOx- oder SOx in dem Abgas. Darüber hinaus ist die Konzentration des NOx oder SOx in dem Abgas nicht einheitlich in dem ganzen Katalysator sondern sie verringert sich von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite des Katalysators. Falls das Verhältnis bezüglich der NOx- oder SOx-Speichermenge gemäß der Konzentration des NOx oder SOx in dem Abgas festgelegt wird, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator hinein strömt, kann die NOx- oder SOx-Speichermenge in jedem Abschnitt des Katalysators genau geschätzt werden.
  • Die Schätzeinrichtung kann einen O2-Sensor aufweisen, der stromabwärts von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator angeordnet ist, und der eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas erfasst, und sie kann die Menge der spezifischen Komponente, die aus jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators gelöst wird, auf der Grundlage einer Abgabe von dem O2-Sensor während des Regenerationsbetriebes für den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator schätzen.
  • Während des Regenerationsbetriebes wird nämlich die gelöste Menge von NOx oder SOx aus jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators gemäß der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas an einem Auslass des Katalysators festgelegt. Wie dies nachfolgend im Einzelnen beschrieben wird, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an dem Auslass des Katalysators stöchiometrisch gehalten, während der Katalysator NOx oder SOx löst, auch wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator hinein strömenden Abgases bezüglich der Stöchiometrie fett während des Regenerationsbetriebes für den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist. Nachdem das Lösen von NOx oder SOx aus dem Katalysator abgeschlossen ist, ändert sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an dem Auslass des Katalysators hinsichtlich der Stöchiometrie zu der fetten Seite. Jedoch wird das vorstehend erwähnte lösen von NOx oder SOx in Wirklichkeit nur in dem Abschnitt des Katalysators mit einer hohen NOx- oder SOx-Einfang/Löse-Rate abgeschlossen (z. B. an einem stromaufwärtigen Abschnitt), und der Abschnitt des Katalysators mit einer niedrigen NOx- oder SOx-Einfang/Löse-Rate (z. B. ein stromabwärtiger Abschnitt) hält im Wesentlichen die gesamte gespeicherte Menge an NOx oder SOx zurück. Somit kann angenommen werden, dass das Lösen von NOx oder SOx an dem Abschnitt des Katalysators mit der niedrigen NOx- oder SOx-Einfang/Löse-Rate startet, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an dem Auslass des Katalysators aus der Stöchiometrie zur der hinsichtlich der Stöchiometrie fetten Seite während des Regenerationsbetriebes ändert. Während des Regenerationsbetriebes kann daher die gespeicherte Menge an NOx oder SOx in jedem Abschnitt des Katalysators genau geschätzt werden, falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an dem Auslass des Katalysators überwacht wird, und falls z. B. die gespeicherte Menge des NOx oder des SOx in dem Abschnitt mit niedriger NOx- oder SOx-Löserate so festgelegt wird, dass sie sich im Laufe der Zeit beim Fortschreiten eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an dem Auslass des Katalysators verringert, nachdem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur fetten Seite gewechselt ist.
  • Die Regenerationseinrichtung kann den Regenerationsbetrieb auf der Grundlage einer gesamten geschätzten Speichermenge der spezifischen Komponente zumindest in den beiden Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators durchführen.
  • Der Regenerationsbetrieb wird nämlich auf der Grundlage der gesamten geschätzten Speichermengen von NOx oder SOx in den Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators durchgeführt. Falls z. B. der Regenerationsbetrieb dann durchgeführt wird, wenn die gesamte Menge einen vorbestimmten Wert erreicht, dann kann die Fähigkeit zum Einfangen des NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators effektiv genutzt werden, und es kann eine effiziente Speicherung und Reduktion von NOx oder SOx durchgeführt werden.
  • Die Erfindung wird hinsichtlich den Figuren in weiteren Einzelheiten beschrieben, die bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus eines Ausführungsbeispieles, bei dem die Erfindung auf eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeuges angewendet wird.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Hauptbetriebes zum inkrementieren und dekrementieren eines NOx-Zählers bei dem Ausführungsbeispiel.
  • 3 zeigt eine Ansicht eines Verfahrens zum Festlegen eines Verteilungskoeffizienten.
  • 4 zeigt eine Ansicht eines anderen Verfahrens zum Festlegen eines Verteilungskoeffizienten.
  • 5 zeigt eine Ansicht eines anderen Verfahrens zum Festlegen eines Verteilungskoeffizienten.
  • 6 zeigt eine Ansicht eines weiteren Verfahrens zum Festlegen eines Verteilungskoeffizienten.
  • 7 zeigt eine Ansicht eines weiteren Verfahrens zum Festlegen eines Verteilungskoeffizienten.
  • 8 zeigt eine Ansicht eines weiteren Verfahrens zum Festlegen eines Verteilungskoeffizienten.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines gesamten Basisaufbaus eines Gerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Erfindung auf eine Benzinkraftmaschine eines Fahrzeuges angewendet wird.
  • Die 1 zeigt einen Kraftmaschinenkörper 1 und einen Abgaskanal 5. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Kraftmaschine 1 im Allgemeinen als eine Kraftmaschine mit magerer Verbrennung bezeichnet, die mit einem hinsichtlich der Stöchiometrie mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis in vielen Teilen des Betriebsbereiches der Kraftmaschine betrieben wird, auch wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis beim Betrieb der Kraftmaschine gemäß dem Lastzustand geändert wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Abgaskanal 5 mit einem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 versehen. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 30 der Kraftmaschine 1 ist als ein bekannter Mikrokomputer ausgebildet, der einen RAM, eine ROM, eine CPU und Eingabe/Abgabe-Anschlüsse aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel führt die ECU 30 Basissteuerungen wie z. B. eine Kraftstoffeinspritzsteuerung und eine Zündzeitgebungssteuerung der Kraftmaschine 1 und dergleichen aus, und sie führt außerdem verschiedene Betriebe durch, einschließlich eines Regenerationsbetriebes (Fett-Impuls-Betrieb) für den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20, der nachfolgend beschrieben wird, einen Betrieb zum Schätzen der gespeicherten NOx-Menge (oder der gespeicherten SOx-Menge) in dem Katalysator 20, etc..
  • Für diese Betriebe nimmt die ECU 30 eine Eingabe der Drehzahl der Kraftmaschine 1, den Betrag einer Beschleunigungsvorrichtungsbetätigung (ein Niederdrückungsbetrag eines Beschleunigungspedales (nicht gezeigt)) etc. von entsprechenden Sensoren auf, und sie nimmt außerdem eine Eingabe eines Signales entsprechend der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas auf, das an einem Auslass des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 20 vorhanden ist, und zwar von einem O2-Sensors 35, der in dem Abgaskanal stromabwärts von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 angeordnet ist.
  • Der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 bei diesem Ausführungsbeispiel wird dadurch ausgebildet, dass eine Stütze z. B. aus Aluminiumdioxid z. B. mit einem Edelmetall wie Platin Pt oder dergleichen beladen wird, und zumindest mit einem Element, das aus jener Gruppe ausgewählt ist, die aus folgendem besteht: Alkalimetalle wie z. B. Kalium K, Natrium Na, Lithium Li, Cäsium Cs etc.; Alkalierden wie z. B. Barium Ba, Calcium Ca, etc.; und selten Erden wie z. B. Lanthan La, Cerium Ce, Yttrium Y, etc. Der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 fängt wahlweise NOx aus dem Abgas durch Adsorption oder Absorption oder beides ein und speichert diesen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases aus der Kraftmaschine 1 hinsichtlich der Stöchiometrie mager ist. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgase, das in den Katalysator eintritt, stöchiometrisch oder hinsichtlich der Stöchiometrie fett wird, dann löst der Katalysator das gespeicherte NOx und beseitigt das NOx durch Reduktion mittels nicht verbrannter Kohlenwasserstoffe, CO, CO2, etc., die in dem Abgas vorhanden sind.
  • Das in dem Abgas enthaltene NOx wird nämlich während eines Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases der Kraftmaschine dann stöchiometrisch oder hinsichtlich der Stöchiometrie fett wird, dann wird das NOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 desorbiert, und es wird an dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 durch Kohlenwasserstoffe, CO, etc. reduziert, die in dem Abgas vorhanden sind. Somit wird das NOx beseitigt. Daher werden NOx-Emissionen aus der Kraftmaschine in die Atmosphäre verhindert.
  • Wenn der Betrieb mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis andauert und daher das Speichern von NOx in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 andauert, wird die NOx-Menge vermehrt, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 gespeichert wird. Wenn die NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator vermehrt wird, dann verringert sich die Fähigkeit des Katalysators zum Einfangen von NOx. In dieser Beschreibung wird der Anteil der NOx-Menge, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator eingefangen und gespeichert wird, und zwar von der gesamten NOx-Menge, die in dem einströmenden Abgas enthalten ist, als eine Fähigkeit zum Einfangen von NOx oder als eine NOx-Beseitigungsrate bezeichnet. Falls der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator einen Zustand erreicht, bei dem der Katalysator eine maximale NOx-Menge gespeichert hat, die in dem Katalysator gespeichert werden kann (gesättigter Zustand), dann kann der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 nicht weiteres NOx aus dem Abgas speichern, und die NOx-Beseitigungsrate des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 20 wird zu Null.
  • Daher wird bei dem Ausführungsbeispiel ein Fett-Impuls-Betrieb zum Schalten des Betriebes der Kraftmaschine 1 von einem Betrieb mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem Betrieb mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze Zeit durchgeführt, wenn die NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 auf eine gewisse Menge vermehrt wurde, um einen Abfall der NOx-Beseitigungsrate des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators zu verhindern und um daher NOx-Emissionen in die Atmosphäre zu verhindern. Durch die Ausführung des Fett-Impuls-Betriebes wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases von der Kraftmaschine vorübergehend zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis geschaltet, d.h. die Sauerstoffkonzentration fällt ab, und die Mengen an nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen und CO2 sowie CO werden vermehrt, d.h. eine Reduktionskomponente. Daher wird das in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeicherte NOx aus dem Katalysator gelöst, und das NOx reagiert an dem Katalysator mit nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen, CO2 und CO, d.h. mit einer Reduktionskomponente, etc. aus dem Abgas, so dass das NOx zu N2 reduziert wird.
  • Durch die Ausführung des fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses wird nämlich das in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 gespeicherte NOx aus dem Katalysator gelöst, und daher wird die NOx-Speichermenge in dem Katalysator 20 so reduziert, dass die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des Katalysators 20 wieder hergestellt wird. In dieser Beschreibung wird der Betrieb zum Wiederherstellen der Fähigkeit zum Einfangen von NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators durch Lösen von NOx aus dem Katalysator wie bei dem Fett-Impuls-Betrieb manchmal als ein „Regenerationsbetrieb" bezeichnet.
  • Hinsichtlich des Regenerationsbetriebes besteht jedoch ein Bedarf, die Kraftmaschine für eine kurze Zeit mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu betreiben, um ein Abgas mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zuzuführen. Falls z. B. der Regenerationsbetrieb ausgeführt wird, während die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeicherte NOx-Menge nicht groß ist und eine gute Fähigkeit zum Einfangen von NOx weiterhin besteht, dann wird daher die Frequenz der Ausführung des Regenerationsbetriebes erhöht, und daher führt dies zu dem Problem eines erhöhten Kraftstoffverbrauches durch die Kraftmaschine zusätzlich zu einem Fehler einer vollen Nutzung der Fähigkeit zum Einfangen des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators.
  • Falls der Regenerationsbetrieb nur dann ausgeführt wird, nach den sich die NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator übermäßig vermehrt hat, dann führt dies zu einem Problem von vermehrten NOx-Emissionen in die Atmosphäre aufgrund einer längeren Zeit eines Betriebes der Kraftmaschine mit reduzierter Fähigkeit zum Speichern von NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators. Um die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators für die Abgasreinigung vollständig zu nutzen und daher einen erhöhten Kraftstoffverbrauch sowie eine verschlechterte Eigenschaft des Abgases zu verhindern, ist es daher erforderlich, die gespeicherte NOx-Menge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator genau zu erfassen und den Regenerationsbetrieb in einer angemessenen Zeit auszuführen.
  • Der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator fängt außerdem SOx in der gleichen Art und Weise wie NOx ein und löst dieses, wie dies vorstehend beschrieben ist. Wenn sich die gespeicherte SOx-Menge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator vermehrt, dann verringert sich eine Fähigkeit des Katalysators zum Einfangen von NOx und SOx. Um die Fähigkeit zum Einfangen von NOx wieder herzustellen, ist es daher erforderlich, einen Regenerationsbetrieb in ähnlicher Weise wie den Regenerationsbetrieb bezüglich des NOx durchzuführen. Der Regenerationsbetrieb zum Lösen von SOx aus dem Katalysator ist gleich dem Regenerationsbetrieb zum Lösen von NOx aus dem Katalysator, außer dass der SOx-Löse-Regenerationsbetrieb eine Zufuhr eines Abgases mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator für eine längere Zeit erfordert, und er erfordert außerdem eine höhere Katalysatortemperatur. Hinsichtlich des speicherns von SOx ist es daher erforderlich, die gespeicherte SOx-Menge in dem Katalysator genau zu erfassen und den Regenerationsbetrieb in einer angemessenen Zeit wie im Falle des speicherns von NOx auszuführen. Auch wenn die folgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit dem Speichern und Lösen von NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators vorgesehen ist, treffen die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele ebenso für SOx zu. Auch wenn in der Beschreibung kein Ausführungsbeispiel für SOx beschrieben wird, um eine doppelte Beschreibung zu vermeiden, kann daher verstanden werden, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele für NOx ebenso auf SOx anwendbar sind, indem „NOx" als „SOx" gelesen wird.
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, schätzt das Gerät, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-7-139340 offenbart ist, die NOx-Speichermenge in dem NOx- Speicher/Reduktions-Katalysator unter Verwendung des NOx-Zählers. Da jedoch die NOx-Speichermenge unter Verwendung eines einzigen NOx-Zählers unter der Annahme berechnet wird, dass der Zustand zum Speichern/Lösen von NOx über den gesamten NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ungeachtet des Ortes in dem Katalysator einheitlich ist, kann ein Fehler beim Schätzen der NOx-Menge auftreten, die in dem Katalysator gespeichert ist.
  • Dieses Ausführungsbeispiel löst die vorstehend geschilderten Probleme in der folgenden Art und Weise. Der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist nämlich in eine Vielzahl Abschnitte eingeteilt, und die einzelnen Abschnitte sind mit NOx-Zählern versehen, die unabhängig voneinander betrieben werden können. Jeder NOx-Zähler wird gemäß der NOx-Speicher/Löse-Charakteristika eines entsprechenden Abschnittes der Abschnitte des Katalysators inkrementiert und dekrementiert. Die NOx-Speicher/Löse-Charakteristika der Abschnitte des Katalysators unterscheiden sich voneinander. Z. B. hat der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator einen Abschnitt, der NOx einfangen und speichern kann (ein Abschnitt mit einer hohen NOx-Einfangrate), und einen Abschnitt, der weniger NOx einfangen und speichern kann (ein Abschnitt mit einer niedrigen NOx-Einfangrate). Daher hat die NOx-Speichermenge des Abgases, das in den Katalysator hinein strömt, eine Tendenz, dass sie anfänglich in dem Abschnitt des Katalysators mit der größeren Fähigkeit zum Einfangen von NOx auftritt, und dass sie dann in dem Abschnitt mit der kleineren Fähigkeit zum Einfangen von NOx beginnt, nachdem sich die NOx-Speichermenge in dem Abschnitt mit der größeren Fähigkeit zum Einfangen von NOx auf ein gewisses Maß vermehrt hat. Während des Betriebes zum Regenerieren des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators hat in ähnlicher Weise die Desorption von NOx aus dem Katalysator eine Tendenz, dass sie anfänglich in dem Abschnitt mit der größeren Fähigkeit zum Einfangen von NOx auftritt, und dass sie dann in dem Abschnitt mit der kleineren Fähigkeit zum Einfangen von NOx beginnt, nachdem die Desorption von NOx aus dem Abschnitt mit der größeren Fähigkeit zum Einfangen von NOx bis zu einem gewissen Maß fortgeschritten ist.
  • Ein Beispiel des Abschnittes, der NOx einfangen kann, ist ein stromaufwärtiger Abschnitt (Einlassabschnitt) des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators. Ein Beispiel des Abschnittes, der weniger NOx einfangen kann, ist ein stromabwärtiger Abschnitt (Auslassabschnitt) des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators. Das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator hinein strömende Abgas gelangt zuerst mit dem Einlassabschnitt des Katalysators in Kontakt. Während die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des Einlassabschnittes des Katalysators hoch ist, wird daher das meiste NOx in dem Abgas durch den Einlassabschnitt eingefangen, und nur eine kleine NOx-Menge erreicht den Auslassabschnitt des Katalysators. Daher tritt das Speichern von NOx aus dem Abgas in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator anfänglich in dem stromaufwärtigen Abschnitt (Einlassabschnitt) des Katalysators auf, und dann beginnt es in dem stromabwärtigen Abschnitt (Auslassabschnitt) des Katalysators, nachdem sich die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des stromaufwärtigen Abschnittes auf ein gewisses Niveau verringert hat. Somit kann der stromaufwärtige Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators NOx speichern, und die NOx-Speichermenge in dem stromaufwärtigen Abschnitt vermehrt sich in einer kurzen Zeit. Jedoch kann der stromabwärtige Abschnitt des Katalysators weniger NOx speichern, und die Rate zum Erhöhen der NOx-Speichermenge in dem stromabwärtigen Abschnitt ist niedriger.
  • Ein ähnlichen Phänomen tritt während des Regenerationsbetriebes auf. Wenn das Abgas, das hinsichtlich der Stöchiometrie fett ist, in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator hinein strömt, dann gelangt das Abgas zunächst mit dem Einlassabschnitt des Katalysators in Kontakt, und daher wird NOx aus dem Einlassabschnitt gelöst und das NOx wird reduziert. Daher wird ein großer Anteil der nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe, CO, etc., die in dem Abgas vorhanden sind, zur Reduktion von NOx verbraucht, das aus dem Einlassabschnitt gelöst wird, so dass das Abgas, das den Auslassabschnitt des Katalysators erreicht, nur eine kleine Menge an nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen, CO, etc. zur Reduktion von NOx enthält. Da darüber hinaus das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases nahezu auf das stöchiometrische Verhältnis aufgrund der Reduktion NOx erhöht wird, bevor das Abgas den Auslassabschnitt erreicht, ist das Lösen von NOx aus dem Auslassabschnitt weniger wahrscheinlich. Während des Regenerationsbetriebes für den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator tritt somit das Lösen von NOx in einfacher Weise auf, und die NOx-Speichermenge wird in dem stromaufwärtigen Abschnitt des Katalysators schnell verringert, wohingegen die Rate zum Verringern der NOx-Speichermenge in dem stromabwärtigen Abschnitt niedrig ist.
  • Die Abschnitte des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators, die mehr oder weniger NOx einfangen können, sind nicht nur der stromaufwärtige Abschnitt und der stromabwärtige Abschnitt. Z. B. kann ein oberer Abschnitt einer Beschichtungslage des Katalysators ebenfalls NOx einfangen und lösen, da das Abgas zunächst mit dem oberen Abschnitt der Beschichtungslage in Kontakt gelangt. Ein unterer Abschnitt der Beschichtungslage des Katalysators kann weniger NOx einfangen und lösen, da das Abgas mit dem unteren Abschnitt der Beschichtungslage in Kontakt gelangt, nachdem dieses mit dem oberen Abschnitt der Lage in Kontakt gelangt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die NOx-Mengen, die in den Abschnitten mit der größeren Fähigkeit zum Einfangen von NOx und den Abschnitten mit der kleineren Fähigkeit zum Einfangen von NOx gespeichert werden, unter Verwendung eines ersten NOx-Zählers, dessen inkrementier/dekrementier-Charakteristika gemäß der Einfang/Löse-Charakteristika der Abschnitte mit der größeren Fähigkeit zum Einfangen von NOx festgelegt sind, und unter Verwendung eines zweiten NOx-Zählers getrennt geschätzt, dessen inkrementier/dekrementier-Charakteristik gemäß der Einfang/Löse-Charakteristik der Abschnitte mit kleinerer Fähigkeit zum Einfangen von NOx festgelegt sind.
  • Die 2 zeigt ein Flussdiagramm eines Hauptbetriebes zum Inkrementieren oder Dekrementieren eines NOx-Zählers gemäß dem Ausführungsbeispiel. Dieser Betrieb wird als eine Routine in regelmäßigen Zeitintervallen ausgeführt. In dem Flussdiagramm der 2 ist der Prozess der Schritte 203 bis 209 ein Betrieb zum Inkrementieren von NOx-Zählern NC1, NC2 entsprechend der NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator während eines Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und der Prozess der Schritte 211 bis 223 ist ein Betrieb zum Dekrementieren der NOx-Zähler NC1, NC2, entsprechend dem Lösen von NOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator während eines Betriebes der Kraftmaschine mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder einem Betrieb der Kraftmaschine mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der zu der Zeit des Regenerationsbetriebes (Fett-Impuls-Betrieb) oder einer erhöhten Last in Abhängigkeit einer Änderung des Kraftmaschinenbetriebszustandes durchgeführt wird.
  • Der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 fängt das NOx aus dem einströmenden Abgas ein und speichert dieses, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases hinsichtlich der Stöchiometrie mager ist. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases stöchiometrisch oder hinsichtlich der Stöchiometrie fett wird, dann löst der Katalysator 20 das NOx und führt eine katalytische Reduktion des NOx durch, wodurch NOx beseitigt wird. Bei dem in der 2 dargestellten Betrieb wird bei einem Schritt 201 zuerst bestimmt, ob die Kraftmaschine mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis arbeitet. Falls ein Betrieb der Kraftmaschine mit dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird, wird nachfolgend ein Betrieb zum Inkrementieren eines NOx-Zählers bei Schritten 203 bis 239 ausgeführt. Falls der Betrieb der Kraftmaschine nicht mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchgeführt wird (d. h. falls der Betrieb der Kraftmaschine mit dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder der Betrieb der Kraftmaschine mit dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (einschließlich des Fett-Impuls-Betriebes) durchgeführt wird, dann wird nachfolgend ein Betrieb zum Dekrementieren des NOx-Zählers bei Schritten 211 bis 223 ausgeführt.
  • Bei dem Prozess zum Inkrementieren bei den Schritten 203 bis 209 wird das erzeugte NOx NA aus der Kraftmaschine pro Zeiteinheit (das Zeitintervall einer Ausführung des Betriebes, der in der 2 dargestellt ist) zunächst bei dem Schritt 203 berechnet. Die erzeugte NOx-Menge aus der Kraftmaschine pro Zeiteinheit wird durch Kraftmaschinenbetriebszustände bestimmen, wie z. B. die Kraftmaschinendrehzahl, die Last (die eingespritzte Kraftstoffmenge oder der Niederdrückungsbetrag des Beschleunigungspedals) etc.. Es wird angenommen, dass während des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis die gesamte NOx-Menge, die in der Kraftmaschine erzeugt wird (d. h. die gesamte NOx-Menge, die in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator hinein strömt), in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert wird, während die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 20 hoch ist.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel werden daher im Voraus die NOx-Mengen gemessen, die aus einer realen Kraftmaschine pro Zeiteinheit ausgelassen werden, wobei die Kraftmaschinendrehzahl und die Last geändert werden, und die NOx-Mengen, die bei den verschiedenen Kraftmaschinenbetriebszuständen ausgelassen werden, werden zusammen mit den Parametern der Kraftmaschinendrehzahl und der Last in der Form einer numerischen Tabelle in dem ROM der ECU 30 gespeichert. Bei dem Schritt 203 wird eine NOx-Menge NA, die aus der Kraftmaschine pro Zeiteinheit bei dem gegenwärtigen Betriebszustand erzeugt wird, aus der numerischen Tabelle auf der Grundlage der gegenwärtigen Kraftmaschinendrehzahl und der gegenwärtigen Last gelesen.
  • In der Realität wird die gesamte NOx-Menge, die aus der Kraftmaschine erzeugt wird, durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator nicht eingefangen und gespeichert, sondern eine kleine NOx-Menge tritt durch den Katalysator hindurch, ohne dass sie in dem Katalysator gespeichert wird, auch wenn die Fähigkeit zum Einfangen des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators hoch ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher der Wert NA dadurch erhalten, dass die NOx-Menge, die aus der Kraftmaschine pro Zeiteinheit erzeugt wird, mit einem vorbestimmten Anteil multipliziert wird (der der Anteil der NOx-Menge ist, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert ist, bezüglich der NOx-Menge, die in dem einströmenden Abgas vorhanden ist, und der ungefähr 1,0 bei dem Ausführungsbeispiel beträgt.
  • Nachfolgend wird bei einem Schritt 205 ein Verteilungskoeffizient r berechnet, um die bei dem Schritt 203 bestimmte NOx-Menge NA für den ersten und den zweiten NOx-Zähler NC1, NC2 aufzuteilen. Bei dem Ausführungsbeispiel wird nämlich die Tatsache berücksichtigt, dass der NOx- Speicher/Reduktions-Katalysator 20 Abschnitte aufweist, die NOx einfangen können, und Abschnitte, die weniger NOx einfangen können, wobei die NOx-Menge NA, die in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 eintritt, für diese Abschnitte des Katalysators gemäß der NOx-Einfangcharakteristika (Fähigkeit zum Einfangen von NOx) der Abschnitte aufgeteilt wird.
  • Bei Schritten 207 und 209 werden nämlich die Zähler NC1 und NC2 durch Verteilungswerte (1 – r) × NA und r × NA inkrementiert, die durch Verwendung des Verteilungskoeffizienten r bestimmt werden, der bei dem Schritt 205 bestimmt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel gibt der Zähler NC1 die NOx-Menge an, die in jenem Abschnitt gespeichert wird, der relativ viel NOx einfangen kann (ein erster Abschnitt des Katalysators, der z. B. einen stromaufwärtigen Abschnitt, einen oberen Abschnitt einer Beschichtungslage, etc. aufweist), und der Zähler NC2 gibt die NOx-Menge an, die in jenem Abschnitt gespeichert wird, der relativ wenig NOx einfangen kann (ein zweiter Abschnitt des Katalysators, der z. B. einen stromabwärtigen Abschnitt, einen unteren Abschnitt einer Beschichtungslage, etc. aufweist). Der Verteilungskoeffizienten r wird gemäß den NOx-Einfangraten (die Maße der Fähigkeit zum Einfangen von NOx) der Abschnitte des Katalysators bestimmt (0 ≤ r ≤ 1). Durch Verteilen der NOx-Menge, die in dem Katalysator gespeichert wird, zwischen den Abschnitten des Katalysators gemäß den NOx-Einfangcharkteristika der Abschnitte in der vorstehend beschriebenen Art und Weise ist es möglich, die NOx-Menge genau zu schätzen, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gespeichert wird.
  • Falls die Fähigkeit zum Einfangen des ersten Abschnittes des Katalysators ausreichend hoch ist, z. B. unmittelbar nach einer Ausführung des Regenerationsbetriebes, wird im Wesentlichen die gesamte NOx-Menge, die in den Katalysator eintritt, in dem ersten Abschnitt gespeichert, und im Wesentlichen kein NOx erreicht den zweiten Abschnitt und wird darin gespeichert. In diesem Fall wird der Verteilungskoeffizient r auf einen Wert nahe „0" festgelegt, so dass der erste NOx-Zähler mit einer relativ hohen Rate erhöht wird, und die Rate der Erhöhung des zweiten NOx-Zählers wird sehr klein.
  • Wenn eine beträchtliche NOx-Menge in dem ersten Abschnitt des Katalysators gespeichert ist, dann wird die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des ersten Abschnittes so niedrig, dass das NOx den zweiten Abschnitt erreicht, und die NOx-Menge vermehrt sich, die in dem zweiten Abschnitt gespeichert wird. In diesem Fall wird daher der Verteilungskoeffizient r auf einen relativ hohen Wert festgelegt, so dass die Rate der Erhöhung des ersten Nox-Zählers relativ klein wird, und dass die Rate der Erhöhung des zweiten NOx-Zählers relativ groß wird.
  • Das Verfahren zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r wird später beschrieben. Durch den Betrieb bei den Schritten 203 bis 209 wird das NOx in dem Abgas, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 während des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis eintritt, in den Abschnitten des Katalysators gemäß den Einfangcharakteristika der Abschnitte gespeichert, d. h. die Abschnitte speichern NOx-Mengen entsprechend ihren jeweiligen Einfangcharakteristika. Ein Betrieb bei den Schritten 211 bis 223 zum Verringen des Zählers wird als nächstes beschrieben.
  • Falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator hinein strömenden Abgases gleich oder kleiner als das stöchiometrische Verhältnis wird, dann wird das NOx, das in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 gespeichert ist, aus dem Katalysator gelöst.
  • In einem derartigen Fall ändert sich die gelöste NOx-Menge (Löserate) mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, und insbesondere vermehrt sie sich, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu einer fetteren Seite verschiebt. Im Falle des gelösten NOx ist die Löserate z. B. in dem ersten Abschnitt des Katalysators auch relativ groß, und sie ist z. B. in dem zweiten Abschnitt relativ klein. Während der erste Abschnitt des Katalysators wie z. B. der stromaufwärtige Abschnitt, der obere Abschnitt der Beschichtungslage, etc., das NOx löst, werden die nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe, die Reduktionskomponenten und dergleichen, die in dem Abgas vorhanden sind, zum Reduzieren des NOx verbraucht, das aus dem ersten Abschnitt gelöst wird, so dass im Wesentlichen kein NOx aus dem zweiten Abschnitt des Katalysators wie z. B. der stromabwärtige Abschnitt, der untere Abschnitt der Beschichtungslage, etc. gelöst wird.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel werden daher die Raten der Verringerung des ersten NOx-Zählers und des zweiten NOx-Zählers gemäß dem Fettigkeitsgrad des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des in den Katalysator hinein strömenden Abgases, der gespeicherten NOx-Menge in dem ersten Abschnitt des Katalysators, etc. festgelegt. Falls insbesondere bei dem Schritt 201 in der 2 bestimmt wird, dass die Kraftmaschine mit einem stöchiometrischen oder fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis arbeitet, schreitet der Prozess zu dem Schritt 211, bei dem die Verringerungsraten NR1, NR2 des ersten und des zweiten NOx-Zählers berechnet werden. Die Raten NR1, NR2 werden auf größere Werte festgelegt, falls das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases niedriger (fetter) ist, und sie werden gemäß der verstrichenen Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert. Das Festlegen der Verringerungsraten NR1, NR2 wird später im Einzelnen beschrieben.
  • Nachfolgend wird bei einem Schritt 213 der erste NOx-Zähler NC1 mit der Verringerungsrate NR1 dekrementiert, die bei dem Schritt 211 berechnet wird. Bei Schritten 215 und 217 wird ein Beschränkungsbetrieb durchgeführt, um so zu vermeiden, dass der Wert von NC1 nach dem Dekrementieren kleiner als „0" (negativ) wird. In ähnlicher Weise wird bei Schritten 219 bis 221 der Wert des zweiten NOx-Zählers NC2 durch NR2 dekrementiert, und er wird so beschränkt, dass er nicht negativ wird.
  • Durch separates Bestimmen der NOx-Mengen, die aus den Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators in der vorstehend beschriebenen Art und Weise gelöst werden, ist es möglich, die gespeicherte NOx-Menge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator genau zu schätzen. Beispiele zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r bei dem Schritt 205 in der 2 werden als nächstes beschrieben.
  • Beispiele des Verfahrens zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r beinhalten das Folgende:
    • (1) Ein Verfahren, bei dem r ein fester Wert ist;
    • (2) Ein Verfahren, bei dem r gemäß der gespeicherten NOx-Menge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators festgelegt wird;
    • (3) Ein Verfahren, bei dem r gemäß dem Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators festgelegt wird;
    • (4) Ein Verfahren, bei dem r gemäß der Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators festgelegt wird;
    • (5) Ein Verfahren, bei dem r gemäß der Strömungsmenge des Abgases durchgesetzt wird;
    • (6) Ein Verfahren, bei dem r gemäß der NOx-Konzentration in dem einströmenden Abgas festgelegt wird.
  • Die vorstehend erwähnten Verfahren werden nachfolgend separat beschrieben.
  • (1) Verfahren, bei dem r fest ist
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann der erste Abschnitt des Katalysators NOx einfangen, und der zweite Abschnitt kann weniger NOx einfangen. Daher ist die Rate zum Erhöhen des ersten NOx-Zählers größer als die Rate zum Erhöhen des zweiten NOx-Zählers. In einer angemessenen Art und Weise kann der Wert von r so fixiert werden, dass (1 – r) > r gilt. Unter Verwendung des festen Wertes von r werden der erste und der zweite NOx-Zähler inkrementiert. Hinsichtlich des Wertes (des festen Wertes) von r wird in diesem Fall ein Optimum für den verwendeten Katalysator auf der Grundlage von Experimenten mit einem realen NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator festgelegt.
  • (2) Verfahren, bei dem r gemäß der gespeicherten NOx-Menge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator festgelegt wird
  • Wenn die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des ersten Abschnittes des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators groß ist, dann wird das meiste NOx, das in dem einströmenden Abgas vorhanden ist, eingefangen und in dem ersten Abschnitt des Katalysators gespeichert, und im Wesentlichen kein NOx erreicht den zweiten Abschnitt, wie dies vorstehend erwähnt ist. Wenn sich jedoch die NOx-Speichermenge in dem ersten Abschnitt vermehrt, dann verringert sich die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des ersten Abschnittes, und daher verringert sich allmählich die NOx-Menge, die in dem ersten Abschnitt eingefangen und gespeichert wird. Daher wird die NOx-Menge vermehrt, die den zweiten Abschnitt erreicht und darin gespeichert wird.
  • Somit können durch Ändern des Wertes des Verteilungskoeffizienten r z. B. gemäß der gespeicherten NOx-Menge in dem ersten Abschnitt, d. h. der Wert des ersten NOx-Zählers, die NOx-Speichermengen in den Abschnitten des Katalysators genau geschätzt werden. Die 3 zeigt eine grafische Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem ersten NOx-Zähler NC1 und dem Verteilungskoeffizienten r bei diesem Ausführungsbeispiel angibt. Wie dies in der 3 angegeben ist, wird der Wert von r auf Werten nahe „0" festgelegt, so dass die Rate zum Erhöhen von NC1 nahe NA ist (Schritt 207 in der 2), während der Wert von NC1 klein ist und im Wesentlichen keine NOx-Speichermenge in dem ersten Abschnitt des Katalysators vorhanden ist. Es wird nämlich im Wesentlichen die gesamte NOx-Menge, die in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 eintritt, in dem ersten Abschnitt des Katalysators eingefangen und gespeichert.
  • Wenn sich der Wert von NC1 vergrößert, d. h. wenn sich die NOx-Speichermenge in dem ersten Abschnitt des Katalysators vermehrt, dann wird der Wert von r erhöht, und der Anteil der NOx-Menge wird allmählich erhöht, der in dem zweiten Abschnitt des Katalysators eingefangen und gespeichert wird. Hinsichtlich der Festlegung des Verteilungskoeffizienten r gemäß der Speichermenge, wie sie vorstehend beschrieben ist, kann der Verteilungskoeffizient r auch näherungsweise gemäß der verstrichenen Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach der Beendigung des Regenerationsbetriebes festgelegt werden. Die 4 zeigt eine Festlegungskurve zum Gebrauch bei der Festlegung des Verteilungskoeffizienten r gemäß der verstrichenen Zeit nach dem Beginn des Betriebes mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei die vertikale Achse den Verteilungskoeffizienten r angibt, und die horizontale Achse die verstrichene Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Ende des Regenerationsbetriebes angibt. Die NOx-Speichermengen in den Abschnitten des Katalysators können auch dadurch genau geschätzt werden, dass der Verteilungskoeffizient r gemäß der verstrichenen Zeit geändert wird, wie dies in der 4 angegeben ist.
  • Darüber hinaus kann der Verteilungskoeffizient r auch als r = 0 festgelegt werden (d. h. die gesamte NOx-Menge wird nur in dem ersten Abschnitt gespeichert), z. B. bis eine vorbestimmte Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis verstreicht, und er wird als ein konstanter Wert ( z. B. r = 0,5) nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit festgelegt, oder er wird im Laufe der Zeit nach dem Verstreichen der vorbestimmten Zeit vergrößert. In diesem Fall bleibt der Wert des zweiten NOx-Zählers ein konstanter Wert, bis die vorbestimmte Zeit nach dem Beginn des mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses verstrichen ist, und er beginnt sich zu erhöhen, nachdem die vorbestimmte Zeit verstrichen ist.
  • (3) Verfahren, bei dem r gemäß dem Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators festgelegt wird
  • In dem ersten Abschnitt (z. B. der stromaufwärtige Abschnitt und der obere Abschnitt der Beschichtungslage) des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators 20 kann NOx einfangen, wie dies vorstehend beschrieben ist. Dies bedeutet, dass die Verschlechterung des ersten Abschnittes des Katalysators schnell fortschreitet. Z. B. ist bei dem stromaufwärtigen Abschnitt und dem oberen Abschnitt der Beschichtungslage des Katalysators eine thermische Verschlechterung aufgrund der hohen Temperatur des Abgases wahrscheinlich, das mit diesen Abschnitten in Kontakt tritt. Falls darüber hinaus das Abgas eine Schwefelkomponente enthält, dann wird die Schwefelkomponente in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ähnlich wie das NOx gespeichert, und eine allgemein bezeichnete Schwefelvergiftung tritt auf, bei der die Akkumulation der Schwefelkomponente eine Wiederherstellung der Fähigkeit zum Einfangen von NOx trotz des Regenerationsbetriebes verhindert. Selbstverständlich tritt die Schwefelvergiftung wahrscheinlich in dem ersten Abschnitt mit einer großen Fähigkeit zum Einfangen von NOx auf.
  • Falls die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet, ist der erste Abschnitt daher einem schnelleren Fortschreiten der Verschlechterung und einer größeren Reduzierung der Fähigkeit zum Einfangen von NOx als der zweite Abschnitt ausgesetzt. Die 5 zeigt ein Ansicht zum Darstellen eines Beispieles zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r bei dem Ausführungsbeispiel. Bei dem in der 5 dargestellten Beispiel wird der Verteilungskoeffizient r gemäß der verstrichenen Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wie im Falle der 4 festgelegt. Jedoch wird bei dem Beispiel in der 5 die Kurve zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r zu einer anderen Kurve geändert, so dass der Wert von r noch schneller erhöht wird, wenn die Verschlechterung des Katalysators fortschreitet.
  • In der 5 wird eine Kurve 1 zum Festlegen von r verwendet, falls sich der Katalysator nicht verschlechtert hat, und eine Kurve 2 wird zum Festlegen von r verwendet, nachdem eine Verschlechterung des Katalysators fortgeschritten ist. Wie dies in der 5 angegeben ist, sind die Kurven 1 und 2 so festgelegt, dass sich der Wert von r nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Fall, bei dem sich der Katalysator verschlechtert hat (Kurve 2), noch schneller erhöht als in jenem Fall, bei dem sich der Katalysator nicht verschlechtert hat (Kurve 1).
  • Um den Verschlechterungsgrad des Katalysators zu erfassen, kann irgend ein bekanntes Verfahren verwendet werden. Es ist auch möglich, ein einfaches Verfahren zu verwenden, bei dem die akkumulierte Zeit der Verwendung des Katalysators als ein Parameter übernommen wird, der den Verschlechterungsgrad des Katalysators angibt, und es wird angenommen, dass sich der Katalysator mit einem erhöhten Grad verschlechtert, wenn sich die akkumulierte Zeit der Verwendung verlängert. Somit ist es durch Ändern des Wertes von r gemäß dem Verschlechterungsgrad des Katalysators möglich, die NOx-Speichermenge in dem Katalysator ungeachtet des Verschlechterungsgrades des Katalysators genau zu schätzen.
  • (4) Verfahren, bei dem r gemäß der Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators festgelegt wird
  • Die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators ändert sich gemäß der Katalysatortemperatur. Z. B. zeigt ein normaler NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator eine hohe Fähigkeit zum Einfangen von NOx innerhalb eines relativ engen Temperaturbereiches, und die Fähigkeit zum Einfangen von NOx verringert sich, falls die Katalysatortemperatur von dem Bereich abweicht. Verglichen mit dem zweiten Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators wird der erste Abschnitt stark durch die Abgastemperatur beeinflusst, und die Temperatur des ersten Abschnittes des Katalysators ändert sich mit der Abgastemperatur. Falls die Abgastemperatur hoch ist, fällt daher die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des ersten Abschnittes selbst für eine kleine NOx-Speichermenge stark ab, d. h. die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des ersten Abschnittes verschlechtert sich in einer kurzen Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis.
  • Falls die Abgastemperatur niedrig ist, dann verschlechtert sich die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des ersten Abschnittes des Katalysators ebenfalls in einer kurzen Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Bei dem Ausführungsbeispiel wird daher die Festlegung des Verteilungskoeffizienten r gemäß der Katalysatortemperatur geändert (Abgastemperatur). Die 6 gibt ein Beispiel an, bei dem Änderungen der Katalysatortemperatur beim Ändern des Wertes von r gemäß der Zeit bei dem jeweiligen Prozess zum Speichern von NOx berücksichtigt werden. In der 6 wird eine Kurve 1 zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r bei einer Temperatur verwendet, bei der die Fähigkeit zum Einfangen des Katalysators maximiert ist (z. B. ungefähr 670°K) und Kurven 2 und 3 werden zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r an einer Seite einer hohen Temperatur (z. B. ungefähr 720°K) bzw. an einer Seite einer niedrigen Temperatur (z. B. ungefähr 570°K) verwendet, bei denen die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des Katalysators in die Nähe einer zulässigen Grenze fällt.
  • Verglichen mit der Kurve 1 sind die Kurven 2 und 3 so festgelegt, dass sich der Wert von r nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis schnell erhöht, da in dem Falle der Kurven 2 und 3 die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des ersten Abschnittes des Katalysators auch für eine relativ kleine NOx-Menge stark reduziert ist, die in dem ersten Abschnitt gespeichert ist. Durch Ändern des Wertes von r gemäß der Katalysatortemperatur (Abgastemperatur), wie dies in der 6 angegeben ist, ist es möglich, die NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ungeachtet von Änderungen der Katalysatortemperatur (Abgastemperatur) genau zu schätzen.
  • (5) Verfahren, bei dem r gemäß der Strömungsmenge des Abgases festgelegt wird
  • Falls die Strömungsmenge des Abgases groß ist, dann wird eine Raumgeschwindigkeit in dem Katalysator so groß, dass der Katalysator noch einfacher NOx speichert. In einem derartigen Fall wird daher die Rate zum Erhöhen der NOx-Speichermenge in dem ersten Abschnitt des Katalysators insbesondere groß, und die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des ersten Abschnittes verschlechtert sich in einer relativ kurzen Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Durch Festlegen des Verteilungskoeffizienten r der Art, dass sich der Wert von r nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Falle einer großen Strömungsmenge des Abgases noch schneller erhöht, als im Falle einer kleinen Strömungsmenge des Abgases wird es somit möglich, einen Fehler auszuschließen, der beim Schätzen der NOx-Speichermenge durch die Änderung der Strömungsmenge des Abgases verursacht wird.
  • Die 7 gibt ein Beispiel zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r an, bei dem Änderungen der Strömungsmenge des Abgases, wie sie vorstehend beschrieben sind, beim Ändern des Wertes von r gemäß der Zeit bei jedem Prozess zum Speichern von NOx berücksichtigt werden, wie im Falle der 4. In der 7 wird eine Kurve 1 zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r verwendet, wenn die Strömungsmenge des Abgases relativ klein ist, und eine Kurve 2 wird zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r verwendet, wenn die Strömungsmenge des Abgases größer als die Strömungsmenge für die Kurve 1 ist, und eine Kurve 3 wird zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r verwendet, wenn die Strömungsmenge des Abgases größer als die Strömungsmenge für die Kurve 2 ist. Wie dies in der 7 angegeben ist, wird der Wert von r so festgelegt, dass er sich nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis noch schneller erhöht, falls die Strömungsmenge des Abgases größer wird.
  • (6) Verfahren, bei dem r gemäß der NOx-Konzentration in dem einströmenden Abgas festgelegt wird
  • Falls die NOx-Konzentration in dem Abgas hoch ist, dann speichert der Katalysator wahrscheinlicher NOx und die NOx-Speichermenge in dem ersten Abschnitt des Katalysators vermehrt sich insbesondere schnell. In diesem Fall unterliegt der erste Abschnitt auch einer reduzierten Fähigkeit zum Einfangen von NOx aufgrund einer erhöhten NOx-Speichermenge in einer relativ kurzen Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Falls die NOx-Konzentration in dem Abgas hoch ist, dann ist es daher erforderlich, den Verteilungskoeffizienten r so festzulegen, dass der Wert von r auch innerhalb einer kurzen Zeit nach dem Beginn des Betriebs der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis groß wird.
  • Die 8 gibt ein Beispiel zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r an, bei dem Änderungen der NOx-Konzentration in dem Abgas beim Ändern des Wertes des Verteilungskoeffizienten r im Laufe der Zeit bei jedem Prozess zum Speichern von NOx berücksichtigt werden, und zwar wie bei der 4. In der 8 wird eine Kurve 1 zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r verwendet, falls die NOx-Konzentration in dem Abgas niedrig ist, und Kurven 2 und 3 werden zum Festlegen des Verteilungskoeffizienten r verwendet, falls die NOx-Konzentration in dem Abgas höher ist. Wie dies in der 8 angegeben ist, wird der Wert von r so festgelegt, dass er sich nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis noch schneller erhöht, falls die NOx-Konzentration in dem Abgas höher ist.
  • Durch Festlegen des Verteilungskoeffizienten r gemäß der NOx-Konzentration in dem Abgas, wie dies in der 8 angegeben ist, ist es möglich, die NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ungeachtet von Änderungen in der NOx-Konzentration in dem Abgas genau zu schätzen. Bei den Verfahren (5) und (6) wird der Verteilungskoeffizient r gemäß der Strömungsmenge des Abgases bzw. der NOx-Konzentration in dem Abgas festgelegt. Falls die NOx-Menge größer wird, die in den Katalysator pro Zeiteinheit eintritt, wird im Allgemeinen die NOx-Menge größer, die durch den ersten Abschnitt des Katalysators eingefangen wird. Daher kann der Wert von r gemäß dem Multiplikationsprodukt der Strömungsmenge des Abgases und der NOx-Konzentration im Abgas festgelegt werden, oder gemäß der erzeugten NOx-Menge NA aus der Kraftmaschine pro Zeiteinheit (z. B. wird der Wert r so festgelegt, dass er sich noch schneller erhöht, falls NA größer ist), anstatt die Abgasströmungsmenge und die NOx-Konzentration des Abgases separat zu berücksichtigen.
  • Durch Gewichten der verschiedenen Zustände, wie dies vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, die NOx-Mengen genau zu schätzen, die in den Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators aus dem Abgas während des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis gespeichert werden. Um jedoch die NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator genau zu schätzen, ist die vorstehend beschriebene genaue Schätzung der NOx-Menge, die in dem Katalysator aus dem Abgas eingefangen wird, nicht das einzige Erfordernis, aber die genaue Schätzung der NOx-Mengen, ist ebenfalls erforderlich, die aus den Abschnitten des Katalysators während des Betriebes der Kraftmaschine mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis gelöst werden.
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann der zweite Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators weniger NOx als der erste Abschnitt des Katalysators lösen. Während des Regenerationsbetriebes ist daher die Rate zum Verringern der NOx-Speichermenge in dem zweiten Abschnitt kleiner als in dem ersten Abschnitt. Falls die NOx-Speichermenge in dem Katalysator durch Verwendung der NOx-Zähler unter der Annahme geschätzt wird, dass der zweite Abschnitt eine Rate zum Verringern der NOx-Speichermenge zeigt, die gleich der Rate des ersten Abschnittes ist, dann führt dies daher zu einer ungenauen Schätzung der NOx-Speichermenge in dem zweiten Abschnitt.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel werden daher dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt des Katalysators unterschiedliche Werte (NR1, NR2) der Rate zum Verringern der NOx-Zähler während des Betriebes der Kraftmaschine mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wie bei dem Schritt 211 in der 2 zugeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel wird nämlich die Verringerungsrate NR2 für den zweiten Abschnitt kleiner als die Verringerungsrate N1 für den ersten Abschnitt festgelegt, wodurch unterschiedliche Löseraten des ersten und des zweiten Abschnittes gewichtet werden. Während des Betriebes der Kraftmaschine mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wie z. B. bei dem Regenerationsbetrieb können daher die NOx-Mengen genau geschätzt werden, die aus den Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators gelöst werden. Unter Verwendung der NOx-Mengen, die aus den Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators zusammen mit den NOx-Mengen gelöst werden, die während des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis gespeichert werden, ist es möglich, die gegenwärtige NOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator genau zu schätzen.
  • Hierbei ist zu beachten, dass die Löserate von NOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator erhöht wird, wenn sich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator hinein strömenden Abgases verringert (zu einer fetteren Seite verschiebt), sofern die anderen Bedingungen unverändert bleiben. Darüber hinaus ändern sich die Löseraten von NOx aus den Abschnitten des Katalysators in Abhängigkeit von der Art des Katalysators, dessen Größe, etc.. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden daher die Raten zum Lösen von NOx aus den Abschnitten des Katalysators hinsichtlich den veränderten Luft/Kraftstoff-Verhältnissen des einströmenden Abgases durch Experimente unter Verwendung eines realen NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators bestimmt, und Beziehungen der Verringerungsraten NR1, NR2 für die NOx-Zähler der Abschnitte des Katalysators mit dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis werden im Voraus in dem ROM der ECU 30 gespeichert. Bei dem Schritt 211 in der 2 werden die Raten zum Verringern der NOx-Zähler für die Abschnitte des Katalysators während des Betriebes der Kraftmaschine mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis aus dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Kraftmaschine unter Bezugnahme auf die gespeicherten Beziehungen bestimmt.
  • Als nächstes wird der Regenerationsbetrieb bei dem Ausführungsbeispiel beschrieben.
  • Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird bei dem Ausführungsbeispiel der Regenerationsbetrieb durchgeführt, um die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators wieder herzustellen, wenn das NOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zu lösen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird bestimmt, ob es Zeit ist, als einen Regenerationsbetrieb den Fett-Impuls-Betrieb beim Betrieb der Kraftmaschine 1 mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis für eine kurze Zeit durchzuführen, und dadurch ein Abgas mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 zuzuführen, um dadurch das NOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zu lösen, d. h. es wird bestimmt, ob der Fett-Impuls-Betrieb auszuführen ist, und zwar auf der Grundlage der Werte der NOx-Zähler NC1, NC2 für die Abschnitte des Katalysators.
  • Die Bestimmung dessen, ob der Fett-Impuls-Betrieb ausgeführt werden soll, wird nachfolgend beschrieben.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel wird der Fett-Impuls-Betrieb dann ausgeführt, wenn die Summe (NC1 + NC2) des ersten NOx-Zählers NC1 und des zweiten NOx-Zählers NC2 ein vorbestimmtes Kriterium erreicht. Der erste Abschnitt des Katalysators kann NOx einfangen und lösen, wie dies vorstehend beschrieben ist. Daher bewirkt die Ausführung des Fett-Impuls-Betriebes im Wesentlichen ein vollständiges Lösen von NOx aus dem ersten Abschnitt des Katalysators, was im Wesentlichen zu keiner NOx-Speichermenge in dem ersten Abschnitt führt. Andererseits kann der zweite Abschnitt des Katalysators weniger NOx einfangen und lösen. In einigen Fällen wird daher eine gewisse NOx-Menge, die in dem zweiten Abschnitt des Katalysators gespeichert ist, nicht gelöst, sondern sie verbleibt in dem zweiten Abschnitt trotz der Ausführung des Fett-Impuls-Betriebes. In einem derartigen Fall wird das NOx in dem zweiten Abschnitt des Katalysators jedesmal dann akkumuliert, wenn der Prozess zum Speichern und Lösen von NOx durchgeführt wird.
  • Unmittelbar nach dem Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des ersten Abschnittes des Katalysators so hoch, dass im Wesentlichen die gesamte NOx-Menge, die in den Katalysator eintritt, in dem ersten Abschnitt gespeichert wird. Jedoch wird im Laufe der Zeit nach dem Beginn des Betriebes der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des ersten Abschnittes des Katalysators aufgrund der vermehrten NOx-Speichermenge verringert, und daher erhöht sich der Anteil der NOx-Menge, die in dem zweiten Abschnitt des Katalysators gespeichert wird, zu der gesamten NOx-Menge, die in den Katalysator eintritt.
  • Falls in diesem Fall die NOx-Speichermenge in dem zweiten Abschnitt des Katalysators bereits groß ist und die Fähigkeit zum Einfangen von NOx des zweiten Abschnittes des Katalysators niedrig ist, dann tritt jedoch das NOx, das durch den ersten Abschnitt hindurch getreten ist und den zweiten Abschnitt des Katalysators erreicht, wahrscheinlich durch den zweiten Abschnitt hindurch, ohne dass es in dem zweiten Abschnitt gespeichert wird. Falls im Gegensatz dazu der zweite Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators nur eine kleine NOx-Speichermenge aufweist und eine gute Fähigkeit zum Einfangen von NOx aufrecht erhält, wenn die NOx-Speichermenge in dem ersten Abschnitt des Katalysators relativ groß ist, dann wird das NOx, das durch den ersten Abschnitt hindurch tritt, vollständig in dem zweiten Abschnitt des Katalysators gespeichert.
  • Daher müssen die NOx-Speichermengen in dem ersten Abschnitt und in dem zweiten Abschnitt des Katalysators berücksichtigt werden, um genau zu bestimmen, ob der Betrieb zum Wiederherstellen der Fähigkeit zum Einfangen von NOx des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators auszuführen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Fett-Impuls-Betrieb in einer derartigen Art und Weise durchgeführt, dass die Summe der NOx-Speichermenge in dem ersten Abschnitt und der NOx-Speichermenge in dem zweiten Abschnitt des Katalysators einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten. Der Fett-Impuls-Betrieb wird nämlich jedesmal dann durchgeführt, wenn die Summe der NOx-Zähler NC1 und NC2 einen vorbestimmten Wert erreicht.
  • Während die Menge des verbleibenden NOx in dem zweiten Abschnitt des Katalysators klein ist und die Fähigkeit zum Einfangen des zweiten Abschnittes hoch ist, wird daher der Regenerationsbetrieb nicht ausgeführt, bis die NOx-Speichermenge in dem ersten Abschnitt des Katalysators einen relativ großen Wert erreicht. Falls in umgekehrter Weise die Menge des verbleibenden NOx in dem zweiten Abschnitt des Katalysators relativ groß wird, wird der Fett-Impuls-Betrieb dann ausgeführt, wenn die NOx-Speichermenge in dem ersten Abschnitt des Katalysators einen relativ kleinen Wert erreicht. Somit kann die Fähigkeit zum Einfangen von NOx von jedem Abschnitt des Katalysators wirksam genutzt werden.
  • Insbesondere überwacht die ECU 30 bei dem Ausführungsbeispiel nach einer Routine (nicht gezeigt) die Summe (NC1 + NC2) des ersten und des zweiten NOx-Zählers in konstanten Zeitintervallen. Jedesmal dann, wenn die Summe (NC1 + NC2) einen vorbestimmten Wert erreicht, führt die ECU 30 den Fett-Impuls-Betrieb aus, so dass die NOx-Speichermenge in jedem Abschnitt des Katalysators einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
  • Als nächstes wird der Zeitpunkt zum Beenden des Fett-Impuls-Betriebes bei dem Ausführungsbeispiel beschrieben. Der Fett-Impuls-Betrieb kann für eine feste Zeit fortgesetzt werden. Jedoch wird bei dem Ausführungsbeispiel der Endzeitpunkt des Fett-Impuls-Betriebes auf der Grundlage der Abgabe von dem O2-Sensor 35 bestimmt, der in dem Abgaskanal stromabwärts von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 angeordnet ist. Nach dem Beginn des Fett-Impuls-Betriebes wird nämlich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 eintritt, zu der fetten Seit hinsichtlich der Stöchiometrie verschoben, so dass das NOx gelöst wird, das in dem Katalysator gespeichert ist, und es wird an dem Katalysator zu N2 durch Reaktionen mit nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen, CO, etc. reduziert, die in dem Abgas vorhanden sind. Während der Katalysator das NOx löst, werden daher nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe, CO, etc., die in dem Abgas vorhanden sind für die Reduktion des NOx verbraucht. Aufgrund der so verringerten Mengen an Kohlenwasserstoffen, CO, etc., die in dem Abgas vorhanden sind, und einer relativ erhöhten Sauerstoffkonzentration in dem Abgas wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases an dem Auslass des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators fast stöchiometrisch. Während der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 das NOx während der Ausführung des Fett-Impuls-Betriebes löst, bleibt nämlich die Sauerstoffkonzentration des Abgases, die durch den stromabwärts von dem Katalysator 20 angeordneten O2-Sensor 35 erfasst wird, auf einen Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Wenn das Lösen von NOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator abgeschlossen ist und NOx nicht mehr aus dem Katalysator gelöst wird, dann erreichen die nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe, CO, etc. in dem Abgas die stromabwärtige Seite des Katalysators, so dass die Sauerstoff konzentration des Abgases, die durch den O2-Sensor 35 erfasst wird, einen Wert entsprechend einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis erreicht, das im Wesentlichen gleich dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis an der stromaufwärtigen Seite des Katalysators ist.
  • Unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Tatsachen ist das Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass der Fett-Impuls-Betrieb dann beendet wird, wenn die Sauerstoffkonzentration des Abgases, die durch den stromabwärts von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 angeordneten O2-Sensor 35 erfasst wird, von einem Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem Wert entsprechend dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert wird. Falls jedoch der Fett-Impuls-Betrieb nur auf der Grundlage der durch den O2-Sensor 35 erfassten Sauerstoffkonzentration des Abgases ausgeführt wird, dann tritt ein Problem eines unzureichenden lösens von NOx aus dem zweiten Abschnitt des Katalysators auf.
  • Die Rate zum Desorbieren von NOx aus dem ersten Abschnitt des Katalysators ist groß, wie dies vorstehend erwähnt ist. Die nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe, CO, etc. in dem einströmenden Abgas, die der Reduktion von NOx beitragen, d. h. einer Beseitigung von NOx, werden im Wesentlichen in dem ersten Abschnitt verbraucht, und sie erreichen den zweiten Abschnitt des Katalysators nicht. Nachdem die Desorption von NOx aus dem ersten Abschnitt des Katalysators abgeschlossen wurde, erreichen die nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe, CO, etc. in dem einströmenden Abgas den zweiten Abschnitt des Katalysators, und das NOx wird aus dem zweiten Abschnitt gelöst. Da jedoch der zweite Abschnitt des Katalysators eine kleinere Desorptionsrate von NOx als der erste Abschnitt aufweist, wird nur ein Teil der nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe, Co, etc. in dem zweiten Abschnitt verbraucht, und der Rest tritt durch den Katalysator hindurch.
  • In der Realität ändert sich daher die Abgabe von dem O2-Sensor 35, der stromabwärts von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 angeordnet ist, von einem Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem Wert entsprechend dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Zeit der Beendigung der Desorption von NOx aus dem ersten Abschnitt des Katalysators. Falls der Fett-Impuls-Betrieb auf der Grundlage der Abgabe von dem O2-Sensor 35 beendet wird, endet daher der Fett-Impuls-Betrieb, und der Betrieb der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis beginnt, bevor NOx beträchtlich aus dem zweiten Abschnitt des Katalysators gelöst wird. Daher tritt ein Problem einer vermehrten NOx-Speichermenge in dem zweiten Abschnitt des Katalysators auf.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel wird der Fett-Impuls-Betrieb daher nicht unmittelbar zur Zeit einer Änderung der Abgabe des O2-Sensors 35 vom stöchiometrischen zum fetten hinsichtlich der Stöchiometrie beendet, aber er wird nach der Änderung der Sensorabgabe fortgesetzt. Dann wird angenommen, dass die NOx-Speichermenge in dem zweiten Abschnitt des Katalysators sich zu verringern beginnt, wenn sich die Abgabe des O2-Sensors 35 zu einem Wert entsprechend einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis ändert. Bei dem Ausführungsbeispiel startet nämlich eine Verringerung des Wertes des ersten NOx-Zählers NC1 unmittelbar beim Start des Fett-Impuls-Betriebes. Jedoch wird der Wert des zweiten NOx-Zählers NC2 nicht verringert, aber er wird aufrecht erhalten, während die Abgabe des O2-Sensors 35 bei einem Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis bleibt. Nach einer Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von stöchiometrisch zu fett der Abgabe des O2-Sensors 35 startet eine Verringerung des Wertes des zweiten NOx-Zählers NC2.
  • Falls sich die Abgabe des O2-Sensors 35 zu einem Zustand eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses geändert hat, dann kann das fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis nicht in einer ausreichend langen Zeit aufrecht erhalten werden, aber der Betrieb der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird z. B. aufgrund einer Anforderung hinsichtlich des Kraftmaschinenbetriebes erneut gestartet, wobei eine Erhöhung des Wertes des zweiten NOx-Zählers NC2 starten kann, wenn sich die Abgabe des O2-Sensors 35 von dem Zustand des mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Zustand des fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ändert. Durch Ändern des zweiten NOx-Zählers auf der Grundlage der Abgabe des O2-Sensors 35, der stromabwärts von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 angeordnet ist, kann während und nach des Regenerationsbetriebes in der vorstehend beschriebenen Art und Weise die NOx-Speichermenge in dem zweiten Abschnitt des Katalysators genau geschätzt werden.
  • Als nächstes wird ein anderes Ausführungsbeispiel des Fett-Impuls-Betriebes beschrieben. Bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel wird während des Fett-Impuls-Betriebes der Betrieb der Kraftmaschine mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis fortgesetzt, auch nachdem sich die Änderung des O2-Sensors 35, der stromabwärts von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator angeordnet ist, von dem Wert entsprechend des stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu dem Wert entsprechend dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert hat. In diesem Fall werden jedoch die nicht verbrannten Kohlenwasserstoffe und dergleichen, die in dem Abgas vorhanden sind, in dem zweiten Abschnitt des Katalysators nicht vollständig verbraucht, und daher kann eine Restmenge der Kohlenwasserstoffe den Katalysator verlassen und in die Atmosphäre eintreten.
  • Falls darüber hinaus die Zeit zum Fortsetzen des Fett-Impuls-Betriebes jedesmal dann verlängert wird, wenn der Fett-Impuls-Betrieb durchgeführt wird, dann tritt ein Problem eines erhöhten Kraftstoffverbrauches durch die Kraftmaschine auf. Daher wird bei dem Ausführungsbeispiel während der Ausführung des Fett-Impuls-Betriebes die Kraftmaschine mit dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis gleichzeitig mit einer Änderung der Abgabe des O2-Sensors 35 von einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben. Auch wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrisch ist, löst der zweite Abschnitt des Katalysators NOx, so dass die NOx-Speichermenge in dem zweiten Abschnitt verringert wird. Somit wird der zweite Abschnitt des Katalysators nach dem ersten Abschnitt zum Lösen von NOx dadurch veranlasst, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases auf das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrecht erhalten wird, so dass Emissionen von nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen und dergleichen in die Atmosphäre verhindert werden können.
  • Falls jede Ausführung des Fett-Impuls-Betriebes von einem Betrieb der Kraftmaschine mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis gefolgt wird, dann besteht eine Gefahr einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauches der Kraftmaschine. Bei dem Ausführungsbeispiel wird daher der Betrieb der Kraftmaschine mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Fett-Impuls-Betrieb nur dann durchgeführt, wenn sich der zweite NOx-Zähler auf ein vorbestimmtes Kriterium erhöht hat. Daher wird der erhöhte Kraftstoffverbrauch durch die Kraftmaschine verhindert. Zur Zeit einer Ausführung des Fett-Impuls-Betriebes bei dem Ausführungsbeispiel wird nämlich der folgende Betrieb gemäß den Werten des ersten und des zweiten NOx-Zählers durchgeführt.
    • 1) Der Fett-Impuls-Betrieb wird dann gestartet, wenn die Summe (NC1 + NC2) des ersten und des zweiten NOx-Zählers ein vorbestimmtes Kriterium erreicht.
    • 2) Falls in diesem Fall die Abgabe des O2-Sensors 35, der stromabwärts von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator 20 angeordnet ist, ein Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, dann wird der Wert des zweiten NOx-Zählers NC2 nicht reduziert, sondern er wird auf den Wert aufrecht erhalten, der vor dem Start des Fett-Impuls-Betriebes aufgetreten ist.
    • 3) Falls der Wert des zweiten NOx-Zählers NC2 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Wert ist, dann wird der Fett-Impuls-Betrieb beendet, und der Betrieb der Kraft mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird erneut gestartet, wenn sich die Abgabe des O2-Sensors 35 von einem Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem Wert entsprechend dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis geändert hat.
    • 4) Falls der Wert des zweiten NOx-Zählers NC2 größer als der vorbestimmte Wert ist, dann wird der Fett-Impuls-Betrieb beendet, der von dem Betrieb der Kraftmaschine mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis gefolgt wird, wenn sich die Abgabe des O2-Sensors 35 von einem Wert entsprechend dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem Wert entsprechend dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des Fett-Impuls-Betriebes geändert hat.
    • 5) Der Wert des zweiten NOx-Zählers NC2 verringert sich während des Betriebes der Kraftmaschine mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Wenn sich der Wert von NC2 auf einen vorbestimmten unteren Grenzwert verringert, dann wird der Betrieb der Kraftmaschine mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis beendet, und der Betrieb der Kraftmaschine mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird erneut gestartet. Durch Durchführen des Fett-Impuls-Betriebes gemäß der vorstehenden Beschreibung ist es möglich, die Fähigkeit zum Einfangen des jeweiligen Abschnittes des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators effizient zu nutzen, ohne dass verschlechterte Abgaseigenschaften oder ein erhöhter Kraftstoffverbrauch verursacht wird.
  • Auch wenn bei den vorherigen Ausführungsbeispielen die Dauer des Betriebes der Kraftmaschine mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis zur Zeit des Fett-Impuls-Betriebes gemäß der NOx-Speichermenge in dem zweiten Abschnitt des Katalysators bestimmt wird, d.h. der Wert des zweiten NOx-Zählers NC2, ist es auch möglich, das wirksame Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des Fett-Impuls-Betriebes gemäß dem Wert des zweiten NOx-Zählers NC2 zu ändern, anstatt dass der Betrieb der Kraftmaschine mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Betrieb der Kraftmaschine mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des Fett-Impuls-Betriebes durchgeführt wird.
  • Falls insbesondere das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des in den Katalysator hinein strömenden Abgases fetter hinsichtlich der Stöchiometrie ist, wird die Menge an nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen, an CO, etc. größer, die in dem Abgas vorhanden sind und den zweiten Abschnitt des Katalysators erreichen, so dass die Desorption von NOx aus dem zweiten Abschnitt des Katalysators während des Fett-Impuls-Betriebes stärker wird. Durch niedriges Festlegen des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses der Kraftmaschine während des Fett-Impuls-Betriebes (fetter hinsichtlich der Stöchiometrie) wird es daher möglich, das NOx aus dem zweiten Abschnitt des Katalysators zu lösen, ohne dass es auch erforderlich ist, den Betrieb der Kraftmaschine mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Betrieb der Kraftmaschine mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis während des Fett-Impuls-Betriebes durchzuführen, falls der Wert des zweiten NOx-Zählers NC2 beim Beginn des Fett-Impuls-Betriebes größer ist.
  • Bei den vorherigen Ausführungsbeispielen ist der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator in zwei Abschnitte eingeteilt, und NOx-Zähler sind vorgesehen, die jeweils gemäß der NOx-Absorptions(Adsorptions)/Desorptions-Charakteristik eines entsprechenden Abschnittes von den Abschnitten inkrementiert und dekrementiert werden. Jedoch ist offensichtlich, dass der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator in drei oder mehrere Abschnitte eingeteilt werden kann, und die selbe Anzahl an NOx-Zählern kann in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung zu den Abschnitten des Katalysators vorgesehen sein.
  • Die vorherigen Ausführungsbeispiele sind auch auf SOx anwendbar, und zwar im Wesentlichen in der gleichen Art und Weise, wie sie vorstehend beschrieben ist. Falls SOx-Zähler, die gemäß der SOx-Einfang/Desorptions-Charakteristika der Abschnitte des Katalysators inkrementiert und dekrementiert werden, in einer Eins-zu-Eins-Entsprechnung anstelle von oder zusätzlich zu den NOx-Zählern vorgesehen werden, dann ist es möglich, die gespeicherte SOx-Menge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator anstelle von oder zusätzlich zu der gespeicherten NOx-Menge in dem Katalysator genau zu erfassen.
  • Alle vorherigen Ausführungsbeispiele erzielen den Vorteil einer genauen Schätzung der NOx- oder SOx-Speichermenge in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, und daher wird die Fähigkeit zum Einfangen des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators wirksam genutzt.

Claims (12)

  1. Abgasreinigungsgerät für eine Brennkraftmaschine (1) einschließlich eines NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20), der in einem Abgaskanal (5) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist, und der wahlweise eine spezifische Komponente, die zumindest Stickoxide (NOx) oder Schwefeloxide (SOx) beinhaltet, aus einem Abgas einfängt und speichert, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) eintritt, und zwar zumindest durch Adsorption oder Absorption, wenn das in den Katalysator (20) eintretende Abgas ein hinsichtlich der Stöchiometrie mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, und der die gespeicherte spezifische Komponente löst und die spezifische Komponente durch Reduktion beseitigt, wenn das in den Katalysator (20) eintretende Abgas ein stöchiometrisches oder hinsichtlich der Stöchiometrie fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis ausweist, einer Schätzeinrichtung (35) zum Schätzen einer gespeicherten Menge der spezifischen Komponente in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) und einer gelösten Menge der spezifischen Komponente aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20), und einer Regenerationseinrichtung (30) zum Durchführen eines Regenerationsbetriebes zum Lösen der spezifischen Komponente, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) gespeichert ist, und zum Beseitigen der spezifischen Komponente durch Reduktion, indem ein hinsichtlich der Stöchiometrie fettes Abgas zu dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) auf der Grundlage der gespeicherten Menge der spezifischen Komponente zugeführt wird, die durch die Schätzeinrichtung geschätzt wird, wobei die Schätzeinrichtung (35) die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente und die gelöste Menge der spezifischen Komponente jeweils hinsichtlich zumindest zwei unterschiedlichen Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) schätzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Regenerationseinrichtung (30) eine Dauer zum Aufrechterhalten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) hinein strömenden Abgases auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach einer kurzen Zeit zum Aufrechterhalten des hinsichtlich der Stöchiometrie fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während einer Ausführung des Regenerationsbetriebes auf der Grundlage der gespeicherten Menge der spezifischen Komponente in einem spezifischen Abschnitt aus den geschätzten gespeicherten Mengen der spezifischen Komponente in den zumindest beiden Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) bestimmt, wobei der spezifische Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) ein Abschnitt ist, der eine geringere Rate zum Lösen der spezifischen Komponente während einer Ausführung des Regenerationsbetriebes als ein anderer Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) aufweist.
  2. Abgasreinigungsgerät gemäß Anspruch 1, wobei die Schätzeinrichtung (35) die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) unter Verwendung eines Speicherzählers angibt und die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) dadurch schätzt, dass der Speicherzähler mit einer Rate inkrementiert wird, die proportional zu einer Konzentration der spezifischen Komponente in dem Abgas ist, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) eintritt, wenn das in den Katalysator (20) eintretende Abgas ein hinsichtlich der Stöchiometrie mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, und dass der Speicherzähler mit einer vorbestimmten Rate dekrementiert wird, wenn das in den Katalysator (20) eintretende Abgas ein stöchiometrisches oder ein hinsichtlich der Stöchiometrie fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist.
  3. Abgasreinigungsgerät gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Schätzeinrichtung (35) die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) dadurch schätzt, dass eine Gesamtmenge der spezifischen Komponente, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) speicherbar ist, zu den zumindest beiden Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) mit einem vorbestimmten Verteilungsverhältnis verteilt wird, während der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) die spezifische Komponente einfängt und speichert.
  4. Abgasreinigungsgerät gemäß Anspruch 3, wobei die Schätzeinrichtung (35) das vorbestimmte Verteilungsverhältnis gemäß den gespeicherten Mengen der spezifischen Komponente in den zumindest beiden Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) festlegt.
  5. Abgasreinigungsgerät gemäß Anspruch 3, wobei die Schätzeinrichtung (35) das vorbestimmte Verteilungsverhältnis gemäß einem Verschlechterungsgrad des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) festlegt.
  6. Abgasreinigungsgerät gemäß Anspruch 3, wobei die Schätzeinrichtung (35) das vorbestimmte Verteilungsverhältnis gemäß einer Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) festlegt.
  7. Abgasreinigungsgerät gemäß Anspruch 3, wobei die Schätzeinrichtung (35) das vorbestimmte Verteilungsverhältnis gemäß einer Strömungsmenge des Abgases in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) festlegt.
  8. Abgasreinigungsgerät gemäß Anspruch 3, wobei die Schätzeinrichtung (35) das vorbestimmte Verteilungsverhältnis gemäß einer Konzentration der spezifischen Komponente in einem Abgas festlegt, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) hinein strömt.
  9. Abgasreinigungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schätzeinrichtung (35) die gespeicherte Menge der spezifischen Komponente in jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) dadurch schätzt, dass die gelöste Menge der spezifischen Komponente aus jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) während des Regenerationsbetriebes für den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) bestimmt wird.
  10. Abgasreinigungsgerät gemäß Anspruch 4, wobei die Schätzeinrichtung (35) einen O2-Sensor aufweist, der stromabwärts von dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) angeordnet ist und eine Sauerstoffkonzentration des Abgases erfasst, und wobei sie die Menge der spezifischen Komponente, die aus jedem Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) gelöst wird, auf der Grundlage einer Abgabe von dem O2-Sensor während des Regenerationsbetriebes für den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) schätzt.
  11. Abgasreinigungsgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Regenerationseinrichtung (30) den Regenerationsbetrieb auf der Grundlage einer Summe der geschätzten, gespeicherten Mengen der spezifischen Komponente in den zumindest beiden Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) durchführt.
  12. Abgasreinigungsverfahren für eine Brennkraftmaschine (1) einschließlich eines NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20), der in einem Abgaskanal (5) der Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist, und der eine spezifische Komponente, die zumindest Stickoxide (NOx) oder Schwefeloxide (SOx) beinhaltet, aus einem Abgas wahlweise einfängt und speichert, das in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) eintritt, und zwar zumindest durch Adsorption oder Absorption, wenn das in den Katalysator (20) eintretende Abgas ein hinsichtlich der Stöchiometrie mageres Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, und der die gespeicherte spezifische Komponente löst und die spezifische Komponente durch Reduktion beseitigt, wenn das in dem Katalysator (20) eintretende Abgas ein stöchiometrisches oder hinsichtlich der Stöchiometrie fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Schätzen einer gespeicherten Menge der spezifischen Komponente in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) und einer gelösten Menge der spezifischen Komponente aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20); und Durchführen eines Regenerationsbetriebes zum Lösen der spezifischen Komponente, die in dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) gespeichert ist, und zum Beseitigen der spezifischen Komponente durch Reduktion, indem ein hinsichtlich der Stöchiometrie fettes Abgas zu dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (20) auf der Grundlage der gespeicherten Menge der spezifischen Komponente zugeführt wird, Schätzen der gespeicherten Menge der spezifischen Komponente und der gelösten Menge der spezifischen Komponente jeweils hinsichtlich zumindest zwei unterschiedlichen Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20), gekennzeichnet durch Bestimmen einer Dauer zum Aufrechterhalten des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des in den NOx- Speicher/Reduktions-Katalysator (20) hinein strömenden Abgases auf ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach einer kurzen Zeit zum Aufrechterhalten eines hinsichtlich der Stöchiometrie fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses während einer Ausführung des Regenerationsbetriebes auf der Grundlage der gespeicherten Menge der spezifischen Komponente in einem spezifischen Abschnitt aus den geschätzten gespeicherten Mengen der spezifischen Komponente in den zumindest beiden Abschnitten des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20), wobei der spezifische Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) ein Abschnitt ist, der eine geringere Rate zum Lösen der spezifischen Komponente während einer Ausführung des Regenerationsbetriebes als ein anderer Abschnitt des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators (20) aufweist.
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