DE69001748T2

DE69001748T2 - Abgasreinigungssystem fuer brennkraftmaschinen unter verwendung von benzin-alkohol-gemisch als brennstoff.

Info

Publication number: DE69001748T2
Application number: DE9090122902T
Authority: DE
Inventors: Kenji Katoh
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-12-01
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1993-09-23
Anticipated expiration: 2010-11-30
Also published as: US5085050A; EP0430269B1; CA2030998A1; EP0430269A2; EP0430269A3; CA2030998C; JP2692311B2; JPH03172527A; DE69001748D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, die ein Benzin-Alkohol-Gemisch als Kraftstoff verbraucht und bei unterschiedlichen Mischungsverhältnissen des Alkohols zum Benzin betreibbar ist.
Obwohl Alkohol ein künftiger Zukunftsbrennstoff für Fahrzeuge ist, wurde ein freibewegliches Kraftstoff-Fahrzeug, das ein Benzin-Alkohol-Gemisch verwendet und bei unterschiedlichen Mischungsverhältnissen des Alkohols zum Benzin betreibbar ist, als eine tatsächliche Lösung erst vor kurzem entwickelt. So beschreiben beispielsweise die Japanischen Patentveröffentlichungen SHO 56-66424 SHO und 57-76231 derartige Motoren, die ein Benzin-Alkohol- Gemisch als Brennstoff verwenden.
Als eine Maßnahme gegen Umweltverschmutzung aufgrund im Abgas von Fahrzeugmotoren enthaltener NOx ist nun auch ein Katalysator aus Zeolith mit Übergangsmetallen entwickelt und fähig zur Verringerung der NOx unter einer oxidierenden Gasarbeitsbedingung in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen. Der bekannte Zeolithkatalysator weist jedoch eine ungenügende Hitzebeständigkeit und Dauerhaftigkeit auf. Zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit schlägt die Japanische Patentveröffentlichung HEI 1-130735 vor einen feststehenden Motorbetriebszustand vorzusehen, in welchem ein Güteabfall des Zeolithkatalysators durch ein Abschirmen des Katalysators vom Abgas verhindert ist.
Beim Untersuchen der Durchführbarkeit des Anordnens eines derartigen Zeolithkatalysators in der Abgasleitung einer mit einem Benzin-Alkohl-Gemisch als Brennstoff betriebenen Brennkraftmaschine, und, um dem Güteabfall des Katalysators durch Vorsehen eines feststehenden Betriebszustands zur Vermeidung des Güteabfalls des Katalysators entgegenzuwirken, ist es schwierig, sowohl eine hohe NOx Reduzierung aufgrund des Katalysators als auch eine ausreichende Dauerhaftigkeit des Katalysators zu erzielen.
Insbesondere ist die NOx Reduktionscharakteristik des Zeolithkatalysators stark beeinflußt von den Arten der im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffen, und diese sind eine Funktion der Alkoholkonzentration im Benzin-Alkohl- Gemisch. Beispielsweise hat Methylalkohol, der ein einzelnes Kohlenstoffatom (d. h. seine Kohlenstoffzahl ist 1) eine geringe Wirkung den Katalysator die NOx reduzieren zu lassen; so verringert eine hohe Konzentration an Methylalkohol im Brennstoff signifikant den NOx Reduktionsgrad des Katalysators. Daher wird, wenn ein festgelegter Betriebsbereich zur Verhinderung des Gütegradabfalls eingestellt wird, um den Katalysator auf der Basis eines Brennstoffs mit niedriger Alkoholkonzentration wirksam einzusetzen, nur wenig NOx verringert werden, wenn ein Brennstoff mit hoher Alkoholkonzentration verwendet wird. Wenn das Abgas trotz des geringen NOx Reduktionseffekts des Katalysators weiterhin durch den Katalysator strömt, wird der Katalysator bis zur Unbrauchbarkeit an Güte verlieren. Andererseits wird, wenn ein festgelegter Betriebsbereich zur Verhinderung der Gütegradverschlechterung eingestellt wird, um den Qualitätsabfall des Katalysators wirksam zu verhindern auf der Basis eines Brennstoffs mit hoher Alkoholkonzentration, der Katalysator vom Abgas bei mittleren Motordrehzahlen und mittleren Motorbelastungen abgeschirmt werden, sogar wenn ein Kraftstoff mit niedriger Alkoholkonzentration eingesetzt wird. Daher wird der Katalysator nicht effektiv ausgenutzt werden und eine relativ große Menge an NOx wird bei mittleren Motordrehzahlen und mittleren Motorlasten in die Atmosphäre ausgebracht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Abgasreinigungssystem mit einem Zeolithkatalysator für eine, ein Benzin-Alkohol-Gemisch als Brennstoff verbrauchende Brennkraftmaschine zu schaffen, wobei der Zeolithkatalysator wirksam verwendbar ist und die Standzeit des Katalysator maximiert ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bypassbetriebsbereich (an dem das Motorabgas zum Umgehen eines Zeolithkatalysators gebracht wird) verändert in Übereinstimmung mit der Konzentration des Alkohols im Benzin-Alkohol-Gemisch. Insbesondere dann, wenn die Alkoholkonzentration niedrig ist, leitet sich ein großer Teil der Kohlenwasserstoffe im Abgas vom Benzin her und sie weisen eine hohe Kohlenstoffzahl auf, welche die Wirksamkeit der NOx Reduktion durch den Zeolithkatalysator verbessert. In diesem Zustand ist der Bypassbetriebsbereich auf hohe Motordrehzahlen und hohe Motorlasten begrenzt, wo nur der ernsthafteste Gütegradverlust des Katalysator auftritt. Infolgedessen kann ein hoher NOx Reinigungsgrad über einen weiten Motorbetriebsbereich erreicht werden. Andererseits wird, wenn die Alkoholkonzentration hoch ist, der Bypassbetriebsbereich vergrößert, um mittlere bis hohe Motordrehzahlen und mittlere bis hohe Motorlasten zu beinhalten. Infolgedessen wird das Abgas zum Umgehen des Katalysators aus relativ niedrigen Motordrehzahlen und niedrigen Motorlasten verbracht, um zu verhindern, daß der Katalysator bis zur Unbrauchbarkeit an Güte verliert, wenn das Motorabgas einen großen Teil an Kohlenwasserstoffen mit einer vom Alkohol erzeugten niedrigen Kohlenstoffzahl aufweist. In diesem Fall wird kein Problem auftreten, obwohl das Abgas zum Umgehen des Katalysators im Falle eines Brennstoffs mit hoher Alkoholkonzentration verbracht wird, da die vom Alkohol erzeugte NOx Menge etwa die Hälfte der vom Benzin erzeugten Menge ist.
Die oben beschriebene und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung werden deutlicher werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung. Diese zeigt in
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Systems zur Steuerung der Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2A ein Flußdiagramm bezüglich der Abgasreinigungssteuerung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2B ein Flußdiagramm bezüglich der Abgasreinigungssteuerung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3A eine Grafik der Motorlast über der Motordrehzahl, welche die Änderung des Bypassbetriebsbereichs gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3B eine Grafik der Motorlast über der Motordrehzahl, welche die Änderung des Bypassbetriebsbereichs gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 3C eine Grafik bezüglich eines Anpassungsfaktors über der Alkoholkonzentration zur Bestimmung des Anpassungsfaktors für eine Einstellbedingung einer Bypassventilöffnung; und
Fig. 4 schematisch ein Systemdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend werden einige bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung im allgemeinen eine ein Benzin-Alkohol- Gemisch als Brennstoff für die Brennkraftmaschine verbrauchende Brennkraftmaschine auf, die bei verschiedenen Mischungsverhältnissen des Alkohols zum Benzin betreibbar ist, einen in der Abgasleitung des Motors angeordneten Katalysator 2, der aus Zeolith gebildet ist mit wenigstens einem aus den Übergangsmetallen ausgewählten Metall und Edelmetallen zur Verringerung von im Abgas des Motor 1 enthaltener Stickstoffoxide unter einer oxidierenden Gasarbeitsbedingung und in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen (als Mager-NOx Katalysator bezeichnet), eine mit der Abgasleitung verbundene Bypassleitung 3 zum Umgehen des Mager-NOx- Katalysators 2 und ein zum Schalten der Strömung des Abgases zwischen dem Mager-NOx- Katalysator 2 und der Bypassleitung 3 ausgebildetes Bypassventil 4. Das Abgasreinigungssystem weist weiterhin eine Motorbetriebszustandserfassungseinrichtung 5 zum Erfassen unterschiedlicher Betriebszustände des Motors 1, eine Alkoholkonzentrationserfassungseinrichtung 6 zum Erfassen der Alkoholkonzentration des Brennstoffs, eine Bypassbetriebsbereichseinstelleinrichtung 7 zum Einstellen des Betriebsbereichs, bei dem Abgas zum Umgehen des Mager-NOx-Katalysators 2 in Abhängigkeit von der Alkoholkonzentration verbracht ist, eine Ermittlungseinrichtung 8 zum Ermitteln ob, oder ob nicht der erfaßte Motorbetriebszustand innerhalb des eingestellten Bypassbetriebsbereichs ist und eine Bypassteuerungseinrichtung 9, auf, zum Schalten des Bypassventils 4 zwischen einer ersten, das Abgas durch die Bypassleitung 3 strömen lassenden Stellung, wenn der Motorbetriebszustand als innerhalb des eingestellten Bypassbetriebsbereichs ermittelt ist, und einer zweiten, das Abgas durch den Mager-NOx-Katalysator 2 strömen lassenden Stellung, wenn der Motorbetriebszustand als außerhalb des eingestellten Bypassbetriebsbereichs ermittelt ist.
Fig. 4 zeigt das System detaillierter. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird ein in einem Kraftstofftank 10 angeordneter Benzin-Alkohol-Gemisch-Kraftstoff 11 einem Motor 1 über eine Kraftstoffleitung 12 zugeführt und in den Ansaugweg oder einen Zylinder des Motors 1 durch ein Kraftstoffeinspritzventil 19 eingespritzt. Ein Alkoholkonzentrationserfassungssensor 15 zum Erfassen der Konzentration des Alkohol/Benzin Kraftstoffs ist in der Kraftstoffleitung 12 angeordnet. Die Alkoholkonzentrationserfassungseinrichtung 6 aus Fig. 1 weist beispielsweise den Alkoholkonzentrationserfassungssensor 15 aus Fig. 4 auf. Weiterhin sind am Motor 1 ein Motorgeschwindigkeitserfassungssensor 13 zum Erfassen der Motordrehzahl (EINE) und ein Motorbelastungserfassungssensor 14 zum Erfassen der Motorlast (PM) vorgesehen. Der Sensor 13 weist beispielsweise einen Kurbelwinkelerfassungssensor, und der Sensor 14 z. B. einen in der Ansaugleitung stromabwärts der Drosselklappe angeordneten Ansaugdruckerfassungssensor auf. Diese Sensoren 13 und 14 bilden den Motorbetriebszustandserfassungssensor 5 nach Fig. 1. Auch kann ein Dreiwegekatalysator 17 in einem Abschnitt der Abgasleitung stromabwärts des Mager-NOx-Katalysators 2 angeordnet sein, aber der Dreiwegekatalysator 17 ist nicht wesentlich.
Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Sensoren 13, 14 und 15 und ein Betätigungsglied für das Bypassventil 4 elektrisch mit einer Motorregelungseinheit 18 (nachfolgend ECU bezeichnet) verbunden, die aus einem Mikrocomputer besteht. Die ECU 18 weist einen Analog/Digitalumwandler (nicht dargestellt) zum Umwandeln der Analogsignale aus den Sensoren 14 und 15 zu digitalen Signalen, eine input/output Schnittstelle zum Empfangen der Signale von den Sensoren 13, 14 und 15 und Senden der Ausgangssignale an das Bypassventil 4 und das Kraftstoffeinspritzventil 19, einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine Hauptprozessoreinheit (CPU) zum Ausführen verschiedener Berechnungen auf. Das ROM speichert das in Fig. 2A oder Fig. 2B gezeigte Programm. Die CPU liest das Programm aus dem ROM und führt die Programmbefehle aus.
Fig. 2A entspricht der ersten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2B der zweiten Ausführungsform.
Die Steuerung betreffend der ersten Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezug auf Fig. 2A beschrieben. Die Routine wird intermittierend am Schritt 101 betreten. Dann werden am Schritt 102 die Motordrehzahl EINE vom Kurbelwinkelsensor 13 und die Motorlast PM vom Einlaßdrucksensor 14 gelesen, um den gegenwärtigen Motorbetriebszustand zu erfassen. Auch wird am Schritt 103 die Alkoholkonzentration CAL von dem Alkoholkonzentrationserfassungssensor 15 gelesen, um die Alkoholkonzentration des in Gebrauch befindlichen Alkohol/Benzin Kraftstoffs zu kennen. Die Reihenfolge der Schritte 103 und 104 kann umgekehrt werden.
Dann schreitet die Routine zum Schritt 104 vor. Am Schritt 104 wird ermittelt, ob oder ob nicht die am Schritt 103 gelesene Alkoholkonzentration CAL größer ist als die vorbestimmte Alkoholkonzentration C&sub0; (zum Beispiel 50 %). Wenn CAL größer ist als C&sub0; wird der Kraftstoff als Kraftstoff von hoher Alkoholkonzentration erachtet, und wenn CAL gleich oder kleiner ist als C&sub0;, wird der Kraftstoff als Kraftstoff von niedriger Alkoholkonzentration erachtet. Die vom Alkohol erzeugte NOx Menge ist etwa die Hälfte der vom Benzin erzeugten. Weiterhin weisen die im Abgas des reinen Alkohol verwendenden Motors enthaltenen Kohlenwasserstoffe hauptsächlich einen Kohlenwasserstoff mit der Kohlenstoffzahl 1 auf, d. h., Methylalkohol, der wenig Einfluß bei der Veranlassung des Mager-NOx-Katalysators zur Reduktion von NOx aufweist. Insbesondere ist im Falle eines Brennstoffs mit hoher Alkoholkonzentration die Menge an in die Umwelt abgegebenem NOx sehr klein und der NOx Reinigungsgrad in der Gegenwart eines vom Alkohol erzeugten Kohlenwasserstoffs ist niedrig. Andererseits ist im Falle eines Kraftstoffs mit niedriger Alkoholkonzentration die NOX Menge relativ groß und der NOx Reinigungsgrad in der Gegenwart von vom Benzin erzeugter Kohlenwasserstoffe ist hoch.
Um diese Charakteristika zu verwenden, wenn CAL am Schritt 104 als größer als C&sub0; ermittelt wurde, und daher die Alkoholkonzentration als hoch beurteilt wird, schreitet die Routine zu einem Schritt 105 voran, wo die Bedingung zur Ermittlung des Bereichs der Öffnung des Bypassventils 4 zu niedrigen Motordrehzahlen und niedrigen Motorlasten verschoben wird, wie dies von der durchgezogenen Linie in Fig. 3A gezeigt ist. Andererseits schreitet die Routine zu einem Schritt 106 voran, wenn CAL am Schritt 104 als gleich oder kleiner C&sub0; ermittelt wurde, und daher die Alkoholkonzentration als niedrig beurteilt wird, wo die Bedingung zum Ermitteln des Bereichs der Öffnung des Bypassventils zu hohen Motordrehzahlen und hohen Motorlasten hin verschoben wird, wie von der durchbrochenen Linie in Fig. 3A gezeigt.
In Fig. 3A ist der Bereich auf der rechten Seite der durchbrochenen Linie ein Motorbetriebsbereich, an dem die Abgastemperatur hoch ist und die Verschlechterung des Mager-NOx-Katalysators vorangetrieben wird. Der Bereich zwischen der durchbrochenen Linie und der durchgezogenen Linie ist ein Motorbetriebsbereich, an dem die Abgastemperatur im mittleren Bereich liegt und daher die Verschlechterung des Mager-NOx-Katalysators 2 nicht ausgesprochen groß ist, aber, wenn das Abgas kontinuierlich und sinnlos durch den Mager-NOx-Katalysators 2 zur Strömung veranlaßt wird, die Verschlechterung des Mager- NOx-Katalysators 2 nicht vernachläßigbar sein wird. Der Bereich auf der linken Seite der durchgezogenen Linie ist ein Motorbetriebsbereich, an dem die Abgastemperatur relativ niedrig ist und daher eine thermische Verschlechterung des Mager-NOx-Katalysators 2 nicht vorangetrieben wird und tatsächlich vernachläßigbar ist. Da das Programm die Schritte 104, 105 und 106 enthält, kann die Bedingung zum Öffnen des Bypassventils 4 zwischen den beiden Positionen der durchgezogenen Linie und der durchbrochenen Linie aus Fig. 3A verändert werden. Demgemäß bildet in der ersten Ausführungsform die Einrichtung der Schritte 104, 105 und 106 die Bypassbetriebsbereichseinstellungseinrichtung 7 aus Fig. 1.
Nachdem der Bypassbetriebsbereich am Schritt 105 oder 106 eingestellt wurde, schreitet die Routine zum Schritt 107 voran. Am Schritt 107 wird ermittelt, ob oder ob nicht der als Schnittpunkt der am Schritt 102 gelesenen EINE und PM definierte gegenwärtige Motorbetriebszustand innerhalb des eingestellten Bypassbetriebsbereichs (Bypassventilöffnungsbereich) aus Fig. 3A ist. Die Einrichtung des Schrittes 107 bildet die Ermittlungseinrichtung 8 aus Fig. 1.
Wenn der Motorbetriebszustand am Schnitt 107 als innerhalb des eingestellten Bypassbetriebsbereichs ermittelt wird, schreitet die Routine zum Schritt 108 voran, wo das Bypassventil 4 geöffnet oder zum Öffnen geschaltet wird. Insbesondere wird am Schritt 107 ein Befehlssignal zum Öffnen des Ventils von der ECU 18 zum Betätigungsglied des Bypassventils 4 gesendet, und das Betätigungsglied öffnet das Bypassventil 4. Wenn der Motorbetriebszustand am Schnitt 107 als außerhalb des eingestellten Bypassbetriebsbereichs ermittelt wird, schreitet die Routine zum Schritt 109 voran, wo das Bypassventil 4 geschlossen oder zum Schließen geschaltet wird. Die Einrichtung der Schritte 108 und 109 bildet die Bypasssteuereinrichtung 9 aus Fig. 1. Dann schreitet die Routine zum Schritt 110 voran und kehrt zu einer anderen Routine zurück.
Fig. 2B zeigt die Routine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der zweiten Ausführungsforin wird die den Bypassbetriebsbereich definierende Linie schrittweise verändert, während die den Bypassbetriebsbereich definierende Linie in der ersten Ausführungsform zwischen zwei Positionen geschaltet wird. Die Punkte an denen die zweite Ausführungsform von der ersten Ausführungsform abweicht, sind die Schritte 104, 105 und 106 aus Fig. 2A in der ersten Ausführungsform, die durch die Schritte 111 und 112 gemäß Fig. 2B in der zweiten Ausführungsform ersetzt sind, und daß die Grafik 3A der ersten Ausführungsform durch die Grafik 3B der zweiten Ausführungsform ersetzt ist und die Grafik 3C hinzugefügt ist. Da die anderen Punkte mit denjenigen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, wird die Beschreibung gleicher Elemente weggelassen durch Bezeichnen gleicher Elemente mit gleichen Bezugszeichen und nachfolgend werden nur unterschiedliche Punkte erklärt.
Gemäß der zweiten Ausführungsform, wie in Fig. 2B gezeigt, schreitet die Routine zum Schritt 111 voran, nachdem die Alkoholkonzentration CAL am Schritt 103 gelesen wurde. Am Schritt 111 wird ein Anpassungsfaktor "alpha" zum Anpassen der Bypassventilöffnungsermittlungsbedingung aus der Grafik des Anpassungsfaktor über der Alkoholkonzentration nach Fig. 3C ermittelt. Der Anpassungsfaktor "alpha" ist gleich Null, wenn die Alkoholkonzentration CAL gleich ist einer Grundkonzentration C&sub0;, der Faktor "alpha" ist negativ, wenn CAL größer ist als C&sub0; und der Faktor "alpha" ist positiv, wenn CAL kleiner ist als C&sub0;. Dann schreitet die Routine zu einem Schritt 112 voran, an dem die Bypassventilöffnungsermittlungsbedingung entsprechend der Alkoholkonzentration C&sub0; modifiziert wird durch Hinzufügen des Anpassungsfaktors "alpha". In diesem Fall wird, wenn "alpha" positiv ist, die die Bypassventilöffnung bestimmend Linie in Fig. 3B nach rechts bewegt, und wenn "alpha" negativ ist , die die Bypassventilöffnung bestimmende Linie nach links in Fig. 3B. Insbesondere ist, wenn die Alkoholkonzentration hoch ist, der Faktor "alpha" negativ, und die die Bypassventilöffnung bestimmende Linie wird nach links bewegt in Fig. 3B, und, wenn die Alkoholkonzentration niedrig ist, wird die die Bypassventilöffnung bestimmende Linie in Fig. 3B nach rechts bewegt. In diesem Fall bewegt sich die Linie sanft entsprechend der Alkoholkonzentration. Dann schreitet die Routine zum Schritt 107 voran. Vom Schritt 107 zum Schritt 110 wird die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform beschriebene Steuerung ausgeführt werden.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Benzin-Alkohol-Gemisch-Kraftstoff 11 aus dem Kraftstofftank 10 wird durch das Kraftstoffeinspritzventil 19 eingespritzt, um verbrannt zu werden, wobei der Einspritzzeitpunkt und die Menge von der ECU 18 ermittelt wird, welche die Motorbetriebsbedingungen und die Alkoholkonzentration berücksichtigt. Das Abgas aus dem Motor wird durch die Abgasleitung 16 und den Mager-NOx-Katalysator 2 oder die Bypassleitung 3 in die Atmosphäre ausgebracht und auch durch den Dreiwegekatalysator 17, in dem Fall, wenn ein Dreiwegekatalysator 17 vorgesehen ist.
Ob das Abgas durch den Mager-NOx-Katalysator 2 oder durch die Bypassleitung 3 strömt, wird vom Bypassventil 4 gesteuert, wobei das Schalten des Bypassventils 4 von der ECU 18 gesteuert wird, welche die Motorbetriebsbedingungen EINE und PM und die Alkoholkonzentration CAL berücksichtigt.
Insbesondere dann, wenn die Alkoholkonzentration CAL größer ist als die vorbestimmte Konzentration C&sub0;, wird der Bypassbetriebsbereich, bei dem das Abgas zum Strömen durch die Bypassleitung 3 veranlaßt wird, vergrößert zu niedrigen Motordrehzahlen und niedrigen Motorlasten hin, wie in Fig. 3B gezeigt, so daß das Bypassventil 4 für alle Betriebsbedingungen oberhalb niedriger Motordrehzahlen und niedriger Motorlasten öffnet. Da die im Abgas erzeugte NOx-Menge klein ist, wenn die Alkoholkonzentration hoch ist, ergibt sich kein Problem aus dem Gesichtspunkt der NOx Regelung, sogar obwohl das Abgas nicht zum Strömen durch den Mager-NOx-Katalysator 2 veranlaßt wird. Wenn die Bypassöffnungsermittlungsbedingung die durchbrochene Linie aus Fig. 3A einschließen würde, und ein Kraftstoff von hoher Alkoholkonzentration zum Strömen durch den Mager-NOx- Katalysator veranlaßt werden würde, würde der Mager-NOx- Katalysator in einer relativ kurzen Zeitdauer am Bereich zwischen der durchgezogenen Linie und der durchbrochenen Linie gemäß Fig. 3A zur Unbrauchbarkeit verschlechtert werden. Da jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung die Bypassöffnungsermittlungsbedingungslinie im Fall eines Kraftstoffs mit hoher Alkoholkonzentration an der durchgezogenen Linie in Fig. 3A eingestellt ist, ist die Verschlechterung des Mager-NOx-Katalysator zur Unbrauchbarkeit am Bereich zwischen der durchgezogenen Linie und der durchbrochenen Linie verhindert.
Andererseits ist, wenn die Alkoholkonzentration CAL niedriger ist als der voreingestellte Wert C&sub0;, der Bypassbetriebsbereich zu hohen Motordrehzahlen und hohen Motorlasten hin geschrumpft, so daß das Bypassventil 4 nur bei hohen Motordrehzahlen und hohen Motorlasten geöffnet ist. Daher wird, da die Gesamtmenge an Abgas bei niedrigen bis mittleren Motordrehzahlen und niedrigen bis mittleren Motorlasten zum Strömen durch den Mager-NOx- Katalysator 2 verbracht wird, der Mager-NOx-Katalysator 2 über einen weiten Motorbetriebsbereich einschließlich des Bereichs zwischen der durchgezogenen und der durchbrochenen Linie in Fig. 3A verwendet und effektiv eingesetzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden folgende Vorteile erzielt. Wenn die Alkoholkonzentration niedrig ist, ist der Bypassbetriebsbereich auf hohe Motordrehzahlen und hohe Motorlasten hin geschrumpft, so daß der Mager-NOx- Katalysator an seinem Maximum mit hohem NOx- Reduktionsgrad verwendet wird. Im Gegensatz hierzu, wenn die Alkoholkonzentration hoch ist, wird der Bypassbetriebsbereich zu niedrigen Motordrehzahlen und niedrigen Motorlasten hin vergrößert, so daß das unnötige Einführen des Abgases in den Mager-NOx-Katalysator verhindert wird, um eine unnötige Verschlechterung des Katalysator zu vermeiden. Infolgedessen sind sowohl eine maximale Ausnutzung des Mager-NOx-Katalysators als auch die Verhinderung des Güteabfalls des Mager-NOx- Katalysators erreicht.
Ein Abgasreinigungssystem für eine ein Benzin-Alkohol- Gemisch als Brennstoff verwendende Brennkraftmaschine weist einen Mager-NOx-Katalysator 2 zur Verringerung von Stickstoffoxiden unter einer oxidierenden Gasarbeitsbedingung und in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen auf. Eine Bypassleitung 3 ist mit einem Bypassventil 4 versehen, um den Mager-NOx-Katalysator 2 zu umgehen. Das Öffnen des Bypassventils 4, damit das Abgas durch die Bypassleitung 3 strömt, wird in Abhängigkeit von der Alkoholkonzentration des Brennstoffs gesteuert. Wenn die Alkoholkonzentration (CAL) niedrig ist, ist der Bypassventilöffnungsbereich auf eine hohe Motordrehzahl und einen hohen Motorlastbereich begrenzt, damit das Abgas bei niedrigen und mittleren Motordrehzahlen sowie niedrigen und mittleren Motorlasten durch den Mager-NOx-Katalysator 2 strömt und der Katalysator 2 an einem Maximum verwendet ist. Andererseits wird der Bypassventilöffnungsbereich derart festgesetzt, daß er eine mittlere bis hohe Motordrehzahl und einen mittleren bis hohen Motorlastbereich enthält, wenn die Alkoholkonzentration (CAL) hoch ist, damit das Abgas bei mittleren Motordrehzahlen und mittleren Motorlasten durch die Bypassleitung 3 strömt und die Verschlechterung zur Unbrauchbarkeit des Mager-NOx- Katalysators 2 verhindert ist.

Claims

1. Abgasreinigungssystem für eine als Brennstoff ein Benzin-Alkohol-Gemisch verwendende Brennkraftmaschine, die bei verschiedenen Mischungsverhältnissen des Alkohols zum Benzin betreibbar ist, gekennzeichnet durch einen in der Abgasleitung des Motors (1) angeordneten Katalysator (2) der aus Zeolith mit wenigstens einer Art eines aus den Übergangsmetallen ausgewählten Metalls und Edelmetallen gebildet ist, um in dem Abgas des Motors (1) enthaltene Stickstoffoxide unter einer oxidierenden Gasarbeitsbedingung und in der Gegenwart von Kohlenwasserstoffen zu reduzieren;

einer mit der Abgasleitung verbundenen Bypassleitung (3), um den Katalysator (2) zu umgehen;

ein zum Schalten der Strömung des Abgases zwischen dem Katalysator (2) und der Bypassleitung (3) ausgebildetes Bypassventil (4);

eine Motorbetriebszustandserfassungseinrichtung (5) zum Erfassen verschiedener Betriebszustände des Motors (1);

eine Alkoholkonzentrationserfassungseinrichtung (6) zum Erfassen der Alkoholkonzentration eines im Motor (1) eingesetzten Brennstoffs;

eine Bypassbetriebsbereichseinstelleinrichtung (7) zum variablen Einstellen eines Bypassbetriebsbereichs, an dem das Abgas in Abhängigkeit von der von der Alkoholkonzentrationserfassungseinrichtung (6) erfaßten Alkoholkonzentration zum Umgehen des Katalysators (2) veranlaßt ist;

einer Ermittlungseinrichtung (8) zur Ermittlung ob oder ob nicht der erfaßte Motorbetriebszustand innerhalb des eingestellten Bypassbetriebsbereichs ist; und

einer Bypassteuereinrichtung (9) zum Schalten des Bypassventils (4) zwischen einem das Abgas durch die Bypassleitung (3) Strömenlassen, wenn der Motorbetriebszustand als innerhalb des eingestellten Bypassbetriebsbereichs ermittelt ist, und einem das Abgas durch den Katalysator (2) Strömenlassen, wenn der Motorbetriebszustand als außerhalb des eingestellten Bypassbetriebsbereichs ermittelt ist.

2. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorbetriebszustandserfassungseinrichtung (5) einen Motorgeschwindigkeitserfassungssensor (13) und einen Motorlasterfassungssensor (14) aufweist.

3. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Motorsteuerungscomputer (18), der elektrisch verbunden ist mit dem Bypassventil (4), der Alkoholkonzentrationserfassungseinrichtung (6) und der Motorbetriebszustandserfassungseinrictung (5), wobei der Motorsteuerungscomputer (18) ein Programm speichert, das die Bypassbetriebsbereichseinstelleinrichtung (7), die Ermittlungseinrichtung (8) und die Bypassteuereinrichtung (9) aufweist.

4. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassbetriebsbereichseinstelleinrichtung (7) eine erste Einrichtung (104) zur Ermittlung, ob oder ob nicht die Alkoholkonzentration (CAL) höher ist als die vorbestimmte Alkoholkonzentration (C&sub0;) und eine zweite Einrichtung (105, 106) zum Einstellen des Bypassbetriebsbereichs bei hohen Motorgeschwindigkeiten und hohen Motorlasten aufweist, wenn die Alkoholkonzentration als höher als die vorbestimmte Alkoholkonzentration ermittelt ist, und zum Einstellen des Bypassbetriebsbereichs bei mittleren bis hohen Motorgeschwindigkeiten und mittleren bis hohen Motorlasten, wenn die Alkoholkonzentration als niedriger als die vorbestimmte Alkoholkonzentration ermittelt ist.

5. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassbetriebsbereichseinstelleinrichtung (7) ausgebildet ist zum selektiven Einstellen des Bypassbetriebsbereichs als einen aus einem ersten auf hohe Motorgeschwindigkeiten und hohe Motorlasten begrenzten Bereich und einem zweiten Bereich, der mittlere bis hohe Motorgeschwindigkeiten und mittlere bis hohe Motorlasten beinhaltet.

6. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassbetriebsbereichseinstelleinrichtung (7) ausgebildet ist zum sanften Wechseln des Bypassbetriebsbereichs zwischen einem auf hohe Motorgeschwindigkeiten und hohe Motorlasten begrenzten ersten Bereich und einem zweiten Bereich, der mittlere bis hohe Motorgeschwindigkeiten und mittlere bis hohe Motorlasten beinhaltet.

7. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Drei-Wege-Katalysator (17) der stromabwärts des NOx reduzierenden Zeolithkatalysators (2) und stromabwärts der Bypassleitung (3) angeordnet ist.

8. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Benzin-Alkohol-Gemisch Methylalkohol aufweist.