DE69218777T2

DE69218777T2 - Abgasreinigungsanlage für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE69218777T2
Application number: DE69218777T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Araki; Shinya Hirota; Shinichi Takeshima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1991-10-14
Filing date: 1992-10-13
Publication date: 1997-08-14
Anticipated expiration: 2012-10-14
Also published as: EP0597106B1; EP0597106A1; US5471836A; EP0597106A4; JP2586738B2; WO1993008383A1; DE69218777D1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bei einem Dieselmotor, bei dem ein Motorauspuffkanal von einem Paar Abgaszweigkanälen für die Aufbereitung von NOx abzweigt, ist ein Schaltventil an dem abgezweigten Abschnitt dieser Abgaszweigkanäle angeordnet, um durch eine Schaltfunktion des Schaltventils wahlweise das Auspuffgas zu einem der Abgaszweigkanäle zu leiten, und einkatalysator, der das NOx oxidieren und absorbieren kann, ist in jedem der Abgaszweigkanäle angeordnet und ist gut bekannt (siehe die japanische ungeprüfte Patentoffenlegungsschrift Nr. 62-106826). Bei diesem Dieselmotor wird das in einen Abgaszweigkanal eingeführte NOx im Auspuffgas durch den in diesem Abgaszweigkanal angeordneten Katalysator oxidiert und absorbiert. Währenddessen wird das Einströmen von Auspuffgas in den anderen Abgaszweigkanal angehalten und gleichzeitig wird ein gasförmiges Reduziermittel in diesen Abgaszweigkanal gefördert. Das in dem Katalysator, der in diesem Abgaszweigkanal angeordnet ist, angesammelte NOx wird durch dieses Reduziermittel reduziert. Folglich wird das Einführen von Auspuffgas in den Abgaszweigkanal, in den das Auspuffgas vorher eingeführt wurde, nach kurzer Zeit durch die Schaltfunktion des Schaltventils angehalten, und das Einführen von Auspuffgas in den Abgaszweigkanal, bei dem das Einführen von Auspuffgas vorher angehalten wurde, wird wieder begonnen.
Wenn jedoch die Temperatur des Katalysators niedrig wird, kann die Oxidation und Absorption des NOx nicht länger ausgeführt werden. Deshalb wird bei diesem Dieselmotgr das NOx nicht oxidiert und absorbiert, wenn die Temperatur des Auspuffgases niedrig wird und deshalb die Temperatur des Katalysators niedrig ist, und deshalb gibt es das Problem, daß NOx in die Umgebung ausgestoßen wird.
Aus der JP-3135417 ist eine NOx-Absorbiereinrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, die das NOx absorbiert, wenn ein Luft-Kraftstoffgemisch eines einströmenden Auspuffgases mager ist, und ein absorbiertes NOx freigibt, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Auspuffgas abgesenkt wird. Diese NOx-Absorbiereinrichtung ist in einem Auspuffkanal der Brennkraftmaschine angeordnet. Wenn das in die NOx-Absorbiereinrichtung strömende Auspuffgas mager ist, wird das in der NOx-Absorbiereinrichtung absorbierte NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung freigegeben, wenn die Sauerstoffkonzentration des in die NOx-Absorbiereinrichtung einströmenden Auspuffgases abgesenkt wird.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist die Schaffung einer Abgasreinigungsanlage, die wirksam NOx absorbieren kann, selbst wenn die Temperatur des Auspuffgases niedrig ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 erfüllt.
Erfindungsgemäß wird eine Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine geschaffen, wobei eine NOx- Absorbiereinrichtung in einem Motorauspuffkanal angeordnet ist, die das NOx absorbiert, wenn ein Luft-Kraftstoffgemisch eines einströmenden Auspuffgases mager ist, während sie das absorbierte NOx freigibt, wenn die Sauerstoffkonzentration des einströmenden Auspuffgases abgesenkt wird, wobei ein NOx- Oxidationsmittel, das NOx oxidieren kann, in dem Motorauspuffkanal stromaufwärtig von der NOx- Absorbiereinrichtung angeordnet ist, und wobei das NOx in der
NOx-Absorbiereinrichtung wird wenn das in die NOx-Absorbiereinrichtung einströmende Auspuffgas mager ist, und von der NOx-Absorbiereinrichtung freigegeben wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem in die NOx- Absorbiereinrichtung einströmenden Auspuffgas abgesenkt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Gesamtansicht einer Brennkraftmaschine; Fig. 2 zeigt ein Diagramm eines Kennfelds einer Grundzeit für die Kraftstoffeinspritzung; Fig. 3 zeigt ein Diagramm einer Änderung eines Korrekturkoeffizienten K; Fig. 4 zeigt eine Kurve, die schematisch die Konzentration der unverbrannten HC und CO in dem Auspuffgas und dem vom Motor ausgestoßenen Sauerstoff zeigt; Fig. 5 zeigt ein Diagramm für die Erläuterung eines Betriebs der Absorption und Freigabe von NOx ; Fig. 6 zeigt ein Diagramm einer Absorptionsrate von NOx; Fig. 7 zeigt ein Diagramm einer Regelung des Luft- Kraftstoffgemisches; Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Unterbrechungsprogramms; Fig. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm für die Berechnung einer Kraftstoffeinspritzzeit TAU; Fig. 10 zeigt eine Gesamtansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine; Fig. 11 zeigt noch eine Gesamtansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine; Fig. 12 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Durchführen des NOx Freigabeverfahrens.

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen Benz inmotor.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Motorblock; Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Kolben; Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Brennkammer; Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Zündkerze; Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Einlaßventil; Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Ansauganschluß; Bezugszeichen 7 bezeichnet ein Auslaßventil; und Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Auslaßanschluß. Der Ansauganschluß 6 ist über eine entsprechende Zweigleitung 9 mit einem Windkessel 10 verbunden und eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 11 spritzt Kraftstoff in das Innere des Ansauganschlusses 6 und ist an jeder Zweigleitung 9 angebracht. Der Windkessel 10 ist über ein Ansaugrohr 12 und einen Luftmengenmesser 13 mit einer Luftreinigungseinrichtung 14 verbunden, und eine Drosselklappe 15 ist in dem Ansaugrohr 12 angeordnet. Andererseits ist der Auslaßanschluß 8 über einen Auspuffkrümmer 16 und eine Auspuffleitung 17 mit einem Gehäuse 20 verbunden, das ein NOx-Oxidationsmittel 18 und eine NOx-Absorbiereinrichtung 19 darin einschließt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist das NOx-Oxidationsmittel 18 direkt stromaufwärtig von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 in demselben Gehäuse 20 vorgesehen.
Eine elektronische Regeleinheit 30 weist einen digitalen Computer auf und ist mit einem ROM (nur-lese-Speicher) 32, einem RAM (flüchtiger Zugriffspeicher) 33, einer CPU (Mikroverarbeitungseinheit) 34, einem Eingabeanschluß 35 und einem Ausgabeanschluß 36 versehen, die durch einen Zwei-Wege- Bus 31 verbunden sind. Der Luftmengenmesser 13 erzeugt eine zu der angesaugten Luftmenge proportionale Ausgangsspannung und diese Ausgangsspannung geht über einen AD Umwandler 37 in den Eingangsanschluß 35 ein. Ein Motordrehzahlsensor 21, der einen die Motordrehzahl ausdrückenden Ausgangsimpuis erzeugt, ist mit dem Eingabeanschluß 35 verbunden. Andererseits ist der Ausgabeanschluß 36 über die entsprechenden Treiberschaltkreise 38 und 39 jeweils mit der Zündkerze 4 und der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 11 verbunden.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Brennkraftmaschine wird die Kraftstoffeinspritzzeit TAU beispielsweise auf der Grundlage der folgenden Gleichung berechnet.
TAU = TP K
wobei TP eine Grundzeit für die Kraftstoffeinspritzung und K ein Korrekturkoeffizient ist. Die Grundzeit TP für die Kraftstoffeinspritzung zeigt die erforderliche Kraftstoffeinspritzzeit, um ein in den Motorzylinder gefördertes Luft-Kraftstoffgemisch auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis zu bringen. Diese Grundzeit TP für die Kraftstoffeinspritzung wird vorher durch Versuche herausgefunden und wird vorher in der Form eines Kennfelds als die Funktion einer Motorlast Q/N (Ansaugluftmenge Q / Motordrehzahl N) und der Motordrehzahl N im ROM 32 gespeichert, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Der Korrekturkoeffizient K ist ein Koeffizient zur Regelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches, und wenn K = 1,0, wird das in den Motorzylinder geförderte Luft-Kraftstoffgemisch das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis. Wenn im Gegensatz dazu K kleiner als 1,0 wird, wird das Luft- Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches größer als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis, d.h. es wird mager, und wenn K größer als 1,0 wird, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches kleiner als das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis, d.h. es wird fett.
Dieser Korrekturkoeffizient K wird gemäß dem Betriebszustand des Motors geregelt. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Regelung dieses Korrekturkoeffizienten K. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel wird während einer Warmlaufphase der Korrekturkoeffizient K allmählich abgesenkt, wenn die Kühlwassertemperatur des Motors höher wird. Wenn die Warmlaufphase abgeschlossen ist, wird der Korrekturkoeffizient K bei einem konstanten Wert kleiner als 1,0 gehalten, d.h. das Luft-Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches wird mager gehalten. Wenn ein Beschleunigungsbetrieb ausgeführt wird, wird folglich der Korrekturkoeffizient K beispielsweise auf 1,0 gebracht, d.h. das Luft-Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches wird auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis gebracht. Wenn ein Vollastbetrieb ausgeführt wird, wird der Korrekturkoeffizient K größer als 1,0 eingestellt. Es wird nämlich das Luft-Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches fett eingestellt. Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, wird bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel außer für die Zeit der Warmlaufphase, die Zeit des Beschleunigungsbetriebs und die Zeit des Vollastbetriebs das Luft-Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches bei einem konstanten mageren Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten, und demgemäß wird das magere Luft-Kraftstoffgemisch bei einer Mehrzahl der Motorbetriebsbereiche verbrannt.
Fig. 4 zeigt schematisch die Konzentration der repräsentativen Bestandteile in dem von der Brennkammer 3 ausgestoßenen Auspuffgas. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, erhöht sich die Konzentration der unverbrannten HC und CO in dem von der Brennkammer 3 ausgestoßenen Auspuffgas, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die Brennkammer 3 geförderten Luft-Kraftstoffgemisches fetter wird, und es erhöht sich die Konzentration des Sauerstoffs O&sub2; in dem von der Brennkammer 3 ausgestoßenen Auspuffgas, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des in die Brennkammer 3 geförderten Luft-Kraft stoffgemisches magerer wird.
Bei der in dem Gehäuse 20 enthaltenen NOx Absorbiereinrichtung 19 wird beispielsweise Aluminium als ein Träger verwendet. Auf diesem Träger wird zumindest eine Substanz getragen, die von den Alkalimetallen ausgewählt wird, beispielsweise Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Zäsium Cs; von den Alkalierdmetallen, beispielsweise Barium Ba und Kalzium Ca; und von den seltenen Erdmetallen, beispielsweise Lanthan La und Yttrium Y und von den Edelmetallen wie Platin Pt. Unter Bezugnahme auf das Verhältnis zwischen der Luft und dem Kraftstoff (Kohlenwasserstoffe), die in den Ansaugkanal des Motors und den Auspuffkanal stromaufwärtig der NOx-Absorbiereinrichtung 19 als das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die NOx- Absorbiereinrichtung 19 einströmenden Auspuffgases gefördert werden, führt diese NOx-Absorbiereinrichtung 19 die Absorption und den Freigabebetrieb des NOx durch Absorption des NOx aus, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases mager ist, während absorbierte NOx freigegeben wird, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Auspuffgas abfällt. Es soll beachtet werden, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases mit dem Luft-Kraftstoffverhältnis des in die Brennkammer 3 geförderten Luft-Kraftstoffgemischs übereinstimmt, wo der Kraftstoff (Kohlenwasserstoffe) oder die Luft nicht in den Auspuffkanal stromaufwärtig der NOx- Absorbiereinrichtung 19 gefördert werden, und demgemäß absorbiert die NOx-Absorbiereinrichtung dabei das NOx, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die Brennkammer 3 geförderten Luft-Kraftstoffgemischs mager ist, und gibt das absorbierte NOx frei, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem in die Brennkammer 3 geförderten Luft-Kraftstoffgemisch abgesenkt wird.
Wenn die vorstehend erwähnte NOx-Absorbiereinrichtung 19 in dem Auspuffkanal des Motors angeordnet ist, führt diese NOx- Absorbiereinrichtung 19 tatsächlich den Absorbier- und Freigabebetrieb von NOx aus, aber es gibt Bereiche des genauen Mechanismusses dieses Absorbier- und Freigabebetriebs, die nicht frei sind. Jedoch kann in Betracht gezogen werden, daß dieser Absorbier- und Freigabebetrieb durch den in Fig. 5 gezeigten Mechanismus durchgeführt wird. Dieser Mechanismus wird durch Verwenden eines Beispiels erläutert, wobei Platin Pt und Barium Ba auf einem Träger getragen werden, aber es wird ein ähnlicher Mechanismus erhalten, selbst wenn ein anderes Edelmetall, Alkalimetall, Alkalierdmetall oder seltenes Erdmetall verwendet wird.
Die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Auspuffgas steigt nämlich erheblich an, wenn das einströmende Auspuffgas beträchtlich mager wird. Wie in der Fig. 5(A) gezeigt ist, ist der Sauerstoff O2 in der Form von O2 auf der Oberfläche des Platins Pt abgelagert. Andererseits reagiert das NO in dem einströmenden Auspuffgas mit dem 02 auf der Oberfläche des Platins Pt und wird NO&sub2; (2NO + O&sub2; T 2NO&sub2;). Folglich wird ein Teil des erzeugten NO&sub2; auf dem Platin Pt oxidiert und in der Absorbiereinrichtung absorbiert. Während es an dem Bariumoxid BaO anhaftet, wird es in der Absorbiereinrichtung in der Form von Salpetersäureionen NO&sub3; diffundiert, wie in Fig. 5(A) gezeigt ist. Auf diese Weise wird NOx in der NOx- Absorbiereinrichtung 19 absorbiert.
So lange wie die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Auspuffgas hoch ist, wird das NOx auf der Oberfläche des Platins Pt erzeugt, und so lange wie die Fähigkeit zu der Absorption von NOx der Absorbiereinrichtung nicht gesättigt ist, wird das NOx in der Absorbiereinrichtung absorbiert und Salpetersäureionen NO&sub3; werden erzeugt. Im Gegensatz dazu schreitet die Reaktion in einer umgekehrten Richtung (NO&sub3; T NO&sub2;) fort; wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Auspuffgas absinkt und die Erzeugung von NO&sub2; absinkt, und somit werden Salpetersäureionen NO&sub3; in der Absorbiereinrichtung in der Form von NO&sub2; von der Absorbiereinrichtung freigegeben. Wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Auspuffgas absinkt, wird nämlich das NOx von der NOx Absorbiereinrichtung 19 freigegeben Wenn, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die Abmagerung des einströmenden Auspuffgas niedrig wird, sinkt die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Auspuffgas, und wenn demgemäß die Abmagerung des einströmenden Auspuffgases sinkt, wird das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 freigegeben, selbst wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases mager ist.
Wenn andererseits zu diesem Zeitpunkt das Luft- Kraftstoffverhältnis des in die Brennkammer 3 geförderten Luft-Kraftstoffgemisches fett eingestellt ist und das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases fett wird, wie in der Fig. 4 gezeigt ist, wird eine große Menge an unverbrannten HC und CO von dem Motor ausgestoßen, und diese unverbrannten HC und CO reagieren mit dem Sauerstoff 02 auf dem Platin Pt und werden oxidiert. Wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases fett wird, ist auch die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Auspuffgas erheblich abgesenkt, und deshalb wird das NO&sub2; von der Absorbiereinrichtung freigegeben Dieses NO2 reagiert mit den unverbrannten HC und CO und wird reduziert, wie in Fig. 5(B) gezeigt ist. Auf diese Weise wird das NO2 erfolgreich von der Absorbiereinrichtung freigegeben, wenn das NO2 nicht länger auf der Oberfläche des Platins Pt vorhanden ist. Wenn demgemäß das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases fett eingestellt ist, wird das NOx in einer kurzen Zeit von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 freigegeben.
Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases fett eingestellt ist, reagieren nämlich zuerst die unverbrannten HC und das CO sofort mit dem O&sub2; auf dem Platin Ptund werden oxidiert, und wenn folglich nach dem Verbrauchen des O&sub2; auf dem Platin Pt noch unverbrannte HC und CO verbleiben, wird das von der Absorbiereinrichtung freigegebene NOx und das von dem Motor freigegebene NOx durch diese unverbrannten HC und CO reduziert. Wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases fett eingestellt ist, wird demgemäß das in der NOx- Absorbiereinrichtung 19 absorbierte NOx in einer kurzen Zeit freigegeben und zusätzlich wird dieses freigegebene NOx reduziert, und deshalb kann der Ausstoß von NOx in die Umgebung unterbunden werden. Da die NOx-Absorbiereinrichtung 19 die Funktion eines Reduktionskatalysators hat, kann auch das von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 freigegebene NOx reduziert werden, selbst wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases auf das stöchiometrische Luft- Kraftstoffverhältnis eingestellt ist. Wo das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt ist, wird jedoch das NOx nur allmählich von der NOx- Absorbiereinrichtung 19 freigegeben, und deshalb ist eine etwas lange Zeit für das Freigeben des ganzen NOx erforderlich, das in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbiert ist.
Wenn die Abmagerung des einströmenden Auspuffgases sinkt, wie vorstehend erwähnt ist, wird das NOx von der NOx- Absorbiereinrichtung 19 freigegeben, selbst wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases mager ist. Demgemäß ist es beim Freigeben des NOx von der NOx- Absorbiereinrichtung 19 befriedigend, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Auspuffgas abgesenkt ist. Es sollte beachtet werden, daß das NOx nicht in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 reduziert wird, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases mager ist, selbst wenn das NOx von der NOx- Absorbiereinrichtung 19 freigegeben wird, und demgemäß ist es dabei erforderlich, einen Katalysator vorzusehen, der das NOx stromabwärtig von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 reduzieren kann oder ein reduzierendes Mittel stromabwärtig von der NOx- Absorbiereinrichtung 19 zuzuführen. Natürlich ist es auch möglich, das NOx auf diese Weise stromabwärtig von der NOx- Absorbiereinrichtung zu reduzieren, aber es ist sehr vorzuziehen, daß das NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 reduziert wird. Wenn demgemäß das NOx bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel von der NOx- Absorbiereinrichtung 19 freigegeben werden soll, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis oder fett eingestellt, wodurch das von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 freigegebene NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 reduziert wird.
Fig. 6 zeigt die Absorptionsrate R des in der NOx- Absorbiereinrichtung 19 absorbierten NOx, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases mager ist. Es soll beachtet werden, daß die Abszisse T die Temperatur der NOx-Absorbiereinrichtung 19 zeigt. Tatsächlich wird die Temperatur T der NOx-Absorbiereinrichtung 19 fast gleich der Temperatur des in die NOx-Absorbiereinrichtung 19 einströmenden Auspuffgases. Wie aus der gestrichelten Linie der Fig. 6 ersichtlich ist, schwächt sich die Oxidationsfunktion des NOx (2NO +O2 T 2NO2) ab, wenn die Temperatur der NOx-Absorbiereinrichtung 19 niedriger als ungefähr 200ºC wird, und deshalb sinkt die NOx Absorptionsrate R. Wenn andererseits die Temperatur T der NOx-Absorbiereinrichtung 19 höher als ungefähr 500ºC wird, wird das in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbierte NOx zersetzt und natürlich von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 freigegeben, und deshalb sinkt die NOx Absorptionsrate. Demgemäß wird das NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 gut absorbiert, wenn die Temperatur T der NOx- Absorbiereinrichtung 19 innerhalb dem vorgegebenen Temperaturbereich (ungefähr 200ºC < T < ungefähr 500ºC) ist.
Tatsächlich wird jedoch natürlich direkt nach dem Anlassen des Motors und auch nach der Vollendung der Warmlaufphase die Temperatur des Auspuffgases beträchtlich niedrig, wenn die Motorlast klein wird, und folglich wird auch die NOx- Absorbiereinrichtung 19 beträchtlich niedriger als 200ºC. Wenn auf diese Weise die Temperatur der NOx- Absorbiere inrichtung 19 beträchtlich niedriger als 200ºC wird, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 6 gezeigt ist, absorbiert die NOx-Absorbiereinrichtung 19 nicht länger das NOx, so daß das NOx ausgestoßen wird.
Der Grund, warum die NOx-Absorbiereinrichtung 19 nicht länger das NOx absorbiert, wenn die Temperatur der NOx Absorbiereinrichtung niedriger als 200ºC wird, ist, daß das NO&sub3; nicht länger in die Absorbiereinrichtung diffundiert und so die Oxidationswirkung (2NO + O&sub2; T 2NO&sub2;) durch das Platin Pt abgeschwächt wird, wie vorstehend erwähnt ist. Anders ausgedrückt diffundiert das NOx in die Absorbiereinrichtung in der Form von NO&sub3;, wenn das NOx oxidiert, selbst wenn die Temperatur der NOx-Absorbiereinrichtung 19 niedriger als 200ºC wird, und deshalb ist es ausreichend, die Oxidationsfunktion (2NO + O&sub2; T 2NO&sub2;) des NOx zu fördern, um sicherzustellen, daß das NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbiert wird, wenn die Temperatur der NOx- Absorbiereinrichtung 19 niedriger als 200ºC wird. Bisher ist bei dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das NOx-Oxidationsmittel 18 stromaufwartig von der NOx- Absorbiereinrichtung vorgesehen.
Das NOx-Oxidationsmittel 18 weist einen Katalysator auf, der zumindest aus einer Zusammensetzung besteht, die aus Platin Pt, Palladium Pd, Zerdioxid CeO&sub2;, Lanthan-Kobalt-Perowskit LaCoO&sub3; oder Vanadiumpentaoxid V&sub2;O&sub5; ausgewählt ist. Das NOx- Oxidationsmittel 18 kann NOx innerhalb einem Temperaturbereich des NOx-Oxidationsmittels 18 von 100ºC bis 250ºC oxidieren. Deshalb gibt es eine NOx Oxidationswirkung (2NO + O&sub2; T 2NO&sub2;) durch das NOx-Oxidationsmittel 18, wenn das NOx-Oxidationsmittel 18 stromaufwärtig von der NOx Absorbiereinrichtung 19 angeordnet ist, selbst wenn die Temperatur des Auspuffgases niedriger wird und die Temperatur der NOx-Absorbiereinrichtung 19 unter 200ºC fällt, so daß das NOx durch die NOx-Absorbiereinrichtung 19 gut absorbiert wird. Demgemäß erweitert sich der Temperaturbereich, wobei das NOx durch die NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbiert werden kann, auf ungefähr 100ºC < T < ungefähr 500ºC, und deshalb wird es für das NOx möglich, durch die NOx- Absorbiereinrichtung 19 im ganzen Betriebsbereich des Motors absorbiert zu werden, außer direkt nach dem Anlassen des Motors.
Es soll beachtet werden, daß das durch das NOx- Oxidationsmittel 18 oxidierte NO&sub2; in einer relativ kurzen Zeit zu NOx zurückkehrt, wenn es so wie es ist gelassen wird. Deshalb ist das NOx-Oxidationsmittel 18 nahe der NOx- Absorbiereinrichtung 19 angeordnet, um sicherzustellen, daß das NO2 in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbiert wird bevor das NO2 zu NOx zurückkehrt.
Wie bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel in Fig. 3 gezeigt ist, wird das in die Brennkammer 3 geförderte Luft- Kraftstoffgemisch zum Zeitpunkt der Warmlaufphase und zum Zeitpunkt des Vollastbetriebs fett eingestellt, und zum Zeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs wird das Luft- Kraftstoffgemisch auf das stöchiometrische Luft- Kraftstoffverhältnis eingestellt, aber das magere Luft- Kraftstoffgemisch wird in der Mehrzahl der anderen als diese Betriebsbereiche in der Brennkammer 3 verbrannt. Dabei ist das Luft-Kraftstoffverhältnis des in der Brenrikammer 3 verbrannten Luft-Kraftstoffgemisches höher als ungefähr 18,0. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein mageres Luft-Kraftstoffgemisch mit einem Luft- Kraftstoffverhältnis von ungefähr 20 bis 24 verbrannt. Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis höher als 18,0 wird, kann der Drei-wege-Katalysator nicht ausreichend NOx reduzieren, selbst wenn er bei einem mageren Luft-Kraftstofiverhaltnis eine Reduktionseigenschaft hat, und demgemäß kann der Drei- Wege-Katalysator bei einem derartig mageren Luft- Kraftstoffverhältnis nicht zum Reduzieren von NOx verwendet werden. Es gibt auch einen Cu-Zeolith-Katalysator als ein Katalysator, der das NOx reduzieren kann, selbst wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis höher als 18,0 ist, aber diesem Cu- Zeolith-Katalysator fehlt die Hitzebeständigkeit und deshalb ist dieser Cu-Zeolith-Katalysator in der Praxis nicht empfehlenswert. Demgemäß gibt es letztendlich kein anderes Verfahren zum Aufbereiten von NOx als das Verfahren der Verwendung der NOx-Absorbiereinrichtung 19, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis höher als 18,0 ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird, wie vorstehend erwähnt ist, das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die Brennkammer 3 geförderten Luft-Kraftstoffgemisches zum Zeitpunkt des Vollastbetriebs fett eingestellt und zum Zeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt, und deshalb wird NOx zum Zeitpunkt des Vollastbetriebs und zum Zeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs von der NOx- Absorbiereinrichtung 18 freigegeben. Wenn jedoch die Häufigkeit eines derartigen Vollastbetriebs oder Beschleunigungsbetriebs niedrig ist, wird die Absorptionsfähigkeit des NOx durch die NOx- Absorbiereinrichtung 19 während der Zeitspanne gesättigt, wenn das magere Luft-Kraftstoffgemisch verbrannt wird, und somit wird das NOx nicht länger durch die NOx- Absorbiereinrichtung 19 absorbiert, selbst wenn das NOx nur zum Zeitpunkt des Vollastbetriebs und des Beschleunigungsbetriebs von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 freigegeben wird. Wenn demgemäß das magere Luft- Kraftstoffgemisch bei erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel kontinuierlich verbrannt wird, wie in Fig. 7(A) gezeigt ist, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases regelmäßig fett eingestellt oder das Luft- Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases wird regelmäßig auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt, wie in Fig. 7(B) gezeigt ist. Es soll beachtet werden, daß es dabei auch möglich ist, die Abmagerung regelmäßig abzusenken, wie in Fig. 7(C) gezeigt ist, aber dabei wird das NOx nicht in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 reduziert, und deshalb muß das NOx stromabwärtig von der NOx- Absorbiereinrichtung 19 reduziert werden, wie zuvor erwähnt ist.
Wie in Fig. 7(A) gezeigt ist, ist beim Betrachten des Falls, wobei das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases regelmäßig fett eingestellt wird, eine Zeit t2, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases fett eingestellt wird, viel kürzer als die Zeit t1, während der die Verbrennung des mageren Luft- Kraftstoffgemisches ausgeführt wird. Konkret ausgedrückt wird die Zeit t1, während der die Verbrennung des mageren Luft- Kraftstoffgemisches ausgeführt wird, eine Zeit von 10 ungeraden Minuten bis zu einer Stunde und mehr, während die Zeit t2, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Auspuffgases fett eingestellt wird, weniger als ungefähr 10 Sekunden ist. Anders ausgedrückt wird t2 nämlich 50 Mal oder noch länger als t1. Dies trifft auch bei den in Fig. 7(B) und 7(C) gezeigten Fällen zu.
Der Freigabebetrieb des NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 wird ausgeführt, wenn eine konstante Menge NOx in der NOx- Absorbiereinrichtung 19 absorbiert ist, beispielsweise wenn 50% an NOx der Absorptionsfähigkeit der NOx- Absorbiereinrichtung 19 absorbiert sind. Die Menge des in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbierten NOx ist proportional zu der Menge des von dem Motor ausgestoßenen Auspuffgases und der NOx Konzentration in dem Auspuffgas. Dabei ist die Menge des Auspuffgases zu der Ansaugluf tmenge proportional und die NOx Konzentration in dem Auspuffgas ist proportional zu der Motorlast, und deshalb ist die Menge des in der NOx- Absorbiereinrichtung 19 absorbierten NOx exakt zu der Ansaugluftmenge und der Motorlast proportional. Demgemäß kann die Menge des in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbierten NOx aus dem kumulativen Wert des Produkts aus der Ansaugluftmenge und der Motorlast abgeschätzt werden, aber bei dem erfindungsgemäßen Ausfürungsbeispiel wird es vereinfacht und die Menge des in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbierten NOx wird aus dem kumulativen Wert der Motordrehzahl abgeschätzt.
Als Nächstes wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Absorptions- und Freigaberegelung der NOx- Absorbiereinrichtung 19 unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert.
Fig. 8 zeigt ein Unterbrechungsprogramm, das bei vorgegebenen Zeitabständen ausgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird zuerst beim Schritt 100 beurteilt, ob der Korrekturkoeffizient K unter Bezug auf die Grundzeit TP für die Kraftstoffeinspritzung kleiner als 1, ist oder nicht, d.h. ob das magere Luft-Kraftstoffgemisch verbrannt wurde oder nicht. Wenn K < 1,0 gilt, d.h. wenn das magere Luft-Kraftstoffgemisch verbrannt wurde, geht der Programmablauf zum Schritt 101, wobei das Ergebnis der Addition von ΣNE zur aktuellen Motordrehzahl NE als ΣNE definiert wird. Demgemäß zeigt dieses ΣNE den kumulativen Wert der Motordrehzahl NE an. Nachfolgend wird beim Schritt 102 beurteilt, ob die kumulative Motordrehzahl ΣNE größer als der konstante Wert SNE ist oder nicht. Dieser konstante Wert SNE zeigt eine kumulative Motordrehzahl, von der angenommen wird, daß eine Menge an NOx von beispielsweise 50% der NOx Absorptionsfähigkeit durch die NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbiert ist. Wenn ΣNE ≤ SNE gilt, ist der Verarbeitungszyklus vervollständigt, und wenn ΣNE > SNE gilt, d.h. wenn angenommen wird, daß eine NOx Menge von 50% der Absorptionsfähigkeit der NOx-Absorbiereinrichtung 19 darin absorbiert ist, geht der Programmablauf zum Schritt 103, wobei die NOx Freigabemarke eingerichtet wird. Wenn die NOx Freigabemarke eingerichtet ist, wird das Luft- Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches fett eingestellt, wie später erwähnt wird. Nachfolgend wird beim Schritt 104 der Zählwert C genau um "1" erhöht. Nachfolgend wird beim Schritt 105 beurteilt, ob der Zählwert C größer als ein konstanter Wert C0 wird oder nicht, d.h. ob beispielsweise fünf Sekunden verstrichen sind oder nicht. Wenn C ≤ C0 gilt, ist der Programmablauf vervollständigt, und wenn C größer als C0 wird, geht der Programmablauf zum Schritt 106, wobei die NOx Freigabemarke zurückgesetzt wird. Wenn die NOx Freigabemarke zurückgesetzt ist, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches von fett auf mager geschaltet, wie später erwähnt wird, und somit wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches für 5 Sekunden fett eingestellt. Nachfolgend werden beim Schritt 107 die kumulative Motordrehzahl ΣNE und der Zählwert C auf Null gesetzt.
Wenn andererseits beim Schritt 100 beschlossen wird, daß K ≥ 1,0 gilt, d.h. wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis ist oder es fett ist, geht der Programmablauf zum Schritt 108, wobei beurteilt wird, ob der Zustand von K ≥ 1,0 für eine konstante Zeit fortgesetzt wird oder nicht, beispielsweise für 10 Sekunden. Wenn der Zustand von K ≥ 1,0 nicht für eine vorgegebene Zeit fortgesetzt wird, ist der Verarbeitungszyklus vervollständigt, und wenn der Zustand von K ≥ 1,0 für eine vorgegebene Zeit fortgesetzt wird, geht der Programmablauf zum Schritt 109, wobei die kumulative Motordrehzahl ΣNE auf Null gesetzt wird.
Wenn nämlich die Zeit, während der das in den Motorzylinder geförderte Luft-Kraftstoffgemisch auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis eingestellt ist oder fett ist, für ungefähr 10 Sekunden fortgesetzt wird, kann in Betracht gezogen werden, daß das meiste in der NOx- Absorbiereinrichtung 19 absorbierte NOx freigegeben wurde, und demgemäß wird dabei die kumulative Motordrehzahl ΣNE beim Schritt 109 auf Null gesetzt.
Fig. 9 zeigt ein Berechnungsprogramm fur die Kraftstoffeinspritzzeit TAU. Dieses Programm wird wiederholt ausgeführt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 wird beim Schritt 200 zuerst eine Grundzeit TP für die Kraftstoffeinspritzung aus einem in Fig. 2 angezeigten Kennfeld berechnet. Nachfolgend wird beim Schritt 201 beurteilt, ob der Betriebszustand ein Zustand ist, wobei dieverbrennung des mageren Luft- Kraftstoffgemisches ausgeführt werden soll, oder nicht. Wenn es nicht ein Betriebszustand ist, wobei die Verbrennung des mageren Luft-Kraftstoffgemisches ausgeführt werden soll, d.h. zum Zeitpünkt der Warmlaufphase, des Beschleunigungsbetriebs oder des Vollastbetriebs, geht der Programmablauf zum Schritt 202, wobei der Korrekturkoeffizient K berechnet wird. Zum Zeitpunkt einer Warmlaufphase des Motors ist dieser Korrekturkoeffizient K eine Funktion der Kühlwassertemperatur des Motors und wird innerhalb eines Bereichs kleiner, der durch K ≥ 0 angezeigt wird, wenn die Kühlwassertemperatur des Motors höher wird. Zum Zeitpunkt des Beschleunigungsbetriebs wird der Korrekturkoeffizient K auch auf 1,0 gesetzt und zum Zeitpunkt des Vollastbetriebs wird der Korrekturkoeff izient K auf einen größeren Wert als 1,0 eingestellt. Nachfolgend wird beim Schritt 203 der Korrekturkoeffizient K auf Kt eingestellt, und nachfolgend wird beim Schritt 204 die Kraftstoffeinspritzzeit TAU (=TP Kt) berechnet. Zu diesem Zeitpunkt wird das in den Motorzylinder geförderte Luft- Kraftstoffgernisch auf das stöchiometrische Luft- Kraftstoffverhältnis oder fett eingestellt.
Wenn andererseits beim Schritt 201 beurteilt wird, daß der Betriebszustand ein Zustand ist, wobei die Verbrennung des mageren Luft-Kraftstoffgemisches ausgeführt werden soll, geht der Programmablauf zum Schritt 205, wobei beurteilt wird, ob die NOx Freigabemarke eingerichtet ist oder nicht. Wenn die NOx Freigabemarke nicht eingerichtet ist, geht der Programmablauf zum Schritt 206, wobei der Korrekturkoeffizient K beispielsweise auf 0,6 eingestellt wird, und nachfolgend wird beim Schritt 207 der Korrekturkoeffizient K auf Kt verändert, und dann geht der Programmablauf zum Schritt 204. Demgemaß wird zu diesem Zeitpunkt ein mageres Luft-Kraftstoffgemisch in den Motorzylinder gefördert. Wenn andererseits beim Schritt 205 beschlossen wird, daß die NOx Freigabemarke eingerichtet war, geht der Programmablauf zum Schritt 208, wobei der vorläufig festgelegte Wert KK auf Kt verändert wird, und nachfolgend geht der Programmablauf zum Schritt 204. Dieser Wert KK ist ein Wert von ungefähr 1,1 bis 1,2, mit dem das Luft- Kraftstoffverhältnis des in den Motorzylinder geförderten Luft-Kraftstoffgemisches ungefähr 12,0 bis 13,5 wird. Demgemäß wird zu diesem Zeitpunkt das fette Luft- Kraftstoffgemisch in den Motorzylinder gefördert, wobei das in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbierte NOx freigegeben wird. Es soll beachtet werden, daß beim Freigeben des NOx der Wert KK auf 1,0 gesetzt wird, wo das Luft- Kraftstoffgemisch auf das stöchiometrische Luft- Kraftstoffverhältnis eingestellt ist.
Fig. 10 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel Bei diesem Ausführungsbeispiel werden dieselben Elemente wie die in Fig. 1 gezeigten durch dasselbe Bezugszeichen bezeichnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Auslaßseite des Gehäuses 20 durch die Auspuffleitung 22 mit dem Gehäuse 24 des katalytischen Umwandlers des Drei-Wege-Katalysators 23 verbunden. Wie gut bekannt ist, weist dieser Drei-Wege- Katalysator 23 bezüglich CO, HC und NOx einen hohen Aufbereitungswirkungsgrad auf, wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis nahe dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis gehalten wird, und hat bezüglich dem NOx einen hohen Aufbereitungswirkungsgrad, selbst wenn das Luft- Kraftstoffverhältnis bis zu einem bestimmten Grad fett wird. Um bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel durch Verwendung dieses Merkmals das NOx aufzubereiten, ist ein Drei-Wege-Katalysator 23 stromabwärtig von der NOx- Absorbiereinrichtung 19 vorgesehen.
D.h., wenn wie vorstehend erwähnt ist, das in den Motorzylinder geförderte Luft-Kraftstoffgemisch fett eingestellt wird, um das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 freizugeben, wird das in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbierte NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 plötzlich freigegeben. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Möglichkeit, daß nicht das ganze NOx reduziert wird, obwohl das NOx beim Freigeben reduziert wird. Wenn jedoch der Drei-Wege- Katalysator 23 stromabwärtig von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 angeordnet ist, wird das beim Freigeben nicht reduzierte NOx durch den Drei-Wege-Katalysator 23 reduziert. Demgemäß kann die NOx Aufbereitungsleistung durch Anordnen des Drei- Wege-Katalysators 23 stromabwärtig von der NOx- Absorbiereinrichtung 19 weiter verbessert werden.
Bei den bisher erwähnten Ausführungsbeispielen wird als die NOx-Absorbiereinrichtung eine NOx-Absorbiereinrichtung 19 verwendet, wobei zumindest eine aus den Alkalimetallen, Alkalierdmetallen, seltenen Erdmetallen und Edelmetallen ausgewählte Substanz auf dem Aluminium getragen wird. Jedoch ist es möglich, ein zusammengesetztes Oxid eines Alkalierdmetalls mit Kupfer, d.h. anstatt der Verwendung einer derartigen NOx-Absorbiereinrichtung 19 eine Ba-Cu-O- System NOx-Absorbiereinrichtung zu verwenden. Als ein derartig zusammengesetztes Oxid des Alkalierdmetalls mit Kupfer kann beispielsweise MnO&sub2; BaCuO&sub2; verwendet werden. Dabei kann Platin Pt oder Zer Ce zugefügt werden.
Bei dieser Ba-Cu-O-System NOx-Absorbiereinrichtung erfüllt das Kupfer Cu dieselbe katalytische Funktion als das Platin Pt bei der vorher erwähnten NOx-Absorbiereinrichtung 19. Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis mager ist, wird das NOx durch das Kupfer Cu oxidiert (2NO + O2 T 2NO2) und in der Absorbiereinrichtung in der Form der Schwefelsäureionen NO3 diffundiert. Wenn andererseits das Luft-Kraftstoffverhältnis fett eingestellt ist, wird das NOx auf ähnliche Weise von der Absorbiereinrichtung freigegeben, und dieses NOx wird durch die katalytische Funktion des Kupfers Cu reduziert. Jedoch ist die NOx Reduktionswirkung des Kupfers Cu verglichen mit der NOx Reduktionswirkung des Platins Pt schwächer, und demgemäß steigt bei Verwendung der Ba-Cu-O-System Absorbiereinrichtung eine beim Freigeben des NOx reduzierte
NOx Menge verglichen mit der vorher erwähnten NOx- Absorbiereinrichtung 19 leicht an.
Demgemäß wird bei Verwendung der Ba-Cu-O-System Absorbiereinrichtung vorzugsweise der Drei-Wege-Katalysator 23 stromabwärtig von der Absorbiereinrichtung angeordnet, wie in Fig. 10 gezeigt ist.
Fig. 11 zeigt die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen Dieselmotor. Es soll beachtet werden, daß in der Fig. 11 dieselben Elemente wie die in Fig. 1 durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden.
Bei einem Dieselmotor wird gewöhnlich bei allen Betriebszuständen die Verbrennung in einem Zustand ausgeführt, wobei das Luftüberschußverhältnis höher als 1, ist, d.h. daß das durchschnittliche Luft-Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches in der Brennkammer 3 mager ist. Demgemäß wird das zu diesem Zeitpunkt ausgestoßene NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbiert. Wenn andererseits das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 freigegeben werden soll, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die NOx- Absorbiereinrichtung 19 einströmenden Auspuffgases fett eingestellt. Dabei wird bei dem in Fig. 11 gezeigten Ausführungsbeispiel das durchschnittliche Luft- Kraftstoffverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches in der Brennkammer 3 mager eingestellt und der Kohlenwasserstoff wird stromaufwärtig von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 in den Auspuffkanal des Motors gefördert, wodurch das Luft- Kraftstoffverhältnis des in die NOx-Absorbiereinrichtung 19 einströmenden Auspuffgases fett eingestellt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Lastsensor 41 vorgesehen, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die zu der Stellung des Gaspedals proportional ist, und die Ausgangsspannung dieses Lastsensors 41 ist über den AD Wandler 42 ein Eingang zu dem Eingangsanschluß 35. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auch ein Reduziermittelzuführventil 25 in der Auspuffleitung 17 angeordnet, wobei das Reduziermittelzuführventil 25 über die Zuführpumpe 26 mit dem Reduziermittelbehälter 27 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß 36 der elektr6nischeri Regeleinheit ist über die Treiberschaltkreise 43, 44 mit dem Reduziermittelzuführventil 25 und der Zuführpumpe 26 verbunden. In den Reduziermitteltank 27 ist ein Kohlenwasserstoff wie Benzin, Isoktan, Hexan, Heptan, Leichtöl, Kerosin oder dergleichen oder ein Kohlenwasserstoff wie Butan, Propan oder dergleichen eingefüllt, der in einem flüssigen Zustand gelagert werden kann.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Luft- Kraftstoffgemisch in der Brennkammer 3 gewöhnlich in einem Luftüberschußzustand verbrannt, d.h. bei einem Zustand, wobei das durchschnittliche Luft-Kraftstoffverhältnis mager ist. Zu diesem Zeitpunkt wird das von dem Motor ausgestoßene NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung 19 absorbiert. Wenn das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 freigegeben werden soll, wird die Zuführpumpe 26 angetrieben und gleichzeitig das Reduziermittelzuführventil 25 geöffnet, wodurch der in den Reduziermittelbehälter 27 eingefüllte Kohlenwasserstoff von dem Reduziermittelzuführventil 25 zu der Auspuffleitung 17 für eine vorgegebene Zeit zugeführt wird, beispielsweise ungefähr 5 Sekunden bis 20 Sekunden. Die zugeführte Menge an Kohlenwasserstoff wird zu diesem Zeitpunkt derart festgelegt, daß das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die NOx- Absorbiereinrichtung 19 einströmenden Auspuffgases fett wird. Demgemäß wird zu diesem Zeitpunkt das NOx von der NOx- Absorbiereinrichtung 19 freigegeben.
Fig. 12 zeigt ein Programm zum Ausführen des NOx Freigabeprozesses, wobei das Programm durch die Unterbrechung nach jeder vorgegebenen Zeitspanne ausgeführt wird.
Unter Bezugnahme auf Fig. 12 wird zuerst beim Schritt 300 ein durch Hinzufügen von ΣNE zu der vorliegenden Motordrehzahl NE erhaltenes Ergebnis als ΣNE definiert. Demgemäß zeigt dieses ΣNE den kumulativen Wert der Motordrehzahl NE an. Nachfolgend wird beim Schritt 301 beurteilt, ob die kumulative Motordrehzahl ΣNE größer als der vorgegebene Wert SNE ist oder nicht. Dieser vorgegebene Wert SNE zeigt eine kumulative Motordrehzahl an, von der angenommen wird, daß das NOx in einer Menge vo?1 beispielsweise 50% der NOx Absorptionsfähigkeit der NOx-Absorbiereinrichtung 19 darin absorbiert ist. Wenn ΣNE ≤ SNE gilt, ist der Verarbeitungszyklus vervollständigt, und wenn ΣNE > SNE gilt, d.h. wenn angenommen wird, daß das NOx in einer Menge von 50% der NOx Absorptionsfähigkeit der NOx-Absorbiereinrichtung 19 darin absorbiert ist, geht der Programmablauf zum Schritt 302, wobei die Zuführpumpe 26 für eine vorgegebene Zeit angetrieben wird, beispielsweise ungefähr 5 Sekunden bis 20 Sekunden. Nachfolgend wird beim Schritt 303 das Reduziermittelzuführventil 25 für eine vorgegebene Zeit geöffnet, beispielsweise ungefähr 5 Sekunden bis 20 Sekunden, und nachfolgend wird beim Schritt 304 die kumulative Motordrehzahl ΣNE auf Null gesetzt.
Bei allen Ausführungsbeispielen ist ein NOx-Oxidationsmittel 18 stromaufwärtig von der NOx-Absorbiereinrichtung 19 angeordnet. Deshalb kann das NOx gut in der NOx- Absorbiereinrichtung 19 absorbiert werden, selbst während eines Motorbetriebs mit niedriger Last, wobei die Temperatur des Auspuffgases niedrig wird.

Claims

1. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine, die einen Motorauspuffkanal aufweist, wobei ein NOx-Oxidationsmittel (18) stromaufwärtig von einer NOx-Absorbiereinrichtung (19) angeordnet ist, wobei die NOx-Absorbiereinrichtung NOx absorbiert, wenn ein Luft-Kraftstoffverhältnis eines einströmenden Auspuffgases mager ist, und absorbiertes NOx freigibt, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem einströmenden Auspuffgas abgesenkt ist, wobei die NOx- Absorbiereinrichtung (19) katalytisch behandelt (PT) ist, so daß Sauerstoff auf seiner Oberfläche abgelagert werden kann, wenn die NOx-Absorbiereinrichtung in einem vorgegebenen Temperaturbereich (T) betrieben wird, wobei die NOx- Absorbiereinrichtung (19) als eine Reduktionseinheit arbeitet, wenn das einströmende Auspuffgas fett ist, wobei das NOx-Oxidationsmittel (18) in der Lage ist, NOx in einem Temperaturbereich unterhalb diesem Temperaturbereich (T) zu oxidieren.

2. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das in der NOx-Absorbiereinrichtung (19) absorbierte NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung (19) freigegeben wird, indem das stöchiometrische Luft- Kraftstoffverhältnis fett eingestellt wird.

3. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraf tmaschine nach Anspruch 1, wobei eine Zeit des Einströmens von Auspuffgas mit dem Luft-Kraftstoffverhältnis in die NOx- Absorbiereinrichtung (19) 50 Mal oder länger als die Zeit ist, für die die Sauerstoffkonzentration in dem in die NOx- Absorbiereinrichtung (19) einströmenden Auspuffgas derart abgesenkt wird, daß das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung (19) freigegeben wird.

4. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die NOx-Absorbiereinrichtung (19) einströmenden Auspuffgases höher als 18,0 ist, wenn das NOx in der NOx- Absorbiereinrichtung (19) absorbiert wird.

5. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das NOx-Oxidationsmittel das NOx durch eine Temperatur des NOx-Oxidationsmittels oxidiert, die niedriger als die Temperatur der NOx-Absorbiereinrichtung ist, wodurch die NOx-Absorbiereinrichtung allein das NOx absorbieren kann.

6. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, wobei das NOx-Oxidationsmittel zumindest eine Substanz umfaßt, die aus Platin, Zer, Lanthan-Kobalt- Perowskit oder Vanadiumpentaoxid ausgewählt ist.

7. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei das NOx-Oxidationsmittel nahe der NOx- Absorbiereinrichtung (19) angeordnet ist.

8. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, wobei das NOx-Oxidationsmittel und die NOx- Absorbiereinrichtung (19) in demselben Gehäuse angeordnet sind.

9. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die NOx-Absorbiereinrichtung (19) zumindest eine Substanz enthält, die aus den Alkalimetallen, aufweisend Kalium, Natrium, Lithium oder Zäsium, den Alkalierdmetallen, aufweisend Barium oder Kalzium, den seltenen Erdmetallen aufweisend Lanthan und Yttrium ausgewählt wird und Platin enthält.

10. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei die NOx-Absorbiereinrichtung (19) ein zusammengesetztes Oxid aus Barium und Kupfer aufweist.

11. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, die desweiteren eine Regeleinrichtung für das

Luft-Kraftstoffverhältnis zum Regeln des Luft- Kraftstoffverhältnisses des in der Motorbrennkammer (3) gebildeten Luft-Kraftstoffgemisches aufweist, und wobei die Absorption des NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung (19) und die Freigabe des NOx aus der NOx-Absorbiereinrichtung (19) durch Regeln des Luft-Kraftstoffverhältnisses des in der Motorbrennkammer (3) gebildeten Luft-Kraftstoffgemisches durch die Regeleinrichtung für das Luft-Kraftstoffverhältnis geregelt werden.

12. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraf tmaschine nach Anspruch 11, wobei die Regeleinrichtung für das Luft- Kraftstoffverhältnis das Luft-Kraftstoffverhältnis des in der Brennkammer (3) gebildeten Luft-Kraftstoffgemisches mager einstellt, wenn das NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung (19) absorbiert werden soll, und das stöchiometrische Luft- Kraftstoffverhältnis fett einstellt, wenn das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung (19) freigegeben werden soll.

13. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, w6bei die Brennkraftmaschine einen Benzinmotor aufweist und die Regeleinrichtung für das Luft- Kraftstoffverhältnis die Absorption des NOx in der NOx- Absorbiereinrichtung (19) und die Freigabe des NOx aus der NOx-Absorbiereinrichtung durch Regeln der Kraftstoffmenge regelt, die dem Motor zugeführt wird.

14. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, wobei die Regeleinrichtung für das Luft- Kraftstoffverhältnis das Luft-Kraftstoffverhältnis des in der Brennkammer (3) gebildeten Luft-Kraftstoffgemisches fast bei einem konstanten mageren Luft-Kraftstoffverhältnis von höher als 18,0 aufrechterhält, wenn das NOx in der NOx- Absorbiereinrichtung (19) absorbiert werden soll.

15. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, die desweiteren eine Speichereinrichtung aufweist, die im voraus die in Ubereinstimmung mit dem Betriebszustand des Motors festgelegte Kraftstoffmenge speichert, und wobei die Regeleinrichtung für das Luft- Kraftstoffverhältnis die dem Motor zugeführte Kraftstoffmenge auf der Grundlage der in der Speichereinrichtung gespeicherten Kraftstoffmenge festlegt.

16. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei eine Regeleinrichtung für das Luft- Kraftstoffverhältnis in dem Motorauspuffkanal vorgesehen ist, die das Luft-Kraftstoffverhältnis des von der Motorbrennkammer (3) freigegebenen und in die NOx- Absorbiereinrichtung (19) strömenden Auspuffgases regelt, und wobei die Regeleinrichtung für das Luft-Kraftstoffverhältnis verwendet wird, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die NOx-Absorbiereinrichtung (19) strömenden Auspuffgases derart zu regeln, daß die Absorption des NOx in der NOx- Absorbiereinrichtung (19) und die Freigabe des NOx aus der NOx-Absorbiereinrichtung (19) geregelt wird.

17. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 16, wobei die Regeleinrichtung für das Luft- Kraftstoffverhältnis das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die NOx-Absorbiereinrichtung (19) einströmenden Auspuffgases mager einstellt, wenn das NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung (19) absorbiert werden soll, während sie das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis fett einstellt, wenn das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung (19) freigegeben werden soll.

18. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 17, wobei die Regeleinrichtung für das Luft- Kraftstoffverhältnis dem Inneren des Auspuffkanals des Motors ein Reduktionsmittel zuführt, wenn das NOx von der NOx- Absorbiereinrichtung (19) freigegeben werden soll.

19. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 18, wobei das Reduktionsmittel aus Kohlenwasserstoff hergestellt ist.

20. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 19, wobei der Kohlenwasserstoff zumindest ein Element aufweist, das aus Benzin, Isoktan, Hexan, Heptan, Leichtöl, Kerosin, Butan und Propan ausgewählt ist.

21. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, die desweiteren eine Regeleinrichtung für die Freigabe von NOx aufweist, die die Sauerstoffkonzentration in dem in die NOx-Absorbiereinrichtung (19) einströmenden Auspuffgas nur für eine zweite vorläufig festgelegte Einstellzeitspanne absenkt, um NOx von der NOx- Absorbiereinrichtung (19) freizugeben, wenn die Zeitspanne, während der das Luft-Kraftstoffverhältnis des in die NOx Absorbiereinrichtung (19) einströmenden Auspuffgases mager eingestellt ist und das NOx in der NOx-Absorbiereinrichtung (19) absorbiert wird, eine vorläufig festgelegte erste Einstellzeitspanne überschreitet.

22. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 21, wobei die Regeleinrichtung für die Freigabe von NOx das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis fett einstellt, wenn das NOx von der NOx-Absorbiereinrichtung (19) freigegeben werden soll.

23. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 21, wobei die Regeleinrichtung für die Freigabe von NOx mit einer Abschätzeinrichtung für die NOx- Menge zum Abschätzen der in der NOx-Absorbiereinrichtung (19) absorbierten NOx Menge versehen ist, und wobei die Regeleinrichtung für das Ausstoßen des NOx entscheidet, daß die erste Einstellzeitspanne verstrichen ist, wenn die durch die Abschätzeinrichtung für die NOx Menge abgeschätzte NOx Menge eine vorläufig festgelegte Einstellmenge überschreitet.

24. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 23, wobei die Abschätzeinrichtung für die NOx Menge entscheidet, daß die in der NOx-Absorbiereinrichtung (19) absorbierte NOx Menge die eingestellte Menge überschreitet, wenn der kumulative Wert einer Motordrehzahl einen vorläufig festgelegten Einstellwert überschreitet.

25. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftrnaschine nach Anspruch 23, wobei die Abschätzeinrichtung für die NOx Menge entscheidet, daß im wesentlichen das ganze in der NOx- Absorbiereinrichtung (19) absorbierte NOx freigegeben wurde, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des in der Motorbrennkammer (3) gebildeten Luft-Kraftstoffgemisches länger als eine vorgegebene Zeit bei dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gehalten wird oder fett ist.

26. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 21, wobei die zweite Einstellzeitspanne im wesentlichen 20 Sekunden oder weniger ist.

27. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei ein Katalysator in dem Auspuffkanal des Motors strornabwärtig von der NOx-Absorbiereinrichtung (19) angeordnet ist, der zumindest das NOx reduzieren kann.

28. Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 27, wobei der Katalysator einen Drei-Wege- Katalysator aufweist.