DE69315153T2

DE69315153T2 - Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE69315153T2
Application number: DE69315153T
Authority: DE
Inventors: Mamoru Mabuchi; Hiroshi Mori; Makoto Saito; Masakazu Tanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1993-09-15
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2013-09-16
Also published as: US5589143A; EP0588315A1; DE69315153D1; EP0588315B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein Automobil umfaßt beispielsweise einen Katalysator der Monolithenart, der in einem Abgasrohr vorgesehen ist, um ein Abgas eines Motors zu reinigen und es an die Umgebung abzugeben. Dieser Katalysator reinigt das Abgas durch Oxidieren von HC und CO in dem Abgas oder Reduzieren des darin befindlichen NOx.
Wenn übrigens ein Abgas nur durch den vorstehenden Katalysator gereinigt wird, ist der Katalysator nicht aktiviert, wenn das Abgas eine niedrige Temperatur hat, wie es beispielsweise beim Starten eines Motors bei niedrigen Temperaturen der Fall ist, und somit entsteht insofern ein Nachteil, daß unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) durch den Katalysator durchtreten und an die Umgebung abgegeben werden.
Um mit diesem Nachteil umzugehen, offenbaren die japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschriften Nr. 3-141 816, 4-177 10 und dergleichen eine Abgasreinigungsvorrichtung, die an der stromaufwärtigen Seite eines in dem Abgasrohr eines Motors vorgesehenen Katalysators ein HC-Absorptionsmittel hat, um beim Starten des Motors bei niedrigen Temperaturen ausgestoßene unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) aufzufangen.
Bei der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift Nr. 3-141816 wird übrigens HC durch das Absorptionsniittel absorbiert, wenn ein Abgas eine niedrigere Temperatur als 200º C hat, während die absorbierten HC im Gegensatz dazu davon freigegeben werden, wenn es eine Temperatur hat, die 200º C überschreitet. Somit entsteht ein Problem dadurch, daß, wenn ein an der stromabwärtigen Seite des Absorptionsmittels angeordneter Katalysator nicht aktiviert ist, die HC durch den Katalysator durchtreten und in die Umgebung abgegeben werden. Deshalb ist eine Umgehungsleitung zum Umgehen des Absorptionsmittels und ein Umschaltventil vorgesehen, das am Einlaß der Umgehungsleitung vorgesehen ist. Wenn ein Abgas eine Temperatur von 200º C oder niedriger hat, wird die Umgehungsleitung geschlossen, um das Abgas zu dem Absorptionsmittel zu leiten, um dessen Absorption durch das Absorptionsmittel zu ermöglichen, und wenn das Abgas eine Temperatur hat, die 250ºC überschreitet, wird die Umgehungsleitung geöffnet, um die Strömung des Abgases zu dem Absorptionsmittel zu prüfen und die Freigabe der durch das Absorptionsmittel absorbierten HC zu verhindern. Wenn des weiteren das Abgas 300ºC überschreitet, wird die Umgehungsleitung geschlossen, um das Abgas zum Freigeben des HC zu dem Absorptionsmittel zu leiten, und das freigegebene HC wird durch den an der stromabwärtigen Seite angeordneten Katalysator gereinigt.
Wie vorstehend beschrieben ist, entsteht dadurch ein Problem, daß das Umschaltventil zum Öffnen/Schließen der Umgehungsleitung in einem engen Temperaturbereich von 250ºC bis 300ºC gesteuert werden muß.
Wenn des weiteren die Temperatur des Absorptionsmittels durch die Wärmeleitung über das Abgasrohr bei dem Zustand ansteigt, wobei die Umgehungsleitung geschlossen ist und HC freigegeben wird, wenn der an der stromabwärtigen Seite angeordnete Katalysator nicht aktiviert ist, entsteht dadurch ein Problem, daß HC in einer großen Menge durch den Katalysator durchtritt und an die Umgebung abgegeben wird.
Deshalb ist in dem Dokument EP 0 460 542 ein Abgassystem zum Reduzieren der Kohlenwasserstoffemission eines Fahrzeugs offenbart, wobei beim Rückführen eines durch das Absorptionsmittei absorbierten HC-Gases zu einem Ort, der stromabwärtig der Brennkraftmaschine und stromaufwärtig eines Katalysators ist, ein Ventil eine Leitung vollständig schließt, um das von dem Absorptionsmittel abgegebene Abgas zu einer Umgehungsleitung zu leiten, die die Abgasströmung zu dem vorstehend erwähnten Ort leitet. Aufgrund dessen treten nicht absorbierte Kohlenwasserstoffe für die Behandlung wieder durch den Katalysator durch. Für jeden Rückführvorgang sind jedoch im allgemeinen zusätzlich teuere Pumpeneinrichtungen erforderlich, um einen ausreichenden Druck zum Zurückleiten der Gase zu dem betreffenden Ort zu erzeugen. Das Dokument EP-A-422 432 offenbart bereits das Einführen von Gas durch eine Abgasdruckschwankung an einem Ort zwischen dem Motor und dem Katalysator.
Angesichts des vorstehenden Stands der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasreinigungsvorrichtung dieser Art zu schaffen, wobei HC durch ein Absorptionsmittel mit einem einfachen und weniger teueren Aufbau absorbiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Gasreinigungsvorrichtung mit den technischen Merkmalen nach dem vorliegenden Patentanspruch 1 gelöst.
Deshalb weist die erfinderische Abgasreinigungsvorrichtung folgende Bauteile auf:
eine Katalysatorunterstützung, die in einem Abgasweg einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist;
ein Absorptionsmittel, das an der stromabwärtigen Seite der Katalysatorunterstützung in dem Abgasweg vorgesehen ist, um ein HC-Gas zu absorbieren, das in einem von der Prennkraftmaschine abgegebenen Abgas enthalten ist;
einen Umgehungskanal zum Schaffen einer Umgehung zwischen einem Ort stromaufwärtig von der Katalysatorunterstützung und stromabwärtig von der Brennkraftrnaschine und einem Ort, an dem das Absorptionsmittel vorgesehen ist, und zum Rückführen des durch das Absorptionsmittel absorbierten HC-Gases zu einem Ort stromabwärtig von der Brennkraftmaschine und stromaufwärtig von der Katalysatorunterstützung;
eine Rückführeinrichtung, die zum Rückführen des durch das Absorptionsmittel absorbierten HC-Gases zu einem Ort stromabwärtig von der Brennkraftmaschine und stromaufwärtig von der Katalysatorunterstützung in dem Rückführkanal vorgesehen ist; und
eine Abgasumschalteinrichtung, um zu ermöglichen, daß das Abgas hauptsächlich zu dem Absorptionsmittel strömt, wenn eine Temperatur- des Abgases der Brennkraftmaschine niedriger als ein vorgegebener Wert ist, und um zu ermöglichen, daß das Abgas zu einem Hauptabgabeweg abgegeben wird, ohne daß es durch das Absorptionsmittel durchtritt, wenn eine Temperatur des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgases höher als ein vorgegebener Wert ist, wobei an der stromabwärtigen Seite der Katalysatorunterstützung in dem Abgasweg ein Behälter vorgesehen ist, in dem das Absorptionsmittel angeordnet ist, wobei der Hauptabgabeweg so ausgebildet ist, daß er seitlich zu dem Absorptionsmittel und in einer parallelen Beziehung zu diesem angeordnet ist, wobei die Abgasumschalteinrichtungen nur an der stromabwärtigen Seite des Absorptionsmittels in dem Behälter vorgesehen sind; und wobei die Rückführeinrichtung das HC-Gas mittels eines Druckunterschieds zwischen einem Ort stromabwärtig von der Brennkraftmaschine und stromaufwärtig von der Katalysatorunterstützung und einem Ort stromabwärtig von dem Absorptionsmittel rückführt, wobei der Druckunterschied durch die Abgasschwankung der Brennkraftmaschine verursacht wird.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Ansicht der gesamten Anordnung einet Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Betriebs des ersten Ausführungsbeispiels;
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht der gesamten Anordnung einer Abgasreinigungsvorrichtung, die in einem Abgasrohr eines Automobus als ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des Betriebs einer elektronischen Steuereinheit;
Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht der Anordnung des stromabwärtigen Abschnitts der Rückführrohre als ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 zeigt eine Ansicht der Anordnung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung;
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Honigwabenelements, das in einem Abschnitt seiner Querschnittshälfte ein Absorptionsmittel trägt, das bei dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 8 zeigt ein Abiaufdiagramm des Betriebs der Vorrichtung des vierten Ausführungsbeispiels;
Fig. 9 zeigt eine Ansicht der Anordnung eines fünften Ausführungsbeispiels einer Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm des Betriebs der Vorrichtung des fünften Ausführungsbeispiels;
Fig. 11 zeigt eine perspektivische Zeichnung eines Honigwabenelements, das in einem Abschnitt seiner Querschnittshälfte ein Absorptionsmittel und in dem anderen Abschnitt seiner Querschnittshälfte einen Katalysator trägt; und
Fig. 12 zeigt eine Ansicht der Anordnung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt eine Ansicht der gesamten Anordnung einer Abgasreinigungsvorrichtung für beispielsweise eine Brennkraftmaschine.
In der Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 11 einen Motor mit einem (nicht gezeigten) Abgasanschluß, der über einen Auspuffkrümmer 12 mit einem Ende einer Katalysatoreinheit 13 verbunden ist. Die Katalysatoreinheit 13 reinigt ein Abgas, indem sie in dem Abgas befindliches HC und CO oxidiert und NOx reduziert. Die Katalysatoreinheit 13 wird aktiviert, wenn ein Abgas eine Temperatur von 400ºC oder höher hat (wenn ein Katalysator sich verschlechtert hat)
Das andere Ende der Katalysatoreinheit 13 ist über ein Abgasrohr 14 mit einem (nicht gezeigten) Schalldämpfer verbunden. Eine Umgehungsleitung, die nachfolgend beschrieben wird, ist vorgesehen, um einen Bereich des Abgasrohrs 14 zu umgehen. Die Umgehungsleitung ist an zwei Verbindungsstellen, d.h. einer stromaufwärtigen Verbindungsstelle und einer stromabwärtigen Verbindungsstelle, mit dem Abgasrohr 14 verbunden, und das an der stromaufwärtigen Seite der stromaufwärtigen Verbindungsstelle angeordnete Abgasrohr wird als ein stromaufwärtiges Abgasrohr 14 bezeichnet, das an der stromabwärtigen Seite der stromabwärtigen Verbindungsstelle angeordnete Abgasrohr wird als ein stromabwärtiges Abgasrohr 14' bezeichnet, und das zwischen diesen beiden Verbindungsstellen angeordnete Abgasrohr wird als ein Abgasrohr 14m, 14s bezeichnet.
Des weiteren ist zum Absorbieren von HC in der Mitte der Umgehung ein Absorptionsrohr 18 vorgesehen. Das Absorptionsrohr 18 ist mit einem Absorptionsmittel 19 gefüllt, das beispielsweise aus Aktivkohle, 7-Aluminium, Zeolit oder dergleichen zusammengesetzt ist. Das Absorptionsrohr 18 hat die Eigenschaft, daß es HC absorbiert, wenn ein Abgas eine Temperatur von weniger als 200ºC hat, und daß es absorbierte HC freigibt, wenn das Abgas eine Temperatur von 200ºC bis weniger als 400ºC hat. Es soll beachtet werden, daß die Temperatur des Abgases auf weniger als 400ºC gesenkt werden muß, um das in das Absorptionsrohr 18 eingefüllte Absorptionsmittel 19 zu schützen.
Die an der stromabwärtigen Seite des Absorptionsrohrs 18 angeordnete Umgehungsleitung ist über einen Rückführweg 20 nur mit der stromaufwärtigen Seite der Katalysatoreinheit 13 verbunden. Ein Rückschlagventil 21 ist in der Mitte des Rückführwegs 20 vorgesehen, um das Strömen eines Abgases von dem Absorptionsrohr 18 zu der Katalysatoreinheit 13 zu ermöglichen.
Eine erste Lambdasonde 22 ist an der stromaufwärtigen Seite der Katalysatoreinheit 13 vorgesehen, insbesondere ist sie in dem Auspuffkrümmer 12 an der stromaufwärtigen Seite der Stelle angeordnet, an der der Rückführweg 20 mit dem Auspuffkrümmer 12 verbunden ist, und eine zweite Lambdasonde 23 ist in dem Abgasrohr 174 vorgesehen, das an der stromabwärtigen Seite der Katalysatoreinheit 13 angeordnet ist. Die erste Lambdasonde 22 ist vorgesehen, um dem Motor 11 die Ausführung einer lernfähigen Steuerung eines Luft- Kraftstoffgemisches zu ermöglichen, wenn er sich einer Warmphase befindet, und die zweite Lambdasonde 23 ist vorgesehen, um dem Motor 11 die Ausführung einer lernfähigen Steuerung eines Luft-Kraftstoffgemisches zu ermöglichen, wenn er sich einer Kaltphase befindet (d.h., wenn der Motor gestartet wird).
Des weiteren ist ein Abgastemperatursensor 24 an der strornabwärtigen Seite der zweiten Lambdasonde 23 und an der stromaufwärtigen Seite der stromaufwärtigen Verbindungsstelle der Umgehungsleitung vorgesehen.
Eine Steuereinheit 30 ist vorgesehen, die ein Betätigungssignal c zu dem Rückschlagventil 21 abgibt.
Des weiteren sind Ausgangsspannungen p1 und p2 jeweils von der ersten und zweiten Lambdasonde 22, 23 Ausgangssignale zu der Steuereinheit 30.
Des weiteren sind die Temperatur Te eines Abgases, die durch den Abgastemperatursensor 24 erfaßt wird, und die Temperatur Tw eines Motorkühlwassers, die durch einen (nicht gezeigten) Wassertemperatursensor erfaßt wird, jeweils ein Ausgangssignal zu der Steuereinheit 30. Übrigens ist die Steuereinheit 30 aus einem Mikrocomputer und seinen Peripherieschaltkreisen zusammengesetzt, und wenn sich der Motor 11 in der Warmphase befindet, führt die Steuereinheit-30 eine lernfähige Steuerung auf eine Weise aus, wobei die Ausgangsspannung p1 von der ersten Lambdasonde 22 aufgenommen wird, wobei ein Abweichungsbetrag eines Luft- Kraftstoffverhältnisses voh einem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis (ungefähr 14,7) gefunden wird, wobei ein lernfähiger Wert (Korrekturkoeffizient) gefunden wird, um den Abweichungsbetrag des Luft-Kraftstoffverhältnisses zu korrigieren und den lernfähigen Wert zu speichern. Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis ist, ist der lernfähige Wert "1,0".
Wenn sich außerdem der Motor in der Kaltphase befindet, führt die Steuereinheit 30 eine lernfähige Steuerung auf eine Weise aus, wobei die Ausgangsspannung p2 von der zweiten Lambdasonde 23 aufgenommen wird, wobei ein Abweichungsbetrag des Luft-Kraftstoffverhältnisses von einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis (ungefähr 14,7) gefunden wird, wobei ein lernfähiger Wert (Korrekturkoeffizient) gefunden wird, um den Abweichungsbetrag des Luft- Kraftstoffverhältnisses zu korrigieren und den lernfähigen Wert zu speichern. Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis ist, ist der lernfähige Wert "1,0".
Da die Steuereinheit 30 des weiteren das theoretische Luft- Kraftstoffverhältnis nicht ordnungsgemäß erfassen kann, wenn die erste oder zweite Lambdasonde 22, 23 eine niedrige Temperatur haben, führt die Steuereinheit 30 keine Rückführregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses aus.
Die Steuereinheit 30 hat des weiteren auch eine Funktion zum Erfassen des Betriebszustands des Motors 11 und der Zeitgebung, mit der der Auspuff krümmer 12 einem Unterdruck ausgesetzt ist. Beispielsweise erfaßt die Steuereinheit 30 die Zeitgebung, mit der der Auspuffkrümmer 12 dem Unterdruck ausgesetzt ist, aus dem Drehzahlkennfeld des Motors und dem Öffnungsmaß einer Drosselklappe.
Insbesondere verzweigt sich das Abgasrohr 14 in seiner Mitte in einen Hauptströmungsweg 14m und einen Nebenströmungsweg 145 der Umgehungsleitung und danach werden diese Wege zusammengeführt und wie vorstehend beschrieben mit dem Abgasrohr 14' verbunden. Ein Bimetallventil 51 ist an dem stromabwärtigen Ende des Zweigabschnitts 14d vorgesehen, an dem der Hauptströrnungsweg 14m und der Nebenströmungsweg 14 zusammengeführt sind, und die Position des Bimetallventils 51 wird über die Steuereinheit 30 zwischen der durch eine gestrichelte Linie gezeigten Position, wobei der Hauptströmungsweg 14m abgesperrt ist, und der durch eine durchgezogene Linie gezeigten Position umgeschaltet, wobei der Nebenströmungsweg 145 abgesperrt ist. Das Bimetallventil 51 wird betätigt, um in die durch die gestrichelte Linie gezeigte Position gebracht zu werden, um HC zu absorbieren, das bei niedrigen Temperaturen von beispielsweise 100ºC oder niedriger durch einen Katalysator durchtritt, und wird so betätigt, um bei einer Temperatur von 120ºC oder höher in die durch die durchgezogene Linie gezeigte Position gebracht zu werden, um die durch das Absorptionsrnittel 19 absorbierten HC durch die Wärme eines Abgases abzuscheiden und die freigegebenen HC zu der stromaufwärtigen Seite der Katalysatoreinheit 13 über einen Rückführweg 20 rückzuführen.
Als Nächstes wird der Betrieb des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, das wie vorstehend beschrieben angeordnet ist, unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Zunächst wird beurteilt, ob die Temperatur des Motorkühlwassers 40ºC oder niedriger ist oder nicht (Schritt 61). Die Beurteilung beim Schritt S1 ist "Ja", wenn der Motor gestartet wurde, und dann wird die Beurteilung beim Schritt 2 ausgeführt.
Dann wird beim Schritt S2 beurteilt, ob die durch den Abgastemperatursensor 24 erfaßte Temperatur Te des Abgases weniger oder gleich 50ºC ist, und die Rückführregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses wird nicht ausgeführt. Wenn die Beurteilung beim Schritt S2 "Ja" ist, wird das Bimetallventil 51, 17 so gesteuert, daß es in die Ventilöffnungsposition (die Position der gestrichelten Linien, Schritt S3) gebracht wird.
Folglich treten von dem Motor 11 emittierte HC durch die Katalysatoreinheit 13 durch, wenn dieser sich in der Kaltphase befindet, weil die Katalysatoreinheit 13 nicht aktiviert ist, aber die HC werden durch das Absorptionsmittel 19 in dem Absorptionsrohr 18 absorbiert, das in dem Nebenströmungsweg 145 vorgesehen ist. Die Steuerung des Ventils 51 in die Ventilöffnungsposition wird ausgeführt, während die Beurteilung beim Schritt S2 "Ja" ist.
Wenn dann eine Zeit seit dem Starten des Motors 11 verstreicht, und die Temperatur Te des Abgases ansteigt und beispielsweise 50ºC überschreitet, ist die Beurteilung beim Schritt S2 "Nein" und führt zum Schritt S4, um zu beurteilen, ob die Temperatur Tw des Motorkühlwassers höher als 40ºC ist oder nicht. D.h., daß beurteilt wird, ob sich der Motor 11 in der Warmphase befindet oder nicht.
Wenn diese spätere Beurteilung beim Schritt S4 "Nein" ist, wird das Ventil 51 so gesteuert, daß es in die Ventilschließposition gebracht wird (die Position der durchgezogenen Linie), so daß das Abgas nicht zu dem Nebenströmungsweg 145 strömt. Danach werden der Schritt S2 und die folgenden Schritte wiederholt. D.h., wenn beurteilt wird, daß der Motor nicht in der Warmphase ist, wird das Ventil 51 geschlossen, und dieser Zustand wird erhalten, bis die spätere Beurteilung beim Schritt S4 "Ja" ist, d.h. der Motor sich in der Warmphase befindet.
Wenn übrigens diese spätere- Beurteilung beim Schritt S4 "Ja" ist, d.h., wenn beurteilt wird, daß sich der Motor 11 in der Warmphase befindet, wird das Ventil 51 so gesteuert, daß es in die Ventilschließpositionen (die Positionen der durchgezogenen Linien) gebracht wird, so daß das Abgas nicht durch den Nebenströmungsweg 14s strömt.
Dann wird beurteilt, ob die durch den Abgastemperatursensor 24 erfaßte Temperatur Te des Abgases 400ºC oder niedriger ist und der Betriebszustand des Motors die Rückführung des Abgases ermöglicht oder nicht (Schritt S7). Dieser Betriebszustand entspricht dem Betriebszustand des Motors, wobei sich ein Unterdruck im Auspuffkrümmer befindet und der aus dem Drehzahlkennfeld des Motors und dem Öffnungsmaß der Drosselklappe gefunden werden kann.
Wenn diese Beurteilung beim Schritt S7 "Ja" ist, wird das Rückschlagventil 21 geöffnet (Schritt 58). Folglich wird die Freigabe der durch das Absorptionsmittel 19 absorbierten HC durch die Wärme des Abgases-beschleunigt, und diefreigegebenen HC werden über das Rückschlagventil 21 durch die Saugkraft des Unterdrucks in dem Auspuffkrümmer 12 zu dem Auspuffkrümmer 12 rückgeführt und dann durch die Katalysatoreinheit 13 gereinigt.
Da übrigens die freigegebenen HC mit dem Abgas gemischt werden, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases zu einer fetten Seite verschoben. Dann wird die lernfähige Steuerung derart ausgeführt, daß eine Ausgangsspannung von der zweiten Lambdasonde 23 aufgenommen wird, die Abweichung des Luft-Kraftstoffverhäitnisses von dem stöchiometrisch-en Luft-Kraftstoffverhältnis (ungefähr 14,7) gefunden wird, ein lernfähiger Wert (Korrekturkoeffizient) zum Korrigieren der Abweichung des Luft-Kraftstoffverhältnisses gefunden wird und gespeichert wird. Dann wird beurteilt, ob die von dem Absorptionsmittel 19 absorbierten HC vollständig freigegeben sind oder nicht, indem beurteilt wird, ob der lernfähige Wert "1,0" ist oder nicht (Schritt S9).
Wenn die Beurteilung beim Schritt S9 "Ja" ist, wird das Rückschlagventil 21 geschlossen, um eine Reihe von Prozessen zu beenden.
Es soll beachtet werden, daß, obwohl die durch das Absorptionsmittel 19 absorbierten HC durch die vorstehenden Prozesse zu der Katalysatoreinheit 13 rückgeführt werden, das Ventil 51 geschlossen wird, wenn die Temperatur Te des Abgases bei diesem Prozeß 400ºC überschreitet, um eine Verschlechterung des Absorptionsmittels 19 durch die Wärme des Abgases zu verhindern.
Da bei dem ersten Ausführungsbeispiel das Binetallventil 51 in einem breiten Temperaturbereich von 50ºC bis 400ºC umgeschaltet wird und die HC, die durch das in der Umgehungsleitung vorgesehene Absorptionsmittel 19 absorbiert werden, zu der stromaufwärtigen Seite der Katalysatoreinheit mit einer Zeitgebung rückgeführt werden, wenn sich ein Unterdruck in dem Abgasrohr befindet, wie vorstehend beschrieben ist, braucht eine Temperatur nicht genau gesteuert werden, und darüber hinaus können die absorbierten HC mit einer früheren Zeitgebung freigegeben werden.
Bei einem in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Katalysatoreinheit 503 an einem Ort vorgesehen, an dem ein Auspuffkrümmer 511 eines Motors 501 mit einem Abgasrohr 502 verbunden ist. Das Abgasrohr 502 an der stromabwärtigen Seite der Katalysatoreinheit 503 hat in seiner Mitte einen Abschnitt mit einem vergrößerten Durchmesser, der sich bis hinter einen Schalldämpfer 522 erstreckt. Der Abschnitt mit dem vergrößerten Durchmesser des Abgasrohrs 502 ist durch eine Teilungswand 523 in einen Abgashauptweg 521 und eine Umgehung 504 geteilt, und die Umgehung 504 ist an ihren stromaufwärtigen und strornabwärtigen Stellen mit dem Abgashauptweg 521 zusammengeführt.
Ein Umschaltventil 506 der Dämpfungsart ist an dem stromabwärtigen Ende der Teilungswand 523 angeordnet, und der Abgashauptweg 521 ist geöffnet, und die stromabwärtige Öffnung der Umgehung 504 ist in dem in der Abbildung gezeigten geschlossenen Zustand geschlossen, und der Abgashauptweg 521 ist geschlossen und die stromabwärtige Öffnung der Umgehung 504 ist geöffnet, um einen Abschnitt des Abgasrohrs zu bilden, wenn das Umschaltventil 521 geöffnet wird, wie durch die gestrichelte Linie in der Abbildung gezeigt ist.
Ein aus Zeolit oder dergleichen zusammengesetztes Absorptionsmittel 505 ist in der Mitte der Umgehung 504 vorgesehen. Das Absorptionsmittel kann irgend eines aus der Kugelart, der Schaurnart, der Honigwabenart und dergleichen sein.
Ein Ende eines Rückführrohrs 507 ist mit der Seitenwand der Umgehung 504 verbunden, die an der stromabwärtigen Stelle des Absorptionsmittels 505 angeordnet ist, und sein anderes Ende ist mit der Seitenwand des Auspuffkrümmers 511 direkt hinter dem (nicht gezeigten) Auslaßventil eines Zylinders eines Motors verbunden. Ein Absperrventil 508 ist in der Mitte des Rückführrohrs 507 vorgesehen. Das Absperrventil 508 beinhaltet eine elektronagnetische Spule, und wenn sich das Absperrventil 508 in einem "offenen" Zustand befindet, wobei das elektromagnetische Ventil erregt ist, wirkt das Absperrventil 508 als ein Rückschlagventil, das geöffnet ist, wenn die Seite des Auspuffkrümmers 511 einen niedrigen Druck hat. Wenn die elektromagnetische Spule nicht erregt ist, wird das Absperrventil 508 in einer geschlossenen Position gehalten.
Lambdasonden 591 und 592 sind jeweils in dem Auspuffkrümmer 511 direkt an der stromaufwärtigen Seite der Katalysatoreinheit 503 und in dem Abgasrohr 502 direkt an der stromabwärtigen Seite der Katalysatoreinheit 503 vorgesehen, und Ausgangssignale von diesen Lambdasonden 591 und 592 gehen in eine elektronische Steuereinheit (ECU) 509 ein, die als eine Ventilsteuereinrichtung dient. Wenn die ECU 509 die Luft-Kraftstoffregelung des Motors ausführt, führt sie in einer Warmphase eine lernfähige Regelung durch die Lambdasonde 591 und in einer Kaltphase eine lernfähige Regelung durch die Lambdasonde 592 aus. Die lernfähige Regelung dient dem Finden eines Abweichungsbetrags eines Luft-Kraftstoffverhältnisses von dem stöchiometrischen Luft- Kraftstoffverhältnis (ungefähr 14,7) und dem Finden eines lernfähigen Werts (Korrekturkoeffizient) zum Korrigieren des Abweichungsbetrags. Wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis gleich dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis ist, ist der lernfähige Wert "1,0". Es soll beachtet werden, daß bei einer niedrigen Temperatur der Lambdasonden das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis nicht erfaßt werden kann und somit die Rückführregelung (F/B) des Luft-Kraftstoffverhältnisses nicht ausgeführt wird.
Ein Temperatursensor 593 ist an einem Ort nahe der Umgehung 504 des Abgasrohrs 502 vorgesehen und ein Ausgangssignal davon geht auch in die ECU 509 ein. Signale der Temperatur des Motorkühlwassers und dergleichen gehen auch in die ECU 509 ein, die den Betriebszustand des Motors 501 auf der Grundlage dieser Signale beurteilt sowie das Umschaltventil 506 und das Absperrventil 508 in der nachfolgend beschriebenen Reihenfolge betätigt, um dadurch eine Absorption und Auffangen der HC in einem Abgas durch das Absorptionsmittel 505 und die Freigabe und seine Reinigung zu bewirken.
Fig. 4 zeigt eine Folge zum Auffangen und Reinigen der HC durch die ECU 509. Wenn die Temperatur des Kühlwassers 40ºC oder niedriger ist, wird beim Schritt 101 beurteilt, daß es eine Möglichkeit gibt, daß unverbrannte HC emittiert werden können, und es werden der Schritt 102 und die folgenden Schritte ausgeführt.
Wenn beim Schritt 102 bestätigt wird, daß das Abgas eine Temperatur von 50ºC oder niedriger hat und noch keine Rückführregelung des Luft-Kraftstoffverhältnisses ausgeführt wurde, wird das Umschaltventil 506 geöffnet (Schritt 103).
Bei diesem Vorgang wird die Umgehung 504 geöffnet und der Abgashauptweg 521 wird geschlossen, und somit strömt das Abgas, das HC enthält, von dem Motor 501 vollständig zu der Umgehung 504, um dem Absorptionsmittel 505 das Auffangen der HC zu ermöglichen.
Wenn die Temperatur des Abgases 50ºC überschreitet, verschlechtert sich die Absorptionsfähigkeit des Absorptionsmittels 505, und wenn die Rückführregelung gestartet wird, wird beurteilt, daß die Katalysatoreinheit 503 aktiviert ist, und somit zu dem nächsten Schritt 104 führt, um die Warmphase des Motors 501 zu bestätigen. Wenn sich der Motor 501 nicht in der Warmphase befindet, wird das Umschaltventil 506 geschlossen (Schritt 105), um die Umgehung 504 zu schließen, und der Abgashauptweg 521 wird geöffnet, um die Strömung des Abgases in das Absorptionsmittel 505 anzuhalten.
Wenn sich der Motor in der Warmphase befindet, werden die Freigabe von HC aus dem Absorptionsmittel 505 und dessen Reinigung gestartet. Insbesondere wird beim Schritt 106 das Umschaltventil 506 geschlossen und dann wird das Absperrventil 8 erregt (Schritt 108), nachdem bestätigt ist, daß das Abgas eine Temperatur von 400ºC oder niedriger hat und der Motor 501 sich in dem Betriebszustand befindet, um das Rückführen der HC zu ermöglichen (Schritt 107). Der Betriebszustand des Motors, der das Rückführen der HC ermöglicht, ist ein derartiger, wobei sich ein Unterdruck in dem Auspuffkrümmer 511 befindet, der aus dem Drehzahlkennfeld des Motors und dem Öffnungsmaß der Drosselklappe gefunden werden kann.
Wenn das Absperrventii 508 erregt wird, startet es, als ein Rückschlagventil zu wirken und gibt den Druck des Auspuffkrümmers direkt hinter dem Auslaßventil des Motors frei, wenn es ein Unterdruck ist. Somit wird ein Teil--des Abgases in dem Abgasrohr 502 durch den Unterdruck angesaugt, um in die Umgehung 504 zu strömen, und veranlaßt, daß die durch das Absorptionsrnittel 505 absorbierten HC durch dessen Wärme davon freigegeben werden und durch das Rückführrohr 507 in den Auspuffkrümmer 511 rückgeführt werden.
Die zu dem Auspuffkrümmer 511 rückgeführten HC strömen in die aktivierte Katalysatoreinheit 503 und werden dadurch gereinigt. Da die freigegebenen HC mit dem Abgas vermischt werden, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases zu einer fetten Seite verschoben und weicht von dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis ab. Die ECU 509 speichert den lernfähigen Wert (Korrekturkoeffizient) zum Korrigieren des Abweichungsbetrags, und wenn der lernfähige Wert "1" ist, wird beurteilt, daß die Abscheidung und Reinigung des HC vervollständigt ist (Schritt 109), und die Erregung des Absperrventils 508 wird abgeschaltet (Schritt 110).
Folglich können die HC beim Starten des Motors durch die einfache Anordnung wirksam aufgefangen und gereinigt werden, die nur mit dem Umschaltventil 506 und dem Absperrventil 508 versehen ist.
Bei einem in Fig. 5 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind so viele Zweigrohre 571A, 571B, 571C, 571D wie der Motor 501 Zylinder hat an dem stromabwärtigen Ende eines Rückströmrohrs 507 vorgesehen, und diese Zweigleituägen umfassen jeweils Absperrventile 508A, 508B, 508C und 508D. Die äußeren Enden der Zweigrohre 571A bis 571D sind zu der Wand eines Auspuffkrümmers 511 hin offen, die direkt hinter den Auslaßventilen der jeweiligen Zylinder angeordnet ist.
Diese Anordnung kann auch dieselbe Wirkung wie die bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel erfüllen. Da des weiteren die Auslaßhübe der jeweiligen Zylinder eine Zeitverschiebung beinhalten, haben die Öffnungen der jeweiligen Zweigleitungen 571A bis 571D einen Unterdruck mit einer unterschiedlichen Zeitgebung, und somit wird jedes der Absperrventile 508A bis 508D geöffnet, um die HC dazu zu veranlassen, kontinuierlich von einem Absorptionsmittel 505 freigegeben zu werden und zu dem Auspuffkrümmer 511 zurückgeführt zu werden.
Wie vorstehend beschrieben ist, können bei der Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung für ein Automobil die in einem Abgas enthaltenen HC mit einem einfachen und kostengünstigeren Aufbau absorbiert, freigegeben und gereinigt werden.
Bei einem in Fig. 6 gezeigten vierten Ausführungsbeispiel umfaßt das Abgasrohr 703 eines Motors 701 eine Katalysatoreinheit 704, die direkt hinter einem Auspuffkrümmer 731 angeordnet ist. Ein Teil des Abgasrohrs 703 hinter der Katalysatoreinheit 704 weist einen Abschnitt 732 mit einem vergrößerten Durchmesser auf, der im Innern ein Honigwabenelement 705 enthält. Das aus korrosionsbeständigem Stahl oder- Keramik, wie beispielsweise Dichroit oder dergleichen, zusammengesetzte Honigwabenelement 705 hat viele parallele Durchtrittsöffnungen 751, wie in Fig. 7 gezeigt ist, und ein Absorptionsmittel der Zeolit-Art wird durch den Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte der Querschnittsabschnitte 705a, 705b des Honigwabenelements 705 getragen. Ein Abgasströmungsweg-Umschaltventil 708 ist direkt hinter dem hinteren Ende des Abschnitts 705a der unteren Querschnittshälfte des Honigwabenelernents 705 vorgesehen. Ein Abstand zwischen der Katalysatoreinheit 704 und dem Honigwabenelement 705 ist derart eingerichtet, daß eine Zeitgebung, mit der die Katalysatoreinheit 704 durch ein Abgas so aufgeheizt wird, daß sie eine Aktivierungstemperatur erreicht, im wesentlichen mit einer Zeitgebung übereinstimmt, mit der das Honigwabenelement 705 so aufgeheizt wird, daß es seine Absorbierfähigkeit verliert.
Ein Rückführströmungsrohr 706a ist von dem Abgasrohr 703 zu dem Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte des Honigwabenelements in der Nähe des hinteren Endes des Honigwabenelements 705 abgezweigt und ist mit einem Rückführströrnungswegrohr 706b verbunden, das über ein Zungenventil 707 mit einem Auspuffkrümmer 731 verbunden ist, das ein Rückschlagventil 707a und ein Absperrventil 707b aufweist, die nachfolgend beschrieben sind.
Das Abgasrohr 703-ist mit einem Metallbalg versehen, der an der Seite des Abschnitts 705b der oberen Querschnittshälfte an der stromabwärtigen Seite des Honigwabenelernents 705 -angeordnet ist, und das Umschaltventil 708 ist über eine Stange 791 mit dem Balg 709 verbunden. Der Balg 709 umfaßt einen Anschlag 790, um seinen Hub zu regulieren. Der Balg 709 ist über Einlaßrohre 710a, 710b, durch die ein Unterdruck zun Betätigen des Balgs 709 zugeführt wird, mit einem Ansaugkrümmer 702 verbunden, der an der stromaufwärtigen Seite des Motors 701 angeordnet ist. Ein elektromagnetisches Ventil 711 ist zwischen die Einlaßrohre 710a, 710b zwischengesetzt.
Das Zungenventil 707 umfaßt das Rückschlagventil 707a und das Absperrventil 707b. Das Rückschlagventil 707a ermöglicht, daß ein Fluid nur von dem Rückführströmungsrohr 706a wegströmt. Das Absperrventil 707b wird durch eine Membran oder dergleiqhen betätigt, die durch einen Unterdruck betätigt wird. Das Absperrventil 707b ist mit dem Einlaßrohr 710b verbunden, durch das das elektromagnetische Ventil 713 über Einlaßrohre 712a, 710b mit dem Ansaugkrümmer 702 verbunden ist, um dem Absperrventil 707b einen Unterdruck zuzuführen, und ein elektromagnetisches Ventil 713 ist zwischen den Einlaßrohren 712a, 712b vorgesehen.
Eine Steuereinrichtung 714 ist in einem Mikrocomputer enthalten und empfängt Signale von dem Motor 701 und einem Abgastemperatursensor 715, um die elektromagnetischen Ventile 711, 713 in Abhängigkeit von einem Petriebszustand zu öffnen/schließen, um dadurch das Umschaltventil 708 über den Balg 709 zu steuern.
Als Nächstes wird der Betrieb dieser Vorrichtung unter Bezugnahme auf die in den Fig. 6 und 8 gezeigten Ablaufdiagramme beschrieben.
Wenn der Motor gestartet wird (Zündung ein), wird das elektromagnetische Ventil 711 durch die Steuereinrichtung 714 geöffnet, um zu veranlassen, daß das Einlaßrohr 710a mit dem Einlaßrohr 710b verbunden wird. Bei diesem Vorgang wird der Unterdruck in dem Ansaugkrümmer 702 über die Einlaßrohre 710a, 710b auf den Balg 709 aufgebracht, um ihn zu kontrahieren, und somit wird das Umschaltventil 708 in die durch eine gestrichelte Linie gezeigte Position gebracht (Ventil 708 geschlossen).
Ein Abgas hat direkt nach dem Start des Motors 701 eine niedrige Temperatur und der Motor 701 gibt das Abgas ab, das viel kalte HC enthält. Da der Katalysator eine Aktivierungstemperatur nicht erreicht, während das Abgas eine niedrige Temperatur hat, werden die HC durch die Katalysatoreinheit 704 wenig gereinigt und strömen in das Abgasrohr 703. Dabei wird die Temperatur des Abgases durch einen Abgastemperatursensor 715 überwacht.
Da das Abgas nur durch den Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte des Honigwabenelements 705 strömt, das das aus Zeolit zusammengesetzte Absorptionsmittel enthält, werden die kalten HC durch das Absorptionsmittel absorbiert, und das Abgas, von dem die kalten HC freigegeben werden, wird durch einen (nicht gezeigten) Schalldämpfer an die Umgebung abgegeben.
Nach dem Verstreichen einer vorgegebenen Zeitdauer (ta), während der der Motor 701 erwärmt wird und die Temperatur des Abgases die Temperatur überschreitet, die dem Absorptionsmittel die Absorption von HC ermöglicht (t> ta), wird das elektromagnetische Ventil 711 ansprechend auf ein Signal von der Steuereinrichtung 714 geschlossen (Ventil 711 geschlossen) . Somit wird die Zufuhr des Unterdrucks zu dem Baig 709 abgesperrt, so daß der Balg 709 durch seine elastische Kraft zu seiner Originalform zurückkehrt, und das Umschaltventil 708 wird in eine durch eine durchgezogene Linie gezeigte Position gebracht (Ventil 708 geöffnet), und somit wird der Strömungsweg des Abgases umgeschaltet, um durch den Abschnitt 705b der oberen Querschnittshälfte durchzutreten, durch den das Absorptionsmittel nicht getragen wird. Zu diesem Zeitpunkt erreicht der Katalysator die - Aktivierungstemperatur, so daß die kalten HC in dem Abgas durch die Katalysatoreinheit 704 gereinigt werden und das Abgas, das wenig HC enthält, durch den Abschnitt 705b der oberen Querschnittshälfte an die Umgebung abgegeben wird.
Sofort nachdem das elektromagnetische Ventil 711 geschlossen wird, wird das elektromagnetische Ventil 713 ansprechend auf ein Signal von der Steuereinrichtung 714 geöffnet (Ventil 713 geöffnet). Somit ist das Einlaßrohr 710b mit dem Einlaßrohr 712a verbunden, und der Unterdruck wird dem Absperrventil 707b von dem Ansaugkrümmer 702 zugeführt, um dasselbe zu öffnen (Ventil 707b geöffnet).
Andererseits strömt das Abgas, dessen Temperatur angestiegen ist, durch den Abschnitt 705b der oberen Querschnittshälfte des Honigwabenelements 705, um dasselbe aufzuheizen, und die Wärme des Abschnitts 705b der oberen Querschnittshälfte wird zu dem Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte geleitet, der einstückig mit diesem ausgebildet ist, so daß die Temperatur des Absorptionsmittels ansteigt, um dadurch die Freigabe von HC zu beschleunigen.
Da dabei das Absperrventil 707b wie vorstehend beschrieben geöffnet ist, veranlaßt die Schwankung des in dem Auspuffkrümmer 731 erzeugten Abgases, daß das Rückschlagventil 707a über das Rückführströmungsrohr 706b zeitweise geöffnet wird. Demgemäß strömen die von dem Absorptionsmittel freigegebenen HC in dem Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte des Honigwabenelements 705 über die Rückführströmungsrohre 706a, 706b in den Auspuffkrümmer 731. Dann werden die freigegebenen HC durch die Katalysatoreinheit 704 zusammen mit den HC in dem Abgas von dem Motor 701 gereinigt.
Wenn eine Zeitdauer (tb) verstrichen ist, während der das Umschaltventil 708 in eine offene (durch die durchgezogene Linie gezeigte) Position umgeschaltet ist und der Prozeß der Freigabe und Reinigung der HC gestartet wird und dann die Freigabe des HC vervollständigt wird [t> (ta+tb)], werden das elektromagnetische Ventil 713 und das Absperrventil 707b ansprechend auf ein Signal von der Steuereinrichtung 714 geschlossen (Ventile 713, 707b geschlossen).
Während das Absorptionsmittel bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel nur durch den Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte des Honigwabenelements 705 getragen wird, kann es durch das ganze Honigwabenelement 705 getragen werden. Des weiteren kann der Zeitpunkt, an dem das Umschaltventil 708 durch Öffnen des elektromagnetischen Ventils 711 ansprechend auf das Signal von der Steuereinrichtung 714 zu dem Prozeß der Freigabe/Reinigung der HC (die durch die durchgezogene Linie gezeigte Position) umgeschaltet wird, ein Zeitpunkt sein, an dem die Temperatur des Abgases eine vorgegebene hohe Temperatur erreicht.
Dann kann bei dieser Abgasreinigungsvorrichtung die Emission von kalten HC verhindert werden, selbst wenn sich der Motor in einem kalten Zustand befindet, bevor der Katalysator eine Aktivierungstemperatur erreicht. Da der Abgasströmungsweg 705a, in dem kalte HC durch das Absorptionsmittel absorbiert werden, und der Hauptabgasströmungsweg 705b durch Teilen des einstückigen Honigwabenelements 705 ausgebildet sind, wird das Absorptionsmittel bei dem Prozeß der Freigabe/Reinigung der HC durch das Abgas mit einer hohen Temperätur erhitzt, um zu ermöglichen, daß die HC wirksam freigegeben und gereinigtwerden. Da des weiteren die freigegebenen HC an der stromaufwärtigen Seite der Katalysatoreinheit 704 zu dem Abgasrohr 703 rückgeführt werden, kann der störende Einfluß auf die-Steuerung des Motors reduziert werden, der durch die Rückführung der HC verursacht wird.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die in Fig. 9 gezeigte Anordnung und das in Fig. 10 gezeigte Ablaufdiagramm gezeigt, indem ein Hauptaugenmerk auf den Unterschied zwischen diesem Ausführungsbeispiel und dem siebten Ausführungsbeispiel gelegt wird.
Ein Honigwabenelement 705, das ein Absorptionsmittel umfaßt, das durch dessen Abschnitt 705b der oberen Querschnittshäifte getragen wird, ist in einem Abgasrohr 703 an der stromabwärtigen Seite einer Katalysatoreinheit 704 vorgesehen. Ein Umschaltventil 708 ist an der stromabwärtigen Seite des Honigwabenelement 705 vorgesehen, um den Strömungsweg eines Abgases wahlweise auf den Abschnitt 705b der oberen Querschnittshälfte des Honigwabenelements 705 umzuschalten, das das Absorptionsmittel und dessen Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte trägt. Ein Balg 709, der über eine Stange 791 zum Antreiben des Ventils 708 mit dem Umschaltventil 708 verbunden ist, ist über Einlaßrohre 810a, 810b und einem elektromagnetischen Ventil 811, das auf eine ähnliche Weise wie bein siebten Ausführungsbeispiel zwischen die Einlaßrohre 810a, 810b zwischengesetzt ist, mit dem Ansaugkrümmer 702 eines Motors 701 verbunden. Ein Rückschlagventil 807a ist zwischen die Strömungswege 806a, 806b zum Rückführen der HC zwischengesetzt, die von dem Absorptionsmittel zu einem Auspuffkrümmer 731 freigegeben werden. Der Rückführströmungsweg 806a ist von der Seite des Balgs 709 mit dem Abgasrohr 703 verbunden, so daß er durch die Betätigung des Balgs 709 mit dem Abgasrohr 703 verbunden wird und davon abgesperrt wird. Eine Steuereinrichtung 814 ist mit einem Abgastemperatursensor 815 und einem elektromagnetischen Ventil 811 verbunden.
Vor dem Start des Motors 701 befindet sich das Umschaltventil 708 durch die elastische Kraft des Balgs 709 in einer offenen Position und das elektromagnetische Ventil 811 ist geöffnet.
Wenn der Motor 701 gestartet wird, tritt das Abgas über die Katalysatoreinheit 704 durch den Abschnitt 705b der oberen Querschnittshälfte, der das Absorptionsmittel trägt, um zu ermöglichen, daß die kalten HC durch das Absorptionsmittel absorbiert werden. Wenn eine vorgegebene Zeitdauer (ta) nach dem Start des Motors verstrichen ist, wird das elektromagnetische Ventil 811 ansprechend auf ein Signal von der Steuereinrichtung 814 geöffnet und der Balg 709 wird durch den Unterdruck aus dem Ansaugkrümmer 702 kontrahiert, um das Umschaltventil 708 dazu zu veranlassen, in die durch eine gestrichelte Linie gezeigte geschlossene Position umzuschalten. Somit strömt das Abgas mit den darin befindlichen HC, die durch den erwärmten und aktivierten Katalysator 704 gereinigt werden, durch den Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte des Honigwabenelements 705.
Da andererseits das Einlaßrohr 806a geöffnet ist, veranlaßt die Schwankung des Auspuffkrümmers 731 das zeitweise Öffnen des Rückschlagventils 807a. Dann werden die von dem auf eine hohe Temperatur erwärmten Absorptionsmittel freigegebenen HC durch die vorstehende Schwankung über die Rückführströmungsrohre 806a, 806b zu dem Auspuffkrümmer 731 rückgeführt, um durch den Katalysator 704 gereinigt zu werden.
Nachdem eine Zeitdauer [t> (ta+tb)] verstrichen ist, während der die HC nach dem Öffnen des elektromagnetischen Ventils 811 vollständig freigegeben werden, wird das elektromagnetische Ventil 811 ansprechend auf ein Signal von der Steuereinrichtung 814 geschlossen, und somit wird das Umschaltventil 708 in eine geöffnete Position (die durch eine durchgezogene Linie gezeigte Position) gebracht, so daß das Abgas durch den Abschnitt 705b der oberen Querschnittshälfte des Honigwabenelements 705 strömt, von dem die HC freigegeben werden, und ausgestoßen wird.
Dieses Äusführungsbeispiel ist dadurch vorteilhaft, daß die Anzahl der Ventile reduziert werden kann und die Leitungsführung verglichen mit dem vierten Ausführungsbeispiel vereinfacht werden kann, während es dieselbe Wirkung wie das vierte Ausführungsbeispiel erfüllt.
Während bei jedem der vorstehenden Ausführungsbeispiele das Honigwabenelement 705 mit dem durch seinen Abschnitt der Querschnittshälfte getragenen Absorptionsmittel an der stromabwärtigen Seite der Katalysatoreinheit 704 vorgesehen ist, können anstatt dem Honigwabenelement 705 ein Honigwabenelement mit einem Absorptionsmittel, das durch einen seiner Abschnitte der Querschnittshälfte getragen wird, und ein Katalysator verwendet werden, der durch den anderen Abschnitt der Querschnittshälfte getragen wird.
Ein in Fig. 11 gezeigtes Honigwabenelement 705 hat ein Absorptionsmittel, das durch dessen Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte getragen wird, und einen Katalysator, der durch dessen Abschnitt 705b der oberen Querschnittshälfte getragen wird. Wenn dieses Honigwabenelement 705 auf die Vorrichtung des in Fig. 6 gezeigten vierten Ausführungsbeispiels angewendet wird, strömt ein Abgas bei niedrigen Temperaturen durch den Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte, der das Absorptionsmittel trägt, bis die Temperatur des Katalysators die Temperatur für dessen Aktivierung erreicht, und nachdem die Temperatur des Katalysators die Aktivierungstemperatur erreicht hat, strömt das Abgas durch den Abschnitt 705b der oberen Querschnittshälfte.
Diese Ausführungsbeispiel hat gegenüber den vorher erwähnten Ausführungsbeispielen die folgenden Vorteile. D.h., wenn eine hohe Last auf den Motor aufgebracht wird, nachdem die Temperatur eines Abgases die Aktivierungstemperatur des Katalysators erreicht hat, kann das Abgas in einer erhöhten Menge bis zu einem Ausmaß strömen, wobei die an der stromaufwärtigen Seite angeordnete Katalysatoreinheit die in dem Abgas enthaltenen HC nicht perfekt reinigen kann. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel können dabei die ungereinigten HC durch den Abschnitt 705b der oberen Querschnittshälfte des Honigwabenelements 705 gereinigt werden, das den Katalysator trägt. Mit dieser Anordnung, wobei das Honigwabenelements 705 als eine absorbierende Einheit und eine Katalysatoreinheit dient, wie vorstehend beschrieben ist, können die HC besser gereinigt werden.
Wenn des weiteren das Abgas durch den Abschnitt 705b der oberen Querschnittshälfte des Honigwabenelements 705 strömt, kann auch dadurch eine Wirkung erhalten werden, daß die Reaktionswärme des Katalysators zu der Wärme addiert wird, die zu dem HC absorbierenden Abschnitt 705a der unteren Querschnittshälfte geleitet wird, um die Freigabe von HC weiter zu fördern.
Die Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann die Emission von HC verhindern, selbst während sich der Motor in einer Kaltphase befindet bevor der Katalysator die Aktivierungstemperatur erreicht. Des weiteren kann das Absorptionsmittel wirksam HC absorbieren und die HC können wirksam von dem Absorptionsmittel freigegeben und gereinigt werden, und eine störende Wirkung auf die Steuerung des Motors, die durch die Reinigung der HC verursacht wird, kann so weit wie möglich minimiert werden.
Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Partikelentfernungseinheit 906 für feine Benzinteilchen in der Gestalt eines Prallblechs an der stromaufwärtigen Seite des Abschnitts 912 der oberen Querschnittshälfte des in Fig. 11 gezeigten Honigwabenelements vorgesehen.
Auf herkömmliche Weise können feine Benzinpartikel, die in einem Abgas enthalten sind, durch das Absorptionsmittel eines Honigwabenelements nicht geeignet absorbiert werden, weil die Größe der Partikel zu groß ist. Das Vorsehen der Partikelentfernungseinheit 906 für feine Benzinteilchen veranlaßt jedoch die feinen Benzinpartikel, gegen die Entfernungseinheit 906 zu stoßen, wodurch sie zunächst entfernt werden können, ohne direkt zu der Außenseite abgegeben zu werden.

Claims

1. Abgas reinigungsvorrichtung mit:

einer Katalysatorunterstützung (13), die in einem Abgasweg (14) einer Brennkraftmaschine (11) vorgesehen ist;

einem Absorptionsmittel (18), das an der stromabwärtigen Seite der Katalysatorunterstützung in dem Abgasweg vorgesehen ist, um ein HC-Gas zu absorbieren, das in einen von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgas enthalten ist;

einem Umgehungskanal (20) zum Schaffen einer Umgehung zwischen einem Ort stromaufwärtig von der Katalysatorunterstützung (13) und stromabwärtig von der Brennkraftmaschine (11) und einem Ort, an dem das Absorptionsmittel (18) vorgesehen ist, und zum Rückführen des durch das Absorptionsmittel (18) absorbierten HC-Gases zu einem Ort stromabwärtig von der Brennkraftmaschine (11) und stromaufwärtig von der Katalysatorunterstützung (13);

einer Rückführeinrichtung (21, 508, 707, 807), die zum Rückführen des durch das Absorptionsmittel (18) absorbierten HC-Gases zu einem Ort stromabwärtig von der Brennkraftmaschine (11) und stromaufwärtig von der Katalysatorunterstützung (13) in dem Rückführkanal (20) vorgesehen ist; und

einer Abgasumschalteinrichtung (51, 506, 708), um zu ermöglichen, daß das Abgas hauptsächlich zu dem Absorptionsmittel (18) strömt, wenn eine Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine (11) niedriger als ein vorgegebener Wert ist, und um zu ermöglichen, daß das Abgas zu einem Hauptabgabeweg (14m; 521) abgeben wird, ohne daß es durch das Absorptionsmittel (18) durchtritt, wenn eine Temperatur des von der Brennkraftmaschine (11) abgegebenen Abgases höher als ein vorgegebener Wert ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

an der stromabwärtigen Seite der Katalysatorunterstützung (13) in dem Abgasweg (14) ein Behälter vorgesehen ist, in dem das Absorptionsmittel (18) angeordnet ist, wobei der Hauptabgabeweg (14m; 521) so ausgebildet ist, daß er seitlich zu dem Absorptionsmittel und in einer parallelen Beziehung zu diesem angeordnet ist, wobei die Abgasumschalteinrichtung (51, 506, 708) nur an der stromabwärtigen Seite des Absorptionsmittels in dem Behälter vorgesehen ist; und

wobei die Rückführeinrichtung (21, 508, 707, 807) das HC-Gas mittels eines Druckunterschieds zwischen einem Ort stromabwärtig von der Brennkraftmaschine (11) und stromaufwärtig von der Katalysatorunterstützung (13) und einem Ort stromabwärtig von dem Absorptionsmittel (18) rückführt, wobei der Druckunterschied durch die Abgasschwankung der Brennkraftmaschine (11) verursacht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rückführeinrichtung ein elektrisch gesteuertes Rückschlagventil (21, 508) aufweist, wobei das Rückschlagventil dazu geeignet ist, durch eine Steuereinheit (30, 509) geöffnet zu werden, die geeignet ist, aus dem Drehzahlkennfeld der Brennkraftmaschine (11) und dem Öffnungsmaß der Drosselklappe eine Zeitgebung zu erfassen, zu der der Abgasweg einem Unterdruck ausgesetzt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Absorptionsmittel (18) ein HC-Gas absorbiert, das in einem von der Brennkraftmaschine (11) abgegebenen Abgas enthalten ist, wenn eine Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine (11) gleich oder niedriger als ein vorgegebener Wert ist, und aufgrund einer Temperatur des Abgases das absorbierte HC-Gas freigibt, wenn eine Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine (11) gleich oder höher als ein vorgegebener Wert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das durch das Absorptionsmittel (18) absorbierte HC-Gas durch eine Temperatur des Abgases freigegeben wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abgasweg einen ersten Bereich (705a), in dem eine Absorptionseinrichtung vorgesehen ist, um ein HC-Gas zu absorbieren, das in einem von der Brennkraftmaschine abgegebenen Abgas enthalten ist, und einen zweiten Bereich (705b) hat, in dem die Absorptionseinrichtung nicht vorgesehen ist, und wobei das Abgas durch die Abgasumschalteinrichtung (708) dazu veranlaßt wird, hauptsächlich zu dem ersten Bereich des Absorptionsmittels zu strömen, wenn eine Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine niedriger als ein vorgegebener Wert ist, und hauptsächlich zu dem zweiten Bereich des Absorptionsmittels zu strömen, wenn eine Temperatur des Abgases der Brennkraftmaschine höher als ein vorgegebener Wert ist.