DE69817718T2

DE69817718T2 - Abgasreiniger für direkteingespritzte verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE69817718T2
Application number: DE69817718T
Authority: DE
Inventors: Katsunori Minato-ku Kaneko; Kazuo Minato-ku Koga; Hiromitsu Minato-ku Ando; Taizo Minato-ku KITADA
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1997-03-31
Filing date: 1998-02-10
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2018-02-11
Also published as: US6173571B1; KR100318001B1; JP3067685B2; DE69817718D1; EP0903481A4; EP0903481B1; JPH10274031A; EP0903481A1; WO1998044245A1; KR20000016174A

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung, die eine Abgasreinigung bei einer Vetbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung, bei der Kraftstoff direkt in deren Verbrennungskammer eingespritzt wird, durchführt, und betrifft insbesondere eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung, die für eine Verwendung bei der Desorption einer Schwefelkomponente (SO_x) durch Kraftstoffeinspritzungs-Steuerung geeignet ist.
STAND DER TECHNIK
Gegenwärtig werden in der Praxis Verbrennungskraftmaschinen mit Zylindereinspritzung verwendet, bei denen Kraftstoff direkt in die Verbrennungskammer eingespritzt wird. Bei solchen Verbrennungskraftmaschinen mit Zylindereinspritzung wird, da der Zeitpunkt zum Einspritzen des Kraftstoffs frei gesetzt werden kann, die Kraftstoffeinspritzung bei einem Kompressionshub im Bereich eines Betriebs mit niedriger Last durchgeführt, eine Mischung mit einer für die Zündung ausreichenden Kraftstoffkonzentration lokal in der Nähe einer Zündkerze gesammelt, und eine supermagere Verbrennung durch so genannte Schichtladeverbrennung durchgeführt, wodurch noch eine weitere Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs erreicht wird.
Bei einer Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung wie dieser wird, wie oben beschrieben, der Betrieb in diesem supermageren Bereich in einem vorher bestimmten Betriebsbereich durchgeführt; daher ist es vom Standpunkt der Abgasreinigung aus schwierig, eine zufrieden stellende Abgaskennlinie zu erzielen, wenn nur ein Dreiwegekatalysator vorgesehen ist (der eine Dreiwegefunktion nah an einem stöchiometrischen Verhältnis hat), der bei einer Kraftmaschine mit Einzeleinspritzung (MPI) usw. verwendet wird.
Daher ist ein Katalysator für mageres NO_x entwickelt worden, der NO_x sogar in einem Zustand mit überschüssiger Sauerstoffkonzentration, in dem überschüssiger Sauerstoff in Abgasen vorhanden ist, reinigen kann, und es ist unerlässlich, diesen NO_x-Katalysator vorzusehen.
Für diesen Katalysator für mageres NO_x sind Typen entwickelt worden, die NO_x in Abgasen reinigen, indem NO_x an einem Katalysator adheriert (ein Okklusions-Katalysator für mageres NO_x und ein Abscheidungs-Katalysator für mageres NO_x).
Dieser Katalysator für mageres NO_x hat die Funktion, bei einem Zustand mit überschüssiger Sauerstoffkonzentration NO_x in Abgasen an sich selbst zu adherieren und das adherierte NO_x zu desorbieren, wenn die Sauerstoffkonzentration sinkt. Mit anderen Worten, der Katalysator für mageres NO_x hat bei einem Zustand mit überschüssiger Sauerstoffkonzentration die Funktion, NO in Abgasen zu oxidieren und ein Nitrid herzustellen, wodurch er NO_x an sich bindet. Andererseits hat der Katalysator für mageres NO_x bei einem Zustand, bei dem die Sauerstoffkonzentration reduziert wurde, die Funktion, eine Reaktion des Nitrids, das an ihn gebunden ist, mit CO in Abgasen zu bewirken und ein Carbonat zu erzeugen, wodurch NO_x desorbiert wird.
Kraftstoff oder Schmieröl enthält eine Schwefelkomponente (S-Komponente), und eine solche Schwefelkomponente ist auch in Abgasen vorhanden. An dem Katalysator für mageres NO_x adheriert NO_x bei einem Zustand mit überschüssiger Sauerstoffkonzentration, und eine solche Schwefelkomponente adheriert ebenfalls. Mit anderen Worten, die Schwefelkomponente verbrennt und wird außerdem an dem Katalysator für mageres NO_x zu SO₃ oxidiert. Ein Teil dieses SO₃ reagiert weiter mit einem NO_x okkludierenden Agens an dem Katalysator für mageres NO_x und wird zu einem Sulfat, so dass es an dem Katalysator für mageres NO_x adheriert.
Deshalb adherieren ein Nitrid und ein Sulfat an dem Katalysator für mageres NO_x da aber das Sulfat als ein Salz eine höhere Stabilität hat als das Nitrid und sogar in einem Zustand mit Sauerstoftkonzentrationsreduktion nur ein Teil davon aufgetrennt wird, erhöht sich mit der Zeit die Menge des Sulfats, das an dem Katalysator für mageres NO_x bleibt. Damit verschlechtert sich die katalytische Leistung des Kata lysators für mageres NO_x (dies wird als S-Vergiftung bezeichnet), da die Fähigkeit des Katalysators für mageres NO_x zur Adhäsion von NO_x mit der Zeit verringert wird.
Das Nitrid, das die Fähigkeit eines solchen Katalysators für mageres NO_x zur Adhäsion von NO_x verringert, hat eine auftrennende Wirkung, wenn die Temperatur hoch wird.
Aus diesem Grund ist beispielsweise bei einer Technik, die in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung SHO 63-150441 offenbart ist, der Öffnungswinkel eines Leerlaufsteuerungsventils vergrößert, um eine Menge an Ansaugluft zu vergrößern, und die Motordrehzahl wird auf einen hohen Drehzahlbereich erhöht (2000 bis 3000 U/min) und aufrechterhalten, wodurch versucht wird, die Temperatur des Katalysatorbetts auf hohen Temperaturen zu halten. In diesem Zustand wird die Kraftstoffmenge erhöht, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett zu machen, wodurch versucht wird, die in einen Katalysator strömenden Abgase in einen deoxidierten Zustand zu bringen.
Da jedoch ein spezieller Betriebszustand wie dieser das Abtriebsmoment einer Kraftmaschine beeinflusst, kann er nicht für jede Kraftmaschine angewandt werden. Z. B. in dem Fall, wenn eine solche Technik für PKW-Kraftmaschinen angewandt wird, beeinflusst dies, wenn der oben genannte spezielle Betriebszustand während des normalen Betriebs eines PKWs erzeugt wird, die Fahrt des PKWs und ist schwierig in der Praxis anzuwenden.
Außerdem wird, beispielsweise bei einer in der offengelegten japanischen Patentveröffentlichung HEI 6-66129 offenbarten Technik, wenn eine bestimmte Menge oder mehr der Schwefelkomponente an einen Katalysator für mageres NO_x adheriert, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Abgase zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis gemacht oder wird fett gemacht, und die Abgase werden durch eine elektrische Heizvorrichtung, die um ein Abgasrohr herum angeordnet ist, aufgeheizt und ihre Temperatur wird erhöht, wodurch versucht wird, die Schwefelkomponente aufzutrennen und von dem Katalysator für mageres NO_x zu desorbieren.
Jedoch besteht bei dieser Technik die Notwendigkeit, eine elektrische Heizvorrichtung anzuordnen, um die Temperatur der Abgase zu erhöhen, so dass die Kosten beträchtlich steigen. Zum anderen ist bei der elektrischen Heizvorrichtung eine Aufwärmzeit nötig, und es kostet Zeit, die Temperatur der Abgase zu erhöhen, so dass es schwierig ist, die Reinigungseffizienz des Katalysators zu einem frühen Zeitpunkt zu regenerieren. Außerdem ist es unerwünscht, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu machen oder es fett zu machen, da, wenn dies geschieht, eine Schwankung in dem Abtriebsmoment der Kraftmaschine auftritt. Die JP-A-09 032 619 offenbart die Entschwefelung eines Katalysators für mageres NO_x durch eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung während des Auslasshubs oder des Expansionshubs einer Verbrennungskraftmaschine. Der zusätzliche Kraftstoff wird in der Auspuffleitung verbrannt.
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts solcher Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung zur Verfügung zu stellen, die eine Schwefelkomponente, die an einem NO_x-Katalysator adheriert, zuverlässig desorbieren und die Lebensdauer des NO_x-Katalysators verlängern kann, indem die Abgastemperatur zuverlässig erhöht wird, während keine zusätzliche Vorrichtung vorgesehen ist und außerdem kein Einfluss auf ein Motor-Abtriebsmoment ausgeübt wird. Dies wird mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 erreicht.
Bei einer Abgasreinigungsvorrichtung, die in einer Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung angeordnet ist, die mit einem Kraftstoffeinspritzventil für eine Einspritzung von Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer versehen ist und bei der Kraftstoff wenigstens während eines Kompressionshubs durch das Kraftstoffeinspritzventil eingespritzt wird, um eine Schichtladeverbrennung durchzuführen, umfasst die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung Folgendes: Ein NO_x-Katalysator, der in einem Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, wobei der NO_x-Katalysator bei einem Zustand mit einer überschüssigen Sauerstoffkonzentration NO_x an sich selbst adheriert und NO_x in einem Zustand mit Sauerstoffkonzentrationsreduktion desorbiert; und eine Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung für eine Desorption einer Schwefelkomponente von dem NO_x-Katalysator. Die Schwefelkomponenten- Desorptionseinrichtung spritzt während eines Expansionshubs zusätzlichen Kraftstoff zusätzlich zu der Haupteinspritzung für die Schichtladevebrennung ein und verbrennt außerdem den zusätzlichen Kraftstoff wieder, so dass die Abgastemperatur auf eine vorher bestimmte Temperatur oder darüber hinaus erhöht wird, wodurch die Schwefelkomponente desorbiert wird.
In diesem Zustand kann zusätzlicher Kraftstoff zuverlässig zur Verbrennung gebracht werden, ohne dass. eine zusätzliche Vorrichtung vorgesehen ist, und die Abgastemperatur kann erhöht werden, so dass die Schwefelkomponente, die an einem NO_x-Katalysator adheriert, zuverlässig resorbiert werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass die Lebensdauer des NO_x-Katalysators verlängert werden kann.
Da die Abgastemperatur in kurzer Zeit erhöht werden kann, besteht auch der Vorteil, dass die Desorption der Schwefelkomponente von dem Katalysator für mageres NO_x durch die Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung in kurzer Zeit durchgeführt werden kann. Außerdem besteht ebenfalls der Vorteil, dass der zusätzliche Kraftstoff zur Verbrennung gebracht und die Abgastemperatur zuverlässig erhöht werden kann, ohne dass Einfluss auf das Abtriebsmoment der Verbrennungskraftmaschine ausgeübt wird.
Vorzugsweise wird die Einspritzzeit der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung bei einem Expansionshub so gesetzt, dass die Abgastemperatur ungefähr 600° oder mehr erreicht. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Hauptverbrennung (Luft-Kraftstoff-Verhältnis innerhalb eines Zylinders) während des Betriebs der Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung gleich oder größer als ungefähr 20 ist. Außerdem ist es bevorzugt, dass eine Steuerung der Desorption einer Schwefelkomponente durch die Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung eine vorher bestimmte Zeit lang (in der Größenordnung von etwa 5 min.) fortgesetzt wird.
Außerdem weist die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung vorzugsweise eine Schwefelkomponenten-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung zum Schätzen einer Adhäsionsmenge einer Schwefelkomponente auf, die an dem NO_x-Katalysator adheriert und die Fähigkeit des NO_x-Katalysators zur Adhäsion von NO_x reduziert. Es ist vorzuziehen, dass die Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung einem Ausgang der Schwefelkomponenten-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung entsprechend betrieben wird.
In diesem Zustand besteht durch das Schätzen der Adhäsionsmenge einer Schwefelkomponente an einem NO_x-Katalysator der Vorteil, dass eine Betätigung der Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung zu den richtigen Zeitpunkten möglich ist.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Schwefelkomponenten-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung eine Adhäsionsmenge der Schwefelkomponente schätzt, beruhend auf einer Gesamt-Kraftstoffeinspritzmenge, die aus einem integrierten Wert der Injektor-Antriebszeitabschnitte aller Betriebsmodi erhalten wird.
In diesem Zustand besteht der Vorteil, dass die Schätzung der Adhäsionsmenge einer Schwefelkomponente an einem NO_x-Katalysator leicht und einfach durchgeführt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das schematisch den wesentlichen Aufbau des Steuerungssystems einer Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Steuerungs-Blockdiagramm der Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß der einen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Gesamtaufbau-Diagramm der Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4(a) ist eine. schematische Ansicht zur Beschreibung eines Katalysators für mageres NO_x in der Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbren nungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Diagramm, das den Aufbau des Katalysators für mageres NO_x zeigt;
4(b) ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung eines Katalysators für mageres NO_x in der Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinpritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Diagramm, das die NO_x-Adhäsionsfunktion des Katalysators für mageres NO_x zeigt;
4(c) ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung eines Katalysators für mageres NO_x in der Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Diagramm, das die NO_x-Desorptionsfunktion des Katalysators für mageres NO_x zeigt;
5(a) ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung der Schwefelkomponenten-Adhäsions-Desorptions-Funktion des Katalysators für mageres NO_x bei der Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Diagramm, das die Schwefelkomponenten-Adhäsionsfunktion zeigt;
5(b) ist eine schematische Ansicht zur Beschreibung der Schwefelkomponenten-Adhäsions-Desorptions-Funktion des Katalysators für mageres NO_x bei der Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ist ein Diagramm, das die Schwefelkomponenten-Desorptionsfunktion zeigt;
6 ist ein Flussdiagramm, das die Steuerung der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung der Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7(a) ist ein Diagramm zur Beschreibung einer chemischen Reaktion in der Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß der einen Ausführungsform der vorliegen den Erfindung und zeigt den Gleichgewichtszustand der chemischen Reaktion; und
7(b) ist ein Diagramm zur Beschreibung einer chemischen Reaktion in der Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß der einen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt das Verhältnis zwischen chemischer Reaktion und Temperatur.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden durch die Zeichnungen beschrieben.
1 bis 7 zeigen eine Abgasreinigungsvorrichtung (ein Abgasemissions-Steuerungssystem) für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Zunächst wird die Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung beschrieben, die mit der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung ausgestattet ist. Diese Verbrennungskraftmaschine, wie in 3 gezeigt, ist eine Verbrennungskraftmaschine, die einen Ansaughub, einen Kompressionshub, einen Expansionshub und einen Auslasshub in einem Betriebszyklus aufweist, d. h. ein Viertaktmotor, und ist als Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung (Zylindereinspritzungskraftmaschine) aufgebaut, die mit Funkenzündung arbeitet und außerdem Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer einspritzt.
Mit einer Verbrennungskammer 1 sind ein Einlasskanal 2 und ein Auslasskanal 3 so verbunden, dass sie miteinander kommunizieren können. Der Einlasskanal 2 und die Verbrennungskammer 1 werden durch ein Einlassventil 4 so gesteuert, dass sie geöffnet oder geschlossen werden, und der Auslasskanal 3 und die Verbrennungskammer 1 werden durch ein Auslassventil 5 so gesteuert, dass sie geöffnet oder geschlossen werden.
Außerdem sind in dem Einlasskanal, 2 eine Luftreinigungsvorrichtung 6 und ein Drosselventil 7 in der Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite vorgesehen. In dem Auslasskanal 3 sind ein Katalysator 9 für die Abgasreinigung und ein Schalldämpfer (nicht gezeigt) in der Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite vorgesehen. Es ist zu beachten, dass der Einlasskanal 2 mit einem Druckausgleichsbehälter 2a versehen ist.
Außerdem ist ein Abgas-Rezirkulierungssystem (im Folgenden AR-System genannt) 10 angeordnet. Mit anderen Worten, ein Abgas-Rezirkulierungskanal 10b ist vorgesehen, um den Druckausgleichsbehälter 2a des Einlasskanals 2 und die stromaufwärtige Seite des Auslasskanals 3 miteinander zu verbinden, und ein AR-Ventil 10a ist an diesem Abgas-Rezirkulierungskanal 10b befestigt.
Mit diesem AR-Ventil 10a kann der Durchsatz des Emissionsgases (auch Auslass oder Abgas oder Rauchgas genannt) geregelt werden. Es ist zu beachten, dass die Steuerung des AR-Ventils 10a entsprechend dem Betriebszustand des Motors durchgeführt wird.
Außerdem variiert der Öffnungswinkel des Drosselventils 7 entsprechend der Stärke der Betätigung des Beschleunigungspedals (nicht gezeigt), und damit wird die Menge der Luft, die in die Verbrennungskammer 1 eingeführt wird, eingestellt. Weiterhin ist 16 ein Leerlaufsteuerungsventil (LS-Ventil), das in einem Bypassweg 16A vorgesehen ist, der den Einsatzabschnitt des Drosselventils 7 des Einlasskanals 2 umgeht. Das Ventil 16 wird von einem Schrittmotor (nicht gezeigt) betätigt, um geöffnet und geschlossen zu werden, und regelt die Feineinstellung des Motorleerlaufs insbesondere dann, wenn das Drosselventil 7 vollständig geschlossen oder fast vollständig geschlossen ist.
50 ist ein Luft-Bypass-Ventil (LBV), das in einem Bypass-Weg 50A vorgesehen ist, der den Einlasskanal 2 an der stromaufwärtigen Seite des Drosselventils 7 mit dem Druckausgleichsbehälter 2a verbindet, um den Einsatzabschnitt des Drosselventils 7 des Einlasskanals 2 zu umgehen. Das LBV 50 stellt eine Ansaugmenge getrennt von dem Drosselventil 7 und dadurch ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein.
Ein Injektor (Kraftstoffeinspritzventil) 8 ist so angeordnet, dass seine Öffnung der Verbrennungskammer 1 zugewandt ist, um Kraftstoff direkt zu der Verbren nungskammer 1 des Zylinders einzuspritzen. Außerdem ist es selbstverständlich, dass dieser Injektor 8 in jedem Zylinder vorgesehen ist. Angenommen, dass der Motor dieser Ausführungsform z. B. ein Vierzylinder-Reihenmotor ist, sind vier Injektoren 8 vorgesehen.
In diesem Zustand wird die Luft, die durch die Luftreinigungsvorrichtung 6 entsprechend dem Öffnungswinkel des Drosselventils 7 angesaugt wird, in die Verbrennungskammer 1 gesaugt, indem das Einlassventil 4 geöffnet wird. Innerhalb dieser Verbrennungskammer 1 wird die angesaugte Luft mit Kraftstoff gemischt, der direkt von dem Injektor 8 eingespritzt wird. Das Gemisch ist innerhalb der Verbrennungskammer 1 verbrannt worden, indem eine Zündkerze 35 zum richtigen Zeitpunkt gezündet wurde. Nachdem ein Motordrehmoment erzeugt wurde, werden die verbrannten Gase als Abgase aus der Verbrennungskammer 1 in den Auslasskanal 3 ausgelassen. Nachdem drei schädliche Komponenten in den Abgasen, CO, HC und NO_x, mit einem katalytischen Umwandler 9 (nachstehend einfach als Katalysator bezeichnet) gereinigt wurden, werden die gereinigten Gase in die Atmosphäre desorbiert, wobei das entstehende Geräusch durch einen Schalldämpfer gedämpft wird.
Insbesondere ist die erfindungsgemäße Kraftmaschine eine Kraftmaschine, die ökonomisch betrieben werden kann, indem sie ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager macht. Während eines Magerbetriebs kann NO_x in den Abgasen mit einem üblichen Dreiwegekatalysator allein nicht ausreichend gereinigt werden, so dass der Katalysator 9 aus einer Kombination aus einem Katalysator für mageres NO_x (NO_x-Katalysator) 9A und einem Dreiwegekatalysator 9B besteht. Mit anderen Worten, der Dreiwegekatalysator 9B mit einer Dreiwegefunktion, der CO, HC und NO_x in den Abgasen bei einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis reinigen kann, ist stromabwärts von dem Katalysator 9A für mageres NO_x angeordnet. Unter diesen Katalysatoren steht der Katalysator 9A für mageres NO_x im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, und seine ausführliche Beschreibung folgt später.
Wenn die erfindungsgemäße Kraftmaschine weiter beschrieben wird, ist diese Kraftmaschine so aufgebaut, dass der Ansaugstrom, der von dem Einlasskanal 2 in die Verbrennungskammer 1 geleitet wird, einen Längswirbel (eine umgekehrte Wälz- strömung) bildet, und dass der Ansaugstrom innerhalb der Verbrennungskammer 1 eine solche Längswirbelströmung bildet. Deshalb wird z. B. eine kleine Menge Kraftstoff nur in der Nachbarschaft der Zündkerze 35 gesammelt, die im Zentrum des Scheitelabschnitts der Verbrennungskammer 1 angeordnet ist, indem diese Längswirbelströmung genutzt wird, wodurch ein Abschnitt, der von der Zündkerze 35 entfernt angeordnet ist, in einen Zustand eines supermageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gebracht werden kann. Wenn nur die Umgebung der Zündkerze 35 in einen Zustand eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder einen Zustand eines fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gebracht wird, kann der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden, wobei eine stabile Schichtladeverbrennung verwirklicht wird (supermagere Schichtverbrennung). Die optimale Kraftstoffeinspritzzeit ist in diesem Fall in dem letzten Abschnitt des Kompressionshubs, während dessen ein Luftstrom schwach ist.
Außerdem muss, falls eine hohe Motorleistung erzielt wird, eine Vormischungsverbrennung durchgeführt werden, wobei der Kraftstoff von dem Injektor 8 in der gesamten Verbrennungskammer 1 eine einheitliche Qualität erhält und wobei auch die gesamte Verbrennungskammer 1 in einen Misch-Zustand eines stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses oder eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gebracht wird. Natürlich wird eine höhere Leistung durch ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis als durch ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzielt, und sogar in diesen Fällen kann eine höhere Leistung effizient erzielt werden, indem die Kraftstoffeinspritzung zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, bei dem die Zerstäubung und Vergasung des Kraftstoffs in ausreichendem Maß durchgeführt werden. Der optimale Kraftstoffeinspritzzeitpunkt in solchen Fällen wird so gesetzt, dass die Kraftstoffeinspritzung während des Ansaughubs endet, so dass die Zerstäubung und Vergasung des Kraftstoffs gefördert werden können, indem ein Ansaugstrom ausgenutzt wird.
Verschiedene Arten von Sensoren sind vorgesehen, um diese Kraftmaschine zu steuern. Erstens sind an der Seite des Einlasskanals 2 ein Luftstromsensor 11 von Karman's Vortex-Information zur Erfassung eines Ansaugluftvolumens, ein Ansaugtemperatursensor 12 zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft, und ein Sensor 13 für atmosphärischen Druck zur Erfassung des atmosphärischen Drucks in dem Einsatzabschnitt der Luftreinigungsvorrichtung vorgesehen, und ein Drossel klappensensor 14 vom Typ eines Drosselklappenpotentiometers zur Erfassung eines Öffnungswinkels des Drosselventils 7, ein Leerlaufschalter 15 zur Erfassung eines Leerlaufzustands usw. sind in dem Einsatzabschnitt des Drosselventils vorgesehen.
Außerdem ist an der Seite des Auslasskanals 3 ein Sauerstoffkonzentrations-Sensor 17 zur Erfassung der Konzentration von Sauerstoff (O₂-Konzentration) in den Abgasen (im Folgenden einfach als O₂-Sensor bezeichnet) in dem stromaufwärtigen Seitenabschnitt des Katalysators 9 vorgesehen, und außerdem ist ein Katalysatortemperatursensor (Hochtemperatursensor) 26 zur Erfassung der Temperatur θ_c.c. des Katalysators 9 oder der Umgebung (im Folgenden als Katalysatortemperatur θ_c.c. bezeichnet) in dem stromabwärtigen Seitenabschnitt des Katalysators 9 vorgesehen.
Betreffend die anderen Sensoren ist weiterhin ein Wassertemperatursensor 19 zur Erfassung einer Motorkühlwassertemperatur vorgesehen, und wie in 2 gezeigt, sind ein Kurbelwinkelsensor (Kurbelwinkel-Erfassungseinrichtung) 21 zur Erfassung eines Kurbelwinkels (dieser Kurbelwinkelsensor 21 wird auch als Drehzahlsensor zur Erfassung einer Motordrehzahl verwendet) sowie ein OT-Sensor (Zylinderidentifikationssensor) 22 zur Erfassung des oberen Totpunkts in dem ersten Zylinder (Referenzzylinder) jeweils in der Nähe von Nocken vorgesehen.
Erfassungssignale von diesen Sensoren werden in eine elektronische Steuerungseinheit (ESE) 23 eingegeben.
Es ist zu beachten, dass Spannungssignale von einem Gaspedal-Positionssensor 24 zur Erfassung der Stärke der Betätigung des Beschleunigungspedals und einem Batteriesensor 25 zur Erfassung einer Batteriespannung sowie ein Signal von einem Anlassschalter [oder einem Zündschalter (Schlüsselschalter)] 20 zur Erfassung eines Motorstartzeitpunkts ebenfalls in die ESE 23 eingegeben werden.
Der Hardware-Aufbau der ESE 23 ist in 2 gezeigt, und diese ESE 23 ist mit einer Zentraleinheit (ZE) 27 als Hauptabschnitt versehen. In diese ZE 27 werden Erfassungssignale von dem Ansaugtemperatursensor 12, dem Sensor 13 für atmosphärischen Druck, dem Drosselsensor 14, dem O₂-Sensor 17, dem Wassertempe ratursensor 19, dem Gaspedal-Positionssensor 24, dem Katalysatortemperatursensor 26 und von dem Batteriesensor 25 durch eine Eingabeschnittstelle 28 und einen Analog/Digital-Wandler 30 eingegeben, und außerdem werden Erfassungssignale von dem Luftstromsensor 11, dem Kurbelwinkelsensor 21, dem OT-Sensor 22, dem Leerlaufschalter 15, dem Anlassschalter 20, dem Zündschalter usw. durch eine Eingabeschnittstelle 29 eingegeben.
Außerdem überträgt und empfängt die ZE 27 Daten durch eine Busleitung zwischen sich selbst und einem ROM 31 zur Speicherung von Programmdaten und Daten mit festem Wert, einem RAM 32, das sequenziell aktualisiert und überschrieben wird, einem frei laufenden Zähler 48 und einem Batterie-Sicherungs-RAM (nicht gezeigt), das eine Sicherung durchführt, indem der gespeicherte Inhalt erhalten wird, während eine Batterie angeschlossen wird.
Es ist zu beachten, dass die Daten in dem RAM 32 gelöscht und rückgesetzt werden, wenn der Zündschalter abgeschaltet wird.
Außerdem werden Kraftstoffeinspritzsteuerungs-Signale auf der Grundlage des Ergebnisses der Berechnung in der ZE 27 durch Einspritz-Antriebsvorrichtungen (Kraftstoffeinspritzventil-Antriebseinrichtungen) 34 der Zylinder (hier: vier Zylinder) in die Solenoide (Injektor-Solenoide) 8a der Injektoren 8 eingegeben.
Bezüglich der Kennlinien einer Kraftmaschine mit Zylindereinspritzung wie der oben genannten sind bei dieser Kraftmaschine als Kraftstoffeinspritzmodi ein Spät-Einspritz-Modus (Spät-Magerbetriebs-Modus), bei dem die Kraftstoffeinspritzung während eines Kompressionshubs erfolgt (insbesondere während der zweiten Hälfte eines Kompressionshubs), um einen Magerbetrieb durch supermagere Schichtverbrennung aurchzuführen und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, ein Früh-Einspritz-Modus (Früh-Magerbetriebs-Modus), bei dem die Kraftstoffeinspritzung während eines Ansaughubs erfolgt (insbesondere während der ersten Hälfte eines Ansaughubs), um einen Magerbetrib durch Vormischverbrennung durchzuführen und Leistung durch langsame Beschleunigung zu erreichen, ein stöchiometrischer Modus (stöchiometrischer Betriebsmodus), bei dem die Kraftstoffeinspritzung während eines Ansaughubs erfolgt, um einen stöchiometrsichen Betrieb (Betrieb mit stö chiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis) durch Vormischverbrennung durchzuführen und die Leistung im Vergleich zum Früh-Einspritz-Modus zu verbessern, und ein angereicherter Modus (offener Regelkreis-Modus), bei dem durch Vormischverbrennung ein fetter Betrieb durchgeführt wird (bei dem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis niedriger ist als ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) und die Leistung im Vergleich zu dem stöchiometrischen Betriebsmodus verbessert wird, vorgesehen. Dieser Motor wird entsprechend dem Motorbetriebszustand geschaltet. Es ist zu beachten, dass ein Schalten der oben genannten Betriebsmodi sich auf ein Schalten der Motor-Verbrennungszustände bezieht.
Die erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung ist in einer solchen Kraftmaschine (Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung) angeordnet. Es folgt eine Beschreibung der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsvorrichtung.
Zunächst werden die Prinzipien dieser Vorrichtung beschrieben.
Im Folgenden wird der Katalysator 9A für mageres NO_x beschrieben. Dieser Katalysator 9A für mageres NO_x ist ein Katalysator des Typs, der NO_x in Abgasen reinigt, indem NO_x an einen Katalysator adheriert wird (ein Okklusions-Katalysator für mageres NO_x und ein Abscheidungs-Katalysator für mageres NO_x). Wie in 4(a) gezeigt, ist der Katalysator 9A für mageres NO_x aus Aluminiumoxid Al₂O₃ (Träger) sowie Barium Ba, Platin Pt und Rhodium Rh, die von dem Träger getragen werden, aufgebaut.
Dieser Katalysator 9A für mageres NO_x hat eine NO_x-Adhäsions-Desorptions-Funktion, durch die NO_x in Abgasen bei einem Zustand mit überschüssiger Sauerstoffkonzentration an ihm adheriert und das adherierte NO_x desorbiert wird, wenn die Sauerstoffkonzentration reduziert wird.
Wenn die NO_x-Adhäsions-Desorptions-Funktion bei diesem Katalysator 9A für mageres NO_x beschrieben wird, adheriert bei einem Zustand mit überschüssiger Sauerstoffkonzentration (magerer Zustand), wie in 4(b) gezeigt, O₂ zunächst an der Oberfläche des Platins Pt, und dann reagiert NO in den Abgasen mit O₂ an der Oberfläche des Platins Pt und wird zu NO₂(2NO + O₂ → 2NO₂) .
Andererseits reagiert ein Teil des Ba, das von dem Katalysator 9A für mageres NO_x getragen wird, mit mit O₂ und wird zu Bariumoxid BaO. Dieses Bariumoxid BaO reagiert weiter mit CO usw. in den Abgasen und wird zu einem Carbonat BaCO₃.
In diesem Zustand reagiert ein Teil des erzeugten NO₂ weiter mit dem Carbonat (BaCO₃), das aus Bariumoxid BaO und CO erzeugt wurde, und ein Nitrat [Ba(NO₃)₂] wird erzeugt und adheriert an dem Katalysator 9A für mageres NO_x.
Wenn diese Reaktion als chemische Reaktionsformel dargestellt wird, ergibt sich die folgende Reaktionsfomel (1): BaCO₃+ 2NC + (3/2)O₂ → Ba(NO₃)₂ + CO₂ (1)
Zum anderen wird in dem Zustand mit reduzierter Sauerstoffkonzentration (fetter Zustand), wie in 4(c) gezeigt, die Menge an erzeugtem NO₂ reduziert, und die Reaktion schreitet in die entgegengesetzte Richtung fort, wodurch NO₂ von dem Katalysator 9A für mageres NO_x desorbiert wird.
Mit anderen Worten, das Nitrit [Ba(NO₃)₂], das an den Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, und das CO in den Abgasen reagieren miteinander an der Oberfläche des Platins Pt, und NO₂ und ein Carbonat (BaCO₃) werden erzeugt, wodurch NO₂ von dem Katalysator 9A für mageres NO_x desorbiert wird. Wenn dies als chemische Reaktionsformel dargestellt wird, ergibt sich die folgende Reaktionsformel (2): BaCO₃+ 2NO + O₂← Ba(NO₃)₂+ CO (2)
In Formel (2) gilt: 2NO + O₂→ 2NO₂. (Es ist zu beachten, dass ein Teil des NO bereits ausgelassen ist.)
Als nächstes wird das desorbierte NO₂ durch unverbranntes HC und CO in den Abgasen deoxidiert und wird als N₂ ausgelassen.
So sind in dem Katalysator 9A für mageres NO_x ein Nitrit [Ba(NO₃)₂] und ein Carbonat (BaCO₃) in einem Zustand chemischen Gleichgewichts vorhanden, und eine Reaktion in jeder Richtung findet entsprechend einem Zustand in der Nähe des Katalysators 9A für mageres NO_x statt.
Wie in der oben genannten Formel (2) gezeigt, schreitet deshalb in einem Zustand, in dem die Restsauerstoffkonzentration recht niedrig ist, wenn eine große Menge an CO, das das Material eines Carbonats (BaCO₃) ist, zugeführt wird, eine chemische Reaktion in einer Richtung fort, bei der dieses CO verbraucht wird, d. h. eine chemische Reaktion in einer Richtung, bei der ein Nitrit [Ba(NO₃)₂] aufgetrennt und ein Carbonat (BaCO₃) erzeugt wird [eine chemische Reaktion in einer Reaktionsrichtung von rechts nach links in Formel (2)]. Deshalb kann dabei NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, desorbiert werden.
Aus diesem Grund wird bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Zustand, in dem die Restsauerstoffkonzentration recht niedrig ist, eine starke Zufuhr von CO, das das Material eines Carbonats (BaCO₃) ist, (d. h. eine starke Zufuhr von unverbrannten oder unvollständig verbrannten Gasen) durchgeführt, wodurch das oben genannte chemische Gleichgewicht verschoben wird, das NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, zuverlässig entfernt wird, und die Funktion des Katalysators 9A für mageres NO_x aufrechterhalten wird. Aus diesem Grund wird eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung durchgeführt, wie unten beschrieben.
Zusätzlich hat dieser Katalysator 9A für mageres NO_x auch die Eigenschaft, in einem Zustand mit überschüssiger Sauerstoffkonzentration SO_x in Abgasen an sich selbst zu adherieren und das adherierte SO_x zu desorbieren, wenn die Sauerstoffkonzentration reduziert wird.
Mit anderen Worten adheriert bei diesem Katalysator 9A für mageres NO_x, wie in 5 gezeigt, in einem Zustand mit überschüssiger Sauerstoffkonzentration O₂ an der Oberfläche des Platins Pt, und die Schwefelkomponente, die in Kraftstoff oder einem Schmieröl enthalten ist, wird nach der Verbrennung als SO₂ ausgelassen. In den Abgasen enthaltenes SO₂ reagiert mit O₂ an der Oberfläche des Platins Pt und wird zu SO₃(2SO₂+ O₂→ 2SO₃). Dann wird ein Teil des erzeugten SO₃ mit dem Bariumoxid BaO an der Oberfläche des Platins Pt gekoppelt, und ein Sulfat (BaSO₄) wird erzeugt und adheriert an dem Katalysator 9A für mageres NO_x.
Wenn dies durch eine chemische Reaktionsformel dargestellt wird, ergibt sich die folgende Reaktionsformel (3): BaCO₃ + SO₂+ (1/2)O₂→ BaSO₄+ CO₂ (3)
Wenn eine solche chemische Reaktion stattfindet, ist das von dem Katalysator 9A für mageres NO_x getragene Ba ein Sulfat (BaSO₄), und ein Nitrit [Ba(NO₃)₂] wird von dieser Menge nicht erzeugt. Deshalb verschiebt sich das chemische Gleichgewicht zwischen dem Sulfat (BaSO₄) und dem Carbonat (BaCO₃) in eine Richtung, bei der das Sulfat (BaSO₄) aufgetrennt und die Fähigkeit des Sulfats (BaSO₄) zur NO_x Adhäsion reduziert wird, und daher die Leistung reduziert wird.
Zum anderen reagieren in einem Zustand reduzierter Sauerstoffkonzentration ein Abschnitt des Sulfats (BaSO₄), das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert und CO in den Abgasen miteinander an der Oberfläche des Platins Pt, SO₃ und ein Carbonat (BaCO₃) werden erzeugt, und SO₃ wird von dem Katalysator 9A für mageres NO_x desorbiert. Wenn dies durch eine chemische Reaktionsfomel gezeigt wird, ergibt sich die folgende Reaktionsformel (4): BaCO₃ + SO₂+ (1/2)O₂← BaSO₄ + CO + (1/2)O₂ (4)
Dann wird das desorbierte SO₃ durch unverbranntes HC und CO in den Abgasen deoxidiert.
So sind in dem Katalysator 9A für mageres NO_x, wie in 7(a) gezeigt, ein Carbonat (BaCO₃) und ein Sulfat (BaSO₄) in einem Zustand chemischen Gleichgewichts vorhanden, und eine Reaktion in jeder Richtung kann leicht fortschreiten, ent sprechend einem Zustand in der Nähe des Katalysators 9A für mageres NO_x. Mit anderen Worten, 7(b) wird durch eine Berechnung des chemischen Gleichgewichts erreicht, und, wie in 7(b) gezeigt, wird, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis klein wird (d. h. wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager wird), das Sulfat (BaSO₄) leicht aufzutrennen, und das Carbonat (BaCO₃) leicht zu erzeugen sein. Umgekehrt wird, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis groß wird (d. h. wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager wird), das Carbonat (BaCO₃) leicht aufzutrennen, und das Sulfat (BaSO₄) leicht zu erzeugen sein.
Zusätzlich zu dieser Eigenschaft hat der Katalysator 9A für mageres NO_x außerdem die Eigenschaft, dass eine Reaktion in jeder Richtung leicht fortschreitet, entsprechend der Temperatur in der Nähe des Katalysators 9A für mageres NO_x. Mit anderen Worten, der Katalysator 9A für mageres NO_x, wie in 7(b) gezeigt, hat die Eigenschaft, dass das Sulfat (BaSO₄) mit ansteigender Temperatur leicht aufzutrennen ist und das Carbonat (BaCO₃) leicht zu erzeugen ist. Wenn der Katalysator 9A für mageres NO_x eine hohe Temperatur erreicht, trennt sich ein Teil des Sulfats (BaSO₄), das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, thermisch auf.
Wenn diese Eigenschaften beachtet werden und wenn die Temperatur der Abgase, die dem Katalysator 9A für mageres NO_x zugeleitet werden, auf einen hohen Wert gebracht wird (allgemein ungefähr 600°C oder mehr), findet die thermische Auftrennung des Sulfats (BaSO₄) statt, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert. Wenn dies durch eine chemische Reaktionsformel dargestellt wird, ergibt sich folgende Reaktionsformel (5): BaSO₄ → 3BaO + SO₂+ (1/2)O₂. (5)
Wenn die Nachbarschaft des Katalysators 9A für mageres NO_x also in einen Zustand gebracht wird, in dem die Sauerstoffkonzentration reduziert ist und die Temperatur hoch ist (z. B. etwa 600°C oder mehr), wird die Auftrennung des Sulfats (Ba SO₄), das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, durch eine chemische Veränderung gefördert, und außerdem findet eine thermische Auftrennung statt, so dass die Schwefelkomponente zuverlässig von dem Katalysator 9A für mageres NO_x desorbiert werden kann.
Daher wird bei der vorliegenden Erfindung, wie unten beschrieben wird, zusätzlicher Kraftstoff während eines Expansionshubs eingespritzt, die Temperatur der Abgase auf einen hohen Wert gebracht und der Zustand in den Abgasen zu einem Zustand mit Sauerstoffkonzentrationsreduktion gemacht, wodurch die Schwefelkomponente von dem Katalysator 9A für mageres NO_x zuverlässig desorbiert wird.
Mit anderen Worten, in einem Zustand, in dem die Restsauerstoffkonzentration auf einen niedrigen Wert gebracht wurde, wird CO, welches das Material des Carbonats (BaCO₃) ist, zugeführt; das Nitrit [Ba(NO₃)₂], das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, wird aufgetrennt und auch als NO₂ desorbiert; und ein Teil des Sulfats (BaSO₄), das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, wird durch eine chemische Reaktion aufgetrennt und als SO₃ desorbiert, wodurch NO_x und eine Schwefelkomponente (SO_x) von dem Katalysator 9A für mageres NO_x desorbiert werden. Außerdem wird zur Desorbierung des Sulfats (BaSO₄), das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x verblieben ist, das Sulfat (BaSO₄) in eine Richtung bewegt, bei der das chemische Gleichgewicht zwischen dem Sulfat (BaSO₄) und dem Carbonat (BaCO₃) das Sulfat (BaSO₄) durch Steigerung der Abgastemperatur auftrennt, und wird auch thermisch aufgetrennt, wodurch eine Reduzierung der NO_x Adhäsionsfähigeit des Katalysators 9A für mageres NO_x verhindert wird.
Es ist zu beachten, dass das desorbierte NO₂ durch HC deoxidiert und als N₂ ausgelassen wird.
Aus diesem Grund wird die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung so durchgeführt, dass sie während eines Expansionshubs jedes Zylinders durchgeführt wird (falls möglich, ist ein Zeitpunkt nahe am Endzeitabschnitt des Expansionshubs vorzuziehen), auf der Grundlage der NO_x-Menge (der geschätzten NO_x-Menge) und der SO_x-Menge (der geschätzten SO_x-Menge), die an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adherieren, und außerdem unter Berücksichtigung einer Sicherstellung von HC und CO als Deoxidierer in Abgasen und des Einflusses auf ein Motor-Abtriebsmoment.
Daher umfasst die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, wie in 1 gezeigt, einen Katalysator für mageres NO_x (NO_x-Katalysator) 9A, eine NO_x- Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 103 zum Schätzen der Adhäsionsmenge des NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, und eine NO_x-Desorptionseinrichtung 107A für die zuverlässige Desorbierung des NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert.
Die Vorrichtung ist auch mit einer Schwefelkomponenten-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung (SO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung) 109 zum Schätzen der Adhäsionsmenge einer Schwefelkomponente, die an diesem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, und einer Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung 107 zum Desorbieren der an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adherierten Schwefelkomponente von dem Katalysator 9A für mageres NO_x ausgestattet.
D. h., dass bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung getrennt von der erwähnten Kraftstoffeinspritzung (Haupteinspritzung) für eine normale Verbrennung in einer Verbrennungskammer zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird, zu einem Zeitpunkt, der wenig Einfluss auf die Motorleistung hat, und dieser zusätzliche Kraftstoff verbrannt wird. Damit werden in der NO_x-Desorptionseinrichtung 107A geeignete Konzentrationen an HC und CO in den Katalysator 9A für mageres NO_x geleitet und eine chemische Reaktion wird gefördert, wodurch NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, desorbiert wird. Zusätzlich werden in der Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung 107 HC und CO ähnlich dieser NO_x-Desorptionsfunktion zugeführt, und außerdem wird die Temperatur der Abgase erhöht, wodurch das chemische Gleichgewicht verschoben wird und die thermische Auftrennung fortschreitet. Damit wird die Schwefelkomponente (SO_x) von dem Katalysator 9A für mageres NO_x desorbiert.
So führen die NO_x-Desorptionseinrichtung 107A und die Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung 107 beide die Desorption des NO_x und die Desorption einer Schwefelkomponente durch, indem sie die Kraftstoffeinpritzungssteuerung (Injektor-Antriebssteuerung) nutzen. Diese NO_x-Desorptionseinrichtung 107A und die Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung 107, wie in einem Blockdiagramm in 1 gezeigt, werden durch eine Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102, eine Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerungs- Einrichtung 104 und ein Kraftstoffeinspritzventil 8 gebildet, die als Teil der Kraftstof feinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 101 zur Durchführung der Kraftstoffeinspritzungs-Steuerung vorgesehen sind. Es ist natürlich zu beachten, dass die Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 101 mit einer normalen Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 105 in Verbindung mit der Haupt-Kraftstoffeinspritzung versehen ist.
Im Folgenden werden die in 1 gezeigten Bestandteile beschrieben.
Zunächst schätzt die NO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 103 eine NO_x-Menge, die an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, auf der Grundlage einer Gesamt-Kraftstoffeinspritzmenge, die aus dem integrierten Wert der Injektor-Antriebszeitabschnitte während eines Magerbetriebs-Modus erhalten wird.
Es ist zu beachten, dass die NO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 103 nicht hierauf beschränkt ist, sondern für das Schätzen der NO_x-Menge, die an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, auf der Grundlage einer NO_x-Menge, die von einem NO_x-Sensor erfasst wird, vorgesehen sein kann.
Außerdem schätzt die SO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 109 eine SO_x-Menge, die an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, auf der Grundlage einer Gesamt-Kraftstoffeinspritzmenge, die aus dem integrierten Wert der Injektor-Antriebszeitabschnitte aller Betriebsmodi erhalten wird.
Es ist zu beachten, dass die SO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 109 nicht hierauf beschränkt ist, sondern für das Schätzen der SO_x-Menge, die an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, auf der Grundlage der zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs, vorgesehen sein kann.
Außerdem beurteilt die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102, ob eine Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerung benötigt wird oder nicht, um NO_x oder SO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, zu desorbieren, und ist so aufgebaut, dass sie beurteilt, ob eine Bedingung für den Beginn dieser Steuerungen (Steuerungsstartbedingung) und ein Zustand für das Stoppen dieser Steuerungen (Steuerungsstoppbedingung) erfüllt ist oder nicht.
Hier wird die Steuerungsstartbedingung für die Desorbierung von NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, so gesetzt, dass die NO_x Adhäsionsmenge gleich oder größer als ein vorher bestimmter Wert ist, und außerdem so, dass die Hauptverbrennung in einem mageren Betriebsmodus stattfindet (z. B. ein Spät-Magerbetriebsmodus) und eine 2-stufige Verbrennung möglich ist [so, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) der Hauptverbrennung z. B. gleich oder größer als 20 ist und dass die Wassertemperatur WT gleich oder größer als 10 °C ist] (alles sind „UND"-Bedingungen).
Bei dieser Ausführunsgform wird auf der Grundlage einer NO_x Adhäsionsmenge, die von der NO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 103 geschätzt wird, beurteilt, ob die NO_xAdhäsionsmenge gleich oder größer als ein vorher bestimmter Wert ist, und dieses Ergebnis der Beurteilung wird an die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102 gesendet.
Außerdem wird auf der Grundlage eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses der Hauptverbrennung, das von der normalen Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 105 gesetzt wird, beurteilt, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) der Hauptverbrennung gleich oder größer als 20 ist (d. h. ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist). Aus diesem Grund wird die Information über ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von der normalen Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 105 zu der Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 104 gesendet. Der Grund, warum dies zur Bedingung gemacht wird, ist, dass zusätzlicher Kraftstoff zuverlässig verbrannt werden kann, da eine große Menge an Sauerstoff in den Abgasen vorhanden ist.
Weiterhin wird auf der Grundlage des Erfassungssignals von dem Kühlwassertemperatursensor 19 beurteilt, ob die Wassertemperatur WT gleich oder größer als 10°C ist. Aus diesem Grund wird die Erfassungsinformation von dem Kühlwassertemperatursensor 19 an die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 104 gesendet. Der Grund, warum dies zur Bedingung gemacht wird, ist, dass das Auftreten von Selbstzündung schwierig wird sogar wenn eine. zusätzliche Kraftstoffeinspritzung durchgeführt würde, wenn die Wassertemperatur zu niedrig ist.
Andererseits wird die Steuerungsstartbedingung für die Desorption des SO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, so gesetzt, dass die SO_x Adhäsionsmenge gleich oder größer als als ein vorher bestimmter Wert ist, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) der Hauptverbrennung z. B. in einem Magerbetriebsmodus 20 oder mehr beträgt (z. B. ein Spät-Magerbetriebs-Modus oder ein Früh-Magerbetriebs-Modus), und dass die Wassertemperatur WT gleich oder größer als 10°C ist (alles sind „UND"-Bedingungen).
Bei dieser Ausführungsform wird auf der Grundlage einer SO_x Adhäsionsmenge, die von der SO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 109 geschätzt wird, beurteilt, ob die SO_x Adhäsionsmenge gleich oder größer als ein vorher bestimmter Wert ist, und das Ergebnis dieser Beurteilung wird an die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102 gesendet.
Es ist zu beachten, dass, da die Beurteilung, ob ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F) der Hauptverbrennung gleich oder größer als 20 ist, und die Beurteilung, ob die Wassertemperatur WT gleich oder größer als 10°C ist, gleich der oben genannten Steuerungsstartbedingung für die Desorption von NO_x sind, ihre Beschreibung bei dieser Ausführungsform weggelassen wird.
Auf diese Weise führt die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102 die Beurteilung durch, ob die Steuerungsstartbedingungen erfüllt sind oder nicht. In dem Fall, wenn alle diese Steuerungsstartbedingungen erfüllt sind, sendet die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102 ein Signal an die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 104, um eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung durchzuführen.
Als nächstes folgt eine Beschreibung der Bedingung für den Stopp der Steuerung für die Resorption von NO_x oder SO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert.
Zunächst wird die. Steuerungsstoppbedingung für die Resorption von NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, so gesetzt, dass ein vorher bestimmter Zeitabschnitt (z. B. in der Größenordnung von 5 sec.) vergeht, nachdem die Zusatzkraftstoff-Einspritzungssteuerung gestartet wurde.
Sie wird auf der Grundlage des Ergebnisses der Zählung eines Zeitmessers 106 durchgeführt, unabhängig davon, ob ein vorher bestimmter Zeitabschnitt vergangen ist, nachdem die Zusatzkraftstoff-Einspritzungssteuerung gestartet wurde. Aus diesem Grund beginnt der Zeitmesser 106 die Zählung, wenn die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerung gestartet wurde, und der gezählte Wert des Zeitmessers 106 wird an die Zusatzkraftstoffeinpritzungs-Beurteilungseinrichtung 102 gesendet.
Zum anderen wird die Steuerungsstoppbedingung für die Resorption von SO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, so gesetzt, dass ein vorher bestimmter Zeitabschnitt (z. B. in der Größenordnung von 5 min.) vergeht, nachdem die Zusatzkraftstoff-Einspritzungssteuerung gestartet wurde.
Sie wird außerdem auf der Grundlage des Ergebnisses der Zählung des Zeitmessers 106 durchgeführt, unabhängig davon, ob ein vorher bestimmter Zeitabschnitt vergangen ist, nachdem die Zusatzkraftstoff-Einspritzungssteuerung gestartet wurde. Aus diesem Grund beginnt der Zeitmesser 106 die Zählung, wenn die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerung gestartet wurde, und der gezählte Wert des Zeitmessers 106 wird an die Zusatzkraftstoffeinpritzungs-Beurteilungseinrichtung 102 gesendet.
Auf diese Weise beurteilt die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102, ob die Steuerungsstoppbedingung erfüllt ist oder nicht, und in dem Fall, wenn diese Steuerungsstoppbedingung erfüllt ist, stoppt die Einrichtung 102 die Zusatzkraftstoff-Einspritzungssteuerung.
In dem Fall, wenn von der Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102 beurteilt worden ist, dass eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung benötigt wird, um NO_x oder SO_x zu resorbieren, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, setzt die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerungs- Einrichtung 104 außerdem die Einspritzstartzeit T_INJ der zusätzlichen Kraftstoftein spritzung und setzt auch den Einspritzzeitabschnitt des zusätzlichen Kraftstoffs pro Takt.
Durch Einstellen dieser Einspritzstartzeit T_INJ und des Einspritzzeitabschnitts der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung werden die Mengen an HC und CO eingestellt, die dem Katalysator 9A für mageres NO_x zugeführt werden. Mit anderen Worten, wenn die Startzeit T_INJ der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung auf den spätestmöglichen Zeitpunkt gesetzt wird, reicht die Zeit für die Zerstäubung des Kraftstoffs nicht aus, und deshalb kann die Oxidierung des Kraftstoffs unterdrückt werden, wodurch die Mengen von HC und CO, die dem Katalysator 9A für mageres NO_x zugeführt werden, vergrößert werden können. Außerdem kann, wenn der Einspritzzeitabschnitt der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung verlängert wird, die Einspritzmenge des zusätzlichen Kraftstoff vergrößert werden, und daher können die Mengen an HC und CO, die dem Katalysator 9A für mageres NO_x zugeführt werden, vergrößert werden.
Zunächst wird das Setzen der Kraftstoffeinspritzstartzeit T_INJ und der Einspritzzeitabschnitt der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung für das Resorbieren von NO_x beschrieben.
Diese Einspritzstartzeit T_INJ der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung wird so gesetzt, dass die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung während des mittleren Zeitabschnitts eines Expansionshubs jedes Zylinders oder während des Expansionshubs danach durchgeführt wird. Mit anderen Worten, die Einspritzstartzeit T_INJ des zusätzlichen Kraftstoffs wird auf der Grundlage der erfassten Information von dem Kurbelwinkelsensor 21 als Kurbelwinkel-Erfassungseinrichtung gesetzt, so dass die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung nahe an einem Kurbelwinkel von 90° nach dem oberen Totpunkt der Kolbenkompression zwischen dem Kompressions- und dem Expansionshub durchgeführt wird.
Die Einspritzstartzeit T_INJ wird so gesetzt, damit der Kraftstoff, der durch die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, zuverlässig verbrannt wird (im Folgenden auch als Nachverbrennung bezeichnet) und dadurch das Auftreten von CO und einer für eine Resorbierung des NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, nötigen Hochtemperatur-Bedingung bewirkt wird.
Wenn zu der so gesetzten Einspritzstartzeit T_INJ eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung durchgeführt wird, sind Vorflammen-Reaktionsprodukte vorhanden, mit einer Konzentration nahe an einer Zündungsgrenze in einem Magengemisch-Abschnitt, der durch die Hauptverbrennung in der Verbrennungskammer entstanden ist. Deshalb überschreitet die Gesamtmenge mit den Vorflammen-Reaktionsprodukten, die dadurch entstehen, dass der zusätzliche Kraftstoff in eine Hochtemperatur-Atmosphäre in dem Zylinder eingespritzt wird, eine Zündgrenze, eine Selbstzündung findet statt und der zusätzliche Kraftstoff verbrennt.
Hier wird der Zeitpunkt, wenn die Konzentration der Vorflammen-Reaktionsprodukte ansteigt und eine Gleichgewichtskonzentration überschreitet, und wenn außerdem die Vorflammen-Reaktionsgeschwindigkeit exponentiell und explosiv ansteigt, als Zündung bezeichnet. Zu diesem Zeitpunkt tritt eine Flamme (thermische Flamme) auf. Die Vorflammen-Reaktionsprodukte sind aktive Impfungen für eine chemische Reaktion, die wirksam sind, um eine Kettenverzweigungsreaktion anzustoßen, und sind z. B. CHO, H₂O₂, OH usw.
Insbesondere setzt die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 104 die Einspritzstartzeit T_INJ durch Korrektur der Basis-Kraftstoffeinspritzstartzeit Tb_INJ, die eine Basis bei der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung bei diesem Expansionshub ist, durch die Kühlwassertemperatur θw, eine Menge von AR, und den Zündzeitpunkt T_IG bei der Hauptverbrennung. Aus diesem Grund ist die ESE 23 mit einem Startzeitplan für die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung ausgestattet, der vorher auf der Grundlage des Ziel-A/F der Hauptverbrennung gesetzt wurde.
Außerdem wird der Einspritzzeitabschnitt der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung, d. h. der Injektor-Antriebszeitabschnitt t_PLUS, so gesetzt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases (Abgas-Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis), das dem Katalysator 9A für mageres NO_x zugeführt wird, die Größenordnung von etwa 14 erreicht. Das heißt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Gesamt-Einspritzmenge der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung, die zu der Kraftstoffeinspritzmenge der Haupt verbrennung hinzugefügt wird, so gesetzt wird, dass es die Größenordnung von etwa 14 erreicht. Der Grund, warum das Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesetzt wird, ist, dass es nötig ist, dem Katalysator 9A für mageres NO_x viel HC und CO zuzuführen, um NO_x von dem Katalysator 9A für mageres NO_x zu desorbieren.
Insbesondere setzt die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 104 einen Injektor-Antriebszeitabschnitt t_PLUS durch Korrektur eines Basis-Antriebszeitabschnitts t_B, der eine Basis bei der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung beim Expansionshub ist, um die Einspritzstartzeit T_INJ.
Aus diesem Grund ist die ESE 23 mit einem Plan für die NO_x-Desorption ausgestattet, der zuvor auf der Grundlage der Ziel-A/F der Hauptverbrennung gesetzt wurde. Dieser Plan für die NO_x-Desorption wird so gesetzt, dass das Abgas-Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis die Größenordnung von etwa 14 erreicht. Dieser Plan für die NO_x-Desorption wird von der Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 104 beim Setzen eines Injektor-Antriebszeitabschnitts t_PLUS in dem Fall, wenn eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung für die Desorbierung von NO_x durchgeführt wird, ausgewählt.
Als nächstes wird das Setzen der Einspritzstartzeit T_INJ und der Einspritzzeitabschnitt der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung für das Resorbieren von SO_x beschrieben.
In diesem Fall wird die Einspritzstartzeit T_INJ der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung so auf eine Zeit gesetzt, dass die Abgastemperatur ungefähr 600°C oder mehr erreicht. Dies dient der Förderung der chemischen Veränderung eines Sulfats (BaSO₄), das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, und außerdem der Förderung der thermischen Auftrennung, indem bewirkt wird, dass die Abgastemperatur ungefähr 600°C oder mehr erreicht.
Es ist zu beachten, dass bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerung endet, wenn sie einen vorher bestimmten Zeitabschnitt lang (in der Größenordnung von etwa 5 min.) andauert, und dass deshalb eine geringe Wahrscheinlichkeit eines exzessiven Anstiegs der Tempe tatur des Katalysators 9A für mageres NO_x besteht. Im Hinblick auf die Lebensdauer des Katalysators 9A für mageres NO_x und für eine zuverlässige Verhinderung eines exzessiven Anstiegs der Temperatur des Katalysators 9A für mageres NO_x ist es jedoch bevorzugt, die Abgastemperatur auf der Grundlage der erfassten Information von dem Katalysatortemperatursensor 26 einzustellen, so dass sie nicht bis ungefähr 800°C oder mehr ansteigt.
Diese zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zum Desorbieren von SO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, wird bei einem Magerverbrennungs-Betrieb durchgeführt. Wenn geschätzt wird, dass eine bestimmte Menge oder mehr SO_x an dem Katalysator 9A für mageres NO_x absorbiert wurde, wird diese zusätzliche Kraftstoffeinspritzung deshalb sofort durchgeführt, wenn der Betriebsmodus ein Magerbetriebsmodus ist. Wenn der Betriebsmodus ein anderer Betriebsmodus ist (stöchiometrischer Regelkreis-Betriebsmodus oder angereicherter offener Regelkreis-Betriebsmodus), wird mit der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung auf einen Magerbetriebs-Modus gewartet, und dann wird sie durchgeführt.
Außerdem wird sogar, wenn der Betriebsmodus von einem Magerbetriebsmodus in einen anderen Betriebsmodus geschaltet wird, bevor diese zusätzliche Kraftstoffeinspritzung einen vorher bestimmten Zeitabschnitt T1 lang andauert (hier etwa 5 min.), die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung einmal gestoppt, und danach wird die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung wieder durchgeführt, wenn der Betriebsmodus in einen Magerbetriebsmodus geschaltet wird. In diesem Fall wird angenommen, wenn der summierte Zeitabschnitt der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung einen vorher bestimmten Zeitabschnitt T2 erreicht, dass die entsprechende zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zum Desorbieren von SO_x vollendet ist.
Diese zusätzliche Kraftstoffeinspritzung wird jedoch durchgeführt, indem die Temperatur der Atmosphäre des Katalysators 9A für mageres NO_x bis zu einem vor- her bestimmten Temperaturbereich angehoben wird, und außerdem, indem die Atmosphäre des Katalysators 9A für mageres NO_x zu einer Deoxidierungsbedingung gemacht wird, und es braucht eine bestimmte Zeit, bis die Temperatur der Atmosphäre des Katalysators 9A für mageres NO_x nach dem Start der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung bis zu einer vorher bestimmten Höhe steigt. In dem Fall, wenn be wirkt wird, dass die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung einen vorher bestimmten Zeitabschnitt T1 lang andauert (hier etwa 5 min.), erreicht deshalb die Umgebung des Katalysators 9A für mageres NO_x die Temperatur der Atmosphäre, die SO_x nur einen Zeitabschnitt T1-t1 lang desorbieren kann, wobei dieser Zeitabschnitt erhalten wird, indem die Zeit t1, die nötig ist, damit die Temperatur der Atmosphäre des Katalysators 9A für mageres NO_x auf eine vorher bestimmte Höhe ansteigt, von dem vorher bestimmten Zeitabschnitt T1 subtrahiert wird.
Wenn die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung während der Durchführung mitten in der Einspritzung unterbrochen wird, ist die Zeit t1, die nötig ist, damit die Temperatur der Atmosphäre des Katalysators 9A für mageres NO_x auf eine vorher bestimmte Höhe ansteigt, jedes Mal erforderlich, wie oben beschrieben. (Wenn aber der Zeitraum der Unterbrechung kurz ist, verkürzt sich auch die Zeit t1, die nötig ist, um diese vorher bestimmte Höhe zu erreichen.) In dem Fall, wenn eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung während der Durchführung mitten in der Einspritzung unterbrochen wird, ist es daher wünschenswert, einen vorher bestimmten Zeitabschnitt T2 unter Berücksichtigung dieser Zeit, die für einen Temperaturanstieg erforderlich ist, zu setzen.
Bei dieser Ausführungsform wird die Einspritzstartzeit T_INJ des zusätzlichen Kraftstoffs auf der Grundlage der erfassten Information von dem Kurbelwinkelsensor 21 als Kurbelwinkel-Erfassungseinrichtung gesetzt, so dass die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung nah an einem Kurbelwinkel von 90° nach dem oberen Totpunkt der Kolbenkompression zwischen Kompressions- und Expansionshub durchgeführt wird.
Die Einspritzstartzeit T_INJ wird deshalb so gesetzt, damit der Kraftstoff, der durch die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung eingespritzt wird, zuverlässig verbrannt wird (im Folgenden auch als Nachverbrennung bezeichnet), und dadurch die Abgastemperatur erhöht wird.
Wenn die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung zu der so gesetzten Einspritzstartzeit T_INJ durchgeführt wird, wie oben beschrieben, sind Vorflammen-Reaktionsprodukte mit einer Konzentration nahe an einer Zündgrenze in einem Magergemisch-Abschnitt vorhanden, der in der Verbrennungskammer durch die Haupt verbrennung gebildet wird. Deshalb überschreitet die Gesamtmenge mit den Vorflammenprodukten, die durch den zusätzlichen Kraftstoff bewirkt werden, der in eine Hochtemperatur-Atmosphäre in dem Zylinder eingespritzt wird, eine Zündgrenze, die Selbstentzündung findet statt, und der zusätzliche Kraftstoff verbrennt.
Das spezifische Setzen der Einspritzstartzeit T_INJ ist ähnlich dem oben genannten Setzen der Einspritzstartzeit T_INJ der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung zum Desorbieren von NO_x.
Außerdem wird der Einspritzzeitabschnitt der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung, d. h. der Injektor-Antriebszeitabschnitt t_PLUS, so gesetzt, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Abgases (Abgas-Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis), das dem Katalysator 9A für mageres NO_x zugeführt wird, die Größenordnung von etwa 11 erreicht. D. h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Gesamt-Einspritzmenge der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung, die zu der Kraftstoffeinspritzmenge der Hauptverbrennung addiert wird, wird so gesetzt, dass es die Größenordnung von etwa 11 erreicht. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird so gesetzt, damit der zusätzliche Kraftstoff zuverlässig verbrannt wird, um die Abgastemperatur hoch werden zu lassen, und außerdem, um HC und CO als Dexodierer zuzuführen, um SO_x von dem Katalysator 9A für mageres NO_x zu desorbieren.
Insbesondere setzt die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerungseinrichtung 104 einen Injektor-Antriebszeitabschnitt t_PLUS durch Korrektur eines Basis-Antriebszeitabschnitts t_B, der eine Basis bei der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung beim Expansionshub ist, um die Einspritzstartzeit T_INJ.
Aus diesem Grund ist die ESE 23 mit einem Plan für die SO_x-Desorption ausgestattet, der zuvor auf der Grundlage der Ziel-A/F der Hauptverbrennung gesetzt wurde. Dieser Plan für die SO_x-Desorption wird so gesetzt, dass das Abgas-Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis die Größenordnung von etwa 11 erreicht. Dieser Plan für die SO_x-Desorption wird von der Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 104 beim Setzen eines Injektor-Antriebszeitabschnitts t_PLUS in dem Fall, wenn eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung für die Desorbierung von SO_x, durchgeführt wird, ausgewählt.
Es ist zu beachten, dass in diesem Fall, obwohl sowohl NO_x als auch SO_x, die an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adherieren, desorbiert werden müssen, die Desorption von SO_x Priorität hat und ein Plan für die Desorption von SO_x ausgewählt wird.
Wenn die Kraftstoffeinspritzungs-Steuerung bei der normalen Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 105 beschrieben wird, hat diese normale Kraftstoffeinspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 105 eine Funktion des Setzens einer Kraftstoff-Einspritzmenge bei einer normalen Kraftstoffeinspritzung, auf der Grundlage der Information von verschiedenen Sensoren 108.
Mit anderen Worten, die Kraftstofteinspritzmenge wird als Kraftstoffeinspritz-Zeitabschnitt (d. h. eine Zeit des Antriebs eines Injektors, bei der tatsächlichen Steuerung als Injektorantriebs-Impulsbreite bezeichnet) t_AU gesetzt. Sogar im Fall eines stöchiometrischen Modus und eines Früh-Einspritz-Modus, und sogar im Fall eines Spät-Einspritz-Modus wird ein Basis-Antriebszeitabschnitt t_P auf der Grundlage der Motorlast (Ansaugluftmenge pro 1 Hub) Q/Ne, eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F, das im Folgenden als AF bezeichnet wird), usw. berechnet, und der Kraftstoffeinspritz-Zeitabschnitt t_AU wird unter Berücksichtigung der Motorkühlwassertemperatur, die mit dem Wassertemperatursensor 19 erfasst wird, der Ansauglufttemperatur, die mit dem Ansauglufttemperatursensor 12 erfasst wird, des Kraftstoff-Korrekturkoeffizienten f, der entsprechend dem atmosphärischen Druck, der mit dem Sensor 13 für atmosphärischen Druck erfasst wird, gesetzt wird, der Injektor-Totzeit t_D usw. gesetzt wird.
Da die Abgasreinigungvorrichtung gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird eine Steuerung im Zusammenhang mit der Abgasreinigung durchgeführt, z. B. wie in dem Flussdiagramm in 6 gezeigt. Zuerst wird in Schritt S10 eine NO_x-Adhäsionsmenge, die an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, von der NO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung (NO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung) 103 geschätzt. In Schritt S20 wird eine SO_x-Adhäsionsmenge, die an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, von der SO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung (SO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung) 109 geschätzt.
In Schritt S30 beurteilt die Zusatzkraftstoff-Einspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102, ob die von der NO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 103 geschätzte NO_x Adhäsionsmenge gleich oder größer als eine vorher bestimmte Menge ist. Als Ergebnis dieser Beurteilung schreitet, in dem Fall, wenn beurteilt worden ist, dass die geschätzte NO_x-Adhäsionsmenge gleich oder größer als eine vorher bestimmte Menge ist, Schritt S30 zu Schritt S40 fort, und ein Merker N für die NO_x-Desorption wird auf 1 gesetzt.
Es ist zu beachten, dass der Merker N für die NO_x-Desorption auf 1 rückt, wenn der Plan für die NO_x-Desorption gewählt ist, und auf 0 rückt, wenn der Plan für die NO_x-Desorption nicht gewählt ist. Außerdem wird er zum Zeitpunkt des Anfangs-Setzens auf 0 gesetzt.
Als nächstes beurteilt in Schritt S50 die Zusatzkraftstoffeinspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102, ob die von der SO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 109 geschätzte SO_x-Adhäsionsmenge gleich oder größer als eine vorher bestimmte Menge ist. Als Ergebnis dieser Beurteilung schreitet, in dem Fall, wenn beurteilt worden ist, dass die geschätzte SO_x-Adhäsionsmenge gleich oder größer als eine vorher bestimmte Menge ist, Schritt S50 zu Schritt S60 fort, und ein Merker S für die SO_x-Desorption wird auf 1 gesetzt.
Es ist zu beachten, dass der Merker S für die SO_x-Desorption auf 1 rückt, wenn der Plan für die SO_x-Desorption gewählt ist, und auf 0 rückt, wenn der Plan für die SO_x-Desorption nicht gewählt ist. Außerdem wird er zum Zeitpunkt des Anfangs-Setzens auf 0 gesetzt.
Zum anderen schreitet in Schritt S30, wenn beurteilt wird, dass die NO_x Adhäsionsmenge nicht gleich oder größer als ein vorher bestimmter Wert ist, dieser Schritt zu Schritt S50 fort, bei dem beurteilt wird, ob die SO_x-Adhäsionsmenge gleich oder größer als ein vorher bestimmter Wert ist.
Außerdem schreitet in Schritt S50, wenn beurteilt wird, dass die SO_x Adhäsionsmenge nicht gleich oder größer als ein vorher bestimmter Wert ist, dieser Schritt zu Schritt S70 fort.
In Schritt S70 beurteilt die Zusatzkraftstoff-Einspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102, ob ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich oder größer als 20 ist oder nicht. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich oder größer als 20 ist, schreitet dieser Schritt zu Schritt S80 fort.
In Schritt S80 beurteilt die Zusatzkraftstoff-Einspritzungs-Beurteilungseinrichtung 102, ob die von dem Kühlwassertemperatursensor 19 erfasste Wassertemperatur gleich oder größer als 10°C ist oder nicht. Wenn die Wassertemperatur WT gleich oder größer als 10°C ist, schreitet dieser Schritt zu Schritt S90 fort.
In Schritt S90 liest die Zusatzkraftstoff-Einspritzungs-Steuerungs-Einrichtung 104 die Einspritzstartzeit T_INJ und den Injektor-Antriebszeitabschnitt t_PLUS der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung beim Expansionshub aus dem Plan.
In diesem Fall wird, wenn der Merker S für die SO_x-Desorption 1 ist (zu diesem Zeitpunkt ist der Merker N für die NO_x-Desorption auch 1), der Plan für die SO_x-Desorption gewählt, und der Injektor-Antriebszeitabschnitt t_PLUS wird von diesem Plan für die SO_x-Desorption gesetzt. Andererseits wird, wenn der Merker S für die SO_x-Desorption 0 ist (zu diesem Zeitpunkt ist der Merker N für die NO_x-Desorption 1), der Plan für die NO_x-Desorption gewählt, und der Injektor-Antriebszeitabschnitt t_PLUS wird von diesem Plan für die NO_x-Desorption gesetzt.
Auf diese Weise schreitet, nachdem die Einspritzstartzeit T_INJ und der Injektor-Antriebszeitabschnitt t_PLUS der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung beim Expansionshub gesetzt wurden, Schritt S90 zu Schritt S100 fort, und auf der Grundlage dieser Einspritzstartzeit T_INJ und dieses Injektor-Antriebszeitabschnitts t_PLUS wird die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung beim Expansionshub durchgeführt.
Wenn die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung gestartet wird, wird der Zeitmesser 106 zur selben Zeit gestartet. Ob ein vorher bestimmter Zeitabschnitt vergangen ist, seit die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung gestartet wurde, oder nicht, wird dadurch beurteilt, ob der gezählte Wert des Zeitmessers 106 einen vorher bestimmten Wert überschritten hat. Als Ergebnis dieser Beurteilung wird, in dem Fall, wenn beurteilt wurde, dass eine vorher bestimmte Zeit vergangen ist, seit die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung gestartet wurde, die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung beim Expansionshub beendet, aufgrund der Annahme, dass NO_x oder SO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, ausreichend desorbiert wurde.
In Schritt S110 werden der Merker N für die NO_x-Desorption und der Merker S für die SO_x-Desorption zurückgesetzt (N=O und S=O), und dieser Schritt wird wiederholt.
In dem Fall, wenn in Schritt S70 beurteilt wird, dass ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis nicht gleich oder größer als 20 ist, und in dem Fall, wenn in Schritt S80 beurteilt wird, dass die von dem Kühlwassertemperatursensor 19 erfasste Wassertemperatur WT nicht gleich oder größer als 10°C ist, werden andererseits beide Fälle wiederholt, ohne dass die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung des Expansionshubs zur Desorbierung von NO_x oder SO_x, die an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adherieren, durchgeführt wird.
Da die Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung so betrieben wird, kann sie bewirken, dass der zusätzliche Kraftstoff zuverlässig verbrennt, und dass die Temperatur der Abgase ansteigt, ohne dass eine zusätzliche Vorrichtung vorgesehen ist. Daher kann die Schwefelkomponente, die an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, zuverlässig desorbiert werden. Das bietet den Vorteil, dass die Lebensdauer des Katalysators 9A für mageres NO_x verbessert werden kann.
Da eine Aufwärmzeit nicht nötig ist und bewirkt werden kann, dass die Abgastemperatur in einem kurzen Zeitabschnitt ansteigen kann, besteht auch der Vorteil, dass die Desorption der Schwefelkomponente von dem Katalysator 9A für mageres NO_x durch die Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung 107 in einem, kurzen Zeitabschnitt durchgeführt werden kann.
Da die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung entsprechend einer Adhäsionsmenge von SO_x, die von der SO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung geschätzt wird, durchgeführt wird, besteht außerdem ebenfalls der Vorteil, dass SO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, effizient desorbiert werden kann, eine Verringerung der NO_x-Adhäsionsfähigkeit des Katalysators 9A für mageres NO_x unterdrückt werden kann und die Leistung des Katalysators 9A für mageres NO_x weiter verbessert werden kann.
Da CO zuverlässig dem Katalysator 9A für mageres NO_x zugeführt werden kann, ohne das Auftreten einer Drehmomentschwankung zu verursachen, wird außerdem die Reaktion des Resorbierens von NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, gefördert, wodurch der Katalysator 9A für mageres NO_x zuverlässig regeneriert werden kann. Dabei besteht der Vorteil, dass die Leistung des Katalysators 9A für mageres NO_x verbessert werden kann. Durch Variieren der Einspritzzeit der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung können außerdem die Konzentrationen von HC und CO in den Abgasen entsprechend der Menge des NO_x, von dem geschätzt wird, dass es an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert hat, variiert werden, so dass der Vorteil besteht, dass bezüglich der Menge des NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, geeignete Konzentrationen von HC und CO zugeführt werden können.
Mit anderen Worten wird in dem Fall, wenn eine große Menge NO_x vorhanden ist, von der geschätzt wird, dass sie an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert hat, der Einspritzzeitabschnitt der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung beim Expansionshub so spät wie möglich gesetzt, wodurch die Zerstäubung des Kraftstoffs verschlechtert wird. Damit wird die Oxidierung des Kraftstoffs unterdrückt, und hohe Konzentrationen von HC und CO werden erzeugt.
Da die Konzentrationen von HC und CO in den Abgasen variiert werden können, besteht der Vorteil, dass das NO_x, das an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert, entsprechend der Menge NO_x, von der geschätzt wird, dass sie an dem Katalysator 9A für mageres NO_x adheriert hat, effizient desorbiert werden kann.
Da die zusätzliche Kräftstoffeinspritzung beim Expansionshub durchgeführt wurde, wird außerdem eine Schwankung beim Abtriebsmoment des Motors reduziert. Insbesondere besteht durch das Durchführen der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung in der zweiten Hälfte des Expansionshubs durch diese zusätzliche Kraftstoffeinspritzung außerdem der Vorteil, dass fast keine Drehmomentschwankung auftritt.
Aus diesem Grund kann die Einspritzmenge der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung entsprechend den Mengen von HC und CO gesetzt werden, die dem Katalysator 9A für mageres NO_x zugeführt werden sollen, und viel HC und CO kann während eines Zyklus dem Katalysator 9A für mageres NO_x zugeführt werden, so dass NO_x zuverlässig von dem Katalysator 9A für mageres NO_x desorbiert werden kann.
Da die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung durchgeführt werden kann, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Hauptverbrennung mager ist, besteht der Vorteil, dass die Desorption von NO_x oder SO_x von dem Katalysator 9A für mageres NO_x in einem breiten Betriebszustandsbereich durchgeführt werden kann (z. B. während des normalen Betriebs).
Obwohl die Adhäsionsmenge einer Schwefelkomponente an einem NO_x-Katalysator durch eine Oberflächen-Komponenten-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung geschätzt wird, kann bei der Abgasreinigungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Ausführungsform während eines spezifischen Betriebs z. B. die Schwefeldesorptionseinrichtung periodisch betrieben werden, ohne dass diese Schätzeinrichtung speziell vorgesehen sein müsste.
Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung während des mittleren Zeitabschnitts des Expansionshubs oder danach durchgeführt, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Wenn der zusätzliche Kraftstoff zuverlässig verbrannt werden kann, wobei eine Drehmomentschwankung unterdrückt wird, kann die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung während eines anderen Zeitabschnitts des Expansionshubs oder des Auslasshubs durchgeführt werden.
Insbesondere in dem Fall, wenn die Temperatur des Kühlwassers niedrig ist, ist eine Selbstzündung schwierig, sogar wenn die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung während des mittleren Zeitabschnitts des Expansionshubs oder danach durchgeführt wird. Deshalb kann in diesem Fall die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung innerhalb der verbleibenden Flammenbrenndauer der Hauptverbrennung in der ersten Hälfte des Expansionshubs durchgeführt werden (z. B. nahe an einem Kurbelwinkel von 35° bis 50° nach dem oberen Totpunkt der Kolbenkompression). Auf diese Art kann sogar in dem Fall, wenn die Temperatur des Kühlwassers niedrig ist, der zusätzliche Kraftstoff zuverlässig verbrannt werden (Nachverbrennung).
Außerdem ist die Abgasreinigungsvorrichtung dieser Ausführungsform so aufgebaut, dass sie mit der NO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 103 und der SO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 109 ausgestattet ist, um die Steuerung der Desorbierung des NO_x von dem Katalysator 9A für mageres NO_x durchzuführen, und auch, um die Steuerung der Desorbierung des SO_x von dem Katalysator 9A für mageres NO durchzuführen. Aber die vorliegende Erfindung kann so aufgebaut sein, dass sie nur mit der SO_x-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung 109 ausgestattet ist, um nur die Steuerung der Desorbierung des SO_x von dem Katalysator 9A für mageres NO_x durchzuführen.
Bei der Abgasreinigungsvorrichtung dieser Ausführungsform wird außerdem, wenn SO_x von dem Katalysator 9A für mageres NO_x desorbiert wird, ein Abgas-Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis so gesetzt, dass es die Größenordnung von etwa 14 erreicht, um die Abgastemperatur hoch zu machen und die Auftrennungsreaktion eines Nitrids zu fördern. Wenn aber das Abgas-Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf die Größenordnung von etwa 11 gesetzt wird, ist es möglich, die Abgastemperatur noch weiter zu erhöhen und die Konzentrationen von HC und CO, die zugeführt werden, noch höher werden, zu lassen. Gleichzeitig kann die Desorption von SO_x von dem Katalysator 9A für mageres NO_x weiter gefördert werden, die Desorption von NO_x von dem Katalysator 9A für mageres NO_x kann ebenfalls gefördert werden, und außerdem können SO_x und NO_x nach der Desorption deoxidiert werden.
Außerdem ist bei der Abgasreinigungsvorrichtung dieser Ausführungsform, obwohl der Katalysator 9A für mageres NO_x Platin Pt und Barium Ba auf einem Trä ger trägt, die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern kann andere Edelmetalle und Metalle auf einem Träger tragen.
Außerdem werden bei der Abgasreinigungsvorrichtung dieser Ausführungsform Start und Ende der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung danach gesteuert, ob die zusätzliche Kraftstoffeinspritzung beim Expansionshub einen vorher bestimmten Zeitabschnitt lang angedauert hat oder nicht. Jedoch können beispielsweise Start und Ende der zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung dadurch gesteuert werden, dass die Abgastemperatur mit einem Temperatursensor erfasst wird, und abhängig davon, ob diese Abgastemperatur einen vorher bestimmten Zeitabschnitt lang einen Zustand von 550°C oder mehr gehabt hat. Damit kann eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs verhindert werden.
Bei der Abgasreinigungsvorrichtung dieser Ausführungsform kann, während eine Expansionshub-Einspritzung nacheinander in jedem Zylinder durchgeführt wird, die vorliegende Erfindung so eingerichtet werden, dass die Expansionshub-Einspritzung nur in einem bestimmten Zylinder der vier Zylinder durchgeführt wird. Außerdem kann die Abgasreinigungsvorrichtung dieser Ausführungsform so eingerichtet werden, dass die Expansionshub-Einspritzung jeweils nach einem vorher bestimmten Takt durchgeführt wird (z. B. einmal pro zwei Takte).
Obwohl die Abgasreinigungsvorrichtung dieser Ausführungsform in einer Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung mit Funkenzündung vorgesehen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Sie kann z. B. auch in Dieselmotoren vorgesehen sein.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Durch Anwendung der vorliegenden Erfindung in einer Abgasreinigungsvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung wird bewirkt, dass der zusätzliche Kraftstoff zuverlässig verbrennt und die Abgastemperatur steigen kann, ohne dass eine zusätzliche Vorrichtung vorgesehen ist. Deshalb wird davon ausgegangen, dass eine Schwefelkomponente, die an einem NO_x-Katalysator adheriert, zuverlässig desorbiert werden kann und die Lebensdauer des NO_x-Katalysators verbessert werden kann.

Claims

Abgasreinigungsvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung, die mit einem Kraftstoffeinspritzventil (8) für eine Einspritzung von Kraftstoff direkt in eine Verbrennungskammer versehen ist, und bei der Kraftstoff wenigstens während eines Kompressionshubs durch das Kraftstoffeinspritzventil (8) eingespritzt wird, um eine Schichtladeverbrennung durchzuführen, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung umfasst: – einen NO_x-Katalysator (9A), der in einem Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, wobei der NO_x-Katalysator bei einem Zustand mit einer überschüssigen Sauerstoffkonzentration NO_x an sich selber adheriert und NO_x in einem Zustand mit Sauerstoffkonzentrationsreduktion desorbiert, und – eine Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung (107) für eine Desorption einer Schwefelkomponente aus dem NO_x-Katalysator (9A), – wobei die Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung (107) während eines Expansionshubes zusätzlichen Kraftstoff zusätzlich zu der Haupteinspritzung für die Schichtladeverbrennung einspritzt und außerdem den zusätzlichen Kraftstoff wieder innerhalb der Verbrennungskammer verbrennt, so dass die Abgastemperatur auf eine vorher bestimmte Temperatur oder darüber hinaus erhöht wird, wodurch die Schwefelkomponente desorbiert wird.
Abgasreinigungsvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung nach Anspruch 1, außerdem umfassend: – eine Schwefelkomponenten-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung (109) für eine Schätzung einer Adhäsionsmenge einer Schwefelkomponente, die an dem – NO_x-Katalysator (9A) adheriert und die NO_x-Adhäsionsfähigkeit des NO_x-Katalysators (9A) reduziert, – wobei die Schwefelkomponenten-Desorptionseinrichtung (107) einem Ausgang der Schwefelkomponenten-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung (109) entsprechend betrieben wird.
Abgasreinigungsvorrichtung für die Verbrennungskraftmaschine mit Zylindereinspritzung nach Anspruch 2, bei der die Schwefelkomponenten-Adhäsionsmengen-Schätzeinrichtung (109) eine Adhäsionsmenge der Schwefelkomponente auf der Basis einer Gesamtkraftstoffeinspritzmenge schätzt, die aus einem integrierten Wert von Injektor-Antriebszeitabschnitten aller Betriebsmodi erhalten wird.