DE69910107T2 - Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUNG DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Stand der Technik
  • Ein Abgasemissionssteuerungssystem zum Reinigen des von einer Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung ausgestoßenen Abgases ist im allgemeinen in der Auspuffanlage dieser Maschine angeordnet. Wenn das von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung ausgestoßene Abgas durch dieses Abgasemissionssteuerungssystem strömt, werden in dessen Einströmabschnitt allmählich Verbrennungsprodukte abgelagert. Die Klassifikation der Ablagerungen wird in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Abgases und von der Konstruktion des Abgasemissionsteuerungssystems oder des Abgasreinigungssystems klassifiziert, wobei eine Ablagerung zum Beispiel ein Oxid, ein Sulfid, ein Nitrat oder ein Sulfat sein kann. Eine solche Ablagerung kann die Reinigungsleistung des Abgasemissionssteuerungssystems verschlechtern und auch den Strömungswiderstand vergrößern und muß demzufolge in bestimmten Zeitabständen entfernt werden.
  • So kann z. B. das Abgasemissionssteuerungssystem zum Entfernen von NOx aus dem von einer Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis ausgestoßenen Abgas mit einem NOx-Speicher/Reduktions-Ka talysator bestückt sein. Ein solcher NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator absorbiert NOx im Falle eines mageren Luft/-Brennstoff-Verhältnisses, desorbiert das in diesem abgelagerte NOx bei sinkender Sauerstoffkonzentration im einströmenden Abgas und reduziert dieses zu N2. Der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist in der Auspuffanlage angeordnet und absorbiert das bei magerem Luft/Brennstoff-Verhältnis im Abgas vorhandene Stickstoffoxid (NOx). Nach erfolgter Absorption des NOx im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator wird das der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung zugeführte Gemisch mit Brennstoff angereichert und dadurch das im Katalysator absorbierte NOx desorbiert. Mit einer im Abgas enthaltenen unverbrannten Verbindung wie HC oder CO wird das desorbierte NOx zu N2 reduziert.
  • Allgemein ausgedrückt, der Brennstoff für die Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung enthält Schwefel, welcher beim Verbrennungsvorgang in Schwefeloxid (SOx) umgewandelt wird. Das im Abgas enthaltene SOx wird auf gleiche Weise wie das NOx im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator absorbiert. Wenn der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator in der Auspuffanlage einer Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung angeordnet ist, absorbiert dieser sowohl SOx als auch NOx.
  • Das im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator absorbierte SOx erzeugt nach und nach Zeit stabiles Sulfat. Dadurch kann SOx nur unter Schwierigkeiten gelöst und desorbiert werden und wird bei der Desorption, Reduktion und beim Herausspülen von NOx aus dem Speicher/Reduktions-Katalysator (nachfolgend NOx-Desorptions/Reduktions-Vorgang genannt) in diesem leicht akkumuliert. Wenn im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator die SOx-Akkumulation zunimmt, verschlechtert sich dessen NOx-Absorptionsvermögen, so daß dieser einer sogenannten SOx-Vergiftung, welcher eine Verringerung der NOx-Reinigungsgeschwindigkeit einhergeht. In diesem Fall muß das im Kataly sator absorbierte SOx in bestimmten Zeitabständen desorbiert werden, um über einen langen Zeitraum eine hohe NOx-Reinigungsgeschwindigkeit des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators zu gewährleisten.
  • Es konnte nachgewiesen werden, daß zum Desorbieren des im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator asorbierten SOx dieser bei einer höheren Temperatur als beim reinen NOx-Desorptions/Reduktions-Prozeß betrieben werden muß und ein hohes Luft/Brennstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases erforderlich ist.
  • Beim NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist an dessen Eintrittsseite eine höhere SOx-Konzentration als an dessen Austrittsseite zu verzeichnen. Wenn nun zum Desorbieren des im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator absorbierten SOx das Abgas mit hohem Luft/Brennstoff-Verhältnis in die gleiche Richtung wie bei der NOx-Adsorption durch den NOx-Speicher/-Reduktions-Katalysator strömt, wird das an dessen Eintrittsseite absorbierte SOx zwar desorbiert, gelangt aber zu dessen Austrittseite und wird dort erneut adsorbiert. Das heißt, daß SOx nicht aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ausgetragen werden kann.
  • Bei der in der Anmeldung zum japanischen Offenlegungspatent 7-259542 offenbarten Technologie wird zum Desorbieren des im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator absorbierten SOx die Strömungsrichtung des Abgases mit hohem Luft/Brennstoff-Verhältnis umgekehrt, so daß das Abgas nun in entgegengesetzter Richtung durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömt. In diesem Fall ist der Weg für das desorbierte SOx innerhalb des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators kürzer, so daß dieses sofort aus dem Katalysator ausgestoßen und nicht erneut von diesem adsorbiert wird.
  • Bei der nachfolgend beschriebenen Konstruktion des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung wird das in der genannten Publikation offenbarte Strömungsrichtungsumkehrprinzip angewendet. Bei dieser Konstruktion ist der an den Eingang des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators angeschlossene Abgaskanal über einen Bypass mit dem an dessen Ausgang angeschlossenen Abgaskanal verbunden. An der Verbindungsstelle zwischen dem einlaßseitigen Abgaskanal und dem Bypass ist ein erstes Emissionsströmungsumschaltventil und an der Verbindungsstelle zwischen dem auslaßseitigen Abgaskanal und dem Bypass ein zweites Emissionsströmungsumschaltventil angeordnet. Das erste Emissionsströmungsumschaltventil dient dazu, das Abgas entweder durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator oder in den Bypass zu leiten. Das zweite Emissionsströmungsumschaltventil dient dazu, das Abgas entweder durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator oder den Bypass in den hinter dem Ventil angeordneten Abgaskanal zu leiten. Vom Abgaszuführrohr zwischen dem ersten Emissionsströmungsumschaltventil und dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator führt ein Abgaskanal mit integrierter Saugpumpe zum genannten Bypass. Am Abgasausstoßrohr zwischen dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator und dem zweiten Emissionsströmungsumschaltventil ist eine Vorrichtung zum Zuführen eines Reduktionsmittels angeordnet.
  • Zur Durchführung der NOx-Absorption werden das erste und das zweite Emissionsströmungsumschaltventil in die Stellung gebracht, welche den Bypass schließt, um die gesamte Menge des von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung erzeugten Abgases zur Einlaßseite des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators und durch diesen bis zur Auslaßseite zu leiten. Zum Desorbieren von SOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator werden das erste und das zweite Emissionsströmungsumschaltventil in die Stellung gebracht, welche den Bypass, damit im wesentlichen die Gesamtmenge des von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung erzeugten Abgases durch den Bypass strömt.
  • Gleichzeitig wird das im Abgaszuführrohr zwischen dem ersten Emissionsströmungsumschaltventil und dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator vorhandene Abgas mit der Saugpumpe abgesaugt und in den Bypass geleitet, wodurch das Abgas von der Auslaßseite des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators rückwärts durch diesen zur Einlaßseite strömt. Außerdem wird die genannte Reduktionsmittelzuführvorrichtung zugeschaltet und Reduktionsmittel in den an der Auslaßseite des NOx-Speicher/-Reduktions-Katalysators angeschlossene Abgaskanal geleitet. Von dem rückwärts durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömenden, bei einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis erzeugten Abgas wird das SOx aus diesem desorbiert.
  • Beim herkömmlichen Abgasemissionssteuerungssystem mit Strömungsrichtungsumkehr für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung sind die erwähnte Saugpumpe und mehrere Emissionsströmungsumschaltventile erforderlich, welche die Kosten ansteigen lassen und zwangsläufig den Kontroll- und Wartungsaufwand erhöhen.
  • Das SOx-Desorptionsverfahren mit Strömungsrichtungsumkehr kann durch die Verkürzung des Desorptionsweges als Verarbeitungsverfahren zur Verhinderung einer SOx-Reabsorption angesehen werden. Da bei diesem Verfahren der Weg des Abgases bis zum NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator aber größer wird, unterliegt dieses einem hohen Temperaturverlust. Demzufolge kann dieses Verfahren hinsichtlich der Temperaturbedingungen nicht gerade als bestes Verfahren zur Desorption von SOx angesehen werden.
  • Zur Erfüllung dieser Aufgaben wird unter einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Abgasemissionssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung bereitgestellt, welches folgendes aufweist: ein Abgasreinigungselement, eine mit vier Anschlußstutzen versehene Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung, welche in Abgasströmungsrichtung gesehen vor dem Abgasreinigungselement angeordnet ist, einen ersten Abgaskanal, welcher mit der Brennkraftmaschine und dem ersten Anschlußstutzen der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung verbunden ist, einen zweiten Abgaskanal, welcher mit dem zweiten Anschlußstutzen der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung und der Atmosphäre verbunden ist, einen dritten Abgaskanal, welcher mit einer Seite des Reinigungselements und mit dem dritten Anschlußstutzen der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung verbunden ist, und einen vierten Abgaskanal, welcher mit der anderen Seite des Abgasreinigungselements und dem vierten Anschlußstutzen der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung verbunden ist. Die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung kann in eine erste Stellung geschaltet werden, welche das Strömen des Abgases in einer ersten Richtung durch das Abgasreinigungselement ermöglicht.
  • ZUSAMMENFASSUN DER EFINDUNG
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung, welches eine einfache Konstruktion aufweist, kosteneffektiv hergestellt werden kann und ausreichende Abgasreinigung gewährleistet.
  • Diese Aufgabe erfüllt ein System mit den im Anspruch 1 definierten Merkmalen. Gemäß Anspruch 1 ist das Abgasemissionssteuerungssystem mit einer Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung ausgestattet, welche in eine dritte Stellung geschaltet werden kann, um zwischen dem ersten Anschlußstutzen und dem zweiten Anschlußstutzen eine Verbindung herzustellen und somit auf einfache Weise die Abgasreinigung durchzuführen. Diese Abgasreinigung wird nachfolgend detailliert beschrieben.
  • Bei dem so konstruierten Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung wird die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung wahlweise in die erste oder zweite Stellung gebracht, um das Abgas in Vorwärts- bzw. Rückwärtsrichtung durch das Abgasreinigungselement strömen zu lassen. Das Umschalten erfolgt auf der Grundlage der im gesamten Abgasemissionssteuerungssystem und im Abgasreinigungselement herrschenden Bedingungen.
  • Beispiele einer Maschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung sind ein Benzinmotor oder ein Dieselmotor.
  • Das Abgasreinigungselement gemäß der vorliegenden Erfindung kann willkürlich konstruiert und konfiguriert sein, sofern dieses das Abgas entsprechend reinigt, wobei ein Katalysator oder ein Filter (z. B. ein Dieselteilchenfilter) typische Beispiele sind. Wenn der Reinigungsmechanismus des Abgasreinigungselements und die Zusammensetzung des von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung erzeugten Abgases sich ändern, können die im Abgasreinigungselement sich absetzenden Substanzen unterschiedlich klassifiziert werden. Die sich absetzende Substanz kann ein Oxid, Sulfid, Sulfat oder Nitrat sein.
  • Zum Desorbieren der in der Abgasreinigungsvorrichtung abgelagerten Substanz wird die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung umgeschaltet. Der Typ der Abgasreinigungsvorrichtung und die Art der in dieser abgelagerten und zu desorbierenden Substanz bestimmen, ob die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung erhöht oder das Luft/Brennstoff-Verhältnis stöchiometrisch oder fett sein muß oder ob beide Maßnahmen durchgeführt werden müssen.
  • Unter einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystem für die Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in eine dritte Stellung gebracht werden, um zwischen deren ersten und deren zweiten Anschlußstutzen eine Verbindung herzustellen. Wann die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die dritte Stellung gebracht wird und in welchem Zustand das erfolgen soll ist abhängig von der Charakteristik des gesamten Abgasemissionssteuerungssystem und des Abgasreinigungselements.
  • Unter einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung das Abgasreinigungselement ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator sein, in welchem das bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis erzeugte NOx absorbiert und das absorbierte NOx durch Absenken der Sauerstoffkonzentration im einströmenden Abgas desorbiert wird.
  • Unter einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung im Falle des Desorbierens des im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators absorbierten SOx die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die erste oder die zweite Stellung geschaltet, um die Strömungsrichtung des durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömenden Abgases umzukehren.
  • Das heißt, das Abgas strömt durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, wobei das Absetzen des im Abgas enthaltenen SOx an der Einlaßseite des Katalysators beginnt und sich allmählich bis zu dessen Auslaßseite fortsetzt. Das so im Katalysatorinnenraum verteilte SOx kann nun durch Strömungsrichtungsumkehr des Abgases sehr effektiv desorbiert werden. Zur Durchführung des SOx-Desorptionsvorgangs wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases stöchiometrisch oder fett eingestellt. Eine noch bessere Desorptionseffizienz wird durch Erhöhung der Abgastemperatur oder der Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators erreicht.
  • Unter einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird mit dem Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem vierten Aspekt dieser Erfindung zeigt das Reinigungselement in Form des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators ein besseres SOx-Absorptionvermögen, wenn in Strömungsrichtung des Abgases gesehen bei der NOx-Adsorption der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator an der Eingangsseite und nicht an der Ausgangsseite des Reinigungselements angeordnet ist.
  • Mit diesem Kunstgriff wird erreicht, daß beim Absorbieren von NOx im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator eine größere Menge SOx sich an der Einlaßseite des Abgasreinigungselements absetzt und durch Strömungsrichtungsumkehr des Abgases zur Durchführung des SOx-Desorptionsvorgangs das Desorbieren des absorbierten SOx effizienter abläuft.
  • Unter einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das Abgasemissionsteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem vierten Aspekt dieser Erfindung außerdem ein Heizelement aufweisen, welches in Abgasströmungsrichtung gesehen den Einlaßbereich des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators während der NOx-Adsorption erwärmt. Dadurch wird die Desorption von SOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator beschleunigt.
  • Unter einem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem vierten Aspekt dieser Erfindung während der Durchführung der SOx-Desorption die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung umgeschaltet, wenn die Abgastemperatur oder die katalytische Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators ansteigt. Der NOx-Speicher/-Reduktions-Katalysator hat die Eigenschaft, bei sinkender Temperatur NOx und SOx leichter zu absorbieren und bei steigender Temperatur NOx und SOx zu desorbieren, so daß der erwähnte Schaltvorgang die SOx-Desorption erleichtert.
  • Das Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung muß jedoch nicht zu dem genannten Zeitpunkt, sondern kann dann erfolgen, wenn die im NOx-Speicher/Reduktionskatalysator absorbierte SOx-Menge eine bestimmte Größe erreicht. Wenn eine solche Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung bei einem Benzinmotor (einem sogenannten Magerverbrennungsmotor) verwendet wird, kann in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Motors die Verbrennung von einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis auf ein fettes Luft/Brennstoff-Verhältnis und umgekehrt geschaltet werden.
  • Unter einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem vierten Aspekt dieser Erfindung die Länge des dritten Abgaskanals und die des vierten Abgaskanals so gewählt, daß der Abstand zwischen der Brennkraftmaschine und dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator bei der SOx-Adsorption kürzer ist als bei der NOx-Desorption, wenn die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die erste oder die zweite Stellung geschaltet wird. Mit die sem Kunstgriff kann der Abgastemperaturverlust zwischen der Brennkraftmaschine und dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator während der SOx-Desorption minimiert und die Temperaturerhöhung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators beschleunigt werden, so daß die SOx-Desorption schneller abläuft.
  • Unter einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung im zweiten Abgaskanal ein Abgasspülelement angeordnet werden. Wenn während des Umschaltens der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung das Abgas durch den Bypass und nicht durch das Abgasreinigungselement strömt, wird es vom Abgasspülelement gereinigt und in die Atmosphäre ausgestoßen.
  • Unter einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das im Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem neunten Aspekt dieser Erfindung verwendete Abgasspülelement ein selektiver NOx-Katalysator zum Reduzieren oder Auflösen von NOx in Gegenwart von Kohlenwasserstoff in einer Sauerstoffüberschußatmosphäre.
  • Unter einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem neunten Aspekt dieser Erfindung im ersten Abgaskanal ein zusätzlicher Katalysator angeordnet und die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die dritte Stellung geschaltet werden, um deren ersten Anschlußstutzen mit der zweiten Anschlußstutzen zu verbinden, wobei das Umschalten in die dritte Stellung im Anfangsstadium der SOx-Desorption erfolgt und diese Stellung nur kurzzeitig beibehalten wird, danach das Umschalten in die andere Stellung erfolgt, um das Abgas entgegen der bei der NOx- Adsorption genutzten Strömungsrichtung durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zu leiten. Selbst wenn in diesem Fall zu Beginn der Desorption SOx aus diesem zusätzlichen Katalysator SOx desorbiert wird, gelangt dieses nicht in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, so daß dieser durch SOx nicht vergiftet werden kann. Das aus dem zusätzlichen Katalysator desorbierte SOx wird vom Abgasspülelement aus dem Abgas entfernt.
  • Unter einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung werden beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem neunten Aspekt dieser Erfindung der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator und das Abgasspülelement zu einer Einheit zusammengefaßt, so daß zwischen beiden kein Abgas strömen, aber ein Wärmeaustausch erfolgen kann. Diese Konstruktion gewährleistet die Beibehaltung einer hohen Temperatur des Abgasspülelements.
  • Unter einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung der dritte und der vierte Abgaskanal unterschiedlich lang ausgeführt, um beim Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die erste oder die zweite Stellung unterschiedlich lange Wege zwischen der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung und dem der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung zu erhalten. Wenn bei dieser Konfiguration das Abgas von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung nicht durch den langen, sondern den kurzen Abgaskanal zum Abgasreinigungselement strömt, kann der Abgastemperaturverlust verringert werden. Die Auswahl der Abgasströmungsrichtung durch Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung erfolgt in Abhängigkeit von der Charakteristik des gesamten Abgasemissionssteuerungssystems und der des Abgasreinigungselements.
  • Unter einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt beim Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem dreizehnten Aspekt dieser Erfindung das Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in Abhängigkeit von der Abgastemperatur oder der Temperatur des Abgasreinigungselements. Die Temperatur, bei welcher das Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung erfolgt, wird ebenfalls von der Charakteristik des gesamten Abgasemissionssteuerungssystems und der des Abgasreinigungselements bestimmt.
  • Unter einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem vierzehnten Aspekt dieser Erfindung das Abgasreinigungselement ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator sein, welcher bei einem mageren Luft/Brennstoffverhältnis des einströmenden Abgases NOx absorbiert und bei sinkendem Sauerstoffgehalt des einströmenden Abgases das absorbierte NOx desorbiert.
  • Unter einem sechszehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung erfolgt beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem fünfzehnten Aspekt dieser Erfindung das Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung auf den kürzeren Abgaskanal, wenn das im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator absorbierte SOx von diesem desorbiert werden soll. Durch Auswahl des kürzeren Abgaskanals zwischen der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung und dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist ein geringerer Temperaturverlust des Abgases zu verzeichnen, so daß dieses mit einer höheren Temperatur in den Katalysator eintritt, dieser auf einer höheren Temperatur gehalten wird und eine Effektivitätsverbesserung der SOx-Desorption eintritt.
  • Unter einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem fünfzehnten Aspekt dieser Erfindung die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung bei der Durchführung der NOx-Adsorption im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator im Falle des Ansteigens der Abgastemperatur oder der katalytischen Temperatur des Katalysators über einen vorbestimmten Wert auf den langen Abgaskanal zwischen diesem und der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung und im Falle des Absinkens der Abgastemperatur oder der katalytischen Temperatur unter den vorbestimmten Wert auf den kurzen Abgaskanal umgeschaltet werden. Im ersten Fall ist ein großer Temperaturverlust, im zweiten Fall ein geringer Temperaturverlust des Abgases auf dem Weg von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung zum NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zu verzeichnen. Durch dieses Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung vom kurzen auf den langen Abgaskanal und umgekehrt kann der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator in dem für die NOx-Absorption günstigsten Temperaturbereich gehalten und dadurch die NOx-Reinigungsgeschwindigkeit erhöht werden.
  • Unter einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem fünfzehnten Aspekt dieser Erfindung im zweiten Abgaskanal ein Abgasspülelement angeordnet und die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die dritte Stellung umgeschaltet werden, um deren ersten und deren zweiten Anschlußstutzen miteinander zu verbinden. Das Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung erfolgt, wenn die Abgastemperatur oder die katalytische Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators über den für die NOx-Ab-sorption günstigsten Bereich ansteigt, da ansonsten das im Abgas enthaltene NOx vom NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator nicht aufgenommen und dieser beschädigt wird. Deshalb wird die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die dritte Stellung umgeschaltete damit das Abgas nicht durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, sondern über den kurzen Weg vom ersten zum zweiten Abgaskanal strömt. Dadurch wird eine Beschädigung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator verhindert und das im Abgas enthaltene HC und CO vom Abgasspülelement aus diesem entfernt. Unter einem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem siebzehnten Aspekt dieser Erfindung entweder im dritten oder im vierten Abgaskanal eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Abgases angeordnet werden, welche den Abstand zwischen der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung und dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator vergrößert. Diese Kühlvorrichtung führt eine Zwangskühlung des Abgases durch, um die Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators sicherer in dem für die NOx-Adsorption günstigsten Bereich zu halten. Unter einem zwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystem der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung in den ersten Abgaskanal ein SOx-Absorptionselement angeordnet werden, welches im Falle eines mageren Luft/-Brennstoff-Verhältnisses des einströmenden Abgases SOx absorbiert und bei sinkendem Sauerstoffgehalt im einströmenden Abgas das absorbierte SOx desorbiert. Die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung kann in die dritte Stellung umgeschaltet werden, um den ersten und den zweiten Anschlußstutzen miteinander zu verbinden, wobei das selektive Umschalten in die dritte Stellung erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung bei stöchiometrischem Verhältnis in einen kontinuierlichen Betrieb übergeht. In diesem Fall gelangt das bei stöchiometrischem Verhältnis erzeugte Abgas nicht durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, sondern auf dem kurzen Weg vom ersten Abgaskanal zum zweiten Abgas kanal und schließlich in die Atmosphäre, so daß eine Vergiftung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators durch das im Abgas enthaltene, aus dem SOx-Absorptionselement desorbierte SOx verhindert werden kann.
  • Unter einem einundzwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung können beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem zwanzigsten Aspekt dieser Erfindung das SOx-Absorptionselement und der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator konzentrisch zueinander angeordnet werden, so daß dadurch die Möglichkeit besteht, das Abgasemissionssteuerungssystem kompakt auszuführen.
  • Unter einem zweiundzwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem dritten Aspekt dieser Erfindung im ersten Abgaskanal ein Dreiwege-Katalysator mit SOx-Absorptionsvermögen angeordnet und die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in dritte Stellung zum Verbinden des ersten mit dem zweiten Anschlußstutzen umgeschaltet werden, wobei das selektive Umschalten in die dritte Stellung erfolgt, wenn die Verbrennungsmaschine mit Innenverbrennung zum kontinuierlichen Betrieb bei stöchiometrischem Verhältnis übergeht. Das dabei erzeugte Abgas strömt nicht in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, sondern in den Dreiwege-Katalysator, in welchem die SOx-Desorption stattfindet, und schließlich auf dem kurzen Weg vom ersten zum zweiten Abgaskanal und schließlich in die Atmosphäre. Dadurch kann ein Vergiften des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators durch das aus dem SOx-Absorptionselement desorbierten SOx verhindert werden. Das heißt, das Abgas wird im Dreiwege-Katalysator gereinigt.
  • Unter einem dreiundzwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung das Reinigungselement ein Katalysator sein, entweder im dritten oder vierten Abgaskanal ein HC-Adsorptionselement zum Adsorbieren von Kohlenwasserstoff angeordnet werden und das Umschalten der Strömungsrichtungsschaltungsvorrichtung in zwei Stellung erfolgen, und zwar auf den Strömungskanal, in welchem der Katalysator sich vor dem HC-Adsorptionselement befindet, wenn die Abgastemperatur oder die Temperatur des HC-Adsorptionsmittels in dem Bereich liegt, in welchem das HC-Adsorptionselement HC adsorbiert, oder auf den Strömungskanal, in welchem das HC-Adsorptionselement sich vor dem Katalysator befindet, wenn die Abgastemperatur oder die Temperatur des HC-Adsorptionselements in einem Bereich liegt, in welchem das Adsorptionselement Kohlenwasserstoff desorbiert. Mit diesem Kunstgriff wird erreicht, daß bei Abgastemperaturen oder Temperaturen des HC-Adsorptionselements, welche in dem zum Adsorbieren von HC erforderlichen Bereich liegen, selbst dann HC adsorbiert wird, wenn der Katalysator nicht aktiviert ist und das HC enthaltende Abgas durch den Katalysator strömt. Wenn bei Abgastemperaturen oder Temperaturen des HC-Adsorptionselements, welche in dem zum Desorbieren von HC erforderlichen Bereich liegen, Abgas durch das HC-Adsorptionselement strömt, wird aus dem HC-Adsorptionselement HC desorbiert. Wenn das HC enthaltende Abgas durch den auf Wirkungstemperatur gebrachten Katalysator strömt, wird das HC aus dem Abgas gespült.
  • Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus den in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen nachfolgend beschriebenen und in den Ansprüchen definierten Konstruktionen und Abläufen deutlicher zu erken nen, wobei gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem ein in diesem angeordnetes Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 2 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der ersten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 3 zeigt exemplarisch die NOx-Adsorptions/Desorptions/-Reduktions-Wirkung eines NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators.
  • 4 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der ersten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der neutralen Stellung zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 5 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer modifizierten ersten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 6 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer weiteren modifizierten ersten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 7 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in noch einer weiteren modifizierten ersten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 8 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in noch einer weiteren modifizierten ersten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 9 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des in 8 dargestellten Beispiels, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 10 zeigt perspektivisch eine Schnittansicht des in 8 dargestellten Beispiels.
  • 11 zeigt perspektivisch eine Teilschnittansicht des Bereiches um das Ventilschaltelement des in 8 dargestellten Beispiels.
  • 12 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in noch einer weiteren modifizierten ersten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 13 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des in 12 dargestellten Beispiels, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 14 zeigt perspektivisch eine Teilschnittansicht des in 12 dargestellten Beispiels.
  • 15 zeigt die Schnittansicht I-I des in 14 dargestellten Beispiels.
  • 16 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 17 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer modifizierten zweiten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 18 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer weiteren modifizierten zweiten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 19 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in noch einer weiteren modifizierten zweiten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 20 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 21 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystem in einer modifizierten dritten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 22 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 23 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der neutralen Stellung zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 24 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 25 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer modifizierten fünften Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strö mungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 26 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 27 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 28 zeigt schematisch die Temperaturverteilungscharakteristik des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators als Funktion der NOx-Reinigungsgeschwindigkeit.
  • 29 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer siebenten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 30 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in der siebenten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der neutralen Stellung zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 31 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem ange ordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 32 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 33 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in der neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 34 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in der neunten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der neutralen Stellung zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 35 zeigt perspektivisch eine Schnittansicht des in 33 dargestellten Beispiels.
  • 36 zeigt perspektivisch eine Teilschnittansicht des Bereiches um das Verstellelement des in 33 dargestellten Beispiels.
  • 37 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystem in einer modifizierten neunten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 38 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des in 37 dargestellten Beispiels des Abgasemissionssteuerungssystems, bei welchem das Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 39 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des in 37 dargestellten Beispiels des Abgasemissionssteuerungssystems, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der neutralen Stellung zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 40 zeigt perspektivisch eine Schnittansicht des in 37 dargestellten Beispiels des Abgasemissionssteuerungssystems.
  • 41 zeigt die Schnittansicht II-II des in 40 dargestellten Abgasemissionssteuerungssystems.
  • 42 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in der neunten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 43 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des in 42 dargestellten Abgasemissionssteuerungssystems, bei welchem das Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 44 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des in 42 dargestellten Abgasemissionsteuerungssystems, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der neutralen Stellung zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 45 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • 46 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems in der zehnten Ausführungsform, bei welchem das in diesem angeordnete Strömungsrichtungsumschaltventil in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend werden in Verbindung mit den 1 bis 46 Ausführungsformen eines Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • [Erste Ausführungsform]
  • 1 zeigt schematisch den Aufbau des Abgasemissionssteuerungssystems einer Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Form eines Benzinmotors, bei welchem die Verbrennung bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis stattfindet.
  • Wie 1 zeigt, ist die mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Maschine ein Vierzylinder-Reihenmotor, bei welchem über ein Zuführrohr 2 und einen Verteiler 3 jedem Zylinder Luft zugeführt wird. Das Zuführrohr 2 ist mit einem Drosselventil 4 zum Öffnen und Schließen des Zuführkanals versehen, welches über ein nicht dargestelltes Beschleunigungspedal betätigt wird. Dieses Drosselventil 4 ist mit einem Positionssensor 5 versehen, welcher ein dem Öffnungsgrad des Drosselventils 4 entsprechendes Signal erzeugt und dieses an eine elektronische Steuereinheit (ESE) 100 sendet.
  • In Strömungsrichtung gesehen ist vor dem Drosselventil 4 ein Strömungsmeßgerät 6 am Zuführrohr 2 angeordnet, welches ein Signal entsprechend der im Zuführrohr 2 strömenden Luftmenge Q erzeugt und dieses ebenfalls an die elektronische Steuereinheit 100 sendet.
  • Von einem Brennstoffeinspritzventil 7 wird in den zu jedem Zylinder führenden Kanal Brennstoff (Benzin) gespritzt. Der Schließzeitpunkt und die Öffnungsdauer des Brennstoffeinsprotzventils 7 werden von der ESE 100 in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand der Maschine 1 gesteuert.
  • Das in jedem Zylinder der Maschine 1 entstehende Abgas wird über einen Verteiler 8 durch ein Abgasrohr (erster Abgaskanal) 9 ausgestoßen. Das Abgasrohr 9 ist mit dem ersten von vier Anschlußstutzen eines Strömungsrichtungsumschaltventils (einer Schalteinheit) 20 verbunden. Der zweite Anschlußstutzen des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 ist mit einem Abgasrohr (zweiter Abgaskanal) 10 verbunden, durch welches das Abgas in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Der dritte Anschlußstutzen des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 ist über ein Abgasrohr (einen dritten Abgaskanal) 11 mit dem Eingang 30a eines katalytischen Konverters (einer Abgasreinigungseinheit) 30 verbunden. Der vierte Anschlußstutzen des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 ist über ein Abgasrohr (einen vierten Abgaskanal) 12 mit dem Ausgang 30b des katalytischen Konverters 30 verbunden. Im katalytischen Konverter 30 ist ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator (nachfolgend NOx-Katalysator genannt) 31 angeordnet. Der NOx-Katalysator 31 wird später detailliert beschrieben.
  • Das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 kann in die in 1 dargestellte Vorwärtsströmungsstellung und die in 2 dargestellte Rückwärtsströmungsstellung geschaltet werden, um die Richtung des durch den katalytischen Konverter 30 strömenden Abgases zu verändern. In der Vorwärtsströmungsstellung verbindet das Strömungsrichtungsumschaltventil das Abgasrohr 9 mit dem Abgasrohr 11 und das Abgasrohr 10 mit dem Abgasrohr 12, so daß das Abgas die Komponenten des Systems in der Reihenfolge Abgasrohr 9 → Abgasrohr 11 → katalytischer Konverter 30 → Abgasrohr 12 → Abgasrohr 10 durchströmt und schließlich in die Atmosphäre gelangt. Der in der weiteren Beschreibung verwendete Begriff „Vorwärtsströmung" bezieht sich auf die Strömungsrichtung des Abgases im katalytischen Konverter 30 von dessen Eingang 30a zu dessen Ausgang 30b. Wenn das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 in die in 2 dargestellte Rückwärtsströmungsstellung geschaltet ist, wird eine Verbindung zwischen dem Abgasrohr 9 und dem Abgasrohr 12 sowie zwischen dem Abgasrohr 10 und dem Abgasrohr 11 hergestellt, so daß das Abgas die Komponenten des Systems in der Reihenfolge Abgasrohr 9 → Abgasrohr 12 → katalytischer Konverter 30 → Abgasrohr 11 durchströmt und schließlich in die Atmosphäre gelangt. Der Begriff „Rückwärtsströmung" bezieht sich auf die Strömungsrichtung des Abgases durch den katalytischen Konverter 30 von dessen Ausgang 30b zu dessen Eingang 30a.
  • Das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 wird von einem von der ESE 100 gesteuerten Betätigungselement 21 in die jeweilige Stellung geschaltet. Bei dieser Ausführungsform sind das Betätigungselement 21 und die ESE 100 zu einem Steuermodul zusammengefaßt. Nachfolgend wird die Umschaltsteuerung des Strömungsrichtungsumschaltventils detailliert beschrieben.
  • Am Abgasrohr 11 ist nahe des Eingangs 30a des katalytischen Konverters 30 ein Abgastemperatursensor 13 angeordnet, welcher auf der Grundlage der Temperatur des durch das Abgas rohr 11 strömenden Abgases ein entsprechendes Signal erzeugt und dieses an die ESE 100 sendet.
  • Zur digitalen ESE 100 auf Computerbasis gehören ein ROM (Lesespeicher), ein RAM (Schreib-Lese-Speicher), eine ZVE (Zentralverarbeitungseinheit) sowie ein Eingabe- und ein Ausgabekanal, welche über einen Zweiwegbus miteinander verbunden sind. Die ESE 100 führt die Grundsteuerung, d. h. die Steuerung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses der Maschine 1 und die Steuerung des im katalytischen Konverter 30 ablaufenden SOx-Desorptionsprozesses durch.
  • Zur Steuerung dieser Prozesse werden an den Eingabekanal ein vom Luftstrommeßgerät 6 erzeugtes Signal, ein vom Abgastemperatursensor 13 erzeugtes Signal und ein von einem Maschinendrehzahlsensor 14 erzeugtes Signal gesendet. Die ESE 100 berechnet auf der Grundlage des vom Maschinendrehzahlsensor 14 entsprechend der Maschinendrehzahl erzeugten Signals die Maschinendrehzahl N, auf der Grundlage des vom Luftstrommeßgerät 6 erzeugten Signals die Luftmenge und aus beiden Werten das Maschinenlastverhältnis Q/N. Aus diesem Maschinenlastverhältnis Q/N und aus der Maschinendrehzahl N ermittelt die ESE 100 den Betriebszustand der Maschine 1 und regelt in Abhängigkeit vom ermittelten Betriebszustand die Menge des vom Einspritzventil einzuspritzenden Brennstoffs, d. h. sie stellt ein mageres, stöchiometrisches oder fettes Brennstoff/Luft-Verhältnis ein. So wird zum Beispiel beim Starten und bei Vollastbetrieb der Maschine ein stöchiometrisches oder fettes Luft/Brennstoff-Verhältnis und bei Niedrig- oder Teillastbetrieb ein mageres Luft/Brennstoff-Verhältnis eingestellt.
  • Der NOx-Katalysator 31, d. h. der im katalytischen Konverter 30 vorhandene NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist mit einem z. B. aus Aluminium gefertigten Trägerelement bestückt.
  • Dieses Trägerelement ist zum Beispiel mit mindestens einem Alkalimetall wie Kalium K, Natrium Na, Lithium Li und Cäsium Cs, einem Erdalkalielement wie Barium Ba und Calcium Ca oder einem Seltenerdelement wie Lanthan La und Yttrium Y und einem Edelmetall wie Platin Pt beschichtet.
  • Dieser NOx-Katalysator 31 absorbiert NOx bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases (nachfolgend Abgas-/Luft/Brennstoff-Verhältnis genannt), desorbiert NOx bei sinkendem Sauerstoffgehalt des einströmenden Abgases und reduziert dieses zu N2. Anzumerken ist, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis das Verhältnis aus der Gesamtmenge der dem Abgaskanal, einer Brennkammer der Maschine und dem Zuführkanal, beide vor dem NOx-Katalysator 31 angeordnet, zugeführten Luft und der gesamten Brennstoffmenge (Kohlenwasserstoff) darstellt. Wenn dem vor dem NOx-Katalysator 31 angeordneten Abgaskanal kein Brennstoff und keine Luft oder ein Reduktionsmittel zugeführt wird, stimmt das Luft/-Brennstoff-Verhältnis des Abgases mit dem Luft/Brennstoff-Verhältnis des der Maschinenverbrennungskammer zugeführten Luft/Brennstoff-Gemischs überein.
  • In Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung ein Benzinmotor, welcher bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben werden kann, wobei das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Luft/Brennstoff-Gemischs entsprechend dem Betriebszustand der Maschine 1 geregelt wird. Wenn die Maschine 1 bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird, ist auch das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases mager, so daß die Sauerstoffkonzentration steigt. Wenn die Maschine 1 aber bei stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird, ist auch das Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases stöchiometrisch oder fett, so daß die Sauerstoffkonzentration im Abgas merklich sinkt und demzufolge mehr unverbranntes HC und CO aus der Maschine 1 gelangt.
  • Es wird angenommen. daß im NOx-Katalysator 31 das Adsorbieren und Desorbieren von NOx nach dem in 3 dargestellten Mechanismus abläuft, obwohl dieser Mechanismus der NOx-Absorption/Desorption noch teilweise ungeklärt ist. Dieser Mechanismus wird anhand eines mit Platin Pt und Barium Ba beschichteten Trägerelements beschrieben, obwohl der gleiche Mechanismus wahrscheinlich auch bei anderen Edelmetallen, Alkalimetallen, Erdalkalielementen und seltenen Erden abläuft.
  • Wenn das einströmende Abgas ein sehr mageres Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist, ist die Sauerstoffkonzentration in diesem relativ hoch, wobei der Sauerstoff O2 in Form von O2 – oder O2– an der Oberfläche des Platins Pt haften bleibt (3A). Zwischen dem ebenfalls im Abgas vorhandenen NO und dem auf der Oberfläche des Platins Pt haftenden O2 – oder O2– findet eine Reaktion statt, bei welcher NO2 entsteht (2NO + O2 → 2NO2). Sofern der NOx-Katalysator 31 nicht mit NOx gesättigt ist, wird das entstandene NO2 von diesem absorbiert, auf dem Platin Pt oxidiert und mit Bariumoxid BaO gekoppelt und diffundiert in Form von Natriumionen NO3 –, wie 3A zeigt. Auf diese Weise läuft die NOx-Absorption im NOx-Katalysator 31 ab.
  • Bei abnehmender Sauerstoffkonzentration im einströmenden Abgas sinkt die NO2-Menge und die umgekehrte Reaktion findet statt (NO3 – → NO2) , d. h., die im NOx-Katalysator 31 absorbierten Natriumionen NO3 – werden in Form von NO2 oder NO aus diesem desorbiert.
  • Wenn im einströmenden Abgas eine Reduktionskomponente wie HC, CO usw. vorhanden ist, findet zwischen diesem und dem auf der Oberfläche des Platins Pt haftenden O2 – oder O2 – eine Oxidation statt, wodurch die Sauerstoffkonzentration im Abgas sinkt. Mit sinkender Sauerstoffkonzentration im Abgas geht das aus dem NOx-Katalysator 31 desorbierte NO2 oder NO mit dem HC oder CO eine Reaktion ein und wird dabei reduziert, wie 3B zeigt. Auf diese Weise verschwindet das NO2 oder NO vom Platin Pt und wird sukzessiv aus dem NOx-Katalysator 31 dosorbiert.
  • Das im einströmenden Abgas vorhandene HC, CO reagiert zunächst mit dem O2 – oder O2– auf der Oberfläche des Platins Pt und wird dabei oxidiert, doch wenn trotz verschwundenem O2– oder O2– noch HC, CO verblieben ist, wird von diesem das aus dem NOx-Katalysator 31 desorbierte und das von der Maschine ausgestoßene NOx zu NO2 reduziert.
  • Wie bereits beschrieben, wird im Falle eines Abgases mit magerem Luft/Brennstoff-Verhältnis NOx im NOx-Katalysator 31 absorbiert. Wenn das Luft/Brennstoff-Verhältnis stöchiometrisch oder fett wird, erfolgt innerhalb kurzer Zeit eine Desorption von NOx aus dem NOx-Katalysator 31 und eine Reduktion dieses NOx zu NO2. Dadurch wird das Ausstoßen von NOx in die Atmosphäre verhindert.
  • Nachfolgend wird der Mechanismus des Vergiftens des NOx-Katalysators 31 durch SOx beschrieben. Wenn das Abgas Schwefeloxid (SOx) enthält, läuft die SOx-Absorption nach dem gleichen Mechanismus wie die NOx-Absorption im NOx-Katalysator 31 ab. Das heißt, bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis bleibt Sauerstoff O2 in Form von O2 – oder O2– an der Oberfläche des Platins Pt im NOx-Katalysator 31 haften und das im einströmenden Abgas vorhandene SOx (z. B. SO2) wird auf dem Platin Pt zu SO3 oxidiert.
  • Das erzeugte und auf dem Platin Pt im NOx-Katalysator 31 oxidierte und in diesem absorbierte SO2 wird mit dem Bariumoxid BaO gekoppelt, diffundiert in Form von Sulfationen SO4 2– in dieses und wird in BaSO4 umgewandelt. Die BaSO4-Kristalle sind rauh und relativ leicht zu stabilisieren. Das entstandene Sulfat kann nur unter Schwierigkeiten aufgelöst und desorbiert werden. Wenn immer mehr BaSO4 im NOx-Katalysator 31 entsteht, wird die an der Absorption im NOx-Katalysator 31 beteiligte BaO-Menge verringert, so daß die NOx-Absorptionsfähigkeit des Katalysators abnimmt. Dieser Vorgang wird als SOx-Vergiftung bezeichnet. Um die gewünschte NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Katalysators 31 beizubehalten, muß das in diesem absorbierte SOx in bestimmten Zeitabständen wieder desorbiert werden.
  • Es hat sich herausgestellt, daß durch Verringerung der Sauerstoffkonzentration im Abgas sowohl SOx auf gleiche Weise wie NOx aus dem NOx-Katalysator 31 desorbiert werden kann und die Desorption bei einer höheren Temperatur des NOx-Katalysators einfacher abläuft.
  • Die vom Patenteinreicher durchgeführte Studie hat ergeben, daß zur Desorption des im NOx-Katalysator 31 absorbierten SOx ein stöchiometrisches oder fettes Luft/Brennstoffverhältnis beim Abgas und eine höhere Temperatur des NOx-Katalysators 31 als beim normalen Desorptions/Reduktions-Prozeß zum Desorbieren von NOx aus dem Katalysator erforderlich sind.
  • Wenn der NOx-Katalysator 31 näher am Eingang 30a des katalytischen Konverters 30 angeordnet ist, wird eine größere Menge SOx als bei einer Anordnung näher an deren Ausgang 30b absorbiert. Wenn zur Durchführung der SOx-Desorption das Luft/Brennstoff-Verhältnis beim Abgas stöchiometrisch oder fett eingestellt und das Abgas mit einer höheren Temperatur vom Ausgang 30b zum Eingang 30a durch die Abgasreinigungs einheit 30 strömt, kann innerhalb kurzer Zeit das absorbierte SOx aus dem NOx-Katalysator 31 desorbiert werden.
  • In diesem Fall wird bei der ersten Ausführungsform zum Absorbieren von NOx und SOx im katalytischen das Strömungsrichtungsumschaltventil in die Vorwärtsströmungsstellung und zum Desorbieren von NOx und SOx dieses in die Rückwärtsströmungsstellung geschaltet.
  • Nachfolgend wird die Arbeitsweise des Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Wie bereits erwähnt, ist die Maschine 1 eine bei magerem Luft/Brennstoff-Verhältnis betriebene Brennkraftmaschine, wobei von der ESE 100 das Luft/Brennstoff-Verhältnis in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Maschine 1 geregelt wird. Wenn die Maschine 1 bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird, entsteht Abgas mit einem ebenfalls mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis und einer hohen Sauerstoffkonzentration. Wenn die Maschine 1 bei stöchiometrischen oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird, entsteht Abgas mit einem ebenfalls stöchiometrischen oder fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis und somit weitaus geringerer Sauerstoffkonzentration. Außerdem steigt die Menge des von der Maschine 1 ausgestoßenen HC und CO.
  • Wenn die Maschine 1 bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird, steuert die ESE 100 das Betätigungselement 21 so, daß die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 die in 1 gezeigte Vorwärtsströmungsstellung einnimmt und in dieser verharrt. In dieser Stellung der Ventilklappe durchströmt das Abgas die Komponenten des Systems in der Reihenfolge Abgasrohr 9 → Abgasrohr 11 → katalytischer Konverter 30 → Abgasrohr 12 → Abgasrohr 10 und gelangt schließlich in die Atmosphäre. Genau er ausgedrückt, das Abgas strömt in Vorwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter, d. h. von dessen Eingang 30a zu dessen Ausgang 30b. Während des Strömungsvorgangs werden das im Abgas enthaltene NOx und SOx vom NOx-Katalysator 31 des katalytischen Konverters 30 absorbiert.
  • Wenn dann die Maschine bei stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird, steuert die ESE 100 das Betätigungselement 21 so, daß die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 die in 2 dargestellte Rückwärtsströmungsstellung einnimmt und in dieser verharrt. In dieser Stellung der Ventilklappe durchströmt das Abgas die Komponenten des Systems in der Reihenfolge Abgasrohr 9 → Abgasrohr 12 → katalytischer Konverter 30 → Abgasrohr 11 → Abgasrohr 10 und gelangt in die Atmosphäre. Genauer ausgedrückt, das Abgas strömt in Rückwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30, d. h. von dessen Ausgang 30b zu dessen Eingang 30a. Beim Betreiben der Maschine 1 mit stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Gemisch erfolgt von der ESE 100 die Steuerung so, daß die Abgastemperatur in einem Bereich liegt, welcher das Desorbieren des SOx aus dem NOx-Katalysator 31 erleichtert. Das auf eine hohe Temperatur gebrachte Abgas mit stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis strömt entgegengesetzt zu der für die NOx- und SOx-Absorption vorgegebenen Richtung durch den katalytischen Konverter 30, wobei NOx aus dem NOx-Katalysator 31 desorbiert wird. Gleichzeitig wird von dem im Abgas enthaltenen unverbrannten HC und CO das NOx zu N2 reduziert und auf diese Weise das Abgas gereinigt. Während das Abgas in Rückwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt, kann das im NOx-Katalysator 31 absorbierte SOx in kurzer Zeit aus diesem desorbiert werden.
  • Beim Betreiben der Maschine über einen längeren Zeitraum bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis wird dieses automatisch auf den stöchiometrischen oder einen fetten Wert geregelt, um das Desorbieren von NOx und SOx durchzuführen und den katalytischen Konverter 30 nicht mit NOx und SOx zu sättigen. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Regelung des Luft/Brennstoff-Verhältnisses als Mager/Fett-Spitzenregelung bezeichnet. Ein zahlenmäßiges Beispiel einer solchen Mager/Fett-Spitzenregelung wird nachfolgend erläutert. Wenn die Maschine 1 mehrere zehn Sekunden (z. B. 40 bis 60 Sekunden) bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird, regelt die ESE das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf den stöchiometrischen oder einen fetten Wert und hält diesen Wert über mehrere Sekunden (z. B. 2 bis 3 Sekunden), und diese Regelung wird abwechselnd durchgeführt.
  • Bei der ersten Ausführungsform ist die Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung ein Benzinmotor, welcher bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird, der NOx-Katalysator 31 das Abgasreinigungselement und SOx die Substanz, welche vom Abgasreinigungselement (NOx-Katalysator 31) entfernt werden soll. Die Regelung des Betriebszustandes der Maschine 1 zum Erreichen des gewünschten Luft/Brennstoff-Verhältnisses (stöchiometrisch oder fett) und der zum Reinigen des Abgasreinigungselements von SOx erforderlichen (hohen) Temperatur) hat bei der ersten Ausführungsform somit Reinigungsfunktion.
  • Bei der ersten Ausführungsform ist in Rückwärtsströmungsstellung des Abgases gesehen in der Auspuffanlage (d. h. im Abgasrohr 12 oder 9) vor dem katalytischen Konverter 30 eine Vorrichtung zum Einbringen des Reduktionsmittels angeordnet. Während der NOx- und SOx-Desorption wird von dieser Vorrichtung dem Abgas das Reduktionsmittel zugeführt, um die Freigabe und Reduktion von NOx und auch die Freigabe von SOx zu beschleunigen. In diesem Fall üben die Regelung der Maschine 1 und die Reduktionsmittelzuführvorrichtung die Reinigungsfunktion aus.
  • Bei der ersten Ausführungsform werden NOx und SOx gleichzeitig aus dem NOx-Katalysator 31 desorbiert, doch da die besonders bei einem Benzinmotor im Abgas vorhandene SOx-Menge sehr klein ist, macht es sich nicht erforderlich, SOx in der gleichen Häufigkeit wie NOx zu desorbieren. Wenn im Betriebszustand der Maschine 1, selbst bei stöchiometrischem oder fettem Luft/Brennstoff-Verhältnis, die Abgastemperatur relativ niedrig ist, strömt das Abgas auf gleiche Weise wie bei der NOx-Absorption in Vorwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30, wobei NOx aus dem NOx-Katalysator 31 desorbiert und reduziert wird.
  • Wenn die Maschine 1 in einen Zustand gebracht wird (Beschleunigung und Vollastbetrieb), in welchem die Abgastemperatur stark ansteigt und das Abgas das stöchiometrische oder ein fettes Luft/Brennstoff-Verhältnis zeigt, wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die Rückwärtsströmungsstellung geschaltet, damit das Abgas in Rückwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt und das Desorbieren von SOx erfolgt.
  • Die ESE bestimmt, ob Desorbieren von SOx aus dem NOx-Katalysator 31 erforderlich ist. Wenn eine SOx-Desorption nicht erforderlich ist, wird die Vorwärtsströmungsstellung der Ventilklappe beibehalten, so daß das Abgas in Vorwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt. Wenn aber Desorbieren von SOx sich erforderlich macht, wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die Rückwärtsströmungsstellung geschaltet, so daß das Abgas jetzt in Rückwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt. Die ESE 100 berechnet außerdem ein Luft/Brenn stoff-Zielverhältnis und eine katalytische Zieltemperatur, welche eine optimale Freigabe von SOx ermöglichen, und auch eine Zielmenge an Reduktionsmittel, wenn das System mit einer Reduktionsmittelzuführvorrichtung bestückt ist. Durch die genannte Steuerung der Maschine 1 und der Reduktionsmittelzuführvorrichtung werden diese Zielwerte erreicht. So kann z. B. von der ESE 100 eine Zeitspanne oder eine SOx-Absorptionsmenge vorgegeben werden, nach welcher bzw. bei deren Erreichen eine SOx-Desorption sich erforderlich macht.
  • Wenn die ESE 100 ermittelt, daß eine SOx-Desorption sich erforderlich macht, wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils in die Stellung geschaltet, in welcher das Abgas in Rückwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt, und das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf den stöchiometrischen oder einen fetten Wert eingestellt, wobei zu beachten ist, daß während des Umschaltvorgangs das Luft/-Brennstoff-Verhältnis noch mager ist. Auf den Grund dafür wird nachfolgend näher eingegangen. Das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 ist so konfiguriert, daß in der Mitte des Umschalten von der Vorwärtsströmungsstellung in die Rückwärtsströmungsstellung und umgekehrt zwangsläufig der in 4 dargestellte Zustand eintritt, in welchem die Verbindung zwischen dem Abgasrohr 9 und dem Abgasrohr 10 hergestellt wird. In diesem Fall strömt aufgrund des geringen Strömungswiderstandes das Abgas auf dem kurzen Weg vom Abgasrohr 9 zum Abgasrohr 10, wodurch die Möglichkeit besteht, daß im Abgas vorhandenes HC und CO in die Atmosphäre gelangt. Um während des Umschaltens des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 so wenig wie möglich HC und CO in die Atmosphäre gelangen zu lassen, wird zu diesem Zeitpunkt das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf einen mageren Wert geregelt. Wie bereits erwähnt, kann beim Abgasemissionssteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsform mit einem einzigen Strömungsrichtungsumschaltventil 20 die Strömungsrichtung des durch den katalytischen Konverter 30 strömenden Abgases umgekehrt werden, wobei dieses Ventil einfach konstruiert und somit preisgünstig ist.
  • Nachfolgend werden in Verbindung mit den 5 bis 15 modifizierte erste Ausführungsformen des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung beschrieben.
  • <Beispiel gemäß 5>
  • Wie 1 zeigt, ist bei der ersten Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems das Abgasrohr 12, welches das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 mit dem Ausgang 30b des katalytischen Konverters 30 verbindet, länger als das Abgasrohr 11, welches das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 mit dem Eingang 30a des katalytischen Konverters 30 verbindet. Bei der in 5 dargestellten modifizierten ersten Ausführungsform ist das Abgasrohr 12, welches das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 mit dem Ausgang 30b des katalytischen Konverters 30 verbindet, jedoch kürzer als das Abgasrohr 11, welches das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 mit dem Eingang 30a des katalytischen Konverters 30 verbindet.
  • <Beispiele gemäß 6 und 7>
  • Die in den 6 und 7 gezeigten modifizierten ersten Ausführungsformen unterscheiden sich von der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform und der in 5 gezeigten modifizierten ersten Ausführungsform nur in der Anordnung des Strömungsrichtungsumschaltventils 20. Wenn das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 wie in den 6 und 7 gezeigt angeordnet wird, kann das Abgasrohr 9 zwischen diesem und dem Verteiler 8 länger als bei der in 1 oder 5 dargestellten Ausführungsform ausgeführt werden.
  • <Beispiele gemäß den 8 bis 11>
  • Bei den in den 8 bis 11 gezeigten modifizierten ersten Ausführungsformen ist das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 wie in 6 dargestellt angeordnet, während die Abgasrohre 9 bis 12 und der katalytische Konverter 30 zu einer Einheit zusammengefaßt sind.
  • Diese Abgasreinigungseinheit 50A ist in 10 detailliert dargestellt. Das Rohr 52 mit einem kleinen Durchmesser erstreckt sich konzentrisch im Gehäuse 52 mit einem großen Durchmesser und ist an dessen geschlossenen Stirnseiten befestigt. Zwischen dem Gehäuse 51 und dem Rohr 52 ist ein ringförmiger Raum 53 vorhanden. In Achsrichtung des Gehäuses 51 gesehen ist etwa in dessen Mitte ein NOx-Katalysator 31 angeordnet, welcher den Raum 53 in die beiden Räume 54 und 55 unterteilt.
  • Ein Ende des aus dem Gehäuse 51 ragenden Rohres 52 ist mit einem Flansch 52a versehen und an diesem das vom Verteiler 8 kommende Abgasrohr 9 befestigt. Das andere Ende des aus dem Gehäuse 51 ragenden Rohres 52 ist mit einem Flansch 52b versehen und an diesem das zur Atmosphäre hin offene Abgasrohr 10 befestigt. Der im Unterraum 55 sich erstreckende Abschnitt des Rohres 52 ist mit paarigen, radial sich gegenüberliegenden Bohrungen 56 und 57 versehen. Die Bohrung 56 bildet die Verbindung des Rohres 52 zu einem Ende eines Verbindungsrohres 58, welches sich durch den Unterraum 55 erstreckt, das Gehäuse 51 durchdringt und außerhalb diesem weitergeführt wird und dessen anderes Ende die Verbindung zum Unterraum 54 herstellt. In dem zwischen den paarigen Bohrungen 56 und 57 vorhandenen Innenraum des Rohres 52 ist eine Ventilklappe 59 drehbar angeordnet, welche von einem Betätigungselement 21 betätigt wird.
  • Wie 11 zeigt, kann die Ventilklappe 59 in zwei Stellungen arretiert werden, um das Rohr 52 zu schließen. In der als durchgehende Linie gekennzeichneten ersten Stellung ist der zwischen dem Flansch 52a und der Ventilklappe 59 sich erstreckende Abschnitt des Rohres 52 durch die Bohrung 56 mit dem Rohr 58 und der zwischen dem Flansch 52b und der Ventilklappe 58 sich erstreckende Abschnitt des Rohres 52 durch die Bohrung 57 mit dem Unterraum 55 verbunden. In der durch eine Doppelpunkt-Strich-Linie gekennzeichneten zweiten Stellung ist der erstgenannte Rohrabschnitt durch die Bohrung 57 mit dem Unterraum 55 und der andere Rohrabschnitt durch die Bohrung 56 mit dem Rohr 58 verbunden.
  • Die so konfigurierte Abgasreinigungseinheit 50A hat zu der in 6 dargestellten die nachfolgend beschriebene Beziehung. Die Ventilklappe 59 der Abgasreinigungseinheit 50A entspricht der Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20. Der zwischen dem Flansch 52a und der Ventilklappe 59 sich erstreckende Abschnitt des Rohres 52 entspricht dem Abgasrohr 9. Der zwischen dem Flansch 52b und der Ventilklappe 59 sich erstreckende Abschnitt des Rohres 52 dem Abgasrohr 10. Der Unterraum 54 zusammen mit dem Verbindungsrohr 58 der Abgasreinigungseinheit 50A entsprechen dem Abgasrohr 11. Der Unterraum 55 entspricht dem Abgasrohr 12.
  • Die 8 und 9 zeigen die Schnittansicht der Abgasreinigungseinheit 50A, wobei die in Klammer gesetzten Bezugszeichen auf die in 6 verwendeten hinweisen. 8 zeigt den Zustand, in welchem das Abgas in Vorwärtsrichtung, und 9 den Zustand, in welchem das Abgas in Rückwärtsrichtung durch den NOx-Katalysator 31 strömt. Die so konfigurierte Reinigungseinheit 50A hat die gleiche Funktion wie das Abgasemissionssteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsform, so daß auf die Beschreibung des Steuerungsablaufs verzichtet wird.
  • <Beispiele gemäß den 12 bis 15>
  • Bei den in den 12 bis 15 dargestellten weiteren modifizierten ersten Ausführungsformen wurde das bei den Ausführungsformen gemäß der 8 bis 11 vorhandene Verbindungsrohr 58 der Abgasreinigungseinheit 50A eliminiert und dadurch das System kompakter ausgeführt. Übereinstimmende Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, auf Unterschiede zwischen beiden Reinigungseinheiten wird nachfolgend detailliert eingegangen.
  • Bei der Abgasreinigungseinheit 50B dieser modifizierten ersten Ausführungsformen ist der ringförmige Raum zwischen dem Gehäuse 51 und dem Rohr 52 in drei Abschnitte unterteilt, in den vom Flansch 52a aus sich erstreckenden ringförmigen Abschnitt 60 und in die Abschnitte 62 und 63 in Form eines Halbkreissegments, welche durch die vom Gehäuse 51 bis zum Rohr 52 sich erstreckende und an beiden befestigte Trennwand 61 gebildet werden.
  • Wie 14 zeigt, ist der NOx-Katalysator 31 hinter dem Abschnitt 60 innerhalb des nach oben gerichteten halbkreisförmigen Raumabschnitts 63 angeordnet. Im Raumabschnitt 63 ist zwischen dem NOx-Katalysator 31 und dem Flansch 52b ein Unterabschnitt 64 vorhanden, welcher durch die Bohrung 57 Verbindung zum Innenraum des Rohres 52 hat. Der nach unten gerichtete halbkreisförmige Raumabschnitt 62 hat zum ringförmigen Abschnitt 60 und durch die Bohrung 56 Verbindung zum Innenraum des Rohres 52.
  • Die Positionelle Beziehung zwischen der Ventilklappe 59 und den beiden Bohrungen 56, 57 und die beiden Stellungen der Ventilklappe 59 zum Schließen des Rohres 52 sind absolut identisch mit denen der in den 8 bis 11 dargestellten Abgasreinigungseinheit 50A. Wenn bei der Reinigungseinheit 50B die Ventilklappe 59 in die erste Schließstellung gebracht wird (durchgehende Linie in 11), ist der zwischen dem Flansch 52a und der Ventilklappe 59 sich erstreckende Abschnitt des Rohres 52 durch die Bohrung 56 mit dem nach unten gerichteten halbkreisförmigen Raumabschnitt 62, der von der Ventilklappe 59 bis zum Flansch 52b sich erstreckende Abschnitt des Rohres 52 durch die Bohrung 57 mit dem Raumabschnitt 64 verbunden. Wenn die Ventilklappe 59 in die zweite Schließstellung gebracht wird (Doppelpunkt-Linie), ist der erstgenannte Abschnitt durch die Bohrung 57 mit dem Raumabschnitt 64, der andere Abschnitt des Rohres 52 durch die Bohrung 56 mit dem nach unten gerichteten halbkreisförmigen Raumabschnitt 62 verbunden.
  • Die so konfigurierte Abgasreinigungseinheit 50B hat zu der in 6 dargestellten die nachfolgend beschriebene Beziehung. Die Ventilklappe 59 der Abgasreinigungseinheit 50B entspricht der Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20. Der zwischen dem Flansch 52a und der Ventilklappe 59 sich erstreckende Abschnitt des Rohres 52 entspricht dem Abgasrohr 9. Der zwischen dem Flansch 52b und der Ventilklappe 59 sich erstreckende Abschnitt des Rohres 52 dem Abgasrohr 10. Der nach unten gerichtete halbkreisförmige Raumabschnitt 62 zusammen mit dem ringförmigen Raumabschnitt 60 der Abgasreinigungseinheit 50B entsprechen dem Abgasrohr 11. Der Raumabschnitt 64 der Abgasreinigungseinheit 50B entspricht dem Abgasrohr 12.
  • Die 12 und 13 zeigen die Schnittansicht der Abgasreinigungseinheit 50B, wobei die in Klammer gesetzten Bezugszeichen auf die in 6 verwendeten hinweisen. 12 zeigt den Zustand, in welchem das Abgas in Vorwärtsrichtung, und 13 den Zustand, in welchem das Abgas in Rückwärtsrichtung durch den NOx-Katalysator 31 strömt. Die so konfigurierte Reinigungseinheit 50B hat die gleiche Funktion wie das Abgasemissionssteuerungssystem gemäß der ersten Ausführungsform, so daß auf die Beschreibung des Steuerungsablauf verzichtet wird.
  • [Zweite Ausführungsform)
  • Nachfolgend wird in Verbindung mit 16 eine zweite Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 16 zeigt die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform, mit der Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in der Vorwärtsströmungsstellung. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur darin, daß in der Mitte des Abgasrohrs 10 ein Spülelement 40 angeordnet ist. Das Spülelement 40 ist innen mit einem Katalysator 40a (z. B. einem selektiven NOx-Katalysator zum Reduzieren oder Auflösen von NOx in Gegenwart von Kohlenwasserstoff in einer stark sauerstoffhaltigen Atmosphäre) bestückt, welcher bei einem Abgas mit mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis Sauerstoff adsorbiert und bei stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis die in diesem enthaltenen Verbindungen HC und CO durch Nutzung des adsorbierten Sauerstoffs beseitigt.
  • Wie bereits beschrieben, entsteht beim Umschalten des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 kurzzeitig eine direkte Verbindung zwischen dem Abgasrohr 9 und dem Abgasrohr 10, so daß das Abgas diesen kurzen Weg nimmt und dadurch die in diesem vorhandenen Verbindungen HC und CO in die Atmosphäre gelangen können. Das muß im Falle von Abgas mit stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis beim Umschalten des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 beachtet werden. In diesem Fall kommt das bei der zweiten Ausführungsform verwendete Spülelements 40 zur Wirkung.
  • Der Katalysator 40a des im Abgasrohr 10 angeordneten Spülelements 40 adsorbiert beim Betreiben der Maschine 1 mit einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis Sauerstoff. Wenn dann die Maschine 1 auf das stöchiometrische oder ein fettes Luft-/Brennstoff-Verhältnis umgestellt wird, erfolgt das Umschalten des Strömungsrichtungsumschaltventils 20. Während des Umschaltvorgangs strömt das Abgas mit stöchiometrischem oder fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis auf dem kurzen Weg durch das Abgasrohr 10, wobei die im Abgas enthaltenen Verbindungen HC und CO von dem im Katalysator 40a des Spülelements 40 adsorbierten Sauerstoff oxidiert werden und das so gereinigte Abgas in die Atmosphäre gelangt.
  • Die 17 bis 19 zeigen modifizierte zweite Ausführungsformen des Abgasemissionssteuerungssystems, welche nachfolgend detailliert beschrieben werden.
  • <Beispiel gemäß 17>
  • Bei der in 17 dargestellten modifizierten zweiten Ausführungsform ist der katalytische Konverter 30 integraler Bestandteil des Spülelements 40, so daß zwischen beiden kein Abgas strömen, jedoch ein Wärmeaustausch stattfinden kann. Dadurch kann der im Spülelement 40 angeordnete Katalysator 40a auf einer hohen Temperatur gehalten werden, welche zu dessen Aktivierung erforderlich ist. In 17 ist das die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt.
  • <Beispiel gemäß 18>
  • 18 zeigt eine Anordnung des katalytischen Konverters 30, bei welcher dessen Ausgang 30b nahe am Abgasschaltventil 20 liegt, um das Abgasrohr 12 zwischen dem Abgasschaltventil 20 und dem Ausgang 30b des katalytischen Konverters 30 so kurz wie möglich zu machen. Wenn bei dieser Anordnung die Ventilklappe des Abgasschaltventils 20 in die Rückwärtsstel lung gebracht wird, damit das Abgas rückwärts in Richtung katalytischer Katalysator 30 strömt, ist der Strömungsweg des Abgases von der Maschine 1 zum katalytischen Katalysator 30 kürzer, so daß zur Freigabe von SOx die Temperatur des NOx-Katalysators 31 im katalytischen Konverter 30 und dadurch die katalytische Temperatur erhöht und die Freigabe von SOx beschleunigt wird.
  • <Beispiel gemäß 19>
  • Bei der in 19 dargestellten modifizierten zweiten Ausführungsform ist das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 nahe am Spülelement 40 angeordnet, um den Strömungsweg zwischen der Maschine 1 und dem Strömungsrichtungsumschaltventil 20 zu verlängern, dadurch die thermische Belastung dieses Ventils zu verringern und somit dessen Lebensdauer zu erhöhen. Auch in 19 ist die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt.
  • [Dritte Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird in Verbindung mit 20 eine dritte Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 20 zeigt schematisch die Hauptkomponenten der dritten Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 16 dargestellten zweiten Ausführungsform in der Anordnung des Katalysators 31 im katalytischen Konverter 30.
  • Genauer ausgedrückt, im katalytischen Konverter 30 ist an dessen Eingang 30a ein NOx-Katalysator 31a mit hohem SOx-Absorptionsvermögen und an dessen Ausgang 30b ein NOx-Katalysator 31b mit relativ geringem SOx-Absorptionsvermögen angeordnet. Wenn, wie in 20 dargestellt, das Abgas in Vor wärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt, wird im Abgas enthaltenes SOx nur an dessen Eingangsseite 30a absorbiert, so daß bei Durchführung der SOx-Desorption, bei welcher das Abgas in Rückwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt, SOx effizient desorbiert wird.
  • Mit dieser Konstruktion, bei welcher im katalytischen Konverter 30 an dessen Eingang 30a der Katalysator 31a mit hohem SOx-Absorptionsvermögen und an dessen Ausgang 30b der NOx-Katalysator 31b mit relativ geringem SOx-Absorptionsvermögen angeordnet ist, kann an der Eingangsseite 30a eine größere Menge an Einschlußsubstanzen als an der Ausgangsseite 30b abgebaut werden bzw, der Abbau von Einschlußsubstanzen mit höherem Einschließvermögen besser an der Eingangsseite 30a als an der Ausgangsseite 30b erfolgen.
  • 21 zeigt schematisch eine modifizierte dritte Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems. Bei dieser modifizierten dritten Ausführungsform ist eingangsseitig am Außenumfang des katalytischen Konverters 30 ein elektrisches Heizelement 33 zum Erwärmen des NOx-Katalysators 31a mit hohem SOx-Absorptionsvermögen angeordnet. Wenn zur Durchführung der SOx-Desorption im NOx-Katalysator 31a das Abgas in Rückwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt, wird von der ESE 100 das elektrische Heizelement 33 zugeschaltet. Durch das Zwangszuschalten des Heizelements 33 wird die katalytische Temperatur des NOx-Katalysators 31 erhöht und dadurch die SOx-Desorption beschleunigt. Das Element zum Erwärmen des NOx-Katalysators 31a ist jedoch nicht auf ein elektrisches Heizelement beschränkt.
  • [Vierte Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird in Verbindung mit den 22 und 23 eine vierte Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 22 zeigt schematisch die Hauptkomponenten der vierten Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystem. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 16 dargestellten zweiten Ausführungsform nur darin, daß in der Mitte des Abgasrohres 9 eine Startkatalysatoreinheit (ein zusätzlicher Katalysator) 41 angeordnet ist.
  • In der Startkatalysatoreinheit 41 ist ein Dreiwegekatalysator 41a mit hohem Aktivierungsvermögen angeordnet.
  • Im allgemeinen dient die Startkatalysatoreinheit dazu, beim Starten der Maschine 1 die katalytische Temperatur zu erhöhen und die Temperaturerhöhung des hinter dieser angeordneten Katalysators (des bei der vierten Ausführungsform im katalytischen Konverter 30 angeordneten NOx-Katalysators 31) zu beschleunigen. Wenn, wie in 22 dargestellt, das Abgas in Vorwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt, wird die im Abgas enthaltene Reduktionskomponente in der Startkatalysatoreinheit 41 abgebaut und dadurch dem katalytischen Konverter 30 ein bereits behandeltes Abgas zugeführt. Dadurch werden am Eingang 30a des katalytischen Konverters 30 größere Mengen an NOx und SOx im NOx-Katalysator absorbiert. Wenn das Abgas in Rückwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt, wird das Desorbieren von NOx und SOx aus dem NOx-Katalysator 31 erleichtert.
  • Die Startkatalysatoreinheit sollte so nahe wie möglich am Verteiler angeordnet werden (kurzer Strömungsweg des Abgases von der Maschine 1 zu dieser Einheit).
  • Wenn das Abgasemissionsteuerungssystem mit der Startkatalysatoreinheit 41 bestückt ist, wird zur Durchführung der SOx-Desorption aus dem NOx-Katalysator die Verstellklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die Stellung ge bracht, in welcher das Abgas mit stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis in Rückwärtsrichtung durch den katalytischen Konverter 30 strömt. Im Anfangsstadium der SOx-Desorptions wird auch aus dem in der Startkatalysatoreinheit 41 angeordneten Katalysator 41a SOx desorbiert. Das aus der Startkatalysatoreinheit 41 desorbierte SOx sollte nicht durch den katalytischen Konverter 30 gelangen. In Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform sollte zur Durchführung der SOx-Desorption die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 nicht sofort aus der Vorwärtsströmungsstellung in die Rückwärtsströmungsstellung umgeschaltet, sondern, von der ESE 100 über das Betätigungselement 21 gesteuert, über eine bestimmte Zeit in der in 23 dargestellten neutralen Stellung gehalten werden, damit das Abgas mit stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis, welches bereits die Startkatalysatoreinheit 41 passiert hat, über den kurzen Weg vom Abgasrohr 9 zum Abgasrohr 10 strömt. Wenn die Haltezeit entsprechend vorgegeben wird, daß in dieser die vollständige SOx-Desorption aus dem in der Startkatalysatoreinheit 41 angeordneten Katalysator 41a erfolgt, gelangt das aus der Startkatalysatoreinheit 41 desorbierte SOx nicht in den katalytischen Konverter 30. Das Abgas, welches das aus der Startkatalysatoreinheit 41 desorbierte SOx enthält, wird im Spülelement 40 gereinigt. Erst nach Ablauf der vorgegebenen Zeit wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die Rückwärtsströmungsstellung geschaltet.
  • [Fünfte Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird in Verbindung mit 24 eine fünfte Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 24 zeigt schematisch die Hauptkomponenten der fünften Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems. Die fünfte Ausführungsform unter scheidet sich von der in 18 dargestellten modifizierten zweiten Ausführungsform nur darin, daß in der Mitte des Abgasrohres 11 ein S-förmiges Abscheider 42 angeordnet ist.
  • Im Abscheider 42 befindet sich ein SOx-Absorptionselement 42a. Dieses SOx-Absorptionselement 42a absorbiert SOx bei Abgas mit magerem Luft/Brennstoff-Verhältnis und desorbiert absorbiertes SOx bei niedriger Sauerstoffkonzentration im einströmenden Abgas. Als SOx-Absorptionselement 42a kann ein Dreiwegekatalysator, ein NOx-Katalysator mit hohem SOx-Absorptionsvermögen oder ein mit Platin beschichteter Zeolith verwendet werden.
  • Bei dem in 24 dargestellten Beispiel ist der S-förmige Abscheider 42 so angeordnet, daß in der Vorwärtsströmungsstellung des Strömungsrichtungsumschaltventils (beim Absorbieren von NOx) dieser sich vor dem katalytischen Konverter 30 befindet. Das im Abgas enthaltene SOx wird von dem im S-förmigen Abscheider 42 angeordneten SOx-Absorptionselement absorbiert und kann somit nicht in den katalytischen Konverter 30 gelangen, so daß keine SOx-Vergiftung des NOx-Katalysators 31 eintritt. Das bei der fünften Ausführungsform im S-förmigen Abscheider 42 angeordnete SOx-Absorptionselement 42a ist somit ein Abgasreinigungselement.
  • Bei der fünften Ausführungsform kann durch Umschalten der Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 das Abgas auch in Rückwärtsrichtung zum S-förmigen Abscheider 42 strömen. In diesem Fall kann bei Abgas mit stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis das aus dem SOx-Absorptionselement 42a im S-förmigen Abscheider 42 desorbierte SOx in Form von SO2 ausgeschieden werden. Dabei berechnet die ESE 100 ein Luft/Brennstoff-Zielverhältnis für das durch den S-förmigen Abscheider 42 strömende Abgas, eine Bodenzieltemperatur des S-förmigen Abscheiders 42 und bei Vorhandensein der Reduktionsmittelzuführvorrichtung eine Reduktionsmittelzielmenge, welche für die Desorption von SOx aus dem im S-förmigen Abscheider 42 angeordneten SOx-Absorptionselement optimal sind. Die ESE 100 regelt die Maschine 1 und die Reduktionsmittelzuführvorrichtung so, daß diese Zielwerte erreicht werden, um die SOx-Desorption entsprechend durchzuführen. Zur Erhöhung der Bodentemperatur des S-förmigen Abscheiders 42 kann die Sauerstoffkonzentration des in den katalytischen Konverter 30 strömenden Abgases erhöht werden, damit im NOx-Katalysator 31 des katalytischen Konverters 30 eine Oxidation stattfindet, bei welcher Wärme erzeugt wird.
  • 25 zeigt schematisch eine modifizierte fünfte Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems. Bei dieser Ausführungsform sind der katalytische Konverter 30, das Spülelement 40 und der S-förmige Abscheider 42 zu einer Einheit zusammengefaßt, so daß zwischen beiden kein Abgas strömen, aber ein Wärmeaustausch stattfinden kann. Bei einer solchen Konfiguration kann die Reaktionswärme im Katalysator effektiv genutzt werden, was bezüglich der Aktivierung jedes verwendeten Katalysators von Vorteil ist. In 25 ist die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt.
  • Der Zeitpunkt zum Umschalten des Ventilelements des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 bzw. der Ventilklappe 59 in die Vorwärts- bzw. Rückwärtsströmungsstellung als Richtungsvorgabe für das durch das Spülelement strömende Abgas ist jedoch nicht auf den in den Ausführungsformen 1 bis 5 genannten beschränkt.
  • Wenn zum Beispiel das Spülelement als NOx-Katalysator 31 definiert ist, werden von diesem bei sinkender Abgastemperatur NOx und SOx absorbiert, bei steigender Abgastemperatur diese Verbindungen desorbiert. Die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 bzw. die Das Strömungsrichtungsumschaltventils 20 bzw. die Ventilklappe 59 wird bei sinkender Abgastemperatur in die Vorwärtsströmungsstellung geschaltet, in welcher das Abgas in Vorwärtsrichtung durch den NOx-Katalysator 31 strömt, bei steigender Abgastemperatur in die Rückwärtsströmungsstellung, in welcher das Abgas in Rückwärtsrichtung durch den NOx-Katalysator 31 strömt.
  • Das Umschalten der Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils erfolgt in Abhängigkeit von den im Abgas enthaltenen und zu beseitigenden Stoffen; im Falle von aufzulösender und zu desorbierender H2SO4 bei einer vorgegebenen Bodentemperatur des Abgasreinigungselements (z. B. 40°C) wird bei Unterschreiten dieser Temperatur das Ventilelement des AbgasStrömungsrichtungsumschaltventils 20 bzw. die Ventilklappe 59 in die Vorwärtsströmungsstellung geschaltet, in welcher das Abgas in Vorwärtsrichtung durch das Abgasreinigungselement strömt. Wenn die vorgegebene Bodentemperatur überschritten wird, erfolgt das Umschalten des Ventilelements des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 bzw. der Ventilklappe 59 in die Rückwärtsströmungsstellung, in welcher das Abgas in Rückwärtsrichtung durch das Abgasreinigungselement strömt. Mit anderen Worten, das Umschalten des Ventilelements des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 bzw. der Ventilklappe 59 wird in Abhängigkeit von der Bodentemperatur des Abgasreinigungselements durchgeführt.
  • [Sechste Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird in Verbindung mit den 26 und 28 eine sechste Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wenn bei der ersten bis fünften Ausführungsform das Abgas durch den katalytischen Konverter 30 oder den S-förmigen Abscheider 42 strömt, wird das in diesem enthaltene SOx an deren eingangsseitigen Absorptionsfläche absorbiert. Wenn zum Desorbieren von SOx aus dem katalytischen Konverter 30 oder dem S-förmigen Abscheider 42 das Abgas mit stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis in Richtung entgegen der beim Absorbieren eingestellten Strömungsrichtung durch das Abgasreinigungselement strömt, kann das aus dem NOx-Katalysator 31 oder dem SOx-Absorptionselement 42a desorbierte SOx auf dem kürzeren Weg aus diesen ausgestoßen werden, so daß die SOx-Desorption effektiver abläuft. Bei den genannten fünf Ausführungsformen erfolgt das Umschalten des Strömungsrichtungsumschaltventils auf der beschriebenen Grundlage.
  • Bei der sechsten Ausführungsform kann mit dem Umschalten das Ventilelement des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 der Strömungsweg des Abgases von der Maschine zum katalytischen Konverter 30 verändert werden. Das Umschalten erfolgt in Abhängigkeit von der Temperaturcharakteristik des NOx-Katalysators 31.
  • 26 zeigt schematisch den Aufbau des Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Da dieser Aufbau dem in 1 dargestellten absolut identisch ist, wird auf dessen Beschreibung verzichtet, sondern nur die Arbeitsweise des Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der sechsten Ausführungsform beschrieben. Auch bei der sechsten Ausführungsform wird als Abgasreinigungselement der NOx-Katalysator 31 verwendet.
  • In 26 ist die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in der Vorwärtsströmungsstellung, in 27 in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt. Aus diesen beiden Figuren ist ersichtlich, daß in der Vorwärtsströmungsstellung der Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 ein kürzerer Strömungsweg des Abgases von der Maschine bis zum katalytischen Konverter 30 als in deren Rückwärtsströmungsstellung sich ergibt.
  • Infolge der Wärmestrahlung sinkt mit zunehmender Länge des Strömungsweges die Abgastemperatur. Demzufolge sinkt die Temperatur des Abgases auf dem Weg von der Maschine zum katalytischen Konverter 30 in der Rückwärtsströmungsstellung des Verstellelements des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 mehr als in dessen Vorwärtsströmungsstellung.
  • Wie 28 zeigt, ist die NOx-Reinigungsgeschwindigkeit des NOx-Katalysators 31 jedoch von dessen Temperatur abhängig, wobei für eine optimale NOx-Absorption ein bestimmtes Temperaturfenster (nachfolgend NOx-Absorptionsfenster genannt) zutrifft. Wenn von diesem NOx-Absorptionsfenster abgewichen wird, sinkt das NOx-Absorptionsvermögen des Reinigungselements sehr stark. Selbst wenn bei der NOx-Desorption und -Reduktion aus dem NOx-Katalysator 31 dessen Temperatur nicht so hoch eingestellt wird, kann NOx desorbiert werden. Dagegen kann SOx effektiver aus dem NOx-Katalysator 31 desorbiert werden, wenn dessen Temperatur höher eingestellt wird.
  • Bei der sechsten Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems wird das Umschalten der Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils auf die nachfolgend beschriebene Weise gesteuert.
  • Wenn die zum Absorbieren von NOx im NOx-Katalysator 31 entsprechenden Bedingungen (z. B. < 400°C) vorliegen und das Abgas ein mageres Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist (Betreiben der Maschine 1 bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis), wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsum schaltventils 20 in die Vorwärtsströmungsstellung gebracht. Dadurch kann die Länge des Abgasströmungswegs von der Maschine zum katalytischen Konverter 30 verkürzt und somit der Temperaturverlust des in den Katalysator strömenden Abgases verringert werden. Das führt zur Stabilisierung der für die NOx-Absorption erforderlichen Temperatur des NOx-Katalysators 31.
  • Wenn entsprechende Bedingungen zum Desorbieren und Reduzieren des vom NOx-Katalysator 31 absorbierten NOx vorliegen, d. h. bei einer niedrigen Temperatur des NOx-Katalysators 31 (z. B. 400°C oder darunter) und das Abgas stöchiometrisches oder ein fettes Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist (Betreiben der Maschine 1 bei stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis), wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die Vorwärtsströmungsstellung gebracht. Dadurch kann die Länge des Abgasströmungsweges von der Maschine zum katalytischen Konverter 30 verkürzt und somit der Temperaturverlust des in den Katalysator strömenden Abgases verringert werden.
  • Wenn die Temperatur des NOx-Katalysators 31 so hoch ist (z. B. 400 °C oder höher), daß die NOx-Reinigungsge schwindigkeit sich verschlechtert (Betreiben der Maschine 1 bei magerem Luft/Brennstoff-Verhältnis) wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die Rückwärtsströmungsstellung gebracht. Dadurch kann die Länge des Abgasströmungsweges von der Maschine zum katalytischen Konverter 30 verlängert und somit das Absinken der Temperatur des NOx-Katalysators beschleunigt werden. Das führt zur Stabilisierung der für die NOx-Absorption erforderlichen Temperatur des NOx-Katalysators 31.
  • Bei Bedingungen, unter welchen das im NOx-Katalysators 31 absorbierte SOx wieder aus diesem desorbiert werden kann, d. h. bei einer hohen Temperatur (600°C oder darüber) des NOx-Katalysators 31 und stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis des Abgases (Betreiben der Maschine 1 bei stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis), wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die Vorwärtsströmungsstellung gebracht. Dadurch kann die Länge des Abgasströmungswegs von der Maschine zum katalytischen Konverter 30 verkürzt und somit der Temperaturverlust des in den Katalysator strömenden Abgases verringert werden. Das führt zur Stabilisierung der für die SOx-Desorption erforderlichen Temperatur des NOx-Katalysators 31.
  • Die Abgastemperatur, welche von dem bei dieser Ausführungsform in der Nähe des Eingangs 30a des katalytischen Konverters 30 angeordneten Temperatursensor 13 gemessen wird, dient als Ersatz für die bei der sechsten Ausführungsform ermittelte katalytische Temperatur des NOx-Katalysators 31.
  • [Siebente Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird in Verbindung mit den 29 und 30 eine siebente Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 29 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der siebenten Ausführungsform, wobei die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt ist. Die siebente Ausführungsform unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform nur darin, daß in der Mitte des Abgasrohres 10 das Reinigungselement 40 angeordnet ist. Auch bei der siebenten Ausführungsform wird als Reinigungselement der NOx-Katalysator 31 verwendet.
  • Im Reinigungselement 40 ist ein Katalysator 40a (z. B. ein NOx-Katalysator zum Reduzieren oder Auflösen von NOx in Gegenwart von Kohlenwasserstoff in einer sehr sauerstoffhaltigen Atmosphäre) angeordnet, welcher bei Abgas mit magerem Luft/Brennstoff-Verhältnis Sauerstoff adsorbiert und bei Abgas mit stöchiometrischem oder einem fetten Luft/Brennstoff-Verhältnis den adsorbierte Sauerstoff an die in diesem vorhandenen Verbindungen HC und CO abgibt und diese oxidiert. Wenn der Benzinmotor 1 gemäß der siebenten Ausführungsform bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird, adsorbiert der im Reinigungselement 40 angeordnete Katalysator 40a den im Abgas enthaltenen Sauerstoff.
  • Wenn bei der sechsten Ausführungsform die Temperatur des NOx-Katalysators 31 hoch ist und das Abgas ein mageres Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist, wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die Rückwärtsströmungsstellung gebracht, dadurch der Abgasströmungsweg von der Maschine zum katalytischen Konverter 30 verlängert und somit der Abgastemperaturverlust erhöht. Auf diese Weise wird die Temperatur des NOx-Katalysators 31 innerhalb des NOx-Absorptionsfensters geregelt. Hierbei kann jedoch der Fall eintreten, daß die Temperatur des NOx-Katalysators den Bereich des NOx-Absorptionsfensters übersteigt.
  • In einem solchen Fall strömt Hochtemperatur-Abgas durch den zu stark erwärmten NOx-Katalysator 31 und wird dadurch nicht gereinigt. Außerdem besteht die Gefahr einer Beschädigung des NOx-Katalysators 31.
  • Deshalb wird beim Abgasemissionssteuerungssystem gemäß der siebenten Ausführungsform bei Abgas mit magerem Luft/Brennstoff-Verhältnis (Betreiben der Maschine 1 bei magerem Luft/-Brennstoff-Verhältnis) und bei einer das NOx-Absorptionsfenster übersteigenden Temperatur (z. B. 500 °C oder mehr) des NOx-Katalysator die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die in 30 dargestellte neutrale Stellung zwischen der Vorwärts- und der Rückwärtsströmungsstellung gebracht. In diesem Fall strömt das Abgas auf dem kurzen Weg vom Abgasrohr 9 zum Abgasrohr 10 und nur eine unwesentliche Menge davon durch den katalytischen Konverter 30. Die im Abgas enthaltenen Verbindungen HC und CO werden von dem im Katalysator 40a des Reinigungselements 40 adsorbierten Sauerstoff oxidiert und gelangen in dieser Form mit dem Abgas in die Atmosphäre. Dadurch kann eine Zustandsverschlechterung des im katalytischen Konverter 30 angeordneten NOx-Katalysators 31 verhindert werden.
  • [Achte Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird in Verbindung mit 31 eine achte Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. 31 zeigt schematisch die Hauptkomponenten des Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der achten Ausführungsform, wobei die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt ist. Die achte Ausführungsform unterscheidet sich von der siebenten Ausführungsform nur darin, daß in der Mitte des Abgasrohres 12 ein Kühler (eine Kühleinheit) 43 angeordnet ist.
  • Wenn bei der beschriebenen sechsten Ausführungsform die Temperatur des NOx-Katalysators 31 hoch ist und das Abgas ein mageres Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist, wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die Rückwärtsströmungsstellung gebracht, dadurch der Strömungsweg des Abgases von der Maschine 1 zum katalytischen Konverter 30 verlängert und somit der Abgastemperaturverlust erhöht. Dabei wird die Temperatur des NOx-Katalysators innerhalb des NOx-Absorptionsfenster geregelt. Hierbei kann je doch der Fall eintreten, daß die Temperatur des NOx-Katalysators den Bereich des NOx-Absorptionsfensters übersteigt. In einem solchen Fall strömt Hochtemperatur-Abgas durch den zu stark erwärmten NOx-Katalysator 31 und wird dadurch nicht gereinigt. Außerdem besteht die Gefahr einer Beschädigung des NOx-Katalysators 31.
  • Wenn bei der achten Ausführungsform das Abgas ein mageres Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist (Betreiben der Maschine 1 bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis) und die Temperatur des NOx-Katalysators stark über den Bereich des NOx-Absorptionsfenster (z. B. 500 °C und darüber) ansteigt, wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in Rückwärtsströmungsstellung gebracht und der Kühler in Betrieb genommen. Dadurch wird der Abgasströmungsweg von der Maschine 1 zum katalytischen Konverter 30 verlängert und die Temperatur des durch den Kühler 43 strömenden Abgases schneller verringert, so daß das Absenken der Temperatur des NOx-Katalysators beschleunigt werden kann. Das führt zur Stabilisierung der für die NOx-Desorption erforderlichen Temperatur des NOx-Katalysators 31.
  • Der Kühler 43 kann mit Wasser oder Kühlluft betrieben werden, wobei dessen Konfiguration keine besonderen Grenzen gesetzt sind. Der Kühler 43 hat lediglich die Funktion, die Temperatur des durch das Abgasrohr 12 strömenden Abgases herabzusetzen.
  • [Neunte Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird in Verbindung mit den 32 bis 36 eine neunte Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 32 zeigt schematisch den Aufbau des Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der neunten Ausführungsform. Die Brennkraftmaschine 1 ist ein mit einem mageren Gemisch betriebener Benzinmotor, wobei dessen Zylinder durch das Zuführrohr 2 und den Verteiler 3 mit Verbrennungsluft versorgt werden. Vom Brennstoffeinspritzventil 7 wird in den Zuführkanal jedes Zylinders Brennstoff eingespritzt. Das aus jedem Zylinder ausgestoßene Abgas gelangt über den Abgasverteiler 8 in das Abgasrohr 9. Das Zuführrohr 2 ist mit einem Drosselventil 4 einschließlich Drosselstellungssensor 5 und einem Strömungsmengenmeßgerät 6 versehen. Im Abgasrohr 9 ist ein Abgastemperatursensor 13 angeordnet. Die Maschine 1 ist mit einem Drehzahlmesser 14 ausgerüstet. Die vom Drosselstellungssensor 5, vom Strömungsmengenmeßgerät 6, vom Abgastemperatursensor 13 und vom Drehzahlmesser 14 erzeugten Signale werden an die ESE 100 gesendet. Auf der Grundlage der von der ESE 100 erzeugten Signale wird das Brennstoffeinspritzventil 7 gesteuert, wobei die Konstruktion des Systems dieser Ausführungsform der Konstruktion des Systems gemäß der ersten Ausführungsform absolut identisch ist.
  • Der einzige Unterschied zwischen beiden besteht darin, daß bei der neunten Ausführungsform der hintere Abschnitt des Abgasrohrs 9 anders konfiguriert ist, worauf nachfolgend detailliert eingegangen wird. Das hintere Ende des Abgasrohres 9 ist mit einer Abgasreinigungseinheit 50C verbunden. Die Abgasreinigungseinheit 50C hat über das Abgasrohr 10 Verbindung zu Atmosphäre. Der Grundaufbau der Abgasreinigungseinheit 50C entspricht dem der Reinigungseinheit 50D der in den 8 bis 11 dargestellten modifizierten ersten Ausführungsform. In den 32 bis 36 sind die Komponenten, welche denen der Abgasreinigungseinheit 50A entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, so daß hier nur auf Abweichungen eingegangen wird. Auch bei der neunten Ausführungsform wird als Abgasreinigungselement der NOx-Katalysator 31 verwendet.
  • Die Abgasreinigungseinheit 50C des Abgasemissionssteuerungssystems gemäß der neunten Ausführungsform ist mit einem Rohr 52 versehen und in Längsrichtung etwa in dessen Mitte ein SOx-Absorptionselement 70 angeordnet. Der NOx-Katalysator 31 und das SOx-Absorptionselement 70 sind konzentrisch zueinander in der Abgasreinigungseinheit 50C angeordnet. Das SOx-Absorptionselement 70 kann zum Beispiel der NOx-Speicher/-Reduktions-Katalysator mit SOx-Absorptionsvermögen, der Dreiwege-Katalysator oder das mit Platin beschichtete Element sein.
  • Bei der neunten Ausführungsform wird als SOx-Absorptionselement 70 der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator verwendet. Dieses SOx-Absorptionselement 70 hat bei der neunten Ausführungsform sowohl SOx-Absorptions/Desorptions-Funktion als auch NOx-Reinigungsfunktion.
  • In der ersten Schließstellung der Ventilklappe 59 der Abgasreinigungseinheit 50C, gekennzeichnet durch die durchgehende Linie in 36, strömt das Abgas in Vorwärtsrichtung durch den NOx-Katalysator 31, in der zweiten Schließstellung, gekennzeichnet durch die Punkt-Strich-Linie in 36, in Rückwärtsströmungsrichtung durch diesen. In 32 ist die Ventilklappe 59 in der Vorwärtsströmungsstellung dargestellt, so daß das Abgas aus dem Abgasrohr 9 ins Rohr 52 strömt, die einzelnen Abschnitte der Abgasreinigungseinheit 50C in der Reihenfolge SOx-Absorptionselement → Bohrung 57 → NOx-Katalysator 31 → Unterraum 54 → Verbindungsrohr 58 → Bohrung 58 → Rohr 52 passiert und ins Abgasrohr 10 gelangt.
  • In 33 ist die Ventilklappe 59 in der Rückwärtsströmungsstellung dargestellt, so daß das Abgas aus dem Abgasrohr 9 die einzelnen Abschnitte der Abgasreinigungseinheit 50C in der Reihenfolge SOx-Absorptionselement 70 → Bohrung 56 → Verbindungsrohr 58 → Unterraum 54 → NOx-Katalysator 31 → Unterraum 55 → Bohrung 57 → Rohr 52 passiert und ins Abgasrohr 10 gelangt.
  • Wenn die Ventilklappe 59 in die Rückwärtsströmungsstellung gedreht wird, ergibt sich ein längerer Abgasströmungsweg zwischen der Maschine und dem NOx-Katalysator 31 als in der Vorwärtsströmungsstellung. Demzufolge wird in der erstgenannten Stellung das Abgas mehr abgekühlt und strömt mit einer geringeren Temperatur in den NOx-Katalysator 31.
  • Wie 34 zeigt, kann die Ventilklappe 59 der Abgasreinigungseinheit 50C in Achsrichtung des Rohres 52 auch in eine neutrale Stellung gedreht werden, in welcher zwischen dem Eingang und dem Ausgang des NOx-Katalysators 31 kein Druckunterschied entsteht, so daß das Abgas auf dem kurzen Weg vom Abgasrohr 9 zum Abgasrohr 10 strömt und nur unwesentliche Mengen davon durch die in der Wand des Rohres 52 vorhandenen Bohrungen 56, 57 in den Unterraum 55 des Verbindungsrohres 58 und von dort ins Abgasrohr 10 gelangen. Das heißt, das Abgas strömt nicht durch den NOx-Katalysator 31.
  • Wie bereits bei der Beschreibung der sechsten Ausführungsform erwähnt, besteht eine Beziehung zwischen der NOx-Reinigungsgeschwindigkeit und der Temperatur des im ringförmigen Raum 53 angeordneten NOx-Katalysators 31 (NOx-Speicher/-Reduktions-Katalysator), welche in 28 in Diagrammform dargestellt ist.
  • Die bei der neunten Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems von der ESE 100 durchgeführte Steuerung des Stellungsumschaltens der Ventilklappe 59 wird nachfolgend beschrieben.
  • Wenn die Belastung der Maschine 1 gering und demzufolge die Temperatur des NOx-Katalysators 31 niedrig ist (z. B. unter 400 °C) und das Luft/Brennstoff-Verhältnis der Maschine im Spitzenbereich mager/fett geregelt wird, steht die Ventilklappe 59 in der in 32 gezeigten Vorwärtsströmungsstellung. In dieser Stellung strömt das Abgas über den kurzen Weg von der Maschine zum NOx-Katalysator 31 und dadurch nur mit geringem Temperaturverlust in diesen. Das führt zur Stabilisierung der für die NOx-Absorption und -Desorption geeigneten Temperatur des NOx-Katalysators 31.
  • In dieser Stellung strömt das Abgas zuerst aber durch das SOx-Absorptionselement 70. Das im Abgas enthaltene SOx wird im SOx-Absorptionselement 70 absorbiert, so daß keine SOx-Vergiftung des NOx-Katalysators eintreten kann. Das im Abgas ebenfalls enthaltene NOx wird sowohl im SOx-Absorptionselement 70 als auch im NOx-Katalysator 31 absorbiert, so daß eine sehr hohe NOx-Reinigungsgeschwindigkeit zu verzeichnen ist.
  • Bei einer relativ hohen Belastung der Maschine 1 und einer hohen Temperatur des NOx-Katalysators 31 (z. B. über 400°C), welche ein Verschlechterung der NOx-Reinigungsgeschwindigkeit bewirkt, wird die Ventilklappe 59 in die in 33 gezeigte Rückwärtsströmungsstellung gebracht und die Maschine 1 im Spitzenbereich des Luft/Brennstoff-Verhältnisses mager/fett geregelt. Durch diese Stellungsveränderung der Ventilklappe 59 wird der Strömungsweg des Abgases bis in den NOx-Katalysator 31 verlängert und somit die Temperatur des in den Katalysator strömenden Abgases herabgesetzt. Das führt zur Stabilisierung der für die NOx-Absorption und – Desorption erforderlichen Temperatur des NOx-Katalysators 31.
  • In dieser Stellung strömt das Abgas ebenfalls erst durch das SOx-Absorptionselement 70 und danach durch den NOx-Katalysator 31. Das im Abgas enthaltene SOx wird im SOx-Absorptionselement 70 absorbiert, so daß keine SOx-Vergiftung des NOx-Katalysators eintreten kann. Das im Abgas ebenfalls enthaltene NOx wird sowohl im SOx-Absorptionselement 70 als auch im NOx-Katalysator 31 absorbiert, so daß eine sehr hohe NOx-Reinigungsgeschwindigkeit zu verzeichnen ist.
  • Wie bereits beschrieben, dient das Verbindungsrohr 58 als Kühlvorrichtung zum Absenken der Abgastemperatur. Wenn dieses Verbindungsrohr 58 so installiert ist, daß dieses vom Fahrtwind bestrichen wird, kann die Kühlwirkung noch verstärkt werden.
  • Beim Starten, beim Beschleunigen und beim Betreiben der Maschine 1 bei hohen Drehzahlen und hoher Last und somit bei stöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis wird die Ventilklappe 59 in die in 34 gezeigte neutrale Stellung gebracht. In dieser Stellung strömt das Abgas auf dem kurzen Weg vom Abgasrohr 9 durch das Rohr 52 ins Abgasrohr 10, aber nicht durch den NOx-Katalysator 31. Wenn das Abgas mit stöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis eine bestimmte Zeit oder länger durch das SOx-Absorptionselement 70 strömt, wird sowohl bei hoher als niedriger Abgastemperatur SOx aus dem SOx-Absorptionselement 70 desorbiert. So lange das Abgas das stöchiometrische Luft/Brennstoff-Verhältnis aufweist, bleibt die Ventilklappe 59 in der neutralen Stellung, um eine SOx-Vergiftung des NOx-Katalysators zu verhindern.
  • Das aus dem SOx-Absorptionselement 70 desorbierte SOx wird zu SO2 reduziert und strömt zusammen mit dem Abgas aus dem Abgasrohr in die Atmosphäre.
  • Die Abgastemperatur, welche bei der neunten Ausführungsform von dem neben dem Flansch 52a der Abgasreinigungseinheit 50C angeordneten Abgastemperatursensor 13 gemessen wird, dient als Ersatz für die katalytische Temperatur des NOx-Katalysators.
  • [Modifizierte Ausführungsformen gemäß den 37 bis 41]
  • Die 37 bis 41 zeigen schematisch modifizierte neunte Ausführungsformen des Abgasemissionssteuerungssystem, bei welchen das Verbindungsrohr 58 der in den 32 bis 36 dargestellten Abgasreinigungseinheit 50C eliminiert wurde.
  • Auf den Unterschied zwischen der bei diesen modifizierten neunten Ausführungsformen verwendeten Abgasreinigungseinheit 50D und der oben beschriebenen Abgasreinigungseinheit 50C wird nachfolgend näher eingegangen. Gleiche Komponenten beider Abgasreinigungseinheiten sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und werden deshalb nicht noch einmal beschrieben. Auch bei diesen modifizierten Ausführungsformen dient als Abgasreinigungselement der NOx-Katalysator 31.
  • Bei dieser Abgasreinigungseinheit 50D ist der zwischen dem Gehäuse 51 und dem Rohr 52 vorhandene ringförmige Raum in drei Sektionen geteilt, in die Sektion 60 neben dem Flansch 52a und die Sektionen 62 und 63 mit halbkreisförmigem Querschnitt, welche von der am Gehäuse 51 und am Rohr 52 befestigten Trennwand gebildet werden und vertikal voneinander getrennt sind.
  • Wie 40 zeigt, ist der NOx-Katalysator 31 neben dem Unterraum 60 innerhalb des oberen halbkreisförmigen Unterraums 63 angeordnet. Zwischen dem hinteren Ende des Katalysators und dem Flansch 52b ist im Unterraum 63 ein Raum 64 vorhanden, welcher durch die Bohrung 57 zum Rohr 52 Verbindung hat, Der untere halbkreisförmige Unterraum 62 hat durch die Bohrung 56 Verbindung zum Rohr 52 hat.
  • Die positionelle Beziehung zwischen der Ventilklappe 59 und den Bohrungen 56, 57 und die beiden Stellungen der Ventilklappe 59 zum Schließen des Rohres entsprechen denen der Abgasreinigungseinheit 50C. Wenn bei dieser modifizierten Ausführungsform die in der Abgasreinigungseinheit 50D angeordnete Ventilklappe 59 in der mit der durchgehenden Linie in 36 gekennzeichneten ersten Stellung steht, ist der näher am SOx-Absorptionselement als an der Ventilklappe 59 sich befindende Abschnitt des Rohres 52 durch die Bohrung 57 mit dem Unterraum 64, der näher am Flansch 52 als an der Ventilklappe 59 sich befindende Abschnitt des Rohres 52 durch die Bohrung 56 mit dem unteren halbkreisförmigen Unterraum 62 verbunden. Wenn die Ventilklappe 59 aber in der mit der Strich-Punkt-Linie in 36 gekennzeichneten zweiten Stellung (Rückwärtsströmungsstellung) steht, ist der näher am SOx-Absorptionselement als an der Ventilklappe 59 sich befindende Abschnitt des Rohres 52 durch die Bohrung 56 mit dem unteren halbkreisförmigen Unterraum 62, der näher am Flansch 52 als an der Ventilklappe 59 sich befindende Abschnitt des Rohres 52 durch die Bohrung 57 mit dem Unterraum 64 verbunden.
  • Die 37 bis 39 zeigen die Schnittansicht der Abgasreinigungseinheit 50D. Bei dem in 37 dargestellten Zustand strömt das Abgas in Vorwärtsrichtung durch den NOx-Katalysator 31 und bei dem in 38 dargestellten Zustand in Rückwärtsrichtung durch diesen. Bei dem in 39 dargestellten Zustand steht die Ventilklappe 59 in der neutralen Stellung, so daß das Abgas nicht durch den NOx-Katalysator 31, sondern über den kurzen Weg vom Abgasrohr 9 zum Abgasrohr 10 strömt. Da die bei dieser modifizierten Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems verwendete Ab gasreinigungseinheit 50D auf gleiche Weise wie die bei der neunten Ausführungsform verwendete Abgasreinigungseinheit 50C betrieben wird, kann auf deren Beschreibung verzichtet werden.
  • <Modifizierte Ausführungsform gemäß den 42 bis 44>
  • Die 42 bis 44 zeigen eine weitere modifizierte neunte Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems. Dieses Abgasemissionssteuerungssystem unterscheidet sich von dem in den 32 bis 36 dargestellten nur in der Konfiguration des Abgasrohres 9 und der hinter diesem angeordneten Komponenten, worauf nachfolgend näher eingegangen wird. Auch bei dieser Ausführungsform wird als Abgasreinigungselement der NOx-Katalysator 31 verwendet.
  • Bei dieser Ausführungsform ist im hinteren Abschnitt des Abgasrohres 9 ein SOx-Absorptionselement 71 in Form eines Dreiwege-Katalysators angeordnet, welches eine Trägersubstanz aus Aluminium mit gutem SOx-Absorptionsvermögen aufweist.
  • Das hinter dem SOx-Absorptionselement 71 vorhandene Teilstück des Abgasrohres 9 ist an einen Stutzen des mit vier Stutzen versehenen Strömungsrichtungsumschaltventils 20 angeschlossen. Das Strömungsrichtungsumschaltventil 20 und die hinter diesem angeordneten Komponenten sind absolut identisch mit den bei der ersten Ausführungsform verwendeten und auch mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, so auf deren Beschreibung verzichtet wird.
  • Bei dieser modifizierten neunten Ausführungsform kann die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in drei Stellungen gebracht werden, in die in 42 dargestellte Vorwärtsströmungsstellung, in welcher das Abgas in Vorwärtsrichtung durch den NOx-Katalysator 31 strömt, in die in 43 dargestellte Rückwärtsströmungsstellung, in welcher das Abgas in Rückwärtsrichtung durch den NOx-Katalysator 31 strömt, und in die in 44 dargestellte neutrale Stellung, in welcher das Abgas nicht durch den NOx-Katalysator 31, sondern auf dem kurzen Weg vom Abgasrohr 9 zum Abgasrohr 10 strömt.
  • Bei dieser modifizierten neunten Ausführungsform ist in der Rückwärtsströmungsstellung der Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 der Strömungsweg des Abgases bis zum NOx-Katalysator 31 länger als in dessen Vorwärtsströmungsstellung und dadurch der Temperaturabfall des Abgases größer.
  • Bei dieser modifizierten neunten Ausführungsform steuert die ESE 100 das Umstellen der Ventilklappe 59 auf die nachfolgend beschriebene Weise.
  • Wenn die Maschine 1 relativ wenig belastet wird, die Temperatur des NOx-Katalysators 31 niedrig ist (z. B. unter 400 °C) und die Maschine 1 auf der Grundlage der Mager/Fett-Spitzen geregelt wird, befindet die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 sich in der in 42 dargestellten Vorwärtsströmungsstellung. In dieser Stellung ist der Strömungsweg des Abgases bis zum NOx-Katalysator 31 kurz und demzufolge der Temperaturverlust des Abgases gering. Dadurch kann des NOx-Katalysator 31 auf einer für die NOx-Absorption und -Desorption geeigneten Temperatur gehalten werden.
  • In diesem Fall strömt das Abgas zuerst durch das SOx-Absorptionselement 71, dann durch den NOx-Katalysator 31 und wird schließlich ausgestoßen. Da das im Abgas enthaltene SOx im SOx-Absorptionselement 71 absorbiert wird, kann eine SOx-Vergiftung des NOx-Katalysators 31 verhindert werden.
  • Wenn die Maschine 1 relativ stark belastet wird, die Temperatur des NOx-Katalysators so hoch ist (z. B. über 400°C), daß die Abgasreinigungsgeschwindigkeit sich verringert und die Maschine auf der Grundlage der Mager/Fett-Spitzen geregelt wird, erfolgt das Umschalten der Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die in 43 dargestellte Rückwärtsströmungsstellung. In dieser Stellung ist der Strömungsweg des Abgases bis zum NOx-Katalysator 31 lang und demzufolge der Temperaturverlust des Abgases hoch. Dadurch kann der Temperaturabfall des NOx-Katalysators 31 beschleunigt und dieser auf einer für die NOx-Absorption und – Desorption geeigneten Temperatur gehalten werden.
  • Auch in diesem Fall strömt das Abgas zuerst durch das SOx-Absorptionselement 71, dann durch den NOx-Katalysator 31 und wird schließlich ausgestoßen.
  • Wenn die Maschine 1 bei stöchiometrischem Verhältnis betrieben wird, wie es bei deren Start, Beschleunigen und bei einer starken Belastung und hohen Drehzahl derselben der Fall ist, erfolgt das Umschalten der Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die in 44 dargestellte neutrale Stellung. In dieser Stellung strömt das Abgas nicht durch den NOx-Katalysator 31, sondern auf dem kurzen Weg vom Abgasrohr 9 durch das Rohr 52 ins Abgasrohr 10. Auch wenn SOx aus dem SOx-Absorptionselement 71 desorbiert wird, tritt niemals eine SOx-Vergiftung des NOx-Katalysators 31 ein, denn das Abgas wird durch die Dreiwegewirkung des SOx-Absorptionselements 71 gereinigt. In diesem Fall ist das Spülelement nicht erforderlich.
  • Da bei der modifizierten neunten Ausführungsform die Möglichkeit besteht, daß die Menge des im SOx-Absorptionselement 71 absorbierten SOx eine bestimmte Größe überschreitet und bei der Regelung der Maschine im Mager/Fett-Spitzenbe reich auch nur bei kurzzeitigem Verweilen im fetten Spitzenbereich SOx wieder aus diesem desorbiert wird, findet ein Regeneriervorgang zum Desorbieren von SOx aus dem SOx-Absorptionselement 71 statt. Während dieses Vorgangs befindet die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 sich in der in 44 dargestellten neutralen Stellung, in welcher das aus dem SOx-Absorptionselement 71 desorbierte SOx nicht in den NOx-Katalysator 31 gelangt.
  • Zur Durchführung des Regeneriervorgangs wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis stöchiometrisch eingestellt und die Maschine 1 so betrieben, daß über eine bestimmte Zeit die Abgastemperatur eine bestimmte Größe (z. B. 600°C und darüber) überschreitet. Die Regenerierung des SOx-Absorptionselements 71 erfolgt entweder dann, wenn die von der ESE 100 aus der Hysterese des Betriebszustandes der Maschine 1 ermittelte und integrierte SOx-Absorptionsmenge des SOx-Absorptionselements 71 eine bestimmte Größe erreicht oder wenn ein im Abgasrohr 9 hinter dem SOx-Absorptionselement 71 angeordneter S-Sensor (SOx-Sensor), zum Erfassen der SOx-Konzentration des aus dem SOx-Absorptionselement 71 strömenden Abgases bei der Regelung der Maschine im Mager/Fett-Spitzenbereich während der fetten Spitze das Erreichen einer vorgegebenen SOx-Desorptionsspitze feststellt.
  • [Zehnte Ausführungsform]
  • Nachfolgend wird in Verbindung mit den 45 und 46 eine zehnte Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • 45 zeigt schematisch den Aufbau der zehnten Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung. Die Maschine 1 ist ein Magerverbrennungsbenzinmotor, dessen Zylindern von einem Zuführrohr 2 über einen Verteiler 3 Verbrennungsluft zugeführt wird. Vom Brennstoffeinspritzventil 7 wird in den Verbindungskanal zu jedem Zylinder Brennstoff gespritzt. Das aus den Zylindern ausgestoßene Abgas gelangt durch den Verteiler 8 ins Abgasrohr 9. Im Zuführrohr 2 sind das Drosselventil 4 einschließlich Drosselstellungssensor 5 und das Luftmengenmeßelement 6 angeordnet. Die Maschine 1 ist mit einem Drehzahlsensor 14 ausgerüstet. Die vom Drosselstellungssensor 5, vom Luftmengenmeßelement 6 und vom Drehzahlmesser 14 erzeugten Signale werden an die ESE 100 gesendet. Auf der Grundlage der von der ESE 100 erzeugten und an die Maschine gesendeten Signale wird das Brennstoffeinspritzventil 7 gesteuert. Der Aufbau ist vollkommen identisch mit dem der ersten Ausführungsform. Das Abgasrohr 9 (erster Abgaskanal) ist an den ersten Stutzen des mit vier Stutzen versehenen Strömungsrichtungsumschaltventils (Strömungsrichtungsschalteinheit) 20 angeschlossen. An den zweiten Stutzen des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 ist das Abgasrohr 10 (zweiter Abgaskanal) angeschlossen, welches zur Atmosphäre Verbindung hat. Diese Anordnung und der Aufbau des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 entsprechen vollständig denen der ersten Ausführungsform.
  • Nachfolgend wird der Unterschied zwischen der zehnten und der ersten Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems beschrieben.
  • Bei der zehnten Ausführungsform ist an den dritten Stutzen des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 das zum Eingang 30a des katalytischen Konverters 30 führende Abgasrohr (dritter Abgaskanal) 11 angeschlossen. Der Ausgang 30b des katalytischen Konverters 30 ist durch ein Abgasrohr 12A mit dem Eingang 80a eines HC-Adsorptionselements 80 und der Ausgang 80b des HC-Adsorptionselements 80 durch ein Abgasrohr 12B mit dem vierten Stutzen des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 verbunden. Bei der zehnten Ausführungsform bilden die Abgasrohre 12A, 12B den vierten Abgaskanal, in welchem das HC-Adsorptionselement 80 angeordnet ist.
  • Zum katalytischen Konverter 30 gehört mindestens ein Katalysator (Abgasreinigungselement) 32 zum Reinigen des Abgases von Kohlenwasserstoff (HC). Als Katalysator 32 kann zum Beispiel der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator oder der NOx-Katalysator verwendet werden.
  • Das HC-Adsorptionselement 80 hat die Eigenschaft, bei einer vorbestimmten Temperatur oder darunter Kohlenwasserstoff (HC) zu adsorbieren und bei einer höheren Temperatur als der vorbestimmten HC zu desorbieren. Das HC-Adsorptionselement 80 kann eine poröse Substanz, z. B. Zeolith oder ein anderer Stoff sein.
  • Am Abgasrohr 12B ist neben dem Ausgang 80b des HC-Adsorptionselements 80 ein Abgastemperatursensor 81 angeordnet, welcher auf der Grundlage der Temperatur des ins Abgasrohr 12B strömenden Abgases ein Signal erzeugt und dieses an die ESE 100 sendet.
  • Die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 wird vom Betätigungselement 21 umgeschaltet. Das Betätigungselement 21 ist das gleiche wie das bei der ersten Ausführungsform verwendete und wird von der ESE 100 gesteuert.
  • 45 zeigt die Ventilklappe des bei dieser Ausführungsform verwendeten Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in der Vorwärtsströmungsstellung. In dieser Ventilklappenstellung durchströmt das Abgas die Komponenten des Systems in der Reihenfolge Abgasrohr 9 → Abgasrohr 11 → katalytischer Konverter 30 → Abgasrohr 12A → HC-Adsorptionselement 80 → Ab gasrohr 12B → Abgasrohr 10 und gelangt dann in die Atmosphäre. 46 zeigt die Ventilklappe in der Rückwärtsströmungsstellung. In dieser Ventilklappenstellung strömt das Abgas durch die Komponenten des Systems in der Reihenfolge Abgasrohr 9 → Abgasrohr 12B → HC-Adsorptionselement 80 → Abgasrohr 12A → katalytischer Konverter 30 → Abgasrohr 11 → Abgasrohr 10 und gelangt dann in die Atmosphäre.
  • Bei der zehnten Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems steuert die ESE 100 das Umschalten der Ventilklappe de Strömungsrichtungsumschaltventils 20 auf die nachfolgend beschriebene Weise.
  • Es wird angenommen, daß das HC-Adsorptionselement 80 bei einer Temperatur von 150°C oder darunter HC adsorbiert und beim Überschreiten von 150°C das in diesem adsorbierte HC desorbiert. Es wird auch angenommen, daß der Katalysator 32 bei über 200°C als aktive Temperatur eine bestimmte Reinigungsleistung bringt. Die Abgastemperatur, welche von dem neben dem Ausgang 80b des HC-Adsorptionselements 80 angeordneten Abgastemperatursensor 81 erfaßt wird, dient als Ersatz für die Temperatur des HC-Adsorptionselements 80.
  • Wenn, wie beim Starten der Maschine 1, die Abgastemperatur niedrig ist und vom Abgastemperatursensor 81 weniger als 150 °C erfaßt werden, wird die Ventilklappe des Strömungsrichtungsumschaltventils 20 in die in 45 dargestellte Vorwärtsströmungsstellung gebracht. In dieser Ventilklappenstellung strömt das Abgas zuerst durch den katalytischen Konverter 30, dann durch das HC-Adsorptionselement 80 und gelangt schließlich in die Atmosphäre.
  • Zu diesem Zeitpunkt hat der Katalysator 32 des katalytischen Konverters 30 die aktive Temperatur (200°C) noch nicht er reicht, so daß das Abgas kaum gereinigt durch diesen strömt. Wenn das Abgas dann durch das HC-Adsorptionselement 80 strömt, wird das im Abgas enthaltene HC von diesem adsorbiert. Bis die vom Abgastemperatursensor 81 erfaßte Temperatur 150°C erreicht, strömt das Abgas in dieser Weise durch das System. Selbst wenn der Katalysator 32 die aktive Temperatur nicht erreicht, wie das beim Starten der Maschine der Fall ist, wird das im Abgas enthaltene HC nie in die Atmosphäre ausgestoßen.
  • Bei dieser Ausführungsform ist das Abgasrohr 12A zwischen dem katalytischen Konverter 30 und dem HC-Adsorptionselement 80 angeordnet. Da der katalytische Konverter 30 und das HC-Adsorptionselement 80 selbst Wärmeaufnahmevermögen haben, ist die Temperatur des im katalytischen Konverter 30 vorhandenen Katalysators 32 nicht die gleiche wie die des HC-Adsorptionselements 80, wenn die Abgastemperatur noch steigt. Beim Strömen des Abgases in Vorwärtsrichtung wird der Katalysator 32 wärmer als das HC-Adsorptionselement 80. Wenn das HC-Adsorptionselement 80 dann 150°C erreicht, steigt aufgrund der Länge des Abgasrohrs 12A die Temperatur des Katalysators 32 auf 200°C oder mehr.
  • Wenn die Abgastemperatur weiter steigt und vom Abgastemperatursensor 81 mehr als 150°C erfaßt werden, macht ein Umschalten der Ventilklappe des Emissionsschaltelements 20 in die in 46 dargestellte Stellung sich erforderlich und dieses Umschalten wird gesteuert durchgeführt. Anzumerken ist, daß das Reduktionsmittel direkt ins Abgasrohr 9 eingeleitet oder bei einem Dieselmotor während eines Expansions- oder Ausstoßhubs jedes Zylinders das Reduktionsmittel in einem Untereinspritzvorgang vom Brennstoffeinspritzventil zugeführt werden kann.
  • Die erste bis neunte Ausführungsform des Abgasemissionssteuerungssystems haben zum Ziel, SOx aus dem NOx-Katalysator oder dem SOx-Absorptionselement zu desorbieren. Zur Durchführung der SOx-Desorption wird das Luft/Brennstoff-Verhältnis stöchiometrisch oder fett und die Abgastemperatur hoch eingestellt. Diese Einstellungen müssen nicht zwangsläufig in Abhängigkeit von der Kategorie der aus dem Abgasreinigungselement zu desorbierenden Ablagerung durchgeführt werden. Wenn das Desorbieren der Ablagerung aus dem Abgasreinigungselement einfach durch Einstellen des stöchiometrischen oder eines fetten Luft/Brennstoff-Verhältnisses des Abgases möglich ist, muß die Abgastemperatur nicht unbedingt erhöht werden. Wenn das Desorbieren der Ablagerung aus dem Abgasreinigungselement einfach durch Erhöhen der Abgastemperatur möglich ist, muß das Abgas nicht unbedingt auf das stöchiometrische oder ein fettes Luft/Brennstoff-Verhältnis eingestellt werden.
  • Mit dem Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Richtung des durch das Abgasreinigungselement strömenden Abgases umgekehrt werden, indem das Verstellelement der Schaltvorrichtung selektiv in die erste oder die zweite Stellung gebracht wird. Dadurch ergibt sich eine einfachere Konstruktion des Abgasemissionssteuerungssystems und somit eine Kostensenkung.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Abgasreinigungselement der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, und wenn das vom NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator absorbierte SOx wieder aus diesem desorbiert werden soll, wird das Verstellelement der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die Stellung gebracht, welche die bei der NOx-Absorption benutzte Richtung des durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömenden Abgases umkehrt. Dadurch kann SOx sehr effektiv aus dem NOx-Speicher/-Reduktions-Katalysator desorbiert werden.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung hat das Abgasreinigungselement in Form des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators ein besseres SOx-Absorptionsvermögen, wenn dieses zum Absorbieren von NOx in Abgasströmungsrichtung gesehen nicht an der Eingangsseite, sondern an der Ausgangsseite des Systems angeordnet ist. Dadurch kann SOx sehr effektiv aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator desorbiert werden.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist bezüglich der NOx-Absorption in Abgasströmungsrichtung gesehen vor dem Abgasreinigungselement in Form des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators ein Heizelement zum Erwärmen des Eingangsbereichs dieses Katalysators angeordnet. Dadurch kann die SOx-Desorption aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator beschleunigt werden.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator das Abgasreinigungselement und das Umschalten des Verstellelements der Schaltvorrichtung von der ersten in die zweite Stellung oder umgekehrt erfolgt in Abhängigkeit vom durchzuführenden Vorgang, wobei der dritte und der vierte Abgaskanal unterschiedlich lang ausgeführt sind, um bei der SOx-Absorption einen kürzeren Strömungsweg zwischen der Maschine und dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zu erhalten als bei der NOx-Desorption. Dadurch kann sowohl die Temperaturerhöhung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators als auch die SOx-Desorption aus diesem beschleunigt werden.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystems für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator das Abgasreinigungselement und das Spülelement im zweiten Abgaskanal angeordnet. Wenn beim Umschalten des Verstellelements der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung das Abgas durch den Bypass und nicht durch das Abgasreinigungselement strömt, wird es vom Spülelement gereinigt und kann in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator das Abgasreinigungselement, ein weiterer Katalysator im ersten Abgaskanal und das Spülelement im zweiten Abgaskanal angeordnet. Zur Durchführung der SOx-Desorption wird das Verstellelement der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung kurzzeitig in eine dritte Stellung gebracht, um den ersten und den zweiten Stutzen miteinander zu verbinden, und nach Ablauf der vorgegebenen Zeit in die andere Endstellung gebracht, um die Richtung des durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömenden Abgases umzukehren. Wenn bei Beginn der SOx-Desorption SOx aus dem zusätzlichen Katalysator desorbiert wird, gelangt dieses nicht in den NOx-Speicher/Reduktionskatalysator, so daß dieser der Gefahr einer SOx-Vergiftung nicht ausgesetzt ist, Das Spülelement ist in der Lage, das aus dem zusätzlichen Katalysator desorbierte SOx zu reinigen.
  • Wenn der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator und das Spülelement zu einer Einheit zusammengefaßt sind, so daß zwischen beiden kein Abgas strömen, aber ein Wärmeaustausch stattfinden kann, ist es möglich ist, das Spülelement auf einer hohen Temperatur zu gehalten und die Reinigungsleistung zu verbessern.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der NOx-Speicher/Reduktionskatalysator das Abgasreinigungselement und der dritte und der vierte Abgaskanal sind unterschiedlich lang ausgeführt, um beim Umschalten des Verstellelements der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die erste oder die zweite Stellung unterschiedlich lange Strömungswege zwischen der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung und dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zu erhalten. Zum Desorbieren von SOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator wird das Verstellelement der Strömungsrichtungstumschaltvorrichtung in die Stellung gebracht, in welcher das Abgas auf dem kurzen Weg von der Brennkraftmaschine zum NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömt. Da das Abgas nun mit einer höheren Temperatur in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gelangt, kann das im Katalysator absorbierte SOx effektiver aus diesem desorbiert werden. Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator das Abgasereinigungselement und die Länge des dritten Abgaskanals unterscheidet sich von der des vierten Abgaskanals. Wenn während der NOx-Absorption im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator dessen Temperatur oder die Abgastemperatur einen bestimmten Wert überschreitet, wird das Verstellelement der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die Stellung gebracht, in welcher das Abgas auf dem längeren Weg von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung zum NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömt, wird während der NOx-Absorption diese Temperatur unterschritten, erfolgt das Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die andere Stellung, um den Strömungsweg des Abgases von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung zum NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zu verkürzen. Dadurch kann der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator in dem für die NOx-Absorption geeigneten Temperaturbereich gehalten und die NOx-Reinigungsgeschwindigkeit erhöht werden.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator das Abgasreinigungselement und die Länge des dritten Abgaskanals unterscheidet sich von der des vierten Abgaskanals, um in der ersten Stellung der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung einen anderen Strömungsweg zwischen der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung und dem Abgasreinigungselement als in deren zweiten Stellung zu erhalten. Das Spülelement ist im zweiten Abgaskanal angeordnet und das Verstellelement der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung kann in eine dritte Stellung geschaltet werden, um deren ersten Anschlußstutzen mit deren zweiten zu verbinden. Wenn die Abgastemperatur oder die Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators den für die NOx-Absorption günstigen Bereich überschreitet, wird das Verstellelement der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die dritte Stellung geschaltet. Dadurch kann das heiße Abgas nicht durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator, sondern auf dem kurzen Weg vom ersten Abgaskanal zum zweiten Abgaskanal strömen und eine Beschädigung des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators durch zu hohe Temperatur verhindert werden.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kühlvorrichtung zum Kühlen des Abgases entweder im dritten oder im vierten Abgaskanal angeordnet und verlängert den Abgasströmungsweg zwischen der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung und dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator. Dadurch kann der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator sicherer innerhalb des für die NOx-Absorption günstigen Temperaturbereichs gehalten werden.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator das Abgasreinigungselement und im dritten Abgaskanal das SOx-Absorptionselement angeordnet, welches bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis des in dieses strömenden Abgases SOx absorbiert und bei sinkendem Sauerstoffgehalt des Abgases das im SOx-Absorptionselement absorbierte SOx wieder aus diesem desorbiert. Das Verstellelement der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung kann in die dritte Stellung geschaltet werden, um deren ersten Anschlußstutzen mit deren zweiten zu verbinden, und das erfolgt dann, wenn die Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung kontinuierlich bei stöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird. Wenn in diesem Fall das Abgas mit stöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis in das SOx-Absorptionselement strömt und aus diesem SOx desorbiert wird, kann das desorbierte SOx nicht in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gelangen und dadurch eine SOx-Vergiftung des Katalysators verhindert werden. Wenn das SOx-Absorptionselement und der NOx-Speicher/Re-duktions-Katalysator konzentrisch zueinander angeordnet werden, besteht die Möglichkeit, das Abgasemissionssteuerungssystem kompakt auszuführen. Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator das Abgasreinigungselement und im ersten Abgaskanal ein Dreiwege-Kataly-sator mit SOx-Absorptionsvermögen angeordnet. Das Verstellelement der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung kann in die dritte Stellung geschaltet werden, um deren ersten Anschlußstutzen mit deren zweiten Anschluß stutzen zu verbinden, und das erfolgt dann, wenn die Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung kontinuierlich bei stöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis betrieben wird. Wenn in diesem Fall das Abgas mit stöchiometrischem Luft/-Brennstoff-Vehältnis in den Dreiwege-Katalysator strömt und aus diesem SOx desorbiert wird, kann das desorbierte SOx nicht in den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator gelangen und dadurch eine SOx-Vergiftung des Katalysators verhindert werden.
  • Beim Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Abgasreinigungselement der Katalysator und entweder im dritten oder im vierten Abgaskanal ein HC-Adsorptionselement zum Adsorbieren des im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffs angeordnet. Wenn die Abgastemperatur oder die Temperatur des HC-Adsorptionselements in dem für die HC-Adsorption geeigneten Bereich liegt, wird das Verstellelement der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die Stellung umgeschaltet, in welcher in Abgasströmungsrichtung gesehen der Katalysator sich vor dem HC-Adsorptionselement befindet, wenn die Abgastemperatur oder die Temperatur des HC-Adsorptionselements aber in den Bereich gelangt, in welchem Kohlenwasserstoff aus dem HC-Adsorptionselement desorbiert wird, erfolgt das Umschalten des Verstellelements der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die Stellung, in welcher in Abgasströmungsrichtung gesehen das HC-Adsorptionselement sich vor dem Katalysator befindet. In diesem Fall kann selbst bei einer niedrigen Abgastemperatur kein HC ausgestoßen werden. Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der Beschreibung zu erkennen und in den beiliegenden Ansprüchen verankert. Die für einen Spezialisten erkennbaren möglichen Modifikationen und Veränderungen sind jedoch zum Geltungsbereich dieser Ansprüche gehörend anzusehen.

Claims (21)

  1. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung, welche aufweist: eine Abgasreinigungsvorrichtung (30), welche in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung angeordnet ist, eine mit vier Anschlußstutzen versehene Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20), welche in Abgasströmungsrichtung gesehen vor dem Abgasreinigungselement (30) angeordnet ist, einen ersten Abgaskanal (9), welcher an einem Ende an die Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung und am anderen Ende an einen ersten Anschlußstutzen der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) angeschlossen ist, einen zweiten Abgaskanal (10), welcher an einem Ende an einen zweiten Anschlußstutzen der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) angeschlossen ist und am anderen Ende Verbindung zur Atmosphäre hat, einen dritten Abgaskanal (11), welcher an einem Ende an eine Seite des Abgasreinigungselements (30) und am anderen Ende an einen dritten Anschlußstutzen der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) angeschlossen ist, einen vierten Abgaskanal (12), welcher an einem Ende an die andere Seite des Abgasreinigungselements (30) und am anderen Ende an einen vierten Anschlußstutzen der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) angeschlossen ist, wobei die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) in zwei Stellungen geschaltet werden kann, in eine erste Stellung, in welcher zwischen dem ersten und dem dritten Anschlußstutzen sowie zwischen dem zweiten und dem vierten Anschlußstutzen eine Verbindung besteht und das Abgas in eine erste Richtung durch das Abgasreinigungselement strömt, und in eine zweite Stellung, in welcher zwischen dem ersten und dem vierten Anschlußstutzen sowie zwischen dem zweiten und dem dritten Anschlußstutzen eine Verbindung besteht und das Abgas in entgegengesetzter Richtung zur ersten Richtung durch das Abgasreinigungselement (30) strömt, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) in eine dritte Stellung geschaltet werden kann, in welcher der erste Anschlußstutzen mit dem zweiten Anschlußstutzen verbunden wird.
  2. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgasreinigungselement (30) ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist, welcher bei einem mageren Luft-Brennstoff-Verhältnis des in diesen strömenden Abgases NOx absorbiert und bei sinkender Sauerstoffkonzentration des in diesen strömenden Abgases das absorbierte NOx desorbiert, wobei zur Desorption des im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator absorbierten SOx die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung in die erste und die zweite Stellung geschaltet wird geschaltet wird, um das Abgas entgegengesetzt der für die NOx-Absorption vorgegebenen Richtung durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator zu leiten.
  3. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators des Abgasreinigungselements (30) ein größeres SOx-Absorptionsvermögen hat, wenn dieser bezüglich der NOx-Absorption in Abgasströmungs richtung gesehen an der Eingangsseite des Reinigungselements angeordnet ist.
  4. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 2, welches außerdem eine Heizvorrichtung zum Erwärmen des bei der NOx-Absorption in Abgasströmungsrichtung gesehen eingangsseitigen Abschnitts des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators aufweist.
  5. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 2, wobei die Durchführung der SOx-Desorption erfolgt, wenn die Abgastemperatur oder die Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators ansteigt und die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung umgeschaltet wird.
  6. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 2, wobei die Länge des dritten Abgaskanals (11) sich von der des vierten Abgaskanals unterscheidet, damit beim Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) in die erste oder die zweite Stellung der Strömungsweg des Abgases von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung zum NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator bei der SOx-Absorption kürzer wird als bei der NOx-Desorption.
  7. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 2, wobei im zweiten Abgaskanal (10) ein Spülelement angeordnet ist.
  8. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 7, wobei das Spülelement ein selektiver NOx-Katalysator zum Reduzieren oder Auflösen von NOx in Gegenwart von Kohlenwasserstoff in einer sehr sauerstoffhaltigen Atmosphäre ist.
  9. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 7, wobei im ersten Abgaskanal (9) ein zusätzlicher Katalysator angeordnet ist und zu Beginn der SOx-Desorption die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) in die dritte Stellung gebracht wird, um den ersten Anschlußstutzen mit dem zweiten zu verbinden, und eine bestimmte Zeit in dieser verharrt, bevor das weitere Umschalten der Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung erfolgt, damit das Abgas entgegengesetzt zu der für die NOx-Absorption vorgegebenen Richtung durch den NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömt.
  10. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 7, wobei der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator und das Spülelement zu einer Einheit zusammengefaßt sind, so daß zwischen beiden kein Abgas strömen, aber Wärme übertragen werden kann.
  11. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 1, wobei die Länge des dritten Abgaskanals (1) sich von der des vierten Abgaskanals (12) unterscheidet, um beim Umschalten der Strömungsrichtungsumkehrvorrichtung in die erste oder die zweite Stellung unterschiedlich lange Abgasströmungswege zwischen der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung und der Abgasreinigungsvorrichtung (30) zu erhalten.
  12. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 11, wobei das Umschalten der Strömungsrichtungsumkehrvorrichtung (20) in Abhängigkeit von der Abgastemperatur oder der Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung (30) erfolgt.
  13. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 12, wobei das Abgasreinigungselement (30) ein NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator ist, welcher bei einem mageren Luft/Brennstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases NOx absorbiert und bei abnehmendem Sauerstoffgehalt des einströmenden Abgases das in diesem absorbierte NOx desorbiert.
  14. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 13, wobei zum Desorbieren von SOx aus dem NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) in die Stellung geschaltet wird, in welcher das Abgas auf dem kürzeren Weg von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung zum NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömt.
  15. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 13, wobei die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) in die Stellung geschaltet wird, in welcher das Abgas auf dem längeren Weg von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung zum NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator strömt, wenn bei der NOx-Absorption im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator dessen katalytische Temperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet, und in die Stellung geschaltet wird, in welcher das Abgas auf dem kürzeren Weg von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung zum NOx-Speiche/Reduktions-Katalysator strömt, wenn bei der NOx-Absorption im NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator dessen katalytische Temperatur den vorgegebenen Wert unterschreitet.
  16. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 13, wobei im zweiten Abgaskanal (10) ein Spülelement angeordnet ist und die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) in eine drit te Stellung geschaltet werden kann, um deren ersten Anschlußstutzen mit deren zweiten Anschlußstutzen zu verbinden, und das Umschalten in die dritte Stellung erfolgt, wenn die Abgastemperatur oder die katalytische Temperatur des NOx-Speicher/Reduktions-Katalysators den für die NOx-Absorption geeigneten Bereich überschreitet.
  17. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 15, wobei entweder im dritten Abgaskanal (11) oder vierten Abgaskanal (12) eine Kühlvorrichtung angeordnet ist, welche den Abgasströmungsweg von der Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung zum NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator verlängert.
  18. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 2, wobei im ersten Abgaskanal (9) ein SOx-Absorptionselement angeordnet ist, welches bei Abgas mit magerem Luft/Brennstoff-Verhältnis SOx absorbiert und bei abnehmendem Sauerstoffgehalt des einströmenden Abgases absorbiertes SOx desorbiert, die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) in die dritte Stellung geschaltet werden kann und das Umschalten in die dritte Stellung erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung den zum kontinuierlichen Betreiben bei stöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis erforderlichen Zustand erreicht.
  19. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 18, wobei das SOx-Absorptionselement und der NOx-Speicher/Reduktions-Katalysator konzentrisch zueinander angeordnet sind.
  20. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 2, wobei im ersten Abgaskanal (9) ein Dreiwege-Katalysator mit SOx-Ab sorptionsvermögen angeordnet ist, die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) in die dritte Stellung geschaltet werden kann, um deren ersten Anschlußstutzen mit deren zweiten Anschlußstutzen zu verbinden, und das Umschalten in die dritte Stellung erfolgt, wenn die Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung den zum kontinuierlichen Betreiben bei stöchiometrischem Luft/Brennstoff-Verhältnis erforderlichen Zustand erreicht.
  21. Abgasemissionssteuerungssystem für eine Brennkraftmaschine mit Innenverbrennung gemäß Anspruch 1, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung ein Katalysator ist, im dritten Abgaskanal (11) oder im vierten Abgaskanal (12) ein HC-Adsorptionselement zum Adsorbieren von Kohlenwasserstoff angeordnet ist und die Strömungsrichtungsumschaltvorrichtung (20) in die Stellung geschaltet wird, in welcher der Katalysator sich vor dem HC-Adsorptionselement 1 befindet, wenn die Abgastemperatur oder die Temperatur des HC-Adsorptionselements in dem Bereich liegt, in welchem die Adsorption von Kohlenwasserstoff stattfindet, und in die Stellung geschaltet wird, in welcher das HC-Adsorptionselement sich vor dem Katalysator befindet, wenn die Abgastemperatur oder die Temperatur des HC-Adsorptionselements in dem Bereich liegt, in welchem die Desorption von Kohlenwasserstoff stattfindet.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012003915A1 (de) * 2012-02-28 2013-01-24 Mtu Friedrichshafen Gmbh Partikelfilter
DE102016120928A1 (de) * 2016-11-03 2018-05-03 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr SCR-Katalysator und Verfahren zum Betrieb eines SCR-Katalysators

Families Citing this family (75)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19960430B4 (de) * 1999-12-15 2005-04-14 Daimlerchrysler Ag Abgasreinigungsanlage mit Stickoxid-Speicherkatalysator und Schwefeloxid-Falle und Betriebsverfahren hierfür
EP1172532B1 (de) * 2000-02-16 2005-06-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Verfahren zum reinigen von abgasen
CA2374749C (en) 2000-03-27 2005-08-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification device
DE10114972B4 (de) * 2000-03-27 2012-01-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Vorrichtung zum Reinigen des Abgases eines Verbrennungsmotors
US6510686B2 (en) 2000-03-27 2003-01-28 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purifier for internal combustion engine and method for purifying exhaust gas
US6594991B2 (en) 2000-03-27 2003-07-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust purifying method and apparatus of an internal combustion engine
CA2374752C (en) 2000-03-27 2005-05-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha A device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine
JP3525904B2 (ja) * 2000-03-28 2004-05-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US6568178B2 (en) 2000-03-28 2003-05-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine
WO2001073273A1 (fr) 2000-03-29 2001-10-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Dispositif de nettoyage de gaz d'echappement pour des moteurs a combustion interne
JP3622674B2 (ja) * 2000-04-25 2005-02-23 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
FR2808302B1 (fr) * 2000-04-28 2005-09-23 Toyota Motor Co Ltd Epurateur de gaz d'echappement pour moteur a combustion interne et procede pour purifier le gaz d'echappement
JP4581287B2 (ja) * 2000-04-28 2010-11-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3706956B2 (ja) * 2000-06-15 2005-10-19 トヨタ自動車株式会社 排気ガス浄化部材の再生装置
JP3593305B2 (ja) 2000-07-03 2004-11-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気装置
US20020007629A1 (en) 2000-07-21 2002-01-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine
JP3525871B2 (ja) * 2000-07-21 2004-05-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE60106924T2 (de) 2000-07-24 2005-11-10 Toyota Jidosha K.K., Toyota Abgasreinigungsvorrichtung
DE10047809B4 (de) * 2000-09-27 2014-01-09 Volkswagen Ag Vefahren zur Betriebssteuerung einer Sekundärluftpumpe und Abgasreinigungsanlage mit einer Sekundärluftpumpe
JP2002188432A (ja) * 2000-12-19 2002-07-05 Isuzu Motors Ltd ディーゼルエンジンの排気浄化装置
FR2819549B1 (fr) * 2001-01-12 2003-05-23 Renault Systeme de traitement des gaz d'echappement d'un moteur a combustion
US6679052B2 (en) * 2001-07-31 2004-01-20 Toyota Jidosha Kaisha Emission control apparatus
WO2003031780A1 (en) 2001-10-11 2003-04-17 Southwest Research Institute Systems and method for controlling diesel engine emissions
DE10152187A1 (de) * 2001-10-23 2003-04-30 Daimler Chrysler Ag Abgasreinigungsanlage mit Stickoxid-Speicherkatalysator und SCR-Katalysator und Verfahren zur Verminderung des Stickoxidgehalts im Abgas von Brennkraftmaschinen
JP3876705B2 (ja) * 2001-12-13 2007-02-07 いすゞ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム
JP2003206785A (ja) * 2002-01-18 2003-07-25 Hitachi Ltd エンジンの制御方法及び制御装置
JP3758617B2 (ja) * 2002-07-12 2006-03-22 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3945350B2 (ja) * 2002-08-30 2007-07-18 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
GB0314243D0 (en) * 2003-06-18 2003-07-23 Johnson Matthey Plc Engine exhaust gas treatment
US6883311B2 (en) * 2003-07-02 2005-04-26 Detroit Diesel Corporation Compact dual leg NOx absorber catalyst device and system and method of using the same
TW593871B (en) * 2003-07-08 2004-06-21 Trivision Technology Taiwan Co Intelligent diesel engine exhaust treatment system
US7263823B2 (en) * 2004-05-27 2007-09-04 Cummins, Inc. System for measuring NOx content of exhaust gas
US7251932B2 (en) * 2004-11-08 2007-08-07 Southwest Research Institute Exhaust system and method for controlling exhaust gas flow and temperature through regenerable exhaust gas treatment devices
JP2006233945A (ja) * 2005-02-28 2006-09-07 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
EP1698766A1 (de) * 2005-03-04 2006-09-06 Ford Global Technologies, LLC, A subsidary of Ford Motor Company Abgasnachbehandlungsapparat zur Reduktion von Stickstoffoxidemissionen (NOx) einer Brennkraftmaschine und Methode zur Regulierung eines solchen Apparates
JP4506544B2 (ja) * 2005-04-20 2010-07-21 トヨタ自動車株式会社 圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置
CA2508159C (en) * 2005-05-24 2009-05-05 Ecocing Corporation Improved reversing flow catalytic converter for internal combustion engines
JP4525487B2 (ja) * 2005-06-24 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4972914B2 (ja) * 2005-11-21 2012-07-11 いすゞ自動車株式会社 排気ガス浄化システムの再生制御方法及び排気ガス浄化システム
JP2007192055A (ja) * 2006-01-17 2007-08-02 Toyota Motor Corp 排ガス浄化装置と排ガス浄化方法
US8091344B2 (en) * 2006-06-13 2012-01-10 Cummins Inc. System for modifying exhaust gas flow through an aftertreatment device
US7614215B2 (en) * 2006-09-18 2009-11-10 Cummins Filtration Ip, Inc. Exhaust treatment packaging apparatus, system, and method
JP4919864B2 (ja) 2007-03-30 2012-04-18 本田技研工業株式会社 鞍乗り型車両用排気装置
WO2008135805A1 (en) * 2007-05-02 2008-11-13 Perkins Engines Company Limited Exhaust treatment system implementing selective doc bypass
US20080295499A1 (en) * 2007-05-31 2008-12-04 James Joshua Driscoll Exhaust system utilizing a low-temperature oxidation catalyst
JP4798085B2 (ja) * 2007-07-09 2011-10-19 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US7799289B2 (en) * 2007-07-31 2010-09-21 Caterpillar Inc Exhaust treatment system with NO2 control
US20090035194A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Caterpillar Inc. Exhaust treatment system with an oxidation device for NO2 control
US8166751B2 (en) * 2007-07-31 2012-05-01 Caterpillar Inc. Particulate filter
KR100911587B1 (ko) * 2007-12-14 2009-08-10 현대자동차주식회사 유로 가변형 배기장치 및 이를 이용한 배기가스 처리방법
US8151558B2 (en) * 2008-01-31 2012-04-10 Caterpillar Inc. Exhaust system implementing SCR and EGR
DE102008042767B4 (de) * 2008-10-13 2012-03-01 Ford Global Technologies, Llc Abgasreinigungsanlage
US8091348B2 (en) * 2008-11-06 2012-01-10 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for exhaust aftertreatment in an internal combustion engine
US20110047970A1 (en) * 2009-09-01 2011-03-03 Cummins Intellectual Properties, Inc. HIGH EFFICIENCY NOx REDUCTION SYSTEM AND METHOD
US8307631B2 (en) * 2010-06-02 2012-11-13 GM Global Technology Operations LLC Cold start hydrocarbon emission reduction control strategy for active hydrocarbon adsorber
GB2481996B (en) * 2010-07-13 2017-10-04 Emcon Tech Uk Ltd Vehicle exhaust gas treatment apparatus
EP2453113B1 (de) * 2010-11-10 2015-03-11 Volvo Car Corporation Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung
ITMO20110059A1 (it) * 2011-03-16 2012-09-17 Fabrizio Motta Conversione catalitica con controllo del flusso
DE102011082997B4 (de) * 2011-09-20 2016-06-16 Robert Bosch Gmbh Abgasanlage und Betriebsverfahren
JP2013167158A (ja) * 2012-02-14 2013-08-29 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
FI124936B (fi) 2012-04-13 2015-03-31 Wärtsilä Finland Oy Järjestely mäntäpolttomoottorin pakokaasujen vähentämiseksi, mäntäpolttomoottori ja menetelmä mäntäpolttomoottorin pakokaasujen käsittelemiseksi
JP6013101B2 (ja) * 2012-09-18 2016-10-25 日野自動車株式会社 排気浄化装置
US8978369B2 (en) * 2012-12-26 2015-03-17 Caterpillar Inc. Exhaust gas aftertreatment module
US9255550B2 (en) * 2013-03-08 2016-02-09 GM Global Technology Operations LLC Emission system and method of selectively directing exhaust gas and air within an internal combustion engine
CN106661986B (zh) 2014-06-09 2019-03-01 瓦锡兰芬兰有限公司 涡轮增压内燃发动机的排气系统的旁通装置和包括旁通装置的系统
US9382829B2 (en) 2014-10-21 2016-07-05 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Bypass exhaust pathway to allow gases to bypass the start catalyst of a vehicle
EP3184767B1 (de) * 2015-12-23 2019-07-03 Volvo Car Corporation Katalytischer konverter und abgasnachbehandlungsanordnung
US9957871B2 (en) * 2016-01-29 2018-05-01 Ford Global Technologies, Llc Exhaust heat recovery and hydrocarbon trapping
US10233817B2 (en) * 2016-05-10 2019-03-19 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust gas heat recovery
US10473020B2 (en) * 2016-07-25 2019-11-12 Ford Global Technologies, Llc Method and system for exhaust aftertreatment
AT520706B1 (de) * 2017-12-01 2020-10-15 Avl List Gmbh Abgasnachbehandlungssystem
WO2019104364A1 (de) * 2017-12-01 2019-06-06 Avl List Gmbh Abgasnachbehandlungssystem
JP7288746B2 (ja) * 2018-09-14 2023-06-08 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 排ガス浄化装置、および排ガス浄化装置を備える船舶
US11242785B2 (en) * 2020-06-30 2022-02-08 Saudi Arabian Oil Company Process to capture SOx onboard vehicles and ships
US11905868B2 (en) * 2021-12-17 2024-02-20 Saudi Arabian Oil Company Reduce cold start internal combustion engine gaseous pollutants emissions using adsorbents in a cartridge in a bypass exhaust line

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2898202A (en) * 1955-10-24 1959-08-04 Oxy Catalyst Inc Gas treating apparatus
US2946651A (en) * 1956-08-09 1960-07-26 Oxy Catalyst Inc Catalytic treatment of gas streams
NL265392A (de) * 1960-05-31
US3867508A (en) * 1971-10-29 1975-02-18 Union Oil Co Exhaust gas conversion process and apparatus
EP0213725A3 (de) * 1985-08-05 1987-07-29 BREHK Ventures Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung und Einäscherung von Partikeln aus dem Abgas von Dieselmotoren
JPH0715250B2 (ja) * 1988-01-11 1995-02-22 トヨタ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの排気浄化装置
US4875336A (en) * 1988-01-12 1989-10-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas emission control device for diesel engine
JPH0710010Y2 (ja) * 1989-10-14 1995-03-08 トヨタ自動車株式会社 排気ガス浄化装置
JPH03141816A (ja) * 1989-10-27 1991-06-17 Toyota Motor Corp 排気ガス浄化装置
JP2830464B2 (ja) * 1989-12-06 1998-12-02 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP2712758B2 (ja) * 1990-05-28 1998-02-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3116439B2 (ja) * 1991-08-09 2000-12-11 株式会社日本自動車部品総合研究所 排気ガス微粒子浄化装置
JP2783074B2 (ja) * 1991-10-29 1998-08-06 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
EP0556854B1 (de) * 1992-02-20 1996-09-11 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Abgasemissionsregeleinrichtung
US5390492A (en) * 1992-02-21 1995-02-21 Northeastern University Flow-through particulate incineration system coupled to an aerodynamically regenerated particulate trap for diesel engine exhaust gas
CA2100641A1 (en) 1992-07-23 1994-01-24 Hiromu Matsumura Novel piperidine derivatives and process for preparation thereof
JP2605586B2 (ja) * 1992-07-24 1997-04-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
KR960004832B1 (ko) * 1992-08-24 1996-04-16 미쯔비시지도오샤고오교오 가부시기가이샤 배기가스정화장치
JP2605559B2 (ja) 1992-12-03 1997-04-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JPH06272542A (ja) * 1993-03-17 1994-09-27 Hitachi Ltd 内燃機関の排気浄化制御装置及び制御方法
JPH07189655A (ja) * 1993-12-27 1995-07-28 Nippondenso Co Ltd エンジンの排気浄化装置
JP3303495B2 (ja) * 1993-12-28 2002-07-22 株式会社デンソー 内燃機関の排気浄化装置
JP3239599B2 (ja) 1994-03-28 2001-12-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3119088B2 (ja) * 1994-09-16 2000-12-18 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US5768888A (en) * 1996-11-08 1998-06-23 Matros Technologies, Inc. Emission control system
US6314722B1 (en) * 1999-10-06 2001-11-13 Matros Technologies, Inc. Method and apparatus for emission control
US6568178B2 (en) * 2000-03-28 2003-05-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012003915A1 (de) * 2012-02-28 2013-01-24 Mtu Friedrichshafen Gmbh Partikelfilter
DE102016120928A1 (de) * 2016-11-03 2018-05-03 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr SCR-Katalysator und Verfahren zum Betrieb eines SCR-Katalysators
DE102016120928B4 (de) 2016-11-03 2022-09-29 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr SCR-Katalysator und Verfahren zum Betrieb eines SCR-Katalysators

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