DE69917990T2 - Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine, die ein Nox in einem Abgas einer Brennkraftmaschine reinigt, die eine Verbrennung bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchführt, mittels Verwendung eines selektiven Nox-Reduktionskatalysators.
  • BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Ein selektiver NOx-Reduktionskatalysator, der das NOx in Gegenwart von Kohlenwasserstoff in einer Umgebungsatmosphäre mit Überschusssauerstoff reduziert oder zersetzt, ist bei den Abgasreinigungsvorrichtungen, die das NOx im Abgas der Brennkraftmaschine reinigen, die eine Verbrennung bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchführt (z. B. ein Dieselmotor oder ein Magermotor), weit verbreitet.
  • Ein Reduktionsmittel (z. B. Kohlenwasserstoff (HC)) ist bei der Reinigung des NOx mittels des selektiven NOx-Reduktionskatalysators erforderlich und daher umfasst die Abgasreinigungsvorrichtung dieser Art Mittel zur Zuführung eines Reduktionsmittels zu dem selektiven Nox-Reduktionskatalysator.
  • In der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 6-185342 wurde eine Abgasreinigungsvorrichtung beschrieben, bei der ein HC-Absorber, der HC absorbiert und desorbiert, an einer stromaufwärtigen Stelle des selektiven NOx-Reduktionskatalysators angeordnet ist, der in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei das HC mittels des HC-Absorbers absorbiert wird, wenn eine Temperatur des Abgases niedrig ist, während das HC von dem HC-Absorber desorbiert wird, wenn die Temperatur des Abgases hoch ist und das desorbierte HC dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator zugeführt wird, sodass das NOx gereinigt wird.
  • Der selektive NOx-Reduktionskatalysator weist ein Reinigungstemperaturfenster auf, welches einen optimalen Bereich für eine NOx-Reinigung darstellt, und, wenn die Katalysatortemperatur außerhalb dieses Reinigungstemperaturfensters liegt, wird der NOx-Reinigungswirkungsgrad in hohem Maße vermindert oder der Katalysator weist überhaupt keine Reinigungsfähigkeit mehr auf. Das Reinigungstemperaturfenster ist schmal, z. B. in einem Bereich von 200–300°C und, wenn der selektive NOx-Reduktionskatalysator als Katalysator in der Abgasreinigungsvorrichtung der Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs verwendet wird, besteht die Möglichkeit, dass eine Temperatur des selektiven NOx-Reduktionskatalysators außerhalb des Reinigungstemperaturfensters liegt, wenn das Fahrzeug sich in einem Betriebszustand der Verzögerung befindet. Andererseits wird, wenn sich das Fahrzeug in dem Be triebszustand der Beschleunigung befindet, nicht nur eine große NOx-Menge im Abgas der Brennkraftmaschine erzeugt, sondern ebenfalls die Abgastemperatur erhöht, und wenn das Abgas mit der hohen Temperatur in den stromaufwärts angeordneten HC-Absorber strömt, wird das in dem HC-Absorber absorbierte HC von dem HC-Absorber desorbiert und strömt in den stromabwärts angeordneten selektiven NOx-Reduktionskatalysator.
  • Bei vielen Gelegenheiten ändert sich der Betriebszustand des Fahrzeugs häufig abwechselnd zwischen der Beschleunigung und der Verzögerung, wenn man z. B. durch die Straßen einer Stadt fährt, und in vielen Fällen befindet sich das Fahrzeug im Verzögerungszustand unmittelbar vor dem Beschleunigungsbetrieb. Wenn der Fahrzeugbetriebszustand die Verzögerung ist und dadurch die Katalysatortemperatur des selektiven NOx-Reduktionskatalysators außerhalb des Reinigungstemperaturfensters liegt, beginnt, wenn der Betriebszustand von der Verzögerung zur Beschleunigung geändert wird, ein Abgas mit hoher Temperatur in den HC-Absorber zu strömen, unmittelbar nach dem Beginn des Beschleunigungsbetriebs. Das HC, das in dem HC-Absorber absorbiert wurde, wird daher desorbiert und fließt in den selektiven NOx-Reduktionskatalysator, wobei jedoch die Katalysatortemperatur des selektiven NOx-Reduktionskatalysators sich noch nicht zu einem Zeitpunkt unmittelbar nach der Beschleunigung erhöht hat und sich immer noch außerhalb des Reinigungstemperaturfensters befindet, sodass das NOx nicht gereinigt wird und das in den selektiven NOx-Reduktionskatalysator strömende HC nicht zur Reinigung des NOx verwendet wird, sondern lediglich durch den Katalysator ohne irgendeine wirksame Verwendung strömt.
  • Wie oben beschrieben, wird während des Beschleunigungsbetriebs in dem Abgas eine große NOx-Menge erzeugt und die NOx-Reinigung sollte im Wesentlichen unmittelbar nach der Beschleunigung beginnen, und von diesem Standpunkt gesehen, besteht bei üblichen Abgasreinigungsvorrichtungen für Brennkraftmaschinen ein Bedarf für eine Weiterentwicklung.
  • Aus der US 4,134,261 (D1) ist eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine bekannt, die mit mindestens zwei mit zwei Gruppen der Zylinder verbundenen Katalysatoren ausgerüstet ist. Das Abgas der ersten Zylindergruppe strömt durch den ersten Katalysator, wohingegen das Abgas der zweiten Zylindergruppe durch den zweiten Katalysator strömt. Um einen Abfall der Katalysatortemperatur unterhalb der Aktivitätstemperatur während einer Kraftstoffunterbrechung zu vermeiden, werden die abgeschalteten Zylinder so ausgewählt, dass ein Temperaturabfall der zugeordneten Katalysatoren unter die Aktivitätstemperatur verhindert wird. Um dies zu erreichen, werden die Zylinder, wenn die Zylinder der ersten Gruppe abgeschaltet sind und die Temperatur des ersten Katalysators unter die Aktivitätstemperatur abfällt, reaktiviert, jedoch werden die Zylinder der zweiten Gruppe abgeschaltet.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des derartigen technischen Problems bei dem Stand der Technik ge macht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die NOx-Reinigungsleistung einer Abgasreinigungsvorrichtung, die einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator und ein dem Katalysator zugeführtes Reduktionsmittel verwendet, zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, bei der ein selektiver NOx-Reduktionskatalysator, der NOx in Gegenwart von Kohlenwasserstoff in einer Umgebungsatmosphäre mit Überschusssauerstoff reduziert, in einem Abgaskanal vorgesehen ist, und ein Absorber, der ein Reduktionsmittel absorbiert und desorbiert, ebenfalls in einen stromaufwärtigen Bereich des selektiven NOx-Reduktionskatalysators vorgesehen ist, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung eine Katalysatortemperatur-Absenkunterdrückungseinrichtung zur Unterdrückung der Temperaturabsenkung des selektiven NOx-Reduktionskatalysators aufweist, wenn eine Belastung der Brennkraftmaschine (Motor) vermindert wird.
  • Wenn die Belastung des Motors vermindert wird, unterdrückt die Katalysatortemperatur-Absenkunterdrückungseinrichtung eine Absenkung der Katalysatortemperatur des selektiven NOx-Reduktionskatalysators, sodass die Katalysatortemperatur nicht aus dem Reinigungstemperaturfenster fällt. Wenn die Belastung der Brennkraftmaschine vermindert wird, wird die Abgastemperatur abgesenkt und konsequenterweise absorbiert der Absorber das Reduktionsmittel, wenn das Abgas in den Absorber strömt. Wenn ande rerseits die Belastung der Brennkraftmaschine gesteigert wird, steigt die Abgastemperatur und dieses Abgas strömt in den Absorber, das in dem Absorber absorbierte Reduktionsmittel wird desorbiert und strömt dann in den stromabwärts angeordneten selektiven NOx-Reduktionskatalysator. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Katalysatortemperatur des selektiven NOx-Reduktionskatalysators innerhalb des Reinigungstemperaturfensters und daher wird der selektive NOx-Reduktionskatalysator aktiviert. Dann wird eine NOx-Menge erzeugt, wenn die Belastung der Brennkraftmaschine gesteigert wird, und dieses NOx wird mittels der Reduktion oder Zersetzung mittels des von dem Absorber desorbierten Reduktionsmittels und dem in dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator absorbierten Reduktionsmittel gereinigt.
  • Die Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine, die eine Verbrennung bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis durchführen kann, und kann beispielsweise ein Dieselmotor oder ein Magermotor sein.
  • Für den oben beschriebenen Absorber kann der selektive NOx-Reduktionskatalysator verwendet werden, jedoch ist der Absorber nicht auf diesen Katalysator begrenzt.
  • Der Zustand der verminderten Belastung der Brennkraftmaschine entspricht z. B. dem Verzögerungsbetrieb bei der Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug.
  • Die Katalysatortemperatur-Absenkunterdrückungseinrichtung kann beispielsweise aus einer Abgasströmungsmengen-Begrenzungseinrichtung zur Unterdrückung einer Abgasströ mungsmenge bestehen, das in den selektiven NOx-Reduktionskatalysator strömt. Die Absenkung der Katalysatortemperatur des selektiven NOx-Reduktionskatalysators kann unterdrückt werden, indem eine Abgasströmungsmenge, die in den selektiven NOx-Reduktionskatalysator strömt, vermindert werden. Die Katalysatortemperatur-Absenkunterdrückungseinrichtung kann nebenbei bemerkt aus einer elektrischen Heizeinrichtung bestehen.
  • Ein Träger für den selektiven NOx-Reduktionskatalysator ist vorzugsweise so, dass er das Reduktionsmittel schwerer als ein Träger des Absorbers abgibt. Mit einem derartigen Träger trägt, wenn die Belastung des Motors gesteigert wird, das Reduktionsmittel, das von dem Absorber desorbiert wurde, und das Reduktionsmittel, das in den selektiven NOx-Reduktionskatalysator absorbiert wurde, zur Reduktionsreinigung von NOx bei und das in großen Mengen zum Zeitpunkt der Steigerung der Belastung des Motors erzeugte NOx wird, kann mittels der Reduktion mit Sicherheit gereinigt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines Aufbaus einer Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Fliessbild zur Darstellung der Katalysatortemperatursteuervorgänge in der Abgasreinigungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 3(A), 3(B) sind Diagramme zur Darstellung der Katalyatortemperaturverteilung in einer HC-Absorptionseinrichtung und einem NOx-Katalysatorwandler in der Abgasreinigungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine gemäß der ersten Ausführungsform;
  • 4 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Aufbaus der Abgasreinigungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung des Aufbaus der Abgasreinigungsvorrichtung für die Brennkraftmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bevorzugte Ausführungsformen einer Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben. Bei den im Weiteren beschriebenen Ausführungsformen wird ein Dieselmotor für ein Fahrzeug als Brennkraftmaschine verwendet.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 ist eine schematische Ansicht zur Darstellung des Aufbaus einer Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform. In einer Verbrennungskammer jedes Zylinders eines Dieselmo tors (einer Brennkraftmaschine) 1 für ein Fahrzeug wird durch eine Luftansaugleitung 2 Luft eingeführt, und in die Verbrennungskammer wird von einer nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzung Kraftstoff eingespritzt und darin verbrannt.
  • Von der Verbrennungskammer jedes Zylinders wird ein Abgas durch eine Abgasleitung 3, eine HC-Absorptionseinrichtung (Absorber) 4, eine Abgasleitung 5, einen NOx-Katalysatorwandler 6 und eine Abgasleitung 7 zur Außenluft abgegeben. Selektive NOx-Reduktionskatalysatoren sind entsprechend in der HC-Absorptioneinrichtung 4 und dem NOx-Katalysatorwandler 6 angeordnet, deren Einzelheiten weiter unten beschrieben werden.
  • Die Abgasleitung 3 ist mit einer Einspritzdüse 8 zum Einspritzen eines Leichtöls, das den Kraftstoff für den Motor 1 darstellt, als ein Reduktionsmittel in das Abgas versehen. Die Einspritzdüse 8 ist mit einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung, die eine Pumpe und ähnliches umfasst, über eine Reduktionsmittelzuführleitung 9 verbunden und die Arbeitsweise der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 10 wird mittels einer elektronischen Steuereinheit für die Motorsteuerung (im Folgenden als ECU abgekürzt) 11 entsprechend einem Betriebszustand des Motors 1 gesteuert. Insbesondere kann eine im Abgas des Motors 1 enthaltene NOx-Menge auf der Grundlage des Betriebszustands des Motors 1 vorherbestimmt werden und somit kann ebenfalls die Menge eines zur Reinigung des NOx-erforderlichen Reduktionsmittels vorherbestimmt werden. Die Beziehung dazwischen ist in einer Tabelle zusammengestellt und die Tabelle ist in einem ROM der ECU 11 vorher gespeichert. Die ECU 11 liest eine notwendige Reduktions menge aus der Tabelle entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1 und steuert den Betrieb der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 10 so, dass die Reduktionsmittelmenge durch die Einspritzdüse 8 eingespritzt wird.
  • Die Reduktionsmittelzuführeinrichtung kann mittels Einspritzen von Leichtöl in den Zylinder bei einem Explosionshub des Motors 1, nämlich eine sogenannte Explosionshubeinspritzung, statt der Einspritzung des Leichtöls in das Abgasrohr 3 von der Einspritzdüse 8 verwirklicht werden.
  • Die Abgasleitung 5 ist mit einem Einlassgastemperatursensor 12 zur Erfassung einer Temperatur des Abgases versehen, das in den NOx-Katalysatorwandler 6 strömt, und der Einlassgastemperatursensor 12 sendet ein Ausgangssignal zu der ECU 11, das proportional zur erfassten Einlassgastemperatur ist.
  • Das Luftansaugrohr 2 und das Abgasrohr 5 sind miteinander durch eine Abgasrückführleitung 13 verbunden und diese Abgasrückführleitung 13 umfasst ein Abgasrückführsteuerventil (im Folgenden als EGR-Ventil abgekürzt) 14, das darin angeordnet ist. Ein Öffnungsgrad des EGR-Ventils 14 wird mittels der ECU 11 entsprechend dem Betriebszustand des Motors 1 gesteuert, und das Abgas wird von der Abgasleitung 5 zur Luftansaugleitung 2 mit einer dem Öffnungsgrad des EGR-Ventils entsprechenden Durchflussmenge zurückgeführt.
  • Die ECU 11 ist als ein digitaler Computer aufgebaut und umfasst: einen ROM (nur Lesespeicher); einen RAM (Spei cher mit wahlfreiem Zugriff); eine CPU (zentrale Rechnereinheit); einen Eingang und einen Ausgang, die alle miteinander mittels eines bidirektionalen Bus verbunden sind und nicht nur die Grundsteuerung, wie z. B. die Einspritzmengensteuerung des Motors 1, sondern ebenfalls bei dieser Ausführungsform, die Katalysatortemperatursteuerung des NOx-Katalysatorwandlers 6 und ähnliches durchführen.
  • Für eine derartig oben beschriebene Steuerung wird dem Eingang der ECU 11 als Eingang ein Eingangssignal von dem Einlassgastemperatursensor 12 und zusätzlich dazu ein Eingangssignal von einem Drehzahlsensor 15 und ein Eingangssignal von einem Fahrpedalöffnungsgradsensor 16 zugeführt. Der Drehzahlsensor 15 sendet als Ausgang ein Ausgangssignal entsprechend der Drehzahl des Motors 1 zu der ECU 11, und die ECU 11 berechnet eine Motordrehzahl auf der Grundlage des Ausgangssignals. Der Fahrpedalöffnungsgradsensor 16 sendet als Ausgang ein Ausgangssignal entsprechend einem Fahrpedalöffnungsgrad zu der ECU 11 und die ECU 11 berechnet eine Motorlast auf der Grundlage des Ausgangssignals.
  • Wie oben beschrieben sind der selektive NOx-Reduktionskatalysator entsprechend in der HC-Absorptionseinrichtung 4 und dem NOx-Katalysatorwandler 6 angeordnet. Der selektive NOx-Reduktionskatalysator in der HC-Absorptionseinrichtung 4 und der selektive NOx-Reduktionskatalysator in dem NOx-Katalysatorwandler 6 weisen jedoch unterschiedliche Träger auf und somit sind ihre Leistungen voneinander unterschiedlich.
  • Der selektive NOx-Reduktionskatalysator in der HC-Absorptionseinrichtung 4 verwendet als Träger (z. B. ZSM-5 mit einer dreidimensionalen porösen Struktur), der das HC leicht absorbiert, wenn die Temperatur erniedrigt wird, und leicht das HC desorbiert, wenn die Temperatur erhöht wird und eine Abgasströmungsgeschwindigkeit (eine Raumgeschwindigkeit) hoch ist. Da die Katalysatortemperatur des selektiven NOx-Reduktionskatalysators in der HC-Absorptionseinrichtung 4 von der Abgastemperatur und der Abgasströmungsgeschwindigkeit in hohem Maße beeinflusst wird, bestehen viele Möglichkeiten, dass die Temperatur außerhalb des Reinigungstemperaturfensters liegt. Somit hat die HC-Absorptionseinrichtung 4 fast keine NOx-Reinigungsfähigkeit. Der in der HC-Absorptionseinrichtung 4 aufgenommene selektive NOx-Reduktionskatalysator dient hauptsächlich als der HC-Absorber, der das HC absorbiert, wenn die Temperatur erniedrigt wird und das HC desorbiert, wenn die Temperatur erhöht wird.
  • Andererseits verwendet der selektive NOx-Reduktionskatalysator in dem NOx-Katalysatorwandler 6 einen Träger mit einer stärkeren Absorption für die HC-Zurückhaltung (z. B. ein Mordenit, das eine zweidimensionale poröse Struktur hat), als der Träger des selektiven NOx-Reduktionskatalysators in der HC-Absorptionseinrichtung 4. Der in dem NOx-Katalysatorwandler 6 aufgenommene selektive NOx-Reduktionskatalysator dient als ein NOx-Reinigungsmittel, und die Katalysatortemperatur des NOx-Katalysatorwandlers 6 in der Vorrichtung zur Abgasreinigung wird so gesteuert, dass sie innerhalb des Reinigungstemperaturfensters liegt, auch wenn das Fahrzeug sich in einem Betriebszustand der Verzögerung befindet, um eine ausreichende NOx-Reinigungsfähigkeit zu ermöglichen. Diese Steuerung wird im Einzelnen unter Be zugnahme auf das in 2 dargestellte Fliessbild beschrieben.
  • Ein Programm zur Katalysatortemperatursteuerung, wie in 2 dargestellt, wird von der ECU 11 jedes Mal durchgeführt, wenn sich eine Kurbelwelle um einen bestimmten Winkel von einer Vielzahl vorbestimmter Winkel dreht. Zuerst bestimmt die ECU 11 in Schritt 101, ob sich das Fahrzeug im Betriebszustand der Verzögerung befindet oder nicht, auf der Grundlage einer Veränderung des Ausgangssignals des Fahrpedalöffnungsgradsensors 6, d. h., es wird bestimmt, dass sich das Fahrzeug in dem Zustand der Verzögerung befindet, wenn sich der Öffnungsgrad des Fahrpedals in einer abnehmenden Richtung ändert, während bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug nicht im Betriebszustand der Verzögerung befindet, wenn sich der Öffnungsgrad des Fahrpedals nicht in die abnehmende Richtung ändert.
  • Wenn in Schritt 101 bestimmt wurde, dass sich das Fahrzeug im Betriebszustand der Verzögerung befindet, bestimmt die ECU 11 in Schritt 102, ob eine Einlassgastemperatur T des NOx-Katalysatorwandlers 6 niedriger als eine eingestellte Temperatur T0 ist oder nicht, auf der Grundlage des Ausgangssignals des Einlassgastemperatursensors 12. Die Soll-Temperatur T0 ist ein Wert, der auf der Grundlage des Reinigungstemperaturfensters des selektiven NOx-Reduktionskatalysators in dem NOx-Katalysatorwandler 6 bestimmt wurde, und die Soll-Temperatur T0 wird um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz höher als der untere Grenzwert des Reinigungstemperaturfensters eingestellt. Wenn beispielsweise das Reinigungstempe raturfenster zwischen 200°C und 300°C liegt, wird die Soll-Temperatur T0 beispielsweise bei 250°C eingestellt.
  • Wenn in Schritt 102 bestimmt wurde, dass die Einlasstemperatur T niedriger als die Soll-Temperatur T0 ist, führt die ECU 11 im Schritt 103 eine Korrektursteuerung zur Steigerung des Öffnungsgrades des EGR-Ventils 14 durch. Wenn der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 14 erhöht wird, nimmt die Abgasrückführströmungsmenge zu und die Abgasströmungsmenge, die in den NOx-Katalysatorwandler 6 strömt, nimmt ab. Hierdurch wird die Abnahme der Katalysatortemperatur des Katalysatorwandlers 6 unterdrückt. Der Öffnungsgrad des EGR-Ventils 14 wird einer Rückführsteuerung, auf der Grundlage des Ausgangssignals des Einlassgastemperatursensors 12 unterworfen, wodurch die Katalysatortemperatur des NOx-Katalysatorwandlers 6 innerhalb des Reinigungstemperaturfensters gehalten werden kann. Auf diese Weise kann die Katalysatortemperatur des NOx-Katalysatorwandlers 6 innerhalb des Reinigungstemperaturfensters gehalten werden, sogar, wenn sich das Fahrzeug im Betriebszustand der Verzögerung befindet.
  • Wenn in Schritt 101 bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug nicht im Betriebszustand der Verzögerung befindet, und wenn in Schritt 102 bestimmt wird, dass die Einlassgastemperatur T des NOx-Katalysatorwandlers gleich oder höher als die Soll-Temperatur T0 ist, beendet die ECU 11 dieses Programm ohne Durchführung der Korrektur der Steigerung des Öffnungsgrades des EGR-Ventils 14 (Schritt 103).
  • In dieser Ausführungsform wird die Abgasströmungsmengen-Begrenzungseinrichtung (Katalysatortemperatur-Absenkunterdrückungseinrichtung) mittels einer Kombination der Abgasrückführleitung 13, des EGR-Ventils 14 und der Durchführung des Schritts 103 zusammen mit einer Reihe von Signalverarbeitungsvorgängen mittels der ECU 11 verwirklicht.
  • 3(A), 3(B) zeigen Beispiele der entsprechenden Katalysatorverteilungen in der HC-Absorptionseinrichtung 4 und dem NOx-Katalysatorwandler 6, unmittelbar bevor und unmittelbar nach der Beschleunigung, wenn die Katalysatortemperatursteuerung im Betriebszustand der Verzögerung durchgeführt wird, wie oben beschrieben. Hier bedeutet der Ausdruck „unmittelbar bevor" einen Endpunkt des Verzögerungsbetriebes. Wie man aus den Zeichnungen sieht, ist in der HC-Absorptionseinrichtung 4 der Bereich, in dem die Katalysatortemperatur in das Reinigungstemperaturfenster fällt, sowohl unmittelbar bevor als auch unmittelbar nach der Beschleunigung sehr klein, während in dem NOx-Katalysatorwandler 6 die Katalysatortemperatur innerhalb des Katalysatortemperaturfensters sowohl unmittelbar bevor und unmittelbar nach der Beschleunigung liegt.
  • Im Folgenden soll der Betrieb der Vorrichtung zur Abgasreinigung mit der oben beschriebenen Anordnung beschrieben werden. Wenn sich das Fahrzeug in dem Betriebszustand der Verzögerung befindet, wird die Temperatur des Abgases vermindert. Das HC im Abgas und ein Teil des HC im Reduktionsmittel werden in den selektiven NOx-Reduktionskatalysator in der HC-Absorptionseinrichtung 4 absorbiert, und der Rest des HC und des Reduktionsmittels wer den nicht absorbiert und strömen in den NOx-Katalysatorwandler 6, der stromabwärts angeordnet ist. Weiter wird die oben beschriebene Katalysatortemperatursteuerung im Betriebszustand der Verzögerung durchgeführt, wodurch die Katalysatortemperatur des NOx-Kalysatornwandlers 6 innerhalb des Reinigungstemperaturfensters gehalten wird. Da die im Betriebszustand der Verzögerung erzeugte NOx-Menge gering ist, kann das NOx im Abgas mittels des selektiven NOx-Reduktionskatalysators in dem NOx-Katalysatorwandler 6 allein mit dem Reduktionsmittel reduziert oder zersetzt werden, das durch die HC-Absorptionseinrichtung 4 strömt, auch wenn nur ein Teil des HC's in dem Reduktionsmittel in der HC-Absorptionseinrichtung 4 absorbiert ist.
  • Wenn das Fahrzeug darauf den Betriebszustand von der Verzögerung zur Beschleunigung ändert, nimmt die Temperatur des Abgases zu und somit wird das HC, das in dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator in der HC-Absorptionseinrichtung 4 absorbiert ist, desorbiert und strömt zusammen mit dem von der Einspritzdüse 8 eingespritzten Reduktionsmittel in den stromabwärts angeordneten NOx-Katalysatorwandler 6. Wie oben beschrieben, befindet sich sogar unmittelbar nach der Beschleunigung die Katalysatortemperatur des NOx-Katalysatorwandlers 6 immer noch innerhalb des Reinigungstemperaturfensters und der selektive NOx-Reduktionskatalysator in dem NOx-Katalysatorwandler 6 ist aktiviert. Somit wird das NOx in dem Abgas reduziert oder zersetzt und mittels des NOx-Katalysatorwandlers 6 gereinigt. Das in dem Betriebszustand der Beschleunigung erzeugte NOx ist eine große Menge, sodass eine große HC-Menge zur Reinigung mittels Reduzierung oder Zersetzung mit dem selektiven NOx- Reduktionskatalysator erforderlich ist. Es wird jedoch, wie oben beschrieben, das HC, das von der HC-Reduktionsmittelabsorptionseinrichtung 4 desorbiert wurde, dem NOx-Katalysatorwandler 6 zusätzlich zu dem von der Einspritzdüse 8 eingespritzten Reduktionsmittel zugeführt. Somit kann die während des Betriebszustands der Beschleunigung erzeugte große NOx-Menge mit Sicherheit gereinigt werden.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 4 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine gemäß der Erfindung.
  • Bei der ersten Ausführungsform wird, wenn die Einlassgastemperatur T des NOx-Katalysatorwandlers 6 auf eine Temperatur niedriger als die Solltemperatur T0 vermindert ist, ein Öffnungsgrad des EGR-Ventils 14 zur Erhöhung korrigiert, um eine Erniedrigung der Katalysatortemperatur des NOx-Katalysatorwandlers 6 unterhalb einer Temperatur des Reinigungstemperaturfensters im Betriebszustand der Verzögerung zu verhindern. Hierdurch wird eine Abgasdurchflussmenge, die in den NOx-Katalysatorwandler strömt, erhöht und die Verminderung der Katalysatortemperatur unterdrückt. Bei der zweiten Ausführungsform ist andererseits eine Bypassleitung 17 vorgesehen, die den NOx-Katalysatorwandler 6 umgeht, und weiter ist ein Bypassventil 18 vorgesehen, das eine Bypassströmungsmenge in der Bypassleitung 17 steuert. Mit einer derartigen Anordnung fliesst ein Teil des Abgases durch die Bypassleitung 17, wodurch die Strömungsmenge des Abgases, die in den NOx-Katalysatorwandler 6 strömt, vermindert wird. Ein Öffnungsgrad des Bypassventils 18 wird mittels der ECU 11 gesteuert, wodurch die Abgasströmungsmenge, die in den NOx-Katalysatorwandler 6 strömt, gesteuert wird, sodass die Unterdrückung der Verminderung der Katalysatortemperatur verwirklicht wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Abgasströmungsmengen-Begrenzungseinrichtung (Katalysatortemperatur-Absenkunterdrückungseinrichtung) mittels einer Kombination der Bypassleitung 17, des Bypassventils 18 und der ECU 11 realisiert, die das Bypassventil 18 steuert.
  • Da die anderen Konstruktionselemente und der Betrieb dieser Ausführungsform gleich der der ersten Ausführungsform sind, sind die gleichen Bauteile wie in der ersten Ausführungsform mit gleichen Bezugszeichen versehen und eine erneute Beschreibung ist nicht erforderlich.
  • Obwohl das EGR-Ventil 14 in der Ausführungsform gemäß 4 nicht verwendet wird, ist es jedoch verständlich, dass das EGR-Ventil 14 zusätzlich bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein kann.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 5 ist eine schematische Darstellung des Aufbaus einer dritten Ausführungsform der Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Bei der ersten Ausführungsform sind die HC-Absorptionseinrichtung 4 und der NOx-Katalysatorwandler 6 vollständig getrennte Bauteile, die mittels der Abgasleitung 5 miteinander verbunden sind, bei der dritten Ausfüh rungsform sind jedoch ein HC-Absorptionsabschnitt 19a und ein NOx-Katalysatorreinigungsabschnitt 19b auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite eines einzigen Behälters 19 vorgesehen und ein Gastemperatursensor 20 ist zwischen dem HC-Absorptionsabschnitt 19a und dem NOx-Reinigungsabschnitt 19b angeordnet. Bei der dritten Ausführungsform sind, da der HC-Absorptionsabschnitt 19a und der NOx-Reinigungsabschnitt 19b in einem Behälter 19 angeordnet sind, das Luftansaugrohr 2 und die Abgasleitung 3 mittels der Abgasrückführleitung 13 verbunden. Der Gastemperatursensor 20 entspricht dem Einlassgastemperatursensor 12 bei der ersten Ausführungsform.
  • Bei der dritten Ausführungsform wird ebenfalls, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform bevorzugt, dass der selektive NOx-Reduktionskatalysator in dem HC-Absorpitonsabsorptionsabschnitt 19a einen Träger verwendet, der HC leicht absorbiert und desorbiert, und dass der selektive NOx-Reduktionskatalysator im NOx-Reinigungsabschnitt 19b einen Träger verwendet, der eine starke Absorption des HC zur Zurückhaltung aufweist.
  • Auch wenn absolut die gleichen selektiven NOx-Reduktionskatalysatoren sowohl in dem HC-Absorptionsabschnitt 19a und dem NOx-Reinigungsabschnitt 19b vorgesehen sind, kann die vorliegende Erfindung dennoch angewandt werden, und eine wirksame Reinigung des NOx durchgeführt werden. Der Grund dafür ist, dass das HC, das in dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator des HC-Absorptionsabschnitts 19a absorbiert wurde, wenn die Abgastemperatur vermindert wurde, von dem HC-Absorptionsabschnitt 19a desorbiert wird, wenn die Abgas temperatur erhöht wird, und das desorbierte HC dann dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator des NOx-Reinigungsabschnitts 19b stromabwärts zugeführt wird, und dass zusätzlich die Katalysatortemperatur des NOx-Reinigungsabschnitts 19b innerhalb des Reinigungstemperaturfensters gehalten wird, auch im Betriebszustand der Verzögerung.
  • Da die anderen Bauteile und der Betrieb dieser Ausführungsform gleich der ersten Ausführungsform sind, weisen die gleichen Bauteile wie in der ersten Ausführungsform die gleichen Bezugszeichen auf und eine erneute Beschreibung ist nicht erforderlich.
  • ANDERE AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das HC (insbesondere das Leichtöl) als Reduktionsmittel dem Abgas zugeführt, jedoch kann stattdessen ebenfalls Harnstoff (CO(HN2)2), Ammoniak oder ähnliches als Reduktionsmittel verwendet werden.
  • Entsprechend ist bei der Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein selektiver NOx-Reduktionskatalysator in einem Abgaskanal vorgesehen, und ein Absorber, der ein Reduktionsmittel absorbiert und desorbiert, ist stromaufwärts von dem selektiven NOx-Reduktionskatalysator angeordnet und weiter ist eine Katalysatortemperatur-Abnahme unterdrückungseinrichtung zur Unterdrückung der Temperaturabnahme des selektiven NOx-Reduktionskatalysators vorgesehen, wenn eine Belastung der Brennkraftmaschine vermindert wird. Die Katalysatortemperatur des selektiven NOx-Reduktionskatalysators kann somit innerhalb des Reinigungstemperaturfensters gehalten werden, auch, wenn die Last der Brennkraftmaschine vermindert wird, wodurch eine große NOx-Menge, die erzeugt wird, wenn die Last der Brennkraftmaschine erhöht wird, reduziert und gereinigt werden kann.

Claims (3)

  1. Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine umfassend einen selektiven Nox-Reduktionskatalysator (6) der in einem Abgaskanal (3, 5, 7) einer Brennkraftmaschine (1) angeordnet ist, und Nox in der Gegenwart von Kohlenwasserstoff in einer Umgebungsatmosphäre mit Überschusssauerstoff reduziert oder zersetzt; einen Absorber (4), der ein in einem von dem selektiven Nox-Reduktionskatalysator (6) stromaufwärtigen Bereich vorgesehenes Reduktionsmittel absorbiert und desorbiert; und eine Katalysatortemperatur-Absenkunterdrückungseinrichtung zur Unterdrückung einer Temperaturabnahme des selektiven Nox-Reduktionskatalysators (6), wenn eine Belastung der Brennstoffmaschine (1) vermindert wird, wobei die Katalysatortemperatur-Absenkunterdrückungseinrichtung eine Abgasströmungsmengenbegrenzungseinrichtung zur Unterdrückung einer Abgasströmungsmenge ist, die in den selektiven Nox-Reduktionskatalysator (6) strömt.
  2. Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, wobei ein Träger des selektiven Nox-Reduktionskatalysators (6) das Reduktions mittel schwerer desorbiert als ein Träger des Absorbers (4).
  3. Vorrichtung zur Abgasreinigung für eine Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, weiter umfassend eine EGR-Einrichtung (14) zur Rückführung eines Teils des von der Brennkraftmaschine (1) ausgegebenen Abgases in ein Ansaugsystem, wobei die Abgasströmungsmengenbegrenzungseinrichtung die EGR-Einrichtung (14) ist.
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