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Dokumentenidentifikation DE102006025910A1 07.12.2006
Titel Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren
Anmelder Mitsubishi Jidosha Kogyo K.K., Tokyo, JP
Erfinder Tanabe, Ken, Tokyo, JP;
Ohhara, Hiroaki, Tokyo, JP;
Iwachido, Kinichi, Tokyo, JP
Vertreter Vossius & Partner, 81675 München
DE-Anmeldedatum 02.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006025910
Offenlegungstag 07.12.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.12.2006
IPC-Hauptklasse F01N 3/08(2006.01)A, F, I, 20060602, B, H, DE
Zusammenfassung Durch die Durchführung einer Hauptkraftstoffeinspritzung und Hilfskraftstoffeinspritzung zum Ausführen eines fetten Betriebes eines Motors (1) wird eine NOx-Reinigung eines NOx-Katalysators (34) ausgeführt, und in der NOx-Reinigung wird das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge variabel innerhalb des Bereiches von 5 : 1 bis 2 : 1 ermittelt, wobei das Verhältnis der Hilfskraftstoffeinspritzmenge relativ groß ist, so dass das Verhältnis der Hilfskraftstoffeinspritzmenge größer ist, wenn die Temperatur eines Dreiwegekatalysators (32) höher wird.

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung, die in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors vorgesehen ist, um in dem Abgas enthaltenes NOx zu entfernen.

Um die Kraftstoffverbrauchseigenschaften und die Abgaseigenschaften zu verbessern, wird ein Magermotor, wie z.B. ein Zylindereinspritzmotor, in einem spezifizierten Betriebsbereich bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben, d.h., bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das magerer als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist.

In einem derartigen Magermotor wird während eines Betriebs mit magerem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (hierin nachstehend als "magerer Betrieb" bezeichnet) in dem Abgas enthaltenes NOx (Stickstoffoxyde) nicht in ausreichender Weise nur durch einen Dreiwegekatalysator entfernt. Somit wird durch die Bereitstellung eines NOx-Katalysators die Emission von NOx in die Atmosphäre reduziert. Der NOx-Katalysator absorbiert das in dem Abgas im mageren Betrieb enthaltene NOx. Der NOx-Katalysator gibt in einem Betrieb mit stöchiometrischem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (hierin nachstehend als "stöchiometrischer Betrieb" bezeichnet) oder in einem Betrieb mit fettem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (hierin nachstehend als "fetter Betrieb" bezeichnet) das absorbierte NOx ab und entfernt das NOx, indem das NOx mit einem Reduktionsmittel reduziert wird (NOx-Entfernung).

Wenn der Dreiwegekatalysator und der NOx-Katalysator vorgesehen sind, wird, um ein ausreichendes Abgasreinigungsverhalten unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors sicherzustellen, der Dreiwegekatalysator in einem anstromseitigen Abschnitt eines Abgaskanals des Verbrennungsmotors angeordnet, so dass er frühzeitig aktiviert wird.

Wenn der Dreiwegekatalysator anstromseitig vor dem NOx-Katalysator angeordnet ist, wird jedoch auch ein Reduktionsmittel, wie z.B. HC oder CE, durch den Dreiwegekatalysator auch während der NOx-Reinigung gereinigt oder entfernt, was ein Problem bewirkt, dass die NOx-Reinigung nicht in ausreichender Weise durchgeführt wird.

Somit wurden, um die NOx-Reinigung in einer ausreichenden Weise selbst dann durchzuführen, wenn der Dreiwegekatalysator anstromseitig von dem NOx-Katalysator angeordnet ist, Techniken, wie z.B. eine Verlängerung der Fettbetriebszeit, eine weitere Anfettung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für den Fettbetrieb, oder die Einspritzung von zusätzlichem Kraftstoff nach der Verbrennung des Hauptkraftstoffes entwickelt und beispielsweise durch die Japanische Ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2002-4915 (hierin nachstehend als "Patentdokument 1" bezeichnet) vorgeschlagen.

Jedoch bewirkt eine Verlängerung der Fettbetriebszeit oder eine noch weitere Anfettung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für den Fettbetrieb wie in der im Patentdokument 1 offenbarten Technik ein Problem, dass der Kraftstoffwirkungsgrad des Verbrennungsmotors sich in großem Umfang verschlechtert.

Ferner ändert sich die Reinigungskapazität eines Katalysators in Abhängigkeit von der Temperatur, und es besteht ein Problem, dass, wenn der Dreiwegekatalysator stärker aktiviert ist, der Anteil der an den NOx-Katalysator während der NOx-Reinigung gelieferten Reduktionsmittel abnimmt, so dass sich die Abgasreinigungsleistung des NOx-Katalysators verringert.

Die Hauptaufgabe dieser Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor, welche eine gute NOx-Reinigung durchführen kann, während gleichzeitig eine Verschlechterung des Kraftstoffwirkungsgrades vermieden und dadurch ein besseres Abgasreinigungsverhalten erzielt wird.

Diese Aufgabe kann durch die in den Ansprüchen definierten Merkmale gelöst werden.

Insbesondere weist zur Lösung dieser Aufgabe eine Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren auf: eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die zur Einspritzung von Kraftstoff direkt in eine Brennkammer des Verbrennungsmotors eingerichtet ist; einen NOx-Katalysator, der in einem Abgaskanal des Verbrennungsmotors angeordnet ist, um in dem Abgas enthaltenes NOx im mageren Betrieb des Verbrennungsmotors zu absorbieren, und um das absorbierte NOx im stöchiometrischen oder fetten Betrieb des Verbrennungsmotors auszugeben und zu reduzieren; einen Dreiwegekatalysator, der anstromseitig vor dem NOx-Katalysator in dem Abgaskanal angeordnet ist; und eine NOx-Reinigungssteuereinrichtung, die dafür eingerichtet ist, den NOx-Katalysator dazu zu veranlassen, das absorbierte NOx abzugeben und zu reduzieren, indem ein stöchiometrischer oder fetter Betrieb des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, indem die Kraftstoffeinspritzeinrichtung so gesteuert wird, dass sie eine Hauptkraftstoffeinspritzung und eine Hilfskraftstoffeinspritzung durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor ferner eine Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung aufweist, die dafür eingerichtet ist, die Temperatur wenigstens eines von dem NOx-Katalysator oder dem Dreiwegekatalysator zu detektieren oder abzuschätzen; wobei die NOx-Reinigungs-Steuereinrichtung die Kraftstoffeinspritzeinrichtung so steuert, dass sie die Hauptkraftstoffeinspritzung in wenigstens einem von dem Einlasshub und dem Kompressionshub ausführt, und die Hilfskraftstoffeinspritzung in wenigstens einem von dem Ausdehnungshub und dem Auslasshub durchführt, und variabel das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge abhängig von der von der Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung detektierten oder geschätzten Temperatur bestimmt.

Somit ist der Dreiwegekatalysator anstromseitig vor dem NOx-Katalysator angeordnet und von dem NOx-Katalysator absorbiertes NOx wird zur Ausgabe und Reduktion (NOx-Reinigung) veranlasst, indem ein stöchiometrischer oder fetter Betrieb des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, indem eine Hauptkraftstoffeinspritzung und Hilfskraftstoffeinspritzung ausgeführt werden, wobei das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge variabel in Abhängigkeit von der Temperatur wenigstens eines von dem NOx-Katalysator und dem Dreiwegekatalysator bestimmt wird.

Demzufolge kann das Verhältnis zwischen den in dem Abgas enthaltenen Reduktionsmitteln ohne Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs geändert werden, und eine ausreichende Menge von Reduktionsmitteln kann an den NOx-Katalysator geliefert werden, so dass die NOx-Entfernung in guter Weise ausgeführt werden kann. Somit ist es möglich, das Abgasreinigungsverhalten zu verbessern, während gleichzeitig eine Verschlechterung im Kraftstoffwirkungsgrad aufgrund der NOx-Reinigung vermieden wird.

In dieser Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren bestimmt die NOx-Reinigungs-Steuereinrichtung bevorzugt das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge innerhalb des Bereiches von 5:1 bis 2:1 variabel.

Insbesondere wird, wenn sich der Dreiwegekatalysator in einem aktivierten Zustand befindet, das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge während der NOx-Reinigung innerhalb des Bereiches von 5:1 bis 2:1 variabel gesteuert, wobei das Verhältnis der Hilfskraftstoffeinspritzmenge im Vergleich zu dem herkömmlichen Fall relativ groß ist. Dadurch kann die Menge von Reduktionsmitteln, die nicht leicht von dem Dreiwegekatalysator gereinigt werden, erhöht werden. Somit ist es möglich, dem NOx-Katalysator eine ausreichende Menge von Reduktionsmitteln zuzuführen, so dass die NOx-Reinigung in einer guten Weise ausgeführt wird.

In dieser Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren bestimmt die NOx-Reinigungs-Steuereinrichtung bevorzugt das Verhältnis der Hilfskraftstoffeinspritzmenge zu der Hauptkraftstoffeinspritzmenge so, dass sie größer wird, wenn die von der Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung detektierte oder geschätzte Temperatur höher wird.

Somit wird das Verhältnis der Hilfskraftstoffeinspritzmenge zu der Hauptkraftstoffeinspritzmenge höher festgelegt, wenn die Katalysatortemperatur höher wird. Dadurch kann die Menge von Reduktionsmitteln, die nicht leicht von dem Dreiwegekatalysator gereinigt oder entfernt werden, erhöht werden, wenn die Katalysatortemperatur höher ist. Somit ist es möglich, dem NOx-Katalysator eine größere Menge von Reduktionsmitteln zuzuführen, so dass die NOx-Reinigung in einer besseren Weise ausgeführt wird.

In dieser Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren steuert die NOx-Reinigungs-Steuereinrichtung bevorzugt die Kraftstoffeinspritzeinrichtung so, dass der Beendigungszeitpunkt der Hilfskraftstoffeinspritzung in einem größeren Umfang verzögert wird, wenn die von der Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung detektierte oder geschätzte Temperatur höher wird.

Somit wird der Beendigungszeitpunkt der Hilfskraftstoffeinspritzung in einem größeren Maße verzögert, wenn die Katalysatortemperatur höher wird. Dadurch kann die Menge von Reduktionsmitteln, die nicht leicht von dem Dreiwegekatalysator gereinigt oder entfernt werden, erhöht werden, wenn die Katalysatortemperatur höher ist. Somit ist es möglich, dem NOx-Katalysator eine größere Menge von Reduktionsmitteln zuzuführen, so dass die NOx-Reinigung in einer besseren Weise ausgeführt wird.

Die Erfindung wird nun im Detail in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben, in welchen:

1 eine Darstellung ist, welche schematisch den Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;

2 ein Flussdiagramm ist, das eine Steuerroutine für die NOx-Reinigung in der Abgasreinigungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor von 1 darstellt, welche von einer ECU ausgeführt wird;

3 eine grafische Darstellung ist, welche die Beziehung zwischen der eintrittsseitigen Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators und der NOx-Reinigungsrate darstellt, wenn die NOx-Reinigungssteuerung in der Abgasreinigungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor von 1 durchgeführt wird;

4 eine grafische Darstellung ist, welche die Beziehung zwischen der eintrittsseitigen Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators und der NOx-Reinigungsrate darstellt, wenn die herkömmliche NOx-Reinigungssteuerung durchgeführt wird;

5 eine grafische Darstellung ist, die die CO-Konzentration und HC-Konzentration darstellt, wenn die NOx-Reinigungssteuerung in der Abgasreinigungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor von 1 durchgeführt wird, und wenn eine herkömmliche NOx-Reinigungssteuerung durchgeführt wird; und

6 eine grafische Darstellung ist, die zeigt, wie die Kapazität eines vorderen Dreiwegekatalysators und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis die NOx-Reinigungsrate beeinflussen.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird nachstehend eine Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben.

1 stellt schematisch den Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der Erfindung dar.

Gemäß Darstellung in 1 ist ein Motor 1 (Verbrennungsmotor) ein so genannter Zylindereinspritzmotor mit einer Einspritzeinrichtung 6 (Kraftstoffeinspritzeinrichtung), die Kraftstoff direkt in eine Brennkammer 2 einspritzen kann, und mit einer Zündkerze 4 zum Zünden des von der Einspritzvorrichtung 6 eingespritzten Kraftstoffs.

Obwohl 1 nur eine Brennkammer 2 darstellt, weist der Motor 1 mehrere Zylinder (beispielsweise vier Zylinder, sechs Zylinder oder dergleichen) auf, wobei jeder Zylinder eine ähnliche Brennkammer 2 hat, die mit einer Einspritzvorrichtung 6 und einer Zündkerze 4 versehen ist. Die nachstehende Beschreibung, welche repräsentativ für die nur eine Brennkammer 2 erfolgt, ist natürlich auch auf die anderen Brennkammern 2 anwendbar.

Ein Einlasskanal 8, der sich nahezu parallel zu der Höhe des Motors 1 erstreckt, und ein Abgaskanal 10, der sich nahezu parallel zu der Breite des Motors 1 erstreckt, sind so angeordnet, dass sie mit der Brennkammer 2 in Verbindung stehen.

Der Einlasskanal 8 ist mit einem Einlassventil 12 versehen, welcher die Verbindung zwischen der Brennkammer 2 und dem Einlasskanal 8 herstellt und unterbricht. Der Abgaskanal 8 ist mit einem Auslassventil 14 versehen, welches die Verbindung zwischen der Brennkammer 2 und dem Abgaskanal 8 herstellt und unterbricht.

Der Einlasskanal 8 ist mit einem Einlasssammler 16 verbunden, während der Abgaskanal 10 mit einem Auslasssammler 18 verbunden ist.

Der Auslasssammler 18 ist mit einem Abgaskanal 20 verbunden und eine Abgasreinigungsvorrichtung 30 ist in dem Abgasrohr 20 angeordnet.

In der Abgasreinigungsvorrichtung 30 ist ein vorderer Dreiwegekatalysator 32 (Dreiwegekatalysator), ein NOx-Katalysator 34 und ein hinterer Dreiwegekatalysator 36 in dieser Reihenfolge von einer Anstromseite aus angeordnet.

Insbesondere haben der vordere Dreiwegekatalysator 32 und der hintere Dreiwegekatalysator 36 eine Funktion einer Oxidation von HC und CO, die in dem Abgas aus dem Motor 1 enthalten sind, und der Reduktion von NOx, welches ebenfalls in dem Abgas enthalten ist. Der NOx-Katalysator 34 hat eine Funktion der Absorption von NOx, das in dem Abgas aus dem Motor 1 enthalten ist, wenn sich der Motor 1 im mageren Betrieb befindet, und die Abgabe und Reduktion des absorbierten NOx, oder in anderen Worten, die Durchführung einer so genannten NOx-Reinigung, wenn sich der Motor 1 in einem stöchiometrischen oder fetten Betrieb befindet.

In der Nähe des Abgaseintrittes der Abgasreinigungsvorrichtung 30 ist ein Temperatursensor 38 (Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung) angeordnet.

Verschiedene Vorrichtungen einschließlich der Zündkerzen 4 und der Injektoren 6 und verschiedene Sensoren einschließlich des Temperatursensors 38 sind elektrisch mit einer ECU (elektronischen Steuereinheit) 40 (NOx-Reinigungs-Steuereinrichtung) verbunden. Die ECU 40 steuert den Betrieb der Vorrichtungen auf der Basis der Information aus den Sensoren.

Die Funktion der Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der vorliegenden Erfindung, welche wie vorstehend beschrieben eingerichtet ist, wird nachstehend beschrieben.

2 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerroutine für die NOx-Reinigung in der Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, welche von der ECU 40 durchgeführt wird.

Der Zeitpunkt der NOx-Reinigung wird abhängig von den Betriebszuständen des Motors 1 usw. bestimmt. Hier werden beispielsweise nach jeweils 30 Sekunden magerem Betrieb 2 Sekunden fetter Betrieb bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) 13,0 zur NOx-Reinigung durchgeführt. Somit wird die NOx-Reinigung hierin nachstehend als Bedingung A bezeichnet.

Gemäß Darstellung in 2 wird in der NOx-Reinigung zuerst bei dem Schritt S1 die eintrittsseitige Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung 30 durch den Temperatursensor 38 detektiert und auf der Basis dieser eintrittsseitigen Temperatur die Temperatur jedes in dem Abgasreinigungssystem 30 angeordneten Katalysators berechnet. Beispielsweise kann die Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators 32 als im Wesentlichen gleich mit der eintrittsseitigen Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung 30, die von dem Temperatursensor 38 detektiert wird, geschätzt werden und die Temperatur des NOx-Katalysators 34 kann als die eintrittsseitige Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung 30 plus einer spezifizierten Temperatur (100°C beispielsweise) geschätzt werden.

Anschließend wird bei dem Schritt S2 das Verhältnis der in der Hauptkraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge (nachstehend als "Hauptkraftstoffeinspritzmenge" bezeichnet) und der Menge der in der Hilfskraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffmenge (hierin nachstehend als "Hilfskraftstoffeinspritzmenge" bezeichnet) im fetten Betrieb für die NOx-Reinigung ermittelt.

Insbesondere wird im fetten Betrieb für die NOx-Reinigung die Kraftstoffeinspritzung in einer in eine Hauptkraftstoffeinspritzung in dem Einlasshub und eine Hilfskraftstoffeinspritzung in den Ausdehnungshub aufgeteilten Weise durchgeführt.

In der NOx-Reinigung im Zustand A wird das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge beispielsweise auf 2,5:1 festgelegt. Es ist anzumerken, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die NOx-Reinigung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis für die gesamte die Hauptkraftstoffeinspritzung und die Hilfskraftstoffeinspritzung umfassende Kraftstoffeinspritzung bedeutet. In der NOx-Reinigung im Zustand A ist die Anordnung so, dass 0,2 Sekunden nach dem Start des fetten Betriebs eine Hilfskraftstoffeinspritzung für 0,5 Sekunden durchgeführt wird, und dass das Gesamt-Luft/Kraftstoff-Verhältnis für 2 Sekunden der NOx-Reinigung 13,0 ist.

Es ist anzumerken, dass, wenn die bei dem Schritt S1 detektierte Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators 32 innerhalb des Bereichs der Aktivierungstemperaturen für den vorderen Dreiwegekatalysator 32 liegt, das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge innerhalb des Bereichs von 5:1 bis 2:1 festgelegt wird, wobei die Hilfskraftstoffeinspritzmenge relativ groß ist.

Ferner wird das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge so bestimmt, dass, je höher die Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators 32 ist, das Verhältnis der Hilfskraftstoffeinspritzmenge umso höher ist. Demzufolge enthält das Abgas aus dem Motor 1 eine größere Menge an HC, sobald die Temperatur des Dreiwegekatalysators höher wird. Im Vergleich zu den anderen Reduktionsmitteln wie z.B. CO wird HC weniger leicht von dem vorderen Dreiwegekatalysator 32 entfernt. Somit kann selbst dann, wenn der vordere Dreiwegekatalysator 32 aktiviert ist, eine ausreichende Menge an HC dem NOx-Katalysator 34 zugeführt werden.

Dann wird bei dem Schritt S3 der (als "Hilfskraftstoffeinspritzungs-Endzeitpunkt" bezeichnet) Beendigungszeitpunkt der Hilfskraftstoffeinspritzung korrigiert.

Insbesondere wird die Korrektur so ausgeführt, dass wenn die Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators 32 höher ist, der Hilfskraftstoffeinspritz-Beendigungszeitpunkt in einem größeren Maße verzögert wird, obwohl dieses durch die Bedingung begrenzt ist, dass der durch die Hilfskraftstoffeinspritzung eingespritzte Kraftstoff nicht durch die Verbrennung des durch die Hauptkraftstoffeinspritzung eingespritzten Kraftstoffes gezündet werden sollte. Auch als Ergebnis dieser Korrektur enthält das Abgas eine größere Menge an HC, wenn die Temperatur des Dreiwegekatalysators 32 höher wird.

In der NOx-Reinigung im Zustand A ist der ursprüngliche Hilfskraftstoffeinspritz-Beendigungszeitpunkt auf 65° ATDC (nach dem oberen Totpunkt) eingestellt.

Dann wird bei dem Schritt S4 die NOx-Reinigungssteuerung mit dem bei den Schritten S2 und S3 ermittelten Kraftstoffeinspritzverhältnis und Kraftstoffeinspritzzeitpunkt gestartet, womit die Ausführung dieser Routine endet.

Hier wird auf die 3 bis 6 Bezug genommen. 3 ist eine grafische Darstellung, welche den Bezug zwischen der. eintrittsseitigen Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators 32 und der NOx-Reinigungsrate darstellt, wenn die NOx-Reinigungssteuerung in der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. 4 ist eine grafische Darstellung, welche den Bezug zwischen der eintrittsseitigen Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators 32 und der NOx-Reinigungsrate darstellt, wenn die herkömmliche NOx-Reinigungssteuerung durchgeführt wird. 5 ist eine grafische Darstellung, welche die CO-Konzentration und HC-Konzentration des Abgases darstellt, wenn die NOx-Reinigungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, und wenn die herkömmliche NOx-Reinigungssteuerung durchgeführt wird. Es ist anzumerken, dass die herkömmliche NOx-Reinigungssteuerung im Zustand A mit einem Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge von 8,8:1 und einem Hilfskraftstoffeinspritzungs-Beendigungszeitpunkt von 89° ATDC durchgeführt wird.

Ein Vergleich zwischen den 3 und 4 zeigt, dass, wenn das Verhältnis der Hilfskraftstoffeinspritzmenge wie in der NOx-Reinigungssteuerung in der vorliegenden Erfindung erhöht wird, sich die NOx-Reinigungsrate in einem großen Maße verbessert.

Ferner zeigt 5, dass, wenn die herkömmliche NOx-Reinigungssteuerung durchgeführt wird, das Abgas in der Nähe des Eintritts zur Abgasreinigungsvorrichtung 30 eine hohe CO-Konzentration und eine niedrige HC-Konzentration hat. Währenddessen hat das Abgas, wenn die NOx-Reinigungssteuerung in der vorliegenden Ausführungsform der Abgasreinigungsvorrichtung 30 durchgeführt wird, eine niedrige CO-Konzentration und eine hohe HC-Konzentration.

Ferner hat in der NOx-Reinigungssteuerung in der vorliegenden Ausführungsform das Abgas eine niedrige CO-Konzentration in der Nähe des Eintritts der Abgasreinigungsvorrichtung 30 und hat eine gering erhöhte CO-Konzentration hinter dem vorderen Dreiwegekatalysator 32. Daraus wird geschlossen, dass, obwohl CO ursprünglich leichter durch den vorderen Dreiwegekatalysator 32 als HC gereinigt wird, wenn eine große Menge von HC an die vordere Stufe des Dreiwegekatalysators 32 kommt, CO aus HC so erzeugt wird, dass die Reinigung von CO durch den vorderen Dreiwegekatalysator 32 unterdrückt wird.

Somit wird gemäß Darstellung in 5, im Vergleich zu der herkömmlichen NOx-Reinigungssteuerung, wenn die NOx-Reinigungssteuerung der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird, eine größere Menge an HC, welche nicht einfach durch den Dreiwegekatalysator 32 gereinigt wird, aus dem Motor 1 emittiert, und auch die Menge an CO, welche gut als ein Reduktionsmittel bei dem Vorhandensein des NOx-Katalysators 34 reagiert, nimmt zu. Somit werden die Reduktionsmittel dem NOx-Katalysator 34 in einer besseren Weise zugeführt.

Somit kann selbst in dem Falle, wenn der vordere Dreiwegekatalysator 32 sich in einem aktivierten Zustand befindet, indem das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge variabel so verändert wird, dass, wenn die Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators 32 höher wird, das Verhältnis der Hilfskraftstoffeinspritzmenge innerhalb des Bereichs von 5:1 bis 2:1 zunimmt, in welchem das Verhältnis der Hilfskraftstoffeinspritzmenge im Vergleich zu dem herkömmlichen Falle relativ groß ist, ohne die Menge des in der NOx-Reinigung verbrauchten Kraftstoffs zu verändern, und indem der Hilfskraftstoffeinspritz-Beendigungszeitpunkt in einem größeren Maß verzögert wird, wenn die Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators 32 höher wird, eine ausreichende Menge von Reduktionsmitteln dem NOx-Katalysator 34 so zugeführt werden, dass die NOx-Reinigung in einer guten Weise durchgeführt werden kann.

Somit ist es möglich, das Abgasreinigungsverhalten unter gleichzeitiger Vermeidung einer Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs während der NOx-Reinigung zu verbessern.

Vorstehend wurde die Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt.

Beispielsweise wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im fetten Betrieb für die NOx-Reinigung abhängig von der Kapazität des vorderen Dreiwegekatalysators 32 bestimmt. In der beschriebenen Ausführungsform ist die Kapazität des vorderen Dreiwegekatalysators 32 1,0 L (1,0 Liter). Gemäß Darstellung in 6 kann, wenn dessen Kapazität 0,6 L ist, selbst dann, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im fetten Betrieb für die NOx-Reinigung auf 14,0 gesetzt wird, eine ausreichend hohe NOx-Reinigungsrate erzielt werden. Somit kann, wenn die Kapazität des vorderen Dreiwegekatalysators 32 kleiner ist, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis im fetten Betrieb für die NOx-Reinigung auf einen Wert eingestellt werden, welcher eine geringere Verschlechterung im Kraftstoffwirkungsgrad bewirkt.

Ferner kann die NOx-Reinigung, welche durch die Durchführung des fetten Betriebs in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ausgeführt wird, durch Durchführung eines stöchiometrischen Betriebes ausgeführt werden.

Ferner kann die Hauptkraftstoffeinspritzung, welche in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform in dem Einlasshub durchgeführt wird, in dem Kompressionshub durchgeführt werden und die Hilfskraftstoffeinspritzung, welche in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform in dem Ausdehnungshub durchgeführt wird, kann in dem Auslasshub durchgeführt werden.

Ferner kann, obwohl in der beschriebenen Ausführungsform nach 30 Sekunden mageren Betrieb, 2 Sekunden fetter Betrieb für die NOx-Reinigung durchgeführt wird, die Art der NOx-Reinigung nicht darauf beschränkt werden. Die NOx-Reinigung kann auch unter anderen Bedingungen durchgeführt werden.

Ferner wird in der beschriebenen Ausführungsform 0,2 Sekunden nach dem Start des fetten Betriebs die Hilfskraftstoffeinspritzung gestartet und die Hilfskraftstoffeinspritzdauer beträgt 0,5 Sekunden. Wenn die Hilfskraftstoffeinspritzdauer kürzer als die Dauer des fetten Betriebs ist, kann die Hilfskraftstoffeinspritzung an jedem Punkt innerhalb der Dauer des fetten Betriebs gestartet werden, obwohl es erforderlich ist, dass die Hilfskraftstoffeinspritzung innerhalb der Dauer des fetten Betriebs enden sollte.

Ferner ist, obwohl in der beschriebenen Ausführungsform der Katalysatortemperatursensor 38 in der Nähe des Abgaseintrittes der Abgasreinigungsvorrichtung 30 angeordnet ist, die Lage des Katalysatortemperatursensors 38 nicht darauf beschränkt. Er kann an jeder Stelle angeordnet werden, an welcher die Katalysatortemperatur detektiert werden kann. In diesem Falle werden die Temperatur des vorderen Dreiwegekatalysators 32 und die Temperatur des NOx-Katalysators 34 durch Korrigieren des Detektionsausgangssignals des Katalysatortemperatursensors 38 in Abhängigkeit von der Lage des Katalysatortemperatursensors 38 erhalten.

Anstelle der Verwendung einer Vorrichtung für die direkte Detektion der Temperatur, wie z.B. des Katalysatortemperatursensors 38, kann eine Vorrichtung oder ein Berechnungsverfahren zum Schätzen der Katalysatortemperatur aus einem anderen Parameter außer der Temperatur in einer bekannten Weise verwendet werden.

Ferner wird in der beschriebenen Ausführungsform das Verhältnis der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge ermittelt und der Hilfskraftstoffeinspritz-Beendigungszeitpunkt auf der Basis der Temperatur der vorderen Dreiwegekatalysators 32 korrigiert. Die Art der Ermittlung des vorstehenden Verhältnisses und der Korrektur der Hilfskraftstoffeinspritz-Beendigungszeitpunktes ist jedoch nicht darauf beschränkt und kann beispielsweise auf der Temperatur des NOx-Katalysators 34 basieren.

Der hintere Dreiwegekatalysator 36 ist nicht unbedingt erforderlich, kann jedoch nach Bedarf vorgesehen werden.


Anspruch[de]
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren, aufweisend:

eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, die zur Einspritzung von Kraftstoff direkt in eine Brennkammer (2) des Verbrennungsmotors (1) eingerichtet ist; einen NOx-Katalysator (34), der in einem Abgaskanal (20) des Verbrennungsmotors (1) angeordnet ist, um in dem Abgas enthaltenes NOx im mageren Betrieb des Verbrennungsmotors (1) zu absorbieren, und um das absorbierte NOx im stöchiometrischen oder fetten Betrieb des Verbrennungsmotors (1) auszugeben und zu reduzieren; einen Dreiwegekatalysator, (32) der anstromseitig vor dem NOx-Katalysator (34) in dem Abgaskanal angeordnet ist; und eine NOx-Reinigungssteuereinrichtung (40), die dafür eingerichtet ist, den NOx-Katalysator dazu zu veranlassen, das absorbierte NOx abzugeben und zu reduzieren, indem ein stöchiometrischer oder fetter Betrieb des Verbrennungsmotors (1) durchgeführt wird, indem die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (6) so gesteuert wird, dass sie eine Hauptkraftstoffeinspritzung und eine Hilfskraftstoffeinspritzung durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung für den Verbrennungsmotor ferner aufweist:

eine Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung (38), die dafür eingerichtet ist, die Temperatur wenigstens eines von dem NOx-Katalysator (34) oder dem Dreiwegekatalysator (32) zu detektieren oder abzuschätzen; wobei

die NOx-Reinigungs-Steuereinrichtung (40) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (6) so steuert, dass sie die Hauptkraftstoffeinspritzung in wenigstens einem von dem Einlasshub und dem Kompressionshub ausführt, und die Hilfskraftstoffeinspritzung in wenigstens einem von dem Ausdehnungshub und dem Auslasshub durchführt, und variabel das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge abhängig von der von der Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung (38) detektierten oder geschätzten Temperatur bestimmt.
Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Reinigungs-Steuereinrichtung (40) variabel das Verhältnis zwischen der Hauptkraftstoffeinspritzmenge und der Hilfskraftstoffeinspritzmenge innerhalb des Bereiches von 5:1 bis 2:1 festlegt. Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Reinigungs-Steuereinrichtung (40) das Verhältnis zwischen der Hilfskraftstoffeinspritzmenge und der Hauptkraftstoffeinspritzmenge größer festlegt, wenn die von der Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung (38) detektierte oder geschätzte Temperatur höher wird. Abgasreinigungsvorrichtung für Verbrennungsmotoren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Reinigungs-Steuereinrichtung (40) die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (6) so steuert, dass der Beendigungszeitpunkt der Hilfskraftstoffeinspritzung in einem größeren Maße verzögert wird, wenn die von der Katalysatortemperatur-Detektionseinrichtung (38) detektierte oder geschätzte Temperatur höher wird.






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