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ABGASREINIGUNGSVORRICHTUNG FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE MIT SELBSTZÜNDUNG - Dokument DE602004004927T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE602004004927T2 08.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001685311
Titel ABGASREINIGUNGSVORRICHTUNG FÜR EINE BRENNKRAFTMASCHINE MIT SELBSTZÜNDUNG
Anmelder Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota, Aichi, JP
Erfinder YOSHIDA, Kohei, Toyota-shi, Aichi 4718571, JP;
HIROTA, Shinya, Toyota-shi, Aichi 4718571, JP;
NAKANO, Yasuaki, Toyota-shi, Aichi 4718571, JP
Vertreter TBK-Patent, 80336 München
DE-Aktenzeichen 602004004927
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.10.2004
EP-Aktenzeichen 047930664
WO-Anmeldetag 21.10.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2004/015954
WO-Veröffentlichungsnummer 2005040571
WO-Veröffentlichungsdatum 06.05.2005
EP-Offenlegungsdatum 02.08.2006
EP date of grant 21.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse F01N 3/08(2006.01)A, F, I, 20060704, B, H, EP
IPC-Nebenklasse F02D 41/02(2006.01)A, L, I, 20060704, B, H, EP   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Kommpressionszündungsart.

STAND DER TECHNIK

Im Stand der Technik ist ein Verbrennungsmotor bekannt, der in einer Verbrennungsmotorabgaspassage einen NOx-Speicherkatalysator angeordnet hat, der NOx speichert, das in einem Abgas enthalten ist, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und der das gespeicherte NOx freigibt, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis oder fett wird. In diesem Verbrennungsmotor wird das NOx, das produziert wird, wenn Kraftstoff unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis verbrannt wird, in dem NOx-Katalysator gespeichert. Andererseits, wenn die NOx-Speicherfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators eine Sättigung erreicht, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases temporär fett gemacht, und dadurch wird das NOx von dem NOx-Speicherkatalysator freigesetzt und reduziert.

Jedoch enthalten der Kraftstoff und das Schmieröl Schwefel. Deshalb enthält das Abgas SOx. Dieses SOx wird in dem NOx-Speicherkatalysator zusammen mit dem NOxgespeichert. Jedoch wird dieses SOx nicht von dem NOx-Speicherkatalysator nur dadurch freigesetzt, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases fett gemacht wird. Deshalb erhöht sich allmählich die Menge von SOx, die in dem NOx-Speicherkatalysator gespeichert wird. Als eine Folge verringert sich allmählich die Menge von NOx, die gespeichert werden kann.

Aus dem Stand der Technik ist deshalb ein Verbrennungsmotor bekannt, der ein SOx-Absorptionselement hat, das in der Verbrennungsmotorabgaspassage stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators angeordnet ist, um zu verhindern, dass SOx zu dem NOx-Speicherkatalysator geliefert wird (siehe ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr. 2000-145436). In diesem Verbrennungsmotor wird das SOx, das in dem Abgas enthalten ist, durch das SOx-Absorbierelement absorbiert. Deshalb wird verhindert, dass SOx in den NOx-Speicherkatalysator strömt. Als eine Folge kann verhindert werden, dass die Speicherfähigkeit des NOx aufgrund einer Speicherung von SOx absinkt.

Wenn solch ein SOx-Absorptionselement verwendet wird, falls die SOx-Absorptionsfähigkeit des SOx-Absorptionselements gesättigt ist, strömt das SOx jedoch in den NOx-Speicherkatalysator. Mit diesem SOx-Absorptionselement, falls jedoch die Temperatur des SOx-Absorptionselements angehoben wird und das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in das SOx-Absorptionselement strömt, fett gemacht wird, ist es möglich das absorbierte SOx von dem SOx-Absorptionselement freizusetzen, und deshalb möglich, das SOx-Absorptionselement wieder herzustellen. Jedoch führt ein Freisetzen von SOx von dem SOx-Absorptionselement auf diese Weise dazu, dass das freigesetzte SOx in dem NOx-Speicherkatalysator gespeichert wird. Deshalb ist in diesem Verbrennungsmotor eine Bypasspassage vorgesehen, die den NOx-Speicherkatalysator umgeht. Wenn SOx von dem SOx-Absorptionselement freigesetzt wird, wird das freigesetzte SOx in die Atmosphäre durch die Beipasspassage abgegeben.

In dem vorstehenden SOx-Absorptionselement ist es durch Erhöhen der Temperatur des SOx-Absorptionselements und durch Fett machen des Luftkraftstoffgemisches des Abgases, das in das SOx-Absorptionselement strömt, möglich, das SOx von dem SOx-Absorptionselement freizusetzen. Jedoch wird auf diese Weise das SOx von dem SOx-Absorptionselement nur nach und nach freigesetzt. Deshalb muss das Luft-Kraftstoffverhältnis für ein Freisetzen des gesamten absorbierten SOx von dem SOx-Absorptionselement für eine lange Zeit fett gemacht werden, und daher gibt es das Problem, dass eine große Menge von Kraftstoff oder Reduziermittel notwendig wird. Desweiteren wird das SOx, das von dem SOx-Absorptionselement freigesetzt wird, in die Atmosphäre abgeben. Dies ist auch nicht bevorzugt.

In dieser Weise entstehen, wenn ein SOx-Absorptionselement verwendet wird, falls die Freisetzung von SOx nicht gesteuert wird, Beschränkungen bei der SOx-Absorptiosfähigkeit. Deshalb muss die Freisetzung von SOx gesteuert werden, wenn ein SOx-Absorptionselement verwendet wird. Falls jedoch die Freisetzung von SOx gesteuert wird, d.h. so lange SOx von dem SOx-Absorptionselement feigesetzt wird, tritt das vorstehende Problem auf.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasreinigungsvorrichtung eines Verbrennungsmotors der Kommpressionszündungsart vorzusehen, die den SOx-Freisetzvorgang von einem SOx-Fangkatalysator unterdrücken kann, während die hohe NOx-Speicherfähigkeit eines NOx-Speicherkatalysators beibehalten wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor der Kommpressionszündungsart vorgesehen, die einen SOx-Fangkatalysator hat, der in einer Verbrennungsmotorabgaspassage vorgesehen ist und SOx fangen kann, das in einem Abgas enthalten ist, und die einen NOx-Speicherkatalysator hat, der in der Abgaspassage stromabwärts des SOx-Fangkatalysators angeordnet ist, wobei der NOx-Speicherkatalysator NOx speichert, das in dem Abgas enthalten ist, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das gespeicherte NOx freisetzt, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis oder fett wird, wobei der SOx-Fangkatalysator SOx fängt, das in dem Abgas enthalten ist, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator einströmt, mager ist, die Eigenschaft hat, dass das gefangene SOx allmählich ins Innere des SOx-Fangkatalysators diffundiert, wenn die Temperatur des SOx-Fangkatalysators unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases ansteigt, und die Eigenschaft des Freisetzens des gefangenen SOx hat, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator strömt, fett wird, falls die Temperatur des SOx-Fangkatalysators die SOx-Freisetztemperatur oder höher ist; wobei die Vorrichtung mit einer Luft-Kraftstoffverhältnissteuereinrichtung, die während eines Verbrennensmotorbetriebs fortfährt, das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator strömt, mager zu halten ohne zu gestatten, dass es fett wird, und einer Schätzeinrichtung für ein Schätzen einer SOx-Fangrate versehen ist, die ein Verhältnis von SOx, das in dem SOx-Fangkatalysator gefangen wird, zu dem SOx anzeigt, das in dem Abgas enthalten ist; und wobei die Vorrichtung die Temperatur des SOx-Fangkatalysators unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases ansteigen lässt, wenn die SOx-Fangrate unter eine vorbestimmte Fangrate fällt, um dadurch die SOx-Fangrate wieder herzustellen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Übersicht eines Verbrennungsmotors der Kompressionszündungsart;

2 ist eine Übersicht einer weiteren Ausführungsform eines Verbrennungsmotors der Kommpressionszündungsart;

3 ist eine Übersicht einer noch weiteren Ausführungsform eines Verbrennungsmotors der Kompressionszündungsart;

4A und 4B sind Ansichten des Aufbaues eines Partikelfilters;

5 ist eine Schnittansicht eines Oberflächenteils eines Katalysatorträgers eines NOx-Speicherkatalysators;

6 ist eine Schnittansicht eines Oberflächenteils eines Katalysatorträgers eines SOx-Fangkatalysators;

7 ist eine Ansicht einer SOx-Fangrate;

8 ist eine Ansicht für ein Erklären einer Temperaturanstiegssteuerung;

9 ist eine Ansicht, die eine Einspritzzeitabstimmung zeigt;

10A bis 10C sind Ansichten der Beziehungen zwischen einer gespeicherten SOx-Menge &Sgr;SOX1 und einer gespeicherten SOx-Menge SO(n) für eine Temperaturanstiegssteuerung, etc.;

11 ist ein Zeitablaufdiagramm von Änderungen der gespeicherten SOx-Menge &Sgr;SOX1, etc.;

12 ist ein Flussdiagramm für einen Ablauf einer ersten Ausführungsform eines SOx-Stabilisierungsprozesses;

13 ist ein Flussdiagramm für einen Ablauf einer zweiten Ausführungsform eines SOx-Stabilisierungsprozesses;

14 ist ein Zeitablaufdiagramm eines SOx-Stabilisierungsprozesses;

15 ist ein Zeitablaufdiagramm einer Temperaturanstiegssteuerung eines Partikelfilters;

16 ist ein Zeitablaufdiagramm einer SOx-Freisetzsteuerung;

17A und 17B sind Ansichten eines Kennfelds einer gespeicherten NOx-Menge NOXA, etc., und

18 ist ein Flussdiagramm für ein Ausführen eines Prozesses für den NOx-Speicherkatalysator.

BESTE FORM FÜR EIN AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

1 zeigt eine Übersicht eines Verbrennungsmotors der Kompressionszündungsart.

Mit Bezug auf 1 bezeichnet 1 einen Verbrennungsmotorkörper, 2 eine Verbrennungskammer von jedem Zylinder, 3 ein elektronisch gesteuertes Kraftstoffeinspritzelement für ein Einspritzen von Kraftstoff in jede Verbrennungskammer 2, 4 einen Einlasskrümmer und 5 einen Abgas bzw. Auslasskrümmer. Der Einlasskrümmer 4 ist durch einen Einlasskanal 6 mit einem Auslass eines Kompressors 7a eines Abgasturboladers 7 verbunden. Der Einlass des Kompressors 7a ist mit einem Luftreinigungselement 8 verbunden. Im Inneren des Einlasskanals 6 ist ein Drosselventil 9 angeordnet, das durch einen Schrittmotor angetrieben wird. Desweiteren ist um den Einlasskanal 6 herum eine Kühlvorrichtung (Zwischenkühler 10) für ein Kühlen der Einlassluft angeordnet, die durch das Innere des Einlasskanals 6 strömt. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wird das Verbrennungsmotorkühlwasser in die Kühlvorrichtung 10 geführt. Das Verbrennungsmotorkühlwasser kühlt die Einlassluft. Andererseits ist der Auslasskrümmer 5 mit einem Einlass einer Abgasturbine 7b des Abgasturboladers 7 verbunden, während der Auslass der Abgasturbine 7b mit einem Einlass eines SOx-Fangkatalysators 11 verbunden ist. Desweiteren ist der Auslass des SOx-Fangkatalysators 11 durch ein Auslassrohr 13 mit einem NOx-Speicherkatalysator 12 verbunden. Das Auslassrohr 13 ist mit einem Reduziermittelzuführventil 14 für ein Zuführen eines Reduziermittels, das zum Beispiel aus Kohlenwasserstoffen besteht, in das Abgas versehen, das durch das Innere des Auslassrohrs bzw. Abgasrohrs 13 strömt.

Der Auslasskrümmer 5 und der Einlasskrümmer 4 sind durch eine Abgasrezirkulationspassage 15 (nachstehend als eine „EGR-Passage" bezeichnet) verbunden. Die EGR-Passage 15 ist mit einem elektronisch gesteuerten EGR-Steuerventil 16 versehen. Desweiteren ist um die EGR-Passage 15 herum eine Kühlvorrichtung 17 für ein Kühlen des EGR-Gases angeordnet, das durch das Innere der EGR-Passage 15 strömt. In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, wird das Verbrennungsmotorkühlwasser in die Kühlvorrichtung 17 geführt. Das Verbrennungsmotorkühlwasser kühlt das EGR-Gas. Andererseits ist jedes Kraftstoffeinspritzelement 3 durch ein Kraftstofflieferrohr 18 mit einer Common Rail 19 verbunden. Diese Common Rail 19 wird mit Kraftstoff von einer elektronisch gesteuerten variablen Abgabekraftstoffpumpe 20 versorgt. Der Kraftstoff, der in die Common Rail 19 geliefert wird, wird durch jedes Kraftstofflieferrohr 18 zu dem Kraftstoffeinspritzelement 3 zugeführt.

Eine elektronische Steuereinheit 30 besteht aus einem Digitalcomputer, der mit einem Nur-Lese-Speicher (ROM) 32, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 33, einem Mikroprozessor (CPU) 34, einem Eingabeanschluss 35 und einem Ausgabeanschluss 36 versehen ist, die alle miteinander durch einen bidirektionalen Bus 31 verbunden sind. Der SOx-Fangkatalysator 11 ist mit einem Temperatursensor 21 für ein Erfassen der Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 versehen. Der NOx-Speicherkatalysator 12 ist mit einem Temperatursensor 22 für ein Erfassen der Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 12 versehen. Die Ausgabesignale der Temperatursensoren 21 und 22 werden durch entsprechende AD-Umwandler 37 zu dem Eingabeanschluss 35 eingegeben. Desweiteren ist der NOx-Speicherkatalysator 12 mit einem Differentialdrucksensor 23 für ein Erfassen des Differentialdrucks vor und nach dem NOx-Speicherkatalysator 12 versehen. Das Ausgabesignal des Differentialdrucksensors 23 wird durch den entsprechenden AD-Wandler 37 zu dem Eingabeanschluss 35 eingegeben.

Ein Gaspedal 40 hat einen Lastsensor 41, der eine Ausgabespannung generiert, die proportional zu dem Niederdrückbetrag L des Gaspedals 40 ist, das mit ihm verbunden ist. Die Ausgabespannung des Lastsensors 41 wird durch einen entsprechenden AD-Wandler 37 zu dem Eingabeanschluss 35 eingegeben. Desweiteren hat der Eingabeanschluss 35 einen Kurbelwinkelsensor 42, der einen Ausgabepuls jedes Mal dann erzeugt, wenn sich die Kurbelwelle beispielsweise um 15° dreht, die mit ihm verbunden ist. Andererseits ist der Ausgabeanschluss 36 durch entsprechende Antriebsschaltkreise 38 mit den Kraftstoffeinspritzelementen 3, dem Drosselventilschrittmotor, dem Reduziermittelzuführventil 14, dem EGR-Steuerventil 16 und der Kraftstoffpumpe 20 verbunden.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Verbrennungsmotors der Kompressionszündungsart. In dieser Ausführungsform ist zusätzlich zu dem Reduziermittelzuführventil 14, das an dem Auslassrohr 13 befestigt ist, ein Krümmerrohr 5a für beispielsweise den #1 Zylinder des Auslasskrümmers 5 mit einem Kohlenwasserstoffzuführventil 24 für ein Zuführen von beispielsweise Kohlenwasserstoffen versehen.

Andererseits zeigt 3 eine noch weitere Ausführungsform eines Verbrennungsmotors der Kompressionszündungsart. In dieser Ausführungsform ist das Auslassrohr 13 mit einem SOx-Sensor 25 für ein Erfassen der Konzentration von SOx in dem Abgas versehen, das aus dem SOx-Fangkatalysator 11 ausströmt.

Zuerst wird der NOx-Speicherkatalysator 12 erklärt, der in 1 bis 3 gezeigt ist. Der NOx-Speicherkatalysator 12 wird von einem dreidimensionalen netzstrukturartigen Monolithträger oder von Pellet- bzw. Kugelträgern getragen oder wird von einem Partikelfilter mit Honigwabenstruktur getragen. Auf diese Weise kann der NOx-Speicherkatalysator von verschiedenen Typen von Trägern getragen werden, aber nachstehend wird der Fall erklärt, dass der NOx-Speicherkatalysator 12 von einem Partikelfilter getragen wird.

4A und 4B zeigen den Aufbau des Partikelfilters 12a, der den NOx-Speicherkatalysator 12 trägt. Es sei angemerkt, dass 4A eine Vorderansicht des Partikelfilters 12a ist, während 4B eine Seitenschnittansicht des Partikelfilters 12a ist. Wie in 4A und 4B gezeigt ist, bildet der Partikelfilter 12a eine Honigwabenstruktur und ist mit einer Vielzahl von Abgaspassagen 60 und 61 versehen, die sich parallel zueinander erstrecken. Diese Abgaspassagen bestehen aus Abgaseinströmpassagen 60, deren stromabwärtige Enden durch Deckel 62 abgedichtet bzw. verschlossen sind, und Abgasausströmpassagen 61, deren stromaufwärtige Enden durch Deckel 63 abgedichtet bzw. verschlossen sind. Es sei angemerkt, dass die schraffierten Abschnitte in 4A Deckel 63 anzeigen. Deshalb sind die Abgaseinströmpassagen 60 und die Abgasausströmpassagen 61 abwechselnd durch dünne Wandteilungen 64 getrennt angeordnet. In anderen Worten gesagt sind die Abgaseinströmpassagen 60 und die Abgasausströmpassagen 61 so angeordnet, dass jede Abgaseinströmpassage 60 durch vier Abgasausströmpassagen 61 umgeben ist und jede Abgasausströmpassage 61 durch vier Abgaseinströmpassagen 60 umgeben ist.

Der Partikelfilter 12a ist aus einem porösen Material ausgebildet, wie zum Beispiel Kordierit. Deshalb strömt das Abgas, das in die Abgaseinströmpassagen 60 einströmt, durch die umgebenden Teilungen 64 hindurch in die benachbarten Abgasausströmpassagen 61, wie durch die Pfeile in 4B gezeigt ist.

Wenn der NOx-Speicherkatalysator 12 in dieser Weise an dem Partikelfilter 12a getragen wird, tragen die Umfangswände der Abgaseinströmpassagen 60 und Abgasausströmpassagen 61, d.h. die Oberflächen der zwei Seiten der Teilungen 64 und die Innenwände der feinen Löcher der Teilungen 64 einen Katalysatorträger, der aus Aluminiumoxid besteht. 5 zeigt schematisch den Querschnitt des Oberflächenteils dieses Katalysatorträgers 45. Wie in 5 gezeigt ist, trägt der Katalysatorträger 45 einen Edelmetallkatalysator 46, der auf seiner Oberfläche verteilt ist. Desweiteren ist der Katalysatorträger 45 mit einer Schicht eines NOx-Absorbierelements 47 auf seiner Oberfläche ausgebildet.

In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Platin Pt als der Edelmetallkatalysator 46verwendet. Als das Bestandteil, das das NOx-Absorptionselement 47 bildet, kann beispielsweise wenigstens ein Element verwendet werden, das von Kalium K, Natrium Na, Cäsium Cs oder einem anderen Erdalkalimetall, Barium Ba, Calcium Ca, oder einer anderen Alkalierde, Lanthan La, Yttrium Y oder einem anderen seltenen Erdemetall gewählt ist.

Falls das Verhältnis der Luft und des Kraftstoffs (Kohlenwasserstoffe), die zu der Verbrennungsmotoreinlasspassage, den Verbrennungskammern 2 und der Abgaspassage stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators 12 zugeführt werden, als das „Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases" bezeichnet wird, führt das NOx-Absorptionselement 47 einen NOx-Absorptions- und Freisetzvorgang des Speicherns des NOx, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases mager ist, und des Freisetzens des gespeicherten NOx durch, wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas fällt.

Das heißt, wenn für eine Erklärung als ein Beispiel der Fall betrachtet wird, dass Barium Ba als der Bestandteil verwendet wird, der das NOx-Absorbierelement 47 ausbildet, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases mager ist, d.h. wenn die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist, wird das NOx, das in dem Abgas enthalten ist, an dem Platin Pt 46 oxidiert, wie in 5 gezeigt ist, um NO2 zu werden, dann wird in dem NOx-Absorbierelement 47 absorbiert und diffundiert in das NOx-Absorbierelement 47 in der Form von Salpetersäureionen NO3 -, während es an das Bariumoxid BaO bindet. Auf diese Weise wird das NOx in dem NOx-Absorptionselement 47 absorbiert. Solange die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas hoch ist wird NO2 an der Oberfläche des Platins Pt 46 produziert. Solange die NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Absorptionselements 47 nicht gesättigt ist, wird das NO2 in dem NOx-Absorptionselement 47 absorbiert und Salpetersäureionen NO3 - werden produziert.

Umgekehrt dazu verläuft die Reaktion durch Zuführen eines Reduziermittels von dem Reduziermittelzuführventil 14, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases fett oder zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis zu machen, da die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas sinkt, in der Rückwärtsrichtung (NO3 - → NO2) und deshalb werden die Salpetersäureionen NO3 - in dem NOx-Absorbierelement 47 von dem NOx-Absorbierelement 47 in der Form von NO2 freigesetzt. Als nächstes wird das freigesetzte NOx durch die unverbrannten Kohlenwasserstoffe oder CO reduziert, das in dem Abgas enthalten ist.

Auf diese Weise wird, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases mager ist, d.h. wenn Kraftstoff unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis verbrannt wird, das NOx in dem Abgas in dem NOx-Absorbierelement 47 absorbiert. Wenn jedoch ein Verbrennen von Kraftstoff unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnisses andauert, wird während dieser Zeit die NOx-Absorptionsfähigkeit des NOx-Absorbierelements 47 schließlich gesättigt, und deshalb kann NOx schließlich nicht länger durch das NOx-Absorbierelement 47 absorbiert werden. Deshalb wird in dieser Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, bevor die Absorptionsfähigkeit des NOx-Absorbierelements 47 gesättigt wird, ein Reduziermittel von dem Reduziermittelzuführventil 14 zugeführt, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases temporär fett zu machen und dadurch das NOx von dem NOx-Absorbierelement 47 freizusetzen.

Jedoch enthält Abgas SOx, d.h. SO2. Wenn dieses SO2 in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, wird dieses SO2 bei dem Platin Pt 46 oxidiert und wird SO3. Als nächstes wird dieses SO2 in dem NOx-Absorbierelement 47 absorbiert und bindet an das Bariumoxid BaO, während es in das NOx-Absorbierelement 47 in der Form von Sulfationen SO4 2- diffundiert, um das stabile Sulfat BaSO4 zu bilden. Jedoch hat das NOx-Absorbierelement 47 eine starke Basizität, so dass dieses Sulfat BaSO4 stabil und schwer zu zerlegen ist. Wenn nur das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases fett gemacht wird, bleibt das Sulfat BaSO4 erhalten ohne zerlegt zu werden. Deshalb wird sich in dem NOx-Absorbierelement 47 das Sulfat mit der Zeit erhöhen, und deshalb wird die Menge von NOx, die das NOx-Absorbierelement 47 absorbieren kann, mit der Zeit fallen.

In diesem Fall wird jedoch, wie am Beginn erklärt, SOx von dem NOx-Absorbierelement 47 freigesetzt, falls die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 11 auf die SOx-Freisetztemperatur von 600°C oder mehr angehoben wird und falls in diesem Zustand das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases fett gemacht wird, das in den NOx-Speicherkatalysator 11 strömt. Jedoch wird in diesem Fall SOx von dem NOx-Absorbierelement 47 nur sehr langsam freigesetzt. Deshalb muss für ein Freisetzen des gesamten absorbierten SOx von dem SOx-Absorbierelement 47 das Luft-Kraftstoffverhältnis für eine lange Zeit fett gemacht werden, und deshalb gibt es das Problem, dass eine große Menge von Kraftstoff oder ein Reduziermittel notwendig wird. Des Weiteren wird das SOx, das von dem SOx-Absorbierelement 47 freigesetzt wird, in die Atmosphäre abgegeben. Dies ist auch nicht bevorzugt.

Deshalb ist in der vorliegenden Erfindung ein SOx-Fangkatalysator stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators 12 angeordnet, und dieser SOx-Fangkatalysator 11 wird verwendet, um das SOx zu fangen, das in dem Abgas enthalten ist, und um dadurch zu verhindern, dass SOx in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt. Als Nächstes wird dieser SOx-Fangkatalysator 11 beschrieben.

Der SOx-Fangkatalysator 11 besteht zum Beispiel aus einem Monolithkatalysator mit Honigwabenstruktur und hat eine große Anzahl von Abgasdurchgangslöchern, die sich gerade in der Axialrichtung des SOx-Fangkatalysators 11 erstrecken. Wenn der SOx-Fangkatalysator 11 aus einem Monolithkatalysator mit Honigwabenstruktur in dieser Weise ausgebildet ist, tragen die Innenumfangswände der Abgasdurchgangslöcher einen Katalysatorträger, der zum Beispiel aus Aluminiumoxid besteht. 6 zeigt schematisch den Querschnitt des Oberflächenteils dieses Katalysatorträgers 50. Wie in 6 gezeigt ist, ist der Katalysator 50 mit einer Deckschicht 51 an seiner Oberfläche ausgebildet. Des Weiteren trägt die Deckschicht 51 einen Edelmetallkatalysator 52, der auf ihrer Oberfläche verteilt ist.

In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird Platin Pt als der Edelmetallkatalysator 52 verwendet. Als der Bestandteil, der die Deckschicht 51 ausbildet, kann beispielsweise wenigstens ein Element verwendet werden, das von Kalium K, Natrium Na, Cäsium Cs, oder einem anderen Alkalimetall, Barium Ba, Calcium Ca, oder einem anderen Alkalierdmetall, Lanthan La, Yttrium Y oder einem anderen seltenen Erdmetall gewählt ist. Das heißt die Deckschicht 51 des SOx-Fangkatalysators 11 weist eine starke Basizität auf.

Deshalb wird das SOx, das in dem Abgas enthalten ist, d.h. das SO2, bei dem Platin 52 oxidiert, wie in 6 gezeigt ist, und wird dann in der Deckschicht 51 gefangen. Das heißt das SO2 diffundiert in die Deckschicht 51 in der Form von Sulfationen SO4 2-, um ein Sulfat auszubilden. Es sei angemerkt, dass, wie vorstehend erklärt ist, die Deckschicht 51 eine starke Basizität aufweist. Deshalb wird ein Teil des SO2, das in dem Abgas enthalten ist, direkt in der Deckschicht 51 gefangen, wie in 5 gezeigt ist.

Die Konzentrationen in der Deckschicht 51 in 6 zeigt die Konzentration des gefangenen SOx. Wie von 6 zu verstehen ist, ist die Konzentration von SOx in der Deckschicht 51 am höchsten nahe der Oberfläche der Deckschicht 51 und wird allmählich mit zunehmender Tiefe geringer. Falls die SOx-Konzentration nahe der Oberfläche der Deckschicht 51 hoch wird, wird die Basizität der Oberfläche der Deckschicht 51 schwächer und die SOx-Fangfähigkeit wird schwächer. Deshalb, falls der Anteil des SOx, das durch den SOx-Fangkatalysator 11 gefangen wird, zu dem SOx, das in dem Abgas enthalten ist, als die „SOx-Fangrate" bezeichnet wird, dann fällt die SOx-Fangrate, wenn die Basizität der Oberfläche der Deckschicht 51 schwächer wird.

7 zeigt die Änderungen der SOx-Fangrate über die Zeit. Wie in 7 gezeigt ist, ist die SOx-Fangrate zuerst nahe 100%, fällt dann aber stark mit zunehmender Zeit ab. Deshalb wird in der vorliegenden Erfindung, wie in 8 gezeigt ist, wenn die SOx-Fangrate unter eine vorbestimmte Rate fällt, eine Temperaturanstiegssteuerung durchgeführt, um die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases anzuheben und dadurch die SOx-Fangrate wiederherzustellen.

Das heißt, falls die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases erhöht wird, diffundiert das SOx, das nahe der Oberfläche der Deckschicht 51 konzentriert ist, in den tieferen Teil der Deckschicht 51, so dass die SOx-Konzentration in der Deckschicht 51 gleichmäßig wird. Das heißt, das Sulfat, das in der Deckschicht 51 produziert wird, ändert sich von einem unstabilen Zustand mit Konzentration nage der Oberfläche der Deckschicht 51, zu einem stabilen Zustand mit gleichmäßiger Verteilung über das gesamte Innere der Deckschicht 51. Wenn das SOx, das nahe der Oberfläche der Deckschicht 51 vorhanden ist, in den tieferen Teil der Deckschicht 51 diffundiert, fällt die Konzentration von SOx nahe der Oberfläche der Deckschicht 51. Deshalb wird, wenn die Temperaturanstiegssteuerung des SOx-Fangkatalysators 11 beendet ist, die SOx-Fangrate wiederhergestellt, wie in 8 gezeigt ist.

Wenn die Temperaturanstiegssteuerung des SOx-Fangkatalysators 11 durchgeführt wird, falls die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 auf im Wesentlichen 450°C eingestellt wird, kann das SOx, das nahe der Oberfläche der Deckschicht 51 vorhanden ist, dazu gebracht werden, in die Deckschicht 51 zu diffundieren. Falls die Temperatur des SOx-Fangkatalysators auf ungefähr 600°C angehoben wird, kann die Konzentration von SOx in der Deckschicht 51 in beträchtlichem Maße vergleichmäßigt werden. Deshalb ist es bei der Zeit der Temperaturanstiegssteuerung des SOx-Fangkatalysators 11 bevorzugt, die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 auf ungefähr 600°C unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases anzuheben.

Es sei angemerkt, dass wenn die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 angehoben wird, falls das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases fett gemacht wird, SOx von dem SOx-Fangkatalysator 11 freigesetzt wird. Deshalb kann, wenn die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 angehoben wird, das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases nicht fett gemacht werden. Des Weiteren wird, wenn die Konzentration von SOx nahe der Oberfläche der Deckschicht 51 hoch wird, selbst wenn die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 nicht angehoben wird, falls das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases fett gemacht wird, SOxvon dem SOx-Fangkatalysator 11 freigesetzt. Deshalb wird in der vorliegenden Erfindung, wenn die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 die SOx-Freisetztemperatur oder höher ist, verhindert, dass das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator 11 strömt, fett gemacht wird.

Grundsätzlich wird in der vorliegenden Erfindung angenommen, dass der SOx-Fangkatalysator 11 verwendet wird wie er ist, ohne von dem Erwerbszeitpunkt des Fahrzeugs an bis zu dem Ende seiner Lebenszeit ersetzt zu werden. In vergangenen Jahren ist besonders die Menge von Schwefel, die im Kraftstoff enthalten ist, verringert worden. Deshalb, falls die Kapazität des SOx-Fangkatalysators 11 bis zu einem gewissen Ausmaß größer gemacht wird, kann der SOx-Fangkatalysator 11 verwendet werden wie er ist, bis zu dem Ende der Lebenszeit des Fahrzeugs, ohne dass er ersetzt werden muss. Falls beispielsweise die mögliche Betriebsdistanz eines Fahrzeugs 500000 km ist, ist die Kapazität des SOx-Fangkatalysators 11 als eine Kapazität ausgelegt, die ermöglicht, dass SOx bei einer hohen SOx-Fangrate ohne eine Temperaturanstiegssteuerung bis ungefähr 250000 km gefangen werden kann. In diesem Fall wird die erste bzw. anfängliche Temperaturanstiegssteuerung bei ungefähr 250000 km durchgeführt.

Als Nächstes wird das Verfahren des Anhebens der Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 mit Bezug auf 9 beschrieben.

Eines der wirksamen Verfahren für ein Anheben der Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 ist das Verfahren des Verzögerns der Kraftstoffeinspritzzeitabstimmung bis nach dem oberen Kompressionstotpunkt. Das heißt normalerweise wird der Hauptkraftstoff Qm nahe dem oberen Kompressionstotpunkt eingespritzt, wie in (I) von 9 gezeigt ist. In diesem Fall, wie in (II) von 9gezeigt ist, falls die Einspritzzeitabstimmung des Hauptkraftstoffs Qm verzögert ist, wird die Nachverbrennungszeitspanne länger und deshalb steigt die Abgastemperatur an. Falls die Abgastemperatur ansteigt, steigt die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 zusammen mit dieser an.

Des Weiteren, um die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 anzuheben, wie in (III) von 9 gezeigt ist, ist es auch möglich, einen zusätzlichen Kraftstoff Qv nahe einem oberen Einlasstotpunkt zusätzlich zu dem Hauptkraftstoff Qm einzuspritzen. Falls auf diese Weise ein zusätzlicher Kraftstoff Qv zusätzlich eingespritzt wird, wird der Kraftstoff, der verbrannt wird, um exakt die Menge des zusätzlichen Kraftstoffs Qv erhöht, so dass die Abgastemperatur steigt und deshalb die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 steigt.

Andererseits, falls ein zusätzlicher Kraftstoff Qv nahe dem oberen Einlasstotpunkt auf diese Weise eingespritzt wird, werden Aldehyde, Ketone, Peroxide, Kohlenmonoxide und andere Zwischenprodukte von dem zusätzlichen Kraftstoff Qv aufgrund der Kompressionswärme während des Kompressionshubs erzeugt. Diese Zwischenprodukte beschleunigen die Reaktion des Hauptkraftstoffs Qm. Deshalb wird in diesem Fall, wie durch (III) von 9 gezeigt ist, selbst wenn die Einspritzzeitabstimmung des Hauptkraftstoffs Qm stark verzögert ist, eine gute Verbrennung ohne Fehlzündungen erhalten. Das heißt es ist möglich, die Einspritzzeitabstimmung des Hauptkraftstoffs Qm stark zu verzögern, so dass die Abgastemperatur beträchtlich hoch wird, und deshalb kann die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 schnell erhöht werden.

Des Weiteren, um die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 anzuheben, wie in (IV) von 9 gezeigt ist, ist es auch möglich, einen zusätzlichen Kraftstoff Qp während des Arbeitshubs oder Auslasshubs zusätzlich zu dem Hauptkraftstoff Qm einzuspritzen. Das heißt in diesem Fall wird der Hauptteil des zusätzlichen Kraftstoffs Qp nicht verbrannt und wird in die Abgaspassage in der Form von unverbrannten Kohlenwasserstoffen abgegeben. Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden durch den überschüssigen Sauerstoff an dem SOx-Fangkatalysator 11 oxidiert. Die Wärme der Oxidationsreaktion, die zu dieser Zeit entsteht, erhöht die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11.

Andererseits ist es in dem Verbrennungsmotor, der in 2 gezeigt ist, auch möglich, Kohlenwasserstoffe von dem Kohlenwasserstoffzuführventil 24 zuzuführen und die Wärme der Oxidationsreaktion der Kohlenwasserstoffe zu verwenden, um die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 anzuheben. Des Weiteren ist es möglich, irgendeine der Einspritzsteuerroutinen zu verwenden, die von (II) bis (IV) von 9 gezeigt sind, und Kohlenwasserstoffe von dem Kohlenwasserstoffzuführventil 24 zuzuführen. Es sei angemerkt, dass egal welches Verfahren verwendet wird, um die Temperatur anzuheben, das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator 11 strömt, nicht fett gemacht wird sondern mager gehalten wird.

Als Nächstes wird eine erste Ausführungsform des SOx-Stabilisierungsprozesses bei dem SOx-Fangkatalysator 11 erklärt, während auf 10A bis 12 Bezug genommen wird.

In der ersten Ausführungsform wird die Menge von SOx geschätzt, die durch den SOx-Fangkatalysator 11 gefangen wird. Wenn die Menge von SOx, die durch den SOx-Fangkatalysator 11 gefangen wird, eine vorbestimmte Menge übersteigt, wird beurteilt, dass die SOx-Fangrate unter die vorbestimmte Rate gefallen ist. Zu dieser Zeit wird, um die SOx-Fangrate wiederherzustellen, die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases in der Temperaturanstiegssteuerung angehoben.

Das heißt, Kraftstoff enthält einen gewissen Anteil an Schwefel. Deshalb ist die Menge von SOx, die in dem Abgas enthalten ist, d.h. die Menge von SOx, die durch den SOx-Fangkatalysator 11 gefangen wird, proportional zu der Kraftstoffeinspritzmenge. Die Kraftstoffeinspritzmenge ist eine Funktion des erforderten Moments und der Verbrennungsmotordrehzahl. Deshalb wird die Menge von SOx, die durch den SOx-Fangkatalysator 11 gefangen wird, auch eine Funktion des erforderten Moments und der Verbrennungsmotordrehzahl. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die SOx-Menge SOXA, die pro Zeiteinheit in dem SOx-Fangkatalysator 11 gefangen wird, als eine Funktion des erforderten Moments TQ und der Verbrennungsmotordrehzahl M in der Form eines Kennfelds, wie in 10A gezeigt ist, im Voraus in dem ROM 32 gespeichert.

Des Weiteren enthält Schmieröl einen gewissen Anteil an Schwefel. Die Menge von Schmieröl, die in einer Verbrennungskammer 2 verbrannt wird, d.h. die Menge von SOx, die in dem Abgas enthalten und in dem SOx-Fangkatalysator 11 gefangen wird, wird eine Funktion des erforderten Moments und der Verbrennungsmotordrehzahl. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Menge SOXB von SOx, die in dem Schmieröl enthalten ist und pro Zeiteinheit in dem SOx-Fangkatalysator 11 gefangen wird, als eine Funktion des erforderten Moments TQ und der Verbrennungsmotordrehzahl N in der Form eines Kennfelds, wie in 10B gezeigt ist, im Voraus in dem ROM 32 gespeichert. Durch kumulatives Addieren der SOx-Menge SOXA und der SOx-Menge SOXB wird die SOx-Menge &Sgr;SOX1 berechnet, die in dem SOx-Fangkatalysator 11 gefangen wird.

Des Weiteren wird in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 10C gezeigt ist, die Beziehung zwischen der SOx-Menge &Sgr;SOX1 und der vorbestimmten SOx-Menge SO(n), wenn die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 angehoben wird, im Voraus gespeichert. Wenn die SOx-Menge &Sgr;SOx1 das vorbestimmte SO(n) (n = 1, 2, 3, ...) übersteigt, wird die Temperaturanstiegssteuerung des SOx-Fangkatalysators 11 durchgeführt. Es sei angemerkt, dass in 10C n die Anzahl der Temperaturanstiegsprozesse bzw. Temperaturanstiegsdurchführungen anzeigt. Wie von 10C zu verstehen ist, wenn sich die Anzahl n der Temperaturanstiegsprozesse für ein Wiederherstellen der SOx-Fangrate erhöht, wird die vorbestimmte Menge SO(n) erhöht. Die Erhöhungsrate der vorbestimmten Menge SO(n) wird verringert, je größer die Anzahl n der Prozesse ist. Das heißt die Erhöhungsrate von SO(d) zu SO(2) ist von der Erhöhungsrate von SO(2) zu SO(1) verringert.

Das heißt, wie durch den Zeitablauf von 11 gezeigt ist, erhöht sich die Menge &Sgr;SO1 von SOx, das durch den SOx-Fangkatalysator 11 gefangen wird, weiter mit der Zeit bis zu dem zulässigen Wert MAX. Es sei angemerkt, dass in 11 die Zeit, wenn &Sgr;SO1 = MAX die Zeit der Betriebsdistanz von ungefähr 500.000 km ist.

Andererseits zeigt in 11 die Konzentration von SOx die Konzentration von SOx nahe der Oberfläche des SOx-Fangkatalysators 11. Wie von 11 zu verstehen ist, wenn die Konzentration von SOx nahe der Oberfläche des SOx-Fangkatalysators 11 den zulässigen Wert SOZ übersteigt, wird die Temperatur T des SOx-Fangkatalysators 11 unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases in der Temperaturanstiegssteuerung angehoben. Wenn die Temperaturanstiegssteuerung durchgeführt wird, fällt die Konzentration von SOx nahe der Oberfläche des SOx-Fangkatalysators 11, aber die Reduktionsmenge bzw. der Reduktionsbetrag der SOx-Konzentration wird mit jeder Temperaturanstiegssteuerungsroutine geringer. Deshalb wird die Zeitspanne von dem Zeitpunkt, wenn eine Temperaturanstiegssteuerroutine durchgeführt wird, zu dem Zeitpunkt, wenn die nächste Temperaturanstiegssteuerung durchgeführt wird, mit jeder Temperaturanstiegssteuerroutine kleiner.

Es sei angemerkt, dass wie in 11 gezeigt ist, die gefangene SOx-Menge &Sgr;SOx1, die SO(1), SO(2), ... erreicht, die Konzentration von SOx nahe der Oberfläche des SOx-Fangkatalysators 11 bedeutet, die den zulässigen Wert SOz erreicht.

12 zeigt die Routine für einen Ablauf des SOx-Stabilisierungsprozesses der ersten Ausführungsform.

Mit Bezugnahme auf 12 werden zuerst bei Schritt 100 die Mengen SOXA und SOXB des SOx, das pro Zeiteinheit gefangen wird, von 10A und 10B ausgelesen. Als Nächstes wird bei Schritt 101 die Summe von diesem SOXA und diesem SOXB zu der SOx-Menge &Sgr;SOX1 hinzugefügt. Als Nächstes wird bei Schritt 102 beurteilt, ob die SOx-Menge &Sgr;SOX1 die vorbestimmte Menge SO(n) (n = 1, 2, 3, ...) erreicht hat, die in 10C gezeigt ist. Wenn die SOx-Menge &Sgr;SOX1 die vorbestimmte Menge SO(n) erreicht hat, geht die Routine weiter zu Schritt 103, wo die Temperaturanstiegssteuerung durchgeführt wird.

13 und 14 zeigen eine zweite Ausführungsform des SOx-Stabilisierungsprozesses. In dieser Ausführungsform ist, wie in 3 gezeigt ist, der SOx-Sensor 25 stromabwärts des SOx-Fangkatalysators 11 angeordnet. Dieser SOx-Sensor 25 erfasst die Konzentration von SOx in dem Abgas, das von dem SOx-Fangkatalysator 11 ausströmt. Das heißt, in der zweiten Ausführungsform, wie in 14 gezeigt ist, wenn die Konzentration von SOx in dem Abgas, die durch den SOx-Sensor 25 erfasst wird, die vorbestimmte Konzentration SOY übersteigt, wird beurteilt, dass die SOx-Fangrate unter die vorbestimmte Rate gefallen ist. Zu dieser Zeit wird die Temperatur T des SOx-Fangkatalysators 11 unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases in der Temperaturanstiegssteuerung erhöht, um die SOx-Fangrate wiederherzustellen.

13 zeigt die Routine für ein einen Ablauf der zweiten Ausführungsform.

Mit Bezug auf 13 wird zuerst bei Schritt 100 das Ausgabesignal des SOx-Sensors 25, beispielsweise die Ausgabespannung V ausgelesen. Als Nächstes wird bei Schritt 111 beurteilt, ob die Spannung V des SOx-Sensors 25 eine Einstellung VX überschritten hat, d.h. ob die Konzentration von SOx in dem Abgas die vorbestimmte Konzentration SOY überschritten hat. Wenn V > VX ist, d.h. wenn die Konzentration von SOx in dem Abgas die vorbestimmte Konzentration SOY überstiegen hat, geht die Routine weiter zu Schritt 112, wo die Temperaturanstiegssteuerung durchgeführt wird.

Als Nächstes wird der Prozess für den NOx-Speicherkatalysator 12 erklärt, während auf 15 bis 18 Bezug genommen wird.

In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Menge NOXA von NOx, die pro Zeiteinheit in dem NOx-Speicherkatalysator 12 gespeichert wird, als eine Funktion des erforderten Moments TQ und der Verbrennungsmotordrehzahl N in der Form des Kennfelds, das in 17A gezeigt ist, im Voraus in dem ROM 32 gespeichert. Durch kumulatives Hinzufügen dieser NOx-Menge NOXA, wird die Menge &Sgr;NOX von NOx berechnet, die in dem NOx-Speicherkatalysator 12 gespeichert ist. In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, wie in 15 gezeigt ist, jedes Mal wenn die NOx-Menge &Sgr;NOX den zulässigen Wert NX erreicht, das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, zeitweilig fett gemacht, wodurch NOx von dem NOx-Speicherkatalysator 12 freigesetzt wird.

Es sei angemerkt, dass, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis A/F des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, fett gemacht wird, das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator 11 einströmt, mager gehalten werden muss. Deshalb ist in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Reduziermittelzuführvorrichtung, zum Beispiel ein Reduziermittelzuführventil 14, wie in 1 bis 3 gezeigt ist, in der Abgaspassage zwischen dem SOx-Fangkatalysator 11 und dem NOx-Speicherkatalysator 12 angeordnet. Durch Zuführen von Reduziermittel in die Abgaspassage von dem Reduziermittelzuführventil 14, wenn NOx von dem NOx-Speicherkatalysator 12 freigesetzt werden sollte, wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, temporär fett gemacht.

Andererseits werden die Partikel, die in dem Abgas enthalten sind, an dem Partikelfilter 12a gefangen, der den NOx-Speicherkatalysator 12 trägt, und sukzessive oxidiert. Wenn jedoch die Menge der Partikel, die gefangen werden, größer wird als die Menge der Partikel, die oxidiert werden, setzen sich die Partikel allmählich an dem Partikelfilter 12a ab. In diesem Fall, falls sich die Ablagerung von Partikeln erhöht, ist es notwendig, die abgelagerten Partikel zu entfernen. In diesem Fall, falls die Temperatur des Partikelfilters 12a bei einem Überschuss von Luft auf ungefähr 600°C erhöht wird, werden die abgelagerten Partikel oxidiert und entfernt.

Deshalb wird in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn die Menge der Partikel, die an dem Partikelfilter 12a abgelagert sind, die zulässige Menge übersteigt, die Temperatur des Partikelfilters 12a unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases angehoben, und dadurch werden die abgelagerten Partikel durch Oxidation entfernt. Genauer gesagt wird in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wenn der Differenzialdruck &Dgr;P vor und nach dem Partikelfilter 12a, der durch den Differenzialdrucksensor 23 erfasst wird, den zulässigen Wert PX übersteigt, wie in 15 gezeigt ist, beurteilt, dass die Menge von abgelagerten Partikeln die zulässige Menge überstiegen hat. Zu dieser Zeit wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in dem Partikelfilter 12a strömt, mager gehalten, und die Temperatur T des Partikelfilters 12a wird in der Temperaturanstiegssteuerung angehoben. Es sei angemerkt, dass, wenn die Temperatur T des Partikelfilters 12a hoch wird, die Menge von NOx &Sgr;NOX, die gefangen worden ist, aufgrund einer Freisetzung von NOx von dem NOx-Speicherkatalysator 12 fällt.

Wenn die Temperatur des Partikelfilters 12a erhöht werden soll, soll die Temperatur des SOx-Fangkatalysators 11 nicht erhöht werden. Deshalb wird, wenn die Temperatur des Partikelfilters 12a erhöht wird, ein Reduziermittel von dem Reduziermittelzuführventil 14 in dem Bereich zugeführt, bei dem das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases mager gehalten werden kann, und die Wärme der Oxidationsreaktion des Reduziermittels wird verwendet, um die Temperatur T des Partikelfilters 12a anzuheben.

Andererseits, wenn die SOx-Fangrate durch den SOx-Fangkatalysator 11 100% ist, strömt überhaupt kein SOx in den NOx-Speicherkatalysator 12. Deshalb gibt es in diesem Fall absolut keine Gefahr, dass SOx in dem NOx-Speicherkatalysator 12 gespeichert wird. Im Gegensatz dazu, wenn die SOx-Fangrate nicht 100% ist, selbst wenn die SOx-Fangrate nahezu 100% ist, wird SOx in dem NOx-Speicherkatalysator gespeichert. In diesem Fall ist die Menge von SOx, die in dem NOx-Speicherkatalysator 12 pro Zeiteinheit gespeichert wird, jedoch außerordentlich gering. Nichtsdestotrotz wird, falls eine lange Zeit verstreicht, eine große Menge von SOx in dem NOx-Speicherkatalysator 12 gespeichert. Falls eine große Menge von SOx gespeichert ist, muss das gespeicherte SOx freigesetzt werden.

Wie vorstehend beschrieben ist, um zu bewirken, dass das SOx von dem NOx-Speicherkatalysator 12 freigesetzt wird, ist es notwendig, die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators 12 auf die SOx-Freisetztemperatur anzuheben und das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, fett zu machen. Deshalb wird in dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in 16 gezeigt ist, wenn die Menge &Sgr;SOX2 von SOx, die in dem NOx-Speicherkatalysator 12 gespeichert ist, den zulässigen Wert SOX2 erreicht, die Temperatur T des NOx-Speicherkatalysators 12 auf die NOx-Freisetztemperatur TX erhöht und das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, wird fett gemacht. Es sei angemerkt, dass die Menge SOXZ von SOx, die in dem NOx-Speicherkatalysator 12 pro Zeiteinheit gespeichert wird, als eine Funktion des erforderten Moments TQ und der Verbrennungsmotordrehzahl N in der Form eines Kennfelds, wie in 17B gezeigt ist, im Voraus in dem ROM 32 gespeichert wird. Durch kommulatives Addieren dieser Menge SOXZ von SOx, wird die gespeicherte SOx-Menge &Sgr;SOX2 berechnet.

Wenn SOx von dem NOx-Speicherkatalysator 12 freigesetzt wird, falls das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator 11 strömt, fett gemacht wird, wird das SOx, das in dem SOx-Fangkatalysator 11 gefangen ist, von dem SOx-Fangkatalysator 11 freigesetzt, und das freigesetzte SOxwird in dem NOx-Speicherkatalysator 12 gespeichert. Deshalb ist es, wenn SOx von dem NOx-Speicherkatalysator 12 freigesetzt wird, nicht möglich, das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator 11 strömt, fett zu machen. Demzufolge wird in dieser Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn SOx von dem NOx-Speicherkatalysator 12 freigesetzt werden sollte, zuerst das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx Fangkatalysator 11 und den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, mager beibehalten und ein Reduziermittel wird von dem Reduziermittelzuführventil 14 zugeführt, um die Temperatur T des NOx-Speicherkatalysators 12 auf die NOx-Freisetztemperatur TX zu erhöhen, und dann wird das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator 11 strömt, mager gehalten und die Zuführmenge von Reduziermittel von dem Reduziermittelzuführventil 14 wird erhöht, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, fett zu machen. Es sei angemerkt, dass es in diesem Fall auch möglich ist, das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator strömt, abwechselnd zwischen fett und mager zu schalten.

18 zeigt die Prozessroutine für den NOx-Speicherkatalysator 12.

Mit Bezug auf 18 wird zuerst bei Schritt 120 die Menge NOXA von NOx, die pro Zeiteinheit absorbiert wird, von dem Kennfeld berechnet, das in 17A gezeigt ist. Als nächstes wird bei Schritt 121 dieses NOXA zu der NOx Menge &Sgr;NOX hinzugefügt, die in dem NOx-Speicherkatalysator 12 gespeichert ist. Als nächstes wird bei Schritt 122 beurteilt, ob die gespeicherte NOx-Menge &Sgr;NOX den zulässigen Wert NX überschritten hat. Wenn &Sgr;NOX > NX ist, dann geht die Routine weiter zu Schritt 123, wo ein Fettprozess durchgeführt wird, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, durch das Reduziermittel, das von dem Reduziermittelzuführventil 14 zugeführt wird, temporär von mager zu fett zu schalten, und &Sgr;NOX wird gelöscht.

Als nächstes wird bei Schritt 124 der Differenzialdrucksensor 23 verwendet, um den Differenzialdruck &Dgr;P vor und nach dem Partikelfilter 12a zu erfassen. Als nächstes wird bei Schritt 125 beurteilt, ob der Differenzialdruck &Dgr;P den zulässigen Wert PX überschritten hat. Wenn &Dgr;P > PX ist, dann geht die Routine weiter zu Schritt 126, wo die Temperaturanstiegssteuerung des Partikelfilters 12a durchgeführt wird. Diese Temperaturanstiegssteuerung wird durch ein Magerhalten des Luft-Kraftstoffverhältnisses des Abgases, das in den Partikelfilter 12a strömt, und ein Zuführen eines Reduziermittels von dem Reduziermittelzuführventil 14 durchgeführt.

Als nächstes wird bei Schritt 127, die SOx-Menge SOXZ, die pro Zeiteinheit gespeichert wird, von dem Kennfeld berechnet, dass in 17B gezeigt ist. Als nächstes wird bei Schritt 128 dieses SOXZ zu der SOx-Menge &Sgr;SOX2 hinzugefügt, die in dem NOx-Speicherkatalysator 12 gespeichert ist. Als nächstes wird bei Schritt 129 beurteilt, ob die gespeicherte SOx-Menge &Sgr;SOX2 den zulässigen Wert SOX2 überschritten hat. Wenn &Sgr;SOX2 > SX2 ist, dann geht die Routine weiter zu Schritt 130, wo das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, mager gehalten wird und ein Reduziermittel von dem Reduziermittelzuführventil 14 zugeführt wird, um die Temperatur T des NOx-Speicherkatalysators 12 auf die SOx-Freisetztemperatur TX in der Temperaturanstiegssteuerung zu erhöhen. Als nächstes wird bei Schritt 131 das Reduziermittel, das von dem Reduziermittelzuführventil 14 zugeführt wird, verwendet, um das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator 12 strömt, in dem Fettprozess fett zu halten und &Sgr;SOX2 wird gelöscht.

4
Einlasskrümmer
5
Auslasskrümmer
7
Abgasturbolader
11
SOx-Fangkatalysator
12
NOx-Speicherkatalysator
14
Reduziermittelzuführventil


Anspruch[de]
Abgasreinigungsvorrichtung für einen Verbrennungsmotor (1) der Kompressionszündungsart, der einen SOx-Fangkatalysator (11) hat, der in einer Verbrennungsmotorabgaspassage (13) angeordnet ist und SOx fangen kann, das in einem Abgas enthalten ist, und der einen NOx-Speicherkatalystator (12) hat, der in der Abgaspassage (13) stromabwärts des SOx-Fangkatalysators (11) angeordnet ist, wobei der NOx-Speicherkatalysator (12) NOx speichert, das in einem Abgas enthalten ist, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des einströmenden Abgases mager ist, und das gespeicherte Nox freigibt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des einströmenden Abgases das stöchiometrische Luft-Kraftstoffverhältnis oder fett wird, wobei der SOx-Fangkatalysator (11) SOx fängt, das in dem Abgas enthalten ist, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator (11) strömt, mager ist,

wobei die Abgasreinigungsvorrichtung durch den SOx-Fangkatalysator (11) gekennzeichnet ist, der die Eigenschaft hat, dass das gefangene SOx allmählich ins Innere des SOx-Fangkatalysators (11) diffundiert, wenn die Temperatur des SOx-Fangkatalysators (11) unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases ansteigt, und der die Eigenschaft des Freisetzens des gefangenen SOx hat, wenn das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator (11) strömt, fett wird, wenn die Temperatur des SOx-Fangkatalysators (11) die SOx-Freisetztemperatur oder höher wird; wobei die Vorrichtung mit einer Luft-Kraftstoffverhältnissteuereinrichtung (30), die während eines Verbrennungsmotorbetriebs fortfährt, das Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases, das in den SOx-Fangkatalysator (30) strömt, mager zu halten, ohne zu gestatten, dass es fett wird, und einer Schätzeinrichtung (30) für ein Schätzen einer SOx-Fangrate versehen ist, die ein Verhältnis von SOx anzeigt, das in dem SOx-Fangkatalysator (11) gefangen worden ist, in dem SOx, das in dem Abgas enthalten ist; und wobei

die Vorrichtung die Temperatur des SOx-Fangkatalysators (11) unter einem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis des Abgases ansteigen lässt, wenn die SOx-Fangrate unter eine vorbestimmte Rate fällt, um dadurch die SOx-Fangrate wiederherzustellen.
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der SOx-Fangkatalysator (11) aus einer Deckschicht (51), die an einem Katalysatorträger (50) ausgebildet ist, und aus einem Edelmetallkatalysator (52) besteht, der an der Deckschicht gehalten wird, und die Deckschicht ein Alkalimetall, ein Alkalierdmetall oder ein seltenes Erdmetall enthält, dass in sie eindiffundiert ist. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Menge von SOx geschätzt wird, die in dem SOx-Fangkatalysator (11) gefangen wird, wobei beurteilt wird, dass die SOx-Fangrate unter eine vorbestimmte Rate gefallen ist, wenn die Menge von SOx, die in dem SOx-Fangkatalysator (11) gefangen ist, eine vorbestimmte Menge übersteigt, und wobei die SOx-Fangrate zu dieser Zeit durch Erhöhen der Temperatur des SOx-Fangkatalysators (11) unter einem mageren Luft-Krafstoffverhältnis des Abgases wiederhergestellt wird. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die vorbestimmte Menge zusammen mit einer Erhöhung der Zeitenanzahl des Durchführens des Wiederherstellens der SOx-Fangrate erhöht wird, und das Erhöhungsverhältnis der vorbestimmten Menge verringert wird, je größer die Zeitenanzahl des Durchführens ist. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die in einer Abgaspassage (13) stromabwärts des SOx-Fangkatalysators (11) einen SOx-Sensor (25) angeordnet hat, der eine Konzentration von SOx in einem Abgas erfassen kann, und die die SOx-Fangrate von einem Ausgabesignal des SOx-Sensors (25) berechnet. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei beurteilt wird, dass die SOx-Fangrate unter eine vorbestimmte Rate gefallen ist, wenn die Konzentration von SOx in einem Abgas, die durch den SOx-Sensor (25) erfasst wird, eine vorbestimmte Konzentration übersteigt, und wobei zu dieser Zeit die SOx-Fangrate durch Erhöhen der Temperatur des SOx-Fangkatalysators (11) unter einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases wiederhergestellt wird. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der eine Reduktionsmittelzuführvorrichtung (14) in einer Abgaspassage (13) zwischen dem SOx-Fangkatalysator (11) und dem NOx-Speicherkatalysator (12) angeordnet ist, und wobei, wenn NOx von dem NOx-Speicherkatalysator (12) freigesetzt werden sollte, ein Reduziermittel von der Reduziermittelzuführvorrichtung (14) zu dem Inneren der Abgaspassage (13) geliefert wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator (12) strömt, temporär fett zu machen. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der NOx-Speicherkatalysator (12) an einem Partikelfilter (12a) für ein Fangen und Oxidieren von Partikeln getragen wird, die in dem Abgas enthalten sind. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Temperatur des Partikelfilters (12a) unter einem mageren Luftkraftstoffverhältnis des Abgases angehoben wird, wenn die Menge von Partikeln, die an dem Partikelfilter (12a) abgeschieden sind, eine zulässige Menge übersteigt, um die abgeschiedenen Partikel durch Oxidation zu entfernen. Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei, wenn SOx in dem NOx-Speicherkatalysator (12) gespeichert ist, die Temperatur des NOx-Speicherkatalysators (12) auf die SOx-Freisetztemperatur angehoben, und ein Reduziermittel von der Reduziermittelzuführvorrichtung (14) zu dem Inneren der Abgaspassage (13) geliefert wird, um das Luftkraftstoff-Verhältnis des Abgases, das in den NOx-Speicherkatalysator (12) strömt, fett zu machen.






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