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Gebiet der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für
die Reinigung von Abgas, das aus einem Verbrennungsmotor ausgestoßen
wird.
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Technischer Hintergrund
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Eine
Vorrichtung für die Reinigung von Abgas, die einen Ruß-
bzw. Kohlenstofffänger und einen Dreiwegekatalysator aufweist,
die hintereinander an einem Auspuffauslass angeordnet sind, wird
beispielsweise im Patentdokument 1 offenbart. Der Kohlenstofffänger
weist eine Katalysatorschicht auf, um Ruß bzw. Kohlenstoff
zu entfernen, und der Dreiwegekatalysator weist eine Dreiwegekatalysatorschicht auf,
um Stickoxid NOx, Kohlenwasserstoff HC und Kohlenmonoxid CO zu oxidieren
und zu reduzieren. Eine solche herkömmliche Technik kann
ternäre Komponenten (NOx, HC, CO) und Feinteilchenmaterial
PM, das hauptsächlich Ruß bzw. Kohlenstoff enthält,
beseitigen.
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Außer
dem oben genannten Dokument kennt der Anmelder die folgenden Dokumente,
die als Stand der Technik für die vorliegende Erfindung relevant
sind.
- [Patentdokument 1] Veröffentlichte japanische Gebrauchsmusteranmeldung
Nr. Hei 4-34426
- [Patentdokument 2] Veröffentlichte japanische Gebrauchsmusteranmeldung Nr. Sho
64-3017
- [Patentdokument 3] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. Sho 60-43113
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Offenbarung der Erfindung
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Problemstellung
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In
einer Abgasreinigungsvorrichtung, die in einer Abgasleitung eines
Verbrennungsmotors installiert ist, ist es sehr wichtig, dass durch
die Aufwärmleistung eines Katalysators der Ausstoß bzw.
die Emission von Abgasen verringert wird, beispielsweise während
eines Kaltstarts. Bei den oben genannten herkömmlichen
Abgasreinigungsvorrichtungen wurde jedoch nicht darauf geachtet,
eine gute Ausgewogenheit zwischen der Verringerung des Abgasausstoßes
durch die Sicherstellung der Aufwärmleistung des Katalysators
und der Entfernung des Feinteilchenmaterials PM zu erreichen. In
dieser Hinsicht muss die herkömmliche Technik weiter verbessert werden,
um eine Abgasreinigungsvorrichtung zu verwirklichen, der es gelingt,
eine gute Ausgewogenheit zwischen der Verringerung des Abgasausstoßes
und der Entfernung von Feinteilchenmaterial PM zu erreichen.
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Die
vorliegende Erfindung soll das genannte Problem lösen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Abgasreinigungsvorrichtung für
einen Verbrennungsmotor, der es gelingt, eine gute Ausgewogenheit
zwischen der Verringerung des Abgasausstoßes und der Entfernung
von Feinteilchenmaterial PM zu erreichen.
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Problemlösung
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Ein
erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor, wobei diese Vorrichtung aufweist:
einen
Teilchenfilter, der in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors
angeordnet ist und der Feinteilchenmaterial, das im Abgas enthalten
sind, abfängt;
einen stromaufwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator, der in der Abgasleitung stromaufwärts
vom Teilchenfilter angeordnet ist; und
einen stromabwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator, der in der Abgasleitung stromabwärts
vom Teilchenfilter angeordnet ist und der eine Sauerstoff-Speicherkapazität
aufweist;
wobei der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator keine
Sauerstoff-Speicherkapazität aufweist oder eine kleinere
Sauerstoff-Speicherkapazität aufweist als der stromabwärtsseitige
Dreiwegekatalysator.
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Ein
zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor nach dem ersten Aspekt der
vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung weiter aufweist:
einen
Luft/Krafstoffverhältnis-Sensor, der in der Abgasleitung
stromabwärts vom stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator
angeordnet ist, um Informationen über ein Luft/Kraftstoffverhältnis
des Abgases zu erhalten; und
ein Rückkopplungsmittel,
um eine Kraftstoff-Einspritzmenge auf der Basis der Ausgaben vom Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor
zu korrigieren;
wobei der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator ein
Katalysator ist, der mit einer Sauerstoffmenge beliefert wird, die
vom Rückkopplungsmittel eingestellt wird.
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Ein
dritter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor nach dem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung ferner aufweist:
einen
stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor,
der in der Abgasleitung stromaufwärts vom stromaufwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator angeordnet ist, um Informationen über
ein Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases zu erhalten;
wobei
das Rückkopplungsmittel aufweist: ein Haupt-Rückkopplungsmittel,
das auf der Basis der Ausgaben vom stromaufwärtsseitigen
Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor eine Kraftstoff-Einspritzmenge derart
korrigiert, dass ein Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases,
das stromaufwärts vom stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator
vorliegt, mit einem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis übereinstimmt,
und ein Neben-Rückkopplungsmittel, das Inhalte, die vom Haupt-Rückkopplungsmittel
korrigiert wurden, auf Basis der Ausgaben vom Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor
modifiziert.
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Ein
vierter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor nach einem der ersten bis dritten Aspekte
der vorliegenden Erfindung,
wobei der stromabwärtsseitige
Dreiwegekatalysator eine größere Kapazität
aufweist als der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator.
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Ein
fünfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor nach einem der ersten bis vierten
Aspekte der vorliegenden Erfindung,
wobei eine Länge
des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators 20 bis 50
mm beträgt.
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Ein
sechster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor, wobei die Vorrichtung aufweist:
einen
Teilchenfilter mit integriertem Katalysator, der in einer Abgasleitung
des Verbrennungsmotors angeordnet ist und der die Aufgabe hat, Feinteilchen, die
im Abgas enthalten sind, abzufangen, und der eine Dreiwegekatalysator-Funktion
hat;
einen stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator,
der in der Abgasleitung stromabwärts von dem Teilchenfilter
mit integriertem Katalysator angeordnet ist und der eine Sauerstoff-Speicherkapazität
aufweist;
wobei der Teilchenfilter mit integriertem Katalysator keine
Sauerstoff-Speicherkapazität hat oder eine geringere Sauerstoff-Speicherkapazität
hat als der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator.
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Ein
siebter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor nach dem sechsten Aspekt der vorliegenden
Erfindung, wobei die Vorrichtung ferner aufweist:
einen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor,
der in der Abgasleitung stromabwärts vom stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator
angeordnet ist, um Informationen über ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases zu erhalten; und
ein Rückkopplungsmittel
zum Korrigieren der Kraftstoff-Einspritzmenge auf der Basis der
Ausgaben vom Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor;
wobei
der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator ein Katalysator
ist, dem eine Sauerstoffmenge zugeführt wird, die vom Rückkopplungsmittel
eingestellt wird.
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Ein
achter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor nach dem siebten Aspekt der vorliegenden
Erfindung, wobei die Vorrichtung ferner aufweist:
einen stromaufwärtsseitigen
Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der in der Abgasleitung
stromaufwärts von dem Teilchenfilter mit integriertem Katalysator angeordnet
ist, um Informationen über ein Luft/Kraftstoffverhältnis
des Abgases zu erhalten;
wobei das Rückkopplungsmittel
aufweist: ein Haupt-Rückkopplungsmittel, das auf der Basis
der Ausgaben vom stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor
eine Kraftstoff-Einspritzmenge derart korrigiert, dass ein Luft/Kraftstoffverhältnis
des Abgases, das stromaufwärts von dem Teilchenfilter mit
integriertem Katalysator vorliegt, mit einem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis übereinstimmt,
und ein Neben-Rückkopplungsmittel, das Inhalte, die vom Haupt-Rückkopplungsmittel
korrigiert wurden, auf der Basis der Ausgaben vom Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor
modifiziert.
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Ein
neunter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor nach den sechsten bis achten Aspekten
der vorliegenden Erfindung,
wobei der stromabwärtsseitige
Dreiwegekatalysator eine größere Kapazität
aufweist als ein Abschnitt in dem Teilchenfilter mit integriertem
Katalysator, der eine Dreiwegekatalysatorfunktion hat.
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Ein
zehnter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor, wobei die Vorrichtung aufweist:
einen
Teilchenfilter, der in einer Abgasleitung des Verbrennungsmotors
vorgesehen ist und der Feinteilchenmaterial, das im Abgas enthalten
ist, abfängt;
einen Dreiwegekatalysator, der in der
Abgasleitung stromabwärts vom Teilchenfilter angeordnet
ist und der eine Sauerstoff-Speicherkapazität aufweist;
einen
Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor, der in der Abgasleitung
stromabwärts vom Dreiwegekatalysator angeordnet ist, um
Informationen über ein Luft/Kraftstoffverhältnis
des Abgases zu erhalten; und
ein Rückkopplungsmittel
zum Korrigieren einer Kraftstoff-Einspritzmenge auf der Basis von
Ausgaben des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors;
wobei
der Dreiwegekatalysator ein Katalysator ist, dem eine Sauerstoffmenge
zugeführt wird, die vom Rückkopplungsmittel eingestellt
wird.
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Ein
elfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor nach dem zehnten Aspekt der
vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung ferner aufweist:
einen
stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor,
der in der Abgasleitung stromaufwärts vom Teilchenfilter
angeordnet ist, um Informationen über ein Luft/Kraftstoffverhältnis
des Abgases zu erhalten;
wobei das Rückkopplungsmittel
aufweist: ein Haupt-Rückkopplungsmittel, das auf der Basis
der Ausgaben vom stromaufwärtsseitigen Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor
eine Kraftstoff-Einspritzmenge derart korrigiert, dass ein Luft/Kraftstoffverhältnis
des Abgases, das stromaufwärts vom Teilchenfilter vorliegt,
mit einem Soll-Luft/Kraftstoffverhältnis übereinstimmt,
und ein Neben-Rückkopplungsmittel, das Inhalte, die vom
Haupt-Rückkopplungsmittel korrigiert wurden, auf der Basis
der Ausgaben vom Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor modifiziert.
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Vorteile der Erfindung
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Gemäß dem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Aufwärmleistung
des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators beim Starten ausreichend
sichergestellt werden, indem der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator
so weit oben im Abgasstrom wie möglich angeordnet wird.
Außerdem kann der Teilchenfilter in eine Umgebung gebracht werden,
wo der Teilchenfilter dem Abgas ausgesetzt ist, dessen Temperatur
hoch ist, indem der PM-Filter in Strömungsrichtung oben
hinter dem stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator angeordnet
wird. Ferner kann eine Umgebung geschaffen werden, welche die Lieferung
von Sauerstoff zum Teilchenfilter leicht macht, da darauf geachtet
wird, die Sauerstoff-Speicherkapazität des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators,
der stromaufwärts vom Teilchenfilter angeordnet ist, im
Vergleich zu der des stromauwärtsseitigen Dreiwegekatalysators
zu verringern. Somit kann Feinteilchenmaterial PM, das vom Filter
abgefangen wird, erfolgreich entfernt werden. Ferner kann eine ausreichende
Fähigkeit, ternäre Komponenten (insbesondere NOx)
zu reduzieren, sichergestellt werden, indem der stromabwärtsseitige
Dreiwegekatalysator, der eine Sauerstoff-Speicherkapazität
aufweist, stromabwärts vom Teilchenfilter installiert wird.
Auf diese Weise gelingt es der vorliegenden Erfindung, eine gute
Ausgewogenheit zwischen der Verringerung des Abgasausstoßes
und der Entfernung von Feinteilchenmaterial PM zu erreichen.
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Gemäß dem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Teilchenfilter
stromaufwärts vom stromauwärtsseitigen Dreiwegekatalysator
angeordnet, bei dem es sich um einen Katalysator handelt, der eine
Sauerstoff-Speicherkapazität aufweist und dem eine Sauerstoffmenge
zugeführt wird, die unter Verwendung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors
eingestellt wird. Dadurch kann der Abgasausstoß (insbesondere
von NOx) verringert werden, während eine Umgebung geschaffen
wird, die eine größere Menge an Sauerstoff zum
Teilchenfilter liefern kann (d. h. während eine Umgebung
geschaffen wird, die in der Lage ist, Feinteilchenmaterial PM besser
zu entfernen), auch wenn die Sauerstoffmenge, die dem stromabwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator zugeführt wird, wie oben beschrieben
eingestellt wird. Auf diese Weise gelingt es der vorliegenden Erfindung
besser, eine gute Ausgewogenheit zwischen dem Abgasausstoß und
der Entfernung von Feinteilchenmaterial PM zu erreichen.
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Gemäß dem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelingt es in einer Situation,
wo die Haupt-Rückkopplungssteuerung, die den stromaufwärtsseitigen
Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor nutzt, und die Neben-Rückkopplungssteuerung,
die den (stromauwärtsseitigen) Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor
nutzt, durchgeführt werden, besser, eine gute Ausgewogenheit
zwischen der Verringerung des Abgasausstoßes und der Entfernung
von Feinteilchenmaterial PM zu erreichen, weil der stromaufwärtsseitige
Dreiwegekatalysator, der Teilchenfilter und der stromabwärtsseitige
Dreiwegekatalysator gemäß dem ersten oder dem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung berücksichtigt
werden.
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Der
vierte Aspekt der vorliegenden Erfindung macht es möglich,
eine ausreichende Speicherkapazität für verfügbaren
Sauerstoff für die ordnungsgemäße Beseitigung
von NOx sicherzustellen und eine Menge an ausgestoßenem
NOx erfolgreich zu verringern, wodurch eine sehr gute Ausgewogenheit
zwischen der Verringerung des Abgasausstoßes und der Entfernung
von Feinteilchenmaterial PM erreicht wird.
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Der
fünfte Aspekt der vorliegenden Erfindung macht es möglich,
die Aufwärmleistung des stromaufwärtsseitigen
Dreiwegekatalysators sicherzustellen. Ferner macht es die vorliegende
Erfindung möglich, dem Teilchenfilter, der stromabwärts
vom stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator angeordnet
ist, eine noch mehr ausreichende Sauerstoffmenge zuzuführen,
wenn der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator eine
Sauerstoff-Speicherkapazität aufweist.
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Gemäß dem
sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann dadurch, dass der
Teilchenfilter mit integriertem Katalysator, der die Dreiwegekatalysator-Funktion
aufweist, so weit oben wie möglich im Abgasstrom installiert
wird, eine ausreichende Aufwärmleistung des Dreiwegekatalysators
des Teilchenfilters mit integriertem Katalysator beim Starten sichergestellt
werden, und der Teilchenfilter kann in eine Umgebung gebracht werden,
wo der Teilchenfilter dem Abgas ausgesetzt ist, dessen Temperatur hoch
ist. Ferner kann eine Umgebung geschaffen werden, wo die Sauerstoffzufuhr
zum Teilchenfilter erleichtert ist, da darauf geachtet wird, die
Sauerstoff-Speicherkapazität des Dreiwegekatalysators, der
in dem Teilchenfilter mit integriertem Katalysator vorgesehen ist,
im Vergleich zu der des stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysators
zu verringern. Somit gelingt es, Feinteilchenmateral PM zu entfernen.
Ferner kann eine ausreichende Fähigkeit, ternäre
Komponenten (insbesondere NOx) zu reduzieren, sichergestellt werden,
indem der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator mit der
Sauerstoff-Speicherkapazität stromabwärts vom
Teilchenfilter mit integriertem Katalysator angeordnet wird. Auf
diese Weise gelingt es der vorliegenden Erfindung, eine gute Ausgewogenheit
zwischen der Verringerung des Abgasausstoßes und der Entfernung
von Feinteilchenmaterial PM zu erreichen.
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Gemäß dem
siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Teilchenfilter
mit integriertem Katalysator stromaufwärts vom stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator
angeordnet, bei dem es sich um einen Katalysator handelt, der eine
Sauerstoff-Speicherkapazität aufweist und dem eine Sauerstoffmenge
zugeführt wird, die unter Verwendung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors
eingestellt wird. Dadurch kann der Abgasausstoß (insbesondere
von NOx) verringert werden, während eine Umgebung geschaffen
wird, die in der Lage ist, eine größere Sauerstoffmenge
zum Teilchenfilter mit integriertem Katalysator zu liefern (d. h.
während eine Umgebung geschaffen wird, die in der Lage
ist, Feinteilchenmaterial PM besser zu entfernen), auch wenn die
Sauerstoffmenge, die dem stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator
zugeführt wird, eingestellt wird wie oben beschrieben.
Auf diese Weise gelingt es der vorliegenden Erfindung noch besser,
eine gute Ausgewogenheit zwischen der Verringerung des Abgasausstoßes
und der Entfernung des Feinteilchenmaterials PM zu erreichen.
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Gemäß dem
achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in einer Situation,
wo die Haupt-Rückkopplungssteuerung, die den stromaufwärtsseitigen
Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor nutzt, und die Neben-Rückkopplungssteuerung,
die den (stromabwärtsseitigen) Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor
nutzt, durchgeführt werden, eine noch bessere Ausgewogenheit
zwischen der Verringerung des Abgasausstoßes und der Entfernung
des Feinteilchenmaterials PM erreicht werden, weil der Teilchenfilter mit
integriertem Katalysator und der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator,
die zwischen diesen Sensoren angeordnet sind, gemäß dem
sechsten oder dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung berücksichtigt
werden.
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Der
neunte Aspekt der vorliegenden Erfindung macht es möglich,
eine ausreichende Speicherkapazität für verfügbaren
Sauerstoff für die Beseitigung von NOx auf angemessene
Weise sicherzustellen und die Menge an ausgestoßenem NOx
zu verringern, wodurch eine sehr gute Ausgewogenheit zwischen der
Verringerung des Abgasausstoßes und der Entfernung des
Feinteilchenmaterials PM erreicht wird.
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Gemäß dem
zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Teilchenfilter
dadurch, dass er stromaufwärts vom Dreiwegekatalysator
installiert wird, in eine Umgebung gebracht werden, wo der Teilchenfilter
dem Abgas ausgesetzt ist, dessen Temperatur hoch ist. Somit kann
Feinteilchenmaterial PM erfolgreich entfernt werden. Außerdem
wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Teilchenfilter
stromaufwärts vom stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator
angeordnet, bei dem es sich um einen Katalysator handelt, der eine
Sauerstoff-Speicherkapazität aufweist und dem eine Sauerstoffmenge
zugeführt wird, die unter Verwendung des Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensors
eingestellt wird. Dadurch kann der Abgasausstoß (insbesondere
von NOx) verringert werden, während eine Umgebung geschaffen
wird, die in der Lage ist, dem Teilchenfilter eine größere
Sauerstoffmenge zuzuführen (d. h. während eine
Umgebung geschaffen wird, die in der Lage ist, Feinteilchenmaterial
PM besser zu entfernen), auch wenn die Sauerstoffmenge, die dem
stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator zugeführt
wird, wie oben beschrieben eingestellt wird. Auf diese Weise gelingt
es der vorliegenden Erfindung, eine gute Ausgewogenheit zwischen
der Verringerung des Abgasausstoßes und der Entfernung
des Feinteilchenmaterials PM zu erreichen.
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Gemäß dem
elften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann in einer Situation,
wo die Haupt-Rückkopplungssteuerung, die den stromaufwärtsseitigen
Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor nutzt, und die Neben-Rückkopplungssteuerung,
die den (stromabwärtsseitigen) Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor
nutzt, durchgeführt werden, eine noch bessere Ausgewogenheit
zwischen der Verringerung des Abgasausstoßes und der Entfernung
der Feinteilchen PM erreicht werden, da der Teilchenfilter mit integriertem
Katalysator und der Dreiwegekatalysator, die zwischen diesen beiden
Sensoren angeordnet sind, gemäß dem zehnten Aspekt
der vorliegenden Erfindung berücksichtigt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist
eine Skizze, die eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 ist
eine Skizze, die eine Aufwärmleistung nach dem Starten
in Abhängigkeit von der Länge eines stromaufwärtsseitigen
Dreiwegekatalysators darstellt.
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3 ist
eine Skizze, die ein Kapazitätsverhältnis zwischen
dem stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator und einem
stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator in Abhängigkeit
von der Höhe eines NOx-Ausstoßes darstellt.
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4 ist
eine Skizze, die ein Verhalten verschiedener Komponenten (Sauerstoff
O2, THC, CO, NOx) darstellt, die in dem Abgas enthalten sind, das aus
einem Dreiwegekatalysator strömt, wenn ein Luft/Kraftstoffverhältnis
des Abgases abwechselnd zwischen fett und mager umgeschaltet wird.
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5 ist
eine Skizze, die eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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6 ist
eine Skizze, die eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Abgaskrümmer
- 14
- Abgasrohr
- 16
- linearer
A/F-Hauptsensor
- 18
- stromaufwärtsseitiger
Dreiwegekatalysator
- 20
- Teilchenfilter
(PM-Filter)
- 22
- stromabwärtsseitiger
Dreiwegekatalysator
- 24
- O2-Nebensensor
- 30
- Elektronische
Steuereinheit (ECU)
- 40
- PM-Filter
mit integriertem Katalysator
- 50
- Dreiwegekatalysator
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Beste Weise zur Durchführung
der Erfindung
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Erste Ausführungsform
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1 ist
eine Skizze, die eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 dargestellt,
ist die Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
in einer Abgasleitung eines Verbrennungsmotors 10 angeordnet.
Es wird hier davon ausgegangen, dass der Verbrennungsmotor 10 der
vorliegenden Ausführungsform ein fremdgezündeter Verbrennungsmotor
ist, der Benzin als Kraftstoff verwendet.
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Die
Abgasleitung des Verbrennungsmotors 10 weist einen Abgaskrümmer 12,
der mit den einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors verbunden ist,
und ein Abgasrohr 14 auf, das mit dem Abgaskrümmer 12 verbunden
ist. Das Abgas, das aus sämtlichen Zylindern ausgelassen
wird, wird vom Abgaskrümmer 12 gesammelt und über
den Abgaskrümmer 12 in das Abgasrohr 14 ausgelassen.
Ein linearer A/F-Hauptsensor 16 (nachstehend einfach mit „A/F-Sensor” 16 abgekürzt)
ist im Abgaskrümmer 12 angeordnet, um ein Abgas-Luft/Kraftstoffverhältnis an
seinem Standort zu erfassen. Der A/F-Sensor 16 ist ein
Sensor, dessen Ausgabe im Allgemeinen linear ist in Bezug auf das
Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases.
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Ein
stromaufwärtsseitiger Dreiwegekatalysator 18,
der in der Lage ist, ternäre Komponenten (NOx, HC, CO),
die im Abgas enthalten sind, zu beseitigen, ist stromabwärts
vom A/F-Sensor 16 angeordnet und andererseits unmittelbar
unterhalb des Abgaskrümmers 12 im Abgasrohr 14 angeordnet. Der
stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator 18 ist als
Dreiwegekatalysator ohne Sauerstoff speichernde/abgebende Materialien
(im Folgenden einfach als „OSC(Oxygen Storage Capacity)-Materialien
bezeichnet), wie Cer, ausgelegt. Das heißt, der stromaufwärtsseitige
Dreiwegekatalysator 18 ist als Dreiwegekatalysator ohne
Sauerstoff-Speicherkapazität ausgelegt. Der stromaufwärtsseitige
Dreiwegekatalysator 18 ist so ausgelegt, dass seine Länge
(die Länge in der Richtung des Abgasstroms) 20 bis 50 mm erreicht.
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Ein
Teilchenfilter 20 (im Folgenden einfach als PM-Filter bezeichnet),
der in der Lage ist, im Abgas enthaltenes Feinteilchenmaterial PM
einzufangen und zu entfernen, ist stromabwärts vom stromaufwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator 18 angeordnet. Vom PM-Filter 20 gefangenes
PM wird verbrannt und entfernt, wenn der PM-Filter 20 in
eine Hochtemperaturumgebung gebracht wird. Der PM-Filter 20 ist so
ausgelegt, dass seine Kapazität 0,1- bis 0,5-mal größer
wird als ein Verdrängungsvolumen des Verbrennungsmotors 10.
Der PM-Filter ist mit einem Edelmetall auf Pt-Basis überzogen.
Dadurch, dass der PM-Filter 20 auf diese Weise mit Edelmetall
belegt ist, kann eine PM-Verbrennungstemperatur im Vergleich zu
einer Situation, wo kein Edelmetall aufgetragen ist, um etwa 50
Grad gesenkt werden. Dadurch ist es möglich, PM in einem
Zustand zu verbrennen und zu entfernen, wo die Bodentemperatur des
PM-Filters 20 im Vergleich zu der Situation, wo kein Edelmetall
aufgebracht ist, relativ niedrig ist (ungefähr 550 Grad
C).
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Ein
stromabwärtsseitiger Dreiwegekatalysator 22, der
in der Lage ist, die oben genannten im Abgas enthaltenen ternären
Komponenten zu beseitigen, ist stromabwärts vom PM-Filter 20 angeordnet. Anders
als der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator 18 ist
der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator 22 als
Dreiwegekatalysator ausgelegt, der OSC-Materialien, wie Cer, enthält.
Das heißt, der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator 22 ist
als Dreiwegekatalysator ausgelegt, der eine Sauerstoff- Speicherkapazität
aufweist. Der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator 22 ist
so ausgelegt, dass seine Kapazität 1,5- bis 2,5-mal höher
wird wie die des stromauwfärtsseitigen Dreiwegekatalysators 18.
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Ein
O2-Nebensensor ist stromabwärts vom stromabwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator 22 angeordnet, um ansprechend darauf,
ob ein Luft/Kraftstoffverhältnis an seinem Standort fett
oder mager ist, ein Signal auszugeben.
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Das
System der vorliegenden Erfindung weist eine elektronische Steuereinheit
(ECU) auf. Verschiedene (nicht dargestellte) Sensoren, ebenso wie
der A/F-Sensor 16 und der O2-Nebensensor 24, die
oben genannte wurden, sind mit der ECU 30 verbunden, um
den Verbrennungsmotor 10 zu steuern. Außerdem
sind verschiedene Stellglieder (nicht dargestellt), wie eine Drosselklappe,
ein Kraftstoff-Einspritzventil, eine Zündkerze und dergleichen,
mit der ECU 30 verbunden.
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Das
oben beschriebene System des Verbrennungsmotors 10, das
die Abgasreinigungsvorrichtung für die vorliegende Ausführungsform
aufweist, führt eine Haupt-Rückkopplungssteuerung
auf der Basis der Ausgabe vom stromaufwärtsseitigen A/F-Sensor 16 durch
und führt eine Neben-Rückkopplungssteuerung auf
der Basis der Ausgabe vom stromabwärtsseitigen O2-Nebensensor 24 durch.
Bei der Haupt-Rückkopplungssteuerung wird eine Kraftstoff-Einspritzmenge
so gesteuert, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgases,
das in den stromauwfärtsseitigen Dreiwegekatalysator 18 strömt,
mit einem Regelungsziel-Luft/Kraftstoffverhältnis übereinstimmt.
Bei der Neben-Rückkopplungssteuerung wird der Inhalt der
Haupt-Rückkopplungssteuerung so korrigiert, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis
des Abgases, das stromabwärts vom stromabwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator 22 ausströmt, dem stöchiometrischen
Luft/Kraftstoffverhältnis gleich wird. Durch die Ausführung
dieser Rückkopplungssteuerungen (insbesondere der Rückkopplungssteuerung
unter Verwendung des stromabwärtsseitigen O2-Nebensensors)
kann die ECU 30 die Sauerstoffmenge, die dem stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 22 zugeführt
wird, einstellen.
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[Vorteile der Abgasreinigungsvorrichtung
gemäß der ersten Ausführungsform]
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In
der oben beschriebenen Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden
Ausführungsform werden die folgenden drei Punkte berücksichtigt, nämlich
die Verbesserung einer Aufwärmleistung eines Dreiwegekatalysators
(eines stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators 18),
die PM-Entfernung und die Unterdrückung eines NOx-Ausstoßes.
Dadurch ist es möglich, gleichzeitig die ternären
Komponenten (NOx, HC, CO), die im Abgas enthalten sind, und PM zu
entfernen. Im Folgenden wird jede dieser Überlegungen ausführlich
beschrieben.
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(1) Überlegung im Hinblick auf
die Verbesserung der Aufwärmleistung eines Dreiwegekatalysators
(eines stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators)
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In
dem Verbrennungsmotor 10, bei dem es sich um einen Benzinmotor
handelt, ist während eines Kaltstarts eine Verringerung
der Abgasemission (insbesondere von HC) nötig. In der oben
beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist der stromaufwärtsseitige
Dreiwegekatalysator 18 stromaufwärts vom PM-Filter 20 angeordnet.
Durch dieses Design wird Wärmeenergie des Abgases, das
aus dem Zylinder ausgestoßen wird, zuerst direkt an den stromaufwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator 18 abgegeben, wodurch eine ausreichende
Aufwärmleistung des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators 18 sichergestellt
wird.
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2 ist
eine Skizze, die die Aufwärmleistung nach dem Start in
Abhängigkeit von der Länge des stromaufwärtsseitigen
Dreiwegekatalysators zeigt. 2 zeigt,
dass die Aufwärmleistung beim Starten schlechter ist, wenn
die Länge des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators 18 kürzer
wird als 20 mm. Der Grund dafür ist, dass keine ausreichende
katalytische Reaktion im Katalysator ablaufen kann, wenn die Länge
des Katalysators nicht ausreicht, und dass keine ausreichende Reaktionswärme
zum Aufwärmen des Katalysators erhalten werden kann. In
der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform ist
der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator 18 so
ausgelegt, dass seine Länge 20 bis 50 mm wird. Was dies betrifft,
so tragen die obigen Gestaltungen auch zur Verbesserung der Aufwärmleistung
des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators 18 bei.
-
(2) Überlegung im Hinblick auf
die Entfernung von PM (Überlegung im Hinblick auf die Fähigkeit,
Sauerstoff zum PM-Filter 20 zu liefern)
-
Damit
der PM-Filter 20 erstens so weit stromaufwärts
wie möglich angeordnet werden kann, wird der PM-Filter 20 in
der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform näher
an der Brennkammer des Verbrennungsmotors 10 hinter dem
stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 18,
der sich am weitesten stromaufwärts befindet, angeordnet. Wie
oben beschrieben, kann PM, das vom PM-Filter 20 gefangen
wird, unter einer Bedingung, wo dessen Bodentemperatur mindestens
550 Grad C beträgt, verbrannt und entfernt werden. Gemäß diesem
Design des PM-Filters 20 kann der PM-Filter 20 dem Abgas
ausgesetzt werden, dessen Temperatur so hoch wie möglich
ist. Dadurch ist es möglich, eine Umgebung zu schaffen,
die in der Lage ist, PM kontinuierlich zu verbrennen und zu entfernen.
Infolgedessen können Schwankungen des Druckverlusts innerhalb
des Abgasrohrs 14, die auf die Ansammlung von PM zurückgehen,
unterdrückt werden.
-
Damit
PM verbrannt und entfernt werden kann, indem der PM-Filter 20 in
die Hochtemperaturumgebung gebracht wird, muss in der Atmosphäre des
PM-Filters 20 Sauerstoff vorhanden sein. Anders als beim
Dieselmotor, der im Allgemeinen in einem Zustand betrieben wird,
wo Luft im Überschuss vorliegt, wird in dem Verbrennungsmotor 10,
bei dem es sich um einen Benzinmotor handelt, der im Allgemeinen
in einem Zustand betrieben wird, in dem das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
auf das stöchiometrische Verhältnis gesteuert
wird, praktisch sämtlicher Sauerstoff durch die Verbrennung
verbraucht. Aus diesem Grund entsteht eine Situation, in der in
dem Abgas, das aus dem Zylinder ausgestoßen wird, kaum Sauerstoff
vorhanden ist. Um in einem solchen Benzinmotor PM erfolgreich entfernen
zu können, ist es daher wichtig, eine Umgebung zu erzeugen,
die in der Lage ist, dem PM-Filter 20 Sauerstoff zuzuführen.
-
Um
eine Umgebung zu schaffen, die in der Lage ist, dem PM-Filter 20 eine
größere Sauerstoffmenge zuzuführen, wird
in der vorliegenden Ausführungsform erstens der stromaufwärtsseitige
Dreiwegekatalysator 18 ohne OSC-Materialien stromaufwärts
vom PM-Filter 20 angeordnet, wie oben beschrieben, und
der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator 22 mit
OSC-Materialien wird stromabwärts vom PM-Filter 20 angeordnet.
Dadurch wird die Zufuhr von Sauerstoff zum PM-Filter 20 erleichtert.
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Um
eine Umgebung zu schaffen, die in der Lage ist, dem PM-Filter 20 eine
größere Sauerstoffmenge zuzuführen, wird
in der vorliegenden Ausführungsform ferner der PM-Filter 20 stromaufwärts
vom stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 22,
an dem eine Sauerstoffzufuhrmenge gemäß den Ausgaben
vom stromabwärts vom stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 22 angeordneten
O2-Nebensensor 24 eingestellt wird, (und vom O2-Nebensensor 24)
angeordnet. Bei der Rückkopplungssteuerung, die den O2-Nebensensor 24 nutzt,
werden Rückkopplungssteuerungen der Kraftstoff-Einspritzmenge
derart durchgeführt, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis
des Abgases mager wird, wenn die Ausgaben vom O2-Nebensensor 24 auf
einen fetten Ausgabezustand umgekehrt werden, und dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases fett wird, wenn die Ausgaben vom O2-Nebensensor 24 auf
einen mageren Ausgabezustand umgekehrt werden. Wenn ein PM-Filter
stromabwärts von einem Dreiwegekatalysator angeordnet ist,
der die OSC-Materialien enthält, wie vom stromabwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator 18, strömt aus diesem Grund
während eines Zeitraums, in dem die Sauerstoff-Speicherkapazität des
Dreiwegekatalysators, der die OSC-Materialien aufweist, ausreicht,
kein Sauerstoff in die stromabwärtige Seite des Dreiwegekatalysators,
auch wenn eine Bedingung (d. h. eine Bedingung, die eine große Sauerstoffmenge
enthält) gebildet wird, wo das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases, das aus dem Zylinder ausgestoßen wird, einen
Wert unter dem stöchiometrischen Wert aufweist.
-
Infolgedessen
ist es schwierig, ausreichend Zeit zu gewährleisten, wenn
der PM-Filter, der stromabwärts vom Dreiwegekatalysator
angeordnet ist, dem sauerstoffhaltigen Abgas (der mageren Atmosphäre)
ausgesetzt wird. Im Gegensatz dazu wird gemäß der
Anordnungsreihenfolge der vorliegenden Ausführungsform
der PM-Filter stromaufwärts vom Dreiwegekatalysator 22 angeordnet,
bei dem es sich um einen Katalysator handelt, der OSC-Materialien aufweist
und an den die Rückkopplungssteuerung unter Verwendung
des O2-Nebensensors 24 angelegt wird. Daher kann die Umgebung
geschaffen werden, die in der Lage ist, dem PM-Filter 20 eine
größere Sauerstoffmenge zuzuführen, auch
wenn diese Rückkopplungssteuerung durchgeführt
wird (ferner selbst dann, wenn die Haupt-Rückkopplungssteuerung
unter Verwendung des A/F-Sensors 16 und die Neben-Rückkopplungssteuerung
unter Verwendung des O2-Nebensensors durchgeführt wird).
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Wie
oben beschrieben, kann bei der Ausgestaltung der vorliegenden Ausführungsform
durch Installieren des PM-Filters 20 an einer Stelle, an
der der PM-Filter 20 dem Abgas ausgesetzt ist, dessen Temperatur
so hoch wie möglich ist, und durch Erzeugen der oben beschriebenen
Umgebung für die Sauerstoffzufuhr PM auch dann erfolgreich
entfernt werden, wenn der Benzinmotor verwendet wird, in dem es
schwierig ist, ausreichend Sauerstoff sicherzustellen, weil das
Luft/Kraftstoff-Verhältnis im Wesentlichen auf das stöchiometrische
Luft/Kraftstoff-Verhältnis gesteuert wird.
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(3) Überlegungen im Hinblick
auf eine Unterdrückung der NOx-Emission
-
In
der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform sind
der PM-Filter 20, der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator 22,
der OSC-Materialien aufweist und in dem die zugeführte
Sauerstoffmenge unter Verwendung des O2-Nebensensors 24 gesteuert
wird, und der O2-Nebensensor 24 in dieser Reihenfolge von
der Oberseite des Abgasstroms her angeordnet. Dadurch gelingt es,
eine gute Ausgewogenheit zwischen der Aufrechterhaltung der Umgebung
für die Zufuhr von Sauerstoff zum PM-Filter 20 und
der Verringerung der Abgasemission (insbesondere von NOx) zu erreichen.
-
3 ist
eine Skizze, die ein Kapazitätsverhältnis zwischen
dem stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 18 und
dem stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 22 in
Abhängigkeit von der Menge der NOx-Emission darstellt.
Dabei geht 3 davon aus, dass die Menge
der NOx-Emission, wenn das Kapazitätsverhältnis
zwischen dem stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 18 und
dem stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 22 eins-zu-eins
ist, 100 ist, und stellt eine Beziehung zwischen dem Kapazitätsverhältnis
und der Menge der NOx-Emission (ein relatives Verhältnis)
dar.
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3 zeigt,
dass die Menge der NOx-Emission im Vergleich zu dem Fall, dass das
Kapazitätsverhältnis eins-zu-eins ist, verringert
ist, wenn die Kapazität des stromabwärtsseitigen
Dreiwegekatalysators 22 größer ist als
die des stromauwfärtsseitigen Dreiwegekatalysators 18.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kapazität
des stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysators 22 so
eingestellt, dass sie 1,5- bis 2,5-mal größer
wird als die des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators 18.
Daher gelingt es, die Menge der NOx-Emission zu verringern. Außerdem
benötigt eine NOx-Reduktionsreaktion, die in den Dreiwegekatalysatoren 18, 22 abläuft,
eine längere Reaktionszeit als eine Oxidationsreaktion. Daher
kann der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator 22,
der das genannte Kapazitätsverhältnis aufweist,
eine ausreichende Speicherkapazität für verfügbaren
Sauerstoff sicherstellen, um NOx ordnungsgemäß zu
beseitigen, und kann die Menge der NOx-Emission unterdrücken.
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(4) Andere Vorteile
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Die
Sauerstoff-Speicherkapazität, die durch Aufnahme der OSC-Materialien
in den Dreiwegekatalysator erhalten wird, kann als Index genommen werden,
der einen Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators anzeigt.
Gemäß den Ausgestaltungen der vorliegenden Ausführungsform
ist es durch Aufnehmen der OSC-Materialien in den stromabwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator 22 auch möglich, eine Erfassungsleistung
(OBD-Erfassungsleistung) für die Verschlechterung des Katalysators
unter Verwendung der Sauerstoff-Speicherkapazität sicherzustellen.
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(5) Zusammenfassung
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Die
oben beschriebene Abgasreinigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
kann eine gute Ausgewogenheit zwischen der Sicherstellung der Aufwärmleistung
des Dreiwegekatalysators (des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators 18)
beim Starten, der Entfernung von PM und der Verringerung der Abgasemission,
wie von NOx, erreichen, auch wenn der Benzinmotor verwendet wird,
in dem die Sicherstellung von Sauerstoff im Abgasrohr 14 schwierig
ist.
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In
der oben beschriebenen ersten Ausführungsform enthält
der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator 18 keine
OSC-Materialien (d. h. der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator 18 weist keine
Sauerstoff-Speicherkapazität auf). In der vorliegenden
Erfindung ist jedoch eine Überlegung im Hinblick auf die
Sauerstoff-Speicherkapazität, die dem stromaufwärtsseitigen
Dreiwegekatalysator und dem stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator
verliehen wird, um die Zufuhr von Sauerstoff zum PM-Filter 20 sicherzustellen,
nicht auf die obige Methode beschränkt. Genauer kann der
stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator eine geringere
Menge an OSC-Materialien aufweisen als der stromabwärtsseitige
Dreiwegekatalysator, solange die Sauerstoff-Speicherkapazität
des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators kleiner
ist als diejenige des stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysators.
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Wenn
der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator die OSC-Materialien
enthält wie oben beschrieben, trägt die Einstellung
der Länge des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators
auf 20 bis 50 mm (auf höchstens 50 mm), wie im Falle der
oben beschriebenen ersten Ausführungsform, aus folgendem
Grund dazu bei, die Umgebung zu schaffen, die in der Lage ist, die
Sauerstoffzufuhr zum PM-Filter 20 zu gewährleisten. 4 ist
eine Skizze, die ein Verhalten verschiedener Komponenten (Sauerstoff
O2, THC, CO, NOx) zeigt, die im Abgas enthalten sind, das aus dem
Dreiwegekatalysator strömt, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des Abgases abwechselnd zwischen fett und mager gewechselt wird.
Dabei zeigt 4(B) Untersuchungsergebnisse,
die vorliegen, wenn Laborversuche mit drei Arten von Dreiwegekatalysatoren
durchgeführt werden, deren Längen 20 mm, 53 mm
bzw. 85 mm sind, wie in 4(A) dargestellt.
In 4(B) wird die Wellenform, die dem
Katalysator entspricht, der 20 mm lang ist, von einer durchgezogenen
Linie gezeigt; die Wellenform, die dem Katalysator entspricht, der
53 mm lang ist, wird von einer dünnen unterbrochenen Linie
gezeigt; und die Wellenform, die dem Katalysator entspricht, der 85
mm lang ist, wird von einer dicken durchbrochenen Linie gezeigt.
-
Die
in 4(B) dargestellten Untersuchungsergebnisse
zeigen, dass unter einer Bedingung, wo der Dreiwegekatalysator einer
fetten Atmosphäre (einer Sauerstoff-Mangelbedingung) ausgesetzt
wird, Sauerstoff, der vom Dreiwegekatalysator unter einer vorhergehenden,
im Vergleich zur genannten fetten Atmosphäre mageren Atmosphäre gespeichert
wurde, aufgrund einer Reaktion zwischen HC und CO verschwindet,
wenn die Länge des Katalysators größer
wird als 50 mm. Daher ist im Hinblick auf die Unterdrückung
des genannten Sauerstoffverbrauchs die Einstellung der Länge
des stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysators auf 20 bis
50 mm (auf höchstens etwa 50 mm) wirksam, um die Umgebung
zu schaffen, die in der Lage ist, dem PM-Filter 20, der
stromabwärts vom stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator
vorgesehen ist, eine größere Sauerstoffmenge zuzuführen.
-
Dabei
entspricht in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform
der O2-Nebensensor 24 dem „Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor” gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung. Außerdem wird das „Rückkopplungsmittel” gemäß dem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert, wenn die ECU 30 die
Haupt-Rückkopplungssteuerung und die Neben-Rückkopplungssteuerung
durchführt.
-
Ferner
entspricht der lineare A/F-Sensor 16 dem „stromaufwärtsseitigen
Luft/Kraftstoffverhältnis-Sensor” gemäß dem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Außerdem wird
das „Haupt-Rückkopplungsmittel” gemäß dem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung implementiert, wenn die
ECU 30 die Haupt-Rückkopplungssteuerung unter
Verwendung der Ausgaben des linearen A/F-Hauptsensors 16 durchführt;
und das „Neben-Rückkopplungsmittel” gemäß dem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird implementiert, wen
die ECU 30 die Neben-Rückkopplungssteuerung unter
Verwendung der Ausgaben vom O2-Nebensensor 24 durchführt.
-
Zweite Ausführungsform
-
Eine
zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nun mit Bezug auf 5 beschrieben.
-
5 ist
eine Skizze, die eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Was die Elemente in 5 betrifft,
die denen von 1 gleichen, so wird ihre Beschreibung
weggelassen oder abgekürzt, wobei sie die gleichen Bezugszahlen
erhalten.
-
Die
in 5 dargestellte Abgasreinigungsvorrichtung ist
ebenso aufgebaut wie diejenige der oben beschriebenen ersten Ausführungsform,
außer dass die Bauteile, die dem stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 18 und
dem PM-Filter 20 der ersten Ausführungsform entsprechen,
eine Einheit bilden und als PM-Filter 40 mit integriertem
Katalysator ausgebildet sind, der eine Dreiwegekatalysator-Funktion
und eine Funktion als PM-Filter aufweist. Genauer wird der PM-Filter 40 mit
integriertem Katalysator durch Auflegen des Dreiwegekatalysators
auf den PM-Filter 20 gebildet.
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Das
heißt, in der vorliegenden Ausführungsform sind
der PM-Filter 40 mit integriertem Katalysator und der stromabwärtsseitige
Dreiwegekatalysator 22 in dieser Reihenfolge von der Oberseite
des Abgasstroms gesehen angeordnet. Außerdem wird die dem
stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 22 zugeführte
Sauerstoffmenge unter Verwendung des O2-Nebensensors 24,
der stromabwärts vom stromabwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 22 angeordnet ist,
eingestellt. Ferner weist der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator 22 eine
höhere Kapazität auf als ein Abschnitt mit Dreiwegekatalysator-Funktion
in dem Teilchenfilter 40 mit integriertem Katalysator. Dabei
kann der PM-Filter 40 mit integriertem Katalysator, wie
im Falle der oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform
beschriebenen modifizierten Ausführungsform, eine kleinere
Menge an OSC-Materialien aufweisen als der stromabwärtsseitige
Dreiwegekatalysator 22.
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Die
Ausgestaltungen der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform
können die gleichen Vorteile bieten wie die der oben beschriebenen
ersten Ausführungsform.
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Dritte Ausführungsform
-
Nun
wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
mit Bezug auf 6 beschrieben.
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6 ist
eine Skizze, die eine Abgasreinigungsvorrichtung für einen
Verbrennungsmotor gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. Was die Elemente von 6 betrifft,
die denen von 1 gleich sind, so wird ihre
Beschreibung weggelassen oder verkürzt, und sie erhalten
die gleichen Bezugszeichen.
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Die
in 6 dargestellte Abgasreinigungsvorrichtung weist
die gleichen Ausgestaltungen auf wie die der oben beschriebenen
ersten Ausführungsform, abgesehen davon, dass kein stromaufwärtsseitiger
Dreiwegekatalysator 18 ohne OSC-Materialien stromaufwärts
vom PM-Filter 20 vorgesehen ist. Genauer sind in der vorliegenden
Ausführungsform der PM-Filter 20 und ein Dreiwegekatalysator 50 mit OSC-Materialien
(d. h. mit Sauerstoff-Speicherkapazität) in dieser Reihenfolge
von der Oberseite des Abgasstroms aus angeordnet. Außerdem
wird die dem Dreiwegekatalysator 50 zugeführte
Sauerstoffmenge unter Verwendung des O2-Nebensensors 24,
der stromabwärts vom Dreiwegekatalysator 50 angeordnet
ist, eingestellt.
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Gemäß den
Ausgestaltungen der oben beschriebenen dritten Ausführungsform
kann der PM-Filter 20 durch Installieren des PM-Filters 20 stromaufwärts
vom Dreiwegekatalysator 50 dem Abgas ausgesetzt werden,
dessen Temperatur so hoch wie möglich ist. Ferner wird
gemäß den Ausgestaltungen der vorliegenden Ausführungsform
der PM-Filter 20 stromaufwärts vom Dreiwegekatalysator 50 angeordnet,
bei dem es sich um den Katalysator handelt, der OSC-Materialien
enthält, und auf den die Rückkopplungssteuerung
unter Verwendung des O2-Nebensensors 24 angewendet wird.
Daher kann aus den oben beschriebenen Gründen die Umgebung
erzeugt werden, die in der Lage ist, dem PM-Filter 20 eine
größere Sauerstoffmenge zuzuführen, auch
wenn die oben beschriebene Rückkopplungssteuerung durchgeführt
wird.
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Infolgedessen
machen es die Ausgestaltungen der vorliegenden Ausführungsform
möglich, eine gute Ausgewogenheit zwischen der PM-Entfernung und
der Verringerung der Abgasemission (insbesondere von NOx) zu erreichen,
auch wenn der Benzinmotor verwendet wird, in dem die Gewährleistung von
ausreichend Sauerstoff schwierig ist, da das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
im Wesentlichen so gesteuert wird, dass es das stöchiometrische
Luft/Kraftstoff-Verhältnis wird. Außerdem kann
durch Aufnahme der OSC-Materialien in den Dreiwegekatalysator 50 auch
die Erfassungsleistung (OBD-Erfassungsleistung) für die
Verschlechterung des Katalysators unter Verwendung der Sauerstoff-Speicherkapazität verbessert
werden.
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In
den oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen
werden eine Vielzahl von Katalysatoren und ein Teilchenfilter, wie
der stromaufwärtsseitige Dreiwegekatalysator 18,
der PM-Filter 20 und der stromabwärtsseitige Dreiwegekatalysator 22,
in einem Gehäuse installiert, das am Abgasrohr 14 angeordnet
ist. Jedoch muss ein Katalysator und ein Teilchenfilter der vorliegenden
Erfindung nicht immer in einem Gehäuse installiert werden,
solange die Anordnungsreihenfolge in Bezug auf den Katalysator und
den Teilchenfilter der vorliegenden Erfindung eingehalten wird.
Beispielsweise können jeder Katalysator und der Teilchenfilter
in einem eigenen Gehäuse installiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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ABGASREINIGUNGSVORRICHTUNG FÜR
VERBRENNUNGSMOTOR
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Abgasreinigungsvorrichtung
für einen Verbrennungsmotor, der es gelingt, eine gute Ausgewogenheit
zwischen einer Verringerung der Abgasemission und einer Entfernung
von Feinteilchenmaterial PM zu erreichen. Ein stromaufwärtsseitiger
Dreiwegekatalysator 18 ohne OSC-Materialien ist in einem
Abgasrohr 14 unmittelbar unter einem Abgaskrümmer 12 eines
Verbrennungsmotors 10 angeordnet. Ein Teilchenfilter (PM-Filter) 20,
der das im Abgas enthaltene Feinteilchenmaterial PM einfängt, ist
stromabwärts vom stromaufwärtsseitigen Dreiwegekatalysator 18 angeordnet.
Ein stromabwärtsseitiger Dreiwegekatalysator 22 mit
OSC-Materialien ist stromabwärts vom PM-Filter 20 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 4-34426 [0003]
- - JP 64-3017 [0003]
- - JP 60-43113 [0003]